FT-IR을 이용한 고분자 합성 확인FT-IR의 원리를 이해하고 사용법을 익힌다. 스펙트럼을 통하여 분자구조를 예측하고, 이전 실험에서 합성한 PVA를 확인한다.FT-IR 먼저 FT는 푸리에 변환(Fourier transform, FT)이라고 하며 이는 시간에 따른 신호를 함수를 구성하고 있는 주파수 성분으로 분해하는 작업이다. 시간의 함수가 푸리에 변환이 되면, 주파수의 복소함수가 되고, 이것의 절댓값은 원래 함수를 구성하는 주파수 성분의 양을, 편각은 기본 사인 곡선과의 위상차을 나타낸다. 푸리에 변환은 원래 함수의 주파수 영역 표현이라고도 한다. 푸리에 변환이라는 용어는 주파수 영역의 함수뿐만 아니라 주파수 영역의 함수와 시간 영역의 함수를 잇는 수학적 연산(혹은 공식) 모두를 의미한다. 다양한 함수들의 실질적 사용에 있어서, 이것의 역함수가 정의될 수 있는데, 주파수 영역 함수의 푸리에 역변환 또는 푸리에 합성이라 한다. 이는 원래 함수를 복원하기 위해서 모든 구성주파수 성분을 조합하는 변환이다. 시간이나 주파수 영역에서서 수행되는 선형 연산들은 서로 영역에서 상응하는 연산들이 있는데, 그것들이 연산을 더 쉽게 만들어 주기도 한다. 시간의 영역에서의 미분연산은 주파수 영역에서 곱셈과 같아서, 미분방정식은 주파수 영역에서 더 쉽게 분석되기도 한다. 또한, 시간 영역에서의 합성곱은 주파수 영역에서 평범한 곱셈과 같다. 이것은 확실하게 신호에 필터를 적용하는 것과 같은 모든 선형 시불변 시스템은 주파수 영역에서 비교적 쉽게 표현될 수 있음을 뜻한다. 원하는 연산이 끝난 후에, 결과에 대한 변환으로 시간 영역으로의 돌아갈 수 있다. 조화해석은 서로 다른 영역에서의 “더욱 단순한” 함수와 연산에 대한 연구를 포함하여 주파수와 시간 영역의 관계를 연구하는 체계적인 학문이다. FT-IR은 1970년대에 크게 진보하였던 제2세대의 적외선 분광법으로 유기화합물, 반도체, 세라믹 등 대상을 불문하고 상온, 상압 하에서 비파괴분석이 가능하다는 장점이 있다. 광원의 빛을 비 유클리드 공간의 변수들로 구성된 함수로 일반화할 수도 있다. 즉, 3차원 공간의 함수를 3차원 공간의 운동량에 대한 함수로 바꿀 수도 있고, 혹은 공간과 시간의 함수를 4차원 운동량에 대한 함수로 변환할 수 있다. 이것은 파동에 대한 연구나 양자역학에서뿐 아니라 공간이나 운동량 또는 둘 모두를 함수로 표현할 때 파동 공식 표현이 중요한 분야에서 공간에서의 푸리에 변환이 매우 자연스럽게 사용되도록 하였다. 일반적으로 푸리에 공식이 적용가능한 함수는 복소수이며, 벡터 값을 가질 수 있다. 집합군을 이용한 함수에서는 더 많은 형태가 가능하다. ? 또는 ?n (덧셈에 닫혀있는 집합군으로 보여지는)의 원래의 푸리에 변환 외에, 알려져 있듯이 이산시간 푸리에 변환(DTFT, 집합 ?)과 이산 푸리에 변환(DFT, 집합 ? mod N), 푸리에 급수, 원형 푸리에 변환(집합 S1, 단위원 = 끝점이 같은 유한 폐구간)을 포함한다. 마지막 것은 보통 주기함수에서 다루어진다. 고속 푸리에 변환(Fast Fourier transform)은 DFT를 계산하기 위한 하나의 알고리즘이다. 적외선(IR)을 이용한 분광분석법은 다양한 분야에 적용되고 있으며, 정성에서 정량분석으로 그 영역을 넓혀가고 있다. 특히 적외선 분광분석기는 미지시료를 판별하는데 아주 유용한 도구로 사용된다. 적외선 분광기는 분자의 작용기에 의한 특성적 Spectrum을 비교적 쉽게 얻을 수 있고, 광학 이성질체를 제외한 모든 물질의 Spectrum이 서로 차이가 있어서 분자 구조를 확인하는데 결정적인 정보를 제공해 준다. 따라서 적외선은 무기/유기화학은 물론 화학의 모든 분야에서 널리 이용되고 있으며, 빠르고 정확한 분석법으로 R&D는 물론 산업현장의 QC/QA 등 그 응용분야가 빠르게 확대되고 있다.