[논문]설폰아미드계 항생물질의 오존산화분해에 대한 계산화학적 해석 및 실험적 검증

원정식; 임동희; 서규태

doi:10.4491/ksee.2014.36.6.442

설폰아미드계 항생물질의 오존산화분해에 대한 계산화학적 해석 및 실험적 검증
Degradation of Sulfonamide Antibiotic Substances by Ozonation: An Experimental and Computational Approach 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.36 no.6, 2014년, pp.442 - 450

원정식 (창원대학교 환경공학과) , 임동희 (충북대학교 환경공학과) , 서규태 (창원대학교 환경공학과)

초록
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본 연구에서는 상수원에서 문제시 되고 있는 미량오염물질의 처리에 대한 연구를 하기 위해선 많은 시간과 비용이 소요되는데, 이를 절감하기 위한 대안으로 양자화학적 기반의 범밀도함수이론(Density Functional Theory, DFT)을 활용하여 물질간의 상호 반응성 및 분해과정을 해석하였다. 본 연구에서 다루고 있는 물질은, 최근 낙동강 수계에서 빈번히 검출되고 있는 Sulfonamide 물질 3종(sulfamethazine, sulfathiazole, sulfamethoxazol)을 선정하였으며, 이론적인 연구로는 DFT모델링, 실험적 연구로는 UV-VIS 및 FT-IR 등의 분광분석을 하여 비교 및 검증을 하였다. DFT모델링을 실시한 결과 Sulfonamide물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)와 오존의 LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) 사이에서 반응이 가장 유리하며, Sulfonamide 물질의 HOMO를 가시화 한 결과 Sulfanilamide기에서 전자밀도가 높게 나타나므로 Sulfanilamide기에서 반응이 활발할 것이라 예측되었다. UV-VIS 실험결과 260 nm에서 Sulfanilamide기가 검출되었으며, 오존산화시 검출된 Sulfanilamide기가 빠르게 사라짐을 알 수 있었다. FT-IR분석결과로써 Sulfanilamide기에서도 그 한 부분인 아민기(N-H)에서 가장 활발한 제거반응이 일어남을 알 수 있었으며 이러한 결과로부터 DFT모델링 방법을 통해서 정수처리 공정에 대해서 반응을 예측할 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Concern has grown over a presence of micropollutants in natural water since sulfonamide antibiotic substances such as sulfamethazine, sulfamethoxazole, sulfathiazole have been frequently detected in Nakdong River, Korea. The current work investigates the degradation of the three sulfonamide substances by using quantum chemistry calculations of density functional theory (DFT) and experimental measurement techniques of Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and ultraviolet-visible spectrophotometer (UV-VIS). DFT calculations demonstrate that the lowest energy gap between the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbitals (LUMO) lies in sulfanilamide functional group of sulfonamide, implying that the sulfanilamide functional group would be the most active site for ozone oxidation. Also, UV-VIS spectra and FT-IR analysis reveal that 260 nm band originated from sulfanilamide group was absent after ozone oxidation, indicating that a functional group of amine (N-H) was removed from sulfanilamide. Both theoretical and experimental observations agree well with each other, demonstrating the DFT calculation tool can be an alternative tool for the prediction of chemical reactions in purification treatment processes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이론적인 연구방법인 DFT를 통하여 Sulfonamide 물질에 대한 정보를 구축하고 또한 FT-IR, UV-VIS 등을 이용하여 오존산화시 구조들의 변화를 살펴보았다. 그 결과들을 실험적으로 많은 연구가 되어있는 타 연구들과 비교함으로써 DFT가 환경 분야에 접목될 수 있음을 고찰해 보았다. 또한 이를 통해서, Sulfonamide 물질 뿐만 아니라 기타 여러 물질들에 대한 분해 메커니즘에 대한 이해 향상과 더불어 반응성을 예측함에 있어, 실험적 분석 없이도 이를 가능케 하는 방법을 모색하는데 목적이 있다.
그 결과들을 실험적으로 많은 연구가 되어있는 타 연구들과 비교함으로써 DFT가 환경 분야에 접목될 수 있음을 고찰해 보았다. 또한 이를 통해서, Sulfonamide 물질 뿐만 아니라 기타 여러 물질들에 대한 분해 메커니즘에 대한 이해 향상과 더불어 반응성을 예측함에 있어, 실험적 분석 없이도 이를 가능케 하는 방법을 모색하는데 목적이 있다.
본 연구에서는 Sulfonamide계 항생물질들의 오존산화시 그 거동을 이해하기 위하여 DFT를 이용한 모델링을 실시하였으며, 이에 대한 검증 수단으로써 UV-VIS, FT-IR분석을 실시하였다. 그리고 본 연구의 DFT모델링 결과들이 기존의 실험적 결과들에 대한 충분한 재현성이 있는지를 알아보기 위해 기존 논문 결과들과 본 연구의 결과들을 비교 하였다.
져 있다. 본 연구에서는 sulfonamide계 항생물질에 오존을 접촉하였을 때 aniline기의 변화를 관찰하였다.
본 연구에서는 이론적인 연구방법인 DFT를 통하여 Sulfonamide 물질에 대한 정보를 구축하고 또한 FT-IR, UV-VIS 등을 이용하여 오존산화시 구조들의 변화를 살펴보았다. 그 결과들을 실험적으로 많은 연구가 되어있는 타 연구들과 비교함으로써 DFT가 환경 분야에 접목될 수 있음을 고찰해 보았다.

