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[실험] 해수의 전기전도도 측정

post, 2012-03-26(월), 4조, 2009101119, 유진호1. 실험제목 (Title)해수의 전기 전도도 측정2. 초록 (Abstract)3,200ppm의 모의 해수를 전기전도도 측정기기를 활용하여 측정하는 실험이다. 해당 농도의 모의 해수를 제조한 다음 3회 측정한 값은 평균 5.33 mS/cm를 나타내었다. 표준편차는 0.07 정도로 대체적으로 작았다.3. 실험목적 (Purpose)전기전도도의 의의와 원리를 알고 전기전도도를 측정해본다.4. 실험이론 (Theory)전기전도도는 저항값의 역수로 주어진다. 그 관계는 다음과 같은 등식으로 주어진다. 1㏁/cm(1,000,000Ω/cm) = 1us/cm 가 표준 환산 지표로 여기서부터 역수 관계가 성립된다.표준저항값(1,000,000Ω/cm) ÷ 전도도(㎲/cm) = 저항값(Ω/cm)ex) 전기전도도가 5mS/cm 로 주어졌다면1,000,000Ω/cm÷ 5000us/cm = 200Ω/cm5. 실험내용 (Experimental)1) Reagent시약명분자식m.p()b.p()분자량(gmol)밀도()성질distilled water010018.011 (at 4)무색,투명sodium chloride801141358.442.165결정 고체, 가용성potassium chloride770142074.55131.984표준액으로 사용, 흰색 고체2) Apparatus비커(500ml, 300ml), 전기 전도도 측정기기, 핀셋, 교반기, Magnetic bar, 유리막대, 메스실린더, 증류수, 측정시료(모의해수)3) Experimental Procedureo 측정 시료 준비? 증류수와 모의 해수 (3,200ppm 의 Nacl)를 준비한다. 모의 해수는 250ml 부피로 제조한다.o 전기 전도도 측정기를 calibration 한다.? KCl 표준액으로 보정한다.o 전기 전도도 측정? 증류수로 전극 세척① conductivity meter를 이용하여 시료의 전기 전도도 측정② 증류수로 전극 세척6. 결과 및 토론 (Results & Discussion)해수의 전기전도도 측정을 위해서 3200ppm 500ml 에 해당하는 모의 해수를 제조하려 했으나, 우리 조의 메스실린더가 250ml 부피의 것이라 계산을 다시 수행하여 필요한 NaCl의 양을 계산하였다. 소금물의 밀도는 백만분율에 따라 물의 밀도와 거의 같을 것이므로 (1g/)로 계산하였다. 그 결과 원래의 식에 0.5를 곱하여 0.8g을 얻어내었다. 그 계산식은 다음과 같다.회차전기전도도1회5.412회5.283회5.30평균5.33표준편차0.07필요한 용액을 제조 한 후 전기전도도 측정기를 이용하여 3600ppm의 모의해수의 전기전도도를 3번에 걸쳐 측정하였다. 그 결과 처음 측정에서 5.41 mS/cm, 2번째 측정에서 5.28 mS/cm, 마지막 측정에서 5.30 mS/cm 로 측정이 되었다. 이 값들의 평균을 내면 5.33mS/cm 이고 전기전도도 값의 표준편차는 0.07 정도의 대체적으로 작은 값을 보이고 있다. 측정된 값을 토대로 실재 저항값을 계산해보면, 관계식에 의해 1,000,000/5330=187.61 ohm.cm 정도의 값이 나온다. 이 저항값은 증류수가 메가옴단위로 표시되는 것에 비해서 낮은 값이다.그래프는 1차 측정에 비해서 2,3 차 측정때 값이 다소 하락하는 모양을 보이고 있다. 이것의 추세는 위 그림과 같이 추세선을 그려보았을 때 2차 다항식의 모델과 매우 일치되는 형상을 보이고 있다.이를 토대로 각각 50%, 90% 99% 의 신뢰구간을 추정하면, 아래의 신뢰구간 추정 그래프와 같다. 99% 신뢰구간의 경우에도 대수적으로 구한 평균에 비해 참평균이 존재할 오차는 상한, 하한 (0.4mS/cm) 8% 정도의 오차를 보이고 있다.측정된 전기전도도 값은 표를 참고했을 때 해수의 범위 (1 ~ 100 mS/cm) 에 들어가 있음을 알 수 있다. 증류수의 경우 표에서 수 uS 정도의 값을 갖는 것에 비해 1,000 배 이상 더 높은 전기전도도를 보인다. 이번 실험에서는 증류수에 대한 전기전도도는 측정하지 않았지만 전기전도도 표를 참고하면 증류수의 전기전도도는 모의 해수(3200ppm)에 비해서 매우 낮을 것으로 예상된다. 왜냐하면 전기전도도는 수용액 중의 전하를 띤 이온의 수가 많을수록 증가하는데 증류수의 경우 물분자에 의한 자동이온화 때문에 약간의 수소이온과 수산이온이 존재하지만 그 수가 매우 적다. 따라서 전하를 운반해줄 수 있는 이온들이 매우 적기 때문에 낮은 전기전도도가 나올 것으로 예상된다.3회 측정하는 동안의 오차는 여러 가지가 있을 수 있다. 발생한 오차의 가장 큰 원인으로 생각되는 것이 1회 측정이 끝나고 전극을 세척할 때 증류수가 모의 해수의 비커 속으로 튀었다는 사실이다. 이로 인해서 해수가 묽어졌고 2회 측정 이후의 값이 1회 떄보다 작게 나왔다고 분석된다. 이것은 실험자의 실수에 기인한 것으로 실험을 좀 더 신중하게 신행하면 해결 할 수 있을 듯 하다. 두 번째 이유로 전극 자체의 문제인 듯 싶다. 이 전극은 여러 조가 같이 실험하였으므로 측정하는 과정에서 전극이 불안정해졌거나, 검출부에 여러 이물질이 들어갔을 경우도 배재할 수 없다. 그리고 3회 측정하는 동안에 다른 실험자에 의해서 측정되었으므로 젖는 방법 등에서 발생할 수 있는 계통오차의 가능성 또한 배재할 수 없다. 이 외에도 실험하는 온도가 정확히 25도씨가 아닌 경우 결과값이 다르게 나올 수 있다. 실재로 우리 조가 실험했을 때의 실험실 온도는 18도씨 였다고 한다.전기전도도는 온도에 따라 그 값이 변한다. 수용액이 전기를 전도할 수 있는 이유는 수용액 중에 존재하는 전하를 띤 이온 때문이다. 이 이온들이 전하를 운반하기 때문에 전기전도도는 단위 부피당 이온의 개수 즉, 농도에 민감하게 된다. 또한 이온이 가지고 있는 전하량에 따라서도 전기전도도 값은 변한다. 1가 이온의 전기전도도와 2가 이온의 전기전도도 값은 다르다. 왜냐하면 1개의 이온을 놓고 보았을 때 전하를 1개 운반하는 경우와 2개를 운반하는 경우는 다르기 때문이다.

