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[서울대학교 일반화학실험2 A+ 보고서] 15.천연 색소의 추출과 무기 안료의 합성 평가A좋아요

1. Introduction1.1 Background research▲ Figure 1. 여러 가지 천연색소: 천연 색소들은 우리 주변의 식품, 화장품, 의약품, 생활용품 등에서 널리 쓰이고 있다. 이번 실험은 치자, 소목, 그리고 자초라는 천연의 재료로부터 염료를 추출하고, 그 추출액으로 면섬유를 염색하는 것으로 이루어졌다. 천연 염색은 화학 염색에 비해서 환경 친화적이며, 건강 상품으로서 응용할 수 있는 범위 또한 넓기 때문에 최근에 많은 관심을 받고 있다. 천연 염색에 이용되는 ‘천연 색소’란, 동식물의 생체 내에 함유되어 있거나 미생물이 생산하는 색소를 의미한다. 동물 색소에는 혈색소, 담즙색소, 퀴논류 등이 있으며. 식물색소로는 카로티노이드, 플라보노이드, 치자 등이 있다.천연색소는 예로부터 염료로 사용되었으며, 오늘날에는 식품, 화장품, 의약품 뿐 아니라 생활용품이나 건축용 자재, 인테리어 용품 등에까지 널리 쓰이고 있다. 천연색소는 합성색소에 비해 안정성이 높고, 제조가 간단하여 환경 친화적인 장점이 있다. 반면에 색이 선명하지 않고 빛이나 열에 대한 안정성이 떨어지며, pH 변화에 의해 색조가 변화하는 등의 단점을 가지고 있다. 계절에 따라 원료를 구하기 어려울 수 있다는 점과 합성 색소에 비해 가격이 비싸다는 점 역시 단점이 될 수 있다.천연 염색의 천연 색소 추출 시에 사용되는 용매제는 그 종류에 따라 추출량이나 발색에 영향을 미친다. 일반적으로는 물이 보편적으로 사용되며, 이외에도 메탄올, 에탄올, 빙초산, 식초, 염산 등이 용매제로 사용된다.이번 실험에서와 같이 천연의 재료를 이용하여 염료를 추출하고 염색을 하는 경우 염색만으로는 잘 염색이 되지 않고 선명도가 나빠지는 경우가 많다. 염료가 직접 섬유에 염색이 되지 않을 때, 섬유에 금속염의 수용액을 충분히 배게 하여 발색, 고착시키는 방법을 사용하는데 이때 사용하는 금속염을 매염제라고 한다. 매염제를 사용하는 경우에는 염색을 하기 전 섬유에 매염제를 입히는 선매염법과 염색한 뒤에 매염제로섬유의 염색과 염색 과정 중 금속 매염제 처리의 효과와 같은 개념들을 체험적으로 습득할 수 있었다.2. Material and Method2.1 Material`100ml 비커, Hot plate, 증류수, 에탄올, 약수저, 전자 저울, 백반(KAl(SO _{4} ) _{2} BULLET 12H _{2} O),FeSO _{4} BULLET nH _{2} O, 종이 타월, 면섬유, 치자, 소목, 자초,CH _{3} COOH 용액,NaHCO _{3} 용액, 장갑, 스포이트2.2 Method우선 실험 시작 전100ml 비커 5개를 준비하여 4개의 비커에는 각각50ml씩 증류수를 채웠고, 나머지 1개의 비커에는50%EtOH 용액을 채워주었다. 이 5개의 비커를 Hot plate 위에 올린 후 약 130℃에서 가열하였다.2.2.1 매염 준비1.5g의 백반(KAl(SO _{4} ) _{2} BULLET 12H _{2} O)과1.5g의FeSO _{4} BULLET nH _{2} O를 계량하여 Hot plate 위의 증류수가 담긴 비커 2개에 각각 넣고 끓여주었다. 각각의 금속염이 담긴 비커를 저으며 충분히 가열한 후 준비한 면섬유를 핀셋을 이용하여 각각의 비커에 3개씩 넣고 약 2분 정도 추가적으로 가열하였다. 가열을 마친 면섬유는 종이 타월 위에 올려두었으며, 비커는 Hot plate에서 내려 한쪽에 잘 방치해 두었다.2.2.2 염료 추출하기증류수와 에탄올이 끓기 시작하면 증류수가 들어있는 2개의 비커에는 각각 치자와 소목을,50%EtOH 용액이 들어있는 비커에는 자초를 넣은 후 계속해서 가열하였다. 색이 충분히 우러나왔다고 생각이 되면, 핀셋을 이용하여 건더기를 건져내었다.◀Figure 2. 매염액과 염료를 추출하는 모습2.2.3 매염제 없이 염색하기면섬유 3개를 준비하여 증류수에 적신 후, 과정 2.2.2에서 추출한 염료 추출액 3가지(치자, 소목, 자초)가 담긴 비커에 각각 하나씩을 넣고 가열하였다. 면섬유에 색이 충분히 염색되었다고 생각이 되면, 깨끗한 핀셋을 이주었다.2.2.5 탈색, 변색 유무 확인하기종이 타월 위의 9개 면섬유(매염제 없이 염색,Al,`Fe 매염제를 이용하여 염색)의 색을 기록하였고, 사진 촬영을 하였다. 각각 면섬유의 한쪽 모서리에 스포이트를 이용하여CH _{3} COOH 용액을 한두 방울 떨어뜨리고, 반대편 모서리에NaHCO _{3} 용액을 다른 스포이트로 한두 방울 떨어뜨린 후 색 변화를 관찰하였다.3. Data and Result실험의 결과를 다음과 같이 5개의 측면에서 기록할 수 있었다.(1)Al,`Fe 금속염 매염액의 색(2) 반응 전 치자, 소목, 자초 염료 추출액의 색(면섬유를 넣기 전)(3) 반응 후 치자, 소목, 자초 염료 추출액의 색(매염 과정을 거친 면섬유를 넣은 후의 색)(4) 9가지 용액에 염색한 면섬유의 색(5) 산과 염기성 용액을(CH _{3} COOH,NaHCO _{3} 용액) 떨어뜨린 후의 색 변화3.1Al,`Fe 금속염 매염액▲ Figure 3. 