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DNA mini-prep

고급생물과학 실험보고서DNA mini-prepI. Method & MaterialsSolution ISolution IISolution III50mM glucose25mM Tris˙Cl, pH 8.010mM EDTAautoclave and store at 4℃0.2N NaOH1% SDS(freshly duluted from a 10N stock)glacial acetic acid 11.5ml5M potassium acetate 60mlDW 28.5ml1. pour 1.5ml of the culture into a 1.5ml microfugetube.2. centrifuge at 1300rpm for 30sec.3. discard the supernatant.(dry the bacterial pellet)4. resuspend pellet in 100μl of Solution I. and mix by voltexing.5. add 200μl of solution II. mix by inverting. and place on ice.6. add 150μl of solution III. mix by inverting.7. centrifuge 13000rpm, 10min, 4℃.8. transfer the supernatant to a fresh tube.9. add 2ul of RNase and incubate at 37℃ for 10min.10. add 450ul of phenol. and mix by voltexing.11. centrifuge 13000rpm, 2min, 4℃.12. transfer the supernatant to a fresh tube.13. add 2.5 vol of ethanol.14. mix by voltexing. and allow the mixture to stand for 5min at RT.15. centrifuge 13000rpm, 10min, 4℃. and discard the supernatant.15. wash the pis.II. ResultsIII.Discussion이번 실험은 alkaline lysis method를 이용하여 E.coli의 plasmid를 분리하는 실험이었다. plasmid의 prep은 뽑는 양에 따라 많이 뽑을때는 largeprep, 적게 뽑을 경우에는 miniprep이라고 하는데 각각에 따라 사용하는 방법이 다르다고 한다. 우리는 적은 양의 plasmid를 분리했기 때문에 miniprep에 해당하고, miniprep의 방법에는 alkaline lysis miniprep, boling miniprep, lithium miniprep 등이 있는데 우리는 그 중에서 alkaline lysis method를 이용했다. alkaline lysis method는 박테리아의 세포막을 SDS같은 ionic detergent로 깨고, alkali 용액인 NaOH를 이용해 DNA를 denaturation시킨 후, acidic 용액으로 plasmid DNA만을 선택적으로 renatruation시켜 분리하는 방법이다.우선 원심분리로 얻은 cell pellet에서 plasmid를 분리하기 위해 세 가지 solution을 순서대로 넣어주어야 했다. 먼저 solution I은 glucose, Tris-Cl, EDTA가 들어있는 용액으로 이것을 이용해 cell pellet을 resuspend시켜주었는데 EDTA는 E.coli의 세포벽을 유지하는데 필요한 calcium ios을 제거하여 세포벽을 군데군데 무너지게 하는 역할을 하고 glucose는 세포의 삼투압을 유지시켜 외형을 유지시킬 수 있게 해준다. 여기서 세포 외형을 유지시켜야 하는 이유는 solution I 을 넣고 voltexing을 할때 세포가 완전히 깨지게 되면 chromosomal DNA가 잘게 깨지게 되어 plasmid DNA와 분리하기 어렵게 되기 때문이다. 두 번째로 넣어준 solution II에는 NaOH와 SDS가 들어있었는데 SDS는 ionic detergent로 세포막을 깨주는 역할을 하며 NaOH는 용게 되고 단백질이나 DNA 등은 모두 변성된 상태로 존재하게 된다. 마지막으로 Solution III는 potassium acetate와 acetic acid가 들어있는 acidic한 상태의 용액으로 covalently closed plasmid DNA를 선택적으로 renaturation하게 되는데 상대적으로 크기가 크고 linear형태인 chromosomal DNA와 단백질 등은 potassium과 SDS 사이에 잡혀 renaturation이 되지 않게 된다. 결국 alkaline lysis method는 plasmid DNA와 chromosomal DNA의 크기와 형태 차이에 의한 renaturation의 정도 차이로 plasmid DNA를 분리하는 것이다. 그리고 chromosomal DNA가 잘게 깨지거나하면 plasmid DNA와 분리하기 어렵게 되기 때문에 solution I에 glucose를 넣어줄 뿐아니라 solution II와 III를 넣고나서 voltexing을 하지 않고, inverting하여 섞어줘야했다. 