미량화학

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1. 개요

미량 화학은 일반 화학 및 유기 화학 실험을 소량의 화학 물질과 간소화된 장비를 사용하여 수행하는 방법이다. 안전성 향상, 경제성, 효율성 증대, 친환경성, 쾌적한 실험 환경 조성 등의 장점을 제공하며, 전 세계적으로 교육 및 연구 분야에서 활용되고 있다. 국제 미량 화학 심포지엄을 통해 연구 성과를 공유하고 있으며, 다양한 국가의 연구자들이 이 분야에 기여하고 있다.

미량화학

미량 화학

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미량 화학에서 액체 취급에 사용되는 깔때기

개요

유형	화학, 실험
하위 분야	화학 공학
설명	시약과 장비의 크기를 줄여 화학 실험을 수행하는 것

역사와 배경

기원	제2차 세계 대전 이후
발명가	프리츠 프라이즐
주요 발전	환경 보호, 교육, 비용 절감

특징

장점	폐기물 감소 비용 절감 안전성 향상 휴대성
단점	정확도 문제 (극소량 측정 시) 특수 장비 필요 기술적 숙련도 요구

응용 분야

산업	화학 산업 제약 산업 환경 산업
교육	학교 실험 대학 실험
연구	새로운 반응 개발 분석 화학

주요 기술

사용 장비	마이크로피펫 마이크로 튜브 미세 저울
관련 기술	박층 크로마토그래피 (TLC) 기체 크로마토그래피 (GC) 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC)

관련 학문	화학, 화학 공학, 환경 과학
참고 자료	미량 화학 관련 서적 및 논문

2. 역사

미량 화학은 크게 두 가지 흐름으로 발전해 왔다.

하나는 일반 화학(산과 염기, 산화와 환원, 전기 화학 등)과 관련된 많은 실험을, 실험실의 전통적인 유리 제품보다 훨씬 더 간단하고(주사기 병, 점적 병, 주사기, 웰 플레이트, 플라스틱 피펫) 저렴한 장비로 수행할 수 있다는 아이디어에 기반한다. 이를 통해 대규모 수업에서 학생들의 실험실 경험을 확장하고 표준 유형의 작업을 수행하기에는 장비가 부족한 기관에도 실험실 작업을 도입할 수 있다. 이러한 아이디어는 많은 곳에서 당연하게 여겨지는 기술 서비스(전기, 흐르는 물)가 부족한 개발도상국의 학교에서 효과적인 화학 실험을 가능하게 하도록 설계된 남아프리카의 브래들리에 의한 Radmaste 키트의 고안으로 이어졌다.

다른 흐름은 주로 유기 화학에서 이러한 접근 방식을 합성 작업에 도입하는 것이다. 여기서 결정적인 돌파구는 메이요, 파이크, 부처와 윌리엄슨에 의해 달성되었는데, 이들은 경험이 부족한 학생들이 수십 밀리그램의 유기 합성을 수행할 수 있다는 것을 보여주었다. 이는 이전에는 수년간의 훈련과 경험이 필요하다고 여겨졌던 기술이었다. 이러한 접근 방식에는 일부 특수 장비의 도입이 수반되었으며, 이후 브루어에 의해 다용성이 크게 손실되지 않고 단순화되었다.

장비 선택, 기술 및 준비 실험에 대한 조언을 제공하는 많은 출판물이 Journal of Chemical Education의 '미량 실험실'이라는 칼럼을 통해 계속 나오고 있다.

실험 규모 축소는 현대 프로젝션 기술과 결합되어 가장 위험한 종류의 강의 시연을 완전한 안전 속에서 수행할 수 있는 가능성을 열었다.

이 접근 방식은 전 세계적으로 채택되었다. 미국에서는 교육 현장에서 주요한 존재가 되었고, 영국에서는 덜 사용되며, 이 분야에 열정적인 직원을 보유한 많은 국가의 기관에서 사용되고 있다. 예를 들어, 인도에서는 소규모 화학/미량 화학이 현재 몇몇 대학교와 칼리지에서 구현되고 있다.

2.1. 일반 화학 실험의 간소화

2.2. 유기 화학 합성의 혁신

2.3. 현대적 발전과 보급

3. 장점

미량 화학은 다음과 같은 다양한 장점을 제공한다.

