본문내용
1. 기초화학
1.1. SI 단위
SI 단위는 국제단위계(Système International d'Unités)의 약자로, 국제적으로 사용되는 통일된 단위 체계이다. SI 단위는 7개의 기본단위와 여러 유도단위로 구성되어 있으며, 과학분야에서 널리 활용된다.
SI 기본단위에는 길이의 단위인 미터(m), 질량의 단위인 킬로그램(kg), 시간의 단위인 초(s), 전류의 단위인 암페어(A), 온도의 단위인 켈빈(K), 물질량의 단위인 몰(mol), 그리고 광도의 단위인 칸델라(cd)가 포함된다. 이러한 기본단위들은 다른 단위들을 정의하는 데 사용되며, 과학적 계산과 측정에서 필수적인 역할을 한다.
예를 들어 길이 단위인 미터(m)는 특정 광원의 특정 파장에서의 빛의 진동수와 연관되어 정의되며, 질량 단위인 킬로그램(kg)은 국제킬로그램원기를 바탕으로 설정된다. 또한 전류 단위인 암페어(A)는 두 무한히 긴 직선 전류가 1미터 떨어져 있을 때 그들 사이에 작용하는 힘을 기준으로 정의된다.
이처럼 SI 단위는 과학적 정확성과 국제적 통일성을 기반으로 하며, 물리량을 정의하고 측정하는 데 핵심적인 역할을 한다. SI 단위의 사용은 과학 연구와 교육, 산업 분야 전반에 걸쳐 중요한 의미를 가진다고 할 수 있다.
1.2. 농도 단위
농도 단위는 용질의 양에 대한 용액의 양을 나타내는 척도로, 다양한 방식으로 정의된다. 몰 농도(M)는 용질의 모르(mol)를 용매의 리터(L)로 나눈 값이다. 이는 1리터의 용액 중에 포함된 용질의 몰 수를 나타낸다. 규정 농도(N)는 용질의 화학당량(equivalent)을 용매의 리터로 나눈 값이다. 즉, 규정 농도는 당량당 몰 수를 나타낸다. 무게 농도(w/v)는 용질의 무게를 용매의 부피로 나눈 값이며, 부피 농도(v/v)는 용질의 부피를 용매의 부피로 나눈 값이다. 이 외에도 백분율 농도, 퍼센트 농도 등 다양한 농도 단위가 사용된다. 이처럼 다양한 농도 단위를 적절히 활용하여 용액의 조성을 표현할 수 있다."
1.3. 기구 및 기기
기구 및 기기는 화학 분석에 필수적인 실험 도구들이다. 우선 용량을 측정하는 기구로는 용량피펫과 용량플라스크가 있다. 용량피펫은 시약, 표준용액, 완충용액 등을 정확한 부피로 취할 때 사용하며, 용량플라스크는 일정 부피의 용액을 제조할 때 사용한다. 또한 전기영동 기법에서는 모세관 전기영동 원리를 이용하는데, 이때 전기적 중성을 유지하기 위해 완충액의 pH를 조절한다.
크로마토그래피 기법에는 HPLC와 Gas 크로마토그래피가 있다. HPLC는 호르몬, 약물, 아미노산, HbA1c 등을 분석하는 데 사용되며, Gas 크로마토그래피는 주로 기체 성분을 분석한다. 이온 선택 전극에는 유리막 전극이 있는데, pH, Na, pCO2 등을 측정할 때 사용된다. 점성이 큰 용액을 다룰 때는 오스트발트-폴린 피펫을 사용한다.
물의 순도 측정에는 전기저항과 전도율이 활용된다. 전기저항이 높고 전도율이 낮을수록 물의 순도가 높다고 할 수 있다. 또한 전량 분석법에서는 할로젠 전극을 사용하여 Cl-를 정량할 수 있다. 할로젠 전극의 막은 Ag2S와 AgCl로 구성되어 있다.
