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DSC를 이용한 PET의 특성 측정

DSC를 이용한 PET의 특성 측정AbstractWhen the temperature is changed, substances make physical or chemical changes with heat radiation or absorbtion. We can obtain the data of substance's physical or chemical changes by examining these heat radiation or absorbtion. DSC(Differential Scanning Calorimetry) is the one of the heat analysis devices. Heat analysis devices are DSC(differential scanning calorimeter), TGA (thermogravimetric analysis), TMA(thermomechanical analysis), DTA(Differential thermal analysis).DSC measures the energy absorbtion or radiation of sample when the temperature is rising, down, or fixed. With the data obtain by DSC, we can get the glass transition temperature, cold crystallization temperature, melting temperature, crystallization temperature, heat of fusion, heat of reaction and so on.DSC is suited to research properties of polymer, so using in the field of polymer study very frequently.The representative DSCs are three types, they are a heat flux type DSC, a power compen(), 결정화 온도(), 용융열 (ΔHf), 반응열(ΔHr) 등이 있다.DSC는 고분자의 특성을 조사하는데 적합하기 때문에 고분자분야에서 많이 이용된다.대표적인 DSC에는 세 가지가 있는데 Heat flux type DSC, Power Compensation type DSC, 그리고 두 가지의 혼합형 DSC이다.DSC 동작회로는 2개의 control loop로 이루어져 있다. 하나는 평균-온도조절 루프(ATCL)이고, 다른 하나는 시차-온도조절 루프(DTCL)이다.실험 방법은 다음과 같다. 먼저 DSC를 켠다. 그리고 Controller와 Graphic plotter를 켠다. Ready등을 확인한 후 computer를 켠다. “Set up & run”을 선택하고 조건을 입력한 후 결과를 얻는다. “Change curve type” 을 “Normalize”로 선택한다. 그리고 그래프를 최적화한 후 Tg.를 계산한다.DSC를 끄기 위해서는 먼저 "Ctrl"과 "O"를 동시에 누른다. 그 후 컴퓨터를 끄고, plotter와 controller를 끈다. 마지막으로 DSC를 끈다.차 례1. 서 론 11. 1 실험 목적 12. 이론적 배경 12. 1 DSC란 12. 1. 1 열분석법 32. 1. 2 DSC의 응용분야 42. 2 DSC의 종류 42. 2. 1 Heat flux type DSC 42. 2. 2 Power Compensation type DSC 62. 2. 3 혼합형 DSC 92. 3 DSC의 원리 112. 3. 1 DSC thermogram 112. 3. 2 DSC 동작회로 132. 3. 3 유리전이온도, 녹는점 측정법 133. 실험 방법 143. 1 DSC 켜는 방법 143. 2 DSC 끄는 방법 14Nomenclatures 15References 16Appendix 17그림 차례Figure 2.1 2Figure 2.2 5Figure 2.3 7Figure 2.4 10Figure 2.5 12Figure A.1 17Figure A.2 18표 차례Table 2.서 온도가 계속 바뀌었기 때문에 여러 온도에서 실험한 결과와 같이 많은 자료를 얻을 수 있다. 또한 DSC로 얻은 결과는 실험적인 값이라기보다 근본적인 성질을 나타내는 것으로, 다른 방법으로 얻은 결과와 비교 대상이 된다.2.1.1. 열분석법열분석이란 일정 조건하에서 온도에 따른 시료의 무게 변화, 엔탈피나 열용량의 변화와 같은 물리적, 화학적 특성의 변화를 측정하는 분석 방법이다. 이 변화를 온도 또는 시간의 함수로 기록한다.