Rhodamine 유도체를 이용한 액체와 고체상태에서의 산성 조건 검출 형광화학센서의 연구

변지민 연세대학교 대학원 2013 국내석사

현재 rhodamine 유도체들은 다양한 이온들을 검출하는데 널리 사용 되고 있다. Rhodamie의 spirocyclic 구조는 형광과 색 변화를 나타내지 않지만 이온 등과의 결합으로 인해 ring이 열린 구조를 갖게 되면 형광과 함께 색 변화를 나타내게 된다. 이러한 원리를 이용하여 지금까지 양이온, 음이온 등을 검출하는 많은 형광화학센서들이 보고되었다. 하지만 현재까지 보고되어 있는 rhodamine 형광화학센서들은 모두 spiro-5 membered ring의 구조를 가지고 있다. 이 점에 착안하여, 본 연구에서는 rhodamine spiro-6 membered ring의 새로운 분자 구조를 갖는 형광화학센서를 개발하고자 하였다. 합성한 rhodamine spiro-6 membered ring의 센서 분자들은 같은 결합자리를 갖는 spiro-5 membered ring의 분자와는 달리 acidic solution 상에서 더욱 우수한 색 변화와 형광 증가를 나타냈으며, rhodamine spiro-6 membered ring 구조의 결합자리에 따라 형광 증가가 변화함을 확인하였다. 이를 통하여 새로운 rhodamine hydroxamate spiro-6 membered ring 구조를 갖는 pH Indicator로서 활용 가능한 형광화학센서의 개발 가능성을 제시하였다.

이온 크로마토그래피와 유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용한 식품 중 비소 화학종 분석 연구

김향미 목포대학교 대학원 2008 국내석사

<Abstract> Speciation of arsenic in food and dietary supplements is essential in order to provide a meaningful assessment of exposure due to differences in toxicities of the chemical forms. In this study, ion chromatography has been coupled with mass spectrometry to quantitatively determine arsenic species in seaweed and rice. The separation of the five arsenic species, As(III), As(V), MMA, DMA, and AsB were achieved by an anionic separator column (AS 7) with a gradient elution system, then the arsenic species were selectively detected by inductively coupled plasma mass spectrometry. In a hizikia, As(V) was the main As species, and the other trace As species, As(III), DMA, and AsB were found. As(III) and As(V) was the main species in rice. <국문초록> 화학적 형태가 다른 비소 화학종들은 종별 독성이 다르기 때문에, 식품 중의 화학종들에 대한 분석은 필수적이다. 이를 위해 본 연구에서는 IC(이온크로마토그래피) 와 ICP-MS(유도 결합 플라즈마 질량분석기)를 사용해 쌀 중 비소화합물을 분리 및 정량했다. 우선 비소 화학종 추출에 관한 연구가 실행되어 최적의 추출 방법이 선택되었고, 추출된 화학종들을 정량 분석하였다. 본 연구에서는 톳, 폐광 지역 주변과 일반지역에서 수확한 쌀에 대해서 비소 화학종(Arsenite, Arsenate, MMA, DMA)를 분리하였다. 톳에서는 As(V) 가 주요 비소화학종이었고 As(III), DMA, AsB 와 같은 미량의 비소종이 검출되었다. 쌀의 경우는 As(III)와 As(V)가 주요 종이었다. 비소의 총 농도만을 측정하던 기존의 연구와는 달리 본 연구에서는 비소를 화학종별로 분리하여 정량하였다.