와 금속염 매염제: 매염제는 짙은 황색을, 매염제는 무색을 띠었다.Figure 3은 Hot plate 위에서 가열 중인Fe와Al 금속염 매염제의 모습이다. 좌측에 위치한 비커에는Fe 매염제가 들어있으며, 우측에는Al 매염제가 들어있다.Fe 매염제는 짙은 황색을 띠었고 불투명하였는데,Al 매염제의 경우 특별한 색을 띠지 않았고 투명하였다.3.2 반응 전 치자, 소목, 자초 염료 추출액▲Figure 4. 소목과 치자의 염료 추출액: 소목은 진한 분홍빛을, 치자는 옅은 노란빛을 띠었다. 실험 과정에서 자초 염료 추출액의 경우, 50% EtOH 용액과 끓고 있는 증류수가 담긴 비커를 혼동하여 추출하지 못하였다. 다른 조의 자초 염료 추출액을 사용하여 실험을 진행했기에 자초 염료의 색을 관찰하지 못하였다.Figure 4는 좌측부터 소목과 치자의 염료 추출액이다. 반응 전의 소목 염료는 진한 분홍빛을 띠었으며, 치자 염료는 옅은 노란빛을 띠었다. 여기서 반응 전이라는 말은 금속 매염액을 처리한 면섬유를 넣기 전의 상태를 의미한다.F 매염제를 처리한 면섬유들은 염색 정도에서 큰 차이를 보였다. 3.4 9가지 용액에 염색한 면섬유Figure 6은 9가지 용액에 염색을 한 후 드라이기를 이용하여 말린 면섬유의 모습이다. 같은 매염제를 처리한 면섬유들은(가로 줄) 대체적으로 비슷한 특성을 보였다. 매염제를 처리하지 않은 첫 번째 줄은 모두 연하게 염색이 되었다. 특히 자초의 경우, 금속 매염제를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우의 차이가 도드라졌다. 매염제를 처리하였을 때는 진하게 염색이 된 반면, 매염제 처리를 하지 않았을 때에는 염색이 거의 이루어지지 않았다.Fe 매염제를 처리한 면섬유들은(두 번째 줄)Fe 매염제가 가지고 있던 짙은 황색 빛이 염색된 섬유 표면에 남아 있었다.Fe 매염제를 사용한 경우, 다른 경우들보다 얼룩이 많이 남았으나 색은 가장 진하게 입혀졌다. 마지막으로Al 매염제를 사용한 경우(세 번째 줄), 매염제를 사용하지 않은 경우와 육안으로 구분되는 큰 차이점은 없었다. 다만 소목의 경우`Al 매염제를 사용하였을 때 ‘다홍색’으로 염색이 되었으며, 자초의 경우 매염제를 처리하지 않았을 때와 그 차이가 확연하게 관찰되었다.▲ Figure 7. 산성 용액과 염기성 용액을 떨어뜨린 후의 색변화: 매염제를 처리한 경우 산성과 염기성 용액을 떨어뜨려도 색의 큰 변화가 없었지만, 매염제를 처리하지 않았을 때에는 색 변화가 관찰되었다. 3.5CH _{3} COOH,NaHCO _{3} 용액을 떨어뜨린 후의 색 변화Figure 7은 9가지 용액에 면섬유들을 염색한 후 각각의 색을 관찰하고,CH _{3} COOH,NaHCO _{3} 용액을 각각 면섬유의 왼쪽 위 모서리와 오른쪽 아래 모서리에 1~2 방울 떨어뜨린 후 색 변화를 관찰한 것이다.우선,CH _{3} COOH 용액을 떨어뜨린 경우를 살펴보자면 다음과 같다. 금속 매염액 처리를 해준 2, 3번째 줄을 면섬유들은 산성 용액을 떨어뜨려도 거의 색 변화가 일어나지 않았다. 하지만 매염제 처리를 하지 않은 첫 번째 줄의 소목 면섬유를 보면 없었다.4. Discussion▲ Figure 8. 치자 열매의 색소인 Crocin과 Crocetin의 구조식 치자 열매는 9월에 ‘황홍색’으로 익으며, 주로 약용이나 염료로 쓰인다. 치자 열매의 성분 중 색소 성분은 크로세틴의 배당체인 크로신(crocin)이다. 이번 실험에서와 같이 치자 열매에서 색소를 직접 추출하는 경우에는 크로신만이 추출되는 것은 아니며, 추출액의 산도 때문에 크로세틴이 함께 생성되기도 한다.(Figure8) 크로신은 붉은 염료로 이용이 되며, anti-depressant 작용 또한 가지고 있다.▲ Figure 9. 소목의 브라질린 색소둘째로 소목은 콩과에 속하는 상록교목으로 외피 안쪽의 심지에 붉은색의 브라질린 색소가 함유되어 있어 예로부터 동서양 각지에서 붉은색 염료로 널리 사용되었다.(Figure 9) 소목은 매염제 없이 염색하면 견뢰도가 좋지 않아 색이 잘 바랜다. 견뢰도를 향상시키기 위해서 백반(Al``매염제), 식초, 석회수, 철장액(Fe`매염제) 등의 매염제를 사용할 수 있는데, 매염제에 따라 여러 색깔로 변하므로 다색성 염료이다. 백반으로는 붉은색, 석회로는 꽃자주색, 철장액으로는 갈색계열, 흑색, 보라계열을 낼 수 있다.이러한 천연의 염료들은 일반적으로 ‘물’에 용해하여 사용하기 때문에 물과의 친화력이 커 녹기 쉬워야 한다. 하지만 염색에 의해 섬유에 침투한 염료는 섬유와 강하게 결합하여 염색된 후에는 녹아 나오지 않아야 한다. 염료 분자는 용액 중을 확산하여 섬유 표면에 도달하여, 염료 분자의 크기보다 큰 섬유의 틈 사이로 들어가 ionic interation이나 반데르발스 힘을 통해 섬유와 결합한다.이번 실험에서 확인할 수 있었던 것처럼, 천연 염색의 경우 색이 쉽게 변하므로 매염제를 처리하여 염색이 오랫동안 지속되도록 한다. 이것은 매염제의 금속 원자가 공유결합과 배위 결합을 통해 섬유와 염료에 모두 결합할 수 있기 때문이다. 한편, 매염제를 사용하면 염료의 색이 달라져 색상의 폭이 넓어진다. 이는 색소가 상대적으