이 세가지 solution을 모두 처리하고 난 후의 tube에는 renaturation된 plasmid DNA와 변성된 단백질, chromosomal DNA 등이 들어있을 것이다. 우리는 이를 원심분리를 통해 plasmid DNA가 들어있는 supernatant만을 새 tube로 옮겼다. 그리고 여기에 남아있는 RNA를 제거하기 위해 RNase를 넣고 37℃에서 incubation을 해주었다. 그러나 RNA까지 제거된 sample에도 약간의 단백질들이 남아있고 RNase도 제거되지 않았기 때문에 phenol extraction을 통해 이를 제거해야했다. phenol extraction은 phenol에 의해 단백질이 변성되는 성질을 이용한 것으로 phenol을 sample에 넣고 섞어주면 단백질들이 변성되고 수용액 상태에는 녹지 않아 원심분리를 하면 단백질들이 phenol 층에 남아있게 된다. 이 때 chloroform이나 isoamyl n의 존재하에서 alchol에 의해 DNA가 선택적으로 침전되는 현상을 이용하는 것이다. 여기서 salt ion은 위에서 넣은 solution II의 sodium ion을 이용한 것이지만 앞의 과정에서 salt ion의 첨가가 없거나 적을 경우에는 salt ion을 첨가해 주어야 했을 것이다. 이 반응은 확실히 나와있는 책을 찾기가 힘이 들었는데 아마도 salt의 양이온이 DNA의 phosphate와 작용하게 되고 ethanol에 의한 solubility의 감소로 DNA와 salt의 complex가 침전하게 되는게 아닌가 생각된다. 우리는 100% ethanol을 넣고 섞은 후 원심분리하여 plasmid의 pellet을 얻었다. 하지만 여기에도 salt나 SDS같은 유기분자들이 아직 남아있을 수 있기 때문에 70% ethanol을 넣고 한번 더 원심분리하여 washing을 해 주었다. 이는 70% ethanol에서 상대적으로 존재하는 30%의 H2O에 salt가 녹고, ethanol에 SDS같은 유기분자들이 녹기 때문이 아닐까 생각된다.이렇게 얻은 plasmid DNA pellet은 잘 말린 후 DW에 녹여 전기영동을 통해 결과를 확인하였다. pellet은 TE buffer에 녹여도 되지만 TE buffer내의 EDTA에 의해 금속이온을 필요로하는 효소의 반응이 저해될 수 있기 때문에 PCR이나 sequencing을 할 경우에는 DW에 녹이는게 좋다고 하셨다. 하지만 그 효과는 그리 크지 않고 DNA를 오래보관할 경우에는 TE buffer에 녹여 보관하는게 더 좋다고 한다.결과를 보면 대부분의 라인에 두개의 band가 나타나있는 것을 볼 수 있다. plasmid를 뽑았을 때 나올 수 있는 form이 supercoiled form과 open circular form인데 이 중 supercoiled form이 더 응축되어있기 때문에 gel상에서 더 빨리 이동하게 된다. 결국 size marker로 약 2.5kb 정도에 위치한 아래쪽 band가 supercoiled 정확한 크기를 알기 위해서는 restriction enzyme으로 잘라 linear form으로 만들어 전기영동하면 될 것이다. linear form의 경우에는 supercoiled form과 open circular form의 사이에 band가 나타날 것이다.VI. Assignment1. plasmid copy number를 조절하는 mechanism을 조사하시오.-일반적으로 사용되는 클로닝벡터 뿐 아니라 많은 수의 자연적으로 존재하는 플라스미드들은 templete DNA와 double strand를 이루는 RNA의 합성을 이용해 자신들의 plasmid copy 수를 조절한다. 그 중에서도 ColE1의 복제조절이 많이 연구되었다. ColE1-type 플라스미드의 복제는 특정한 ori site에서 시작되는데 다른 플라스미드들과 다르게 복제의 시작이 플라스미드가 암호화하고 있는 단백질에 의해 일어나지 않는다. 그러나 ColE1은 host의 DNA polymerase I효소와 host가 암호화하고 있는 RNA polymerase, 그리고 RNase H를 필요로 한다.ColE1 plasmid의 복제과정은 RNAII라 불리는 RNA의 합성으로 시작된다. 이는 ori site로부터 555 nucleotide 앞에서 시작된다. 이 RNAII는 합성의 시작점으로부터 약 700 nucleotide 정도까지 확장되고 그것의 3‘ 말단이 ori site 근처의 template DNA와 duplex를 형성한다. 이 과정은 coupling이라 알려져있는데, 이는 ori site의 RNA부분과 이 molecule의 위쪽부분 사이가 template DNA와 interaction하도록 하는 RNAII 5’말단의 2차구조 형성에 강하게 의존한다. 복제원점에서 RNAII 분자를 잘라내는 RNase H는 이 RNAII-DNA duplex를 인지한다. free 3'hydroxyl기는 Polymerase I에 의해 촉매되는 DNA합성을 위한 primer로서 작용할 수 있게 된다. 일단 Poly다.