Li1+xTa1-xZrxSiO5 (x=0-0.3) 산화물계 고체 전해질의 전기화학적 특성 개선에 관한 연구

김영아 전남대학교 2023 국내석사

최근 지구 연 평균 이산화탄소 농도, 기온, 해수면 상승 등의 지구온난화가 가속화됨에 따라 전 세계적으로 환경에 관한 관심이 높아지고 있다. 이를 억제하고자 글로벌 국가들은 탄소중립을 선언하였고, 우리나라 또한 탄소중립 전략을 선언하는 등 환경 규제가 강화되고 있다. 최근 환경을 보호하고 개선하기 위한 방안으로 높은 비에너지와 높은 에너지밀도를 가진 리튬이차전지에 관한 관심이 높아지고 있다. IT 기기, 전기자동차(Electric Vehicle, xEV), 에너지 저장 시스템(Energy Storge System, ESS)을 포함한다. 특히, 화석연료의 의존도를 낮추고 온실가스 배출을 줄이기 위한 방안으로 전기 자동차용 리튬이차전지가 주목받고 있다. 세계적으로 이차전지의 수요가 증가하면서 전기 자동차용 전지, ESS용 전지의 수요 및 공급이 급격하게 증가하고 있다. 이에 따라 리튬이차전지는 소형 기기에서 중대형으로 적용이 확대되면서 높은 안정성, 높은 수명특성, 저온 특성 등이 요구되고 있다. 특히, 기존 리튬이차전지는 가연성 유기물 액체 전해질을 포함하고 있어 화재 및 폭발에 대한 안정성 문제가 대두되고 있다. 이에 따라, 상용화된 액체전해질을 사용하는 리튬이차전지의 연소성, 부식성, 열적 불안정성 문제를 해결하기 위해 고체 전해질을 사용하는 전고체전지가 차세대 에너지 저장 장치로 주목받고 있다. 리튬이차전지용 고체 전해질에 대한 연구가 확대됨에 따라 고체 전해질의 물성 및 전기화학적 특성을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 전고체전지는 기존 액체전해질을 사용하는 리튬이차전지 보다 높은 전기화학적 안정성, 높은 화학적 안전성, 높은 에너지밀도, 높은 출력특성을 보인다. 그러나 전고체전지의 성능은 액체전해질을 사용하는 기존 리튬이차전지 성능에 전반적으로 미치지 못한다는 문제점이 있다. 그 이유는 산화물계 고체 전해질과 고분자계 고체 전해질의 경우 상대적으로 낮은 이온 전도도(<10-2 S/cm), 전극과의 높은 계면저항 인해 기존 리튬이차전지에서 구현되는 성능을 전고체전지가 구현하기에는 한계가 존재하기 때문이다. 따라서, 본 연구에서는 LiTaSiO5 고체 전해질을 볼밀링 방법을 이용해 합성하였고, 소성 온도 및 시간을 다양하게 변화시킨 LiTaSiO5 고체 전해질의 구조 및 전기화학적 분석을 수행하였다. 전기화학적 특성은 EIS 분석을 통해 이온 전도도 값을 계산하여 평가하였다. 먼저 소성 온도 최적화를 통해 monoclinic 구조의 LiTaSiO5 고체 전해질을 합성하였다. 1050℃에서 6시간 동안 소성한 LiTaSiO5 고체 전해질은 7.76×10-8 S/cm의 이온 전도도를 나타내었다. 또한, 위의 온도에서 다양한 소성 시간에 따른 결정 구조 및 전기화학적 분석 결과를 비교하여 상관관계를 확인하였다. 그 결과, 소성 시간을 12시간으로 진행했을 때, 가장 높은 1.78x10-7 S/cm의 이온 전도도를 나타내었다. 그러나, 소성 온도 및 시간에 관계없이 모든 시료 표면에 크랙이 관찰되어 추가적인 연구가 필요하다. 다음으로, 조성을 다양하게 변화시킨 Li1+xTa1-xZrxSiO5 고체 전해질의 결정 구조 및 전기화학적 분석을 수행하였다. 화학양론에 따라 Ta5+ 조성을 줄이고 Li+, Zr4+ 각각의 조성을 증가시키는 방향으로 수행하였다. 그 결과 리튬과 지르코늄의 첨가가 이온 전도도 향상에 긍정적인 효과가 있는 것을 확인하였다. 지르코늄의 조성이 증가할수록 입자 사이즈 증가 및 기공이 감소하는 경향을 보였으며, 지르코늄 치환조성이 10mol% 이상에서 시료 표면에서의 크랙이 사라졌음을 확인하였다. 따라서, 소성 온도 및 소성 시간 최적화 그리고 치환 조성을 최적화하여 높은 이온 전도도를 나타내는 Li1.1Ta0.9Zr0.1SiO5 고체 전해질을 합성하였다. 최종적으로, Li1.1Ta0.9Zr0.1SiO5 고체 전해질의 이온 전도도는 2.01×10-5 S/cm로 초기 조건에서의 LiTaSiO5 고체 전해질 7.76×10-8 S/cm에 비해 약 250배 향상되었다. 이는 시료 표면 크랙 감소 및 상대 밀도 증가를 통해 이온 전도도가 향상되었다고 판단하였다. Recently, as global warming such as the average annual carbon dioxide concentration, temperature, and sea level rise accelerates, interest in the environment is increasing around the world. To curb this, global countries have declared carbon neutrality, and Korea is also strengthening environmental regulations, such as declaring carbon neutral strategies strategy. Recently, interest in lithium secondary batteries with high specific energy and high energy density has been increasing to protect and improve the environment. It includes IT devices, electric vehicles (xEVs), and energy storage systems (ESSs). Lithium secondary batteries for electric vehicles are drawing attention to reduce dependence on fossil fuels and greenhouse gas emissions. As the demand for secondary batteries increases worldwide, the demand and supply of batteries for electric vehicles and ESS batteries are rapidly increasing. As a result, a lithium secondary battery is required to have high stability, high life characteristics, and low temperature characteristics, as its application is expanded to medium and large in small devices. Particularly, the existing lithium secondary battery uses combustible organic liquid electrolytes, which poses the issue of stability against fire and explosion. Accordingly, solid state batteries using solid electrolytes are attracting attention as next-generation energy storage devices to solve the problems of combustibility, corrosiveness, and thermal instability of lithium secondary batteries using commercialized liquid electrolytes. As research on a solid electrolyte for a lithium secondary battery expands, various studies are being conducted to improve the physical properties and electrochemical properties of the solid electrolyte. A solid-state battery exhibits higher electrochemical stability, higher chemical safety, higher energy density, and higher output power characteristics than a lithium secondary battery using a conventional liquid electrolyte. However, there is a problem that the overall performance of the solid-state battery is less than that of the existing lithium secondary battery using a liquid electrolyte. This is because in the case of the oxide-based solid electrolyte and the polymer-based solid electrolyte, relatively low ion conductivity (<10-2 S/cm) and high interfacial resistance with the electrode are limited to implement by the solid-state battery. Therefore, in this study, the LiTaSiO5 solid electrolyte was synthesized using the ball milling method, and the structure and electrochemical analysis of the LiTaSiO5 solid electrolyte that variously changed the firing temperature and time were performed. The electrochemical characteristics were evaluated by calculating the ion conductivity value through EIS analysis. First, a monoclinic LiTaSiO5 solid electrolyte was synthesized by optimizing the firing temperature. The LiTaSiO5 solid electrolyte fired at 1050°C for 6 hr showed ion conductivity of 7.76×10-8 S/cm. In addition, the correlation was confirmed by comparing the crystal structure and electrochemical analysis results according to various firing times at the above temperature. As a result, when the firing time was performed for 12 hours, the highest ion conductivity was 1.78x10-7 S/cm. However, cracks are observed on all sample surfaces regardless of firing temperature and time, so further research is needed. Next, the crystal structure and electrochemical analysis of the Li1+xTa1-xZrxSiO5 solid electrolyte whose composition was variously changed were performed. It was carried out in the direction of reducing the composition of Ta5+ and increasing the composition of each of Li+ and Zr4+ according to the stoichiometry. As a result, it was confirmed that the addition of lithium and zirconium has a positive effect on improving ion conductivity. As the composition of zirconium increased, the particle size increased and pores decreased, and it was confirmed that cracks on the sample surface disappeared at more than 10% by mol of the zirconium replacement composition. Therefore, Li1.1Ta0.9Zr0.1SiO5 solid electrolyte exhibiting high ion conductivity was synthesized through optimization of firing temperature, firing time, and substitution composition. Finally, the ion conductivity of the Li1.1Ta0.9Zr0.1SiO5 solid electrolyte was 2.01×10-5 S/cm, which was improved by about 250 times compared to the LiTaSiO5 solid electrolyte 7.76×10-8 S/cm under initial conditions. It was determined that ion conductivity was improved through a decrease in sample surface crack and an increase in relative density.

