Chemistry for Life,
Chemistry for better Life

Practical Test

2006. 7. 5
Gyeongsan, Korea

一般的注意-試験時間は5時間である。時間を有効に使うこと。目安として、問題1（10点）には1時間、問題2（15点）には2時間、問題3（15点）には2時間が必要だろう。

-

解答用紙の全ページに，自分の名前とコード番号を記入すること。

-

試験問題は7ページ、解答用紙は7ページある。

-

解答と計算経過は、指定された欄に記入すること。

-

与えられたペン、定規および計算機のみを使うこと。

-

オリジナルの英文の問題を見たい人は申し出ること。

-

分光光度計、C-18カラムおよび安全ピペッターの使用説明を補足するための図を別紙で配布する。

-

試料、試薬および実験器具の追加や交換は可能であるが、（蒸留水以外の場合は）1回または1個につき1点の減点になる。

-

トイレに行く場合は許可を得ること。

-

試験が終了したら，すべての用紙（問題用紙と解答用紙）を所定の封筒に入れ、封をすること。

-

試験終了後も、退室の許可があるまで席を立ってはいけない。

-

ペン、定規、計算器およびC-18カラムは持ち帰ってよい。

安全および実験廃棄物-

安全眼鏡をかけ、実験着を着用すること。

-

有害な物質は使っていない。酸、アルカリおよび色素の溶液はいずれも低濃度である。しかし、なるべく皮膚に付かないように注意する。皮膚に付いた場合は、キムワイプ（Kimwipe）をぬらして拭き取ること。