적외선은 가시광선과 극초단파 사이의 빛으로 피부에서 따뜻함을 느끼기 때문에 열선이라고도 부른다. 분자는 다양한 화학결합의 진동에너지와 일치하는 파장에서 빛을 흡수한다. 빛의 흡수 정도는 검출기에 의해 측정되는데 결 정성 분석과 흡수 강도에서 정량분석이 가능하다. 적외선 파장을 종류에 따라 분석을 하면 적외선은 파장에 따라 가시광선 영역에 가까운 짧은 파장의 근적외선(Near IR), 중간 적외선(IR), 원적외선 영역(far IR) 등 크게 세 영역으로 나눌 수 있다. 이들 영역을 이용한 분광분석기는 모두 적외선을 사용하지만 각 영역마다 특성이 명확해 용도나 응용범위가 달라진다. 먼저 Mid IR : 2.5~15㎛ (400~4000cm-1) 흔히 IR이라고 하면 중간 적외선(Mid-IR)을 의미한다. 중간 적외선은 X선이나 UV-Vis보다 에너지가 낮기 때문에 빛을 흡수하여 분자는 다양한 진동운동을 하게 되고 화합물은 구조에 따라 여러 가지 신축 진동 및 굽힘 진동을 하며, 분자를 구성하는 성분의 구조와 결합상태에 따라 독특한 흡수 피크를 나타내기 때문에 물질의 적외선 스펙트럼은 대단히 복잡하다. 그 다음인 Near IR : 780nm ~ 2.5㎛ (4000~12500cm-1) 근적외선에서는 Mid IR 영역의 기본 Band들이 배음되고 결합되어 나타나기 때문에 Spectrum이 넓어서 명확하게 분리되지 않는다. 이 때문에 근적외선 분광법은 과거에는 한계가 많았으나 계량분석화학이라는 복잡한 다변량 분석법과 PC의 발달로 인해 정량분석에 널리 활용되고 있다. 1970년대 말까지만 해도 NIR은 농산물의 원산지 검사 같이 정확성을 요구하지 않는 간단한 응용에 사용되었다. 초기의 장비 형태는 주로 분산형이나 Filter 형태였으나 최근 산업현장에서 정밀도/정확도에 대한 요구가 늘어나면서 FT-NIR 장비의 응용이 급속도로 확산되고 있다. FT-NIR은 빠른 분석과 엄격한 품질관리를 원하는 산업현장에서 기존의 크로마토그래피나 습식법을 대신할 수 있는 정량분석법으로 인식되고 있으며, On-line Monitoring 장비를 이용해 소극적인 품질관리에서 벗어나 공정을 직접 제어하고 있다. 마지막으로는 Far IR : 25~200㎛ (400~40cm-1) 이 영역에서는 금속원자와 수 있는 많은 실험 자료가 축적되어 있는데, 1500∼900 cm-1 영역은 신축 진동 및 굽힘 진동에 의한 피크가 겹쳐서 나타나기 때문에 다른 영역보다 스펙트럼이 대단히 복잡하며, 이를 지문 영역 (fingerprint region)이라 한다. 미지 화합물을 정성분석하기 위해서는 특정 원자단이나 골격 구조를 가진 화합물의 기준 스펙트럼을 측정한 뒤 미지 시료의 스펙트럼을 동일 조건에서 측정해 비교함으로써 성분을 예측할 수 있다.Fourier 변환기기의 구성요소IR 분광기의 형태는 기기의 구조에 따라 필터형, 분산형, 퓨리에변환형 등 다양하다. 하지만 IR에서 필터형과 분산형은 검출기에 도달하는 빛이 약하고 Drift가 심하다는 문제점 때문에 90% 이상이 FTIR로 대체되었으며 현재 상품화 되어 있는 적외선 분광기는 대부분 FTIR이다. FTIR은 분산형 장비에 비해 분해능과 S/N 비가 좋고 감도가 예민하여 정확하다는 이점이 있다. FTIR은 광원, 시료부, 인터페로미터, 검출기의 주요 부분으로 구성되어 있다. FTIR은 마이클슨 인터페로미터를 이용하는데 분산형 장비에서 사용되는 슬릿, 회절격자, 필터, 광 단속기 등의 역할을 인터페로미터가 대신한다.