Ubiquitin 폴딩 반응의 초기에 나타나는 transient 폴딩 intermediate 상태의 열역학적인 특성을 연구하였다. 온도와 화학변성제의 농도를 바꾸어주면서 측정한 폴딩 kinetics의 결과로부터 unfolded 상태와 intermediate 상태의 평형상수 및 자유에너지를 quantitative kinetic modeling을 통하여서 구하였으며 또한 온도에 따른 자유에너지의 변화로부터 unfolded 상태에서 intermediate 상태로 전환될 때의 열역학적 함수인 ${\Delta}H,\;{\Delta}S,\;{\Delta}C_p$를 구하였다. Ubiquitin이 unfolded 상태에서 intermediate 상태가 될 때의 ${\Delta}C_p$는 unfolded 상태에서 native 상태로 되는 과정의 ${\Delta}C_p$의 약 80% 정도 되었다. 이것은 intermediate가 native 상태에 가까운 매우 조밀한 구조를 이루고 있는 ensemble state임을 나타낸다. 상온에서의 ${\Delta}H$는 양의 값을 보였다. 이는 ubiquitin의 unfolded 상태에서 소수성 잔기 주위에 위치한 물 분자의 규칙적인 구조가 intermediate 상태가 될 때 와해되기 때문이라고 여겨진다. 이러한 양의 enthalpy는 자유로워진 물 분자에 의한 전체 계의 entropy의 증가에 의하여서 보상되어 unfolded 상태에서intermediate 상태로의 전환은 음의 자유에너지를 갖게 되며 폴딩 반응의 초기에 관찰되는 것으로 여겨진다.
기능성 염료의 일종인 fluoran계 염료의 열 변색현상으로부터 열역학적인 함수들을 구하였다. 양성자성 용매와 비양성자성 용매에서 온도변화에 따른 UV-Vis 스펙트럼을 측정함으로서 평형상수와 엔탈피 값을 측정하였다. 양성자성 용매에서는 락톤형으로만 존재하나 비양성자성 용매에서는 락톤형과 쯔비터 이온형이 같이 존재함을 확인하였다. 평형 상수를 결정하는 요인은 용매의 극성도가 아니라 수소결합 주게의 성질에 큰 영향을 받음을 확인하였다. 엔탈피 변화량도 측정하였다. 온도 변화에 따라 열 변색 현상이 잘 일어나므로 엔탈피 변화량은 약 -2.0 kJ/mol정도이며, 따라서 열린형이 닫힌형보다도 에너지가 안정함을 확인하였다. 산에 의한 엔탈피 변화량은 양성자성 용매에서는 거의 0 kJ/mol에 가까우며 비양성자성 용매에서는 일정한 경향성을 찾기 어려웠으며. 또한 엔트로피와 깁스 자유에너지도 일정한 경향성을 보이지 않았다. 이러한 열역학적인 분석 결과는 기능성 염료의 디자인이나 합성에서 중요한 정보를 제공할 수 있다.
$25^{\circ}C$의 순수 물 및 n-부탄올 수용액(0.1 M, 0.2 M 및 0.3 M)에서 양이온 계면활성제인 trimethyltetradecylammonium bromide (TTAB)와 비이온 계면활성제인 polyoxyethylene (23) lauryl ether (Brij 35)의 혼합계면활성제의 임계미셀농도 (CMC)와 반대이온의 결합상수값(B)을 TTAB의 겉보기 몰분율(${\alpha}_1$)의 함수로서 전도도법과 표면장력계법으로 측정하였다. 이와 같이 측정한 CMC 값에 비이상적 혼합미셀화 모델을 적용함으로써 여러 가지 열역학적 함수값($X_i$, ${\gamma}_i$, $C_i$, ${a_i}^M$, ${\beta}$ 및 ${\Delta}H_{mix}$)들을 계산하고 분석하였다. 또한 TTAB/Brij 35 혼합계면활성제의 미셀화에 미치는 n-부탄올의 농도에 따른 열역학 함수값들의 변화를 측정하고 분석하였다.
순수 물 및 n-부탄올 수용액(0.1M, 0.2M, 0.3M)에서 음이온 계면활성제인 sodium dodecyl benzenesulfonate(DBS)와 비이온 계면활성제인 dodecyl polyoxyethylene(23) lauryl ether(Brij 35)의 혼합계면활성제의 임계미셀농도(CMC)와 반대이온의 결합상수값(B)을 DBS의 겉보기 몰분율(1)의 함수로서 전도도법과 표면장력계법으로 측정하였다. 이와 같이 측정한 CMC값에 비이상적 혼합미셀화모델을 적용함으로써 여러 가지 열역학적 함수값(Xi, i, Ci, aiM, 및 Hmix)들을 계산하고 분석하였다. 그리고 DBS/Brij 35 혼합계면활성제의 미셀화에 미치는 n-부탄올의 농도에 따른 열역학 함수값들의 변화를 측정하고 분석하였다.
