과학적 측정 및 실험실 기술

출처: Smaa Koraym at Johns Hopkins University, MD, USA

1. 확장

   모든 실험에서 오류가 발생할 수 있으며, 기술이 신중하고 올바르게 수행되는 경우에도 마찬가지입니다. 불확실성을 이해하고 평가하기 위해 실험실 실습을 수행할 때 실험 방법을 비판적으로 검토하는 것이 중요합니다. 실험실의 이 부분에서는 다양한 유리 기구의 둘레를 측정하는 절차를 결정한 다음 측정의 오류 원인을 평가합니다.

   < 데이터 하위 메모 항목 = "1-2">
   시작하려면 장갑, 화학 물질 비말 고글, 실험복을 포함한 적절한 개인 보호 장비를 착용하십시오.
2. 유리 제품의 파손을 방지하기 위해 벤치 탑에 패드를 놓습니다. 비커의 바닥이 천장을 향하도록 패드에서 각 비커를 거꾸로 뒤집습니다.
3. 끈의 한쪽 끝을 가능한 한 밑면의 가장자리에 가깝게 놓고 끈을 비커의 다른 쪽으로 확장하여 직경을 측정합니다. 마커를 사용하여 문자열을 표시하고 가장자리에 레이블을 지정합니다.
< 데이터 하위 노트 항목 = "1-5">
문자열을 제거하고 눈금자를 사용하여 문자열에 표시된 끝점 사이의 거리를 측정합니다. 공책에 지름(과 부피)을 기록하십시오. 측정을 두 번 더 반복합니다.
표 1: 직경과 둘레 측정
		트라이얼 1	트라이얼 2	트라이얼 3
50mL 비커	측정된 직경
	측정된 둘레
	계산된 둘레
>100mL 비커	측정된 직경
	측정된 둘레
	계산된 둘레
250mL 비커	측정된 직경
	측정된 둘레
	계산된 둘레
400mL 비커	측정된 직경
	측정된 둘레
	계산된 둘레
600mL 비커	측정된 직경
	측정된 둘레
	계산된 둘레
둘레 대 지름 측정		계산된 둘레 대 지름
경사		경사
y절편		y절편
아르 자형2		아르 자형2
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.
4. 끈의 한쪽 끝을 비커 가장자리에 놓고 비커 주위로 끈을 확장하여 둘레를 측정합니다. 메모: 현을 가능한 한 수평으로 유지하면서 직경을 측정한 것과 같은 높이에서 둘레를 측정하십시오.
< 데이터 하위 노트 항목 = "1-7">
문자열을 표시하고 자를 사용하여 길이를 측정한 다음 공책에 둘레 측정값을 기록하십시오. 측정을 두 번 더 반복합니다.
< 데이터 - 하위 메모 - 항목 = "1-8">
서로 다른 크기의 비커 각각에 대한 직경 및 둘레 측정값을 수집하고 노트북에 기록합니다.
5. 확장

   피펫은 실험실에서 특정 부피의 액체를 측정하고 전달하는 데 사용되는 체적 측정 장치입니다. 다양한 유형의 피펫이 있지만 오늘 사용할 피펫은 체적 피펫이라고 합니다. 이 유리 피펫에는 'TD'라는 문자와 부피가 표시되어 있으며, 이는 지정된 온도에서 액체의 부피를 전달하도록 설계되었음을 나타냅니다. 오류도 나열됩니다. 반월판 바닥이 적절한 부피선에 있을 때 측정이 정확합니다. 피펫 또는 전구는 액체를 피펫으로 끌어들이는 데 사용됩니다. 실험실의 이 부분에서는 다양한 부피 측정 파이펫을 사용하여 파이펫팅을 연습하고 일관성과 가능한 오류 원인을 검사합니다. 메모: 절대 입으로 피펫을 피펫해서는 안 됩니다.