제안 방법

특히 의약품 제조공정이나 실험실에서 중간체물질의 정성분석, 정량분석, 순도분석, 반응속도를 통한 반응진행 정도분석 등 매우 다양한 용도로 광범위하게 응용된다.^16~18) 본 연구에서는 Sulfonamide 물질의 오존반응시 특정 작용기의 제거 동향과 중간체의 생성 여부 등을 알기위해 UV-VIS분석을 실시하였다.
Sulfamethazine, Sulfamethoxazole, Sulfathiazole 각 물질들과 Ozone의 구조최적화를 위해서 각 분자들의 구조 정보는 미국 국립생물정보 센터의(National Center for Biotechnology Information, NCBI) 자료를 이용하였다 이 분자정보를 실제 자연계에 존재 가능한 구조를 만들기 위한 구조최적화(Optimization)작업을 실시하였으며 이를 위한 DFT 계산은 Gaussian03 package에 포함된 교환-상관에너지 함수는 화학반응에 관련하여 재현성이 높은 B3LYP레벨에서 수행하였고, 기저집합(basis set)은 유기물 분자의 모델링에 특화되어있는 6-31G의 기저를 사용하여 계산하였다.⁶⁾
의 연구결과들과 비교하였다. Sulfonamide 물질은 항생제 중에서 유일하게 분해 메커니즘이 제안되었는데 Sulfonmide기가 분리되어 Sulfanilamide가 되고 더 분해되면 일산화황이나 이산화황이 떨어져나가 아닐린기나 아닐린기에 산소원자가 1개가 치환된 형태를 나타낸다고 하였으며 그 과정 및 본 연구에서의 DFT결과를 Fig. 8에 나타내었다. 한편 본 연구의 DFT 시뮬레이션 결과 또한 Sulfonamide기가 먼저 분해 되는 경향을 보였으며, Calza가 제시한 분해경로와 비슷한 경향을 보임으로써 이는 DFT모델링을 활용하여 이론적으로 오존산화 메커니즘을 재현할 수 있다는 가능성을 보여주는 결과라 할 수 있다.
4는 Sulfonamide계 항생물질이 오존산화과정에서의 단편적인 부분을 모사한 결과를 나타내었다. Sulfonamide계 항생물질 3종의 구조와 Ozone의 구조를 구조최적화 한후 두 물질의 HOMO-LUMO계산을 바탕으로 한 Active site 에 위치시켜 한 번 더 구조최적화 하는 방법으로 시뮬레이션을 실시하였다. Fig.
동결 건조된 Sample 들을 소량 분취한 후 FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectrophotometer with Imaging System, FT/IR-6300)을 이용하여 분석하였으며. UV-VIS 분석은 Sulfonamide 물질을 1 mg/L로 조제한 원수에 오존을 0~90초까지 10초 간격으로 접촉시킨 후 일정량을 석영 셀에 담아 US-VIS 측정을 하였다.
구조 최적화된 자료를 바탕으로 HOMO-LUMO 에너지를 계산하여 에너지 갭과 Active site를 예측하였으며 또한 분해메커니즘을 알기위해 구조 최적화된 Sulfonamide 분자와 오존 분자를 Active site에 위치시켜 한번 더 구조최적화 하는 방식으로 분해 메커니즘을 살펴보았다.
본 연구에서는 Sulfonamide계 항생물질들의 오존산화시 그 거동을 이해하기 위하여 DFT를 이용한 모델링을 실시하였으며, 이에 대한 검증 수단으로써 UV-VIS, FT-IR분석을 실시하였다. 그리고 본 연구의 DFT모델링 결과들이 기존의 실험적 결과들에 대한 충분한 재현성이 있는지를 알아보기 위해 기존 논문 결과들과 본 연구의 결과들을 비교 하였다.
동결 건조된 Sample 들을 소량 분취한 후 FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectrophotometer with Imaging System, FT/IR-6300)을 이용하여 분석하였으며. UV-VIS 분석은 Sulfonamide 물질을 1 mg/L로 조제한 원수에 오존을 0~90초까지 10초 간격으로 접촉시킨 후 일정량을 석영 셀에 담아 US-VIS 측정을 하였다.
본 연구에서는 오존접촉실험을 위하여 Sulfamethazine, Sulfamethoxazole, Sulfathiazole을 각각 증류수 1 L에 50 mg/L로 조제하여 실험을 하였다. Sulfonamide계 항생물질을 50 mg/L로 조제한 이유는 분광분석을 할 때 충분한 시료 량을 확보하기 위한 것이다.
오존의 LUMO와 Sulfonamide계 항생물질의 HOMO 에서의 적은 에너지 차로 인하여 이들의 상호 반응이 원활 하게 진행되는 반응임을 알 수 있었으며, 또한 친전자성 반응에 의해서 Sulfonamide계 항생물질이 제거됨을 이해할 수있었다. 분광학적 분석방법인 UV-VIS와 FT-IR을 활용하여 DFT 계산을 통해 얻은 결과에 대한 비교를 실시하였다. UVVIS 분석에서는 Sulfanilamide기를 나타내는 260 nm Peak 에서 활발한 제거양상을 나타냄을 알 수 있었다.
⁷⁾접촉시간은 0, 5, 10분으로 하였으며. 실험이후 채취한 시료를 동결건조기를(PVTFD 20R, 일신, 한국) 이용하여 전 처리 하였다. 실험과정은 Fig.
오존의 농도는 10 mg/L로 유량은 1 L/min으로 일정하게주입하였으며, Sulfonamide계 항생물질의 분해의 최적조건으로써 알려진 pH 7, 온도 25℃의 조건에서 실험하였다.⁷⁾접촉시간은 0, 5, 10분으로 하였으며.

대상 데이터

본 연구에서는 각 처리장마다 검출농도와 빈도가 빈번하며 폐수처리장을 거쳐도 완전한 제거가 이루어지지 않고, 상수원으로 유출될 가능성이 매우 높은 Sulfamethazine, Sulfamethoxazole, Sulfathiazole을 대상물질로 선정하였으며, Table 1에 이 물질들의 특징을 나열하였다.