내용 요소를 통한 화학II 교과서와 수학능력시험 문항과의 연계성 분석 : 산화-환원 반응을 중심으로

성연규 고려대학교 교육대학원 2011 국내석사

본 연구의 목적은 산화-환원 반응과 관련하여 고등학교 화학Ⅱ 교과서와 수학능력시험 화학Ⅱ 문항과의 연계성 분석에 그 목적이 있다. 분석의 대상은 교과서 분석의 경우 8종의 검정된 화학Ⅱ 교과서중 3종을 선택한 후 산화-환원 반응과 관련된 단원의 공통된 내용을 중심으로 분석을 하였다. 수학능력시험 화학Ⅱ 문항 분석은 7차 교육과정에 따라 출제되기 시작한 2005년 이후 2011년까지의 화학Ⅱ 문항 중에서 산화-환원 반응과 관련된 문항을 선별하여 분석하였다. 분석의 결과는 아래와 같다. 첫째, 수학능력시험 화학Ⅱ 영역에서 산화-환원 반응과 관련한 문항은 매년 일정한 비율로 출제 되고 있음을 알 수 있었다. 문항수와 배점 비율은 매년 10%정도를 나타내었으며, 단원 별 출제 누적 문항수 비율은 산화와 환원 단원이, 배점 비율은 전기 분해 단원이 가장 높았다. 또한 행동 영역별 문항 유형에 따른 분석에서 이해 및 적용과 자료 분석 및 해석 유형이 산화-환원 반응과 관련한 문항을 양분하고 있었으며 배점 비율은 자료 분석 및 해석 유형이 55.9%로 높았다. 특히 전기 분해 영역에서는 자료 분석 및 해석 문항의 배점이 높아서 화학Ⅱ 문항의 변별도에 큰 영향을 주고 있음이 예상되었다. 둘째, 내용 요소에 따른 분석에 따르면 화학Ⅱ 교과서와 수학능력시험 화학Ⅱ 영역의 출제 문항과의 연계성은 80%이상으로 확인되었다. 교과서 내용과 수학능력시험 문항 분석을 통해 산화-환원 반응과 관련된 내용 요소는 총 20개가 선별되었고, 이 중 16개가 공통된 내용 요소로 판별되어 내용 요소에 따른 연계성은 80%로 산출되었다. 하지만 공통되지 않은 내용 요소들은 화학Ⅰ 교과와 화학Ⅱ의 다른 단원에서 이미 제시되어 있기 때문에 수학능력시험 화학Ⅱ 출제 문항에 제시된 내용 요소들은 실질적으로 모두 교과서에 제시되어 있다고 할 수 있었다. 셋째, 내용 요소의 출제 빈도에 따른 분석을 통해 산화-환원 반응의 기본적인 내용 요소와 이를 이용한 전기 분해 내용 요소의 출제 빈도가 높음을 확인할 수 있었고, 매년 내용 요소의 절반에 가까운 요소들이 출제 되고 있음을 알 수 있었다. 산화-환원 반응 관련 단원별 내용 요소의 출제 누적 빈도수는 산화와 환원 단원이 44%로 가장 높았고, 연도에 따른 내용 요소의 출제 빈도수는 평균 41%로 산출되었다. 결론을 종합하면, 산화-환원 반응 영역에서는 매년 일정한 비율의 문항이 관련된 내용 요소를 고루 포함하며 출제되고 있고 교과서와의 연계성도 높아서 무엇보다도 교과서 중심으로 기본적인 내용을 학습하는 것이 중요함을 알 수 있었다. 특히, 전기 분해 단원에서 자료 분석 및 해석 유형의 문항 배점이 높으므로 산화-환원 반응과 관련한 기본적인 지식을 일차적으로 학습하되, 이를 전기 분해와 같은 구조화된 부분에 적용할 수 있는 능력을 배양하는 것이 중요하다고 생각된다.