광원 주로 Globar 광원을 사용하는데 Globar는 가는 실리콘 카바이드 (SiC) 막대로, 약 1,000∼1,800 K 정도로 가열하면 적외선 영역의 빛이 방출된다. FTIR에는 광원 이외에도 빛을 정확하게 locking해 주는 He-Ne 레이저가 장착되어 있어 빛을 엄격하게 조절한다.Interferometer(간섭계)Michelson-Morly의 간섭 계의 원리에 기초를 두고 있다. Interferometer는 한 개의 Beam Splitter와 고정 거울 및 이동 거울로 구성되어 있고 광원에서 들어오는 빛은 Beam Splitter에서 정확하게 조절되어 50%는 고정거울로 향하고 50%는 이동거울로 반사된다. Beam Splitter는 광학적 평면 물질에 게르마늄이나 다른 물질을 얇은 막으로 침적시켜 기법은 크게 투과법과 반사법으로 나눌 수 있다. 투과법은 빛이 시료를 직접 통과한 후 검출기에 도달하는 방식으로 흡광도가 높고 스펙트럼이 질이 좋다는 장점이 있지만 시료 전처리가 복잡하여 시료를 다루는데 어려움이 많다. 반사법은 빛이 시료를 직접 투과하지 않고 매개체를 통해 시료에 전달된 빛이 반사되어 검출기에 도달하는 방식으로 흡광도가 투과법에 비해 10배 이상 낮고, 스펙트럼의 질은 떨어지지만 Sampling이 편리하고 시료 교체가 용이하다. 특히, 투과가 되지 않는 powder나 pellet 시료에 대해 보다 유용하게 사용할 수 있다. 최근에는 ATR이나 DR 또는 SR 등 다양한 반사기법을 이용하는 고객들이 증가하고 있으며 시료의 형태와 양에 따라 이 두 가지 기법을 혼용하여 사용한다면 보다 좋은 분석 결과를 얻을 수 있다.먼저 투과법(Transmission)을 보면 액상 시료 액체 시료는 두개의 Window 사이에 시료를 넣고 밀착시킨 다음 분석하거나 액체 cell을 이용할 수 있다. 액체 cell은 시료의 농도와 특성에 따라 path length(0.02~2mm)와 window 재질을 선택할 수 있으며 KBr이나 KCl 같은 수용성 window를 사용할 경우에는 특히 세척에 주의해야 한다. 최근에는 불용성인 ZnSe나 KRS-5 등의 optic이 선호되고 있다. 액체 셀을 이용할 때에는 셀에 시료 주입 시 공기방울이 생기거나 시료가 새지 않도록 주의해야 한다. 이 때에도 background는 window가 된다. 하지만 path length가 너무 작아 fringe 현상(window 내에서 굴절이 제대로 일어나지 못해 스펙트럼 전체적으로 일정 간격의 파가 생기는 현상)이 발생할 경우 Cell이 장착되지 않은 상태를 background로 빼주어야 한다. 고체 시료일 경우 고체시료는 대부분 빛을 투과시킬 수 없기 때문에 액체보다 많은 전처리가 필요하다. 먼저, 녹는점이 낮거나 적당한 용매에 잘 녹는 고체의 경우 열이나 용매에 녹여 윈도우에 바르거나 얇은
Iron oxide nanoparticle의 합성과 용해Precipitation method를 통한 iron oxide nanoparticle의 합성과 역반응을 확인한다.Iron oxide nanoparticle : 산화철 나노입자로 산화철 나노입자는 초상자성이라는 독특한 자기적 특성을 갖는 물질로서, 하드디스크와 같은 자기 저장매체와 같은 전자분야부터 MRI조영제 및 약물 전달체와 같은 의약학에 이르는 다양한 분야에 활발하게 쓰이고 있다. 초상자성은 자기메모리(magnetic memory)가 없이 작은 단자구(single domain magnetic) 미립자에서 발생하는 특성이 있다. 초상자성은 상자성 보다는 강자성에 가까운 속성이다. 예를 들면, 자철석(산화철, Fe3O4)은 다단구(multidomain) 형태의 강자성으로 크기가 약 40nm보다 작을 때, 최종적으로 단자구 소립자가 형성된다. 이런 소립자가 외부자기장에 놓이게 되면, 구역 내 전자들의 교환결합으로부터 강한 내부자화가 발생하여 상자성이 된다. 헤모글로빈의 헴(heme)에 붙은 철이 유리되면 ferritin과 hemosiderin의 형태로 존재하게 되는데, 페리틴과 헤모시더린은 조직내에서 초상자성 물질을 발생시킨다. 