(Dweck, 2000)열분석법은 측정 parameter에 따라 DSC(differential scanning calorimeter), TGA (thermogravimetric analysis), TMA(thermomechanical analysis), DTA(Differential thermal analysis) 등으로 나뉜다.Table 2.1 열분석법의 종류열분석법측정 dataDSC(Differential Scanning Calorimetry, 시차주사열계)온도차 (Temperature difference)DTA(Differential Thermal Analysis, 시차열 분석기)열유속 (Heat flux)TGA(Thermogravimetric Analysis, 열중량 분석기)질량변화 (Mass change)TMA(Thermomechanical Analysis, 열기계 분석기)크기변형 (Deformation)DMA(Dynamic Mechanical Analysis, 동적기계분석기)점탄성 변화 (Modulus)열분석 장치들은 process such as catalysis and corrosion, thermal and mechanical properties such as thermal expansion or softening, phase equilibria and transformation 등의 연구에서 발군의 능력을 발휘한다. DSC에 의한 고분자 물질의 특성 측정 및 응용은 매우 광범위하지만 대표적으로 유리 전이온도 (glass 을 직접 조사하는 방법이다.2.2.1. Heat flux type DSCHeat flux type DSC는 Calorimetric DTA 혹은 Boersma DTA라고도 한다. 측정된 결과는 전력 보상 DSC와 같은 형태로 나오나 기기의 구조나 측정 방법에 있어서는 큰 차이점들을 보인다. Heat flux type DSC의 구조는 하나의 Furnace Chamber 안에 시료와 기준물질을 좌우에 놓고 동시에 가열하는 구조로 되어있다.[Figure 2.2 참조] 시료와 기준물질이 한 개의 커다란 가열로에 의해 동시에 가열되고 열의 흐름은 곧바로 Furnace로부터 시료와 Reference 부분의 센서로 흐르며Figure .2 Heat flux type DSC의 구조이때 저항열의 차이가 발생하게 된다. 열 흐름에 따라 움직이는 힘은 통과하는 저항열에 따른 온도의 차이이다. 시료에 대한 열 흐름은 이 두 흐름의 차이에 해당한다. Heat flux DSC에서 열흐름을 측정하는 저항열은 온도에 의존한다.이 온도차이가 열량의 차이로 환산되어 데이터가 얻어지게 되므로 DTA와 매우 유사하다. 이 경우에는 시료, 장치의 열전도도, 열용량 등의 영향을 받게 되며 여러 온도에서 보정을 해야 정확한 데이터를 얻을 수 있다.Table 2.2 Heat Flux type DSC의 장단점장 점① 시료의 열분해, 가스 발생 등과 같은 가열로 오염에 강하다.② 가열로가 견고하여 수명이 길다.③ 운전 온도 범위가 넓다.단 점① 온도감지 센서로 열전쌍을 사용하여 전압으로 신호를 얻게 되는데 온도변화에 대한 출력 전압의 변화가 작아서 이에 의한 오차의 폭이 크며 그 선형성도 나쁘다.② 응답 속도가 느리고 정확한 열량 계산이 곤란하다.③ 온도 안전성이 떨어지며, 특히 등온 운전이나 급랭 운전시 온도변화에 대한 추종 성능이 떨어진다.④ 분해능이 낮다.2.2.2. Power Compensation type DSCPower Compensation type DSC는 시료용과 기준물질용으로 가열로가 따로 속도가 빠르고 안정적이다.④ 온도 센서로 Pt 저항체를 사용하므로 측정 범위에서 선형성이 좋으며 보정하기 쉽다.단 점① 가열로의 가열기, 센서와 연결된 전선이 노출되어 있어 오염에 약하다.② 시료, 기준물질 두개의 가열로 중 하나만 고장이 나도 수리가 불가능 하여 고가의 시료 홀더 전체를 교체하여야 한다.③ 작고 민감한 가열로의 사용으로 인해 내구성이 떨어진다.④ 사용온도의 폭이 좁다. (통상 최고온도 735℃)2.2.3. 혼합형 DSC혼합형 DSC의 구조는 열흐름 DSC와 전력보상 DSC를 혼합한 형태의 DSC로 열흐름 DSC와 같이 커다란 가열로 내에 시료와 기준물질이 동시에 설치된 구조이다. 전력보상 DSC와 같이 시료, 기준물질에 각각 독립적인 보조 가열기가 붙어 있다.[그림 2.4 참조]평균 온도는 가열로에 의해 조절되고 흡열, 발열에 의한 온도차가 발생한 경우에만 보조 가열기에 의한 보상이 이루어진다. 이 보상에 사용된 전류량으로부터 열량에 관한 정보를 얻을 수 있다.Figure 2. 혼합형 DSC의 구조2.3. DSC의 원리이 실험에 사용되는 DSC는 power compensation type 이다. 이 DSC에서는 시료와 기준물질을 각각의 가열로에 넣고 일정한 속도로 온도를 올렸을 때 시료가 흡열을 하면 그와 같은 양의 전기에너지를 시료의 가열로에 공급하며 만약 발열을 하면 발열에 해당되는 만큼의 에너지가 냉매에 흡수되어 두 개의 가열로 안의 시료접시의 온도를 항상 같게 한다. 이때 기록계에는 단위시간당 열의 흐름이 온도 또는 시간의 함수로 기록된다. 여기서 열이란 시료에 들어가는 열에서 기준물질에 들어가는 열량을 뺀 것이고 온도는 시료접시와 기준물질 접시온도의 평균값이다.시료와 기준물질의 가열로에 공급된 보상 에너지로부터 얻은 온도, 열량 변화 데이터로 시료의 물리적, 화학적 성질을 알 수 있다. 또한 피크의 위치, 모양, 갯수 등으로부터 시료를 정성적으로 확인할 수 있고, 피크의 면적은 시료가 변성할 때의 엔탈피 변화에 관계되므로 시료 중에00)

