[논문]중학생들을 위한 얇은막 크로마토그래피 실험 키트의 개발

류재정; 박원규

doi:10.5012/jkcs.2003.47.4.401

문제 정의

따라서 현재 거의 이용되지 않는 종이 크로마토 그래피 실험을 통해 일반적인 크로마토그래피 원리를 설명하는 것보다 흔히 사용되는 TLC를 이용하여 크로마토그래피의 전반적 인 내용을 설명하는 것이 보다 효과적이라 생각된다. 따라서 본 연구에서는 TLC를 사용하여 혼합시료의 정성분석과 정량분석을 실시하였고, 이를 통해 크로마토그래피의 원리를 손쉽게 소개하고자 하였다. 시중에 판매되고 있는 TLC판을 가로 2 cm, 세로 5 cm 크기로 잘라서 정지상으로 이용하였고, 이동상으로는 상대적으로 인체에 해가 적은 혼합 유기용매를 사용하였으며, 시료 및 참고물질로는 산-염기 지시약들을 사용하였다.
본 실험에서 확인한 바로는 앞의 결과처럼 중성 일 때 BPB는 보라색, BTB 는 노란색이었으며, 산성에서는 둘다 문헌에서와 같이 노란색으로 나타났다. 본 실험에서 시료로 산-염기 지시약을 사용한 것은 일반적으로 TLC에서 많이 사용하는 UVlamp를 사용하지 않고, 육안으로도 시료의 이동거리를 확인하고자 하였기 때문이며, 또한 이 과정에서 실험의 흥미를 북돋우기 위해 전개된 TLC판을 산성 용액에 넣어 색깔 변화를 직접 확인토록 하기 위함이다. 본 실험에서는 별도로 시료를 준비하지 않고 이미 전개 시킨 TLC판（정성분석과 정량분석에 이용한 TLC판）을 단지 산성 용액에 담그기만 하면 되므로 실험 시간이 따로 필요하지 않고, 추가적인 장치도 필요 없으므로 경제적이면서도 시각적인 효과가 크다.

가설 설정

1. 어떤 종류의 크로마토그래피 실험을 하였습니까? (하나 이상도 표시 가능함) ① 종이 크로마토그래피 ② 분필 크로마토그래피 ③얇은 층 크로마토그래피 (TLC) ④ 컬럼 크로마토그래피⑤ 기타( ) 2. 얇은 층 크로마토그래피(TLC)를 하신 적이 있다면 어느 신분일 때 하였습니까?① 중, 고등학생 ② 대학생 ③ 대학원생 ④ 지도교사⑤ 교사연수생 3. 크로마토그래피에 대해서는 어느 정도로 알고 있 습니까?① 아주 잘 안다 © 조금 안다 ③ 보통이다 ④ 모른다 ⑤ 전혀 모른다 4.
본 실험의 실험 과정 및 방법이 종이 크로마토그래피보다 알기 쉽고, 체계적입니까?① 아주 그렇다(2)그렇다 ③ 보통이다 ④ 아니다 ⑤아주 아니다 6. 중학교 과학 실험에 크로마토그래피 관련 실험을 도입한다면 어떤 종류의 크로마토그래피 실험을 하는 것이 학생들에게 크로마토그래피의 원리를 효과적으로 설명할 수 있다고 생각하십니까? (하나만 표시할 것) ① 종이 크로마토그래피 ② 분필 크로마토그래피 ③얇은 층 크로마토그래피 (TLC) ④ 컬럼 또는 스포이드 크로마토그래피 ⑤ 기타( ) 7. 만약 본 실험 전체 또는 일부를 중학교 과학 실험에 도입한다면 큰 어려움 없이 실험할 수 있다고 생각하십니까?① 아주 그렇다(2)그렇다 ③ 보통이다 ④ 아니다 ⑤아주 아니다.
2. 크로마토그래피의 원리 이해문¹⁾ 지금까지 흔히 사용했던 종이 크로마토그래피 실험 등을 통하여 크로마토그래피의 원리를 명확하게 이해할 수 있었습니까?
어떤 종류의 크로마토그래피 실험을 하였습니까? (하나 이상도 표시 가능함) ① 종이 크로마토그래피 ② 분필 크로마토그래피 ③얇은 층 크로마토그래피 (TLC) ④ 컬럼 크로마토그래피⑤ 기타( ) 2. 얇은 층 크로마토그래피(TLC)를 하신 적이 있다면 어느 신분일 때 하였습니까?① 중, 고등학생 ② 대학생 ③ 대학원생 ④ 지도교사⑤ 교사연수생 3. 크로마토그래피에 대해서는 어느 정도로 알고 있 습니까?① 아주 잘 안다 © 조금 안다 ③ 보통이다 ④ 모른다 ⑤ 전혀 모른다 4. 지금까지 흔히 사용했던 종이 크로마토그래피 실험 등을 통하여 크로마토그래피의 원리를 명 확하게 이해할 수 있었습니까?① 아주 그렇다(2)그렇다 ③ 보통이다 ④ 아니다 ⑤아주 아니다 5.
얇은 층 크로마토그래피(TLC)를 하신 적이 있다면 어느 신분일 때 하였습니까?① 중, 고등학생 ② 대학생 ③ 대학원생 ④ 지도교사⑤ 교사연수생 3. 크로마토그래피에 대해서는 어느 정도로 알고 있 습니까?① 아주 잘 안다 © 조금 안다 ③ 보통이다 ④ 모른다 ⑤ 전혀 모른다 4. 지금까지 흔히 사용했던 종이 크로마토그래피 실험 등을 통하여 크로마토그래피의 원리를 명 확하게 이해할 수 있었습니까?① 아주 그렇다(2)그렇다 ③ 보통이다 ④ 아니다 ⑤아주 아니다 5. 본 실험의 실험 과정 및 방법이 종이 크로마토그래피보다 알기 쉽고, 체계적입니까?① 아주 그렇다(2)그렇다 ③ 보통이다 ④ 아니다 ⑤아주 아니다 6.
크로마토그래피에 대해서는 어느 정도로 알고 있 습니까?① 아주 잘 안다 © 조금 안다 ③ 보통이다 ④ 모른다 ⑤ 전혀 모른다 4. 지금까지 흔히 사용했던 종이 크로마토그래피 실험 등을 통하여 크로마토그래피의 원리를 명 확하게 이해할 수 있었습니까?① 아주 그렇다(2)그렇다 ③ 보통이다 ④ 아니다 ⑤아주 아니다 5. 본 실험의 실험 과정 및 방법이 종이 크로마토그래피보다 알기 쉽고, 체계적입니까?① 아주 그렇다(2)그렇다 ③ 보통이다 ④ 아니다 ⑤아주 아니다 6. 중학교 과학 실험에 크로마토그래피 관련 실험을 도입한다면 어떤 종류의 크로마토그래피 실험을 하는 것이 학생들에게 크로마토그래피의 원리를 효과적으로 설명할 수 있다고 생각하십니까? (하나만 표시할 것) ① 종이 크로마토그래피 ② 분필 크로마토그래피 ③얇은 층 크로마토그래피 (TLC) ④ 컬럼 또는 스포이드 크로마토그래피 ⑤ 기타( ) 7.
6 즉, 이동상의 역할은 시료를 적당한 속도로 움직이게 하는 것이고, 정지상의 역할은 주로 시료와의 상호작용에 의해 시료의 이동속도의 차이를 두게하는 것이다. 시료가 정 지상에 비해 상대적으로 이동상과 상호작용을 많이 하게되면 전개속도가 빨라질 것이고, 반대로 정지상과 상호작용을 많이 하게되면 전개속도가 느려질 것이다. 이 동상은 시료를 적당한 속도로 움직 이 게 해야 하므로 정지상과 상호작용이 적은 것을 하는 것이 좋다.

