Salicylate Detection By Complexation with Iron(Ⅲ) and Optical Absorbance Spectroscopy 2004049026 김영일 2004049027 김주형 Vol. 85 No.12 December 2008 Journal of Chemical education

Contents Introduction Background Experimental Procedure Summary

Introduction 실제 세계와 연관된 실험은 학생들의 학습열의와 학습 능력을 향상 시켜 준다고 믿고 있다. 그래서 실생활에 사용되는 face wash를 이용하여 분광학적 분석을 하였고 그 과정을 소개 하고자 한다. 분광학적 분석은 상이한 분자 분석의 주요한 방법이고, 대학 2학년생도 이 실험을 쉽게 할 수 있다. 실험은 spectroscopy를 사용하여 세안제(face wash)에 있는 salicylate를 정량 분석한다. 여기에서, spectroscopy 활용을 확장하여 상업적 제품 속 salicylate 결정하고 분석 도중 형성된 착색된 제품의 근원을 조사 할 것이다.

화학식 C7H6O3 분자량 138.12, 녹는점 159℃, 승화성이 Background 1. Salicylic acid (O-hydroxybenzoic acid) 화학식 C7H6O3 분자량 138.12, 녹는점 159℃, 승화성이 있고, 에테르 ·에탄올 등 유기용매에 녹는다. 산성이고, 또 페놀이기도 하므로 염화철(Ⅲ) 수용액을 가하면 보라색 을 띤다. 구리 ·티탄 ·철 등의 금속이온과 킬레이트 화합물 을 만들고 짙은 색이 되므로, 이들 금속의 화학분석용 시약 으로도 유용하다.

2. Beer-Lambert 법칙 : A = εbc b - 큐벳 길이(cm) c - 시료의 농도 (M) ε – 몰 흡광계수(M-1cm-1) - 특정 파장의 빛을 얼마 만 큼 흡수 하였는가를 나타내는 물질의 특성. 3. 연속변화법(Job’s method) 서로 같은 농도를 갖는 두 용액을 전체부피가 일정하게 혼합하여 몰 분율이 다른 여러 가지 용액을 만든다. 이 용액 들의 흡광도를 λmax 측정하여, 흡광도와 몰분율의 관계를 도시한다. 최대 흡광도는 주된 화학종의 화학량론과 일치하는 조건에서 얻어진다.

4. UV-Visble spectroscopy 시료 속에 존재하는 물질의 종류와 농도에 따라 흡수하는 빛의 파장 영역과 양에 차이가 있다. 물질이 빛을 흡수하는 정도를 흡광도라 하고, 이 흡광도를 통해 미지 시료의 농도를 알아내는 방법이다. T=p/p0 (T: 투과도)

Experimental Procedure Part 1. Acne Medication속에 있는 salicylate의 분광학적분석 Ⓐ. 100mL 부피플라스크에 0.1M Sodium salicylate를 만든다. 이 모액으로부터 salicylate의 농도가 10mM, 20mM,40mM, 60mM, 80mM이 되도록 희석시켜 표준용액(각 10mL)을 만 든다. Ⓑ. 측정하고자 하는 미지시료를 준비한다. (Ⓐ와 같은 방법 으로 희석시킨다) Ⓒ. ⓐⓑ과정에서 만든 용액 0.1mL에 10mM ferric nitrate 용액 10mL를 가한다. 100ml 0.1M <-0.01mol 살리실산 염<- 1.601g 살리실산 염 10mM 10ml = 0,1M 1ml ,<-0.0001mol 10mM 0.1ml-> 10^-7 mol 살리실산 염 과량의 ferric nitrate 첨가 이 과정이 끝나면 시료준빈 끝

Ⓓ. Acdic 10mM ferric nitrate를 바탕용액으로 하여 각 표준용액의 흡광도를 측정한다. Ⓓ-1. Ocean optical absorbance instrument를 이용할 경우. 이 경우는 바탕용액과 표준용액을 기기에 동시에 넣고 측정하며 λmax 와 그때의 흡광도를 기기가 바로 측정해준다. 학생들은 표준 용액의 λmax 에서의 흡광도를 이용하여 calibration curve를 만들 수 있다. 또 미지시료의 흡광도를 측정하고 calibration curve와 비교하여 미지시료속의 salicylate의 농도를 알 수 있다. Ⓓ-2 ‘Spec20’을 이용할 경우. 표준용액을 400-700nm 범위의 파장에서 흡광도를 측정하여 λmax 를 결정한다. λmax 를 결정한 다음, 그 파장에서의 흡광도를 이용하여 calibration curve를 만든다. 그리고 미지시료의 흡광도를 λmax 에서 측정하여 농도를 알아낸다. 여기서 측정한 농도는 희석된 농도임