* 안전성 향상: 미량화학은 사용하는 화학 물질의 양이 적기 때문에 폭발, 화재, 유해 물질 노출 등의 위험을 줄여 안전성을 향상시킨다.

* 경제성: 미량화학은 시약 및 장비 비용을 절감할 수 있으며, 보관 공간을 적게 차지한다. 또한 폐기물 처리 비용도 줄일 수 있다.

* 효율성 증대: 미량화학 실험은 준비 및 정리 시간을 절약할 수 있다. 반응 시간이 짧아져 실험 결과를 평가하고 토론하는 시간을 늘릴 수 있다.

* 친환경성: 미량화학은 발생원에서의 폐기물 감소를 통해 환경 오염을 줄이는 데 기여한다.

* 쾌적한 실험 환경: 미량 규모의 실험은 고강도 환기 시스템에 대한 의존도를 낮추고, 더 쾌적한 작업 환경을 조성할 수 있게 한다.

* 준비 시간 및 정리 시간 절약
* 발생원에서의 폐기물 감소
* 더 높은 안전성
* 화학 물질 및 장비 비용 절감
* 더 작은 보관 공간
* 고강도 환기 시스템에 대한 의존도 감소
* 쾌적한 작업 환경
* 더 짧은 반응 시간
* 평가 및 소통 시간 증대

3.1. 안전성 향상

미량화학은 사용하는 화학 물질의 양이 적기 때문에 폭발, 화재, 유해 물질 노출 등의 위험을 줄여 안전성을 향상시킨다.

3.2. 경제성

미량화학은 시약 및 장비 비용을 절감할 수 있으며, 보관 공간을 적게 차지한다. 또한 폐기물 처리 비용도 줄일 수 있다.

3.3. 효율성 증대

미량화학 실험은 준비 및 정리 시간을 절약할 수 있다. 반응 시간이 짧아져 실험 결과를 평가하고 토론하는 시간을 늘릴 수 있다.

3.4. 친환경성

미량화학은 발생원에서의 폐기물 감소를 통해 환경 오염을 줄이는 데 기여한다. 준비 시간 및 정리 시간을 절약할 수 있으며, 화학 물질 및 장비 비용을 절감할 수 있다. 또한, 더 작은 보관 공간을 필요로 하며, 고강도 환기 시스템에 대한 의존도를 줄여 쾌적한 작업 환경을 조성하고, 더 높은 안전성을 제공한다. 반응 시간이 짧고 평가 및 소통 시간을 늘릴 수 있다는 장점도 있다.

3.5. 쾌적한 실험 환경

미량 규모의 실험은 고강도 환기 시스템에 대한 의존도를 낮추고, 더 쾌적한 작업 환경을 조성할 수 있게 한다.

4. 관련 기관 및 인물

전 세계적으로 다양한 기관과 연구자들이 미량 화학 연구 및 교육에 참여하고 있다.

* 오스트리아: Viktor Obendrauf
* 중국: Zhou Ning-Huai
* 이집트: Mahmoud K. El-Marsafy
* 독일: Angela Koehler-Kruetzfeld, Peter Schwarz, Waltraud Habelitz-Tkotz, Michael Tausch, John McCaskill, Theodor Grofe, Bernd-Heinrich Brand, Gregor von Borstel, Stephan Mattusek
* 홍콩: Winghong Chan
* 이스라엘: Mordechai Livneh
* 일본: Kazuko Ogino
* 마케도니아: Metodija Najdoski
* 멕시코: Jorge Ibanez, Arturo Fregoso, Carmen Doria, Rosa Maria Mainero, Margarita Hernandez, et al.
* 폴란드: Aleksander Kazubski, Dominika Strutyńska, Łukasz Sporny, Piotr Wróblewski
* 포르투갈: M. Elisa Maia
* 남아프리카 공화국: John Bradley Marie DuToit
* 스웨덴: Christer Gruvberg
* 미국:
전국 미량 화학 센터
전국 소규모 화학 센터
미량 가스 화학; Bruce Mattson
Kenneth M. Doxsee
* 태국: Supawan Tantyanon
* 쿠웨이트: Abdulaziz Alnajjar
* 인도: Govt. Victoria College, Palakkad,Kerala
* 영국: Bob Worley, CLEAPSS, Chis LLoyd SSERC