자연과학| 2010.09.01| 6페이지| 2,000원| 조회(1,418)

DNA, E.coli, plasmid, Alkaline Lysis, 미니프렙, m..

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Genetics of Drosophila melanogaster

Genetics of Drosophila melanogaster1. Introduction이번 실험은 초파리를 통해 멘델의 유전 법칙에 대해 알아보는 실험이다. 멘델은 1856년부터 1862년까지 완두콩을 가지고 생물 교잡 실험을 했고, 그 결과 일정한 유전 법칙을 세우게 된다. 멘델의 유전 법칙은 다음과 같다.1) 우열의 법칙: 동형의 우성 부모와 동형의 열성 부모 밑에서 태어난 자손 (F1)은 우성의 특징을 나타낸다는 것이다. 멘델은 씨가 둥글고 노란색인 순종(RRYY)의 완두콩과 씨가 주름지고 초록색인 순종(rryy)의 완두콩을 교배하여 F1에서 모두 씨가 둥글고 노란색의 완두콩을 얻었다. 즉, 노란색은 초록색에 비해 우성이고, 둥근 형질은 주름진 형질에 비해 우성이다. 이 때, 우성의 형질과 열성의 형질의 표현형의 비는 3:1을 이룬다.2) 분리의 법칙: 분리의 법칙이란 F1(RrYy) 자손끼리 교배하면 가려져 있던 열성의 형질이 다시 나타난다는 것이다. 이는 열성의 형질을 부모로부터 물려받은 F2에 한하여 나타난다. 이 때의 표현형의 형질들은 9:3:3:1의 비율이 나온다.3) 독립의 법칙서로 다른 형질은 독립적으로 우열의 법칙과 분리의 법칙을 만족한다는 법칙이 독립의 법칙이다. 노란색의 둥근 완두콩을(RrYy) 자가수정해서 씨앗을 얻으면 얻을 수 있는 완두씨앗의 경우는 왼쪽 그림과 같다. 씨앗의 모양만 고려하면 둥근 것과 주름진 것이 (9/16 + 3/16) : (3/16 + 1/16) = 3:1의 비율이 나오며, 씨앗의 색깔만 고려하였을 때에도 노랑과 초록이 (9/16 + 3/16) : (3/16 + 1/16) = 3:1의 비로 나오는 것을 알 수 있다. 즉 두 유전자 쌍이 함께 있더라도 각각은 다른 것에 영향을 주지 않고 마치 분리의 법칙에서 나타난 것과 같은 결과를 주므로 이를 독립의 법칙이라고 한다.반성유전은 1910년 모건이 발견한 초파리 흰눈 돌연변이체(W1118)를 이용하여 실험하였다. 초파리 흰눈 돌연변이체는 그 유전자를 성염색체 위에과는 다른 결과를 보인다. 즉, X염색체와 Y염색체 중 X염색체에만 흰눈 형질을 결정하는 유전자가 존재하며 이 때문에 흰눈 수컷과 야생형 암컷을 교배시킬 때는 F1에서는 전부 야생형만, F2에서는 암수가 모두 흰눈과 야생형이 같은 비율로 나오게 된다. 흰눈 암컷과 야생형 수컷을 교배시킬 때는 F1에서 암컷은 모두 야생형, 수컷은 모두 흰눈으로 나오지만 F2에서는 흰눈 수컷, 야생형 암컷을 교배시킬 때와 같게 나오게 된다.우리는 이 멘델의 법칙과 모건이 밝혀낸 반성유전을 초파리를 통해 다시금 확인해 본다. 다른 많은 실험재료를 사용하지 않고 초파리를 실험재료로 사용하는 이유는 다음과 같다.1) 초파리는 generation time이 짧다. (egg에서 성충이 되는데 약 10이면 충분하다.2) 초파리는 크기가 작고 키우기가 쉽다.3) 초파리는 유전이 되는 형질이 관찰하기 용이하다.4) 많은 수의 자손을 생산한다.5) 4쌍의 chromosome을 갖고 있다.실제로 초파리를 집에서 키우는 동안, 위의 특징들을 잘 확인할 수 있었다.2. Method1) 초파리 밥 만들기40.8g corn meal86.2g dextrose9.4g agar62.4g yeasttegosept(10%) 10mlpropionic acid 4.6ml- 초파리의 밥은 위와 같은 재료를 섞어 끓인 다음, plastic vial에 적당한 양을 덜어 식혀서 만들었다.2) 초파리 교배- 초파리를 원하는 멘델의 법칙을 확인하기 위해 적절히 선택해 교배 하였다. 이 때, 초파리의 암컷은 이전에 교배를 한 적이 없는, virgin 상태의 초파리를 골라 교배시킨다. 이는 초파리가 한 번 교배를 하게 되면 sperm을 약 일주일동안 저장할 수 있기 때문이다. 따라서 원하지 않는 형질이 발현될 가능성이 있기 때문에 반드시 virgin female을 선택하여 교배에 이용하여야 한다.① 분리의 법칙 확인- 분리의 법칙을 확인하기 위하여 BC/cyo 암컷과 OR 수컷을 교배한다. 이 후 자손들의 표현형을 살펴본다.② 반들이 어떻게 유전되는지 알아보기 위해 w1118 과 OR 유전자를 갖는 초파리들을 교배해본다. w1118 암컷과 OR 수컷, w1118 수컷과 OR 암컷을 각각 교배한 후, 자손들의 표현형을 살펴본다.③ 우열의 법칙 확인- 우열의 법칙을 확인하기 위해서 cl 암컷과 OR 수컷을 교배해서 자손들의 표현형을 살펴본다.④ 독립의 법칙 확인- 독립의 법칙을 확인하기 위해유전자를 갖는 초파리들을 자가 교배시켜 자손들의 표현형을 살펴본다.3. Result①Bc(glaze eye)Cyo(normal)♂12♀53②w1118(white eye)OR(red eye)♂30♀05w1118(white eye)OR(red eye)♂014♀013③OR(red eye)cl(dark brown eye)♂120♀130④♂♀Normal body/red eye2117Normal body/dark eye62Black body/red eye62Black body/dark eye004. Discussion①Bc/Cyo 유전자들은 2nd Chromosome에 위치하고 있다. Bc 유전자의 표현형은 glaze eye 이고 Cyo 유전자는 날개가 꼬여 있는 표현형을 갖는다. 