공학/기술| 2012.08.03| 5페이지| 1,000원| 조회(846)

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[실험] 화학적 산소요구량(CODcr법)

POST, 2012-03-19(월), 4조, 2009101119, 유진호1. 실험제목 (Title) : 화학적 산소 요구량(CODcr법)2. 초록 (Abstract) : 우정원 방류수의 COD를 HACH 시약을 이용하여 3회에 걸쳐 측정하였다. 측정치는 무시하지 못할 크기의 오차를 보여주고 있으나 중요한 것은 측정 결과의 평균치가 473mg/L 로서 매우 오염된 물임을 알 수 있다.3. 실험목적 (purpose) : 이 실험을 통하여 COD의 개념과 측정법을 이해 및 숙지하여, 이를 통해 수중의 오염도를 확인하고, 독성이 강한 폐수의 정화에 응용할 수 있어야 한다.4. 실험이론 (Theory)수질 환경 기준 중 호수의 등급별 BOD 표 해역의 등급별 COD 표1. 수산용수 1급 : 빈부수성수역의 수산생물용2. 수산용수 2급 : 중부수성수역의 수산생물용3. 자연환경보전 : 자연경관 등의 환경보전4. 상수원수 1급 : 여과 등에 의한 간이정수처리후 사용5. 상수원수 2급 : 침전여과 등에 의한 일반적 정수처리후 사용6. 상수원수 3급 : 전처리 등을 거친 고도의 정수처리후 사용7. 공업용수 1급 : 침전 등에 의한 통상의 정수처리후 사용8. 공업용수 2급 : 약품처리 등 고도의 정수처리후 사용9. 공업용수 3급 : 특수한 정수처리후 사용10. 생활환경보전 : 국민의 일상생활에 불쾌감을 주지 아니할 정도한정된 수의 측정으로부터 참평균이나 참표준편차를 구하는 것은 불가능하다. 실제 결정하는 것은 시료(Sample) 평균과 시료의 표준편차이다. 신뢰 구간(confidence interval)은 참평균이 측정한 평균의 어떤 거리 내에 있을 것 같다는 것을 나타낸다. 신뢰 구간은 참평균() 아래까지이다.여기서 s는 측정한 표준 편차, n은 측정 횟수, t는 Student의 t 이다. 여러 신뢰 수준에 해당하는 t 값은 표에 주어져 있다.계통 오차는 측정의 정확도를 떨어뜨린다. 측정기기가 바르게 교정되지 않거나 측정 시 어떤 실수로 인해 오차가 발생하게 되면, 아무리 정확하게(재현성 있게) 수치를 읽어도 부정확한 값을 준다. 계통 오차를 찾는 데에는 서로 다른 두 방법으로 측정하는 것이 좋은 방법이다. 예상되는 실험 오차 내에서 두 측정이 일치하지 않으면 계통 오차의 가능성이 있다.측정을 잘하면 신뢰 구간이 줄어든다. 신뢰 구간의 크기를 줄이려면 측정 횟수를 늘리든가 또는, 표준 편차를 줄여야함을 알 수 있다. s를 줄이는 유일한 방법은 실험 과정을 향상시키는 것이다. 과정의 변화가 없으면, 결과의 정확도를 향상시키는 길은 반복 측정 횟수를 늘리는 것이다.5. 실험내용 (Experimental)1) Reagent시약명분자식m.p()b.p()분자량(gmol)밀도()성질distilled water010018.011 (at 4)무색,투명potassium dichromate398500294.12.6 (solid)강력한 산화제, 독성, 주황색2) Apparatus(HACH 2010) (COD Reacter) (Micropippet) (HACH reagent)3) Experimental Procedure?. 증류수와 시료 20ml를 준비한다.①. COD reactor 용액에 각각 1ml를 취한다.②. 미리 Worming up 해둔 COD reactor 에 105~115도씨 사이에서 120분간 꽂아둔다.③. 시간이 다 되면 reactor에서 빼서 상온에서 식힌다.④. 