제안 방법

정량분석 실험（소요시간: 3~5분）（r） 하나의 TLC판 위에 각각의 양을 모르는 BPB와 BTB 혼합시료回지시료）와 BPB와 BTB卜 각각 500 ppm, 1000 ppm, 2000 ppm들어있는 혼합시료를 함께 점적한다. （「） TLC 챔버를 사용하여 전개용매 （EtOH:EA=1:4）로 전개시킨 다음 TLC에 나타난 시료의 크기를 비교하여 미지시료내 BP® BTB 각각의 대략적인 양을 알아본다.
정성분석 실험（소요시간: 4~7분） O 미지시료（BPB 와 BTB 혼합시료彻 BCR BPB, BTB, CPR, TP（미리 준비한 다섯가지 참고물질彊 하나의 TLC판 위에 함께 점적 （co-spotting）한다. （「） TLC 챔버를 사용하여 전개용매 （EtOH:EA=1:4）로 전개시킨 후 TLC판에 나타난 전개 상태를 확인한다. （匸） 미지시료와 각 기준용액과의 전개거리의 비교（Rf 값측정 聞터 미지시료속의 물질이 무엇인가를 알아낸다.
또한 동일한 시료를 써서 많이 알려져 있는 분필을 이용한 크로마토그래피 실험도 실시하여 TLC와 분필 크로마토그래피를 비교하였다. 그리고 본 연구에서 개발된 실험 키트에 대한 효과를 알아보기 위하여 일반 중학생 및 영재반 중학생들과 과학교사 및 비과학 교사들을 상대로 실험을 실시하여, 실험내용과 그 효과에 관한 설문을 조사하였다.
조사 시간은 2（是으로 하되, 필요시에는 충분한 시간을 주었다. 데이터 처리는 유사한 질문을 발췌하여 각 질문에 대한 의견을 퍼센트（%）로 비교 분석하였다. 아래 설문의 내용은 A, B, C, D 네 집단이 약간씩 다르지만 내용은 비슷하였기에 A집단의
시료로 산-염기 지시약을 사용한 것은 시료의 전개 과정이 UVlamp의 보조장치 없이도 눈에 쉽게 띄게 하기 위함이며, 또한 이들을 전개시킨 후 산성, 염기성 용액에 담그어 색깔 변화를 확인함으로써 실험의 흥미를 드높이기 위함이었다. 또한 동일한 시료를 써서 많이 알려져 있는 분필을 이용한 크로마토그래피 실험도 실시하여 TLC와 분필 크로마토그래피를 비교하였다. 그리고 본 연구에서 개발된 실험 키트에 대한 효과를 알아보기 위하여 일반 중학생 및 영재반 중학생들과 과학교사 및 비과학 교사들을 상대로 실험을 실시하여, 실험내용과 그 효과에 관한 설문을 조사하였다.
그 중에서 분리가 잘 되며 색깔의 차이를 구별하기가 용이한 것을 찾기 위해 다양한 지시 약들을 살펴보았고, 이들 중 BCR BPB, BTB, CPR, TP 다섯가지를 참고물질로 준비하였다. 또한 실험을 수행하는 학생들에게 해와 위험 요소가 적은 4종류의 ethyl alcohol (EtOH과 ethyl acetate (EA), 그리고 EtOH와 Hexane 의 혼합용매 (EtOH:Hexane=1:1, 1:4, EtOH:EA=1:1, 1:4) 를 전개용매로 사용하여 TLC 수행 결과를 Fig. 2에 나타내었다.그림에서 볼 수 있듯이 4가지 혼합용매 중에서 EtOH 와 EA 혼합용매에서 분리가 이뤄졌고, 이들의 비가 1:1
본 연구에서는 이전 연구에서 지적한3 제6차 교육과정의 중학교 1학년 과정 중 “U. 물질의 특성과 분리（혼합물의 분리）'에서 다루었던 크로마토그래피의 이론과 실험의 오류에 대한 대안으로, 중학생들이 크로마토그래피의 원리를 손쉽게 이해할 수 있는 새로운 실험 키트를 개발하여 하나의 학습 과제를 제시하였다. 크로마토그래피는 이것에 대한 직접적 인 연구로 두 번의 노벨상이 수여되었으며, 크로마토그래피 실험이 중요한 역할을 하여서 노벨상을 수상한 경우도 13회 이상 되므로 현대 과학 발전에 크게 기여한 분석방법 이다.