데이터처리

또한 오존과 Sulfonamide계 항생물질의 반응과정을 DFT 를 통해 모사한 결과를 Keisuke Ikehatar²²⁾와 Calza²³⁾의 연구결과들과 비교하였다. Sulfonamide 물질은 항생제 중에서 유일하게 분해 메커니즘이 제안되었는데 Sulfonmide기가 분리되어 Sulfanilamide가 되고 더 분해되면 일산화황이나 이산화황이 떨어져나가 아닐린기나 아닐린기에 산소원자가 1개가 치환된 형태를 나타낸다고 하였으며 그 과정 및 본 연구에서의 DFT결과를 Fig.

이론/모형

10) 본 연구에서는 FMO이론을 이용하여 HOMO-LUMO energy를 계산하였으며 오존산화의 친전자성 반응을 설명하였다.
본 연구는 Sulfonamide계 항생물질의 분해반응을 이해하기 위해 Density Functional Theory (DFT) 모델링을 활용하였다. 오존의 LUMO와 Sulfonamide계 항생물질의 HOMO 에서의 적은 에너지 차로 인하여 이들의 상호 반응이 원활 하게 진행되는 반응임을 알 수 있었으며, 또한 친전자성 반응에 의해서 Sulfonamide계 항생물질이 제거됨을 이해할 수있었다.
오존산화 반응의 계산 화학적 해석에 있어서, 경계분자궤도함수(frontier molecular orbital, FMO)의 해석방법을 이용하였다. 경계분자궤도함수의 종류에는 최고점유분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO)와 최저비점유분자궤도(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)가 있다.