중학교 교과서 화학영역 중 실험현황분석과 학생들의 만족도 조사

강언희 단국대학교 2006 국내석사

In this research, I have studied about the teacher's choice and exclusion among the various experiments in the basic research and student’s satisfaction on the course. Through this research, we plan to induce the improvement and affirmative opinion about experiment activity. In order to investigate the preference to experiment class in the middle school chemistry course, I have analyzed the contents of five chemistry text books which are newly published by the 7th education course and handled in first- and second-year student of middle school. According to the analyzed results by questionnaire, I have investigated what type of experiment is selected and the actual condition of scientific experiment. With the research result, I drew the student’s satisfaction to the experiment class. In first-year student’s chemistry course, there are three large chapters of ‘three states of materials’, ‘molecular exercise’, and ‘state change and heat energy’. And each chapter has various experiment topics in 2 to 7 unit. In second-year student’s chemistry course, there are two large chapters of ‘material property’ and ‘separation of mixture’. And each chapter has topics of 3 to 8 unit. The experiment topics in first-year student’s course that teachers most frequently select are Ice fusion and temperature change in state change and energy unit and pressure and volume change of gas in molecular exercise unit. In second-year student course, teachers selected the topic of color separation of pen ink and separation of water-ethanol mixture in mixture separation unit.The selection reason is because the topic means important content for raising the course understanding. In first-year student course, the experiment topics that teachers do not select most are 'to explain state change in a molecular model' and 'State change of material' in three state of material unit. And the topic is 'Classification of immiscible liquid mixture' in mixture separation unit in second-year student course. The exclusion reason is because the topic is too easy and changeable with other topic. The value of satisfaction about experiment is over ordinary in most questions. It is no relation with grade and gender. In this research, teachers chose the topic according to course understanding and important content because the topic is dealt in exam and related with a future entrance exam. In order to raise the interest for science and make a dream to be a scientist or engineer, we have to exuviate red taped experiment and perform an interesting and inventive experiment. Together, the experiment is not only confirmation process to get an expected result but the active process in which the one adds one’s thought and inquires an inventive question. Then it may be more effective through reciprocal action between teacher and student. 본 연구는 기본 탐구활동의 다양한 유형의 실험들 중 현직교사가 어떤 실험을 선택하고, 배제하는지 경향성을 조사하고, 학생들의 만족도를 조사하여 보다나은 실험활동의 개선점과 실험수업에 대한 긍정적인 반응을 유도하는데 목적을 두었다. 중학교 과학과 화학영역에서 실험수업에 관한 교사들의 선호도를 알아보기 위하여 제 7차 교육과정에 의해 새로이 편찬된 중학교 과학 교과서 중 중학교1, 2학년 5종의 교과서의 화학영역에서 다루어지고 있는 실험수업의 내용을 분석하였다. 분석된 결과를 토대로 설문지를 작성하여 과학실험의 기초실태 및 교사들에 의해 어떤 실험들이 선택되는지 분석하고 조사하였다. 이의 결과를 바탕으로 학생들의 실험수업의 만족도를 조사하였다. 연구결과 중학교 1학년 화학영역은 물질의 세 가지 상태, 분자의 운동, 상태변화와 열에너지라는 3개의 대단원으로 구성되어 있으며, 각 단원별로 실험 주제는 교과서별로 달랐으며 2~7개가 있는 것으로 분석되었다. 중학교 2학년 화학영역은 물질의 특성, 혼합물의 분리라는 2개의 대단원으로 구성되어 있고, 각 단원별로 3~8개의 주제가 있는 것으로 분석되었다. 중학교 1학년 화학영역의 실험 중에서 교사들이 현장에서 가장 많이 선택하는 실험은 상태변화와 에너지 단원의 ‘얼음의 융해와 온도변화’와 분자의 운동단원의 ‘기체의 압력과 부피변화’로 나타났다. 중학교 2학년에서는 가장 많이 선택하는 실험으로 혼합물의 분리단원의 ‘사인펜 잉크의 색소분리’와, 같은 단원의 ‘물과 에탄올 혼합물의 분리’로 나타났다. 선택이유로는 1,2학년 모두 학습의 이해도를 높이고 중요한 내용이기 때문으로 나타났다. 중학교 1학년 화학영역의 실험 중에서 교사들이 현장에서 가장 많이 선택하지 않는 실험은 물질의 세 가지 상태 단원의 ‘분자모형으로 상태변화 설명하기’와 ‘물질의 상태변화’로 나타났고, 2학년은 혼합물의 분리 단원의 ‘섞이지 않는 액체 혼합물의 분류’로 나타났다. 선택하지 않는 이유로는 다른 실험으로 대체하거나 너무 쉬운 내용이어서 이론만으로도 설명이라는 의견이 많았다. 실험에 대한 만족도는 1,2학년 대부분 문항에서 보통이상으로 나타났으며 각 학년과 성별과는 유의미한 차이가 없이 무관한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 실험 선택 시 교사들은 ‘학습의 이해’와 ‘중요한 내용’이기 때문에 즉 시험에서 다루어지고, 향후 입시와 관련될 것이기 때문에 실험을 선택한다고 하였다. 청소년기 학생들이 과학을 좋아하고, 미래 과학 기술자로 꿈을 키워나가기 위해서는 탐구와 실험중심의 과학체험활동에 중점을 두어야 함으로 형식에 얽메인 교과서 내에서의 실험에서 탈피하여 창의적이고 흥미있는 실험도 같이 병행되어져야 할 것이다. 아울러 실험수업 시 예상된 결과를 얻기 위한 확인과정이 아니라, 제기된 문제에 자신의 생각을 첨가하고, 창의적인 질문을 하는 등 교사와 학생들의 상호작용을 통해 문제해결을 위한 실험수업이 된다면 보다 효과적일 것이다.

