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등흡수점

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목차

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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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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