공학/기술| 2010.12.19| 23페이지| 1,500원| 조회(1,149)

DSC, 예비 레포트, 유리 전이 온도, 시차주사열량계법

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PMMA 중합과 GPC를 이용한 PMMA 분석

PMMA 중합1. 실험 목적AIBN을 개시제로 하여 Solution polymerization 방법을 이용해 PMMA를 합성한다. 이 PMMA 합성 반응의 전환율과 결과물의 분자량을 GPC를 사용해 측정하고, 그 자료를 분석해 본다.2. 이론적 배경2.1 PMMA그림 PMMA의 구조식그림 methylmethacrylate의 구조식PMMA란 polymethylmethacrylate로, 메타크릴수지라고도 하며 가장 중요한 열가소성 플라스틱의 하나이다. 굴절률(20'/D) 14,938, 광선투과율(3,850~7,670Å) 90~99%, 비열(cal/℃/g) 0.35 가열성형온도 범위 140~180℃, 비중 1.17~1.20, 연화점 80∼100℃의 수지이며 투명성은 모든 플라스틱 중에서 가장 우수하다. PMMA는 methylmethacrylate를 중합시켜 만드는데 methylmethacrylate는 아세톤과 시안화수소로 만든다. 아세톤은 석유화학에 서 페놀을 제조할 때 부산물로써 다량 생산되고 있다. 메타크릴수지의 monomer인 methylmethacrylate의 공업적 제조방법으로는 현재 아세톤시안히드린법이 채용되고 있으며, 연속법으로의 개량도 연구되고 있다. 아세톤시안히드린법 이외의 제조방법으로는 이소부틸렌의 공기에 의한 접촉산화법이 연구되고 있으나, 아직 공업화되지 않았다.표면광택성과 내후성도 좋고, 굴절률도 높아 유기유리로서 다양한 용도로 쓰인다. 보통의 유리와 달리 깨져도 파편으로 흩어지지 않는다. 무색의 수지는 수년간 옥외에 방치하여도, 변색되지 않고, 무기 유리에 비하여 자외선투과율은 현저하게 크며, 비중은 매우 작다. 전기 절연성이 우수하며, 흡수율은 매우 작다. 딱딱하고 광학적으로 투명하기 때문에 항공기·자동차의 방풍유리로 쓰이고, 전기조명기구, 광학렌즈, 건축자재, 내부에 전등을 넣은 간판, 표식판, 온실, 선풍기의 날개, 건축재료, 콘택트렌즈, 의안, 의치 등에 널리 사용되고 있다. 또한 이 수지의 질을 개량하는 것도 자주 행해져 내마모성 시속하면, 전체가 중합하여, 판유리로 된다. 이때의 중합속도는 초기에는 매우 완만하지만 어느 일정한계를 넘으면, 중합속도는 급격히 증가하여, 발열이 동반되는 급격한 반응으로 이행한다. 그러므로 중합의 초기단계에서는 될 수 있는 한 고온에서 중합을 촉진하고 급격한 반응으로 이행할 때에는 가열온도를 내려 안전하게 진행시키는 방법이 취해지고 있다. 이밖에 여러 특성을 부여하여 품질을 개량하기 위해서 중합성 모노머 혹은 가소제를 가하고 때로는 연쇄 이동제를 사용하며, 내열 분해성을 향상시키기 위하여, 여러 첨가물을 가한다. 중합이 처음에는 서서히 진행되나, 중합율이 30~40%에 달하면, 소위 겔효과로서 급격히 중합이 진행하며, 그에 따라 급격한 발열이 일어나 수분 내에 중합이 완결하여, 발열이 정지한다. 일반적으로 가압성형용 및 의과용 재료의 중합도는 비교적 높은 것이 요구되므로 중합 속도를 느리게 하며, 사출성형용으로는 낮은 주합도의 것이 요구되므로 급격히 중합시킨다.PMMA는 압출성형, 압축성형, 사출성형 등에 의해 각종 제품이 얻어진다. 또한 이 수지는 특징있는 성형법으로서 주형이 자주 쓰이고 있다. 이 방법은 2개의 연마된 강화 플라스틱 사이에 메타크릴산메틸의 초기중합체를 주입하고 가열조 중에서 다시 중합을 진행하여 고화 시켜 수지판을 제조하는 방법이며 투명성, 강도가 우수한 것이 얻어진다. 또 관상의 것을 만드는 경우에는 원심주형법이 이용된다.2.2 여러 가지 중합 방법단량체를 중합시키는 방법은 균일계 중합인 괴상중합, 용액중합과 불균일계 중합인 현탁중합, 유화중합 등 4가지로 나뉜다. 이들 중합 방법들은 제각기 일장일단이 있는데 어느 것이 좋은지는 단정 할 수는 없다. 괴상 중합은 중합열의 제거가 곤란하므로 중합반응의 제어가 어렵지만 투명성이 가장 좋은 제품이 얻어질 수 있다. 또한 유화 중합은 중합열의 제거 즉, 반응 온도의 조절이 용이하고 중합속도가 크고 또한 고중합도의 polymer가 얻어지는 반면 사용한 유화제의 완전제거가 곤란하고 그 때문에 투명성 조절하거나 다른 방법을 사용하여서 중합열을 제거할 수 있도록 중합 공정을 설계하여야 한다.괴상중합은 액체상 또는 기체상의 단위체중합에 주로 이용된다. 중합반응의 기초적인 연구를 위해 실험실에서 시행되며, 공업적으로도 유기유리로서의 아크릴수지 제조 등에 이용된다. 연속 공정에 의한 벌크 중합은 열가소성 수지 생산에 많이 응용된다. PMMA, PS, PET, Phenol 수지, Nylon 6 등이 벌크 중합으로 중합되는 대표적인 고분자이다.2) 용액 중합 (solution polymerization)용액 중합은 monomer를 불활성 용매에 용해하여 용매가용의 촉매를 가하여 용액 중에서 중합을 행하는 방법으로, 사용되는 용매가 모노머와 생성된 고분자를 모두 용해시키면 균일계 용액중합(homogeneous solution polymerization) 이라 하고, 모노머만 용해시키는 경우를 불균일계 용액중합(heterogeneous solution polymerization) 이라 한다.