등흡수점

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1. 개요
2. 등흡수점의 원리
3. 등흡수점의 활용
4. 한국의 등흡수점 연구 동향
참조

1. 개요

등흡수점은 분광법에서 두 물질의 흡수 스펙트럼이 교차하는 특정 파장을 의미한다. 1:1 화학 반응에서 반응 혼합물의 흡광도는 반응 진행률에 관계없이 등흡수점에서 일정하게 유지된다. 이는 두 물질이 해당 파장의 빛을 동일하게 흡수하고 분석 농도가 일정하게 유지되기 때문이다. 등흡수점은 화학 반응 속도론, 의료 분야(산소 측정법), 임상 화학, 유기 합성 등 다양한 분야에서 활용된다.

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등흡수점
일반 정보
명칭	등흡수점
로마자 표기	deungheupsujeom
영어 명칭	Isosbestic point
일본어 명칭	等吸収点 (Tōkyūshuuten)
정의	화학 반응에서 두 가지 이상의 물질이 서로 전환될 때, 전체 흡광도가 변하지 않는 특정 파장
특징
스펙트럼	반응 과정에서 스펙트럼이 교차하는 특정 파장
농도 변화	이 파장에서는 반응물의 농도 변화에 따른 흡광도 변화가 없음
활용	반응 진행 추적 반응 속도 상수 결정 화학 평형 연구
측정 방법
분광광도계	분광광도계를 사용하여 다양한 파장에서 흡광도를 측정
그래프	파장에 따른 흡광도 그래프에서 등흡수점을 확인
주의 사항
조건	등흡수점은 특정 조건 (온도, 용매 등)에서만 나타날 수 있음
간섭	다른 물질의 존재는 등흡수점을 변화시킬 수 있음
관련 개념
흡광도	빛이 물질을 통과할 때 흡수되는 정도
스펙트럼	물질이 빛을 흡수하거나 방출하는 파장의 분포
화학 반응	물질의 화학적 변화

2. 등흡수점의 원리

흡수 스펙트럼을 겹쳐서 등흡수 플롯을 만들 때, 등흡수점은 이 스펙트럼들이 서로 교차하는 파장을 의미한다. 등흡수점에서는 반응 혼합물의 흡광도가 반응 진행도나 화학 평형 상태에 관계없이 일정하게 유지된다. 이는 반응물과 생성물이 해당 파장의 빛을 같은 정도로 흡수하고, 분석 농도가 일정하기 때문이다.^[2]

예를 들어, 다음과 같은 반응을 생각해 보자.

: $X \rightarrow Y$

이 반응에서 물질의 분석적 농도는 항상 일정하다.

: $c_X + c_Y = c \,$

반응 혼합물의 흡광도 A (X와 Y에만 의존한다고 가정)는 다음과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 l은 빛이 혼합물을 통과하는 길이이다.

: $A = l\cdot (\epsilon_{X} c_{X} + \epsilon_{Y} c_{Y} )$

등흡수점에서는 각 분자의 몰 흡광 계수가 같다.^[6]

: $\epsilon_X = \epsilon_Y = \epsilon \,$

따라서 흡광도는 다음과 같이 표현되며, 반응의 진행도나 X와 Y 각각의 농도에 의존하지 않는다.

: $A = l\cdot (\epsilon_{X} c_{X} + \epsilon_{Y} c_{Y} )=l\cdot\epsilon \cdot (c_X} + c_{Y} )=l\cdot\epsilon\cdot c$

등흡수점이 나타나기 위해서는 두 화학종이 화학량론적으로 선형적으로 관련되어 있어야 한다. 따라서, 물질량 비가 1:1이 아닌 혼합물에서도 등흡수점이 나타날 수 있다. 등흡수점이 존재하는 경우, 일반적으로 농도 변화에 따라 흡광도가 변하는 화학종은 두 종류뿐이다. 만약 세 번째 물질의 스펙트럼이 존재한다면, 그 교점의 파장은 일정하지 않고 농도에 따라 변하게 된다.^[7]

2. 1. 등흡수점의 정의

두 종의 흡수 스펙트럼을 겹쳐서 등흡수 플롯을 만들 때, (몰 흡광 계수를 사용하거나 흡광도를 사용하고 두 종의 몰 농도를 같게 해서 만들면) '''등흡수점'''은 이 스펙트럼들이 서로 교차하는 파장을 말한다.^[2] 두 쌍의 물질은 스펙트럼에 여러 등흡수점을 가질 수 있다.