   • 시작하려면 50mL 비커에 수돗물을 채웁니다.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "2-3">
   저울에서 빈 10mL 눈금 실린더의 무게를 측정하고 무게를 기록합니다.
   표 2: 물 10mL 피펫팅
   	5-mL 피펫			10mL 피펫
   	1차 측정	2번째 측정	3번째 측정	1차 측정	2번째 측정	3번째 측정
   질량 빈 10mL 눈금 실린더 (g)
   Massfull 10-mL 눈금 실린더 (g)
   volumewater (mL)
   질량물 (g)
   질량 빈 10mL 눈금 실린더 (g)
   Massfull 10-mL 눈금 실린더 (g)
   volumewater (mL)
   질량물 (g)
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   .
< 데이터 하위 노트 항목 = "2-4">
5mL 피펫을 피펫에 부착하고 5mL의 물을 빨아들입니다. 반월상 연골 바닥이 5mL 측정 라인에 오도록 부피를 조정합니다. 그런 다음 10mL 눈금이 매겨진 실린더에 물을 분배합니다.
< 데이터 하위 메모 항목 = "2-5">
반복하여 눈금이 매겨진 실린더에 5mL의 물을 더 추가합니다.
6. 눈금 실린더에 채워진 볼륨을 읽고 공책에 기록하십시오.
< 데이터 하위 노트 항목 = "2-7">
눈금이 매겨진 실린더를 저울로 되돌리고 새 질량을 기록합니다. 이 값에서 초기 질량을 빼서 유리 제품에 추가된 물의 질량을 구합니다.
7. 빈 10mL 부피 플라스크의 질량을 측정하고 값을 기록합니다. 5mL 피펫을 사용하여 플라스크에 10mL의 물을 측정합니다. 플라스크를 저울에 다시 넣고 새 질량을 기록합니다. 추가된 물의 질량을 구하기 위해 초기 질량을 뺍니다.
< 데이터 하위 메모 항목 = "2-9">
눈금이 매겨진 실린더와 부피 플라스크에서 물을 버리고 10mL 피펫을 피펫터에 부착합니다.
8. 빈 눈금 실린더의 무게를 다시 잰다. 그런 다음 피펫을 사용하여 물 10mL를 주입하고 눈금이 매겨진 실린더에 분배합니다. 액체의 양을 읽고 공책에 기록하고 추가된 물의 질량을 결정하십시오.
9. 빈 부피 플라스크의 무게를 다시 측정한 다음 부피 플라스크에 10mL의 물을 측정합니다. 추가된 물의 질량을 결정합니다.
10. 눈금이 매겨진 실린더와 부피 플라스크 모두에 많은 양의 액체를 전달하여 피펫팅을 계속 연습합니다. 각 피펫과 유리 기구에 대해 최소 3회 반복합니다. 기술의 일관성과 정확성을 확인할 수 있도록 모든 부피 및 질량 측정을 기록하십시오.
11. 확장

    Büchner 깔때기를 사용한 진공 여과는 액체에서 고체를 분리하는 데 자주 사용되는 기술입니다. Büchner 깔때기는 고무 어댑터를 사용하여 필터 플라스크에 연결한 다음 실리콘 튜브가 있는 진공 청소기에 부착됩니다. 여과지를 깔때기 내부에 넣은 후 용액을 깔때기에 붓습니다. 진공은 깔때기의 여과지에 남아 있는 고형물과 함께 액체를 플라스크로 끌어당깁니다. 랩의 이 부분에서는 Büchner 깔때기 설정을 사용하여 물에서 모래를 여과하여 이 기술을 연습합니다. 그런 다음 여과 전과 후의 모래의 무게를 비교하여 기술의 효능을 확인합니다.

    • 시작하려면 잔액을 0으로 만듭니다. 저울에 빈 계량 보트를 놓고 노트북에 무게를 기록하십시오. 그런 다음 균형을 싣습니다.