미지근해질 때까지 기다린 후 Hach DR/2010을 이용해서 COD를 측정한다.6. 결과 및 토론 (Results & Discussion)4조, COD 측정(mg/L)1차4392차4503차531평균473표준편차50.242개의 HACH 시약을 받아서 한쪽에는 증류수 1ml를 첨가하고 다른 한 쪽에는 우정원 방류수 1ml를 첨가했다. 실험책에는 20ml를 첨가하라고 나와있지만 방류수의 오염도가 크기 때문에 유기물을 산화시키는데 필요한 중크롬산칼륨의 양이 많이 필요하다. 그러므로 시료 20ml를 전부 첨가시킬 경우 유기물을 전부 산화시키기 위한 HACH 시약의 양이 부족하기 때문에 시료를 첨가하는 양을 줄여서 상대적으로 과량의 HACH 시약이 존재하도록 조절한 것 같다.COD 리엑터에서 2시간 동안 가열한 후 상온으로 천천히 식힌 후 DR 2010 측정기로 COD 값을 측정하였다. 1차 측정에서 COD 값은 439mg/L, 2차 측정에서 450mg/L, 3차 측정에서 531mg/L 로 측정되었다. 이것들의 평균값을 구하면 473mg/L 이다. 구한 평균값과 최대값의 차이는 58mg/L 로서 이로부터 평균값과의 오차를 계산해보면 12.3% 이다. 마찬가지로 평균값과 최소값과의 차이는 34mg/L 로서 이로부터 평균값과의 오차를 계산해보면 7.2% 이다. 둘다 무시못할 매우 큰 오차를 보이고 있다. 추측하건대 방류수가 담긴 시험관은 유기물 이외에 불용성인 많은 미세물질과 부유물이 떠다닌다. 분광법으로 측정하는 본 실험에서는 시료의 내부가 균일하지 않고 불균일하기 때문에 빛이 투과하는 정도가 매번 달라서 상당히 오차가 큰 값을 나타내는 것 같다. 실재로 시료가 담긴 시험관 내부에는 하얀색을 띠는 부유물이 떠다니는 것이 관찰되었다. 시험관을 흔들거나 여러 회 측정을 해서 평균을 내는 것이 오차를 가능한 최소화시킬 수 있는 방법일 것이다.Student t 시험을 근거로 해서 측정치의 신뢰구간을 계산해보았다. 먼저 측정치의 평균값이 50% 신뢰구간과 90% 99% 모두 표함되는 것을 알 수 있다. 하지만 99% 의 신뢰구간의 구간차가 185mg/l에서 760mg/l 에 분포하고 있는데 표본의 참평균값이 큰 차이를 보인다는 뜻이다. 따라서 우리 조가 측정한 결과는 정확하지 못하다.(재현성이 없다.) 위에서 언급했다시피 측정 횟수를 많게 하면 이 구간차는 줄어들고 더욱 정확도를 높일 수 있을 것이다.시료는 채취하는 방법이나 온도 운반법 등에 따라 상태가 매우 달라지는 양상을 보인다. 시료 채취 이후에 온도가 높게 보관하거나 오랜 시간 보관하면 시료 내부에 있는 미생물이나 유기물들이 반응을 일으켜 시료의 조성이 바뀌기 때문에 분석하고자 하는 원래의 목적을 상실하게 된다. 시료를 채취하고 낮은 온도로 빠르게 실험을 진행하는 것이 추천된다.시료를 채취하는 과정에서 분석하고자 하는 물의 윗부분만 살짝 채취하는 것과 유기물이 많이 퇴적되어 있는 바닥 부분의 물을 채취하는 것은 차원이 다르다. 고여있는 물을 예로 들자면 무게가 있는 유기물질들은 시간이 지남에 따라 중력의 영향에 의해 밑바닥으로 가라앉는다. 여기서 물의 표면을 채취하게 되면 상대적으로 맑은 물이 채취될 것이고, 유기물이 많이 퇴적되어있는 바닥을 채취하면 상대적으로 오염된 시료가 채취될 것이다. 이런 채취 방법은 정확한 실험을 할 수가 없다. 따라서 시료 채취 시 한번 휘저어서 유기물질의 농도를 최대한 골고루 퍼지도록 해야한다. 실재로 이런 과정에 의해서 시료를 채취한 조의 COD 값이 1,000mg/L를 넘어가는 수치가 나왔다. 또한, 실험 시 피펫으로 시료를 취하기 전에 고루 섞어주어 유기물이 균일하게 퍼질 수 있도록 하는 과정이 필요하다.