Part-2. 연속변화법(Job’s method)을 이용한 화학량론적 분석 Ⓐ. 10mM ferric nitrate와 10mM sodium salicylate를 table1의 비율로 1mL를 만든 다음 4mL의 nitric acid를 각 sample에 첨가한다.(각 sample은 총 5mL가 된다) Ⓑ part-1에서 이용한 바탕용액을 이용하여 각 sample의 흡광도를 측정한다.

Reagent & Equipment 1. Spectrophotometers 2. Cuvettes for the spectrophotometers 3. Solid sodium salicylate 4. Volumetric flasks (10, 50, and 100 mL) 5. Clean & Clear salicylic acid acne medication (several products will work, the best results are obtained with solutions that are colorless in the visible region of the spectrum.) 6. 10 mM ferric nitrate dissolved in 0.06 M nitric acid 7. 0.06 M nitric acid 8. Test tubes/vials that hold at least 15 mL 9. 10.00 mL volumetric pipetts 10. 100-1000 μL micropipettes,

Data Handling

Part-1 Ⓐ. Calibration curve를 이용하여 미지 시료의 농도를 알 수 있다 Ⓑ. A=εbc 이므로 Figure 1.의 기울기는 흡광계수가 된다. Part-2 Ⓐ. 용액 중 다른 화학종의 흡광도는 거의 없고 [Fe (sal)] 3+ 착물만 흡광도를 가진다. Ⓑ. Figure 2. 의 결과로부터 sal과 Fe3+은 1:1로 반응함을 알 수 있다.

주의점 1. Nitric acid와 ferric nitrate는 위험하므로 취급 시 주의 해야 한다 2. 실험 과정은 전체적으로 정밀하게 이루어져야 한다. 3. Ⓓ과정에서 측정한 흡광도가 1이 넘을 경우 농도를 묽혀서 다시 실험한다. 4. Ⓓ-2과정에서 반드시 바탕용액의 흡광도를 측정해야 하며 sample의 흡광도에서 이 값을 빼주어 calibration curve를 만들어야 한다. 5. Part 1.에서 알아낸 미지시료의 농도는 희석된 농도임을 상기하고 part 2에서의 결과를 바탕으로 미지시료의 농도를 알아 낸다. . 작은 스케일을 다루고 있으므로 측정 시 오차가 생기지 않도록 주의해야 한다.

One more steps Q) Fe(NO3)3 은 중심금속에 3개의 리간드가 배위하였다는 것을 화학식을 통해 알 수 있다. 그러면 Fe3+ 와 Sal의 경우도 1:3비율의 착물을 형성해야 하는것이 아닌가? Salicylic acid의 경우 3개의 산소가 존재하고 이들이 Fe3+과 결합을 한다. 즉 NO3-의 경우는 1자리 리간드이기 때문에 3분자가 배위하였고 Sal의 경우는 3자리 리간드이기 때문에 1분자만 Fe3+와 결합하여 착물을 형성하는 것이다.

Summary 1. 이 실험은 학생들이 용액 속 분자의 분광학적 분석을 통하여 Beer-Lambert법칙을 익힐 수 있다. 게다가 분광계를 이용하여 빛을 흡수하는 화학종의 화학량론을 결정할 수 있다. ->part 1. ⓐ과정: 질량 ->몰 수 -> 몰 농도 part 2. 화학반응식을 완성 2. 반응물들이 흔하고 크게 비싸지 않고 큰 위험성이 없으며, 대학 2학년생들도 쉽게 spectroscopy를 이용한 분석을 할 수 있다. 3. 학생들의 실험결과는 상당이 정확하게 나왔고, 이러한 성과는 학 생과 instructor 모두가 이 활동을 즐겁게 할 수 있도록 하게 만 든다.