제7차 교육과정에 의한 고등학교 화학Ⅰ 교과서의 탐구실험 선택도에 대한 실태 조사

임수현 한국교원대학교 교육대학원 2008 국내석사

이 연구는 제7차 교육과정에서 강조하고 있는 탐구 활동의 효율적인 운영을 모색하기 위해서 제7차 교육과정 화학Ⅰ의 8종 교과서에 공통으로 수록되어 있는 실험을 바탕으로 실험 선택도를 조사한 것이다. 연구를 위하여 H대학교 교육대학원에 재학 중인 화학교사와 J소재 고등학교에서 근무 중인 화학교사 71명을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 연구 결과, 제7차 교육과정 화학Ⅰ교과서의 실험에서 물 단원이 가장 많이 실시되고 있었으며, 주변의 탄소화합물, 금속, 공기, 생활 속의 화합물 순으로 실시 비율이 낮았다. 단원별 가장 많이 실시하는 실험은 앙금 생성 반응, 기체의 부피와 압력의 관계, 알칼리금속의 성질과 반응성, 메탄의 분자 모형 만들기, 알데히드의 반응, 나일론 합성, 비누의 제조 실험이었다. 실시하는 실험의 선택 이유는 학습의 이해도를 높이기 위해 선택한다고 응답한 교사들이 가장 많았으며, 흥미 유발을 위해 선택한다고 응답한 교사도 높은 비율로 조사되었다. 제7차 교육과정 화학Ⅰ교과서는 자연 과학의 고유한 탐구 방법인 실험의 비중을 증가 시켰지만 실제로 실시되고 있는 실험은 많지 않은 것으로 조사되었다. 화학Ⅰ교과서에는 단원별로 다양한 실험 주제가 수록되어 있지만, 교과 내용 및 수업 시수에 비해 탐구 실험이 많이 수록되어 실험 시간이 부족하고 진도에 맞추기가 어려운 것으로 나타났다. 따라서 교사들은 한정된 시간에 개념 설명 및 탐구 학습을 하기 위해 학습 이해도를 높이고 결과가 잘 나타나는 실험을 실시하기를 원하였고, 흥미 유발을 위한 실험을 선호하였다. 연구 결과에 따르면 실제로 화학Ⅰ교과서를 통한 현장 실험은 지도함에 있어서 상당한 어려움이 있음이 조사되었다. 대부분의 화학 교사들이 실험 실습을 통한 수업이 학습 이해도를 높이는데 바람직하다고 생각하고 있었으나, 실험 시간이 부족하고 중학교 과정과 중복되는 너무 쉬운 실험이 있으며 결과가 확실하지 않은 실험 및 방법이 복잡한 실험이 수록되어 실시하기에는 어려움이 있다고 응답하였다. 이러한 이유로 교사들은 교과서 실험의 부족한 부분을 교과서 외 다른 곳에서 발췌하여 실시하고 있었다. 이러한 연구 결과로 볼 때, 제7차 교육과정 화학Ⅰ교과서는 교과 내용 및 수업 시수를 고려한 실험 개수의 조정이 필요하고, 학생 수준 및 현장을 고려한 실험을 개발하여 교육 현장에 활용할 수 있도록 해야 할 것이다.

Novel SET-Promoted photomacrocyclization reactions of tributylstannyl-terminated phthalimido-polyethers and trimethylsilyl-and carboxylate-terminated phthalimido-polypeptides

김영학 부산대학교 대학원 2003 국내박사

Novel methods for the synthesis of cyclic polyether and cyclic peptide analogs have been developed. In order to develop a novel method for the construction of macrocyclic polyethers, SET-promoted photomacrocyclizations of trimethylsilyl- and tributylstannyl-terminated phthalimido-and maleimido-polyethers, were investigated. The results indicate the excited stated state cyclization processes, which take place that via sequential SET-destannation pathways, produce macrocvclic polyethers more efficiently than the involving sequential SET-desilylation routes do. In addition, differences in product distributions obtained from photoreactions of trimethylsilyl- and tributylstannyl-terminated maleimido-polyethers suggest than more than one mechanistic pathway is followed in excited-state reactions of the tin-containing substrates. The general approach to develop a novel method for the synthesis of cyclic peptide analogs relies on the use of SET-promoted photocyclization reactions of peptides that contain N-terminal phthalimides as light absorbing electron acceptor moieties and C-terminal α-amidosilane or α-amidocarboxylate centers. The cyclic peptide forming photomacrocyclization reactions are initiated by irradiation of the electron acceptor and take place via a sequence involving (1) intramolecular SET from near neighbor amide donor sites to the excited acceptor, (2) amide cation radical migration to the α-amido-silane or α-carboxylate centers, (3) desilylation or decarboxylation to form 1, ω-biradical intermediates, and (4) biradical cyclization. Prototypical substrates are prepared by coupling preformed peptides with the acid chloride of N-phthalimidoglycine. Irradiation of these substrates results in the generation of cyclic peptide analogs in modest to good yields. The chemical efficiencies of these processes are not significantly affected by (1) the lengths of the peptide chains separating the phthalimide and α-amido-silane or α-amido-carboxylate centers, and (2) the nature of the penultimate cation radical α-heterolytic fragmentation process (i. e., desilylation vs. decarboxylation). An evaluation of the effects of N-alkyl substitution of the amide residues in the peptide chain showed that N-alkyl substitution does not have a major impact on tie efficiencies of the photocyclizations reactions but that it profoundly increases the stability of the cyclic peptide.