용매를 사용하기 때문에 벌크 중합에서 생기는 중합열 처리 문제와 점도 상승 문제를 해결할 수 있다. 즉, 용매가 중합열을 흡수하므로 중합 반응기 내의 온도를 조절할 수 있고, 중합계의 점도를 낮추어 준다. 그리고 단량체가 용매에 녹으므로 단량체 회수가 용이하다. 사용되는 용매만 잘 선택하면 중합도를 조절할 수 있는 장점이 있다. 분자량의 조절이 쉽고, 촉매와 기타 첨가물 제거도 유리하다. 이온중합이나 배위중합에 많이 사용되며 녹는점이 높은 단위체의 중합에 적합하다. 용매의 완전한 제거가 어렵기 때문에 고체상태의 고분자를 얻기는 적합지 않으나, 도료나 접착제 등과 같이 처음부터 용해상태로 얻은 경우에는 매우 편리하다.이온중합도 이와 비슷하지만, 대체로 부반응(副反應)이 많아 반응온도의 제어가 극히 중요하므로 용액중합을 사용하는 경우가 많다. 용제의 선택은 이온중합인 경우 특히 중요하다.자유라디칼 중합에서 개시제로서 적절한 아조화합물들을 아조기가 양쪽으로 결합되어 있는 것으로 실온에는 중합을 사용해 중합하는 고분자에는 PVAc, PE, Nylon 66 등이 있다.3) 유화 중합 (emulsion polymerization)위에서 설명한 용액 중합의 경우 용제의 사용에 따른 화재의 위험성과 유기 용제 처리문제로 인하여 점차 법률적으로 규제의 대상이 되고 있다. 이에 따라 용제를 사용하지 않는 수분산계 유화 중합을 이용한 고분자의 합성이 중요하게 대두되고 있다.유화(emulsification)란 두 종류의 액체를 안정한 에멀션으로 만드는 것이다. 한 액체 속에 그것과 서로 섞이지 않는 액체가 미세하게 분산되어 있는 계(system)를 에멀션(emulsion)이라 하고, 유화란 이 에멀션을 만드는 조작을 뜻한다.유화 중합은 콜로이드 상태의 단량체를 물속에서 중합시키는 것으로 라디칼 중합에만 적용되는 중합 공정이다. 에멀션화 중합이라고도 한다. 유화제가 들어있는 액상에서 진행되며 분산된 라텍스 상태로 생성물이 얻어진다.현탁 중합도 유화 중합과 마찬가지로 물을 매질로 사용하는데, 유화 중합에서는 콜로이드 상태의 분산 입자 크기가 현탁 중합에서보다 훨씬 작고 입자가 안정하다. 또한 개시제가 분산 매질인 물에 녹아있으며, 중합 mechanism도 다르다.유화중합의 주성분은 단위체, 보통 물인 분산제, 그리고 물에 녹는 개시제 등으로 구성된다. 일반적으로 물 100, 단위체 40∼60, 에멀션화제 1∼3, 촉매 0.1∼0.3의 비율로 하며, 에멀션화제로는 지방산비누, 라우릴황산소다 등의 음이온성 계면활성제를, 촉매로서는 과산화수소, 과황산염, 유기과산화물을 사용한다. 이들 원료를 중합기에 넣고 천천히 휘저으면서 40∼60 ℃로 가열하면 에멀션화제의 미셀 내에서 단위체의 중합반응이 진행하여, 중합물의 입경 0.05∼0.1 μm의 우유상 라텍스가 생긴다. 이 라텍스를 그대로 사용하거나 농축하여 포움러버, 도료, 접착제 등으로 사용한다.유화 중합 시 유화제에 의해 생성된 미셀(Micelle), 단량체로 팽윤된 입자(Monomer-Swollen Polymer 중합기를 직렬로 연결한 연속중합 방식도 사용된다. 일반적으로 SBR, NBR, 폴리클로로프렌 등의 합성고무 및 라텍스나 아세트산비닐, 염화비닐, 염화비닐리덴, 아크릴레이트 등 합성수지 라텍스의 생산은 이 방법을 사용하고 있다.반응속도론 면에서 유화 중합은 다른 라디칼 중합 방법과 다르다. 다른 중합에서 중합속도와 고분자 분자량은 반비례하지만 유화중합에서는 분자량이 큰 고분자를 중합속도를 줄이지 않고 합성할 수 있다.하지만 중합한 다음 고분자의 정제가 필요하고, 유화제, 계면 활성제 등을 완전히 제거하기가 힘들며 중합 과정에서 빠르게 휘저어 줘야 하는 등의 단점이 있다.4) 현탁 중합 (suspension polymerization)단량체와 개시제 등을 심하게 교반시켜 비활성 매질 속에서 0.01 - 1 mm 정도의 크기로 분산시켜서 중합하는 것을 현탁 중합이라 한다. 이 때 매질은 중합열의 전달 역할만 하게 되며 고분자는 구슬 상태로 얻어진다. 현탁중합으로 얻어진 알갱이는 원심분리하여 세척한 다음 건조 후 분쇄한다.현탁 중합에서 단량체를 분산시켜야 하므로 계속해서 교반해주어야 한다. 분산 매질로는 보통 물을 사용하며, 분산이 잘 되도록 하기 위해서 분산 조제도 사용하는데, 수용성 고분자와 무기염이 사용된다. 그리고 개시제는 단량체에 녹는 것을 사용한다.현탁중합은 불연속적으로 진행되는데 얻어진 알갱이에 전기적이나 다른 물성에 영향을 줄 수 있는 불순물이 없으며, 화학약품 사용량이 적고 부대시설이나 투자비가 적다는 장점이 있다. 그러나 중합조 단위부피당 생산량이 적고, 분산 조절제 등의 제거가 어려우며 연속 공정이 어렵다는 단점 또한 있다.염화비닐은 다음과 같은 현탁중합 과정을 거쳐 중합된다.단량체는 첨가제와 물을 가해서 유리라이닝을 한 강철의 가압중합 깡통 중에서 12~24시간 43~65℃ (이러한 중합온도에서 중합도가 결정된다)에서 중합시킨다. 냉각 원심분리된 중합체는 수분함량 30%이지만 이것을 회전건조기 등의 건조기에서 건조시키면 수분 0.3%로 만들어진다