초상자성 아철산염 미립자들은 간과 세망내피계(reticuloendothelial system)를 위한 조영제로서 사용되어져 왔다. 단자구는 오직 한 개만 포함되어 있기 때문에 상자성 물질의 감수성은 강자성 물질에 비해 크지 않다. 더불어서, 각 구역(domain)은 개별적으로 존재하므로 물질 내 구역들의 정렬이나 상호작용이 나타날 수 없다. 강자성 물질과는 달리 상자성 물질들은 외부자기장이 사라지면 순 자화(net magnetization) 역시 남아지 있지 않게 된다. 바꿔말하면, 상자성 물질은 자기 메모리(magnetic memory)가 없다. 그 중 산화철은 다양한 자성 물질 중에서 가장 생체적합성이 높은 물질로서, 자연계에서는 박테리아, 조류, 어류 등에서 지구 자기장을 감 제거되어 장기간 해당 조직에 남게 된다. 10 ~100 nm 사이의 나노입자는 비교적 오랜 시간 혈액에 머무를 수 있으며, 암과 같이 혈관에 틈이 있는 경우 에는 해당 조직으로 전달될 수 있다. 따라서 나노입자의 균일성은 의학적 측면에서 매우 중요하다고 할 수 있다. 두 번째, 산화철 나노입자의 자기적 특성 역시 크기에 따라 변화하게 된다. 벌크상태의 산화철은 외부 자기정이 없어도 강한 자성을 나타내는 페리자성(ferrimagnetism)을 갖는다. 하지만 나노입자의 크기가 특정 크기 이하로 작아지게 되면, 나노입자 내부의 자기적 에너지보다 상온의 열에너지가 더 커지게 된다. 이러한 상태에서, 외부 자기장이 없을 때에는 열에너지에 의해 나노입자의 자기적 모멘트가 randomize되서 자기적인 특성을 관찰 할 수가 없다. 하지만, 외부 자기장이 가해지게 되면, 나노입자의 자기적 모멘트가 외부자기장에 의해 일정한 방향으로 배열되기 때문에 강한 자기적 특성이 나타내게 된다. 이러한 특성을 초상자성(superparamagnetism)이라고 부르며, 자성 나노입자만의 독특한 성질이라 할 수 있다. 초상자성 나노입자는 외부 자기장이 없을 때에는 나노입자간의 자기적 상호작용이 거의 없기 때문에, 안정된 콜로이드 상태를 유지할 수 있다. 이러한 특성은 바이오/의료 분야 응용에 매우 적합하며, 산화철 나노입자의 연구는 대부분 초상자성 나노입자를 이용해 이루어져왔다. 산화철 나노입자의 크기가 3 nm 미만으로 감소하게 되면, 대부분 자기적 이온이 나노입자 표면에 존재하기 때문에, 나노입자의 자기적 특성이 상자성과 유사하게 변한다. 즉 나노입자의 자화도가 매우 작을 뿐만 아니라 포화자화도가 거의 나타나지 않게 된다는 특징이 있다. 상자성은 외부의 자기장이 있으면 자기적 성질을 가지지만, 외부의 자기장이 사라지면 다시 자기적 성질을 잃는 성질이다. 이는 자기장이 다시 사라져도 자성이 유지되는 강자성과는 다른 성질이다. 즉, 상자성을 띠는 물질은 자기장에 끌리며 상대적인 자기 투자 이것은 자기장 세기와 자화도의 선형의 의존성을 설명해 준다. 강자성이란 외부 자기장이 없는 상태에서도 자화되는 물질의 자기적 성질을 말한다. 물리학에서는 자성을 여러 가지 종류로 분류한다. 그 중에서도 강자성은 가장 세기가 센 종류이다. 강자성을 띈 물체는 유일하게 느낄 수 있을 정도로 강한 힘을 만들 수 있다. 상자성 또는 반자성을 띄는 다른 물질의 경우 자기장에 의해 반응을 하긴 하지만, 그 힘은 매우 약하여 민감한 실험 장비에 의해서만 측정될 수 있을 정도이다. 강자성은 물질 내의 전자들의 스핀과 궤도 각운동량에 따른 자기모멘트가 서로 영향을 미치는 상호작용에서 기인한다. 따라서 강자성을 띈 물체라도 그 물질의 퀴리온도에 다다르게 되면 강자성이 사라지게 된다. 또한 강자성물질임에도 불구하고 자성이 겉으로 나타나지 않는 경우도 있는데, 이는 내부에 자기 구역이 생겨서 각각의 구역은 강자성을 띄지만 구역마다 자기모멘트가 서로 다른 방향으로 정렬되어서 전체적으로 상쇄되기 때문이다.Magnetic separation : 자기분리라 하며 쉽게 고철이나 폐자재 가운데서 철을 회수하기 위해 영구자석 또는 전자석을 이용하여 분리하는 기법을 자기분리법이라 한다. 