Determination of the Acid Dissociation Constant of a Phenolic Acid by High Performance Liquid Chromatography: An Experiment for the Upper Level Analytical.

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1 Determination of the Acid Dissociation Constant of a Phenolic Acid by High Performance Liquid Chromatography: An Experiment for the Upper Level Analytical Chemistry laboratory Journal of Chemical Education january,2018 서동영 어경진

2 Contents ABSTRACT INTRODUCTION 1 EXPERIMENTAL SECTION 2
INTRODUCTION 1 EXPERIMENTAL SECTION 2 RESULT AND DISCUSSION 3 CONCLUSION 4 REFERENCE 5

3 Ⓒ땅콩 CONTENTS ABSTRACT 성공요인은?

4 ABSTRACT ABSTRACT

5 ABSTRACT ABSTRACT

6 ABSTRACT ABSTRACT HPLC를 이용하여 Phenolic Acid 의 pKa 결정하기 위하여 이온화 가능한 화합물의 머무름 시간에 대한 이동상 조성 및 pH 변화를 고려한다. 결과는 비선형 회귀 분석을 사용해 분석한다

7 Ⓒ땅콩 CONTENTS INTRODUCTION 성공요인은?

8 INTRODUCTION INTRODUCTION 1

9 INTRODUCTION HPLC의 대부분의 실험은 선형 교정 방법에 의한 화합물의 분리, 확인 및 정량화에 중점을 둔다.
1 HPLC의 대부분의 실험은 선형 교정 방법에 의한 화합물의 분리, 확인 및 정량화에 중점을 둔다.

10 INTRODUCTION HPLC의 대부분의 실험은 선형 교정 방법에 의한 화합물의 분리, 확인 및 정량화에 중점을 둔다.
1 HPLC의 대부분의 실험은 선형 교정 방법에 의한 화합물의 분리, 확인 및 정량화에 중점을 둔다. 산 해리 상수를 결정하기 위한 전위차 및 분광 광도법의 사용을 설명하는 많은 실험이 보고되지만 HPLC를 사용한 보고서는 제한적

11 INTRODUCTION HPLC의 대부분의 실험은 선형 교정 방법에 의한 화합물의 분리, 확인 및 정량화에 중점을 둔다.
1 HPLC의 대부분의 실험은 선형 교정 방법에 의한 화합물의 분리, 확인 및 정량화에 중점을 둔다. 산 해리 상수를 결정하기 위한 전위차 및 분광 광도법의 사용을 설명하는 많은 실험이 보고되지만 HPLC를 사용한 보고서는 제한적 여기에 보고된 실험에서 HPLC의 적용을 산 해리 상수 Ka의 결정으로 확장한다.

12 INTRODUCTION HPLC의 대부분의 실험은 선형 교정 방법에 의한 화합물의 분리, 확인 및 정량화에 중점을 둔다.
1 HPLC의 대부분의 실험은 선형 교정 방법에 의한 화합물의 분리, 확인 및 정량화에 중점을 둔다. 산 해리 상수를 결정하기 위한 전위차 및 분광 광도법의 사용을 설명하는 많은 실험이 보고되지만 HPLC를 사용한 보고서는 제한적 여기에 보고된 실험에서 HPLC의 적용을 산 해리 상수 Ka의 결정으로 확장한다. 학생들은 산 해리 상수를 계산하기 위해 pH 값에 대한 머무름 인자와 활동도 계수를 관련시키는 비선형 모델을 사용함.

13 INTRODUCTION INTRODUCTION 1

14 INTRODUCTION INTRODUCTION 1 HPLC

15 INTRODUCTION INTRODUCTION 1 HPLC HPLC(High Performance Liquid Chromatography)는 이동상 으로 액체를 사용하는 것이 특징이다. 시료의 화학물질이 녹아 있는 이동상을 펌프를 이용하여 고압의 일정한 유속으로 밀어서 충진제가 충진되어 있는 고정상인 컬럼을 통과하도록 하며 이때 시료의 화학물질이 이동상과 고정상에 한 친화도에 따라 다른 시간별로 컬럼을 통과하는 원리를 이용하며 이러한 화학물질을 검출기를 이용하여 시간별 반응의 크기를 측정함으로써 특정 화학 물질을 정량하는 방법이다.