공학/기술| 2010.12.19| 12페이지| 1,500원| 조회(592)

PMMA, 실험 레포트, 고분자 중합, 예비 레포트, 메타크릴수지, Gel Per..

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제한 효소 반응 Restriction Enzyme Reaction

2. Restriction Enzyme Reaction1. 목적재조합 단백질 합성을 위한 플라스미드 벡터 시스템이 어떻게 설계되는지 이해하고, 이 과정에서 제한효소의 역할을 이해한다.2. 이론적 배경1) Plasmid플라스미드란 세균의 세포 내에 염색체와는 별개로 존재하면서 독자적으로 증식할 수 있는 DNA의 고리 모양인 유전자를 말한다. 세균의 생존에 플라스미드의 존재가 필수적인 것이 아니며, 또 플라스미드는 다른 종의 세포 내에도 전달된다.유전자공학에서는 플라스미드의 이러한 성질을 이용해 유용한 물질을 생산해낸다. 예를 들어 세균 내 플라스미드를 세포 밖으로 빼내고 제한효소로 끊은 뒤, 사람의 인슐린을 만드는 데 관여하는 DNA 조각을 이에 끼워 맞춰 다시 세균의 세포 내로 돌려보내면 이종의 DNA 조각을 가진 재조합 플라스미드는 정상적으로 증식하고 세균이 분열할 때마다 인슐린을 생성하게 된다.2) The function of plasmid vectors① Independent self-replication in cells염색체 밖의 플라스미드는 복제된 박테리아 염색체와 같은 조직에 의해 복제된다. 어떤 플라스미드는 염색체와 같은 비율로 복제되므로 단일 세포는 플라스미드의 단일 복제가 이루어지기 쉽다. 그 외의 플라스미드는 높은 비율에서 복제되어지고, 단일 세포는 50 또는 그보다 더 많은 수를 가진다. 높은 복제 수를 가진 플라스미드에 있는 유전자는 보통 높은 레벨에서 합성된다.② Selection by using antibiotics플라스미드는 흔히 항생물질들로부터 박테리아를 보호하기 위해 단백질을 기호화한다. 이 성질로 유전자 클로닝 시에 플라스미드가 들어간 숙주세포와 그렇지 않은 세포를 가려낼 수 있다. 이것이 플라스미드가 가지는 항생제 저항성 유전자이다. 이 유전자는 항생제를 분해할 수 있는 물질을 생산해내며, 플라스미드를 숙주 세포에 넣은 후에 항생제가 들어간 배지에서 배양을 하면, 숙주 세포 중에서 플라스미드가 들어간 것은 플라스미드의 항생제 저항 유전자 덕분에 살아남을 수 있지만, 플라스미드가 들어가지 않은 숙주 세포는 항생제 저항 물질을 생산하지 못하기 때문에 죽게 되므로 플라스미드가 들어간 숙주세포만을 얻게 된다.③ Multiple cloning site (MCS)벡터에서 많은 제한 효소가 빽빽하게 모여 있는 영역을 Multiple cloning site(MCS)라 하며, 이것은 복제 과정을 쉽게 만든다.④ DNA sequencing and protein expression벡터 안에 원하는 DNA 조각을 삽입하는 것에 의해 DNA sequencing이 가능하다. 그리고 많은 유전자들은 재조합 단백질 합성을 위해 다양한 벡터와 연결될 수 있다.3) Restriction enzyme간단히 말해서 Restriction enzyme(제한효소)은 DNA를 자르는 enzyme을 말한다. DNA를 자른다는 것은 nucleotide들이 연결되어 있는 phosphodiester 결합을 끊어내는 것을 의미하는데, 이런 역할을 하는 효소를 nuclease라고 하며 바깥쪽을 자르는가 안쪽을 자르는가에 따라서 각각 exonuclease, endonuclease라고 부른다. Endonuclease의 대표적인 것이 바로 제한효소(restriction enzyme, restriction endonuclease)이며, DNA에 존재하는 특정한 염기서열을 인식하고 인식한 서열부위 또는 그 근처에 존재하는 특정부위를 절단한다. 제한효소는 원래 세균이 자신의 세포 내로 침입해 들어오는 바이러스와 같은 외부 DNA를 제거하기 위한 방어기작으로 가지고 있는 것이다. 여기서 제한이란, 이질의 숙주 중에서 증식한 DNA의 침입을 받았을 때 그 DNA와 자기의 DNA를 식별하고 분해해 버리는 현상을 말하며, 그런 작용을 하는 효소를 제한효소라고 한다.제한효소는 3가지로 나눌 수 있으며, 실험실에서 사용되는 것은 대부분 type II이다.① Type I restriction enzymeDNA의 특정부위를 인식하긴 하지만 인식된 부위가 아닌 다른 부위를 절단한다. 즉, 인식부위는 특이성을 가지지만 그로부터 약 1,000 base pair가 떨어진 부위를 절단하기 때문에 원하는 부위를 선택하여 자르기가 어렵다. 따라서 이 효소들은 박테리아의 기능에는 중요하지만 실험목적으로는 잘 사용되지 않는다.② Type II restriction enzyme인식부위와 절단부위가 모두 특이성이 있는 제한효소이므로 분자생물학 연구에 아주 유용하게 이용되고 있다. 실험에 쓰이는 제한효소는 특별한 말이 없는 한 type II를 말한다. 대부분의 type II 제한효소는 4개, 5개, 또는 6개의 염기서열을 인식하는데, 이에 따라 DNA 상에 인식부위가 나타나는 빈도가 달라진다. 즉 6개의 염기서열을 인식한다면 이론상 46 = 4096 base pair 마다 한 번씩 출현하게 된다. 제한효소의 명명은 발견된 세균의 이름 및 serotype에 따라서 붙이게 된다. 즉 Hinf II는 Haemophilus influenza type f에서 분리된 것이다.제한효소가 인식할 수 있는 부위는 palindrome, 즉 앞으로 읽으나 뒤로 읽으나 염기서열이 같은 모양을 하고 있는 것이 특징이다. 잘린 후의 DNA 모양은 5'-overhang cohesive end, 3'-overhang cohesive end(sticky end) 또는 blunt end가 만들어질 수 있으므로 목적에 따라서 잘 선택해서 사용해야 한다.예1) EcoR I 효소의 절단 부위: 5'-overhang cohesive end 형성5'--GAATTC--3' → 5'--G AATTC--3'3'--CTTAAG--5' 3'--CTTAA G--5'예2) Sac I 효소의 절단 부위: 3'-overhang cohesive end 형성5'--GAGCTC--3' → 5'--GAGCT C--3'3'--CTCGAG--5' 3'--C TCGAG--5'예3) Sma I 효소의 절단 부위: blunt end 형성5'--CCCGGG--3' → 5'--CCC GGG--3'3'--GGGCCC--5' 3'--GGG CCC--5'③ Type III restriction enzyme인식한 DNA 부위에서 어느 정도 떨어진 부위를 절단한다. 분자생물학 실험에는 잘 사용되지 않고 있다.3. 실험 준비물1) Vector500bp 유전자 부분에 NdeI/XhoI 효소 인식부위와 300bp 유전자 부분에 XhoI/HindIII 효소 인식부위를 가진 pT7 벡터