자연과학| 2016.09.18| 8페이지| 1,000원| 조회(2,587)

일반화학실험, 추출, 서울대학교, 화학 실험, 합성, 천연 색소, 무기 안료, A+ ..

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[서울대학교 일반화학실험2 A+ 보고서] 20. 계산화학실험 II 평가A+최고예요

1. Result1.1 N2, F2의 분자의 결합 길이와 에너지 값▲Table 1. 와 의 bond length와 energy: 양자계산 프로그램을 통해 구한 와 의 결합길이는 두 분자가 가장 안정한 상태에서의 결합길이이며, 이때 가장 안정한 상태란 에너지가 가장 낮은 상태를 의미한다. 결합길이와 더불어 가장 안정한 상태에서의 에너지 또한 표기하였다.Bond length (A)Energy (hartree)N _{2}1.0891261628-108.8680049510F _{2}1.4125072508-198.6460970695이번 실험에서는 UChem이라는 양자계산 패키지를 이용하여 N2 분자와 F2 분자의 구조를 분석할 수 있었다. 우선 프로그램의 ‘optimization’ 방법을 통해 두 분자의 가장 ‘안정한’ 상태의 구조와 그 구조에서의 에너지 값을 계산할 수 있었다(Table 1).Optimization 방법을 통해 두 분자의 가장 안정한(에너지가 가장 낮은 상태) 구조를 찾은 결과,N _{2}의 결합 길이는 1.0891261628A이었으며,F _{2}의 결합 길이는 1.4125072508A이었다. 이 구조(가장 안정한 상태)에서의 에너지는N _{2} 분자가 -108.8680049510hartree이었으며,F _{2} 분자가 -198.6460970695hartree이었다(Table 1).1.2 N2, F2 분자의 퍼텐셜 에너지 곡선▲Fig 1. 의 퍼텐셜 에너지 곡선: 분자의 결합 길이는 1.0891261628A이었으며, 앞에서 언급했듯이 이 길이에서 가장 낮은 에너지 값을 가졌다. 핵간 거리를 늘려감에 따라 에너지 값은 약 -89.7952502788hartree로 수렴하였으며, 따라서 결합 에너지는 19.0727546722har tree로 구할 수 있었다. 1.2.1 N2 분자의 퍼텐셜 에너지 곡선과정 1.1에서 얻은 N2의 안정한 분자구조에서 핵간 거리를 변형하며 계산 프로그램의 계산 방법을 통해 에너지 값을 얻으면, 다음과 같이 N2 분자의 퍼텐셜 에너지 곡선을 그릴 수 있었다(Figure 1). N2 분자의 결합 길이는 앞서 언급한 것처럼 1.0891261628A이었으며, 이 구조에서 가장 낮은 에너지를 가졌다. 핵간 거리를 늘려가다 보면 3.59~3.69 A 사이의 구간에서 급격한 에너지 변화가 일어나는 것을 확인할 수 있었으며, 거리가 늘어감에 따라 에너지는 약 -89.7952502788hartree에 수렴하였다. 이에, N2 분자의 결합 에너지(bond dissociation energy)는 이 값에서 최저 에너지(-108.8680049510hartree)를 빼준 약 19.0727546722hartree로 계산할 수 있었다.◀Fig 2. 의 퍼텐셜 에너지 곡선: 분자는 앞서 살펴본 것처럼 1.4125072508A에서 가장 낮은 에너지 값을 가졌으며, 이에 이 값이 결합길이가 된다. 핵간 거리를 늘려감에 따라 에너지 값은 약 -196.2838186301로 수렴하였으며, 따라서 결합 에너지는 2.3622784394hartree로 구할 수 있었다. 1.2.2 F2 분자의 퍼텐셜 에너지 곡선같은 방식으로 과정 1.1에서 얻은 F2의 안정한 분자구조에서 핵간 거리를 변형해가며 에너지 값을 구할 수 있었다.(Figure 2) F2 분자의 결합 길이는 1.4125072508A이었으며, 이 길이에서 가장 낮은 에너지(-198.6460970695 hartree)를 가졌다. 핵간 거리를 늘려감에 따라 에너지는 약 -196.2838186301hartree에 수렴하였다. 이에, F2 분자의 결합 에너지는 이 값에서 최저 에너지를 빼준 약 2.3622784394hartree로 계산할 수 있었다.1.2.3 두 분자의 퍼텐셜 에너지 곡선 비교N2 분자와 F2 분자는 기본적으로는 유사한 모양의 퍼텐셜 에너지 곡선을 가졌다. 결합 길이는 N2가 1.0891261628A로 F2의 결합길이(1.4125072508A) 보다 작게 계산되었다. 결합 에너지 값은 N2가 19.0727546722hartree이었으며, F2는 2.3622784394hartree이었다. 두 곡선 모두 핵간 거리가 증가함에 따라 에너지 값이 급격하게 커지는 구간이 존재하였다.2. Discussion실험 결과 결합 길이는 N2가 F2보다 작으며, 결합 에너지 값은 N2가 훨씬 큰 것을 확인할 수 있었다. N 원자는 F 원자보다 원자번호가 작기 때문에 주기율표 상에서 왼쪽에 위치하고, 이에 원자반지름 자체는 더 크다.(원자 번호가 증가할수록 유효 핵전하량이 증가하여 핵과 전자 사이의 인력이 증가하기 때문) 하지만 실험 결과 앞서 언급하였듯이 N2 분자가 F2보다 결합 길이가 작은 것을 확인할 수 있었는데, 이는 N2는 삼중결합을 하는 반면 F2는 단일 결합을 하기 때문이다.

자연과학| 2016.09.18| 3페이지| 1,000원| 조회(1,904)

서울대학교, 화학 실험, 일반화학 실험, A+ 보고서, 계산화학실험

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[서울대학교 일반화학실험2 A+ 보고서] 19. 아스피린의 합성 평가A+최고예요

