화학 실험실에서 일상적으로 사용하는 산, 염기, 염 및 산·염기 지시약을 일정한 농도의 용액 상태의 시약으로 조제하는 과정과 그 조제 방법을 알아보고 생물 실험실에서 보통 쓰이는 지시약의 변색과 염색약 및 시약의 조제법도 아울러 살펴본다.
시약 용액의 조제 과정
1. 일반으로 표준 용액을 만드는 과정을 다음 순서와 같이 한다.
① 조제하려는 시약의 필요한 양과 같거나 부피가 약간 큰 메스 플라스크를 찾아 증류수로 깨끗이 씻은 후, 증류수를 1/3가량 넣는다.
② 화학 천칭이나 메스 실린더로 조제할 시약을 게산된 양 만큼 정확히 잰다.
③ 칭량한 물질을 메스 플라스크에 모두 넣고 잘 흔들어 전부 녹인다.
④ 메스 플라스크의 눈금(표선) 약간 밑에 액면이 오도록 증류수를 붓는다.
⑤ 실험대 위에 놓인 메스 플라스크의 눈금과 눈의 시선(높이)을 수평이 되게 몸의 자세를 취하고 증류수를 조금씩 떨어뜨려 액면이 눈금에 일치하도록 한다.
⑥ 마개를 막고 잘 흔들어 보관 사용한다.
(참고) 일정한 몰 농도(M/L)의 용액을 희석할 때 M·V=M’·V‘관계식을 이용하면 편리하다.
용액의 농도
용액의 농도 표시 방법은 여러 가지가 있으나 여기서는 대표적인 농도 표시 방법인 중량 백분율(%농도)와 몰농도의 두 가지만 소개하고자 한다.
1. 중량 백분율(%농도) : 용액 100g 중에 용해되어 있는 용질의 g수로 나타낸다.
2. 몰농도 : 용액 1L 중에 용해되어 있는 용질의 몰(1g 분자) 수를 의미하며 단위는 M 또는 mole/L로 나타낸다.
㉠ 1몰(mole)은 그 불질의 분자량에 g 단위를 붙인 것과 같다.
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물질 구분 |
HCl |
HNO3 |
H2SO4 |
NaOH |
KOH |
NaCl |
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분자량 |
36.5 |
63 |
98 |
40 |
56 |
58.5 |
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1몰 |
36.5g |
63g |
98g |
40g |
56g |
58.5g |
㉡ 1M-NaOH 용액 100㎖ 만드는 방법 : 40g × 100/1000 = 4g 즉, NaOH 4g을 물에 녹여 전체의 부피가 100㎖가 되도록 한다.
3. 용액을 묽게 만드는 방법
㉠ 중량 백분율을 묽게 할 때
A%의 용액과 B%의 용액을 혼합하여 C%의 용액을 만들려면
즉, A% 용액 (C-B)g과 B% 용액 (A-C)g을 혼합하면 C% 용액이 된다.
예1) 87% 용액과 56% 용액을 혼합하여 75% 용액을 만들려면
즉, 87% 용액 19g과 56% 용액 12g을 혼합하면 75% 용액이 된다.
예2) 65% 용액을 물로 묽게 하여 15%의 용액을 만들려면, 물 속에는 용질이 없으므로 0%으로 간주하여 계산하면 된다.
즉, 65% 용액 15g과 물 50g을 혼합하면 된다.
㉡ 몰농도를 묽게 할 때
A mole/L의 용액에 물을 가하여 B mole/L의 용액을 만들려면
즉, A mole/L 용액 B ㎖와 물 (A-B) ㎖를 혼합하면 된다.
예) 18M- H2SO4에 물을 가하여 3M- H2SO4를 만들려면
즉, 18M-H2SO4 3 ㎖에 물 15㎖를 혼합하면 된다. 바꾸어 말하면 18M- H2SO4 1부피에 물 5부피를 혼합하면 된다.