이렇듯 자기분리 는 자석을 사용하여 자성 물질을 끌어당김으로써 혼합물의 성분을 분리하는 과정이다. 자기 분리에 사용되는 공정은 비자성 물질과 자성 물질을 분리한다. 이 기술은 비자성, 상자성 뿐 아니라 자성의 세기에 따라 전부는 아니지만 강자성 (자기장의 영향을 많이 받는 물질) 및 상자성 (적은 영향을 받지만 효과가 있는 물질 )과 같은 광물의 분리에도 유용하다. 자성 물질을 분리하기 위해 다양한 기계적 수단이 사용된다. 자기 분리 중에 자석은 액체를 담는 두 개의 분리 베젤 내부에 위치한다. 자석으로 인해 자성 입자는 베젤의 움직임에 의해 표류됩니다. 이것은 원심분리기와 같이 자성 농축물을 생성 할 수 있다.Neodymium magnet : 네오디뮴 자석은 네오디뮴 원소만을 이용하는 것이 아니라 네오디뮴, 부분이나 입자내의 공극(기공이라고 함)이 남을 뿐이다. 외기와 통하는 기공을 통기공(open pore), 통하지 않는 기공을 고립기공(closed pore)라고 부르는데, 이 말기단계에서는 기공의 소멸에 의해 더욱 치밀화가 일어난다. 소결의 메카니즘은 물질수송 양식의 차이에 의해 증발-응축 메카니즘, 확산 메카니즘, 용해-석출 메카니즘, 유동 메카니즘으로 크게 나뉘어진다. 이들 중의 어느 메카니즘이 지배적으로 되는가는 주로 초기 소결의 단계에서 경부성장의 속도식 또는 수축속도식을 이용한 해석에 의해 판정된다. 실제의 소결현상은 많은 경우, 몇 개의 메카니즘이 섞여서 일어난다. 이러한 방식으로 결합하는 방법을 소결이라 한다. 가루를 굳혀 모양을 만들기 위해 녹는점 이하에서 열처리하는 것이다. 지구상에 현존하는 가장 강력한 영구자석이다. 이 자석에서 네오디뮴이 하는 역할은 그 특이한 원자 모양으로 철 원자를 붙잡아서 자성 모멘트가 흐트러지지 않게 하는 것이다. 작은 사이즈라고 해도 자력이 엄청나서 헤드폰 등에 주로 쓰인다. 소형 유닛으로도 강력한 고출력을 낼 수 있게 해 주는 것이 네오디뮴 자석이다. 또한 큰 출력을 내야하는 서브우퍼 유닛에도 잘 쓰인다. 자석 장기의 경우 일반 자석을 떼어내고 네오디뮴 자석으로 대신 넣어 마개조하는데 흔들리는 차량 안에서도 장기를 둘 수 있는 대신 기물을 옮기려면 일정 수준 이상의 완력이 필요하다는 단점이 있다. 네오큐브처럼 장난감으로 만들어지기도 한다. 구형의 자석들을 배치해 원하는 모양을 만드는 것이다. 일부 Geek 상점에서는 냉장고용 자석으로 팔기도 하며 HDD에도 들어간다. 특히 하드디스크에 들어가는 네오디뮴 자석은 판형으로 되어 있기 때문에 살점이 찝히면 뜯어져 나갈 수도 있으니 주의해야 한다. 네오디뮴 자석을 냉장고 등에 던지다보면 자신의 자력을 못 이기고 깨지기도 하며 자력이 강하기 때문에 크기에 관계없이 취급에 주의가 필요하다. 이걸 먹거나 가지고 놀면 안 되므로 어린이에게 주어선 안 된다. 자석이긴 하지만 흔히의 경우 뼈가 부러지는 사고가 생길 수 있다. 또한 간격을 두고 2개를 먹으면 내장에 구멍이 나는 사고가 발생할 수 있다. 자력이 워낙 강하다보니 보관할 때에는 2개의 자석 사이에 플라스틱 조각을 끼워 보관한다. 대형 네오디뮴 자석의 경우 사이에 뭔가가 끼워져 있지 않으면 쉽게 떼어낼 수 없다. 작은 것 역시 마찬가지지만 심하진 않다. 이렇게 위험한 물건이기 때문에 미국의 경우 일정 크기 이상의 네오디뮴 자석을 다루려면 별도의 자격증이 있어야 한다. 현재는 산업계 전반에 널리 쓰이고 있으며 사마륨 코발트 자석보다 더 많이 생산되고 희토류 자원이 많은 중국이 주로 생산하고 있다. 그래서 미국에서는 중국에 희토류 의존을 줄이기 위해 희토류 자원을 쓰지 않는 자석을 국가적 과제로 연구 개발 중이다. 