4.1. 국제 협력

4.2. 주요 연구 센터

오스트리아의 Viktor Obendrauf, 중국의 Zhou Ning-Huai, 이집트의 Mahmoud K. El-Marsafy, 독일의 Angela Koehler-Kruetzfeld, Peter Schwarz, Waltraud Habelitz-Tkotz, Michael Tausch, John McCaskill, Theodor Grofe, Bernd-Heinrich Brand, Gregor von Borstel, Stephan Mattusek, 홍콩의 Winghong Chan, 이스라엘의 Mordechai Livneh, 일본의 Kazuko Ogino, 마케도니아의 Metodija Najdoski, 멕시코의 Jorge Ibanez, Arturo Fregoso, Carmen Doria, Rosa Maria Mainero, Margarita Hernandez, 폴란드의 Aleksander Kazubski, Dominika Strutyńska, Łukasz Sporny, Piotr Wróblewski, 포르투갈의 M. Elisa Maia, 남아프리카 공화국의 John Bradley, Marie DuToit, 스웨덴의 Christer Gruvberg, 미국의 전국 미량 화학 센터 (National Microscale Chemistry Center), 전국 소규모 화학 센터 (National Small Scale Chemistry Center), Bruce Mattson (미량 가스 화학), Kenneth M. Doxsee, 태국의 Supawan Tantyanon, 쿠웨이트의 Abdulaziz Alnajjar, 인도의 Govt. Victoria College, Palakkad, Kerala, 영국의 Bob Worley (CLEAPSS), Chis LLoyd (SSERC)에서 미량화학 연구가 활발히 진행되고 있다.

5. 국제 학술 회의

제1회 국제 미량 화학 심포지엄은 2000년 5월 멕시코 멕시코시티 소재 이베로아메리카 대학교(Universidad Iberoamericana – Ciudad de Mexico)에서 개최되었다.

제2회 국제 미량 화학 심포지엄은 2001년 12월 13일 – 15일 홍콩 침례대학교(Hong Kong Baptist University – Hong Kong)에서 개최되었다. https://web.archive.org/web/20070930210616/http://www.hkbu.edu.hk/~chem/Photo_micro_2001.htm

제3회 국제 미량 화학 심포지엄은 2005년 5월 18일 – 20일 멕시코 멕시코시티 소재 이베로아메리카 대학교(Universidad Iberoamericana – Ciudad de Mexico)에서 개최되었다. https://web.archive.org/web/20050521034123/http://www.cpe.fr/ectn-assoc/archives/lib/2005/N01/200501_3rd_IMCS_Announc.pdf

제4회 국제 미량 화학 심포지엄은 2009년 태국 방콕에서 개최되었다.

제5회 국제 미량 화학 심포지엄은 2010년 필리핀 마닐라에서 개최되었다.

제6회 국제 미량 화학 심포지엄은 2011년 쿠웨이트 쿠웨이트 시티에서 개최되었다.

제7회 국제 미량 화학 심포지엄은 2013년 독일 베를린에서 개최되었다.

제8회 국제 미량 화학 심포지엄은 2015년 멕시코 멕시코시티에서 개최되었다.

제9회 국제 미량 화학 심포지엄은 2017년 일본 센다이에서 개최되었다.

제10회 국제 미량 화학 심포지엄은 2019년 남아프리카 공화국 포체프스트룸 노스웨스트 대학교(North-west University)에서 개최되었다.

제11회 국제 미량 화학 심포지엄은 2021년 영국에서 온라인으로 개최되었다.

5.1. 개최 현황

국제 미량 화학 심포지엄은 2000년 5월 멕시코시티 이베로아메리카 대학교에서 처음 개최되었다. 2001년에는 홍콩 침례대학교에서 제2회 심포지엄이 개최되었다. 이후 2005년 다시 멕시코시티 이베로아메리카 대학교에서 제3회 심포지엄이 열렸다. 2009년에는 태국 방콕에서, 2010년에는 필리핀 마닐라에서, 2011년에는 쿠웨이트 쿠웨이트 시티에서, 2013년에는 독일 베를린에서, 2015년에는 멕시코 멕시코시티에서, 2017년에는 일본 센다이에서, 2019년에는 남아프리카 공화국 포체프스트룸 노스웨스트 대학교에서 개최되었다. 2021년에는 영국에서 온라인으로 제11회 심포지엄이 개최되었다.