분필 크로마토그래피와 얇은막 크로마토그래피의 비교실 험본 연구에서 도입한 TLC 실험을 종이 크로마토그래피 보다 손쉽고 중학생들에게 많이 알려져 있는 분필 크로마토그래피 실험과 비교하였다. 분필과 TLC를 같은 높이로 자른 후에 동일한 높이의 지점에 시료를 점 적하고 나서, BPM BTB를 섞은 시 약을 EtOH:EA=1:4인 혼합용매를 사용하여 약 5분 동안 전개시켰다.
설문조사 결과 및 고찰본 연구에서 개발된 실험 키트에 대한 효과를 살펴보기 위하여, 교사 A, B 집단（A집단: 과학교사, B집단: 비과학 교사:）과 학생 C, D 집단（C집단: 영재반 학생, D 집단: 일반 중학생）을 상대로 앞서 내용의 실험을 실시하고, 설문조사를 실시하였다. 설문조사 결과를 내용별로 넷으로 나누었고, 각각의 질문 내용과 함께 결과를퍼 센트（%尽 나타내 었으며, 각 결과마다 간단한 고찰을 하였다.
설문조사 결과 및 고찰본 연구에서 개발된 실험 키트에 대한 효과를 살펴보기 위하여, 교사 A, B 집단（A집단: 과학교사, B집단: 비과학 교사:）과 학생 C, D 집단（C집단: 영재반 학생, D 집단: 일반 중학생）을 상대로 앞서 내용의 실험을 실시하고, 설문조사를 실시하였다. 설문조사 결과를 내용별로 넷으로 나누었고, 각각의 질문 내용과 함께 결과를퍼 센트（%尽 나타내 었으며, 각 결과마다 간단한 고찰을 하였다. 앞서 실험부분에서 이미 언급하였지만, 네 집단의 성격 이 서로 다르므로 각 설문내용을 아래와 같이 크게 넷으로 분류하였고, 따라서 각 설문마다 각 집단이 답한 것은 아니므로 해당 질문을 실시한 집단의 결과만을 표에 실었다.
시료와 전개용매의 선택 눈으로 시료가 관찰되고, 전개 후 중학생들에게 시각적 효과를 주기 위해서 산-염기 지시약을 시료로 선택 하였다. 그 중에서 분리가 잘 되며 색깔의 차이를 구별하기가 용이한 것을 찾기 위해 다양한 지시 약들을 살펴보았고, 이들 중 BCR BPB, BTB, CPR, TP 다섯가지를 참고물질로 준비하였다.
（口） TLC 정량분석 실험을 위해 BP® BTB를 각각 다른 농도로 만들어서 하나의 Vial병에 넣고 흔들어서 미지시료를 준비해 둔다. 얇은 막 크로마토그래피（본 실험; 정성 및 정량 분석실험）전개용매의 선택 실험（소요시간 6~8 분）（r） 4개의 TLC판을 준비한 후, 각각 끝에서 0.7 cm 되는 지점에 연필로 연하게 선을 긋고, 준비한 참고물질들（5종류의 지시약）을 일정한 간격과 크기로 모세관을 사용해서 점을 찍는다［참고물질도입 ］. （「） 준비해 둔 4개의 TLC 챔버에 높이 0.
（匸） 분필의 전개상태와 TL（理의 전개상태를비교해 본다. 얇은막 크로마토그래피 후 설문조사 실험을 끝마치고, 실험보고서를 작성완료한 후에 아래의 설문을 만들어 교사 A, B 집단（A집단 : 과학교사, 日집단 : 비 과학교사）와 학생 C, D 집단（C집단 : 과학영재반 학생, D집단 : 일반 중학생 ）을 상대로 설문을 조사하였다. 네 집단을 택한 이유는 실험의 난이도나 효율성 등을 골고루 살펴보기 위해서 이다.
또한 R값이 작은것 (보라색 , BPB：으 점의 크기가 참고시료 ①-(500 ppm BPB) 보다는 크고, 참고시료 ②-(1000 ppm BPB) 보다는 약간 작으면서 흐릿하므로, 시료 중 BPB] 농도는 대략 700~800pp^로 예측하였다. 어떤 미지의 시료를 표준이 되는 시료와 함께 동일한 조건에서 전개시키는 아주 간단한 실험으로 혼합시료 속에 포함된 특정물질의 양을 3〜5분 내에 대략 알 수있는 정량분석실험을 얇은 막 크로마토그래피를 통해 수행하였다. 88올림픽에서 벤존슨의 금메달을 박탈한것도 크로마토그래피에 의한 정성분석과 정량분석 기술의 합작으로 이뤄진 것이다.
