Kevin Dooling, Kurt Bodenstedt, and Michael F. Z.

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1 Kevin Dooling, Kurt Bodenstedt, and Michael F. Z.
A Caffeinated Boost on UV Spectrophotometry : A Lab for high school Chemistry or an Introductory University Chemistry Course 남 기 선 이 소 현 J. Chem. Educ. April 24, Kevin Dooling, Kurt Bodenstedt, and Michael F. Z.

2 Contents 1. ABSTRACT 2. BACKGROUND 3. EXPERIMENTAL PROCEDURE
4. HAZARDS 5. CALCULATIONS 6. RESULTS 7. DISCUSSION 8. REFERENCES

3 1. ABSTRACT

4 1. ABSTRACT 학생들이 주어진 샘플 속 카페인과 수분 함량의 계산을 통해 전 세계 커피 원산지를 확인한다.
이 실험은 기초적인 학급의 학생들로 하여금 더 놀라운 화학적 분석 과정과 Beer-Lambert 법칙의 이해를 제공한다. 커피수용액으로부터 카페인을 추출할 수 있고 UV분광을 이용하여 카페인 함량을 결정할 수 있다. 궁극적으로 학생들은 분광 기술과 실습 문제 및 과학자들로부터 제기된 과제를 해결하며 적용한 이론들의 경험을 얻게 된다.

5 2. BACKGROUND

6 2.BACKGROUND 이 실험은 백분율 질량, 몰 농도, 희석 그리고 Beer-Lambert Law로 표현되는 흡광도와 농도
사이의 관계에 대한 학생들의 이해를 돕는다. 조사 시 학생들은 실험 데이터 수집과 정량 분석을 실시하고, 과학적 탐구를 통해 커피 샘플의 원산지를 예측한다. 개별 시료를 통과하는 빛의 양 : Beer-Lambert Law : 희석식 :

7 3. EXPERIMENTAL PROCEDURE

8 카페인 흡수의 교정 곡선 3. EXPERIMENTAL PROCEDURE
① 카페인(CAS number: )의 몰 흡수율 결정을 위해 표준 교정 곡선을 사용한다. ② 저장액은 100mL 부피플라스크에 1.00mmol의 카페인 19.4g을 넣고 탈염수로 희석시켜 준비한다. ③ 다음 4가지 농도의 표준 설정을 위해 저장액을 사용한다. (학생들에게 교정 곡선의 보충자료로써 이 표준 농도를 사용한다.) 4가지의 설정된 표준 농도 2.00 × 10-5 M 5.00 × 10-5 M 7.99 × 10-5 M 9.99 × 10-5 M

9 카페인 추출과 % 함량의 결정 3. EXPERIMENTAL PROCEDURE ① 표식이 달린 저장된 커피콩을 곱게 간다.
② 1g 의 커피가루 무게를 재고 커피 필터를 받쳐진 유리 깔대기로 옮긴다. ③ 92~98℃로 가열된 탈염수를 50mL 표본 3개 안에 천천히 붓고 비커로 옮긴다. ④ 충분히 식혀 하얀색 침전이 형성되면 원심분리 후 부유물은 비커에 옮긴다. ⑤ 100mL 부피 플라스크에 5mL의 추출물을 넣고 탈염수로 희석한다. ⑥ 희석한 샘플을 UV 분광기를 이용하여 분석한다.

10 물의 % 함량 결정 3. EXPERIMENTAL PROCEDURE ① 전체 커피콩을 2g으로 무게를 재고 50mL 비커에
옮긴 후 샘플들을 190~200℃ 온도의 오븐에 둔다. ② 10분 정도 로스팅 후, 샘플을 커피 필터가 받쳐진 유리 깔대기로 옮긴다. ③ 탈염수를 부어 식힌 후, FUME 후드에 이틀간 방치한다. ④ 건조된 샘플의 무게를 재고 질량 차이만큼의 수분 손실을 통해 질량 퍼센트를 구한다.

11 4. HAZARDS

12 오븐을 다루는 과정은 화상을 입을 수 있으므로 주의한다.
4. HAZARDS 오븐을 다루는 과정은 화상을 입을 수 있으므로 주의한다. 로스팅 한 샘플을 옮겨 담을 때, 화상을 입을 수 있으므로 주의한다.

13 5. CALCULATION

14 5. CALCULATION 순수한 카페인과 알려진 카페인의 퍼센트 함량과
물의 흡수 검량선을 학생들에게 제공한다.(Table 1) 샘플의 카페인 퍼센트는 희석된 추출물을 UV 분광광도계로 흡수한 에너지 양을 얻어서 측정한다. 희석 된 카페인 추출물이 얻은 흡광도는 Beer-Lambert Law를 사용하여 몰 농도로 변환한다.

15 5. CALCULATION 희석된 추출물의 농도를 알았다면 희석식을 사용하여 원래 양조의 농도를 구한다.
몰 농도는 카페인의 질량(g)으로 변환하여 질량(w/w)의 비율로 카페인 결과 추출에 사용되는 커피 가루의 질량과 비교한다. 커피콩의 사전 로스트와 사후 로스트 질량 차이는 물의 손실 차에 기인한다. 질량의 변화는 주어진 샘플의 퍼센트 물(w/w)로 변환 할 수 있다.

16 5. CALCULATION

17 6. RESULTS

18 6. RESULTS 카페인의 UV 스펙트럼 출처 : SpUV-cafeine.PNG

19 6. RESULTS 저온 시나몬 로스트는 콩에서의 변화를 Maillard 반응에서 볼 수 있는 단백질, 설탕, 페놀 등의 분해
가 아닌 오직 물의 손실임을 확인하기 위함이다. 학생들의 데이터를 확인한 결과 커피 샘플의 카페인 함량은 1.18% ~ 2.15% 범위이고 물은 3.51% ~ 11.67%이였다. 학생들에게 제공한 표에 나열된 미지의 샘플이나 커피 샘플의 원산지에 대한 정확한 식별이 가능하도록 데이터를 제한했다.

20 7. DISCUSSION

21 7. DISCUSSION 그룹 활동을 통해 여러 번의 실험을 거쳐 실험적 데이터를 평균화시키고 오류를 제거해 정확성을 높인다. 수분 함량의 일관성을 유지하기 위해 새로운 샘플을 사용한다. Table 1에서의 조사를 시작할 때 학생들에게 제공하는 미지의 항목 수를 제한한다. 특정 수업 기간에 사용되는 다양한 미지의 커피 샘플들의 수를 제한한다.

22 8. REFERENCES

23 8. REFERENCES

24 Thank You