공학/기술| 2010.12.19| 4페이지| 1,000원| 조회(272)

화공, 실험 레포트, 제한 효소, 예비 레포트, 기초 실험

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그람 염색 그람 스테이닝 Gram Staining

1. Gram Staining1. 목적Gram staining의 원리를 이용한 미생물 분류방법을 이해하고 실제 실험을 통해 미생물을 분류해본다.2. 이론적 배경1) Gram staining미생물을 분류하는 방법에는 여러 가지가 있는데, 그 중 gram staining은 세균학에서 가장 많이 사용되고 있는 염색법이다. 1884년 덴마크의 의사 H.C.J.그람(1853∼1938)이 고안한 특수 염색법으로, 그람양성균과 그람음성균을 구별하는 염색이기 때문에 Differential stain 이라고도 한다.표본을 아닐린수(水)· 겐티아나액(液)으로 물들여서 요오드·요오드화 칼륨액으로 처리한 후, 순(純)에탄올로 씻으면 조직은 탈색되지만 균은 탈색되지 않고 보라색으로 보인다. 그러나 그 후 여러 가지 균종이 발견되자 그 속에는 조직과 마찬가지로 에탄올 세정에 의하여 탈색되는 균도 있다는 것이 밝혀졌다. 이 때 탈색되는 균을 그람음성균, 탈색되지 않는 균을 그람양성균이라 부르기로 하면서 이 염색법은 당초의 목표와는 달리 세균의 분류에 이용되기도 하였다. 그 후 양성·음성균은 화학요법제에 대한 감수성뿐만 아니라, 균의 증식에 필요한 영양소의 종류, 물리·화학적 자극에 대한 반응, 생산하는 독소, 병변 등 각 방면에서 차이가 있다는 것을 알게 되면서 그람염색법의 의의는 증대하였다.현재는 염색법도 많이 개량되었는데, 그 표준적인 방법은 다음과 같다. 세균을 슬라이드글라스에 놓고 건조 고정시킨 후 석탄산 겐티아나 자액으로 1∼2분 동안 염색한 후, 경사지게 하여 루고액(液)을 약 1분 동안 작용시킨 다음 무수알코올로 탈색하여 물로 씻은 후 여과지로 물을 흡수시킨다. 다음으로 사프라닌 등의 적색 계통 색소로 1∼3분 동안 염색을 하고 물로 씻어 말린 후에 현미경으로 관찰한다.이때 그람양성균은 보라색으로, 그람음성균은 붉은색으로 염색된 것을 볼 수 있다. 그람양성균의 종류에는 폐렴균 · 포도상구균 · 연쇄상구균 · 탄저균(炭疽菌) · 나병균· 디프테리아균 · 파상풍균 등이 있으며, 그람음성균의 종류에는 콜레라균 · 페스트균 · 티푸스균 · 이질균 · 대장균 · 임균 · 스피로헤타 등의 균종이 있다. 양성과 음성은 전기적 성질과는 무관하며 단순히 형태학적 차이를 나타내는 용어이다.2) 그람양성균과 그람음성균그람양성균과 그람음성균이 서로 다르게 염색되는 이유는 근본적으로 세포벽 구조가 다르기 때문이다. 세균의 세포벽은 크기와 형태를 유지하게 하며 또한 삼투압에 의한 세포 파열을 방지하는 역할을 한다. 세포벽에는 펩티도글리칸(peptidoglycan) 이라고 하는 물질이 있기 때문에 아주 단단하다. 그람양성균의 세포벽은 여러 층의 펩티도글리칸 층이 두껍게 감싸고 있는데 세포벽의 약 80-90%가 펩티도글리칸이다. 반면, 그람음성균의 세포벽은 펩티도글리칸 층이 한 겹으로 매우 얇으며, 이층 외부에는 인지질, 리포폴리사카라이드, 리포프로테인 등으로 구성된 외막(outer membrane)이 감싸고 있는 형태로 세포벽이 이루어져있다. 세포벽의 10-20%만이 펩티도글리칸이다. 그람양성균의 여러 펩티도글리칸 층이 탈색제로 사용되는 알코올에 의해 탈수돼 분자간의 공간을 좁히기 때문에 염색제가 세포 밖으로 빠져 나오지 못하는 것이다. 따라서 보라색이 그대로 남는다. 그러나 그람음성균의 경우 대부분 인지질로 구성된 외막과 세포막(cytoplasmic membrane)이 알코올에 쉽게 용해되며, 한 겹의 얇은 펩티도글리칸 층은 염색제를 막기 힘들기 때문에 쉽게 탈색된다. 따라서 대조염색제인 safranin O로 염색되어 붉은색이 되는 것이다. 이처럼 그람 양성과 음성의 차이는 세포벽 구조에 따른 차이로 인해 구별된다.그림 . 보라색으로 염색된 그람양성균그림 . 붉은색으로 염색된 그람음성균3) Steps of gram staining그람 염색은 기본적으로 4단계로 구성된다.① 크리스탈 바이올렛 염색 단계염기성 색소인 크리스탈 바이올렛(crystal violet)으로 염색하면 그람 양성 및 음성균 모 두 보라색으로 염색된다.② 착색 단계 (매염)1단계에서 염색된 세균에 요오드 용액을 처리하면 크리스탈 바이올렛과 요오드가 반응 하여 세포내에 불용성의 복합체(크리스탈 바이올렛-요오드 복합체, CV-I)을 형성한다. 따 라서 그람 양성 및 음성 세균 모두 보라색으로 여전히 보인다.③ 탈색 단계착색된 세균에 탈색제인 알코올 시약을 처리하면 착색된 CV-I 복합물이 용해된다. 이 때 그람양성균과 음성균은 서로 다른 반응을 보인다. 그람양성균인 경우에는 복합물이 세포내에 그대로 남아있지만, 그람음성균은 탈색된다. 따라서 탈색 단계가 지나면 그람 양성균은 보라색이지만 그람음성균은 백색으로 보인다.④ 대조 염색 단계붉은색의 염기성 색소인 사프라닌(safranin)으로 대비 염색을 하면 백색으로 탈색되었던 그람음성균은 사프라닌의 색인 붉은색으로 염색된다. 그러나 보라색으로 염색된 그람 양 성균은 영향을 받지 않고 그대로 보라색으로 보인다.3. 실험 준비물