성능/효과

Sulfonamide계 항생물질 3종의 구조와 Ozone의 구조를 구조최적화 한후 두 물질의 HOMO-LUMO계산을 바탕으로 한 Active site 에 위치시켜 한 번 더 구조최적화 하는 방법으로 시뮬레이션을 실시하였다. Fig. 3의 HOMO-LUMO energy 결과에서 sulfanilamide 작용기 주변에 높은 밀도로 전자가 위치함을알 수 있었으며, 모사한 결과에서도 마찬가지로 anilne작용기와 sulfonamide (O = S = O)기 이 두 부분의 작용기를 합쳐 sulfanilamide¹⁵⁾ 작용기라고 불리는데 이를 기점으로 두부분으로 분해되는 경향을 보였다.
5에서는 Sulfonamide계 항생물질 3종의 UV-VIS 측정결과이다. Sulfanilamide를 토대로 Sulfonamide계 항생물질 3종과 비교한 결과 260nm에서 공통되는 Peak가 나타났 으며 세 물질 모두 Sulfanilamide기가 있음을 확인할 수 있 었다. Fig.
²⁴⁾이 연구한 결과 값을 비교를 하여 Table 3에 나타내었다. 그 결과 Sulfamethazine HOMO값과 Sulfamethoxazole의 LUMO값에서 다소의 차이는 있었으나이 차이는 모델링에서 사용한 기저계(basis set)의 차이에 기인하는 것이라 판단되며 에너지 값들의 경향은 유사하게 나타남을 알 수 있었다.
UVVIS 분석에서는 Sulfanilamide기를 나타내는 260 nm Peak 에서 활발한 제거양상을 나타냄을 알 수 있었다. 그리고 Sulfonamide계 항생물질의 특성을 나타내는 작용기들을 분석하는 FT-IR 실험에서는 주로 Sulfanilamide기 중에서도 특히 N-H 결합에서 가장 활발히 제거됨을 알 수 있었다. 이는 Sulfanilamide기가 오존과 반응할 때 전자를 가장 활발 하게 내놓기 때문이다.
또한 Hoigne' and Bader¹⁴⁾는 방향족 고리의 지방족작용기와 수산기에 오존과의 반응성이 향상되었다는 연구를 발표하였다. 따라서 본 연구에서 나타난 DFT 계산을 이용한 HOMO-LUMO 에너지 계산 및 결과는 Sulfonamide계 항생물질의 HOMO의 위치가 오존에 대한 친전자성공격이 민감한 부분임을 예측 할수 있었다. 이러한 DFT를 이용하면 이론적인 반응위치 예측과 같이 오존분해 메커니즘을 설립할 때 도움을 얻을 수있다는 것을 알 수 있었다.
이 연구에서는 HOMO와 LUMO의 에너지의 차이가 작을수록 가장 유리한 반응이라고 말할 수 있다고 하였다. 본 연구에서 Sulfonamide계 항생물질의 HOMO와 오존의 LUMO 사이에서의 에너지 차이가 적으므로 이들의 상호작용이 가장 유리하다고 할 수 있다. Fig.
본 연구에서 Sulfonamide계 항생물질의 오존산화 반응에 대하여 DFT모델링 방법을 사용하여 반응위치를 예측하고 분해기작에 대한 이론적인 내용을 확인할 수 있었으며 환경중의 오존처리 공정에서도 DFT모델링 방법을 적용할 수있는 가능성을 확인할 수 있었다.