이 연구 개발의 성과로 질화철(Fe16N2) 기반의 강력 자석이 개발되었다. 희토류 대신 매우 값싼 질소를 사용하여 경제성이 뛰어나지만 아직 상용화까지는 거리가 있는 모양이다. 자석의 세기는 자석에 포함된 철 원자 하나하나가 S극과 N극의 방향이 어느 정도 정렬되어 있느냐에 따라 결정된다. 방향이 가지런할수록 강한 자석이 된다. 철(Fe)만으로 이루어진 자석은 방향이 제멋대로 흩어지기 쉽다. 우선 최초에 어느 영역의 원자가 한 덩어리가 되어 방향을 바꾸고, 그와 같은 영역이 증가함으로써 전체적으로 원자의 방향이 흩어지는 것이다. 네오디뮴 자석은 주로 철 원자와 네오디뮴 원자로 되어 있다. 네오디뮴 자석이 강력한 이유는 철 원자의 방향이 잘 흩어지지 않기 때문 이다.여기에는 네오디뮴 원자의 형태가 관련된다. 네오디뮴 원자는 철 원자에 비해 근소하나마 평탄한 모양을 하고 있다. 그래서 철 원자의 방향 변환이 막혀서, 결과적으로 방향 변환이 어려워진다. 그러나 네오디뮴 자석도 높은 온도에서 격렬하게 흔들리면 방향이 바뀐다. 또 열에 약하다는 단점이 있다. 그러나 다른 희토류 원소인 '디스프로슘'(Dy)을 넣으면 열에 약하지 않게 된다. 디스프로슘 원자는 네오디뮴 원자보다 더욱리된다.
Nanozymesiron oxide nanoparticle의 나노효소 활성 반응을 이해하고 확인한다.Peroxidase : 과산화 효소라 하며 이와 같은 반응을 촉매 하는 효소군(family)이다. 이 반응의 반응물은 대부분의 과산화효소에서 과산화수소(H2O2, hydrogen peroxide)이지만 과산화 지질(lipid peroxide)같은 하이드로과산화물(hydroperoxide)을 반응물로 삼는 효소도 있다. R과 R'이 H일 경우 H2O2 + 2 H+ + 2 e- → 2 H2O라 하며 과산화수소를 물과 산소로 분해하는 효소는 카탈레이스(catalase)라고 한다. 과산화 효소가 아닌 산화효소는 oxidase라고 하며 산화환원 반응을 촉매하는 효소로, 특히 전자수용체로 산소(O2)를 포함하는 반응을 촉매하는 효소이다. 수소 원자의 공여와 관련된 반응에서, 산소는 물(H2O) 또는 과산화 수소(H2O2)로 환원된다. 모노아민 산화효소 또는 잔틴 산화효소를 포함하는 반응과 같은 일부 산화 반응은 전형적으로 자유 산소 분자를 포함하지 않는다. 미생물학에서 산화효소 시험은 세균 균주의 동정을 위한 표현형의 특성으로 사용된다. 해당 세균이 사이토크롬 산화효소를 생성하는지(따라서 전자전달계에서 산소를 사용하는지)를 결정한다. 산화효소 시험은 세균이 호기성 세균인지 혐기성 세균인지를 결정하는 데 사용된다. 산화효소는 산화훤원 효소중 산화만을 담당하는 효소인데 산화환원효소oxidoreductase는 생화학에서 전자공여체로도 알려진 환원제에서 전자수용체로도 알려진 산화제로 전자의 전달을 촉매하는 효소이다. 산화환원효소는 보통 보조 인자로 NAD+ 또는 NADP+를 사용한다. 막관통 산화환원효소는 세균, 엽록체, 미토콘드리아에서 전자전달계를 형성하며, 복합체 I, II, III 를 포함한다. 산화환원효소의 일부는 외재성 막단백질로서 생체막과 연관되거나 단일 막관통 나선을 통해 막에 고정될 수 있다. 예를 들어, 다음과 같은 반응을 촉매하면 산화환원효소이다. A? + B 다. 햇빛, 공기, 수분, 열등에 상당히 안정적이며 한 번 가열한 것은 잘 녹지 않는다. 공업적으로는 벵갈라라는 적색 안료로서 이용되며, 또, 유리, 귀금속, 다이아몬드의 연마재로서 사용된다. 사산화철은 화학식 Fe3O4 로 흑색의 무거운 분말로, 천연으로는 자철석으로서 산출된다. 일산화, 이산화철은 화학식 FeO 로 산화철(Ⅲ)을 수소로 환원시키거나, 공기를 차단하고 옥살산철을 가열하면 생기지만, 순수한 것은 얻기 어렵다. 저온에서 만든 것은 반응성이 풍부하며 강한 자성을 보인다. 