여기서 Rf(Ratio to front)는 용질의 이동거리를 용매의 이동거리로 나눈 값으로 TLC에서 매우 중요한 값이다. 이와 같이 기준이 되는 여러 시료들의 R값과 미지시료의 R값을 비교 측정하여 미지시료 내에 어떠한 성분이 들어있는지를 간단한 얇은막 크로마토그래피 실험을 통해 알 수 있었다. 이 실험은 크로마토그래피의 가장 중요한 기능인 혼합시료 내에 어떤 성분이 들어있는 가를 알아내는 정성분석 방법을 중학생들 스스로 터득 하게 하고, 이를 통해 소변 속에 있는 마약 성분이나 운동력을 향상시키는 약물 등을 정성분석하는 원리도 이해시킬 수 있다.
정량분석 실험 크로마토그래피에 의한 미지시료의 양(농도着 측정 (정량분석)하기 위한 실험으로 한 개의 TLC 위에 미지 시료와 이미 농도를 알고 있는 3가지 표준시료를 함께 점적하고, 동일한 조건과 동일한 용매로 이를 전개시켜서 각 시료와 3가지 표준시료의 점 크기를 육안으로 관찰하여 Fig. 4와 Table 2에 결과를 정리하였다. 미지시료 중에서 f이 큰 것(노란색 , BTB：으 점의 크기가 참고시료 ②-(1000 ppm BTB) 보다는 크고, 참고^료 ③-(2000 ppm BTB) 보다는 약간 작으므로, 약 1500~2000ppm정도로 추정하였다.
（匸） 미지시료와 각 기준용액과의 전개거리의 비교（Rf 값측정 聞터 미지시료속의 물질이 무엇인가를 알아낸다. 정량분석 실험（소요시간: 3~5분）（r） 하나의 TLC판 위에 각각의 양을 모르는 BPB와 BTB 혼합시료回지시료）와 BPB와 BTB卜 각각 500 ppm, 1000 ppm, 2000 ppm들어있는 혼합시료를 함께 점적한다. （「） TLC 챔버를 사용하여 전개용매 （EtOH:EA=1:4）로 전개시킨 다음 TLC에 나타난 시료의 크기를 비교하여 미지시료내 BP® BTB 각각의 대략적인 양을 알아본다.
정성분석 실험 크로마토그래피에 의한 미지시료의 성분이 무엇인지를 확인（정성분석）하기 위해, 미지시료와 5개의 참고물질들을 한 장의 TLC판 위에 각각 점적하고, 동일한 조건 하에서 동일한 용매로 전개시켜 , 그 결과를 Fig. 3에 나타내었고, 이를 Table 1에 정리하였다. 실험 시간은 대부분 약 5분 정도 소모되었으며, （보통 중학생들에게 적용시 5~7분 소모됨） Fig.
（TLC를 이용하여 중학교 과학 실험에 효과적으로 도입할 수 있는 시료와 용매 등으로 구성된 얇은 막 크로마토그래피실험 키트를 개발하였다. 시료로는 UV 램프 도움없이도 확연히 색을 띠며, 산과 염기 용액에 담그 었을 때 색 변화를 일으키는 산-염기 지시약들을 사용 하였고, 전개용매는 전개속도가 빠르면서 인체에 해가 적은 EtOH와 EA의 1:4 혼합용액을 사용하였다.
TLC 에서 전개된 화합물의 위치 확인 실험 및 산성 용액에서 색깔 변화 관찰（소요시간 3~4 분） O 앞에서 준비한 5종류의 참고물질 중에서 BPB와 BTB를 의 TLC판 위에 각각 점적하고, 전개용매로 EtOH:EA=1:4 를 사용하여 전개시킨다. （시간이 촉박하면 본 단계는 생략하고, 이미 앞 실험에서 전개된 TLC 판을 그대로 사용해도 무방함）（「） TLC판 중 하나를 산성용액 （2N HCl 용액 网 다시 넣었다가 꺼내어서 색깔의 변화를 관찰한다. 분필 크로마토그래피와 얇은막 크로마토그래피의 비교실험（소요시간: 4~6분） O 앞의 TLC 실험에서와 마찬가지로 TLC판과 흰색 분필의 끝에서 0.