16 INTRODUCTION INTRODUCTION 1 HPLC HPLC(High Performance Liquid Chromatography)는 이동상 으로 액체를 사용하는 것이 특징이다. 시료의 화학물질이 녹아 있는 이동상을 펌프를 이용하여 고압의 일정한 유속으로 밀어서 충진제가 충진되어 있는 고정상인 컬럼을 통과하도록 하며 이때 시료의 화학물질이 이동상과 고정상에 한 친화도에 따라 다른 시간별로 컬럼을 통과하는 원리를 이용하며 이러한 화학물질을 검출기를 이용하여 시간별 반응의 크기를 측정함으로써 특정 화학 물질을 정량하는 방법이다.

17 INTRODUCTION INTRODUCTION 1 HPLC HPLC(High Performance Liquid Chromatography)는 이동상 으로 액체를 사용하는 것이 특징이다. 시료의 화학물질이 녹아 있는 이동상을 펌프를 이용하여 고압의 일정한 유속으로 밀어서 충진제가 충진되어 있는 고정상인 컬럼을 통과하도록 하며 이때 시료의 화학물질이 이동상과 고정상에 한 친화도에 따라 다른 시간별로 컬럼을 통과하는 원리를 이용하며 이러한 화학물질을 검출기를 이용하여 시간별 반응의 크기를 측정함으로써 특정 화학 물질을 정량하는 방법이다.

18 INTRODUCTION INTRODUCTION 1

19 INTRODUCTION INTRODUCTION 1 활동도

20 INTRODUCTION 활동도 화학 퍼텐셜에 관한 식의 형태를 그대로 유지시키기 위해서 사용하는 일종의 유효 농도
1 활동도 화학 퍼텐셜에 관한 식의 형태를 그대로 유지시키기 위해서 사용하는 일종의 유효 농도

21 INTRODUCTION 활동도 활동도 계수 화학 퍼텐셜에 관한 식의 형태를 그대로 유지시키기 위해서 사용하는 일종의 유효 농도
1 활동도 화학 퍼텐셜에 관한 식의 형태를 그대로 유지시키기 위해서 사용하는 일종의 유효 농도 활동도 계수 이상적인 값에서 벗어나는 거동의 척도

22 INTRODUCTION 활동도 활동도 계수 화학 퍼텐셜에 관한 식의 형태를 그대로 유지시키기 위해서 사용하는 일종의 유효 농도
1 활동도 화학 퍼텐셜에 관한 식의 형태를 그대로 유지시키기 위해서 사용하는 일종의 유효 농도 활동도 계수 이상적인 값에서 벗어나는 거동의 척도 용매에 녹아있는 모든 용질분자가 화학반응을 하거나 용매와 상호작용을 하지 않는다. 따라서 실제의 농도는 용질분자중에 얼마나 많은 분자가 상호작용에 참여하는지를 나타내는지를 나타내는 활동도계수를 용질의 농도에 곱하여 나타낸다.