전기화학적인 방법으로 고정된 나노-니켈입자를 이용한 Biosensor 연구

이금옥 단국대학교 대학원 2014 국내석사

A highly sensitive and selective non-enzymatic glucose sensor has gained great attention because of signal transformation, low-cost, easily handling, and confirming the blood glucose as the representative technology. Until now, enzyme has been put on the electrode with a mediator which can make a smooth electron transfer between electrode and enzyme. However, the bioactivity of GOx is easily impacted by environment factors including temperature, pH value, humidity, and toxic chemicals. In this paper, nickel nanoparticles (NiNPs) was electrodepositied on ITO electrode to overcome the above drawbacks of enzymatic sensor. Ni-based nanomaterials exhibit remarkably catalyzed capability for glucose originating from the redox couple of Ni(OH)2/NiOOH on the electrode surface in alkaline medium. But, interference can be caused by other oxidizable species present in the blood samples such as ascorbic acid, uric acid. So, the polymer was absorbed on Ni-NPs electrode. The electrocatalysis of Ni/ITO toward the oxidation of glucose was evaluated by cyclic voltammetry (CV) and the proposed modified electrode exhibited excellent catalytic activity, specificity and high stability to glucose determination. 전기화학을 이용한 바이오센서는 신호변환이 가장 간단하며, 다루기 편리하고, 저비용으로 측정 가능한 기술로 대표적으로 체내 혈당을 확인할 수 있다. 지금까지 혈당을 측정하기 위해서는 포도당을 산화시켜주는 효소와 전극과 효소 사이에 전자 전달을 원활하게 해주는 매개체를 함께 전극에 고정시켰다. 하지만 이러한 방법들은 pH, 온도, 습도, 화학적 독성물질 등에 영향을 많이 받아 안정성이 떨어지고, 제작에 비용이 많이 드는 단점을 가지고 있다. 본 논문은 위의 단점을 극복하고자 니켈 나노 입자를 전기적 흡착방법을 이용하여 ITO전극에 고정시켰다. 이러한 니켈 나노 입자는 전극의 표면적을 넓혀 신호를 증폭시키는 효과를 가지고 있으며, 포도당과의 전기적인 산화반응으로 촉매전류를 나타낸다. 이에 포도당 농도에 따라서 감응하는 니켈 농도가 최적화된 혈당센서를 제작하였다. 또한 체내에 존재하는 다른 방해 요소들의 간섭을 억제하기 위해 니켈 나노 입자가 고정된 전극에 폴리머를 흡착시킴으로서 포도당에 선택적으로 감응하도록 하였다. Hippuric acid is the representative biochemical indicator as the principal metabolism material when toluene was exposed to the human body. Toluene is the raw material of the adhesive, paint ink, dye, addition agent, etc. The health care of the exposed to this consumer and provider is very important. The immunoassay with on electrochemical method was done for detecting internal hippuric acid rapidly exactly and quantitatively. The nickel metal was electro -chemically fixed by electrode which is the most imperative in the immune system. For confirming its electrical signal, the system employs a conjugate of hippuric acid in which the pyridine group is combined and Fe which is a Group 8 element and has the great electron transfer. The amount of toluene inhaled into the body could be relatively detected using the electrochemical quantitative analysis through competing reaction between this hippuric acid and anti -hippuric acid. This electrochemical analysis was employed by using the voltammetry method. 마뇨산은 톨루엔이 인체에 노출되었을 때의 주된 신진 대사 물질로서 대표적인 생화학적 지표이다. 톨루엔은 접착제, 페인트, 잉크, 염료, 첨가제등의 원료로서, 이것에 노출되는 수요자, 공급자 모두의 건강관리를 위해 매우 중요하다. 이러한 체내의 마뇨산을 빠르고 정확하게 정량적으로 검출하기 위하여 전기화학적인 방법으로 면역분석을 하였다. 면역 시스템에서 가장 중요한 전극으로 니켈 금속을 전기화학적으로 고정시켰으며, 전기적인 신호로 확인하기 위해 전자 전달력이 우수한 8족 전이 금속인 Fe에 피리딘기가 결합된 마뇨산을 배위시켰다. 여기에 마뇨산 항체와의 경쟁반응을 통해 전기화학적인 방법으로 정량함으로서 체내에 흡입된 톨루엔의 양을 상대적으로 검출할 수 있다. 이 전기화학적 분석은 볼타메트리 방법을 사용하였다.

