일반화학실험 | 색소의 분리와 흡광분석

 

 

 

TIP

 

 

1. 화학부문의 연구에 있어서 ‘분리’는 아주 중요한 의미를 지닌다. 화학의 궁극적인 관심사는 물리나 생물과는 달리 원자의 재배열을 통한 화학적 현상 탐구에 있기 때문이다. 이 화학적 현상에는 화합물의 합성, 분해 등 여러 가지가 있는데, 합성과 분해와 같은 화학적 현상의 탐구를 위해서는 반응물과 생성물의 양적 변화를 측정하는 것이 필수적이다. 이런 측정은 혼합물상태보다는 ‘분리’의 과정을 거친 순수한 상태에서 하는 것이 더 쉽고 정확하다.
2. 이런 분리에 사용되는 여러 가지 방법 중 하나가 바로 크로마토그래피이다. 크로마토그래피는 분리하려는 물질들의 고정상과 이동상과의 친화력의 차이를 이용하여 분리한다. 또한 흡광도 분석을 통해서도 정량적인 분석이 가능한데, 크로마토그래피를 이용한 경우는 황색과 청색이 4.16:1 흡광도를 이용한 경우에는 약 5:1로 섞여 있음을 알 수 있었다.

 

 

 

분리와 분석은 화학에서 아주 중요한 의미를 지닌다. 왜 분석물리학이라는 분야는 따로 없는데 분석화학이라는 분야는 화학의 한 분야로 독립되어 있는 것일까? 그 이유는 물리학과는 달리 화학의 궁극적인 관심사는 원자의 재배열을 통한 화학적 변화에 있기 때문이다. 그리고 화학적 변화는 새로운 화합물의 생성을 의미하기 때문에 화학적 변화를 조사하기 위해서는 반응물과 생성물의 종류와 양적 변화를 측정하는 것이 필수적이다.

 

그런데 분석을 위해서는 대상 물질을 우선 분리하는 것이 유리하다. 다른 물질과 섞여 있을 때보다 순수할 때 관찰하기가 쉽기 때문이다. 따라서 화학에 있어서 분리는 아주 중요한 의미를 지닌다. 한편 화합물의 다양성은 분리를 어렵게 한다. 그래서 화합물의 특성을 잘 이용하여 다양한 분리 방법을 적절히 활용하는 것이 바람직하다.

 

원자 세계에서 수소는 여러 모로 특이한 위치를 차지하고 있으며 특이한 성질을 나타내는데, 수소는 분리에 있어서도 중요한 역할을 한다. 그 이유를 잠깐 살펴보자. 전자를 매개로 하여 이루어지는 화학 결합의 특성은 전자가 어느 쪽으로 끌리는가에 따라 크게 좌우된다. 그런데 모든 원자는 공유된 전자를 자기 쪽으로 끌어 당기는 정도 (전기음성도)가 제각기 다르기 때문에 공유 결합의 특성은 상당히 다양하게 나타난다. 그리고 이러한 화학 결합의 다양성은 궁극적으로 화학적 반응성과 물성이라는 면에서 우리 주위 물질 세계의 놀라운 다양성으로 나타난다.

 

수소는 여기에서도 개성을 발휘한다. 왜냐하면 수소는 인과 함께 비금속 원소 중에서 가장 전기음성도가 낮은(2.1) 원소의 그룹에 속하기 때문이다. 그도 그럴 것이 수소가 전자를 내어 주면 대단히 안정한 입자인 양성자가 되기 때문이다. (중성자는 반감기가 15분 정도밖에 안되지만 양성자의 반감기는 측정할 수 없을 정도로 길다.) 따라서 수소가 다른 비금속 원소(탄소, 황 2.5; 질소, 염소 3.0; 산소 3.5)와 만드는 공유결합의 극성은 아주 다양하다. 즉, 수소와 산소(물에서 같이), 염소(염화수소), 질소(암모니아) 사이의 공유결합은 극성을 가지고, 수소와 탄소 사이의 결합은 극성이 낮다. 이러한 특징은 물질의 분리에 중요한 요소로 이용된다.

728x90

 

 

실험 방법

실험 1. 혼합 용액의 흡광분석

1) 큐벳을 증류수로 2/3 정도 채우고, 광원과 detector 사이에 넣는다. 컴퓨터에서 reference, measure 순으로 클릭하여 모든 파장에서 흡광도가 0이 되는 것을 확인한다.

 

2) 용액 황색 5호(Y), 청색 1호(B), 혼합 용액(M)을 각각 증류수로 10배 묽히고, 450 ㎚～650 ㎚ 이에서 20 ㎚ 간격으로 흡광도를 측정한 다음, 한 그래프에 세 개의 스펙트럼을 용액 색과 비슷한 색 펜으로 그린다.

 

3) 각 색소의 최대 흡수 파장에서 몰흡광계수(molar extinction coefficient)를 구한다.

 

4) 2)에서 10배 묽힌 용액 황색 5호(Y)와 청색 1호(B)를 다시 2/3, 1/3로 묽히고 흡광도를 측정한 다음 세 점을 사용하여 검정곡선을 그린다. 검정곡선으로부터 10배 묽힌 용액 M에 들어 있는 각 색소의 몰수, 용액 황색 5호(Y)와 용액 청색 1호(B)의 혼합 비율, 그리고 M 1.0 ㎖에 들어 있는 각 색소의 몰수를 계산한다.

 

 

실험 2. 색소의 분리와 흡광분석

1) 30% 에탄올 수용액 5 ㎖ 정도를 10 ㎖ 시린지에 채워서 C-18 카트리지를 연결하여 씻고 다시 5 ㎖ 정도의 증류수로 씻는다.

 

2) 피펫으로 1.0 ㎖의 용액 M을 카트리지에 연결된 10 ㎖ 시린지에 채운 다음 plunger로 밀어 내어 시료 전체를 카트리지 상층부에 load 한다.

 

3) 시린지에 증류수를 넣고 plunger로 서서히 밀어 내면서 먼저 흘러나오는 노란 색소를 50 ㎖ 부피 플라스크에 받는다. 눈금까지 증류수를 채우고 잘 섞은 다음 흡광도를 측정한다.

 

4) 시린지에 남은 증류수를 버리고 30% 에탄올로 파란 색소를 elution 하면서 50 ㎖ 부피 플라스크에 받은 후 눈금을 기록하고 잘 섞은 다음 흡광도를 측정한다. 이때는 30% 에탄올을 사용해서 reference를 잡아야 한다.

 

5) 흡광도로부터 부피 플라스크 속 색소의 몰수를 구하고, 이 값을 실험 1에서 구한 같은 색소의 몰수로 나누어 회수율을 계산한다.

 

 

 

[일반화학실험]색소의 분리와 흡광분석 레포트