각 유전자는 분리의 법칙에 의해 서로 유전되는데 연관을 끼쳐서는 안 된다. 따라서 Bc의 표현형과 Cyo의 표현형이 1:1의 비율로 나와야 한다. Bc 수컷은 Y염색체와 w1118 염색체를 갖고, Bc 염색체를 갖는다. 즉 Bc 수컷은 겉으로 보기에, white eye에 glaze eye를 갖아야하므로 하얗게 눈이 반짝이는 표현형이다. Bc 암컷은 정상적인 X염색체 하나와 w1118 염색체를 갖는다. . 즉, red eye에 glaze eye를 갖는다.Cyo 수컷은 w1118 유전자와 Y염색체를 갖는다. 즉, 꼬인 날개에 하얀 눈을 갖는다. Cyo 암컷은 w1118 염색체 하나와 정상적인 X염색체 하나를 갖는다. 즉, 꼬인 날개에 빨간 눈을 갖는다.분리의 법칙을 확인하기 위해 Bc와 Cyo의 비율이 1:1이 되면 된다. 원칙적으로는 반는 초파리들로 분리를 해야 하지만 반짝이는 눈을 갖는 표현형을 찾기 힘들기 때문에 꼬인 날개를 갖는 초파리와 그렇지 않는 초파리로 분리하였다. 이후에, 날개가 꼬이지 않는 초파리들을 눈이 반짝이는 것과 그렇지 않는 것을 분리하였다. glaze 표현형을 갖는 Bc의 경우, 그렇지 않은 것들에 비해, 눈이 더 진하게 보였고 마치 종이 위에 물방울을 떨어뜨린 것처럼 투명한 막을 갖는 것처럼 보였다. glaze하지 않는 초파리들의 경우에는 수채화 물감을 풀어놓은 것처럼 색의 깊이가 없고 흐리멍텅한 것처럼 보였다.총 개체수의 비는 6:5로 1:1이 되지 않았지만 1마리 차이이기 때문에 개체수가 적어서 생기는 오류인 듯 하다.②이 실험은 반성유전을 확인하기 위한 실험이다. 반성유전이란 성염색체인 X chromosome 상에 나타나는 유전자이다. w1118 유전자는 X chromosome위에 위치하고 있으며 열성인 유전자로 표현형은 white eye이다.- 이 경우, 암컷에 열성 유전자가 오기 때문에 태어나는 자손들의 수컷은 모두 열성 유전자를 갖고, 암컷은 모두 보인자가 된다. 따라서 수컷의 표현형은 모두 white eye이며 암컷의 표현형은 모두 red eye이다. 결과를 보면, white eye의 수컷은 5마리, red eye의 암컷은 3마리로 잘 일치하고 있다.- 이 경우, 수컷에 열성 유전자가 있기 때문에 자손들은 암컷의 경우에는 보인자가, 수컷의 경우에는 정상이 된다. 표현형으로 보면 모두 정상이다. 실제로 수컷 14마리, 암컷 13마리가 모두 red eye가 되었다.두 가지 경우를 통해, X chromosome 상에 있는 유전자가 유전되는 반성 유전에 대해 확인할 수 있었다.③이 실험은 우열의 법칙을 확인하기 위한 실험이다. cl 유전자는 2nd에 위치하고 있고 표현형은 dark brown eye이다. 자손들의 표현형을 확인해보면 OR의 표현형인 red eye이다. 즉, 자손들에게서 부모의 우성형질만 나타나고 있는 것을 알 수 있다. 이를 통해 멘델의 법칙인 독립의 법칙을 확인하기 위한 실험이다. cl 유전자와 eTM 유전자는 모두 분리의 법칙에 의해 서로 유전되는데 영향을 끼치지 않는다. 또, 이들이 우열의 법칙에 따라 표현형을 나타내므로 이들이 갖을 수 있는 유전자형에 따른 표현형은 다음과 같다.+;+cl;++;ecl;e+;+Normal body/red eyeNormal body/red eyeNormal body/red eyeNormal body/red eyecl;+Normal body/red eyeNormal body/dark eyeNormal body/red eyeBlack body/red eye+;eNormal body/red eyeNormal body/red eyeBlack body/red eyeNormal body/dark eyecl;eNormal body/red eyeNormal body/dark eyeBlack body/red eyeBlack body/dark eye이들을 표현형으로 분리하면 아래 표와 같이 정리할 수 있다. 또 이들 표현형을 갖는 개체수의 비도 구할 수 있다.표현형개체수의 비Normal body/red eye9Normal body/dark eye3Black body/red eye3Black body/dark eye1실험 결과를 보면 위에서부터 개체수가 38. 8, 8, 0이 나왔다. 위의 셋의 비율은 4.8:1:1 정도의 비율이 나오는 것을 알 수 있다. Normal body/red eye의 표현형을 갖는 개체수가 조금 많은데다가, 마지막 표현형을 갖는 개체수가 0이 나오기 때문에 비율이 더욱 무의미해져 버린다. 독립의 법칙을 확인하기 위해서는 9:3:3:1의 비율이 나와야 하는데, 이 비율이 깨져버린 것이다. 하지만 총 개체수가 54마리밖에 되지 않았다는 것을 다시 한 번 생각해 볼 필요가 있다. 원래 e;e 유전자를 갖는 개체들이 조금 발생이 느리다는 점을 감안하면 black body의 개체수가 실험에서 측정한 것보다 더 증가할 수 있다. 따라서 black body에 dark이다.