1:1 (1 몰의 반응물이 1 몰의 생성물을 만드는) 화학 반응(평형 포함)에서 등흡수점을 갖는 두 쌍의 물질이 있으면, 이 파장에서 반응 혼합물의 흡광도는 반응 진행률(또는 화학 평형의 위치)에 관계없이 일정하다. 이는 두 물질이 해당 파장의 빛을 같은 정도로 흡수하고 분석 농도가 일정하기 때문이다.

어떤 반응이 다음과 같다고 가정하자.

:

X \rightarrow Y

이때 분석 농도는 반응의 모든 지점에서 같다.

:

c_X  + c_Y = c \,

.

반응 혼합물의 흡광도(X와 Y에만 의존한다고 가정)는 다음과 같다.

:

A = l\cdot (\epsilon_{X} c_{X} +  \epsilon_{Y} c_{Y} )

.

그러나 등흡수점에서는 두 몰 흡광 계수가 같다.

:

\epsilon_X  = \epsilon_Y = \epsilon \,

.^[6]

따라서 흡광도는 다음과 같다.

:

A = l\cdot (\epsilon_{X} c_{X} +  \epsilon_{Y} c_{Y} )=l\cdot\epsilon \cdot (c_{X} + c_{Y} )=l\cdot\epsilon\cdot c

즉, 흡광도는 반응 진행률(X와 Y의 특정 농도)에 의존하지 않는다.

등흡수점이 나타나려면 관련된 두 종이 화학량론적으로 선형적인 관계를 가져야 하고, 흡광도가 특정 파장에서 일정해야 한다. 따라서 1:1 이외의 비율도 가능하다. 등흡수점이 있다는 것은 보통 농도가 변하는 ''두'' 종만이 등흡수점 주변의 흡수에 영향을 준다는 것을 의미한다. 만약 세 번째 종이 반응에 참여하면, 스펙트럼은 농도가 변함에 따라 ''변하는'' 파장에서 교차하여 등흡수점이 '초점이 맞지 않거나' 조건에 따라 이동하는 것처럼 보이게 된다.^[7] 이는 세 화합물이 특정 파장에서 우연히 선형 관계의 소멸 계수를 가질 가능성이 매우 낮기 때문이다.

2. 2. 등흡수점의 조건

두 종의 흡수 스펙트럼을 중첩하여 등흡수 플롯을 구성할 때(표현을 위해 몰 흡광 계수를 사용하거나, 흡광도를 사용하고 두 종의 몰 농도를 동일하게 유지하여 구성하는 경우), '''등흡수점'''은 이러한 스펙트럼이 서로 교차하는 파장에 해당한다.

두 쌍의 물질은 스펙트럼에 여러 등흡수점을 가질 수 있다.

1:1 (1 몰의 반응물이 1 몰의 생성물이 되는) 화학 반응(평형 포함)이 등흡수점을 갖는 두 쌍의 물질과 관련된 경우, 이 파장에서 반응 혼합물의 흡광도는 반응 진행률(또는 화학 평형의 위치)에 관계없이 일정하게 유지된다. 이는 두 물질이 해당 특정 파장의 빛을 동일한 정도로 흡수하고 분석 농도가 일정하게 유지되기 때문이다.

반응의 경우:

:

X \rightarrow Y

분석 농도는 반응의 모든 지점에서 동일하다.

:

c_X  + c_Y = c \,

.

반응 혼합물의 흡광도(X와 Y에만 의존한다고 가정)는 다음과 같다.

:

A = l\cdot (\epsilon_{X} c_{X} +  \epsilon_{Y} c_{Y} )

.

그러나 등흡수점에서 두 몰 흡광 계수는 동일하다.

:

\epsilon_X  = \epsilon_Y = \epsilon \,

.

따라서 흡광도

:

A = l\cdot (\epsilon_{X} c_{X} +  \epsilon_{Y} c_{Y} )=l\cdot\epsilon \cdot (c_{X} + c_{Y} )=l\cdot\epsilon\cdot c

는 반응 진행률(즉, X와 Y의 특정 농도)에 의존하지 않는다.