23 INTRODUCTION INTRODUCTION 1

24 INTRODUCTION INTRODUCTION 1 머무름 인자

25 INTRODUCTION INTRODUCTION 1 머무름 인자 피크를 용리시키는 데에 필요한 시간(용질의 머무름 시간),tr과 이동상이 통과하는데 걸리는 시간(이동상의 머무름 시간),tm의 차이를 tm의 배수로 나타낸 것

26 INTRODUCTION INTRODUCTION 1 머무름 인자 피크를 용리시키는 데에 필요한 시간(용질의 머무름 시간),tr과 이동상이 통과하는데 걸리는 시간(이동상의 머무름 시간),tm의 차이를 tm의 배수로 나타낸 것

27 INTRODUCTION EQUATION 1

28 INTRODUCTION EQUATION 1

29 INTRODUCTION EQUATION 1

30 INTRODUCTION EQUATION 1

31 INTRODUCTION EQUATION 1

32 INTRODUCTION EQUATION 1

33 INTRODUCTION EQUATION 1

34 INTRODUCTION EQUATION 1

35 INTRODUCTION EQUATION 1

36 INTRODUCTION EQUATION 1

37 INTRODUCTION EQUATION 1

38 Ⓒ땅콩 CONTENTS EXPERIMENTAL SECTION 성공요인은?

39 2 EXPERIMENTAL SECTION Reagents Acetonitrile 내 0.02 M ferulic acid의 저장 용액을 실험 주에 강사가 준비하고 4 ℃에서 10 mL 씩 보관. 학생들은 이 저장 용액을 사용하여 각 주사마다 이동상으로 100 배 희석 된 작업용 ferulic acid 용액을 준비. 이동상이 통과하는데 걸리는 시간(tm)을 측정하기 위해 0.01 % 브롬화 포타슘 용액을 사용. 포름산 완충액 (30 mM)은 포름산 소듐 및 1M HCl 용액으로 제조. [여기서 ki,obs는 i용액의 유지 계수의 관측 값이며 iq 1에 의해 계산되고, ki, calc는 식 5에 의해 계산 된 상응하는 유지 인자이다. 학생들은 pKa1을 계산하고 그 결과를 동일한 이동상에서 결정된 문헌 pKa1 값 5.33과 비교했다.] 2.7 ~ 5.5 범위의 pH 값에서 30 % CH3CN-70 % 포름산염 완충 용액을 이동상으로 사용.

40 2 EXPERIMENTAL SECTION PROCEDURE * 주의사항 * 안전 보건 자료가 사용되어야 하고 학생들과 공유하는 화학 물질에 대해 조교와 강사의 조언을 받아야 합니다. 학생들은 그들의 모든 폐기물을 지정된 폐기물 용기에 처분해야 합니다.   실험 중 개인 보호 장비(PPE)를 착용해야 합니다. 보안경, 보호 장갑은 긴 바지와 밀폐된 신발과 같은 기타 필수 실험실 복장과 함께 실험실에서 착용해야 합니다.  염산은 피부 접촉, 눈 접촉, 섭취, 흡입 등이 있을 경우 위험합니다. 용액이 격렬하게 끓고 물이 튀는 것을 방지하기 위해 산을 항상 희석해야 합니다. [여기서 ki,obs는 i용액의 유지 계수의 관측 값이며 iq 1에 의해 계산되고, ki, calc는 식 5에 의해 계산 된 상응하는 유지 인자이다. 학생들은 pKa1을 계산하고 그 결과를 동일한 이동상에서 결정된 문헌 pKa1 값 5.33과 비교했다.]

41 2 EXPERIMENTAL SECTION PROCEDURE 고려 된 각 pH에 대해, 학생들은 1 mL / min의 유속에서 30 ㎕의 ferulic acid 용액을 매번 주입하여 중복 실행을 수행했습니다. 학생들은 크로마토그램을 comma separated value (CSV) 파일로 내보내고 Excel에서 데이터 분석을 수행 했습니다. 머무름 상수 k는 식 1로부터 계산하였으며, 여기서 tr은 페룰릭 산의 체류 시간을 나타내며, tm은 KBr 정지 시간을 나타냅니다. [여기서 ki,obs는 i용액의 유지 계수의 관측 값이며 iq 1에 의해 계산되고, ki, calc는 식 5에 의해 계산 된 상응하는 유지 인자이다. 학생들은 pKa1을 계산하고 그 결과를 동일한 이동상에서 결정된 문헌 pKa1 값 5.33과 비교했다.]