공학/기술| 2012.08.03| 5페이지| 1,000원| 조회(291)

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[예비] 2032-type 리튬이차전지 제조

PRE, 2012-06-04(월), 4조, 2009101119, 유진호1. 실험제목 (Title)2032-type 리튬이차전지 재조2. 실험목적 (Purpose)리튬이차전지의 전기화학적 기초성능 평가를 위해 전 실험 단계에서 코팅하여 제조한 양극과 음극을 이용하여 2032-type coin cell을 제작함으로써 리튬이차전지의 구동 원리를 알아본다.3. 실험이론 (Theory)리튬 이온 전지(Lithium-ion battery, Li-ion battery)는 이차 전지의 일종으로서, 방전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하는 전지이다. 충전 시에는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 된다. 리튬 이온 전지는 충전 및 재사용이 불가능한 일차 전지인 리튬 전지와는 다르며, 전해질로서 고체 폴리머를 이용하는 리튬 이온 폴리머 전지와도 다르다.리튬 이온 전지는 크게 양극, 음극, 전해질의 세 부분으로 나눌 수 있는데, 다양한 종류의 물질들이 이용될 수 있다. 상업적으로 가장 많이 이용되는 음극 재질은 흑연이다. 양극에는 층상의 리튬코발트산화물(lithium cobalt oxide)과 같은 산화물, 인산철리튬(lithium iron phosphate, LiFePO4)과 같은 폴리음이온, 리튬망간 산화물, 스피넬 등이 쓰이며, 초기에는 이황화티탄(TiS2)도 쓰였다. 음극, 양극과 전해질로 어떤 물질을 사용하느냐에 따라 전지의 전압과 수명, 용량, 안정성 등이 크게 바뀔 수 있다. 최근에는 나노기술을 응용한 제작으로 전지의 성능을 높이고 있다.전지는 전기화학적 산화-환원 반응을 이용하는 에너지 변환 디바이스이다. 산화반응이 진행하는 음극, 환원반응이 진행하는 양극, 이러한 두 개의 반응을 이어주는 이온 전도체, 음극과 양극을 서로 떼어놓는 격막(separator)과 이와 같은 재료들이 들어가는 용기에 의해 구성된다. 이러한 각각의 요소 재료에 요구되는 바람직한 특성은 아래의 표와 같다.요소바람직한 특성양극고전위, 작은 전기화학 당량, 고안정성, 격납성음극저전위, 작은 전기화학 당량, 고안정성, 격납성전해질높은 이온 전도율, 고안정성격막높은 이온 전도율, 고안정성, 높은 기계적 강도용기고안정성, 높은 기계적 강도, 고기밀성산화제의 산화력과 환원제의 환원력은 그 강도를 각각의 화학종이 가지는 산화-환원전위로 나타낸다. 임의의 화학종을 전극으로 이용한 경우, 산화-환원전위는 이 전극의 전극전위를 말한다. 또는, 전지의 경우에 양극과 음극이 한 쌍이 되어 사용되기 때문에 전극전위를 단극전위라 부르는 경우도 많다.표준상태에서의 수소전극 전위를 0 으로 하여, 단극의 전위를 그와 같은 표준수소전극의 전위를 기준으로 하여 나타낸다. 수소보다 산화력이 강한 재료의 전위에 + 부호를 붙이고, 수소보다 환원력이 강한 재료의 전위에 - 부호를 붙인다. 따라서 전위가 높은 재료는 산화력이 강하고, 전위가 낮은 재료는 환원력이 강하게 된다. 전위가 같은 전극은 거의 없기 때문에, 2개의 전극을 조합하면 원리적으로는 전지를 구성할 수 있다. 이 때 전위가 높은 쪽의 전극을 양극, 낮은 쪽의 전극을 음극이라고 부른다. 전지를 방전할 때에는 양극에서 캐소드 반응(환원반응)이, 음극에서는 애노드 반응(산화반응)이 진행한다. 그러나 전지를 충전할 때에는 방전과는 반대로 양극에서는 산화반응이, 음극에서는 환원반응이 진행한다. 따라서 전지의 양극과 음극을 각각 캐소드와 애노드라고 부르는 것은 잘못된 것이다. 양극재료의 전극전위와 음극재료의 전극전위와의 차이가 기전력이 된다.기전력 = 양극의 전위 - 음극의 전위전기에 외부 저항이 걸려 있지 않을 때, 즉 외부에 전류가 유출하고 있지 않을 때의 양극과 음극간의 전위차를 말하며 그 전지의 기전력과 같다. OCV 값은 재료의 열역학적 특성을 나타내는 매우 중요한 값이다.예를 들어 양극 활물질로 LiMO2를 사용하였을 때 충전반응 시 다음의 반응이 진행된다.LiMO2 = xLi + Li1 xMO2 + xeLiMO2 의 분자량을 M, 탈리한 Li+ 의 몰분율 x, 페러데이 상수 (96,450C), 활물질 중량 m을 이용하면, Q(전기량) 은 다음식과 같다.Q=Fmx/M종축에 OCV를 횡축에 x를 그리면 OCV 곡선이 얻어진다. 이 곡선의 x=0에서 x=1 까지의 면적이 몰당 이론에너지밀도가 된다.양극으로는 산화제가 활물질로서 이용된다. 전위가 높고 전기화학 당량이 작은 활물질이 바람직하다. 염소 및 산소와 같은 기체는 전지 내부에 가두는 것이 어렵고, 전해액에 용해되는 활물질은 격막을 통과하여 음극에 접촉하는 것을 방지하기 어렵기 때문에 실용 전지의 전극이 되기는 어렵다. 때문에 산화물, 황화물, 할로겐화물 등의 고체가 양극으로서 이용되는 경우가 많다.이에 반해 음극 활물질은 환원제이다. 되도록 전위가 낮으며 환원력은 강하고 전기화학 당량이 작은 재료가 바람직하다. 이차전지의 음극 활물질로는 금속이 이용되는 경우가 많지만 수소저장 합금, 탄소재료, 산화물 등의 삽입형 전극도 이용된다.전극에서의 반응이 연속적으로 진행하기 위해서는 산화제와 환원제의 반응을 서로 연결해주는 이온 전도성의 상이 필수인데, 이것은 원리적으로 이온이 지나가는 길을 제공하는 것뿐이다. 이온 전도체인 전해질로는 산, 염기, 염을 물에 용해시킨 수용액, 염을 유기용액에 용해시킨 유기 전해액, 이온 전도성 무기물(결정성 및 비결정성), 이온 전도성 고분자, 용융염 등이 있다.격막은 양극과 음극이 직접 접촉하는 것을 방지하기 위한 목적으로 이용되며, 고체 전해질과 고분자 전해질을 이용하는 경우를 제외하고는 전해액을 이용하는 대부분의 전지에 필요한 구성 요소이다.

공학/기술| 2012.08.03| 4페이지| 1,000원| 조회(330)