분석결과 아미노기를 유추할 수 있는 N-H 결합은 3,100-3,500 cm^-1에서 널리 분포하는 특성을 나타내고 있으며, 벤젠 고리와 아미노기가 연결됨을 유추할 수 있는 C-N 결합은 1,000-1,350 cm^-1에서 나타났다 또한 설폰아미드기인 O = S = O 결합은 1,140-1,200 cm^-1 사이에서 검출되었다. 이들 물질에 대하여 오존을 접촉하였을 때, 특히 Sulfanilamide 기 중 N-H 결합에 가장 활발한 반응을 보였다.
본 실험에서는 작용기의 구조를 파악하기 위하여 인공폐수를 고농도로 제조하여 실험하였지만 실제 물 환경에서 잔류량은 ng/L-µg/L의 낮은 농도로 존재¹⁹⁾하기 때문에 더욱 빠르게 완전분해 될 것이라 판단된다. 실험에서 도출한 결과와, 이론적인 DFT계산을 통한 HOMO-LUMO에너지 계산결과를 비교 하였을 때 2가지 결론을 도출할 수 있었다. 첫째로 Sulfanilamide기에 높은 밀도의 HOMO가 나타나 Sulfonamide기가 오존과의 주요 반응 Site임을 예측한 결과와, 둘째로 FT-IR 에서는 Sulfanilamide기에 해당하는 아민기(N-H)와 벤젠고리에서 분해에 대한 두드러진 반응을 보여 두 결과가 비슷한 경향을 보였다.
이를 통해서 DFT를 통해 산화 메커니즘 뿐만 아니라 반응성까지도 예측할 수 있는지 살펴보고 이를 통해서 앞으로 Sulfonamide 물질 외에도 다른 물질들에 대하여 특성과 분해경향에 대한 정보를 제공할 수 있음을 증명 할 것이다. 앞서 DFT HOMO-LUMO energy계산 결과에서 언급했듯이, Sulfanilamide기가 오존과의 반응이 활발함을 예측할 수있었는데 이는 본 연구의 UV-VIS와 FT-IR 실험결과와도 일치하는 경향을 나타내었다. 특히, FT-IR에서는 Sulfanilamide 작용기에 속하는 N-H 결합의 제거가 가장 활발히 일어남을 알 수 있었다.
본 연구는 Sulfonamide계 항생물질의 분해반응을 이해하기 위해 Density Functional Theory (DFT) 모델링을 활용하였다. 오존의 LUMO와 Sulfonamide계 항생물질의 HOMO 에서의 적은 에너지 차로 인하여 이들의 상호 반응이 원활 하게 진행되는 반응임을 알 수 있었으며, 또한 친전자성 반응에 의해서 Sulfonamide계 항생물질이 제거됨을 이해할 수있었다. 분광학적 분석방법인 UV-VIS와 FT-IR을 활용하여 DFT 계산을 통해 얻은 결과에 대한 비교를 실시하였다.
는 Sulfamethoxazole의 aniline benzen과 isoxazole ring은 산화반응에서의 특정 Site로 분류된다고 하였으며, 오존산화 후 반응생성물을 선별하여 질량분석을 한 결과 오존산화(oxidation)와 수산화(hydroxylation)는 aniline moiety 와 isoxazole ring에서 이루어지며 이 결과로 오존산화 거동을 확인하였다고 하였다. 이는, 본 연구의 DFT모델링 통한 HOMO-LUMO 결과들과도 일치하는데, Sulfonamide계 항생물질의 aniline 작용기를 포함한 Sulfanilamide기에서 외부로 전자를 쉽게 줄 수 있는 HOMO가 집중적으로 나타남으로써 Sulfanilamide 작용기에서 오존과의 반응이 활발할것이라는 사실을 예측할 수 있다.