구한말 화학교육 연구

전수영 고려대학교 교육대학원 2010 국내석사

과학은 사회나 역사와 분리하여 생각할 수 없다. 오늘날 과학교육이 우리 문화와 유리되어 있다는 문제점을 인식하고 한국의 역사 속에서 과학이 어떻게 자리매김하였는지를 연구해볼 필요성이 있다. 구한말에 이루어진 과학교육은 일본이나 중국을 통해 도입된 부분에서 모순과 좌절의 노력이 있었지만, 자주적인 과학교육의 움직임이 극명하게 나타나고 있던 시기이다. 또한 이 시기의 과학교육은 현재 한국 과학교육의 기본적인 밑그림을 마련하고 있다. 따라서 구한말 시대의 과학교육에 대한 연구와 평가를 통하여 한국 근대 과학사 연구에 기초자료를 제공하고 앞으로의 과학교육의 방향을 설정하는데 의미 있는 기여를 할 것이다. 오늘날 우리가 “科學”이라고 부르는 근대의 과학기술은 우리 역사 속에서 자생한 것은 아니었다. 17세기 서양에서의 과학혁명 이후 서양이 낳은 근대과학은 중국을 거쳐 조선시대의 지식층인 실학자들에게 전파되었다. 실학자의 근대 과학기술에 대한 관심은 절실한 요구 속에서 일어난 것이 아니라 호기심과 흥미, 실용성이 서양과학기술의 우수성을 인식시켜 줄 뿐이었다. 1895년 소학교령이 반포되고 “지식과 기능을 확실히 하여 실용에 적합하고 일상생활에 필요한 사항을 선택하여 가르치고 반복 연습하여 응용을 활용하도록”하여 실용본위의 일상생활에 직결한 지식기능의 교육에 주안점을 두게 된다. 이를 위해 이과는 실지의 관찰을 중시하고 표본, 모형, 도면과 그림 등을 주어 간단한 실험도 시행하도록 하였다. 또한 관립중학교나 관립고등학교에서는 보통 3~4시간씩 화학 교육과정을 포함하고 있다. 물리, 화학 분야의 지식이 서양 각국의 물질문명을 성공시킨 주요인으로 인식되면서 국가의 힘을 키울 수 있는 주요 학문 영역으로 강조되었다. 물리, 화학은 보통학교를 비롯하여 각급 학교에서 교수되었는데, 물리, 화학은 제반 자연현상에 대한 지식과 이들의 상호관계 및 인간과의 관계에 대한 이해를 제공하며, 아울러 실제 생활에 적용되는 각종 효용의 예 등에 관해 배우는 실용적 지식 분야였음을 알 수 있으며 당시로서는 상당히 선진적인 과학기술 분야였던 관계로 이에 대한 개론적 지식을 소개하는 서적들이 많이 발행되었다. 개화기 출판되었던 교과서 중 보통학교 화학교과서, 화학강의참고서, 중등무기화학 등을 살펴보면 오늘날의 실험실에서 진행되고 있는 실험 내용이 비슷하게 나와 있다. 물의 전기분해, 증류법, 수소와 산소의 제법 등 오늘날 화학교육과정에 제시되어 있는 내용이 구한말에도 실험과 실습이 진행되었음을 알 수 있다. 1883년 10월 한국 최초의 신문인 「한성순보」가 발간되었는데 매우 계몽적인 역할을 하였다. 국내외의 정세를 알릴뿐만 아니라, 서양 과학기술의 소개에도 특별한 관심을 가지고 기술 수용의 중요성을 역설하고 있다. 공기, 산소, 질소, 일산화탄소 등에 관한 성질과 제법이 기사로서 나와 있고 열기구의 원리와 기압계, 온도계, 망원경에 관한 내용도 포함되어 있다. 또한 독립신문이나 야뢰, 대동학회월보, 대한유학생학보 등에서도 화학과 관련된 기사가 꾸준히 게재되어 국민들에게 서양과학의 우수성과 필요성을 계몽시키는 역할을 하였다. 구한말은 일본이나 중국을 통해 도입된 과학교육에 모순과 좌절의 노력이 있었지만, 정부와 민간에서 구교육을 근대화하려는 노력이 활발하게 전개되어 자주적인 과학교육의 움직임이 극명하게 나타나고 있던 시기이다. 또한 이 시기의 과학교육은 현재 한국 과학교육의 기본적인 밑그림을 마련하고 있다. 따라서 구한말 시대의 과학교육에 대한 연구와 평가를 통하여 앞으로의 과학교육의 방향을 설정하는데 의미 있는 기여를 할 것이다.