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[예비] 고체배지제조, 멸균 및 균락 관찰

PRE, 2012-04-30(월), 4조 2009101119, 유진호1. 실험제목 (Title)고체배지 제조, 멸균 및 균락 관찰2. 실험목적 (Purpose)고체 평판배지의 제조법을 익히고 아 배지를 멸균하면 그 안의 모든 미생물이 사멸하기 때문에 충분한 배양시간이 경과하여도 배지 내에 미생물이 생장할 수 없는 것을 관찰한다. 그러나 잘 멸균된 고체배지에 대장균을 접종하여 순수배양하면 대장균 균락을 관찰할 수 있음을 확인한다.3. 실험이론 (Theory)배지란 적당한 영양성분을 혼합해서 무균상태의 액체 또는 고체로 만든 인공적인 증식환경을 말한다. 배지는 물리적 형상에 따라 고체배지와 액체배지, 반고형 배지로 분류하며 사용목적에 따라 선택배지, 분별배지, 농화배지로 구분하기도 한다. 선택배지는 특정 미생물의 생장을 도모하고 다른 미생물의 생장을 억제시킴으로써 원하는 미생물만 선택적으로 배양하는데 사용하는 배지로서 MacConkey 한천배지, Salmonella-sbigella 배지 등이 여기에 해당한다. 그리고 그 조성에 따라 천연배지와 합성배지로 구분한다. 천연배지는 육즙, 맥아즙, 혈청 등을 주성분으로 한 것이며 합성배지는 여러 영양소와 화학물질을 인공적으로 배합하여 만든 것이다.고체배지는 액체배지에 한천, 젤라틴, 실리카겔 등 젤(gel)을 형성하는 물질을 첨가하여 만든다. 젤 형성물질 가운데 한천(agar)이 가장 이상적으로 평가된다. 보통 한천을 1.5%~2% 정도 배지에 넣어 고체배지를 만든다. 고체배지는 목적에 따라 다시 평판배지, 사면배지, 고층배지 등으로 구분된다.액체배지는 배지성분이 액체 상태인 것으로 세균을 거대 용량으로 생장시킬 때나 대사산물을 얻을 때, 효소반응을 보고자 할 때에 사용된다. 발효연구, 인돌이용, 메틸레드 등의 시험은 배양액 배양에서 행해진다.해초로부터 분리된 복합 다당체인 한천은 액체배지를 경화시키기 위하여 1.5%의 농도로 첨가된다. 한천은 미생물학에서 사용 시 독특한 특성을 가진다.? 100℃에서 녹지만 45℃로 식혀질 때까지 굳지 않는다. 이온도에서는 세포를 죽이지 않고 세균을 접종할 수 있다.? 한천은 대부분의 세균에 대해 영양원이 아니다.복합배지든 제한배지이든 모든 배지는 모든 세포가 생장하는데 필요한 어떠한 기본적인 영양요구성분을 공급해주어야 한다. 여기에는 탄소원, 에너지원, 질소원, 무기물, 비타민, 생장인자 및 수분 등이 포함된다.ㅡ 탄소원생물은 그들의 탄소원 요구성에 기초하여 두 종류로 나눌 수 있다. 종속영양생물은 다당류, 탄수화물, 아미노산, 펩티드, 단백질과 같은 유기화합물로부터 탄소원을 얻는다. 육류와 식물추출물이 이러한 영양원으로 공급되기 위하여 복합배지에 첨가된다. 이와는 대조적으로 독립영양생물은 그들의 탄소요구성분을 이상화탄소 고정을 통하여 얻는다.ㅡ 질소원질소는 아미노산, 뉴클레오티드 염기, 비타민과 같은 생물분자에서 필수 요소이다. 몇몇 세균은 탄소 중간산물과 질소 무기형태를 이용하여 이들 화합물을 합성할 수 있다. 복합배지에 육류 추출물과 펩톤을 첨가하여 세균을 위한 질소원이 공급된다. 대부분의 세균은 NH3을 질소원으로 사용한다.ㅡ 무기물금속은 효소반응에서 보조인자이며 시토크롬, 세균엽록소, 비타민과 같은 분자의 필수 구성요소이기 때문에 세균대사에서 필수적이다.ㅡ 비타민과 생장인자비타민은 대사에서 조효소 역할을 한다. 연쇄상 구균, 유산균과 같은 몇몇 세균은 비타민을 합성할 수 없기 때문에 이들을 요구한다. 본 실험에 사용하는 대장균은 비타민을 합성할 수 있기 때문에 생장을 위해 배지상에서 이들을 요구하지 않는다.멸균은 미생물을 이용하는 실험에서 가장 우선 익혀야 하는 중요한 실험기술 중 하나이다. 멸균 대상물을 멸균하는 시간은 대상의 부피가 큰 경우에는 중심부까지 적정온도에 도달하는 시간을 고려하여 결정한다. 목적에 따라 최적의 방법을 택하여 사용한다.ㅡ 열 멸균법대부분의 배지는 121℃에서 적어도 15분, 15psi 압력으로 열을 가하여 멸균한다. 이러한 조건은 세포와 존재하는 내생포자를 죽이는데 충분하다. 하지만 배지에 열에 약한 성분이 있어 멸균 온도로 취해져서는 안 된다면, 0.45um 의 세균용 여과지에 통과시켜 무균 상태로 만든다.ㅡ 자외선 멸균법조작이 간편하고 쉬우며 여러 가지 물체를 멸균하는데 이용할 수 있지만 자외선의 투과력이 약하기 때문에 이용에 제한을 받는다. 실험실 또는 수술실의 공기를 멸균하는데 이용하고 있다.ㅡ 습윤 멸균고온, 고압 수증기를 포화시킨 고압 멸균기를 사용하여 내생포자를 포함한 모든 미생물을 사멸시키는 것을 말한다. 고온에서 변질, 분해되지 않는 배지나 주사기, 피펫 등의 멸균에 사용된다.ㅡ 건열 멸균가열된 공기를 이용하는 방법으로 증기에 비해 열전도율이 낮아 160℃에서 적어도 1시간 이상 가열하며, 고온에서 견딜 수 있는 면전을 한 시험관이나 플라스크 등의 멸균에 사용된다.