자연과학| 2010.09.01| 6페이지| 2,000원| 조회(174)

초파리, 반성유전, genetics, Drosophila melanogas, 멘..

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해수의 수온과 염분의 수직구조

< 지구과학실험보고서 >실험 4. 해수의 수온과 염분의 수직구조1. Result(1) 자료를 가지고 수심별 온도변화 그래프를 그린다.(x축을 온도 or 염분도, y축을 수심,수심은 위가 0 아래로 깊어지는 형태의 그래프로...)* graph ① : 정선104, 정점11, 2002년10월 - 수심에 따른 수온 그래프* graph ② : 정선104, 정점11, 2002년10월 - 수심에 따른 염분 그래프* graph ③ : 정선206, 정점03, 2002년10월 - 수심에 따른 수온 그래프* graph ④ : 정선206, 정점03, 2002년10월 - 수심에 따른 염분 그래프* graph ⑤ : 정선308, 정점10, 2002년10월 - 수심에 따른 수온 그래프* graph ⑥ : 정선308, 정점10, 2002년10월 - 수심에 따른 염분 그래프(2) 각각의 수온그래프에서는 수온약층(thermocline)의 수심을 염분그래프에서는 염분약층(halocline)의 수심을 추정하고, 각 서해, 남해, 동해에 대표되는 Temperature Depth Profile Graph를 서로 비교, 분석하고, 또한 Salinity Depth Profile Graph를 서로 비교, 분석하여라.수온약층의 수심(m)염분약층의 수심(m)graph ①30 ~ 150graph ②45 ~ 75graph ③20 ~ 50graph ④나타나지 않음graph ⑤20 ~ 50graph ⑥나타나지 않음* Temperature Depth Profile Graph* Salinity Depth Profile Graph구분temperaturesalinity동해동해는 남해, 황해와는 달리 수심이 깊어 혼합층, 수온약층, 심해층이 뚜렷이 나타나고 있다. 수온약층 아래의 0℃에 가까운 온도로 수온이 일정한 층인 심해층이 나타나있다. 이는 북극에서부터 내려온 한류층의 물이 밀도가 낮아 동해의 심해부분에서 나타나기 때문이라고 생각된다.수심에 따른 염분의 그래프 역시 전형적인 유형을 따르고 있으며 45 ~ 75m의 깊이에 염분이 급격히 감소하는 염분약층이 나타남을 확인할 수 있다. 또한 표층 부근의 염분은 강물의 유입으로 인해 낮은 것임을 알 수 있다.남해남해는 연중 흐르는 쿠로시오 난류의 영향으로 수온이 비교적 높은 편이며 혼합층, 수온약층, 심해층도 나타나 있다. 하지만 수심이 낮고 비교적 수온이 높아 심해층으로 보이는 깊이의 수온이 15℃정도여서 엄밀히 심해층이라고 보기는 어려울 것 같다.남해에서는 수심이 증가함에 따라 염분도 계속적으로 증가하는 것으로 나타나고 있다. 동해와 마찬가지로 표층 부근의 염분은 강물의 유입으로 인해 낮다. 수심이 깊어질수록 염분이 높아지는 것은 쿠로시오 난류의 영향으로 추측된다.황해황해도 혼합층, 수온약층, 심해층이 나타나고 있지만 황해는 세 바다 중 가장 수심이 낮아 심해층으로 보이는 깊이의 수온이 8℃정도여서 심해층이라고 보기는 어려울 것 같다.황해는 동해나 남해보다 훨씬 낮은 염분을 보이고 있는데 이는 황해가 가장 수심이 낮고 우리나라 대부분의 강과 중국의 강들이 황해로 유입되기 때문이다. 또한 약 20m의 깊이까지는 염분이 낮다가 갑자기 높아지는 것은 쿠로시오 난류의 영향을 추측된다.4. Discussion해수의 수온과 염분에 대해서는 고등학교 때에도 학교에서 배웠던 부분이지만 모두 책을 통한 수업일 뿐이었는데 이번 실험을 통해서 직접 데이터를 갖고 그래프를 그려보고 그 그래프를 분석하는 기회를 가질 수 있어서 좋았다. 엑셀을 잘 다룰 줄 몰라서 그래프를 그리는데 조금 힘들었지만 직접 데이터를 가지고 그래프를 그려보고 눈으로 수온과 염분의 수직분포를 보니 더 기억에 남는 것 같았다. 하지만 이번 실험 역시 이론적인 수업의 틀에서는 많이 벗어나지 못한 것 같아 아쉬움이 남는다. 여건이 된다면 직접 바다에 나가서 수온 측정 온도계나 염분 측정기를 사용하여 우리가 직접 데이터를 산출하고 그 데이터를 분석하거나 우리나라 근해에 설치되어 있는 수온과 염분 측정 장치들을 한 번씩 보고 어떤 원리로 작동하는지 알아보고 실험을 했다면 더 좋은 실험이 되었을 것 같다.5. Assignment(1) 수온이 수심에 따라 변화하는 양상에 대한 원인에는 어떤 것이 있을지 조사하라.* 수온의 수평분포(위도에 따른 해수의 온도 분포) :- 해수의 표면 온도 분포는 고위도에서 저위도 지방으로 갈수록 높아진다.(적도지방은 태양의 고도가 높아 해면에서 투과, 흡수되는 에너지가 많기 때문)- 열적도(해수의 온도가 최대인 곳을 연결한 선)는 북위 5°부근* 수온의 수직 분포(해수 온도의 연직 분포) :- 태양 복사 에너지의 흡수가 깊이에 따라 감소하기 때문에 수온의 연직 분포가 달라진다.ex) 해면에 입사되는 태양 에너지의 약 50%는 수심 1m이내이며, 85%가 10m이내에서흡수되며, 수심 300m에 이르면 태양 에너지는 거의 전부 흡수된다.① 혼합층- 바람의 교란에 의해서 해수의 혼합 작용이 일어나 표층수에 흡수된 태양 복사에너지는 깊이에 따라 골고루 섞이게 되므로 수온의 연직 분포가 일정- 중위도 해역은 바람이 강하여 혼합층이 깊고, 적도지방의 혼합층은 얇다.(적도무풍대도 바람이 약하며 혼합작용이 약해서) 한대 전선대 위쪽에 나타나지 않는다.② 수온약층- 혼합층 아래에는 수온이 10℃ 되는 곳에서 깊이에 따라 수온이 급격하게 낮아지는 층- 안정한 층으로 혼합층과 심해층의 해수가 잘 섞이지 않는다. 따라서 혼합층과 심해층 사이에는 열과 물질의 교환이 잘 이루어지지 않는다.- 여름철에 태양복사가 증가하여 100m정도의 깊이에 강한 수온 약층이 생성 ⇒ 계절적 수온 약층③ 심해층- 수온약층 아래에 수온이 거의 일정한 층- 적도 하층의 심해층의 온도와 염분을 측정하여 보면 고위도의 해수와 교환이 이루어짐을 알 수 있다.(극지방의 물이 침강되어 저위도 지방으로 이동)(2) 수온약층(thermocline)과 염분약층(halocline)에 대하여 조사하라.* 수온약층(thermocline) : 수심이 깊어짐에 따라 수온이 급격하게 감소하는 해수층.광범위한 영구약층(永久躍層)은 상대적으로 따뜻하고 잘 혼합되어 있는 표층수 아래에 위치하는데, 수심 200~1,000m 내에 존재하며 수온이 계속적으로 감소하는 층이다. 수온약층 아래에 있는 심층수(深層水)의 수온은 해저에 이르기까지 훨씬 더 서서히 감소한다. 뚜렷한 계절이 존재하는 위도에서는 계절약층(季節躍層)이 나타나는데, 여름에는 태양열에 의해 얕은 깊이에서 형성되는 반면, 겨울에는 일사량의 감소와 표층수 난류의 증가로 인해 수온약층이 파괴된다. 물의 밀도는 수온과 염분에 의해 좌우되는데, 결과적으로 수온약층은 수심이 증가하면 밀도가 급격히 증가하는 밀도약층(密度躍層)과 대개 일치한다. 여름 동안 저수지나 호수에서 형성되는 물의 중간층 역시 수온약층이라 한다.* 염분약층(halocline) : 깊이에 따라 염분이 급격히 변화하는 해양 수직대.이 층은 염이 균질하게 잘 섞여 있는 해양 표층 아래에 존재한다. 대서양에서는 특히 잘 발달된 염분약층들이 나타나는데, 이곳에서의 염분은 표층에서 약 1㎞ 수심까지 내려감에 따라 수‰이나 감소한다. 표층수에 도달하는 태양열이 적고 강우량이 풍부한 북태평양 고위도 지역의 염분약층에서는 염분이 깊이에 따라 현저하게 증가한다. 깊이에 따라 물의 밀도가 급격히 증가하는 층인 밀도약층은, 밀도가 해수의 총 염분함량에 따라 직접 변화하므로 염분약층에 수반되어 나타난다.