사이에서 검출되었다. 이들 물질에 대하여 오존을 접촉하였을 때, 특히 Sulfanilamide 기 중 N-H 결합에 가장 활발한 반응을 보였다. 본 실험에서는 작용기의 구조를 파악하기 위하여 인공폐수를 고농도로 제조하여 실험하였지만 실제 물 환경에서 잔류량은 ng/L-µg/L의 낮은 농도로 존재¹⁹⁾하기 때문에 더욱 빠르게 완전분해 될 것이라 판단된다.
따라서 본 연구에서 나타난 DFT 계산을 이용한 HOMO-LUMO 에너지 계산 및 결과는 Sulfonamide계 항생물질의 HOMO의 위치가 오존에 대한 친전자성공격이 민감한 부분임을 예측 할수 있었다. 이러한 DFT를 이용하면 이론적인 반응위치 예측과 같이 오존분해 메커니즘을 설립할 때 도움을 얻을 수있다는 것을 알 수 있었다.
실험에서 도출한 결과와, 이론적인 DFT계산을 통한 HOMO-LUMO에너지 계산결과를 비교 하였을 때 2가지 결론을 도출할 수 있었다. 첫째로 Sulfanilamide기에 높은 밀도의 HOMO가 나타나 Sulfonamide기가 오존과의 주요 반응 Site임을 예측한 결과와, 둘째로 FT-IR 에서는 Sulfanilamide기에 해당하는 아민기(N-H)와 벤젠고리에서 분해에 대한 두드러진 반응을 보여 두 결과가 비슷한 경향을 보였다. 이런 현상과 관련하여 김 등²⁰⁾은 전자를 주는 그룹(-OH, -NH2)으로 치환된 방향족 화합물은 ortho 와 para위치에 있는 탄소에서 전자밀도가 높아 반응성이 매우 크기 때문에 오존과 빠르게 반응한다 하였다.
앞서 DFT HOMO-LUMO energy계산 결과에서 언급했듯이, Sulfanilamide기가 오존과의 반응이 활발함을 예측할 수있었는데 이는 본 연구의 UV-VIS와 FT-IR 실험결과와도 일치하는 경향을 나타내었다. 특히, FT-IR에서는 Sulfanilamide 작용기에 속하는 N-H 결합의 제거가 가장 활발히 일어남을 알 수 있었다. 이러한 DFT 모델링과 실험적 분석 결과 들은 Huber¹⁶⁾가 보고하였던 Sulfonamide에서 오존 분자는 Sulfanilamide기의 한 부분인 aniline기를 주된 공격의 대상으로써 Sulfonamide 물질을 분해시킨다는 결과와 일치함을알 수 있었다.
8에 나타내었다. 한편 본 연구의 DFT 시뮬레이션 결과 또한 Sulfonamide기가 먼저 분해 되는 경향을 보였으며, Calza가 제시한 분해경로와 비슷한 경향을 보임으로써 이는 DFT모델링을 활용하여 이론적으로 오존산화 메커니즘을 재현할 수 있다는 가능성을 보여주는 결과라 할 수 있다.