42 2 EXPERIMENTAL SECTION PROCEDURE 실험적 k 값 및 H+로 부터 변환된 pH 측정 값을 사용하여 Excel에서 Solver를 사용하여 비선형 최소 자승 법으로 Ka1을 결정했습니다. Solver는 Ka의 초기 추측 값과 유지 계수 kHA와 kA를 최적화하여 잔차 제곱의 최소 합(∑(ki,obs - ki,calc)2) 을 구합니다. 학생들은 pKa1을 계산하고 그 결과를 동일한 이동상에서 결정된 문헌 pKa1 값 5.33과 비교했습니다. [여기서 ki,obs는 i용액의 유지 계수의 관측 값이며 iq 1에 의해 계산되고, ki, calc는 식 5에 의해 계산 된 상응하는 유지 인자이다. 학생들은 pKa1을 계산하고 그 결과를 동일한 이동상에서 결정된 문헌 pKa1 값 5.33과 비교했다.]

43 2 EXPERIMENTAL SECTION PROCEDURE 실험적 k 값 및 H+로 부터 변환된 pH 측정 값을 사용하여 Excel에서 Solver를 사용하여 비선형 최소 자승 법으로 Ka1을 결정했습니다. Solver는 Ka의 초기 추측 값과 유지 계수 kHA와 kA를 최적화하여 잔차 제곱의 최소 합(∑(ki,obs - ki,calc)2) 을 구합니다. 학생들은 pKa1을 계산하고 그 결과를 동일한 이동상에서 결정된 문헌 pKa1 값 5.33과 비교했습니다. [여기서 ki,obs는 i용액의 유지 계수의 관측 값이며 iq 1에 의해 계산되고, ki, calc는 식 5에 의해 계산 된 상응하는 유지 인자이다. 학생들은 pKa1을 계산하고 그 결과를 동일한 이동상에서 결정된 문헌 pKa1 값 5.33과 비교했다.]

44 2 EXPERIMENTAL SECTION PROCEDURE 실험적 k 값 및 H+로 부터 변환된 pH 측정 값을 사용하여 Excel에서 Solver를 사용하여 비선형 최소 자승 법으로 Ka1을 결정했습니다. Solver는 Ka의 초기 추측 값과 유지 계수 kHA와 kA를 최적화하여 잔차 제곱의 최소 합(∑(ki,obs - ki,calc)2) 을 구합니다. 학생들은 pKa1을 계산하고 그 결과를 동일한 이동상에서 결정된 문헌 pKa1 값 5.33과 비교했습니다. [여기서 ki,obs는 i용액의 유지 계수의 관측 값이며 iq 1에 의해 계산되고, ki, calc는 식 5에 의해 계산 된 상응하는 유지 인자이다. 학생들은 pKa1을 계산하고 그 결과를 동일한 이동상에서 결정된 문헌 pKa1 값 5.33과 비교했다.]

45 Ⓒ땅콩 CONTENTS RESULT 성공요인은?

46 RESULT 세 학생 그룹의 결정된 kHA, kA-, pKa1 값은 표 1에 보고되어있습니다.
3 RESULT S AND DISCUSSION RESULT ± 값은 표준 편차입니다. 같은 퍼센트의 유기 이동상에서 pKa1의 문헌 값은 5.33 페룰 린산의 크로마토 그래피 고정 인자 k의 플롯과 30 % (v / v) CH3CN의 이동상의 H + 활성도. 원시 데이터 (산점도)는 표 1의 학생 그룹 3 데이터에 해당합니다. 실선은 eq5에 의해 예측 된 보존 계수를 나타냅니다. 세 학생 그룹의 결정된 kHA, kA-, pKa1 값은 표 1에 보고되어있습니다. 그림 2는 30 % (v / v) CH3CN에 대한 이동상의 H+의 활동도 대 페룰린산의 크로마토그래피 보유 인자 k를 도시한 것 학생들은 잔차를 계산하여 모델의 유효성을 검사합니다.