대상 데이터

（D 같은 방법으로 EA와 Hexan籍 각각 1:1과 1:4 비율로 취하여 시약병에 담고 라벨을 붙여둔다. 참고물질 및 시료 준비（소요시간: 20 분） O 산-염기 중화적정 지시약 중에서 BCP, BPB, BTB, CPR, TP 다섯 가지를 준비한다. （「） 분석용 저울을 사용해서 각 시료를 5.
시료와 전개용매의 선택 눈으로 시료가 관찰되고, 전개 후 중학생들에게 시각적 효과를 주기 위해서 산-염기 지시약을 시료로 선택 하였다. 그 중에서 분리가 잘 되며 색깔의 차이를 구별하기가 용이한 것을 찾기 위해 다양한 지시 약들을 살펴보았고, 이들 중 BCR BPB, BTB, CPR, TP 다섯가지를 참고물질로 준비하였다. 또한 실험을 수행하는 학생들에게 해와 위험 요소가 적은 4종류의 ethyl alcohol (EtOH과 ethyl acetate (EA), 그리고 EtOH와 Hexane 의 혼합용매 (EtOH:Hexane=1:1, 1:4, EtOH:EA=1:1, 1:4) 를 전개용매로 사용하여 TLC 수행 결과를 Fig.
기구 및 시약 기구준비분석용 저울（Sartorius BP 210 S-Sartorius）, 피펫（10 mL）, 메스 실린더, 시약병 （음료수 병으로 재활용한 것）, 작은 시 약병 （Vial 병）, 스패튤라, UV lamp（VL-4LCVilber Lourmat）, TLC 챔버 및 덮개 （유리판）, 모세관（제작）, 핀셋, 분필, TLC판（Normal Phase TLC, 지지체Glass,정지상- 실리카 겔 , 규격 ; 가로 20 cmX세로 20 cm, Merck 5715）. ※실험시간을 줄이기 위해서 TLC판을 가로 2 cmX 세로 5 cm] 크기로 다이아몬드 칼을 사용해서 미리 조별로 5개씩 잘라서 준비해둔다.
（TLC를 이용하여 중학교 과학 실험에 효과적으로 도입할 수 있는 시료와 용매 등으로 구성된 얇은 막 크로마토그래피실험 키트를 개발하였다. 시료로는 UV 램프 도움없이도 확연히 색을 띠며, 산과 염기 용액에 담그 었을 때 색 변화를 일으키는 산-염기 지시약들을 사용 하였고, 전개용매는 전개속도가 빠르면서 인체에 해가 적은 EtOH와 EA의 1:4 혼합용액을 사용하였다. 이들 TLC 키트를 이용하여 크로마토그래피의 원리를 보다 효과적으로 설명할 수 있었고, 크로마토그래피를 통한 정성분석과 정량분석 요령을 숙지시킬 수 있었다.
따라서 본 연구에서는 TLC를 사용하여 혼합시료의 정성분석과 정량분석을 실시하였고, 이를 통해 크로마토그래피의 원리를 손쉽게 소개하고자 하였다. 시중에 판매되고 있는 TLC판을 가로 2 cm, 세로 5 cm 크기로 잘라서 정지상으로 이용하였고, 이동상으로는 상대적으로 인체에 해가 적은 혼합 유기용매를 사용하였으며, 시료 및 참고물질로는 산-염기 지시약들을 사용하였다. 시료로 산-염기 지시약을 사용한 것은 시료의 전개 과정이 UVlamp의 보조장치 없이도 눈에 쉽게 띄게 하기 위함이며, 또한 이들을 전개시킨 후 산성, 염기성 용액에 담그어 색깔 변화를 확인함으로써 실험의 흥미를 드높이기 위함이었다.