실험용 시약 용액의 조제 방법
1. 산 용액
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시 약 |
농 도 |
만드는 법 |
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진한 염산 HCl |
12M |
시판하는 순수한 염산 (약 35%, 비중1.18) 그대로 사용 |
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묽은 염산 |
6M 2M |
12M-HCl에 같은 부피의 증류를 가한다. 진한 염산 1부피에 물 5부피를 가한다. |
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진한 황산 H2SO4 |
18M |
시판하는 진한 황산(97%, 비중1.83)그대로 사용 |
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묽은 황산 H2SO4 |
3M 1M |
18M-H2SO4 1부피를 물 5부피에 조금씩 서서히 가하면서 유리 막대로 저어서 식혀준다.(경고:일시에 혼합시 발열·폭발하니 진한 황산에 물을 붓는 일은 소량이라도 절대 엄금한다.) 진한 황산1부피를 물 17부피에 천천히 넣으면서 식힌다. |
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진한 질산 HNO3 |
13.5M 6M 2M |
시판하는 순수한 질산(61.3%,비중 1.38) 그대로 사용 진한 HNO3 1부피에 물 1.25 부피를 가한다.(32%) 13.5M 질산 1부피에 물 5.5부피를 가한다. |
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진한 인산 H3PO4 |
15M |
시판의 순수한 인산(80%)을 "시럽인산"이라 함. |
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(빙)초산 CH3COOH |
18M |
시판의 순수한 아세트산(99.7%,비중 1.05) 그대로 사용 |
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묽은 아세트산 |
6M 2M |
빙초산 350㎖를 물 1L에 가한다. 순수한 아세트산 1부피를 물 7부피에 가한다.(12%) |
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묽은 옥살산 (COOH)2 |
0.1M |
옥살산 결정 (COOH)2·2H2O 16.8g을 물에 녹여 100㎖되게 함. |
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왕수 |
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진한 염산 3부피와 진한 질산 1부피를 섞는다. (금을 녹임) |
2. 염기 용액
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시 약 |
농 도 |
만드는 법 |
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진한 수산화나트륨액 |
12M |
고체 NaOH 480 g을 물에 녹여 1L되게 한다. |
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묽은 수산화나트륨액 |
6M 2M |
고체 NaOH 240 g을 물에 녹여 1L되게 한다. 고체 NaOH 80 g을 물에 녹여 1L되게 한다. |
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석회수 Ca(OH)2 |
0.02M |
수산화칼슘을 물에 넣고 잘 흔들어 하룻밤 둔 후 위층 맑은 포화용액을 사용한다.(0.15% 석회수가 된다.) |
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진한 암모니아수 |
15M |
시판되는 암모니아수(28.3%, 비중 0.90) 그대로 쓴다. |
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묽은 암모니아수 |
6M |
진한 암모니아수 1부피를 물 1.5 부피에 가한다. |
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NH4OH |
2M |
진한 암모니아수 1부피를 물 6.5 부피에 가한다. |
3. 염의 용액
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시 약 |
농 도 |
만드는 법 |
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소금물 (NaCl)
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0.8M 1M |
염화나트륨 5g을 물 95㎖에 녹인다.(5.0%) 염화나트륨 5.85g을 물에 녹여 100㎖ 되게 한다. |
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질산은 (AgNO3) |
0.1M |
AgNO3 1.7g을 물에 녹여 100㎖ 되게 한다.(1.7%) |
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염화바륨(BaCl2) |
0.07M |
BaCl2·2H2O 1.7g을 물에 녹여 100㎖ 되게 한다.(1.5%) |
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황산나트륨 |
0.7M |
Na2SO4·10H2O 23g을 물에 녹여 100㎖ 되게 함.(10%) |
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황산구리 |
0.2M |
CuSO4·5H2O 5g을 물에 녹여 100㎖되게 함.(3.2%) |
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황화나트륨 |
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Na2S 5g을 글리세린 30㎖와 물 10㎖의 혼합액에 녹여서 위층의 맑은 액만 사용.(밀봉하여 3개월 안에 사용함) |
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염화철(Ⅲ) |
0.2M |
FeCl3·6H2O 8.3g을 물에 녹여 100㎖되게 한다.(0.5%) |
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황산철(Ⅱ) |
0.2M |
FeSO4·7H2O 9.1g을 1M-H2SO4 5㎖에 용해하고 다시 물을 부어 100㎖ 되게 한다.(5.0%, 사용직전 조제) |
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염화수은(Ⅱ),승흥수 |
0.2M |