47 3 RESULT S AND DISCUSSION RESULT 그림 3은 표 1의 학생 그룹 3 데이터에 해당하는 잔차 (ki,obs - ki,calc)와 H+의 그래프를 보여 줍니다. 학생들은 특이점과 적합성에 대한 간단한 진단 도구로 잔차의 무작위 분포를 사용했습니다.

48 Ⓒ땅콩 CONTENTS DISCUSSION 성공요인은?

49 3 RESULT S AND DISCUSSION DISCUSSION 실험 조건의 변화는 2 년 동안 수행되었으며, 최종 버전에서는 30 % (v / v) 아세토나이트릴 이동상을 선택했다. 실험은 표준 실험실 시간 내 (3시간) 에서 완료 할 수 있습니다. 이동상으로 사용 된 혼합 용매 시스템에서 결정된 해리 상수 값은 수용액에서 기준 값 (pKa = 4.58)보다 일관되게 낮았다. 10 % 및 20 % 아세토나이트릴 이동상으로 얻은 실행 시간은 예정된 강의실 기간에 비해 너무 길다. 이는 페놀 성 산의 Ka1의 경우처럼 전하가 생성되고 (HA ↔ H+ + A-) 정전기 상호 작용이 중요해지면 전하가 없는 산의 해리에서 유기 성분이 증가함에 따라 매질의 극성이 감소하는 것과 일치한다.

50 DISCUSSION 교육학적으로, 이 실험의 목표 : 미지의 일반적인 분리와 정량 결정, HPLC의 적용을 확장시킨다.
3 RESULT S AND DISCUSSION DISCUSSION 교육학적으로, 이 실험의 목표 : 미지의 일반적인 분리와 정량 결정, HPLC의 적용을 확장시킨다. 학생들로 하여금 HPLC에서 이온 성 종의 보유를 향상시키는 요인을 고려하고 산의 해리 상수를 결정하는 기술을 사용하게 한다. 정량 분석 ​​실험실에서 일반적으로 수행되는 평균 및 선형 회귀 분석을 넘어 학생들의 데이터 분석 기술을 확장시킨다. 학생들에게 비선형 회귀를 사용하여 데이터를 분석하도록 가르치고 잔차 그래프를 이상 값과 적합성에 대한 간단하면서도 효과적인 진단 도구로 사용하도록 교육합니다. 10 % 및 20 % 아세토나이트릴 이동상으로 얻은 실행 시간은 예정된 강의실 기간에 비해 너무 길다. 이는 페놀 성 산의 Ka1의 경우처럼 전하가 생성되고 (HA ↔ H+ + A-) 정전기 상호 작용이 중요해지면 전하가 없는 산의 해리에서 유기 성분이 증가함에 따라 매질의 극성이 감소하는 것과 일치한다.

51 Ⓒ땅콩 CONTENTS CONCLUSSION 성공요인은?

52 CONCLUSSION 이 실험은 학생의 HPLC 사용을 산의 해리 상수 결정에까지 확대합니다.
4 CONCLUSION CONCLUSSION 이 실험은 학생의 HPLC 사용을 산의 해리 상수 결정에까지 확대합니다. 그것은 작은 분자의 분리 및 확인을 위해 HPLC를 사용하여 이전의 실험을 확장하고 비선형 회귀, 잔류 물 분석, 버퍼의 준비 및 정전기 및 용매 효과에 대한 고려를 추가합니다. 사용 된 화학 물질 및 기구는 학부 분석 화학 실험실에서 사용 할 수 있으며 실험은 비교적 안전합니다.

53 Ⓒ땅콩 CONTENTS REFERENCES 성공요인은?

54 REFERENCES REFERENCES 5
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55 감사합니다