자연과학| 2010.09.01| 7페이지| 2,000원| 조회(975)

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크로마토그래피

크로마토그래피1. Abstract화합물의 특성을 조사하기 위해서는 우선 혼합물을 각 화합물로 분리할 필요가 있다. 분리에 가장 광범위하게 사용되는 방법이 크로마토그래피이다. 이 실험에서는 종이 크로마토그래피에 의한 아미노산 분리를 통하여 극성이 분리에 어떻게 이용될 수 있는지를 알아본다. 또한, 역상 크로마토그래피로 식용 색소를 분리해보고 정상 크로마토그래피와의 차이점을 알아본다.2. Data and Results실험 A : 종이 크로마토그래피를 통한 아미노산의 분리위의 사진에서 보이듯 실험을 하였으나 실험 결과가 제대로 나타나지 않았습니다. 때문에 이론적인 계산을 통해 각 Rf값을 상대적으로 비교하는 것으로 대신하였습니다.① 각 아미노산의 pKa 값COOHNH3+RAsp1.9910.03.9Ala2.3489.867-His1.79.086.02② Eluent 1 (에탄올 : 물 = 4 : 1, pH = 7.72)에서 Eluent의 pH값과, 각 아미노산의 pKa값은 주 어졌으므로 이것을 대입하면 위의 식에서 log부분의 값을 구할 수 있게 된다. 여기서 짝 산과 짝염기의 몰 비를 얻을 수 있고 이를 통하여 어느 정도 protonate되었는지, 혹은 deprotonate되었는지 알 수 있다.COOHNH3+RAsp7.72= 1.99+≒ 5.37×105COO-가 COOH의 5.37×105배만큼 존재한다는 것이므로 100% deprotonate 되었다고 볼 수 있다. ⇒ (-1)만큼의 charge가 생긴다.7.72= 10.0+≒ 5.25×10-3NH2가 NH3+의 6.61×103배만큼 존재한다는 것이므로 100% deprotonate 되었다고 볼 수 있다. ⇒ (+1)만큼의 charge가 생긴다.7.72= 3.90+≒ 6.61×103R-가 R의 6.61×103배만큼 존재한다는 것이므로 100% deprotonate 되었다고 볼 수 있다. ⇒ (-1)만큼의 charge가 생긴다.Ala(계산 생략)(-1)만큼의 charge가 생긴다(+1)만큼의 charge가 생긴다.-His(-1)만큼의 charge가 생긴다(+1)만큼의 charge가 생긴다.7.72= 6.02+≒ 50.1이것은 R이 R+의 50.1배 만큼 존재한다는 것이다. 따라서 R과 R+ 전체 (1+50.1) 중에 50.1만큼 존재한다는 말이다. 따라서 His에는 98.0(%) deprotone 되었다고 볼 수 있다. 즉 전체 중 2%만 (+)charge를 계속 가지고 있다.② Eluent 2 (n-프로판올 : 물 = 4 : 1, pH=7.74)(계산과정은 생략하고 그 값만 나타냄)COOHNH3+R or(-) charge(+) chargetotal chargeAsp100% d100% p100% d213Ala100% d100% p-112His100% d100% p98% d11.022.02Eluent 2 또한 무극성이므로 1)과 마찬가지로 Ala>His>Asp의 순으로 Rf 값이 나타날 것이다. 그런데 에탄올이 n-프로판올보다 극성이 강하므로 Rf 값의 상대적 크기는 Eluent 2가 더 작게 나타날 것이다.③ Eluent 3(n-프로판올 : 0.1N HCl = 4 : 1, pH=1.72)(계산과정은 생략하고 그 값만 나타냄)COOHNH3+R or(-) charge(+) chargetotal chargeAsp35% d100% p100% p0.3511.35Ala19% d100% p-0.1911.19His51% d100% p100% p0.5122.51Eluent 3가 무극성이므로 Ala>Asp>His의 순으로 Rf 값이 나타날 것이다.④ Eluent 4(n-프로판올 : 2% NH3+ = 4 : 1, pH=11.00)(계산과정은 생략하고 그 값만 나타냄)COOHNH3+R or(-) charge(+) chargetotal chargeAsp35% d91% p100% p20.092.09Ala19% d93% p-10.071.07His51% d99% p100% p10.011.01Eluent 4가 무극성이므로 His>Ala>Asp의 순으로 Rf 값이 나타날 것이다.