승흥(HgCl2) 5g을 물에 녹여 100㎖ 되게한다.(5.0%) |
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중크롬산칼륨 |
0.017M |
K2Cr2O7 5g에 물에 녹여 100㎖되게 한다. (5.0%,사용 직전 조제) |
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요오드화칼륨 |
0.3M |
KI 5g을 물에 녹여 100㎖되게 한다.(5.0% 사용 직전 조제) |
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과망간산칼륨 |
0.02M |
KMnO4 0.3g을 물에 녹여 100㎖되게 함. (0.3% , 사용 직전 조제) |
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탄산나트륨 |
0.7M |
Na2CO3·10H2O 27g을 물에 녹여 100㎖ 되게 함.(20%) |
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티오황산나트륨 |
0.6M |
Na2S2O3·5H2O 15.7g을 물에 녹여 100㎖되게 함.(10%) |
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질산칼륨 |
0.5M |
KNO3 0.1g을 물에 녹여 100㎖ 되게 한다.(5%) |
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아세트산납 |
0.13M |
(CH3COO)2Pb·3H2O 4.9g을 물에 녹여 100㎖되게 함.(4.9%) |
※ 물질의 화학식 중의 물 분자식은 결정인 수화물 속의 결정수로서 예를 들면 황산구리결정(CuSO4·5H2O) 1물 속에는 물 5 몰 즉 5몰×18 g / 몰=90g이 결정수로 포함
4. 지시약과 기타 시약
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시 약 |
농 도 |
만드는 법 |
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리트머스액 |
1% |
리트머스 1g을 물 99㎖에 녹여 여과하여 사용한다. |
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메틸오렌지 |
0.1% |
메틸오렌지 0.1g을 더운 물 100㎖에 녹여 식은 후 여과한다. |
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페놀프탈레인 |
1% |
페놀프탈레인 1g을 60%에탄올 80㎖에 녹인 후 물을 부어 100㎖되게 한다. |
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네슬러 시약 |
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KI 8g과 HgCl2 11.5g을 끓는 물 5㎖와 10㎖에 각각 녹이고 KOH 15g을 물 30㎖에 녹여 모두 혼합한 후 100㎖ 되게 하여 여과한다. |
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펠링 용액 |
A 액 B 액 |
CuSO4·5H2O 6.9 g을 물에 녹여 100㎖ 되게 한다. 타르타르산나트륨칼륨 결정 34.6 g과 NaOH 10g을 물에 녹여 100㎖로 한다. * 사용 직전 A액과 B액을 같은 부피씩 섞어 사용한다. |
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요오드 용액 |
0.12% |
KI 0.5g과 I2 0.3g을 물에 녹여 250㎖되게 한다. |
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녹말 용액 |
1% |
가용성 녹말 1g을 물 100㎖에 넣고 가열한다. ※ 썩지 않게 하려면 HgI2 1~2㎎을 넣고 가열한다. |
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요오드화칼륨·녹말종이 |
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0.12% KI용액 10㎖에 1% 녹말 풀 1㎖를 섞어서 거름 종이에 흡수시켜 사용한다. |
생물 실험용 지시약, 염색약 및 시약의 조제법
일반 실험실에서 사용하는 산·염기의 지시약과 생물 실험실에서 주로 사용하는 염색약과 특수 시약을 조제하는 방법을 소개한다.
1. 생물 실험용 지시약
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산·염기 지시약 |
농도 |
산성색깔 |
변색범위(pH) |
알카리성색깔 |
용 매 |
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메틸엘로우 (methyl yellow) |
0.1 |
빨강 |
2.9 ~ 4.1 |
노랑 |
80% 에탄올 |
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브롬페놀블루 (bromphenol blue) |
0.1 |
노랑 |
3.0 ~ 4.6 |
청자 |
20% 에탄올 |
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메틸오렌 (methyl orange) |
0.1 |
빨강 |
3.1 ~ 4.5 |
오렌지 |
물 |
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콩코레드 (congo red) |
0.1 |
청자 |
3.0 ~ 5.2 |
빨강 |
물 |
|
브롬크레졸그린 (bromcresol green) |
0.1 |
노랑 |
3.8 ~ 5.4 |
청 |
20% 에탄올 |
|
메틸레드 (methyl red) |
0.2 |
빨강 |
4.2 ~ .3 |
노랑 |
60% 에탄올 |
|
리트머스(litmus) |
0.2 |
빨강 |
5.0 ~ .0 |
청 |
물 |
|
브롬티몰블루 (bromthymol blue) |
0.1 |
노랑 |
6.0 ~ .6 |
청 |
20% 에탄올 |
|
페놀레드 (phenol red) |
0.1 |
노랑 |
6.6 ~ .2 |
빨강 |
20% 에탄올 |
|
뉴트랄레드 (neutral red) |
0.1 |
빨강 |
6.8 ~ 8.0 |
노랑 |
70% 에탄올 |
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페놀프탈레인 (phenolphthalein) |
0.1 |
무색 |
8.2 ~ 10.0 |
빨강 |
60% 에탄올 |
2. 생물 실험용 염색약 및 시약
① 김자(Giemsa)염색약 -혈구 관찰용
김자 (Giemas powder) 0.8g,글리세린(glycerin) 50㎖ 및 메탄올(methanol) 50㎖을 혼합하여 2~3 일 동안 흔들어 준다. 이것을 저장액으로 하여 염색약으로 사용할경우에는 저장액 1㎖에 증류수 50㎖을 넣어 희석한 후 사용한다.