1. Introduction1.1 Background research아스피린은 100년이 넘는 역사를 지닌 해열 진통제, 항염증약, 항류마티즘약이자 심혈관계 질환의 예방 의약품이다. 1897년 독일 바이엘 연구소에서 호프만 박사가 아세틸살리실산을 순수하고 안정된 형태로 합성하는 데 성공하면서 널리 사용되기 시작했다. 이후 아세틸살리실산이 혈소판의 응집을 억제한다는 사실이 밝혀졌고, 각종 연구를 거쳐 저용량의 아스피린 복용(진통 해열 효과는 약 500mg이며, 이보다 낮은 75-300mg)은 항혈소판기능이 활성화되어 심혈관 질환(고혈압, 심근경색, 뇌졸중 등)의 예방 효과가 있음이 확인되었다. 뿐만 아니라 아스피린은 식도암과 대장암 등의 암의 예방 치료제로도 널리 사용된다.아스피린의 기원은 고대로 거슬러 올라간다. 기원전 1500년 무렵 이미 이집트에서는 버드나무와 포플러나무 껍질을 사용하여 통증을 치료하였다는 기록이 남아있다. 히포크라테스 역시 버드나무 껍질을 사용하였다는 기록이 존재하며, 이후로도 버드나무와 포플러나무 껍질은 진통과 해열 목적으로 꾸준히 사용되었다. 이들 껍질에서 효과를 나타내는 성분은 ‘살리실산’인데, 살리실산은 맛이 나쁘고 이명과 구토 그리고 심각한 위장장애를 일으키는 등의 부작용이 있었다.▲ Fig 1. 살리실산(좌)와 아세틸 살리실산(우)의 구조식: 아스피린(아세틸 살리실산)의 구조는 벤젠 분자에 카복시기와 에스터기가 결합한 것이다. 호프만 박사는 그의 부친이 겪던 류머티스 관절염으로 인한 통증을 덜어주기 위해 복용 중이던 살리실산 나트륨의 약성을 개선할 수 있는 방법을 연구하였다. 호프만은 1897년 살리실산을 아세틸화 하여 아세틸 살리실산으로 만드는 방법을 개발하였으며, 그가 만든 아세틸 살리신산은 복용이 용이하고 위 점막에 자극이 덜 가는 것이 특징이었다(Figure 1). 오늘날의 아스피린은 당시 호프만 박사가 제조한 방법과 동일한 방식으로 생산되고 있다.▲ Fig 2. 아스피린의 합성 과정: 아스피린 합성 반응은 에스테르화 반 일으키지 않는 무수아세트산을 이용하여 실험의 수득률을 높여주었다.마지막으로 이번 실험에서 합성한 아스피린은 불순물을 함유하고 있으므로, 의약품으로 사용하기 위해서는 ‘재결정 정제법’을 이용하여 정제하여야 한다. 재결정법은 얻고자 하는 물질(아세틸 살리실산)과 불순물(살리실산)의 온도에 따른 용해도 차를 이용하여 순수한 결정을 얻는 방법이다. 때로는 두 용매의 혼합액(solvent-pair)이 한 용매보다 재결정에 있어 만족스러운 결과를 줄 수 있는데, solvent-pair는 대체적으로 2 종류의 “miscible liquid”로 이루어진다.이러한 solvent pair의 예로는 에탄올과 물, 아세트산과 물, 다이에틸 에터와 석유 에터 등이 있으며 이번 실험에는 다이에틸 에터와 석유 에터 쌍을 이용하였다. 아스피린이 녹을 수 있는 다이에틸에터에 불순물을 함유한 아스피린을 녹인 후 석유 에터(아스피린은 석유 에터에 불용성이다)를 넣고 ice-bath에 넣어 아스피린 결정을 얻었다. 아스피린 결정을 세척하는 과정에서 사용하는 용매에 결정이 용해되면 반응의 수득율이 감소하기 때문에 결정에 대한 용해도가 작은 석유 에터를 사용하였다.1.2 Experiment purpose & summary이번 실험의 목표는 아스피린의 주성분인 아세틸살리실산을 합성하고, 정제하는 것이었다. 이를 위해 실험은 살리실산과 무수아세트산을 산촉매 하에서 반응시켜 아세틸살리실산을 생성하고, 만들어진 아세틸살리실산을 재결정법을 이용하여 정제하는 것으로 이루어졌다. 실험 초반 플라스크에 담겨있던 물방울이 반응의 수득률이 낮게 나오게 한 가장 큰 오차의 원인이었다고 생각한다. 실험 결과 얻어진 아세틸살리실산의 무게는 약 0.33g이었으며, 이론적인 생성물의 질량과 비교하였을 때 수득률은 약 24.6%이었다. 비록 실험 결과 수득률이 낮게 나왔지만, 일련의 실험 과정을 통해 의약품의 합성과 정제법과 같은 유기 합성에 대하여 체험적으로 학습할 수 있었다.2. Materials and Method2.1였다). 오븐 안에 넣어 건조시킨 filter paper의 무게를 측정하고 뷰흐너 깔때기에 넣은 후, 생성된 침전물을 감압 여과기로 걸러주었다. 삼각 플라스크의 옆면에 묻은 침전을 증류수로 씻어가며 반복해서 실험을 진행하였다. 여과가 충분히 진행되었다고 판단되면, 감압 플라스크를 감압 펌프와 분리하고 감압 펌프의 전원을 꺼주었다. 여과된 아스피린이 담긴 filter paper를 집게로 조심스럽게 들어 오븐에 넣고 건조시킨 후, 무게를 측정하였다. 이 중 1g을 덜어 새로운 삼각 플라스크에 옮기고, 다이에틸에터 15ml를 넣어 물중탕으로 가열하여 녹였다. 이후 석유 에터 15ml를 가한 후 용액을 젓지 않은 채로 얼음물에 담가두었다. 하얀 바늘 형태의 결정이 생성되면 감압 여과기를 이용해 거른 후, 소량의 석유 에터로 씻어주고 오븐에 넣어 건조시켰다. 건조시킨 아스피린의 무게를 측정하고 결정의 녹는점을 확인하여 순도를 체크하였다.3. Data and Result▲Table 1. 