      표 3: 진공 여과

      모래의 초기 질량 (g)
      모래의 최종 질량 (g)
      퍼센트 수율

      표 3을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오
      .
    < 데이터 하위 메모 항목 = "3-3">
    저울에서 계량 보트를 제거하고 스쿠큘라를 사용하여 모래를 계량 보트로 옮깁니다. 계량 보트를 저울로 다시 놓고 질량을 확인하십시오.
< 데이터 하위 노트 항목 = "3-4">
약 3g이 될 때까지 모래를 추가하거나 제거합니다. 노트북에 무게를 초기 질량으로 기록하십시오.
12. 라벨이 붙은 비커에서 약 20mL의 아세톤을 얻고 워크스테이션으로 가져올 때 시계 유리로 덮어야 합니다.
< 데이터 하위 메모 항목 = "3-6">
10mL 눈금이 매겨진 실린더를 사용하여 20mL의 탈이온수를 측정하고 100mL 비커에 물을 붓습니다.
< 데이터 하위 노트 항목 = "3-7">
적색 염료 용액을 얻고 5mL 피펫을 사용하여 염료 용액 5mL를 측정합니다.
13. 빨간 염료를 비커에 물을 넣은 다음 모래를 넣으십시오. 유리 교반 막대를 사용하여 모래, 염료, 물을 철저히 섞습니다.
14. 진공 여과 시스템을 설정합니다. 고무 어댑터를 필터 플라스크의 목에 놓고 진공 상태의 실리콘 튜브를 필터 플라스크의 가시 암에 연결합니다. Büchner 깔때기의 줄기를 고무 어댑터에 넣고 꼭 맞는지 확인하십시오. 여과지를 깔때기 내부의 중앙에 놓고 진공 청소기를 켜서 흡입을 시작합니다.
15. 모래 혼합물을 여과지 중앙에 천천히 붓면서 부드럽게 저어줍니다. 유리 교반 막대를 사용하여 혼합물을 깔때기 중앙으로 향하게 합니다. 고무 경찰관을 사용하여 깔때기에 남은 모래 혼합물을 긁어냅니다.
16. 모든 물이 깔때기를 통과하면 진공 청소기를 끕니다. 플라스크의 여과액에 모래가 들어가지 않았는지 확인하십시오. 메모: 모래가 들어간 경우 여과지가 깔때기 중앙에 있지 않은 것입니다. 여과지를 다시 중앙에 놓은 다음 여과액을 비커에 비우고 용액을 다시 여과합니다.
17. 용액이 제대로 여과되면 진공 청소기를 끄고 약 3-5mL의 탈이온수로 여과지의 모래를 헹굽니다. 진공 청소기를 켜서 물과 염료를 제거하십시오. 모래에서 모든 붉은 염료가 제거될 때까지 헹굼 단계를 반복합니다.
18. 진공을 끄고 실리콘 튜브에서 필터 플라스크를 분리합니다.
19. 600mL 비커에 '수성 폐기물'이라는 라벨을 붙이고 필터 플라스크의 여과액을 비커에 붓습니다.
< 데이터 하위 노트 항목 = "3-15">
필터 플라스크와 튜브를 Büchner 깔때기에 다시 부착합니다. 모래를 3-5mL의 아세톤으로 헹구어 모래를 더 건조시킵니다. 진공을 켜서 액체를 필터 플라스크로 끌어당깁니다. 이 단계를 1-2회 더 반복하여 모래를 완전히 건조시킵니다.
20. 마지막 건조 단계에서는 깔때기 위에 큰 고무 마개를 약 10분 동안 놓습니다.
21. 유기성 폐기물을 위한 별도의 비커에 레이블을 지정합니다. 진공을 끄고, 플라스크에서 튜브를 분리하고, 깔때기를 제거하고, 아세톤을 유기 폐기물 플라스크에 붓습니다.
22. 깔때기와 여과지를 저울에 올려 놓고 깨끗한 계량 보트의 무게를 싣습니다.
< 데이터 하위 참고 항목 = "3-19">
깔때기에서 여과지를 조심스럽게 제거하고 고무 경찰관을 사용하여 계량 보트에 모래를 긁어냅니다. 모래의 무게를 측정하고 질량을 '최종 질량'으로 기록합니다.
< 데이터 하위 노트 항목 = "3-20">
5분 후 질량을 다시 측정하고 변경 사항을 기록하십시오.
23. 실험실에서 청소하려면 수성 폐기물을 싱크대에서 헹굽니다. 유기성 폐기물을 지정된 유기성 폐기물 용기에 붓습니다. 모래, 여과지, 끈은 쓰레기통에 버리십시오. 사용한 모든 유리 제품을 수돗물로 헹구고 건조시키십시오.
24. 확장