성능/효과

인 경우 약간 많이 그리고 1:4인 경우는 약간 작게 전개되어 1:2 정도가 적당함을 알 수 있었다. 5가지의 참고물질 중에서는 참고물질 ②-BPB와 참고물질 ③-BTB 가 보라색과 노란색을 띠면서 분리가 많이 일어남을 알수 있었다. 전개된 TLC판의 위에서부터 참고물질 ③- BTB, 참고물질 ④-CPR, 참고물질②-BPB, 참고물질 ①-BCP, 참고물질 ⑤-TP의 순서로 분리가 이루어진 것은 혼합시료 중의 각 물질과 정지상과의 상호작용이 참고 물질 ⑤가 가장 많고, 참고물질 ③이 가장 적다는 것을 의미한다.
A집단과 C집단은 이전에 크로마토그래피 실험을 해본 경험이 있는 집단으로써 주로종이와 분필을 이용한 실험이 많았음을 알 수 있었다. 특히 과학교사들은 얇은 막과 컬럼 크로마토그래피의 경험이 있는 경우가 각각 10% 이상이었다.
TLC 에서 전개된 화합물의 위치 확인 실험 및 산 염기 용액에서의 색깔 변화 관찰 중학생들에게 실험의 흥미를 더해 주기 위해서 실험을 했었던 TLC판을 산성용액에 잠시 담근 후 그 색깔 변화를 보여준 결과 BPB는 viole㈣서 노랑으로 그리고, BT時 노랑에서 변화가 없었다. 본 실험에서 사용한 산-염기 지시약의 변색 범위를 문헌에서 알아본 결과,8 BPB（Bromophenol Blue冷 pH 3.
따라서 현재 거의 이용되지 않는 종이 크로마토 그래피 실험을 통해 일반적인 크로마토그래피 원리를 설명하는 것보다 흔히 사용되는 TLC를 이용하여 크로마토그래피의 전반적 인 내용을 설명하는 것이 보다 효과적이라 생각된다. 따라서 본 연구에서는 TLC를 사용하여 혼합시료의 정성분석과 정량분석을 실시하였고, 이를 통해 크로마토그래피의 원리를 손쉽게 소개하고자 하였다.
3에서 볼수 있듯이 참고물질 ②-BPB（Bromophenol Blue）와 참고물질 ③-BTB（Bromothymol Blue）이 미지시료 속에 포함된 두 성분과 TLC 전개거리가 동일하였다. 또한 미지시료 속의 두 성분과 5종류의 참고물질들에 대한 Rf값을 비교해 본 결과, 미지시료 내 두 성분（위, 아래）의 Rf값과 똑같은 Rf값을 가진 참고물질은 참고물질 ②- BPB(Bromophenol Blue)와참고물질 ③-BTB (Bromothymol Blue)임을 알 수 있었다. Fig.
본 실험 키트를사용하여 여러 대상으로실험을해보고 난 뒤에 설문을 조사한 결과 이전에 행하였던 종이나 분필 크로마토그래피에 비해서 얇은 막 크로마토그래피를 사용해서 실험을 하는 것이 크로마토그래피의 원리를 보다 효과적으로 설명할 수 있고, 더욱 체계적이었음을 확인할 수 있었다. 또한 중학교 과학 실험에본 실험이 도입되기를 많은 사람들이 희망하였고, 위험이나 안전문제도 별 문제가 없음을 확인하였다. 중학교 과학실험에 가장 적절한 크로마토그래피 실험으로는 얇은 막 크로마토그래피라는 의견이 가장 많았다.
본 실험 전체 또는 일부를 중학교 과학 실험에 도입한다고 했을 때 교사집단인 A와 日집단의 절반 정도가 어려움 없이 실험할 수 있다고 대답했다. 하지만 경북 대학교 과학영재반 학생인 C집단은 긍정적인 답변도 많았지만 보통이라는 의견이 대다수 였다.
이들 TLC 키트를 이용하여 크로마토그래피의 원리를 보다 효과적으로 설명할 수 있었고, 크로마토그래피를 통한 정성분석과 정량분석 요령을 숙지시킬 수 있었다. 본 실험 키트를사용하여 여러 대상으로실험을해보고 난 뒤에 설문을 조사한 결과 이전에 행하였던 종이나 분필 크로마토그래피에 비해서 얇은 막 크로마토그래피를 사용해서 실험을 하는 것이 크로마토그래피의 원리를 보다 효과적으로 설명할 수 있고, 더욱 체계적이었음을 확인할 수 있었다. 또한 중학교 과학 실험에본 실험이 도입되기를 많은 사람들이 희망하였고, 위험이나 안전문제도 별 문제가 없음을 확인하였다.
TLC 에서 전개된 화합물의 위치 확인 실험 및 산 염기 용액에서의 색깔 변화 관찰 중학생들에게 실험의 흥미를 더해 주기 위해서 실험을 했었던 TLC판을 산성용액에 잠시 담근 후 그 색깔 변화를 보여준 결과 BPB는 viole㈣서 노랑으로 그리고, BT時 노랑에서 변화가 없었다. 본 실험에서 사용한 산-염기 지시약의 변색 범위를 문헌에서 알아본 결과,8 BPB（Bromophenol Blue冷 pH 3.0（노랑）~ 4.6（자주색）, 그리고 BTB（Bromothymol Blue） 는 pH 6.0（노랑）~7.6（파랑）이었다. 본 실험에서 확인한 바로는 앞의 결과처럼 중성 일 때 BPB는 보라색, BTB 는 노란색이었으며, 산성에서는 둘다 문헌에서와 같이 노란색으로 나타났다.
6（파랑）이었다. 본 실험에서 확인한 바로는 앞의 결과처럼 중성 일 때 BPB는 보라색, BTB 는 노란색이었으며, 산성에서는 둘다 문헌에서와 같이 노란색으로 나타났다. 본 실험에서 시료로 산-염기 지시약을 사용한 것은 일반적으로 TLC에서 많이 사용하는 UVlamp를 사용하지 않고, 육안으로도 시료의 이동거리를 확인하고자 하였기 때문이며, 또한 이 과정에서 실험의 흥미를 북돋우기 위해 전개된 TLC판을 산성 용액에 넣어 색깔 변화를 직접 확인토록 하기 위함이다.