ㅡ 여과 멸균공경이 약 0.2~0.45um 의 멸균된 여과지를 사용하여 제균하는 방법으로 가열에 의해 영향을 받는 물질을 함유한 용액의 멸균에 사용한다.ㅡ 화염 멸균알코올램프나 천연가스 토치 등을 이용하여 유리봉, 금속류, 도자기 등을 불꽃 속에서 20초 이상 접촉시키는 방법으로 표면의 미생물살균에 이용한다. 백금이, 시험관 마개, 플라스크 매개 등을 화염멸균한다.검사재료, 즉 증균법으로 증균한 재료 또는 다른 병적재료에서 병원균을 백금이로 한천평판배지에 지그재그 모양으로 개개의 세균을 독립시켜 배양하여 독립된 집락을 검색하는 방법이다. 비교적 간편하고 빠르게 분리할 수 있는 장점이 있다. 이 방법은 근본적으로 미생물의 농도를 희석하는 과정이다. 결과적으로 몇 개의 세포만이 접종 고리 표면에 자리하게 되고 이 고리가 한천 표면을 스치고 지나가면서 단일 세포가 고리에서 분리된다. 이 단일 세포가 각각 분리된 균락으로 발달한다. 단일세포가 공간적으로 얼마나 떨어져서 자라는지에 따라 순수배양의 성공 여부가 결정된다. 너무 가깝게 자라서 균락을 서로 구별할 수 없는 상황이 되지 않아야 하며 또한 희석이 과도하여 한 평판배지 내에 균락의 숫자가 너무 적지 않도록 하여야 한다.ㅡ 온도일반적으로 미생물은 상당히 광범위한 온도조건에서 생존할 수 있다. 미생물은 최적온도에서 증식이 가장 잘 되며, 최고 발육온도 이상이 되면 그 미생물의 대사 효소계의 불활성화를 초래한다. 미생물 증식에 필요한 환경과 온도는 미생물 종류에 따라 거의 일정한 범위 내에 국한된다. 그 범위에 따라 크게 저온균(10~20℃), 중온균(20~40℃), 고온균(40~50℃)으로 분류된다.ㅡ 산소세균이 증식하는데 있어서 유리산소의 존재를 필요로 하는 경우와 필요로 하지 않는 경우가 있다. 이에 따라 세균을 편성호기균, 통성혐기균, 미호기성균, 편성혐기균, 산소내성 혐기균으로 구분한다.ㅡ 물과 pH세포는 70~80%의 물로 이루어져 있다. 세포에서 효소반응과 수송은 단지 물이 있을 때 일어나기 때문에 액상 환경이 요구된다. 배지를 준비할 때 항상 증류수를 사용하는 것이 필수적이다. 또한 배지의 pH가 적절한 값으로 맞추어 짐으로써 생장이 저해 받지 않도록 하는 것이 중요하다. 대부분의 세균은 pH 7의 중성 값에서 최대 생장을 보인다.생장은 미생물이 출아법이나 이분법과 같은 방법으로 생식할 때 세포수가 증가한다. 이분법은 각각의 세포들이 커지고 거의 같은 크기의 자손으로 분열한다. 생장의 과정은 왼쪽의 그림과 같이 유도기, 지수기, 정지기, 사멸기 로 나뉜다.대장균(Escherichia coli, E. coli)는 온혈 동물의 창자(대장과 소장)에서 많이 볼 수 있는 박테리아이다. 대부분의 대장균의 변종은 해롭지 않지만, 항원형 O157:H7등은 사람의 식중독을 일으키며, 가끔 대규모의 식품 리콜의 원인이 된다. 해롭지 않은 변종은 대장의 공생동물이며 비타민 K2등을 생산하여 이로움을 주기도 하며, 창자에서 병의 원인이 되는 박테리아의 번식을 막기도 한다.대장균은 창자에만 있는 것은 아니고 밖으로 방출되더라도 짧은 기간 동안 살아남는다. 박테리아는 쉽게 번식하고 유전적으로 비교적 단순하고 다루기가 쉬워 가장 많이 연구된 원핵생물의 표본생물이고, 바이오테크놀로지에서도 중요하게 쓰인다.ㅡ 배지에 의한 보관일반적으로 사용하는 균주보관방법. 보통 평판배지, 사면배지 등에 균을 접종해서 보관한다.ㅡ 동결보관동결보관은 초저온냉장고(-80℃) 또는 액체질소를 사용하는 방법이다. 저온에 동결시키면 장기간(약 10년) 보관할 수 있다.ㅡ 평판 측정법(plate count)미생물을 고체배지에 배양하면 균락이 형성되는 것을 이용하여 균수를 측정하는 방법이다. 대게 18~24시간 정도의 배양을 한 후에 균락의 크기가 육안으로 관찰될 수 있게 되므로 미생물의 수(농도)를 판정할 수 있을 때까지 오랜 시간이 걸리는 단점이 있다.ㅡ 현미경 측정법작은 양의 일정 부피의 배양액 중에 포함된 세포 수를 현미경으로 직접 측정한 후 단위 부피(1ml)당 전체 균수로 환산하는 방법이다.ㅡ 분광 광도법분광 광도계를 사용하여 탁도를 측정한 후 이를 균체량으로 환산하는 신속하고 편리한 방법이다. 효모나 박테리아가 균일하게 현탁되어 흡광도와 균체량과의 사이에 직선관계가 인정되는 범위에서 사용한다.ㅡ 실험은 무균대(clean bench) 안에서 실험하거나 설험장소를 소독제로 살균한다.ㅡ 미생물 배양체를 접종하는 기구, 즉 루프, 백금이, 면봉, 이쑤시개 등을 접종 존후에 반드시 멸균한다.ㅡ 실험 중 균주가 손에 묻지 않도록 한다.ㅡ Loop를 사용하여 한천에 접종할 때에 적당한 강도로 한다(배지 파손 방지).ㅡ Loop가 지나간 자리를 파악하기 어려우므로 Loop의 움직임에 집중한다.ㅡ 오염 가능성을 최소화하기 위해 가능한 실험시간을 최소화한다.ㅡ 배지의 양이 너무 적으면 보존 중에 말라버리기 쉽고, 양이 너무 많으면 패트리 접시의 뚜껑에 접촉되어 오염될 우려가 있으므로 적절하게 양을 조절한다.ㅡ 배지에 기포가 형성된 경우에는 버너의 불꽃을 근접시켜서 기포를 없앤다.