실험 결과 얻은 데이터 값: 수득률을 구하기 위하여 사용되는 값들은 굵은 글씨로 나타내었다. 사용한 살리실산 무게2.40g사용한 무수아세트산 부피3.00ml1차 여과 필터페이퍼 무게0.43g1차 여과 후 침전물과필터페이퍼 무게2.74g1차 여과 후 침전물 무게2.31g재결정 때 사용한 침전물 무게0.99g2차 여과 필터페이퍼 무게0.49g2차 여과 후 침전물과필터페이퍼 무게0.82g아스피린의 무게0.33g3.1 실험 결과Table 1은 이번 실험 결과 측정한 데이터 값을 정리해 둔 표이다. 우선 사용한 살리실산의 무게는 2.4g이었으며, 사용한 무수 아세트산의 부피는 3ml이었다. 살리실산에 무수아세트산을 가한 후 만들어진 침전물을 건조 시킨 후 측정한 무게는(1차 여과 후의 침전물 무게) 2.31g이었다. 이중 일부를 취해(0.99g) 재결정 과정을 거쳐 살리실산을 제거하고 침전물을 얻을 수 있었는데, 얻은 침전물을 건조시킨 후 측정한 아스피린의 무게는 0.33g이었다.3.2 수득률 구무수아세트산의 몰 수는3.18*10 ^{-2} mol로 한계시약은 살리실산임을 확인할 수 있었다. Figure 2를 보면 살리실산, 무수아세트산, 그리고 아스피린의 반응비는 1:1:1이므로, 생성되는 아스피린의 이론적인 몰수 역시1.74*10 ^{-2}mol이다.생성되는 아스피린의 이론적 질량:1.74*10 ^{-2}mol*180.157g/mol =3.13g재결정 시 사용한 침전물의 무게는 0.99g이었으므로, 실제로 합성된 아스피린 무게와 비교하여 수득률을 구하기 위해서는 앞서 구한 아스피린의 이론적 질량에{0.99} over {2.31}를 곱해주어야한다.아스피린의 이론적 질량(*)=3.13g* {0.99} over {2.31} =1.34g, 실제로 얻은 아스피린의 무게 :0.33g따라서, 수득률(%)={실제`측정`질량} over {이론적`질량} *100= {0.33} over {1.34} *100=24.6%이었다.4. Discussion4.1 실험 해석 및 고찰◀Fig 3 아스피린의 합성 과정: 살리실산과 무수아세트산이 반응하여 아세틸살리실산과 아세트산을 생성한다. 무수아세트산, 인산, 아세트산은 물에 녹아 제거할 수 있으며, 반응이 일어나지 않은 살리실산(불순물)은 재결정법에 의하여 제거한다. 4.1.1 실험 해석◀ Fig 4 무수아세트산의 가수분해: 무수아세트산은 물과 반응하여 두 분자의 아세트산으로 분해된다. Figure 3은 Figure 2의 아스피린 합성 과정을 보다 간략하게 나타낸 반응식이다. 이번 실험에서는 앞서 언급하였던 것처럼 살리실산에 무수아세트산과 인산(산 촉매)을 넣고 반응시켜 아세틸살리실산과 아세트산을 얻을 수 있었다. 1차적으로 반응이 완결된 후 생성된 침전물을 감압 장치를 이용하여 거르고 지속적으로 증류수를 뿌려주었는데 이 과정은 남아있는 과량의 무수아세트산, 인산, 그리고 아세트산을 제거하는 과정이었다. 무수아세트산, 인산, 아세트산은 모두 친수성이기 때문에 증류수를 가해줌으로써 제거할 수 있었다(Figure 4). 즉 1차 여.6%로 구해졌는데, 이는 매우 작은 값이었다. 수득률이 24.6%로 매우 낮게 구해진 이유에 대하여 생각해보았으며, 이를 해결하기 위한 방안 또한 생각해 볼 수 있었다.우선 실험의 가장 큰 오차의 원인은 실험 초반 삼각 플라스크에 남아있는 ‘물’이었다고 생각한다. 플라스크에 살리실산과 무수아세트산을 넣어준 실험 초반 앞선 실험반이 씻어둔 플라스크에 물이 1~2방울 정도 남아있었는데, 플라스크를 완전히 건조시키지 않고 실험을 진행한 것이 낮은 수득률의 가장 큰 원인이 되었다. 이번 실험의 반응 결과 아세트산이 생성되기 때문에, 반응 물질로 사용된 무수아세트산에 소량의 아세트산이라도 포함되어 있다면(무수 아세트산이 물에 의해 가수분해되어 아세트산이 생성된다) 르 샤틀리에의 원리에 의해 반응이 잘 일어나지 않게 된다. 오차의 가장 큰 원인은 생각보다 작은 점에서 비롯되었다고 생각이 되며, 오븐에 플라스크를 넣어 잠시나마 건조시켰으면 수득률을 높일 수 있었을 것이다.다른 오차의 요인으로는 감압 여과를 진행하는 과정에서 과도하게 증류수를 뿌려 침전물을 씻어주지 않았나라는 생각을 할 수 있었다. 증류수는 앞서 언급한 것처럼 반응하지 않고 남아있는 무수 아세트산과 인산, 생성된 아세트산 등을 제거하는 역할을 한다. 하지만, 합성된 아스피린 역시 증류수와 반응을 하여 다음과 같은 분해가 일어날 수 있다(Figure 5).◀ Fig 5. 아스피린의 가수 분해: 아스피린은 물과 반응하여 살리실산과 아세트산으로 분해된다.아스피린이 가수분해 되면 살리실산으로의 역반응이 진행되기 때문에, 반응의 수득률이 낮아지게 된다.마지막으로 살리실산을 삼각 플라스크에 넣을 때 벽에 묻어 반응이 일어나지 않은 살리실산이 남아있었을 가능성이 있다. 또한 결과값에 미치는 영향을 작겠지만 질량 측정 시 사용했던 종이에 잔량이 남아있지 않도록 주의를 더욱 기울어야 하였을 것이다. 이러한 점들을 숙지한다면 아스피린 합성 반응의 수득률을 더욱 높일 수 있었을 것이다.4.2 아스피린 관련 탐색4.2.1 아스이다.