본 실험에서 시료로 산-염기 지시약을 사용한 것은 일반적으로 TLC에서 많이 사용하는 UVlamp를 사용하지 않고, 육안으로도 시료의 이동거리를 확인하고자 하였기 때문이며, 또한 이 과정에서 실험의 흥미를 북돋우기 위해 전개된 TLC판을 산성 용액에 넣어 색깔 변화를 직접 확인토록 하기 위함이다. 본 실험에서는 별도로 시료를 준비하지 않고 이미 전개 시킨 TLC판（정성분석과 정량분석에 이용한 TLC판）을 단지 산성 용액에 담그기만 하면 되므로 실험 시간이 따로 필요하지 않고, 추가적인 장치도 필요 없으므로 경제적이면서도 시각적인 효과가 크다.
이때 개당 약 20만원 정도하는 UV-lamp（거의 영구적으로 사용 가능함）를 1~2개만 준비하여 각 조마다 돌아가며 TL回 이동거리를 확인하도록 하면（확인 시간은 10〜2（& 이내임） 학생들이 보다 큰 흥미를 갖게 되는 효과도 얻게 된다. 본 실험을 하고 난 뒤에 실시한 설문조사를 종합해 본 결과 이전에 행했던 종이나 분필을 이용한 크로마토그래피 실험보다 본 실험을 통해 크로마토그래피의 원리를 더욱 효과적으로 이해할 수 있음을 확인하였다. 또한 많은 중학생들이 본 실험을 재미있어 하였으며, 실험에 참여한 네집단 모두 크로마토그래피와 관련된 중학교 과학 실험에 얇은막 크로마토그래피의 도입을 원하였다.
따라서 혼합시료 중의 각 성분들이 이동상을따라서 움직 이는 가운데 정지상과의 상호작용 차이로 인하여 분리가 이뤄지는 것, 이것이 곧 크로마토그래피의 원리이며, 간단한 TLC 실험을 통하여 이러한 크로마토그래피의 원리를 설명할 수 있다. 본 연구를 통해 EtOH:EA=1:2인 혼합용매가 이동상으로 적합함을 알았고, 5개의 시료 가운데 참고물질 ②-BPB와 참고물질 ③-BTB이 적당한 분리와 더불어 각각 뚜렷한 색을 띄므로, 중학교 크로마토그래피 부분의 실험에서 사용될 시료로 적절함을 확인하였다. 본 실험은 시간이 부족하면 생략할 수 있는 부분으로 교사가 미리 이러한 크로마토그래피 실험 키트（순상 TLC판, BPB 등의 참고물질과 시료, EtOH:EA=1:2인 혼합용매전개용매）를 준비하면 될 것이다.
안전성에 있어서도 중학교 학생들이 실험을할 때 위험이 없고, 안전하게 실험을 행할 수 있을 것이라는 대답이 많음을 알 수 있었다. 문³⁾ 중학교 과학 실험에 크로마토그래피 관련 실험을 도입한다면 어떤 종류의 크로마토그래피 실험을 하는 것이 학생들에게 크로마토그래피의 원리를 효과적으로 설명할 수 있다고 생각하십니까? (하나만 표시해 주세요.
시료로는 UV 램프 도움없이도 확연히 색을 띠며, 산과 염기 용액에 담그 었을 때 색 변화를 일으키는 산-염기 지시약들을 사용 하였고, 전개용매는 전개속도가 빠르면서 인체에 해가 적은 EtOH와 EA의 1:4 혼합용액을 사용하였다. 이들 TLC 키트를 이용하여 크로마토그래피의 원리를 보다 효과적으로 설명할 수 있었고, 크로마토그래피를 통한 정성분석과 정량분석 요령을 숙지시킬 수 있었다. 본 실험 키트를사용하여 여러 대상으로실험을해보고 난 뒤에 설문을 조사한 결과 이전에 행하였던 종이나 분필 크로마토그래피에 비해서 얇은 막 크로마토그래피를 사용해서 실험을 하는 것이 크로마토그래피의 원리를 보다 효과적으로 설명할 수 있고, 더욱 체계적이었음을 확인할 수 있었다.
5가지의 참고물질 중에서는 참고물질 ②-BPB와 참고물질 ③-BTB 가 보라색과 노란색을 띠면서 분리가 많이 일어남을 알수 있었다. 전개된 TLC판의 위에서부터 참고물질 ③- BTB, 참고물질 ④-CPR, 참고물질②-BPB, 참고물질 ①-BCP, 참고물질 ⑤-TP의 순서로 분리가 이루어진 것은 혼합시료 중의 각 물질과 정지상과의 상호작용이 참고 물질 ⑤가 가장 많고, 참고물질 ③이 가장 적다는 것을 의미한다. 또한 EtOH:EA=1:2인 혼합용매에서 분리가 가장 잘 된 이유는 이 혼합용액의 극성이 실리카 겔과 시료들을 분리시키기에 가장 적당하였기 때문이다.
종이 크로마토그래피에 많은 경험이 있는 과학교사 집단인 A집단은 본 실험의 실험과정 및 방법이 종이 크로마토그래피보다 알기 쉽고 체계 적 이 라고 생 각함을알 수 있었다. 문⁴⁾ 본 실험을 통하여 크로마토그래피의 원리를 어느 정도 명확하게 알 수 있었습니까?
중학교 과학 실험에 크로마토그래피 관련 실험을 도입한다면 가장 좋은 실험으로 간단하면서도 정성분석과 정량분석을 동시에 행할 수 있는 얇은막 크로마토그래피 실험이 가장 많음을 알 수 있었다. 특히 과학교사 들의 경우 대부분이 얇은막 크로마토그래피 실험을 선호하는 것을 확인할 수 있었다.
크로마토그래피 실험을 처음 경험하는 사람들이 대부분인 B집단의 경우 본 실험을 통하여 크로마토그래피의 원리를 어느정도 명확하게 이해했음을 알 수 있었다. 문⁵⁾ TLC실험을 통해 어느 정도 TLC에 대해 알게 되었습니까?