실험 B : 역상 크로마토그래피에 의한 식용 색소의 분리① 물을 넣었을 때 : 위에서부터 차례로 파란색-빨간색-노란색의 순서로 색소가 분리되었다② 30% 메탄올을 넣었을 때 : ①의 상태에서 위쪽에 있던 파란색이 내려오면서 빨간색과 노란색 색소를 덮어 보이지 않게 되었다.※ 생각해 볼 문제① 이 실험에서 전개 용매의 극성의 세기가 증가할수록 Rf값이 커지는 이유를 설명하라.일반적으로, 극성 유기 화합물은 극성 용매에서 가장 잘 녹고, 무극성 용매에서는 잘 녹지 않는 경향이 있다. 아미노산의 경우 쌍성 이온으로 존재하므로 전개 용매의 극성이 더 클수록 더 높은 Rf 값을 보이게 된다.② 전개 용매에 산(0.1N HCl)을 넣었을 때와, 염기(2% NH3)를 넣었을 때 아미노산 각각의 Rf값이 증가할지, 감소할지 예상하여 그림을 그리고 이유를 설명하라.산성인 경우 NH3+와 잘 반응하고, 염기성인 경우 O-와 잘 반응하게 되는데, NH3+가 O-보다 극성이 더 크므로 염기성일 때보다 산성일 경우가 Rf 값이 더 커질 것으로 생각된다.③ 다음 화합물 쌍에서 어느 것이 더 극성이 큰지 말하라.왼쪽, 오른쪽, 왼쪽.④ 다음과 같이 전개 후에 두 물질이 완전히 분리되지 않았다면 어떤 방법으로 분리할 수 할 수 있을까?전개 물질을 더 잘 용해시키는 용매를 사용하여 다시 한번 분리시킨다.3. Discussion① 종이 크로마토그래피1) 이론적 분류물질마다 두 가지 용매에 대한 분배 계수가 다름을 이용하는 크로마토그래피를 분배 크로마토그래피라 한다. 종이 크로마토그래피와 TLC(Thin Layer Chromatography, 얇은판 크로마토그래피)는 모두 분배 크로마토그래피의 일종이다.얇은층 크로마토그래피(TLC, Thin Layer Chromatography)에서는 실리카겔의 얇은 막을 알루미늄이나 플라스틱 또는 유리판에 입혀 정지상으로 사용하고, 종이 크로마토그래피에서는 셀룰로오스의 히드록시기가 전개제 속의 물과 수소결합을 형성하여 물이 액체 정지상의 역할을 한다. 즉, TLC가 고체-액체 크로마토그래피인 반면 종이 크로마토그래피는 액체-액체 크로마토그래피가 된다.2) 실험 결과의 분석- 각 물질의 Rf값은 용매의 종류 및 비율, 종이의 성질, 온도, 시료의 양 등에 의해 영향을 받는다. 동일한 상태에서의 Rf값은 물질에 따라 고유한 값을 갖는다.- 각 점은 직접 관찰하는 것이 아니라 닌히드린 용액을 뿌려서 보라색의 정색반응을 일으키도록 한 후 그 위치를 관측한다. 그런데 종이도 닌히드린과 반응하여 보라색을 나타낼 뿐 아니라, 반응한 후의 아미노산, 특히 Alanine의 색이 너무 흐릿하여 잘 보이지 않았다. 맨 종이에서 점이 있는지조차 알아볼 수 없을 정도로 나타나지 않았고, 어쩔 수 없이 전개된 높이를 “No Spot”으로 처리할 수 밖에 없었다.- 전개제를 바꾸었을 때 : 용매의 극성의 차이용매가 극성이 달라지면 정지상과 이동상 간의 분배비율이 달라지게 된다. 즉, 정상 크로마토그래피에서 이동상의 극성이 커지면 Rf값이 커진다. 따라서 에탄올 용액에서의 Rf값이 n-프로판올 용액에서보다 클 것으로 예측할 수 있다. 실제로 관측된 2가지 물질에서 Rf값이 한 가지는 증가하였고 한 가지는 감소하였지만 점이 워낙 넓은 구간에서 관측되어 그 증감이 별 의미가 없어보인다.- 전개제를 바꾸었을 때 : 산, 염기 첨가의 효과아미노산의 경우, 각 분자는 주로 극성을 띠는 zwitter ion의 형태로 존재한다. 산이나 염기가 첨가되면, 아미노기나 카르복시기 중 하나가 중성의 분자 상태로 전환되고 나머지 한쪽만 이온의 형태로 존재하므로 중성 전개제에서 보다 산?염기가 첨가된 전개제에서 극성을 더 크게 띤다.또, Aspartic acid는 카르복시기를 2개 갖고 있으므로 염기성 전개제에의 극성이 산성 전개제에서의 극성보다 크다.(염기성 용액에서는 2개의 카르복시기의 수소를 모두 떼어가므로 -2가의 음이온이 된다.) Histidine의 경우 산성 전개제에서 산이 첨가되면 +2가의 양이온이 될 수 있으므로 산성 전개제에서의 극성이 더 크다. Paper Chromatography는 정지상이 극성을 띠는 정상 크로마토그래피이므로 극성이 큰 것일수록 Rf값이 작다.