자연과학| 2016.09.18| 7페이지| 1,000원| 조회(1,515)

아스피린, 서울대학교, 아스피린의 합성, 화학 실험, 일반화학 실험, A+ 보고서

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[서울대학교 일반화학실험2 A+ 보고서] 18.MALDI-TOF 펩타이드 질량 분석 평가A+최고예요

1. Introduction1.1 Background Research1980년대에 개발된 MALDI-TOF 펩타이드 질량 분석은 펩타이드나 단백질의 분자량을 0.01% 이내의 오차 범위에서 측정할 수 있는 방법이다. 최근에는 생물학의 분야 중 특히 proteomics나 bioinformatics(생물 정보학)이나 분야 등에서 각광을 받고 있으며, 항원-항체 반응, DNA hybridization 등을 분석 하는 방법으로도 응용이 되고 있다.▲ Fig 1. MALDI-TOF MS에서 혼합 용액을 시료판에 로딩하는 과정 MALDI-TOF MS는 분석 물질 자체의 이온을 이용하며, 그 질량을 예측하는 방법이다. 이번 실험에서 sample을 준비하는 과정은 조교님께서 준비하여 주셨는데, sampling의 원리는 dry droplet method라고 불리는 것으로 Figure 1과 같다. 분석해야 할 단백질 용액과 자외선을 흡수하는 matrix를 함께 섞어 용매에 녹이고 시료대에 올려 용매를 증발시킨 후, 레이저로 조사하여 이온을 검출하는 방법이다.펩타이드 양이온이 기체 상태로 존재하게 되면 전기 에너지를 가하고, 이온들을 진공하에서 1미터 거리의 비행 튜브를 비행하게 하고 튜브 끝에 있는 이온 검출기에 도달하는 데 걸리는 비행 시간을 측정하여 이온의 질량을 구할 수 있다. 진공 상태이기 때문에 가해준 전기 에너지는 모두 운동 에너지로 전환이 되고, 비행 시간을 통해 속도를 구하여 역으로 질량을 계산할 수 있는 것이다.이번 실험에서 실험 결과는 x축을 m/z(비질량)으로, y축을 intensity로 하는 그래프로 얻어졌다(Figure 4). 여기서 비질량이란 mass to charge ratio를 의미하며, 질량 분석에서 흔히 m은 질량을 z는 이온의 charge number를 의미한다. 이번 실험에서는 가해준 CHCA matrix에 의해 펩타이드가 +1가의 양이온을 형성하였는데, 이에 m/z값은 펩타이드 조각의 질량이라고 생각해도 무관하였다. 진공 하에서 동일한 전자은 각각 이었지만,이번 실험에서는 많은 오차가 발생하였는데, 플라스크와 압력계 사이의 부분을 일정한 힘으로 막지 못했던 점과, control로 사용된 캐털레이스의 변성이 충분히 이루어지지 않은 점 등이 가장 큰 오차의 원인이었다고 생각된다. 하지만 이러한 일련의 과정을 통해 기질과 효소, 미하엘리스-멘텐 반응속도론 등과 같은 생화학적 개념들에 대해 체험적으로 이해할 수 있었다.2. Materials and Method2.1 Materials마이크로파이펫(10mu l, 100mu l), heating block, 시료판, MALDI-TOF 질량분석기, vortex mixer, 단백질 용액(unknown sample), 트립신 용액, 매트릭스 용액(CHCA matrix)2.2 Method우선 마이크로파이펫을 이용하여 unknown sample(단백질 용액) 50mu l를 취하여 새 튜브에 옮겨주었다. 이 튜브를 90℃로 설정한 heating block에서 10분간 열처리하여 단백질의 가수분해가 잘 되도록 변성시켰다. 마이크로파이펫을 이용하여 열처리한 단백질 용액에 준비된 트립신 용액 50mu l를 가해준 후, 37℃로 설정한 heating block에서 10분 간 incubate하였다. 10분이 지나면 가수분해가 일어난 이 용액 10mu l를 10mu l 마이크로파이펫을 이용하여 새로운 튜브에 옮겨주었다. 옮겨준 용액에 CHCA matrix 10mu l를 넣어준 후 튜브의 뚜껑을 닫은 후, vortex mixer를 이용하여 약 30초간 vortexing 처리하였다.(벽면에 시료가 묻어 잘 섞이지 않은 경우에는 tapping이라는 방법 또한 사용하였다)이후의 과정은 조교님께서 진행하여 주셨는데, 간략하게 언급하자면 다음과 같다. 혼합 용액 1mu l를 취해 시료판의 특정 위치에 로딩을 한 후, 로딩된 혼합 용액이 잘 마르면 MALDI-TOF 질량 분석기에 시료판을 방향을 제대로 맞추어 삽입하였다. 분석기의 컴퓨터에 설치된 프로그램을 이용하여 데이터를 얻은 후, 가수1.2 Bovine serum albumin(BSA)의 아미노산 서열과 분자량▲Table 2. BSA(Bovine serum albumin)의 아미노산 서열과 분자량(m/z): BSA는 소에서 유래된 serum albumin 단백질이며, 총 607개의 아미노산으로 이루어져있다. 아미노산 서열분자량(=m/z)아미노산 서열분자량(=m/z)아미노산 서열분자량(=m/z)MK277.13VLASSAR732.40HLVDEPQNLIK1304.68WVTFISLLLLFSSAYSR2002.06QR302.16QNCDQFEK1010.40GVFR477.24LR287.18LGEYGFQNALIVR1478.72R174.10CASIQK648.31YTR438.21DTHK499.23FGER507.21K146.09SEIAHR711.35ALK330.21VPQVSTPTLVEVSR1510.82FK293.16AWSVAR688.36SLGK403.20DLGEEHFK973.41LSQK474.26VGTR431.22GLVLIAFSQYLQQCPFDEHVK2434.19FPK390.21CCTK453.16LVNELTEFAK1162.60AEFVEVTK921.47PESER616.26TCVADESHAGCEK1348.51LVTDLTK788.45MPCTEDYLSLILNR1666.77SLHTLFGDELCK1361.62VHK632.13LCVLHEK840.43VASLR544.32ECCHGDLLECADDR1577.56TPVSEK659.33ETYGDMADCCEK1363.44ADLAK516.28VTK346.21QEPER657.29YICDNQDTISSK1385.59CCTESLVNR1023.43NECFLSHK976.42LK259.17R174.10DDSPDLPK885.39ECCDK596.18PCFSALTPDETYVPK1666.77LK259.17PLLEK598.34AFDEK608.27PDPNTLCDEFK1277.54SHCIAEVEK1014.46LFTFHADICTLP DTEK1849.88ADEK461.20DAIPENLPPLTADFAEDK1954.9AAHAEINEAGR1772.86DILNQITK943.51PVQMMYQIGLFR1481.71EVVGSAEAGVDAASVSEEFR2007.89PNDVYSFSLASR1354.63VASMASEK821.38ADHPFLPCIK1189.58LYAEER779.36MK277.13HIATNAVLFFGR1344.70YPILPEYLQCVK1463.73ILELPFASGTMSMLVLLPDEVSGLEQLESIINFEK3861.89CVSP404.16Table 3은 ovalbumin의 아미노산 서열과 분자량(m/z)을 정리한 것이다. 앞의 두 단백질과 경우와 마찬가지로, 아르지닌(R)과 라이신(K) 잔기 다음의 펩타이드 결합을 잘라 정리하였다. Ovalbumin은 총 385개의 아미노산으로 이루어져 있으며, 트립신 효소를 처리할 경우 이론적으로는 36개의 폴리펩타이드 조각들이 생성될 수 있었다(Table 3).3.2 결과 분석◀ Table 4. MALDI- TOF 펩타이드 질량 분석 결과값: unknown sample에서는 33개의 m/z 값이검출되었으며, 이중 큰 intensity를 가진 값들은 649.349, 927.606, 1201.787, 1439.79, 1567.782, 1823.589, 2044.853의 7개 peak였다. m/zm/zm/z612.049990.611461.752649.3491022.1081479.667689.4071037.6971567.782711.3541057.3791575.462712.4041094.1341589.722733.4521154.9331732.552758.0351193.4851823.579778.1751201.7871889.438789.3061258.8841911.547927.6061328.43512044.853949.6571439.792067.6653.2.1 MALDI-TOF 펩타이드 질량 분석 결과값◀ Fig 4. m/z 대 intensity의 그래프: 이번 실험에서는 총 7개의 피크가 검출되었으며, 이 중 가장 intensity가 큰 값은 mss spectrum에서 intensity가 높은 7개의 peak 값들을 사용하였다. 실제 펩타이드의 분자량은 측정된m/z(비질량) 값에서 1을 빼준 값이므로(측정된 비질량은 [M+H]^+의 비질량이므로 양성자의 원자량을 빼주어야한다) Table 4의 bold 처리한 값들에서 1을 빼준 값들을 이용하였다.Lysozyme, BSA 그리고 ovalbumin 후보 단백질의 경우, Table 2,3,4에서 계산했던 펩타이드의 질량 중 unknown sample의 펩타이드 조각 분자량과 가장 유사한 값들을 나열해 오차율을 계산하였다. 7개의 데이터를 비교하여 펩타이드 조각별 오차율을 계산할 수 있었고, 이 오차율이 작을수록 sample과의 유사성은 커지게 되는 것이다. Lysozyme, BSA 그리고 ovalbumin의 오차율의 평균은 각각 7.54%, 2.15%, 1.30%이었으며, 이 중 오차율의 평균이 가장 작은 단백질은 ovalbumin이었다.하지만 Table 5를 보면 BSA의 경우 ovalbumin보다 압도적으로 오차율이 작은 경우들(0.006, 0.016, 0.006%)이 많이 존재하였으며, Figure 4의 피크가 압도적으로 높았던 1567.782 부분에서 오차율이 0.006%로 0.89%의 ovalbumin보다 훨씬 작게 측정되었다. 이에 discussion 부분에서는 이러한 혼란이 발생하는 원인에 대해 언급하고자 한다.4. Discussion실험 결과 다소 혼란스러운 결과를 얻었다. Table 5를 보면 unknown sample과 3가지 단백질을 트립신으로 처리하고 그 펩타이드 조각들의 비질량을 구한 후, 각각의 비질량을 비교하여 오차율을 구하였다. 오차율의 평균은 앞서 언급하였듯이 lysozyme, BSA, ovalbumin 순서로 7.54%, 2.15%, 1.30%로 계산되었다. 이 결과만을 생각한다면, 이번 실험에서 사용한 미지 시료는 unknown sample과의 오차율이 가장 작았던 ovalbumin 단백질이었을 것이다. 하지만 단순히 오차있다.