공학/기술| 2012.08.03| 7페이지| 1,000원| 조회(459)

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[예비] 광학적 분석기법을 이용한 유기화합물의 확인 및 구조 분석

PRE, 2012-04-16(월), 4조 2009101119, 유진호1. 실험제목 (Title)광학적 분석기법을 이용한 유기화합물의 확인 및 구조분석2. 실험목적 (Purpose)광학적 분석기법을 이용한 유기 화합물 특성분석의 기본 원리를 이해하고 FT-IR 분광분석법 (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 및 NMR(Nuclear Magnetic Resonance) 분광분석법을 이용하여 유기물의 특성들(기능기, 분자구조, 분자량 등)을 조사하여 정성 및 정량분석을 한다.3. 실험이론 (Theory)적외선 분광법은 물질과 적외선 간의 에너지 교환 현상을 이용한 측정방법이다. 공유결합을 갖는 대부분의 화합물은 적외선 영역에서 각기 특정결합의 진동 에너지에 해당하는 특성적인 전자기 복사선을 흡수한다. 이러한 적외선 영역은 4,000~400이다. 특정 물질의 적외선 흡수 스펙트럼은 그 물질의 화학적 물리적 특성들에 관한 매우 중요한 정보를 제공한다. 빛을 분광하는 방법에 따라 분산형, 비분산형, 간섭형으로 구별된다.간섭형 분광 광도계인 FT-IR 분광 광도계는 빛의 간섭을 이용하는 장치로서 동시에 전 파장을 측정할 수 있고, 또한 광량 이용률이 크다는 원리적 특성을 갖고 있다. 측정 시간이 대단히 신속하여 짧은 시간에도 여러번 측정을 반복할 수 있으며 이에 따라 대단히 높은 신호 대 잡음비를 갖는다. FT-IR은 Michelson 간섭계로 interferogram을 얻고 이를 Fourier 변환시켜 적외선 스펙트럼을 얻는다.적외선 분광법에서 흡수띠로 관찰할 수 있는 것은 쌍극자 모멘트를 가진 결합이 적외선 영역에 놓였을 때 쌍극자 모멘트의 변화가 일어날 수 있는 결합의 진동 형태들에 한하며, 수소나 염소 분자와 같은 대칭적인 결합은 알짜 쌍극자 모멘트가 없기 때문에 적외선 흡수띠가 관찰되지 않는다. 형태가 다른 결합은 그들의 진동수가 다르고 그들의 이웃한 다른 원자나 결합의 영향이 서로 다르기 때문에 같은 결합에 대한 흡수 에너지도 다소 차이가 생긴다. 그러나 흡수가 일어나는 영역이 거의 유하므로 이들을 물질의 확인에 이용할 수 있다.적외선에 투명한 좋은 용매가 없기 때문에 적외선 분광분석법에서는 시료를 용해시켜 분석하는 것이 어렵다. 그러므로 적외선 분광분석법에 적절한 액체나 고체시료를 제조 취급하는 특별한 방법이 필요하다.전체 적외선 영역에 걸쳐 투명한 용매는 존재하지 않는다. 물과 알코올은 적외선을 강하게 흡수할 뿐만 아니라, 시료용기로 가장 흔하게 사용하는 물질인 할로겐과 알칼리금속을 침식하기 때문에 거의 사용하지 않는다. 또 이런 이유로 해서 분석에 사용하는 특별한 용매는 사용하기 전에 잘 건조시키도록 주의해야 한다. 용매는 적외선을 세게 흡수하려는 경향이 있기 때문에 시료용기는 자외선-가시선 영역에서 사용하는 것보다 대단히 좁게 만든다. (0.01 내지 1mm), 그리고 적외선 복사선의 광로 사정으로 말미암아 보통 시료의 농도는 0.1내지 10% 정도로 맞추어야 한다. 용기는 조립식이 보통이고 teflon 간격판을 사용하여 그 광로길이를 변화시킨다.각각의 작용기에 따른 스펙트럼 흡수도를 보고 추측한다. 그 표는 다음과 같다.핵자기공명(NMR) 분광법은 근본적으로 분자의 국소 구조에 대한 정보를 제공한다. 얻어진 국소 구조의 정보를 바탕으로 하여 전체적인 분자 구조를 결정하게 된다. 이는 저분자나 고분자 물질에 모두 적용된다.화학결합에 있는 전자의 순환이 순양성자 자체가 에너지를 흡수하는 것을 제제하거나 도와줌으로써 양성자의 에너지 흡수 위치가 이동하게 되는데 이를 화학적 이동이라고 한다. 화학적 이동은 분자가 매우 빠른 속도로 운동하기 때문에 여러 방뱡성을 가지고 나타나게 된다. 따라서 이 방향성이 평균값으로 나타나게 되는데 실재로는 이것을 정확하게 측정할 수 없으므로 기준 물질(TMS)에 대한 상대값으로 구하여 해석한다. 본 실험에서는 테트라메틸실란(TMS :)물질을 이용하여 TMS 으로부터 이동된 화학적 이동을 측정할 수 있다.양성자 NMR인 경우 TMS가 기준 물질로 사용되며 아 피크를 제일 오른쪽 0 HZ애 고정을 시키게 된다. 이때 자장의 세기는 오른쪽으로 갈수록 세게 되며 화학 이동은 Hz 단위로 나타낼 수 있는데 이때는 반드시 사용된 주파수를 표시하여야 한다. 이와 같은 불편을 해소하기 위하여 주파수와 관계가 없고 단위가 없는 PPM을 사용하는데 이것은 Hz단위로 나타낸 값을 사용된 주파수로 나눈 다음 10^6을 곱한 값이다. 예를 들면 어떤 피크가 TMS로부터 60Hz 떨어진 곳에 나타나면 이것은 60MHz NMR에서는 1.00 PPM이 된다. 