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헤스의 법칙

< 결과 보고서 >실험제목 : 헤스의 법칙1. Abstract화학 반응에서 엔탈피가 상태 함수이기 때문에 출발 물질과 최종 물질이 같은 경우에는 어떤 경로를 통해서 만들더라도 그 경로에 관여된 엔탈피 변화의 합은 같다는 것을 헤스의 법칙이라고 한다.이번 실험에서는 NaOH(s)를 HCl(s)에 녹일 때의 반응열 ?H1과 NaOH(s)를 H2O(l)에 녹일 때의 반응열 ?H2, NaOH(aq)를 HCl(aq)와 반응시킬 때의 반응열 ?H3를 각각 측정해보고, 이 산과 염기의 중화 반응을 이용해서 헤스의 법칙을 확인한다.2. Introduction어떤 화학 반응에서 얼마만한 열이 날지를 예측하기 위해서는 각 물질의 엔탈피를 알고 있어야 한다. (엔탈피는 열에 관한 어떤 물질의 은행 잔고와도 같다) 그리고 엔탈피는 상태함수이기 때문에 반응물과 생성물의 엔탈피를 알면 어느 화학 변화에 대한 엔탈피 변화를 계산할 수 있게 된다.그런데 엔탈피 변화를 직접 조사할 수 없는 경우가 많이 있다. 탄소가 수소와 결합해서 탄화수소가 되는 경우의 엔탈피 변화는 얼마나 될까? 이런 반응은 쉽게 일어나지 않기 때문에 직접 측정하는 것은 불가능하고 대신 간접적인 방법을 쓰게 된다.일반화학 교과서 부록에 나와 있는 여러 가지 화합물의 standard enthalpy of formation(?Hfo)에 관한 표를 찾아보자. 그 중 많은 화합물은 직접 표준생성엔탈피를 재기 어렵다. 화석 연료 중에서 휘발유의 주성분인 옥탄(octane, C8H18)을 생각해 보자. 탄소와 수소로부터 옥탄을 만드는 반응은 실험실에서 쉽사리 일어나지 않는다. 따라서 옥탄의 표준생성엔탈피를 직접 질 수는 없다. 그러나 아래의 그림과 같이 탄소와 수소의 연소, 그리고 옥탄의 연소에 관한 엔탈피 변화를 측정하면 옥탄의 표준생성엔탈피를 알 수 있게 된다.3. Data & Results* 각 실험에서의 온도 변화실험 A실험 B실험 C1차3.21.23.22차3.21.8평균3.21.5* 용액의 비열 : 4.18 J/gㆍK* 비커의 열용량 : 0.85 J/gㆍK* 열량계 안의 열용량 :( W1 : 수용액의 무게 , W2 : 비커의 질량 )* 엔탈피 변화는 일정한 압력 하에서의 몰당 반응열과 크기가 같다.* 실험 A : ?H1의 측정시간(s)온도(℃)1차2차평균024.823.824.31028.827.528.22028.027.027.53028.027.027.54028.027.027.55028.027.027.56028.027.027.57028.027.027.5* 비커의 무게 : 108.2g* 수산화나트륨 무게 : 2.00g* 반응 후 용액의 무게 : 256.6(용액+비커)g -108.2g = 148.4g* 실험 A의 열용량∴ 한계시약은 NaOH이다.* 실험 B : ?H2의 측정시간(s)온도(℃)1차2차평균022.8023.0022.901024.0024.5024.252024.0024.8024.403024.0024.8024.404024.0024.8024.405024.0024.8024.406024.0024.8024.407024.0024.8024.40* 비커의 무게 : 105.55g* 수산화나트륨 무게 : 2.00g* 반응 후 용액의 무게 : 203.365g - 105.55g = 97.815g* 실험 B의 열용량NaOH가 한계시약 ( ∵ By 실험 A )* 실험 C : ?H3의 측정시간(s)온도(℃)024.8**************************28* 비커의 무게 : 108.48g* 수산화나트륨 무게 : 2.00g* 반응 후 용액의 무게 : 305.12g - 108.48g = 196.64g* 실험 C의 반응열두 물질 모두 0.1몰최종적으로 살펴보면4. Discussion열역학 제1법칙에서, 내부에너지는임이 알려져 있다. 그런데 일정한 압력(실험에서는 대기압)에서 행해지는 과정의 경우,가 된다.로 정의되는 반응 엔탈피(enthalpy)는 일정한 압력하에서이 되므로로 쓸 수 있다. 이때, 이 실험은 기체의 발생 등으로 인한 부피의 변화가 없는 실험이므로에서이 된다. 따라서(q는 반응열)와 같이 쓸 수 있다. (q는 계가 받은 열이므로, 실험에서의 발열량과는 반대의 부호를 갖는다.)‘화학 반응이 일어날 때, 엔탈피의 변화는 반응 전의 물질의 종류 및 상태와 반응 후의 물질의 종류 및 상태만 같으면 반응 경로에 관계없이 항상 일정하다.’이는 어떤 특정한 반응물이 어떤 특정한 생성물로 변할 때 엔탈피의 변화는 그 반응이 한 단계로 진행되거나 혹은 여러 단계로 진행되거나 같다는 것을 뜻한다. 이 실험에서, 고체 NaOH를 물에 녹일 때의 반응열()과 NaOH 용액을 HCl 용액에 반응시킬 때의 반응열()의 합은 고체 NaOH를 직접 HCl 용액에 반응시키는 반응열()과 같다는 것을 확인했다. 어느 정도의 오차는 있었지만 이를 통해 엔탈피가 상태함수임을 확인하고 헤스의 법칙을 실험적으로 증명했다. 헤스의 법칙은 엔탈피가 상태함수(state function)이기 때문에 성립하는 법칙이며, 따라서 물질의 성질들 중 상태함수인 엔트로피(entropy), 자유 에너지(Gibb's free energy) 등에 대해서도 성립한다.오차의 원인으로 몇 가지를 생각해볼 수 있는데 먼저 1차 표준물질이 아닌 NaOH의 질량이 근본적으로 정확하지 못한 것이 오차의 원인이 된다. 실험 내내 NaOH의 시약병의 뚜껑이 열려있었는데 공기 중에 노출된 NaOH는 계속 수증기를 흡수하여 스스로 녹아들었을 것이다. 이는 이미 어느 정도 NaOH가 수화되어 수화열을 방출했다고 볼 수 있다. 그리고 물을 흡수한 NaOH에는 물의 질량까지 포함되어있으므로 실제 시험에 사용된 NaOH양이 더 적을 수 있다. 따라서 NaOH의 조해성은 질량 측정에 오차의 원인이 되었을 것이다. 또 열손실로 인한 오차를 생각할 수 있는데 실험과정 중 단열재로 쓰인 스티로폼컵에 전해진 열을 감안할 수 없었고, 고체 NaOH와 용액을 반응시키는 과정에서 고체를 녹이기 위해 저어주는 동안 공기 중으로의 열손실이 있었다. 이 열손실로 인해 오차가 생겼을 것이다. 다음으로 우선 유리와 용액의 비열을 임의로 가정한 것에 의한 오차를 생각할 수 있다. 유리는 결정성 고체가 아닌 일종의 ‘혼합물’이기 때문에 그 비열이 일정하지 않다. 이 실험에서는 임의로 0.85 J/gK로 정하고 계산을 했지만, 실제로는 그 조성에 따라 0.6～0.9 J/gK의 값을 가질 수 있는 것으로 알려져 있다. 헤스의 법칙을 확인하기 위해서는 가능한 한 오차의 요인을 줄여야하므로, 좀더 정확한 실험을 위해서는 전기저항을 이용한 발열로 열용량을 계산해내는 방법을 쓸 수도 있겠다. 또 NaOH의 비교적 정확한 질량 측정을 위해 뚜껑이 있는 작은 용기에 덜어 놓고 저울 옆에서 질량 측정 바로 전에 뚜껑을 열어 질량을 측정하도록 하면 오차를 조금 줄일 수 있을 것 같다.

자연과학| 2010.09.01| 7페이지| 2,000원| 조회(323)

반응열, 일반화학실험, 엔탈피, 헤스의법칙, 산염기중화

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