공학/기술| 2010.12.19| 4페이지| 1,000원| 조회(384)

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옥살레이트-철 착화합물의 합성과 광화학 반응

실험7.옥살레이트-철 착화합물의 합성과 광화학 반응1. 실험목적철 착화합물을 합성하고 이의 광화학 반응을 이용해서 청사진을 만든다.2. 실험원리전자 구름에 의하여 화학 결합을 형성하고 있는 분자들은 가시광선이나 자외선의 에너지를 흡수하면 전자 구름의 모양이 바뀌면서 불안정하게 되어 화학 결합이 끊어지면서 분해되거나 다른 화합물과 쉽게 반응하게 된다. 빛을 받아서 일어나는 화학 반응을 광화학 반응이라고 하고, 녹색 식물의 엽록소에서 일어나는 광합성 반응도 광화학 반응의 하나이다.전이금속 이온의 주위에 여분의 전자쌍을 가진 리간드가 배위하여 만들어지는 착화합물들도 다양한 광화학 반응을 일으킨다. 이 실험에서는 복사기가 대량으로 보급되기 전에 많이 사용하던 청사진에 이용되었던 철의 옥살레이트 착화합물을 합성하고, 착화합물의 광화학 반응을 살펴본다.[Fe(C2O4)3]3-는 253 - 577 nm의 넓은 파장 범위에서 빛에 아주 민감한 반응을 보인다. 이 착이온은 K3[Fe(C2O4)3]?3H2O 를 물에 녹이면 해리되어 만들어진다. K3[Fe(C2O4)3]?3H2O는 다음과 같은 두 가지 방법으로 쉽게 합성할 수 있다.(방법 1)FeCl3?6H2O + 3K2C2O4?H2O → K3[Fe(C2O4)3]?3H2O + 3KCl + 2H2O(방법 2)Fe(NH4)2(SO4)?6H2O + H2C2O4 → FeC2O4?2H2O + (NH4)2SO2 + H2SO4 + H2O2FeC2O4?2H2O + H2C2O4 + H2O2 + 3K2C2O4?H2O→ 2K3[Fe(C2O4)3]?3H2O + 3H2O방법 1에서는 Fe(III) 화합물을 출발 물질로 사용해서 한 단계로 합성하지만, 방법 2에서는 Fe(II) 화합물을 이용해서 FeC2O4?2H2O를 먼저 만들고 다음에 과산화수소로 산화시키면서 두 개의 옥살레이트를 도입시키는 두 단계 과정의 합성이다.[Fe(C2O4)3]3-는 빛을 흡수하면 분자내 전자 전달과정을 거쳐 다음과 같이 변환된다.[Fe(III)(C2O4)3]3- → [Fe(II)(C2O4)3]2- + (C2O4)-[Fe(III)(C2O4)3]3- + (C2O4)- → [Fe(III)(C2O4)3]2- + (C2O4)2-[Fe(III)(C2O4)3]2- → [Fe(II)(C2O4)3]2- + 2CO2전체 반응은 다음과 같다.2[Fe(III)(C2O4)3]3- → 2[Fe(II)(C2O4)3]2- + 2CO2 + (C2O4)2-이렇게 만들어진 [Fe(II)(C2O4)3]2- 는 Fe(II)와 (C2O4)2-로 쉽게 해리되고, 가시광선 영역의 빛은 흡수하지 않는다. 파장에 따른 [Fe(III)(C2O4)3]3-의 흡광도와 이 광화학 반응의 양자 수율은 잘 알려져 있기 때문에 빛을 쪼여서 생성된 Fe(II)의 양을 정확히 측정하면 쪼여지는 빛의 양을 구할 수 있다. 이 방법은 빛의 양을 측정하는 광량계(actinometer)로 실험실에서 많이 이용된다.광화학 반응에 의해 생성된 Fe(II)의 양은 1,10-페난트로린(1,10-phenanthroline) 착물의 붉은색을 이용한 분광광도법이나 또는 [Fe(CN)6]3-와 반응하여 진한 청색의 턴불블루 (Turnbull s blue)를 형성하는 것으로 쉽게 알 수 있다. 이 반응이 바로 청사진을 만드는 반응이다.K3[Fe(CN)6] + Fe(II) → KFe(II)Fe(III)(CN)6 (턴불블루)3. 실험 방법실험 A. K3[Fe(C2O4)3]?3H2O의 합성1) 100 mL 삼각 플라스크에 2.76 g의 K2C2O4?H2O 의 무게를 재어서 7 mL의 증류수에 녹이고 가열한다. (단 용액이 끓을 정도로 가열해서는 안 된다.)2) 비이커에 1.49 g의 FeCl3?6H2O 의 무게를 재어서 넣고 3 mL의 찬 증류수를 넣어 녹인다.3) 1)의 플라스크에 2)의 용액을 가하고 잘 섞어준다.4) 강한 햇빛을 차단하고 얼음물(또는 찬물)에서 결정이 생길 때까지 기다린다.5) 결정화된 생성물을 감압장치를 이용하여 거르고, 침전을 약 10 mL의 아세톤으로 씻어서 말린 후, 무게를 재어 수득률을 계산한다.