칠선을 공기 중에서 연소시키거나, 뜨거운 철에 수증기를 접촉시키면 생긴다. 순도가 높은 것은 반도체로 사용되며, 마그넷, 자기 테이프의 원료로도 쓰인다. 철 또는 쇠는 화학 원소로 기호는 Fe(←라틴어: Ferrum)이고 원자 번호는 26이다. 철은 핵융합으로 생성되는 최종 원소로, 초신성 등의 격변적인 사건을 필요로 하지 않는 가장 무거운 원소이다. 따라서 우주에 가장 많이 퍼져 있는 중금속이다. 또한 철은 인류가 가장 많이 사용하는 금속 중의 하나이며 차량, 선박, 항공기, 주택, 각종 생활용품 등 많은 분야에서 사용되고 있기 때문에 인류에게 있어서 철은 없어서는 안되는 중요한 금속이다. 자연계에 존재하는 안정적인 철 동위 원소로는 54Fe, 56Fe, 57Fe, 58Fe가 존재한다. 54Fe는 자연계에서 5.8%를 차지한다. 56Fe는 자연계에 존재하는 철 동위 원소 중 가장 많이 차지하는 동위 원소이다. 항성의 핵융합 과정, 즉 규소 연소 과정에서 28Si에서 여러 차례 헬륨 융합 과정을 통해 최종적으로 56Fe을 형성한다. 다만 일부의 56Fe은 60Zn을 형성하지만 이 과정은 에너지를 흡수하는 과정이므로 핵융합 과정에서는 매우 소량 형성된다. 따라서 56Fe은 28Si에서 시작된 헬륨 융합 과정의 최종 원소로써 철 동위원소 중 가장 많이 존재하는 동위체이다. 57Fe는 29Si에서 여러 차례 헬륨 융합 과정을 통해 최종적으로 형성된다. 58Fe는 철 동위 원소 중 가장 차지한 동위체이다. 철은 지각에서 알루미늄 다음으로 흔한 금속이며 지구를 구성하는 원소 중 가장 비중이 높다. 우주에서도 열 번째로 흔한 원소라고 알려져 있다. 철은 지구를 이루는 가장 주요한 원소로 지구 중량의 32.07%를 차지한다. 철은 지구 중심핵에 가장 많이 분포하며, 지각에는 5.63% 쯤을 차지한다. 지구의 중심핵은 철의 단일 결정일 수도 있으나, 철과 니켈의 혼합물일 가능성이 더 많다. 지구의 풍부한 철은 지구 자기장을 형성하는 데 중요한 역할을 하고 있다. 철은 강도, 경도가 높고 전기전도도 또한 훌륭하며 가공하기 쉽기에 많이 사용된다. 또, 제련시 탄소를 얼마나 첨가하냐에 따라 그 성질을 정할 수 있다. 철은 철광석의 형태로 산출되며, 순수한 금속 상태로는 거의 발견되지 않는다. 순철을 얻기 위해서는 환원 반응을 통해 불순물을 제거해야 한다. 철은 다른 금속과 비금속, 특히 탄소와의 합금인 강철을 만드는 데 사용된다. 철 원자핵 내에서 핵자 간의 결합 에너지는 니켈 동위 원소인 62Ni 다음으로 가장 높다. 일반적으로 가장 안정적인 핵종은 56Fe로 항성의 핵융합 과정을 통해 만들어진다. 62Ni의 합성 과정에서 약간의 에너지를 더 얻을 수 있으나, 항성 내부의 상태는 이 과정이 진행되기에 좋은 조건이 아니다. 초거성이 생명을 다 해 응축하기 시작하면 별의 내부 압력과 온도가 올라가면서 원자의 안정성은 떨어지지만 훨씬 무거운 원소를 만들게 된다. 이 과정은 초신성까지 진행된다. 일부 우주 모델에서는 핵융합과 핵분열의 결과로 모든 물질이 철로 바뀌게 된다고 예언하고 있다. 앙금 생성 반응에서 산출되는 검정색의 황화 철은 철 이온 (Fe2+)을 검출할 때 유용하다. 사람의 몸에는 모두 합하여 3~4g의 작은 못 1개 정도가 되는 소량의 철이 들어 있는데, 철은 혈액 내의 산소 운반을 담당하는 헤모글로빈을 만드는 데 필수적인 무기질이다. 또한 철분은 근육의 근색소 합성에도 사용되어 근육이 충분한 활동을 할 수 있도록 에너지를 생성해준다. 청소년기에다. 철분 과다섭취시 초기에는 간세포가 손상되었다가 이후에, 심장, 췌장 등에도 영향을 끼칠 수 있으며, 과도한 철분은 면역기능을 억제시킬 수 있다. 육고기를 많이 먹으면 대장암이 증가하는 이유는 고기에 철분이 많이 공급되기 때문이다. 