후속연구

HOMO-LUMO 에너지는 분자 반응성에 매우 중요한 인자로 인식되고 있기 때문에 향후 연구계획으로써 HOMOLUMO 에너지 갭에 따라서 항생물질의 오존 산화시 그 제거반응속도와의 상관관계를 연구할 계획이다. 이를 통해서 DFT를 통해 산화 메커니즘 뿐만 아니라 반응성까지도 예측할 수 있는지 살펴보고 이를 통해서 앞으로 Sulfonamide 물질 외에도 다른 물질들에 대하여 특성과 분해경향에 대한 정보를 제공할 수 있음을 증명 할 것이다.
또한 DFT는 현재 화학공학 분야에선 촉매디자인, 재료 분야에선 소재 연구 등에서 많이 활발히 사용되고 있다. 그러므로 향후 환경 분야에서 DFT를 통한 연구를 적극 도입하여 발전시키면 산화메커니즘 뿐만 아니라 미량화학물질 처리를 위한 촉매선정이나 membrane 소재 등 환경소재에 대하여 DFT를 통해 제시를 할 수 있고 이를 통하여 연구의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
본 실험에서는 작용기의 구조를 파악하기 위하여 인공폐수를 고농도로 제조하여 실험하였지만 실제 물 환경에서 잔류량은 ng/L-µg/L의 낮은 농도로 존재19)하기 때문에 더욱 빠르게 완전분해 될 것이라 판단된다.
FT-IR은 다양한 연구 분야에서 유기물질의 기능족 분석에 사용하는 분석방법이다. 이 FT-IR을 통해 기능족의 변화를 살펴보는 것은 분해 거동을 밝히는데 유용한 자료로 이용될 것으로 사료된다.
이로써, 실험적 연구를 기반으로 한 상당한 시간과 비용이 수반되는 기존의 고도산화 수처리 공정 연구의 단점을 보완하고, 더 나아가 실험적으로 분석하기 어려운 미량오염물질의 분해 중간 생성물들에 대한 기초 정보를 구축하기 위하여, DFT를 활용한 오염물질의 특성과 분해에 대한 연구가 절실히 필요한 시점이다.
HOMO-LUMO 에너지는 분자 반응성에 매우 중요한 인자로 인식되고 있기 때문에 향후 연구계획으로써 HOMOLUMO 에너지 갭에 따라서 항생물질의 오존 산화시 그 제거반응속도와의 상관관계를 연구할 계획이다. 이를 통해서 DFT를 통해 산화 메커니즘 뿐만 아니라 반응성까지도 예측할 수 있는지 살펴보고 이를 통해서 앞으로 Sulfonamide 물질 외에도 다른 물질들에 대하여 특성과 분해경향에 대한 정보를 제공할 수 있음을 증명 할 것이다. 앞서 DFT HOMO-LUMO energy계산 결과에서 언급했듯이, Sulfanilamide기가 오존과의 반응이 활발함을 예측할 수있었는데 이는 본 연구의 UV-VIS와 FT-IR 실험결과와도 일치하는 경향을 나타내었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	극미량은 어느범위인가?	화학물질에 대한 분석기술의 발전으로 µg/L~ng/L (ppb~ ppt) 범주의 극미량까지 정량이 가능하게 되면서, 최근 들어 환경 분야에서는 미량오염물질(Micropollutants)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.1)
	미량오염물질의 유출 사례는 무엇인가?	한편 미량오염물질의 유출 사례로써 영남지역의 주요 식수원으로 사용되는 낙동강의 지류 및 본류에서 Sulfonamide계 항생물질들의 검출빈도 및 검출농도가 다른 항생물질들에 비해 비교적 높게 나타나고 있다.
	미량오염물질의 유출 사례 연구 중 Sulfamethazine, Sulfathiazole, Sulfamethoxazole의 농도는?	Choi2)의 연구에서는 낙동강 본류에서 Sulfamethazine, Sulfathiazole, Sulfamethoxazole이 각각 0.18 µg/L, 0.15-0.60 µg/L, 0.1 µg/L, 농도를 나타내었다고 한다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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