등흡수점이 발생하기 위한 요구 사항은 관련된 두 종이 화학량론적으로 선형적으로 관련되어 흡광도가 특정 파장에서 일정하다는 것이다. 따라서 1:1 이외의 비율도 가능하다. 등흡수점의 존재는 일반적으로 농도가 변하는 '''''두''''' 종만이 등흡수점 주변의 흡수에 기여함을 나타낸다. 세 번째 종이 과정에 참여하는 경우, 스펙트럼은 일반적으로 농도가 변함에 따라 ''변동''하는 파장에서 교차하여 등흡수점이 '초점이 맞지 않거나' 조건이 변경됨에 따라 이동할 것이라는 인상을 준다.^[2] 그 이유는 세 가지 화합물이 한 특정 파장에 대해 우연히 선형 관계로 연결된 소멸 계수를 가질 가능성이 매우 낮기 때문이다.

2. 3. 등흡수점과 반응 진행

두 종의 흡수 스펙트럼을 중첩하여 등흡수 플롯을 구성할 때(표현을 위해 몰 흡광 계수를 사용하거나, 흡광도를 사용하고 두 종의 몰 농도를 동일하게 유지하여 구성하는 경우), '''등흡수점'''은 이러한 스펙트럼이 서로 교차하는 파장에 해당한다.

1:1 (1 몰의 반응물이 1 몰의 생성물) 화학 반응 (평형 포함)이 등흡수점을 갖는 두 쌍의 물질과 관련된 경우, 이 파장에서 반응 혼합물의 흡광도는 반응 진행률 (또는 화학 평형의 위치)에 관계없이 일정하게 유지된다. 이는 두 물질이 해당 특정 파장의 빛을 동일한 정도로 흡수하고 분석 농도가 일정하게 유지되기 때문이다.

반응의 경우:

:

X \rightarrow Y

분석 농도는 반응의 모든 지점에서 동일하다.

:

c_X  + c_Y = c \,

.

반응 혼합물의 흡광도 (X와 Y에만 의존한다고 가정)는 다음과 같다.

:

A = l\cdot (\epsilon_{X} c_{X} +  \epsilon_{Y} c_{Y} )

.

그러나 등흡수점에서 두 몰 흡광 계수는 동일하다.^[6]

:

\epsilon_X  = \epsilon_Y = \epsilon \,

.

따라서 흡광도

:

A = l\cdot (\epsilon_{X} c_{X} +  \epsilon_{Y} c_{Y} )=l\cdot\epsilon \cdot (c_{X} + c_{Y} )=l\cdot\epsilon\cdot c

는 반응 진행률 (즉, X와 Y의 특정 농도)에 의존하지 않는다.

등흡수점이 발생하기 위한 요구 사항은 관련된 두 종이 화학량론적으로 선형적으로 관련되어 흡광도가 특정 파장에서 일정하다는 것이다. 따라서 1:1 이외의 비율도 가능하다. 등흡수점의 존재는 일반적으로 농도가 변하는 '''''두''''' 종만이 등흡수점 주변의 흡수에 기여함을 나타낸다. 세 번째 종이 과정에 참여하는 경우, 스펙트럼은 일반적으로 농도가 변함에 따라 ''변동''하는 파장에서 교차하여 등흡수점이 '초점이 맞지 않거나' 조건이 변경됨에 따라 이동할 것이라는 인상을 준다.^[2] 그 이유는 세 가지 화합물이 한 특정 파장에 대해 우연히 선형 관계로 연결된 소멸 계수를 가질 가능성이 매우 낮기 때문이다.

3. 등흡수점의 활용

등흡수점은 화학 반응 속도론, 의료 및 임상화학, 유기 합성 등 다양한 분야에서 활용된다.

화학 반응 속도론: 반응 속도 연구의 기준으로 사용된다.
의료 및 임상화학: 헤모글로빈 농도 측정 및 분광 광도계의 파장 정확도 확인에 사용된다.
유기 합성: 비타민 B12 전합성과 같은 특정 유기 반응의 진행 과정을 확인하는 데 사용된다.

3. 1. 화학 반응 속도론

화학 반응 속도론에서 등흡수점은 전체 반응 동안 해당 파장에서의 흡광도가 일정하게 유지되므로 반응 속도 연구의 기준점으로 사용된다.

맥박 산소 측정기를 통해 측정된 혈색소/옥시헤모글로빈 시스템은 808 nm 근처에서 등흡수점을 보여준다.