실험 B. K3[Fe(C2O4)3]?3H2O의 광반응1)실험 A에서 만든 0.1 g의 K3[Fe(C2O4)3]?3H2O을 20 mL의 증류수에 녹인다.2) 1) 용액 10 mL를 덜어내어 H2SO4(H2SO4:H2O=1:150)용액 150 mL와 잘 섞는다.3) 3 개의 시험관에 '가', '나', '다' 등으로 표식을 붙이고, 2)의 용액 10 mL 씩을 넣는다.4) '가' 시험관은 알루미늄박(또는 종이)로 빛을 차단하고, '나' 시험관은 1 분간, 다 시험관은 5분간 빛을 쪼인 후에 알루미늄박(또는 종이)로 빛을 차단한다.5) 각 시험관에 1 mL 씩의 0.1 M K3[Fe(CN)6] 용액을 가한 후 UV/Visible spectrometer를 이용해서 흡광도를 측정한다.실험 C. 청사진 만들기1) 실험 B의 1)에서 만든 K3[Fe(C2O4)3]?3H2O용액 10 mL에 H2SO4(H2SO4:H2O=1:150)용액 1 mL를 가하고 잘 섞은 후 시계접시에 붓고, 이 용액에 여과지를 적신다.2) 여과지를 어두운 곳(70 - 80 ℃의 오븐)에서 말린다.3) 건조된 여과지 위에 열쇠 등 빛을 차단하는 물체를 두고 위에서 빛을 쪼인다(전등을 가급적 가까이 두면 빛을 쪼이는 시간을 단축할 수 있다).4) 몇 분이 지난 후에 여과지를 0.1 M K3[Fe(CN)6]용액을 담아 둔 시계접시 위에 넣어 이 용액으로 적신 후 증류수로 씻는다.5) 관찰 결과를 기록하고 설명하여라.4. 실험 결과의 처리1) 실험 A의 합성 실험에서 사용된 시약의 몰수를 구하고 대략적 수득률을 계산하라. 계산에 필요한 몰질량은 K2C2O4?H2O는 184.23g/mol, FeCl3?6H2O는 270.30g/mo, 그리고 K3[Fe(C2O4)3]?3H2O는 491.24g/mol이다.2) 실험 B에서 측정한 흡광도를 통해 반응 수율을 계산한다. 턴불블루의 경우, λmax = 690 nm, e = 1700 cm-1M-1.5. 실험 결과 및 분석실험 A.이 실험은 K3[Fe(C2O4)3]?3H2O 를 합성하는 실험이다. 이 반응의 화학식은FeCl3?6H2O + 3K2C2O4?H2O → K3[Fe(C2O4)3]?3H2O + 3KCl + 2H2O이므로 FeCl3?6H2O 과 K2C2O4?H2O 가 1:3으로 반응해 K3[Fe(C2O4)3]?3H2O 을 생성한다. 사용한 K2C2O4?H2O의 몰수는 1.50 × 10-2 몰이고, FeCl3?6H2O의 몰수는 5.51 × 10-3 몰이므로 한계시약은 K2C2O4?H2O이다. 따라서 5.00 × 10-3 몰의 K3[Fe(C2O4)3]?3H2O이 생성되어야 하는데, 실제로 얻어진 화합물의 무게는 2.01g으로 4.09 × 10-3 몰이었다. 따라서 수득률은 (4.09 × 10-3 / 5.00 × 10-3) × 100 = 81.8% 로 나타났다.실험 B.세 시험관에 넣어준 K3[Fe(C2O4)3]?3H2O 의 몰농도는= 6.4 × 10-3 M이다. K3[Fe(C2O4)3]?3H2O 가 모두 해리됐다고 가정하면 생성된 Fe(II)의 몰농도는 K3[Fe(C2O4)3]?3H2O 몰농도와 같으므로 6.4 × 10-3 M 이다. 빛을 비춰주는 시간을 달리한 세 시험관의 흡광도를 약 690nm에서 읽었다. 비어의 법칙 A=ebc (A는 흡광도, b = 1 cm, e = 1700 cm-1M-1, c는 Fe(II)의 몰농도)를 사용해 실제 Fe(II)의 몰농도 c를 구해보면 빛을 쪼이지 않은 ‘가’시험관은 1.14 × 10-5 M , 1분간 빛을 쪼인 ‘나’시험관은 3.45 × 10-5 M , 5분간 빛을 쪼인 ‘다’시험관은 3.86 × 10-6 M 이 나왔다. 따라서 반응 수율은 ‘가’시험관이 1.8%, ‘나’시험관이 5.4%, ‘다’시험관이 0.61%이다. 이론적으로 빛을 많이 쪼여줄수록 Fe(II)가 많이 생성돼 반응수율이 커야 하는데, 이번 실험에서는 그런 결과를 얻지 못했다.

공학/기술| 2010.11.20| 5페이지| 1,000원| 조회(862)

실험, 일반화학, 옥살레이트, 광화학, 결과 레포트

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