자연과학| 2016.09.18| 9페이지| 1,000원| 조회(2,831)

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[서울대학교 일반화학실험2 A+ 보고서] 17.캐털레이스의 반응속도 평가A+최고예요

1. Introduction1.1 Background Research생화학 역사의 대부분은 효소 연구에 대한 역사라고 해도 과언이 아니다. 1897년 Edward Buchner는 효모의 추출물이 당을 알코올로 발효하는 능력을 가지고 있다는 것을 발견하였으며, 그의 실험은 ‘생화학’이라는 과학의 시작을 열었다. 20세기 후반에 이르러서 효소에 대하여 광범위한 연구를 진행이 되었는데, 그 결과 오늘날에는 많은 효소들의 구조와 화학기전이 밝혀지게 되었다. 촉매 활성을 가지는 몇몇 RNA 분자를 제외하고 모든 효소는 ‘단백질’로 이루어져있다. 효소는 반응 속도를10 ^{5}에서10 ^{7}배로 증대시키는 강력하고 효과적인 촉매제이며, 반응의 활성화 에너지를 저하시킴으로써 반응 속도를 촉진시킨다.이러한 효소의 촉매 반응 속도에 영향을 주는 핵심 요소 중 하나는 ‘기질의 농도’이다. 시험관 내에서 반응하는 동안 기질이 생성물로 변환되기 때문에 [S]가 변하게 되고, 이에 기질 농도의 영향을 연구하는 것이 어려워진다. 속도론적 실험을 간단하게 하는 방법으로는 초기 속도V _{0}를 측정하는 방법이 있다. Figure 1.A의 각각의 곡선에서 t=0일 때의 접선이 반응의 초기 속도V _{0}를 나타낸다. 나아가 Figure 1.B는 효소 촉매 반응에서 기질 농도가 초기 속도에 미치는 영향을 나타낸다. [S]와V _{0}의 관계를 나타낸 곡선은 거의 모든 효소에 있어서 직각 쌍곡선(rectangular hyperbola)의 형태로 나타나는데, 이와 같은 형태는 미하엘리스-멘텐 식에 의하여 대수적으로 나타낼 수 있으며 이 식은 다음과 같다.V _{0} = {V _{max} [S]} over {K _{m} +[S]} 미하엘리스-멘텐 식은K _{m}(미하엘리스 상수)와V _{max} 값을 실제로 구할 때 다른 형태의 식으로 변형이 될 수 있다. 가장 일반적인 변환 중 하나는 미하엘리스-멘텐식의 양변에 역수를 취하는 방법이며, 이를 통해 다음과 같은 식을 도출할 수 있다.{1} ov이었다. 이번 실험에서는 많은 오차가 발생하였는데, 플라스크와 압력계 사이의 부분을 일정한 힘으로 막지 못했던 점과, control로 사용된 캐털레이스의 변성이 충분히 이루어지지 않은 점 등이 가장 큰 오차의 원인이었다고 생각된다. 하지만 이러한 일련의 과정을 통해 기질과 효소, 미하엘리스-멘텐 반응속도론 등과 같은 생화학적 개념들에 대해 체험적으로 이해할 수 있었다.2. Materials and Method2.1 Materials감자, 강판, 종이 타월, 얼음, 열교반기, 30% H2O2, 삼각 플라스크 7개, 압력계2.2 Method감자를 강판에 갈고, 종이 타월로 갈아준 감자의 즙을 짜서 약 15-20ml 정도 걸러주었다. 추출액을 시험관에 담아 ice bath에 보관하였다. 30% H2O2 수용액을 증류수로 묽혀 0.5, 1, 2, 3, 4 6% 용액을 각각 30ml씩 만들었으며, 이때 6% 용액은 두 개를 준비하였는데 그 과정은 다음과 같았다. 우선, 30% 용액 16ml와 증류수 64ml를 섞어 6% 용액 80ml를 만들었다. 준비해둔 삼각 플라스크 2개에 6% 용액 30ml씩을 취하였다. 남은 6% 용액 20ml와 증류수 20ml를 섞은 후, 그 중 30ml를 취하여 다른 플라스크에 옮겨주었다(3% 용액). 다음으로 30% 용액 8ml와 증류수 52ml를 섞어 4% 용액 60ml를 만들고, 이 중 30ml를 취해 플라스크에 옮겨주었다. 남은 4% 용액 30ml에 증류수 30ml를 섞어 2% 용액을 만들고, 그 중 30ml를 취해 플라스크에 옮겨주었다. 같은 방법을 반복하여 1%와 0.5% H2O2용액을 만들 수 있었다.플라스크에 30ml씩 담긴 H2O2 용액에 Ice bath에 보관 중이던 감자즙을 2ml씩 넣은 후 잘 흔들면서 5초 간격으로 압력 변화를 기록하였다. 안전을 위하여 목장갑과 보안경을 착용한 상태로 실험을 진행하였으며, 압력이 200hPa를 넘지 않을 때까지 압력 변화를 측정하였다. 마지막으로 끓는 물에 가열한 감자즙 2ml를 6% 초, y축은 0-200hpa 로 범위를 동일하게 설정하였다. 5초마다 관찰한 측정값을 plotting한 ‘푸른색 그래프’를 보면, 용액의 농도가 낮아짐에 따라 그래프의 모양이 점근선을 가지는 함수의 형태(직각 쌍곡선 형태)에서 직선형으로 변해가는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 그래프의 y축을 통해 과산화수소수 용액의 농도가 낮아짐에 따라 동일한 시간 동안 발생하는 산소의 압력 또한 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.◀Table 1.[S](%)6%4%3%2%1%0.5%5-15초 사이추세선의 기울기 (hPa/sec)1.94074.81673.17072.10771.05670.2643Figure 2.A-F의 붉은색 직선은 농도가 다른 H2O2 용액에서의 초기 반응 속도를 측정하기 위해 그려준 직선이다. 본래 초기 반응 속도(V _{0})란 t=0일 때 각각의 곡선의 접선(붉은 색 그래프)의 기울기를 의미하며, 시간이 0일 때 생성물 농도의 순간 변화율을 의미한다. 