등흡수점은 산소 측정법이라는 실험 기법에서 헤모글로빈 농도를 결정하는 데 사용되며, 포화도와 관계없이 사용된다. 옥시헤모글로빈과 데옥시헤모글로빈은 586 nm와 808 nm 근처에 등흡수점을 갖는다.

광화학 고리이성화반응에 따른 A/D-세코-코린의 Cd 배위 착물을 해당 금속이 없는 코린 리간드로 변환하는 과정(UV/VIS 분광법에 의해)

등흡수점은 또한 임상 화학에서 분광 광도계의 파장 정확도를 확인하는 품질 보증 방법으로 사용된다. 이는 두 가지 다른 pH 조건(물질의 p''K''_a보다 높거나 낮은 조건)에서 표준 용액의 스펙트럼을 측정하여 수행된다. 사용되는 표준 물질에는 중크롬산 칼륨 (339 및 445 nm에서 등흡수점), 브로모티몰 블루 (325 및 498 nm) 및 콩고 레드 (541 nm)가 있다. 결정된 등흡수점의 파장은 사용된 물질의 농도에 의존하지 않으므로 매우 신뢰할 수 있는 기준이 된다.

유기 합성에서 등흡수점을 사용하는 한 가지 예는 광화학적 A/D-코린 고리이성화반응 고리 닫힘 반응에서 볼 수 있는데, 이는 에셴모저/취리히 연방 공과대학교 비타민 B₁₂ 전합성의 핵심 단계였다.^[3]^[4] 등흡수점은 세코-코린 착물이 중간체 또는 부산물 없이(UV/VIS 분광법의 검출 한계 내에서) 금속이 없는 코린 리간드로 직접 변환됨을 증명한다.^[2]

3. 2. 의료 및 임상화학

등흡수점은 산소 측정법이라는 실험 기법에서 헤모글로빈 농도를 결정하는 데 사용되며, 포화도와 관계없이 사용된다. 옥시헤모글로빈과 데옥시헤모글로빈은 586 nm와 808 nm 근처에 등흡수점을 갖는다.

등흡수점은 임상 화학에서 분광 광도계의 파장 정확도를 확인하는 품질 보증 방법으로도 사용된다. 이는 두 가지 다른 pH 조건(물질의 p''K''_a보다 높거나 낮은 조건)에서 표준 용액의 스펙트럼을 측정하여 수행된다. 사용되는 표준 물질에는 중크롬산 칼륨 (339 및 445 nm에서 등흡수점), 브로모티몰 블루 (325 및 498 nm) 및 콩고 레드 (541 nm)가 있다. 결정된 등흡수점의 파장은 사용된 물질의 농도에 의존하지 않으므로, 매우 신뢰할 수 있는 기준이 된다.

3. 3. 유기 합성

유기 합성에서 등흡수점은 에셴모저 / 취리히 연방 공과대학교 비타민 B₁₂ 전합성의 핵심 단계였던 광화학적 A/D-코린 고리이성화반응 고리 닫힘 반응에서 사용되었다.^[3]^[4] 이 반응에서 등흡수점은 세코-코린 착물이 중간체나 부산물 없이( UV/VIS 분광법의 검출 한계 내에서) 금속이 없는 코린 리간드로 직접 변환됨을 보여준다.^[2]

4. 한국의 등흡수점 연구 동향

(요약 및 참조할 원문 소스가 제공되지 않았으므로, '등흡수점' 문서의 '한국의 등흡수점 연구 동향' 섹션 내용을 작성할 수 없습니다.)

참조

_[1] GoldBookRef isosbestic point
_[2] 서적 Kinetics and Mechanism John Wiley and Sons
_[3] 학위논문 Totalsynthese von Vitamin B₁₂: Der photochemische Weg https://www.research[...] ETH Zürich
_[4] 학술지 Natural Product Synthesis and Vitamin B₁₂: Total synthesis of vitamin B12 provided a framework for exploration in several areas of organic chemistry
_[5] 웹사이트 IUPAC Gold Book http://goldbook.iupa[...] IUPAC
_[6] 웹사이트 酸塩基指示薬の酸解離平衡と吸光度の変化 http://kuchem.kyoto-[...] 京都大学理学部化学科
_[7] 서적 Kinetics and Mechanism ジョン・ワイリー・アンド・サンズ
_[8] 웹인용 등흡수점-네이버 지식백과 화학용어사전 https://terms.naver.[...] 2014-12-04

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