즉, PPM 은 사용된 NMR의 주파수와는 무관한 값이다.δ(PPM) = TMS로부터의 헤르츠로 관찰된 이동 * 10^6 / 기기의 헤르츠 단위로 된 작동 진동수화학적 이동특성을 이용하여 NMR 분광법에서 화학적으로 서로 다른 종류의 양성자가 존재함을 알 수 있다. 그러나 어떤 특정한 분자내의 양성자의 화학 이동을 저확이 계산하기란 거의 불가능하다. 그러므로 대부분의 화학이동 값의 예측은 이미 어떤 분자 내에서 존재하는 양성자에 대한 값들의 자료를 이용하는 것이 대부분이고 실제로 매우 실용적이다. 실재로 같은 화합물의 양성자 NMR 스펙트럼이라도 화학이동 값은 물질의 농도, 용매, 그리고 그 때의 온도에 따라서도 변하므로 절대적인 값이란 존재하지 않는다.양성자는 약 12PPM에 걸쳐 모든 화학이동이 겹쳐 있지만 탄소의 경우는 200 PPM이 넘는 넓은 영역에 걸쳐 분포되어 있으므로 양성자 보다 탄소의 화학이동이 분자의 구조를 규명하는데 더 유용하다. 1H NMR에서의 양성자의 종류에 따른 화학적 이동은 다음 표와 같다.양성자의 종류화학적 이동δ양성자의 종류화학적 이동δ알카이닐ㅡCCㅡH2.5~3.0할로겐화알킬 X=Cl, Br, I2.5~4.0포화1차ㅡ0.7~1.3알코올ROH2.5~5.0포화2차ㅡㅡ1.2~1.6알코올에터3.3~4.5포화3차|H|1.4~1.8바이닐ArㅡH4.5~6.5아릴1.6~2.2방향족COH6.5~8.0메틸케톤2.0~2.4알데하이드COO9.7~100방향족메틸Arㅡ2.4~2.7카복실산COOH11.0~12.0분자량 88.23.상압에서는 무색 투명한 액체(끓는점 26℃)인 Si(CH3)4 구조의 완전 대칭성 화합물. 모든 메틸기가 핵자기공명(H-NMR)에서 1개의 흡수선을 나타내며, 더구나 알려져 있는 화합물에서가장 고자장으로 나타내기(좀더 고자장으로 나타나는 소수의예외도 있음) 때문에, NMR 스펙트럼 상의 횡축 표준물질로서 사용한다. 즉 TMS의 위치를 0ppm으로 하여 다른 화합물의화학 시프트를ppm으로 나타내며 δ값으로 표현한다. 끓는점이 낮아서 저온 측정에 적합하다.1H-NMR : 1H 의 핵자기공명 현상을 이용하여 미지 분자의 SHIFT를 측정하는 방법이다. TMS를 기본 용매로 하여 기준을 설정하고, 분석 자료를 토대로 각각의 시료 분자의 SHIFT를 분석하여 구조를 예측한다. 미지 시료의 분자내 수소의 개수와 배열 위치를 추정할 수 있으며, 전체적인 분자 구조를 예측할 수 있다.13C-NMR : 13C 의 핵자기공명 현상을 이용하여 미지 분자의 SHIFT를 측정하는 방법이다. 보통 0~220PPM 까지 측정 범위가 나타나며 주위 환경에 따라 많이 달라지는 양상을 보인다. 질량수 13인 탄소의 동위원소는 자연계에 작은 양(1.1%) 만이 존재하기 때문에 감도가 1H-NMR에 비해서 낮고 분석시료의 양이 많이 필요하다. 하지만, 분석 자료는 미지 분자 탄소의 골격 구조에 대한 중요한 정보를 알려준다.ethyleacethate를 NMR 분석해본 결과를 보면 산소와 연결되어 있는 2개의 알킬기는 2개의 단일 피크 대신 1개의 단일 피크와 2개의 다중선 피크로 나타나는 것을 볼 수 있다. 이외에도 삼중선이나 사중선같은 여러개의 다중선으로 피크가 분포하게 되는데 이것을 스핀-커플링 이라 한다. 서로 결합되어있는 핵들이 서로 상호작용하면서 일어나는 현상이다. 특히, 다중 피크들 간의 사이간격을 Hz 단위로 나타내며 이를 커플링 상수(J)라 한다.양성자의 피크는 화학 결합으로 이루어진 주위의 양성자에 의해서 분리가 일어나며 이때의 다중도는 주위의 양성자 수에 의해서 결정된다. 한 개의 양성자가 주위에 있으면 2중선(Doublet)으로, 2개의 양성자가 있으면 3중선(Triplet)으로, 그 이상(3,4,5..) 양성자가 있으면 4중선, 5중선 등으로 나타난다. 양성사 n 개에 대하여 n+1 개로 분리된다. 이 때 피크의 상대적인 세기는 1:1, 1:2:1, 1:3:3:1 등으로 파스칼의 삼각형 형태로 나타나게 된다. 하지만, 커플링을 일으키는 핵들이 각각 화학적으로, 자기적으로 동등해야하고 서로 커플링을 하는 두 핵의 화학이동의 차이가 커플링상수(J)보다 커야 이 법칙을 기대해볼 수 있다.좋은 NMR 스펙트럼을 얻는 데 필요한 시료의 양은 30~40mg으로서, 반드시 용액 상태로 만들어 측정해야 한다. 지름 5mm, 길이 약 15cm되는 유리체 시료 용기에 적당한 용매를 써서 0.1~0.02M 정도로 묽게 한 시료를 약 0.4ml 정도 담는다. 또, 대단히 적은 양의 시료를 측정하기 위해서는 마이크로 시료 용기를 사용하기도 한다. 시료의 농도는 화학적 이동을 변화시키게 되는 동시에, 시료의 점도가 크게 되면 흡수 피크의 폭이 넓어지게 된다.

공학/기술| 2012.08.03| 6페이지| 1,000원| 조회(196)

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