에너지 변환/저장장치용 타이타늄 전극소재 합성 및 전기화학적 특성 연구

김경옥 울산대학교 대학원 2013 국내석사

최근 기후변화 위기에 대한 심각성이 세계적인 공감대로 확장됨에 따라 청정자원을 이용한 재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있다. 그 중에서도 태양에너지는 저렴하고 안정적으로 에너지를 확보할 수 있는 장점이 있으므로, 미래의 중요한 에너지원이 될 것이다. 인공위성, 산업용으로 사용되던 태양전지가 가정용으로의 사용범위가 확대되고 있는 실정이며, 제조단가가 더 저렴하고 건물의 외벽이나 유연성 있는 응용제품으로 구현될 수 있는 제 3세대 태양전지인 염료감응형 태양전지가 주목을 받고 있다. 그러나 아직 상용화된 실리콘 태양전지에 비해 효율이 많이 낮은 단점을 해결해야 하는 과제를 가지고 있다. 그리고 변환된 에너지를 저장할 수 있는 에너지 소자로서 휴대용 전자기기의 전원인 소형 IT용으로 사용된 리튬이차전지는 최근에는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 및 EV(Electric Vehicle)와 같은 비IT용 전원으로서도 중요성을 더하고 있다. 한편으로 응용기기가 복잡해지면서 요구되는 특성도 한층 강화되었다. 특히, 중대형 전지의 개발로 인해 높은 작동전압, 고용량, 긴 수명 및 안정성이 요구된다. 본 연구에서는 에너지 변환/저장장치용 타이타늄 전극 구조를 변화시키고, 소재를 합성하였으며 그에 따른 전기화학적 특성을 연구하였다. 낮은 변환효율을 증가시키기 위해 염료감응형 태양전지의 TiO2 전극을 변화, 전기 자동차용으로 사용 가능한 고안정성, 고출력 성능을 가지는 음극활물질인 Li4Ti5O12을 합성하고, 각각의 성능을 평가하였다. 염료감응형 태양전지의 TiO2 전극은 염료가 충분히 흡착할 수 있는 자리와 생성된 전자가 기판까지 잘 도달할 수 있는 경로를 제공하는 중요한 역할을 한다. 성능 향상을 위해 TiO2전극의 입자 크기와 두께를 달리하였고, 기판과 전극의 표면을 TiCl4 용액으로 처리, 광 산란층을 도입하였다. 전극 두께를 확인하기 위해 FE-SEM을 측정하였으며, 전기화학적 특성 분석을 위해 전류-전압(I-V) 측정, 교류 임피던스, 양자효율(IPCE), 그리고 전자의 이동과 확산을 연구하기 위해IMPS/IMVS을 측정하였다. 9nm TiO2 가 20nm TiO2 보다 더 넓은 비표면적을 가지므로, 상대적으로 염료의 흡착량이 많지만, 표면에 재결합 자리를 많이 제공해 주므로 보다 낮은 효율을 가진다. 그리고 유효한 확산 거리 내에서 두께를 증가한 전극 또한 염료 흡착량이 증가하므로 효율이 증가한다. 전자-정공 재결합을 줄이고, TiO2 입자 간 연결을 강하게 하기 위해 유리 기판과 전극 표면에 TiCl4 용액으로 처리하면, 전극/염료/전해질 간의 계면 저항이 줄어들고 효율이 증가한다. 그리고 투과하는 장파장의 빛의 손실을 줄이기 위해400nm TiO2를 광 산란층으로 도입하면 효율이 증가한다. IPCE측정을 통해 장파장의 빛의 흡수와 양자효율 증가를 확인할 수 있다. TiO2 전극에 따른 효율 증가의 원인은 IMPS/IMVS 분석을 통해 전자의 이동 및 확산과 관련하여 설명할 수 있다. TiCl4 용액을 처리한 결과 상대적으로 전자 이동 시간은 감소하고 재결합 시간, 확산 계수와 유효 확산 거리가 증가하였다. 그리고 광 산란층을 도입한 전극은 상대적으로 전자 이동 시간이 감소하여 확산 계수가 증가하였다. 에너지 저장장치로 쓰이는 리튬이차전지의 음극 활물질인 Li4Ti5O12는 사이클과 열적 안정성이 뛰어나며 고출력이 가능한 장점을 가지고 있다. 한편, 높은 작동전압과 낮은 용량, 전기전도도가 좋지 않은 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 용액 연소법을 통해 확산 속도가 상대적으로 빠른 나노 크기로 구성된 활물질을 합성하였다. 전기전도도를 향상시키기 위해 탄소 물질을 소량 첨가하였고, 이온 전도도를 증가시키기 위해 산소 자리에 음이온인 Cl을 도핑하여, 상대적으로 높은 성능과 고출력을 구현할 수 있는 Li4Ti5O12을 합성하고 전기화학적 분석을 수행하였다. 합성된 물질의 구조, 화학적 조성, 입자의 형상 및 코팅 층을 확인하기 위해 XRD, ICP, FE-SEM, FE-TEM을 측정하였다. 그리고 리튬이차전지의 전기화학적 특성 분석을 위해 율속 특성, 수명 특성, CV 분석, 확산 계수 계산, 그리고 교류 임피던스 분석 등을 측정하였다. 유기물을 탄화시켜 얻은 활물질의 구조 변화는 없었으며, 얇은 비정질의 탄소 층이 생성되었다. 방전 시 5 C 이상의 높은 율속에서 용량이 상대적으로 증가함을 알 수 있었으며, 교류 임피던스의 저항의 감소와 CV 피크 분석을 통해 전기전도도의 향상을 예상할 수 있다. 그리고 이온 전도도 증가를 위해 산소 자리에 음이온인 Cl을 소량 도핑한 결과 구조의 변화는 없었으며, 율속 특성이 개선되었다. 전기화학적으로 성능이 향상되는 것은 전하 보상(Charge compensation)효과로 예상할 수 있다. Cl이 산소 자리에 도핑이 되면 음전하가 부족하므로 Ti3+/Ti4+ mixing valence를 유발하여 격자 내에서 리튬 이온이 쉽게 탈리 되도록 도와준다. 이와 같이 이온전도도가 향상됨을 예상할 수 있으며, 방전 시 10 C에서 142mAh/g로 높은 용량을 나타내었다.