분광분석기의 구성은 광원, 단색화장치, 시료부, 수광부, 판독부로 이루어진다. 광원으로는 중수소램프(UV), 텅스텐램프 및 할로젠램프(가시광선)가 사용된다. 이 중 형광분석, 원자흡광분석, 산란광 분석, 반사율광도 분석, 화학발광 분석 등의 응용 기법이 있다. 면역분석법에는 RIA(경쟁법)와 IRMA(비경쟁법)가 있다.
이 외에도 삼투압 측정기, pH meter, 원심분리기, 전기영동장치, HPLC, GC 등 다양한 기구와 기기가 화학 분석에 활용된다. 이처럼 화학 분석에는 정확한 측정을 위해 다양한 기구와 첨단 기기들이 필수적이다.
1.4. 용액 조제
용액 조제"는 실험이나 분석을 수행하기 위해 필요한 여러 용액을 정확히 만드는 것을 말한다. 이를 위해서는 용량기구와 농도 단위에 대한 이해가 필수적이다.
용량기구로는 용량피펫과 용량플라스크가 대표적이다. 용량피펫은 원하는 부피의 용액을 정확히 취할 때 사용하며, 용량플라스크는 일정 부피의 용액을 제조할 때 사용한다. 이러한 용량기구를 활용하여 시약, 표준용액, 완충용액 등을 정확히 조제할 수 있다.
농도 단위로는 몰농도(M), 노르말농도(N) 등이 있다. 몰농도는 리터당 녹아있는 물질의 몰수를 나타내며, 노르말농도는 리터당 반응당량의 개수를 나타낸다. 이 외에도 백분율(%), 부피비, 중량비 등 다양한 농도 단위가 존재한다. 실험에 적합한 농도 단위를 선택하여 용액을 조제해야 한다.
용액을 만들 때는 정확성과 재현성이 매우 중요하다. 따라서 용량기구와 농도 단위에 대한 이해를 바탕으로, 사용 목적에 맞는 용액을 신중히 조제해야 한다. 이를 통해 실험의 정확도와 신뢰성을 확보할 수 있다.
2. 분석기술
2.1. 전기영동
전기영동은 대전된 물질이 전기장 내에서 이동하는 원리를 이용한 분석 기술이다. 이는 단백질, 핵산, 효소 등 생체 고분자 물질의 분리와 동정에 널리 사용된다. 전기영동은 크게 모세관 전기영동과 겔 전기영동으로 나누어진다.
모세관 전기영동은 좁은 모세관 내에서 전기장을 이용하여 분리하는 방법으로, 시료의 손실이 적고 자동화가 쉬운 장점이 있다. 전기삼투 현상을 이용하여 양이온과 음이온을 분리할 수 있다. 이때 완충액의 pH를 조절하여 단백질의 전하를 조절함으로써 분리 효율을 높일 수 있다. 분리된 단백질 띠는 염료로 염색하여 확인할 수 있는데, 음전하를 띠는 Ponceau-S red 염료를 많이 사용한다.
겔 전기영동은 전하를 띠는 물질이 전기장 내에서 겔 매질을 통해 이동하여 분리되는 방식이다. 전기영동 후 겔을 염색하여 단백질 띠를 관찰할 수 있다. 폴리아크릴아미드 겔 전기영동(PAGE)은 단백질 분리에 널리 사용되며, SDS-PAGE는 SDS 처리로 단백질을 변성시켜 분자량에 따라 분리한다. 아가로스 겔 전기영동은 핵산 분리에 사용된다.
전기영동 분석에서는 전기적 이동도, 분자량, 등전점 등 물질의 고유한 특성을 이용하여 정성 및 정량 분석이 가능하다. 또한 효소 활성, 단백질 구조, 분자량 측정 등에 활용된다. 최근에는 모세관 전기영동과 질량분석기를 접목한 기술도 개발되어 단백질과 펩타이드 분석에 활...
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