성분량으로 따지면 적정 농도의 5배만 초과해도 치명적인 부작용이 발생한다.nanozyme : Artificial enzyme으로 인공 효소이다. 반응을 촉진 시킨다는 면에서 촉매와 비슷하지만 신체 내에 넣을 수 있고 작동하기에 효소라고 불린다. 인체내의 catalyze와 같은 효소를 모방하는 효소를 nanozyme이라 한다. 분자의 작은 부분에서 활성화된다. 효소의 작용기에 가까운 기질의 결합은 가까워지는 효과에 의한 촉매 작용 을 유발한다. 기질 결합과 촉매 작용기를 결합하여 저분자 에서 유사한 촉매를 생성 할 수 있다 . 고전적으로 인공 효소는 시클로덱스트린 , 크라운 에테르 및 칼리 사렌 과 같은 수용체를 사용하여 기질을 결합한다. 특징적인 분자 모이어티로서 아미노산 또는 펩타이드를 기반으로한 인공 효소는 인공 효소 또는 효소 모방 분야를 확장했다. 예를 들어, 스캐폴딩 된 히스티딘 잔기는 헤 모시 아닌 , 티로시나제 및 카테콜 산화 효소 와 같은 특정 금속 단백질 및 효소를 모방 한다. 인공 효소는 Rosetta를 사용하는 계산 전략을 통해 처음부터 설계되었다. 2014년 12월 자연계 어디에서도 발생하지 않는 인공 분자로 만든 활성 효소가 생산되었다고 발표했다. 이를 토대로 2017 년에 "인공 효소 : 다음 물결"이라는 책이 출판되었다. 촉매는 화학반응의 속도를 높여주기 위해서 활성화 에너지를 낮춰주는 물질이다. 활성화 에너지란 어떤 반응이 일어나기 위해 필요한 최소한의 에너지를 말한다. 촉매란 활성화에너지를 낮추지만 그것이 촉진시키는 반응에 의해서는 변하지 않는다. 이러한 "촉매"에는 생체촉매(효소)와 무기촉매가 있다. 생체촉매라는 것은 생물체 안에서 촉매작용을 하는 물질로 생물계에서는 효소를 사용한다. 우리 몸 안수준에 이르면 초기 반응 속도는 일정해진다. (효소-기질 복합체가 포화상태에서는 일정한 반응 속도를 유지한다. 온도, 온도가 높아질수록 초기 반응 속도가 증가하지만 최적 온도 이상에서는 효소가 변성되어 초기 반응 속도는 급격히 느려집니다. pH, 최적 pH를 벗어나게 되면 효소 활성이 떨어지며 효소의 종류에 따라 최적 pH는 달라진다. 효소의 명명법은 효소의 명명은 어간과 어미 부분으로 있다. 어간 부분에는 기질의 이름을 어미에는 아제(-ase)를 붙인다. 예를 들면 아밀라아제(amylase)는 녹말(아밀로오스, amylose)라는 기질을 분해하는 효소라 해서 아밀라아제라 한다. 다음과 같이 정리해 봅니다. ① 효소 반응의 형식에 따라 어미에 -ase를 붙여 명명한다; DHase, transferase ② 효소 반응에 사용되는 기질의 종류에 따라 어미에 -ase를 붙여 명명한다; peptidase, esterase, amylase ③ 예로부터 관용적으로 부르는 것도 있다: pepsin, trypsin, papain ④ IUB system ⅰ)oxidoreductase(산화환원반응); electron을 주고받는 관계 alcohol(or lactate) dehydrogenase, amino acid oxidase alcohol + NAD+ ↔ aldehyde + NADH + H+ (R-CH2-OH) (R-CH=O)ⅱ)transferase; 어떤 기나 원자를 transfer하는 것 acyl transferase, transaldolase, transketolase AB + C ↔ AC + B ⅲ) hydrolase; ester, peptide, ether, C-C 결합등을 가수분해 시키는 것 ⅳ) lyase; 가수분해가 아닌 다른 mechanism에 의해 기질을 분해하여 이중결합을 만든다. X Y-C-C- → -C=C- + X-Y ⅴ) isomerase; 모든 이성체의 상호전환에 관계하는 효소 L ↔ D cis ↔ trans ⅵ) ligase; high E bond다.
FT-IR을 이용한 고분자 합성 확인