후속연구

3. 실험후 크로마토그래피를 이용한 혼합물 분리의 원리 이해문¹⁾ 종이나 분필 크로마토그래피에 비해서 TLC나 스포이 드크로마토그래피를사용하는 것이 효과적으로 크로마토그래피의 원리를 설명할 수 있다고 생각하십니까?(본 연구에서는 실험시간이 3시간 정도로 비교적 여유가 있었기에 TLC 이외에 스포이드 크로마토그래피도 함께 실험을 실시하였다. 하지만 스포이드 크로마토그래피는 크로마토그래피에 의한 정성분석이나 정량 분석 이 목적 이 아니라 혼합시료를 순수한 각 성분으로 분리하는 것이 주된 목적이며, 실제 실험시간이 제한적인 중학교에서 TLC 이외에 스포이드 크로마토그래피 까지 동시에 실시 • 적용하기에는 힘든 것이다.
지금까지 흔히 사용했던 종이 크로마토그래피 실험 등을 통하여 크로마토그래피의 원리를 명 확하게 이해할 수 있었습니까?① 아주 그렇다(2)그렇다 ③ 보통이다 ④ 아니다 ⑤아주 아니다 5. 본 실험의 실험 과정 및 방법이 종이 크로마토그래피보다 알기 쉽고, 체계적입니까?① 아주 그렇다(2)그렇다 ③ 보통이다 ④ 아니다 ⑤아주 아니다 6. 중학교 과학 실험에 크로마토그래피 관련 실험을 도입한다면 어떤 종류의 크로마토그래피 실험을 하는 것이 학생들에게 크로마토그래피의 원리를 효과적으로 설명할 수 있다고 생각하십니까? (하나만 표시할 것) ① 종이 크로마토그래피 ② 분필 크로마토그래피 ③얇은 층 크로마토그래피 (TLC) ④ 컬럼 또는 스포이드 크로마토그래피 ⑤ 기타( ) 7. 만약 본 실험 전체 또는 일부를 중학교 과학 실험에 도입한다면 큰 어려움 없이 실험할 수 있다고 생각하십니까?① 아주 그렇다(2)그렇다 ③ 보통이다 ④ 아니다 ⑤아주 아니다.
특히 크로마토그래피 부분이 배제된 7차 교육과정에서는 이와 같은 혼합물질 내에서 특정성분의 분리 (분리분석)와 확인(정성분석) 및 해당 물질의 양을 측정 (정량분석)하는 분석 화학 분야에서 가장 중요한 원리들이 모두 배제 되어 있다. 따라서 TLC에 의한 정량분석 실험 역시 앞서 행한정성분석 실험과 더불어 중학교 교육과정 이외의 탐구학습이나 심화학습 과제로서 효과적으로 적용되기를 기대한다.
중학교 과학실험에 가장 적절한 크로마토그래피 실험으로는 얇은 막 크로마토그래피라는 의견이 가장 많았다. 바뀌어진 7차 교육과정 중 중학교 교과서에서 크로 마토그래피 내용이 없어졌지만 심화 학습과정으로 본 실험이 도입되어 우리나라 중학생들이 크로마토그래피에 대한 정확한 원리 등을 보다 쉽게 숙지할 수 있게되길 기대한다. 본 논문 내용 중 일반 중학생들의 실험적용과 설문조사에 도움을 주신 대구 제일여자중학교 박주영 선생님에게 감사드립니다.
본 연구를 통해 EtOH:EA=1:2인 혼합용매가 이동상으로 적합함을 알았고, 5개의 시료 가운데 참고물질 ②-BPB와 참고물질 ③-BTB이 적당한 분리와 더불어 각각 뚜렷한 색을 띄므로, 중학교 크로마토그래피 부분의 실험에서 사용될 시료로 적절함을 확인하였다. 본 실험은 시간이 부족하면 생략할 수 있는 부분으로 교사가 미리 이러한 크로마토그래피 실험 키트（순상 TLC판, BPB 등의 참고물질과 시료, EtOH:EA=1:2인 혼합용매전개용매）를 준비하면 될 것이다.
이 실험은 크로마토그래피의 가장 중요한 기능인 혼합시료 내에 어떤 성분이 들어있는 가를 알아내는 정성분석 방법을 중학생들 스스로 터득 하게 하고, 이를 통해 소변 속에 있는 마약 성분이나 운동력을 향상시키는 약물 등을 정성분석하는 원리도 이해시킬 수 있다. 이 실험은 미숙련자도 5〜7분의 짧은 시간에 별 어려움이나 안전상의 위험 없이 쉽게 수행할수 있으므로 비록 7차 교육과정에서 중학교 정규교육과정 에는 빠졌지만 크로마토그래피와 관련된 탐구학습이나 심화학습 과제로서 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
실험 전에 미리 TLC판을 잘라두고, 시료와 용매가 준비되어 있으면, 실험 시간도 현재의 종이 크로마토그래피 실험과 별로 차이가 없다. （TLC 실험 5가지에 소모된 시간: 20~30분） 만약 TLC에 전개된 각 물질의 이동상황을 보편적인 화합물의 확인 방법으로 사용하는 UV-lamp를 이용하여 확인한다면, 보다 효과적인 실험 교육이 될 것이다. 이때 개당 약 20만원 정도하는 UV-lamp（거의 영구적으로 사용 가능함）를 1~2개만 준비하여 각 조마다 돌아가며 TL回 이동거리를 확인하도록 하면（확인 시간은 10〜2（& 이내임） 학생들이 보다 큰 흥미를 갖게 되는 효과도 얻게 된다.

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