다만 실험 결과 얻은 그래프의 t=0초에서의 접선의 기울기를 구하기 어려웠기에 다른 방법을 사용하였다. 각각 그래프의 반응 후 5, 10, 15초에서의 데이터 값만을 plotting하여 추세선을 그렸고, 그 추세선의 기울기(hPa/s)를 초기 반응 속도(V _{0},mol/s)로 변환하고자 하였다. Figure 2.A-F 그래프들의 5-15초 사이 추세선의 기울기는 다음과 같다.(Table 1)Figure 3.이제 H2O2의 농도와 O2 기체(생성물)의 발생 속도를 각각 M와 mol/sec으로 변환하고자 한다.몰 농도={10ad} over {M _{w}} (M) (a=%`농도,`d=밀도,`M _{w} =용질의`분자량)******(1)식 (1)을 통해 H2O2 용액의 % 농도를 몰 농도로 변환 할 수 있었다. 이 때 Figure 3을 참조하면 20℃에서 10%이하의 H2O2 용액의 밀도는 1.0과 1.04 사이의 값을 가지므로 편의상 d=1.0으로 두었으며, H2O2의 Mw는 34.0147g/mol로 두고 단위 10 ^{-5}6.504TIMES 10 ^{-5}4.324TIMES 10 ^{-5}2.168TIMES 10 ^{-5}5.422TIMES 10 ^{-6}1/V _{0}(sec/mol)2.512TIMES 10 ^{4}1.012TIMES 10 ^{4}1.538TIMES 10 ^{4}2.313TIMES 10 ^{4}4.613TIMES 10 ^{4}1.844TIMES 10 ^{5}3.2 라인웨버-버크 방정식(이중-역수 플롯)Table 3은 Table 1과 Table 2의 내용을 종합하고, 이를 토대로1/[S](1/M)과1/V _{0}(sec/mol)를 계산하여 표로 정리한 것이다.1/V _{0}를1/[S]에 대하여 도식하면 다음과 같은 그래프를 얻을 수 있다(Figure 4).Figure 4.Figure 4는 Table 3의 데이터를 plotting한 것으로, x축을 1/[S]로 y축을 1/V0로 둔 것이다. 그 결과 직선에 가까운 그래프를 구할 수 있었는데, 추세선의 방정식은 y=26840x-13973, R2 값은 0.9159이었다. Figure 4의 그래프를 살펴보면 전체적으로는 직선의 형태를 보이지만, 1/[S]=0.5669(6% 용액)일 때에 그 값이 크게 벗어나는 것을 확인할 수 있다. 나아가 추세선의 방정식을 보면 y 절편이 음수로 구해졌는데, 이론상의 그래프와 그 부호가 반대로 구해져 Km과 Vmax를 구할 수 없었다. 이는 실험 과정 중 발생했던 여러 오차에 의한 것으로 생각이 되는데, 오차의 원인을 4. Discussion 부분에서 다루고 나아가 여러 가지 요소들을 고려하여 Km과 Vmax를 구해보고자 한다.4. Discussion4.1 기질 농도별 반응 속도와 라인웨버-버크 방정식우선 Figure 2.A-F의 그래프들을 보면 H2O2 용액의 농도가 낮아짐에 따라 동일한 시간 동안 발생하는 산소 기체의 양 또한 적어짐을 확인할 수 있었다. 그래프의 x축과 y축 범위를 동등하게 설정하였기에 그래프의 모양만으로도 기질 농도에 따른 생성물의 생성 속도를 직1.367TIMES 10 ^{4}1.947TIMES 10 ^{4}3.355TIMES 10 ^{4}7.380TIMES 10 ^{4}Figure 5 Table 4는 control을 고려하지 않은 실험의 본 데이터만을 이용하여 계산한 기질의 농도 별 초기 반응 속도이다. 계산 과정은 과정 3.1과 동일하므로 생략하였다. 라인웨버-버크 플랏을 이용하여1/V _{0}를1/[S]에 대하여 도식하면 다음과 같은 그래프를 얻을 수 있다(Figure 5).Figure 5는 Table 4의 데이터를 plotting한 것으로, x축을 1/[S]로 두고 y축을 1/V0로 둔 것이다. 이때 6% 용액의 데이터 값은 제외하고 5개의 데이터 값을 이용하여 그래프를 그렸는데, 6% 용액의 압력 측정 당시 큰 오차가 발생했기 때문이다. 6% 용액의 압력 측정 을 할 때에 압력계와 삼각 플라스크 사이에 틈이 발생하여 산소 기체가 빠져 나간 것으로 생각이 되어, 5개의 데이터만으로 그래프를 그렸으며 그 추세선의 방정식은 y=10616x+470.29로 구할 수 있다. Figure 5의 그래프를 보면, Figure 4와 비교하였을 때에 그래프가 보다 직선형을 띠며 R^2 역시 1에 더 가까운 것을 확인할 수 있다. 이에, 캐털레이스는 미하엘리스-멘텐 식을 따르는 효소임을 확인할 수 있으며, 추세선의 방정식을 통해 구한K _{m}과V _{max}는 각각22.57M과2.126*10 ^{-3}mol/sec이었다.4.2 그 외 오차의 원인과 해결 방법앞서 언급한 원인들 이외에도 이번 실험에서는 여러 가지 오차의 원인들이 존재하였다. 우선 라인웨버 플롯을 하기 위해서는 ‘초기 반응 속도’는 알아야하는데, 초기 반응 속도를 정확하게 측정을 하기가 어려웠다. 이론적으로는 시간이 0일때의 생성물 변화량의 순간 변화율을 구하여야 했지만, 그래프를 정밀하게 그리지 못하여 접선의 기울기를 직접적으로 구하지는 못하였다. 이에 O2 기체 발생 시 변화하는 압력 측정을 보다 정밀화된 방법(가령, 기계가 일정 시간마다 압력.

자연과학| 2016.09.18| 9페이지| 1,000원| 조회(3,137)

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