수치해석에서는 온도, 압력, 비체적, 엔탈피, 엔트로피 등의 수치값이 필요하다. 그런데 증기표의 대부분의 열역학적 성질들은 측정된 값이기 때문에 기본적으로 측정 오차를 가지고 있다. 본 연구에서는 압력 기준의 물의 포화 상태에 대해, 난수를 발생시켜 적절한 크기로 조절한 다음 원래의 성질들에 더하여 인위적으로 노이즈가 포함된 데이터를 만들었다. 이 데이터를 신경회로망과 스플라인 보간법으로 함수 근사를 하였다. 해석 결과 신경회로망이 2차 스플라인 보간법보다 훨씬 더 적은 백분율 오차를 보였으며 이로부터 신경회로망이 측정 오차의 영향을 적게 받는 함수 근사에 적절한 방법임을 확인하였다.
주어진 열원에서 유기 랭킨 사이클 시스템을 통해 얻을 수 있는 최대 출력 조건에서의 최적 효율을 구하기 위한 이론식을 유도하였으며, 이것이 작동 유체의 열물성치에 의한 엔탈피를 기초로 하여 계산된 열효율과 비교하여 잘 일치되는 것을 확인하였다. 본 연구에서 유도된 결과식에 의해 최대 출력은 열원의 열용량과 초기 온도 그리고 핀치점 온도차만의 함수임을 알 수 있었으며, 이 때의 효율은 열원의 열용량과 관계없이 입열원과 방출열원 초기 온도와 핀치점 온도차의 함수임을 알 수 있었다. 여기서 구한 최대 출력시의 효율식은 실제 랭킨 사이클 시스템의 설계를 위한 최적 설계지표로 사용될 수 있으며 실제 발전소의 성능 예측을 위한 최적 효율로도 사용될 수 있을 것이다.
소화제인 Freon-23과 몬트리올 의정서에 의해서 규제받는 CFC의 대체 물질인 HFC-227ea의 물성(포화압력, 밀도, 점도, 엔탈피, 표면장력)에 관한 실험식을 구하였다. 문헌에서 얻은 실험값을 이용하여 다항식등의 회귀분석에 의해서 실험식을 얻었다. 포화압력은 온도에 대하여 각각 3차와 2차의 실험식으로 표시하였다. 압축인자와 포화압력을 이용하여 온도에 대한 밀도에 관한 실험식을 제시하였다. 점도는 온도에 대한 지수함수로 표시하였고, 엔탈피는 열용량과 마찬가지로 온도에 대한 2차 함수로 정의하여 나타내었다. 표면장력에 대해서는 간단한 1차 온도에 대한 선형적인 관계가 있었다.
Lippin cott/schroeder 포텐샬 함수는 O-H---O와 같은 수소결합 시스템에 응용되고, 좋은 데이터를 주기 위하여 약간 수정된다. 이 모델의 사용은 Van der Waals 반발력과 정전기적 상호작용을 표현하는 항들을 요구하며, 이들 항들은 평형조건으로부터 결정된다. 이 간단한 모델을 사용하므로서, 주파수이동과 수소결합 형성의 엔탈피 관계는 직선이 될 것으로 예상되며, 이것은 문헌에 있는 실험적 결과와 일치한다는 것을 보여준다.
마이셀은 여러 방면에서 폭넓게 활용되고 있다. 그러므로 마이셀이 처음으로 형성되는 농도인 임계 마이셀 농도(임마농, CMC)가 온도에 따라 어떻게 달라지는지 이해하는 것이 중요하다. 이제까지 셀 수 없이 많은 논문에서 임마농의 온도 의존성을 온도의 다항식으로 나타내어 사용하였다. 본 논문에서는 이의 부당함을 밝혔으며, 열역학적 사실과 실험 관찰 결과에 근거하여 임마농의 온도 함수를 새롭게 구하였다. 그리고 여기에서 더 나아가 새로운 식을 이용하여 임마농의 온도에 대한 지수 법칙을 구하였다. 이 식들을 임마농 자료에 맞춤으로써 이들의 정확도를 조사하였는데, 매우 정확한 것으로 판명되었으며, 특히 지수 법칙에서 지수가 계면활성제에 관계없이 2로 나타나서 모든 계면활성제에 사용될 수 있는 식으로 평가되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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