② 닌히드린(Ninhydrin)시약-아미노산 검정용
닌히드린 0.1g을 칭량하여 브탄올 50㎖에 녹여 사용한다. 인체에 해로우므로 취급할 경우에 주의해야 한다.
③ 라이트(Wright)염색약 - 혈구 관찰용
라이트(Wright)염색 시약(powder) 0.2~0.3g을 순수한 메탄올 100㎖에 녹여 1~2일 방치한 후에 사용한다.
④ 링거(Ringer)용액
㉠ 일반용 ; 염화칼륨 0.42g, 염화칼슘 0.24g 및 탄산수소나트륨 0.20g을 증류수 1,000㎖에 용해시켜 사용한다.
㉡ 포유 동물 조직용(혈액은 제외) ; 위의 용액에 염화나트륨 9.0g을 첨가하여 용해 시켜서 사용한다.
㉢ 양서류 조직용(혈액은 제외); 첫번째 용액에 염화나트륨 7.5g을 첨가하여 용해시킨 후 사용한다.
㉣ 무척추 동물 조직과 척추 동물의 혈액용 ; 첫번째 용액에 염화나트륨 6.0g을 첨가하여 용해시킨후 사용한다.
⑤ 메틸렌블루(methylene blue)염색약 : 동물세포의 핵 염색용
메틸렌블루 0.3g을 95%에탄올 30㎖에 용해시킨 후 증류수 100㎖를 더 붓는다.
⑥ 메틸셀룰로오스(methyl cellulose)용액 : 현미경 검경할때 원생 생물의 운동성을 감소시킴.
건조한 메틸셀룰로오스 10g을 증류수 90㎖에 용해시킨다. 이용액은 끈끈한 점성을 나타내는데 원생 생물의 배양액 1방울에 메틸셀룰로오스 용액 1방울을 혼합하여 사용한다.
⑦ 베네딕트(Benedict)시약-환원당 검출용 : 시트르산나트륨 173g과 무수 탄산나트륨을 800㎖의 증류수에 잘 흔들어 녹인 후 여과한다. 황산구리 17.3g을 증류수 100㎖에 녹인 후 이것을 위의 여과된 용액에 혼합하고 증류수를 부어 1ℓ되게 만든다.
⑧ 뷰렛(Biuret)시약-단백질 검출용
다음과 같이 두 용액을 만든다.
· 0.01M 황산구리 용액-황산구리 2.5g을 증류수 1L에 녹인다.
· 10M 수산화나트륨 용액-수산화나트륨 440g을 증류수에 녹여 1L되게 한다.
⑨ 수단Ⅲ(Sudan Ⅲ)용액-지방 검출용 : 수단Ⅲ를 알코올에 포화 상태가 되도록 용해시켜 여관한 후 이 용액 50㎖에 글리세린 50㎖를 가한다.
⑩ 아세토올세인(Aceto-orcein)용액-염색체 염색용 : 올세인(orcein) 2g을 끓는 45% 아세트산 100㎖에 넣고 잘 저어 녹인 후 실온까지 식혀서 여과한다.
⑪ 아세토카민(Aceto-carmine)용액-염색체 염색용 : 카아민 1g을 45% 아세트산 100㎖에 넣고 끓이면서 잘 저어 용해시킨다. 실온이 될때까지 충분히 식혀서 여과하여 사용한다.
⑫ 요오드 용액-녹말 검출용 : 요오드화칼륨 7g을 증류수에 녹이고 이 용액에 요오드(I2) 1g을 넣어 잘 녹인 후 증류수를 부어서 500㎖로 한다. 이 용액은 갈색병에 보관한다.
⑬ 콩고레드(Congo red)용액-코아세르베이트 염색용 : 콩고레드 0.1g을 100㎖의 증류수에 잘 녹인다. 필요한 경우에는 여과하여 사용함.
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