    이제 측정, 피펫팅 및 필터링을 연습했으므로 기술을 분석해 보겠습니다.

    • 먼저 비커 직경과 둘레 측정의 일관성을 살펴보겠습니다. 스프레드시트 소프트웨어를 사용하여 측정된 둘레 대 측정된 직경의 산점도를 준비합니다.
    • 지름을 x 축의 독립 변수로 플롯하고 원주를 y 축의 종속 변수로 플롯합니다.
    < 데이터 하위 노트 항목 = "4-4">
    다음 방정식을 사용하여 측정된 각 직경의 예상 둘레를 계산합니다.
25. 예상 둘레 값을 동일한 그래프에 지름의 함수로 플로팅합니다.
26. 선형 최적 맞춤을 사용하여 두 데이터 세트를 모두 피팅하고 피팅 라인의 기울기, 절편 및 r-제곱 값을 결정합니다. 기울기와 절편은 원래 측정값보다 더 많은 유효 수치를 갖습니다. 우리의 측정은 10분의 1까지만 정확했습니다. 따라서 방정식은 y = 2.9x + 2.1로 조정됩니다.
< 데이터 하위 노트 항목 = "4-7">
둘레 측정이 정확하다면 두 추세선이 밀접하게 일치해야 하고 추세선 방정식은 둘레 공식과 밀접하게 일치해야 합니다. 여기에서 우리의 둘레 측정과 최적 맞춤 라인에 약간의 오류가 있음을 볼 수 있습니다.
< 데이터 하위 노트 항목 = "4-8">
이제 귀하의 파이펫팅 기술을 살펴보겠습니다. 5mL 피펫과 10mL 피펫을 모두 사용하여 10mL 눈금이 매겨진 실린더에 10mL의 물을 측정한 다음 무게를 측정했다는 점을 기억하십시오.
< 데이터 하위 참고 항목 = "4-9">
먼저 물이 들어있는 눈금이 매겨진 실린더에서 빈 눈금 실린더의 질량을 빼서 물 10mL의 질량을 구합니다.
< 데이터 하위 노트 항목 = "4-10">
여기에서는 5mL 및 10mL 파이펫에 대한 두 가지 시험의 결과를 보여줍니다. 물의 밀도가 1g/mL이므로 물 10mL의 질량은 10g입니다. 10mL의 물 측정은 두 가지 부피의 피펫을 사용하여 상당히 정확했으며 5mL 피펫이 약간 더 정확했습니다.
27. Büchner 깔때기 설정을 사용하여 모래가 얼마나 잘 필터링되었는지 분석하려면 수율 백분율을 계산하십시오. 퍼센트 수율은 모래의 최종 질량 또는 실제 수율을 모래의 초기 질량 또는 이론적 수율에 100을 곱한 값과 같습니다.

    • 

    메모: 100%보다 큰 퍼센트 수율을 얻는 것은 불가능합니다. 모래의 최종 질량 또는 실제 수율은 초기 질량 또는 이론적 수율보다 높을 수 없습니다.
28. 여기에서는 퍼센트 수율이 약 75%인 여과 결과를 보여줍니다. 수율이 100%에 가까울수록 필트레이션이 더 잘 이루어집니다. 메모: 퍼센트 수율이 100%보다 높으면 계산에 오류가 있거나, 모래의 무게가 잘못 측정되었거나, 무게를 잴 때 모래가 완전히 건조되지 않았을 수 있습니다.