-

薬品のにおいをかいではいけない。

-

使用した薬品は“DISPOSABLE”と表示されたプラスチックの容器に入れること。
試験管および壊れたガラス器具は“Waste Basket”に捨てること。

。

器具の使用説明の補足図

Fig. A

分光光度計（セルのラベル面を光源に向ける）

Fig. B

ノートパソコンの画面

Fig. C

10 mL の注射器を使うカラムの洗浄

Fig. D

試料溶液をカラムに移す操作

Fig. E

10 mL の注射器を使うカラムの溶離

Fig. F

安全ピペッター-

器具・試薬など問題３（黒いカゴ）

問題１と２（白いカゴ）

分光光度計

1

試験管

95セル（光路長1 cm）

1

試験管立て

1C-18 カラム（cartridge）

4

小さい薬さじ210 mL 注射器

1目盛りつき1.5 mL スポイト（ポリエ151 mL 注射器

1チレン製）

パスツールピペット

3ピンセット

11 mL ピペット

1

サインペン（試験管への記入用）

15 mL ピペット

1pH 試験紙

1安全ピペッター

1100 mL びん

310 mL メスフラスコ

2ビュレット1

試験管

20試験管立て150 mL 三角フラスコ

1100 mL ビーカー

2

シリコーンゴム栓

2

1M HCl1M HCl 溶液

三色ボールペン, 定規

1

1M NaOH

1M NaOH 溶液

洗びん

3

ラベル

Solution E（溶液 E）

33% エタノール水溶液

NaOHsolution

濃度5 mM以下

water蒸留水

100 mL びん

Solution MD

B と Rの混合色素

ラベル Solution MA酸の混合水溶液（酢酸＋サリチル酸）
フタル酸水素カリウム

KHP（potassium hydrogenphthalate）の溶液

フェノールフタレインの0.05% 溶液

95% エタノール
アセトニトリCH3CNルwater

蒸留水

30 mL 滴びん

62,4-ジニトロフェニル

2,4-DNPH

6

Solution B

phenolphthalein

ラベル

ラベル

Solution Eに溶かした赤い色素
Solution Eに溶かした青い色素

Solution R

95% EtOH

ヒドラジンの３％溶液
硝酸セリウム(IV)アンCAN

モニウムの20% 溶液

0.5%
KMnO4

0.5% KMnO4 溶液

2.5% FeCl3

2.5% FeCl3 溶液

10 mL サンプル管

7Set U-1

ラベルSet U-2（の番Set U-3

号は、生Set U-4

徒ごとにSet U-5異なる）

Set U-6Set U-7分光光度計の使い方
分光光度計は、光源・検出部・セルホルダーからなる。セルホルダーのフタは開いているので、開いたままにしておく。セルは、ラベルを光源のほうに向けて置く（Fig. A）。どの測定でもそのように置くこと。分光光度計は安定化してあり、そのまま使える。吸光度は、以下の記述に従って読み取る。
a) セルに４分の３程度まで溶液 E を入れ、セルホルダーに挿入する。セルホルダーにフタをしてはいけない。
b) パソコンのマウスを動かしてカーソルを画面上の REFERENCE（対照）に当て、３回クリックする。そのあと画面上の MEASURE（測定）を３回クリックすると、470 nmから 650 nm まで（20 nm 間隔）の吸光度がほぼゼロとなる（Fig. B）。
c) セルに試料溶液を入れ、MEASURE を３回クリックする。上記と同じ波長での吸光度がそれぞれ読み取れる。吸光度の値を、解答用紙の表に記入せよ。

C-18 カラム（cartridge）の使い方
a) カラムには入口と出口がある（Fig. C）。入口のほうが太い。
b) カラムの洗浄や溶出を行うときは、まず、使う液体を適切な注射器に入れ、注射器をカラムの入口につなぐ。そのあと注射器のピストンをゆっくりと押しこみ、液体をカラムに注入する(Fig. C & E)。
c) 試料溶液をカラムに移すには、まず 10 mL の注射器をカラムの入口につなぐ。次に、
1 mL のピペットを使い、試料溶液 1.00 mL を注射器に入れる（Fig. D）。ピストンを押しこみ、試料溶液をカラムに移す。試料溶液を注射器内に残さないこと。試料溶液をカラムに移したあと、カラムに空気が入らないよう注意する。
d) カラムは、溶液 E で洗えば再び使える。
e) 注射器のピストンを引き抜くときは、あらかじめ注射器からカラムを外すこと。

安全ピペッターの使い方
ピペットに液体を吸いこむときは、ギザギザつき円板を指で下向きに回す。逆に、液体を出すときは円板を指で上向きに回す (Fig. F 参照)。

問題１
逆相クロマトグラフィーと分光光度測定を用いる分析

クロマトグラフィーと分光光度測定を組み合わせた分析法は、化学実験で多用する。
たとえば、複雑な混合物になっている有機化合物を、分光光度検出器つきの逆相クロマトグラフィーにかけ、成分それぞれを定量する。逆相クロマトグラフィーでは、 注
目物質の非極性部分と、固定相（ふつうは炭素数18のオクタデシル基を結合させた固体表面）との間の疎水性相互作用を利用する。検出波長が適切ならクロマトグラムは単純な形になり、注目物質だけを定量できる。この問題では、２種類の色素につき、分離した場合と分離しない状態での分光光度分析を行う。

食用色素・赤色 40号

メチルバイオレット２B

1-1．混合溶液中の R と B の分光光度分析a) 赤い色素の溶液 R (3.02 x 10-5 M) と青い色素の溶液 B (1.25 x 10-5 M) の吸光度をそれぞれ測定せよ (Fig. A & B)。測定結果を解答用紙の表に記入せよ。赤い色素の吸収スペクトルを赤線で、青い色素の吸収スペクトルを青線で、それぞれ Fig. 1-1 に描け。
b) ある量比で溶液 R と溶液 B を混ぜた溶液 MD につき、同様な測定を行え。
溶液 MD の吸収スペクトルを、黒線で Fig. 1-1 に描き加えよ。
c) Beer-Lambert の法則を用い、溶液 MD 中の色素 R と色素 B のモル濃度をそれぞれ求めよ。「一方だけの濃度を求め、全体を１として他方の割合を出す」計算ではない。

1

1-2. クロマトグラフィー分離に続く分光光度分析a) 10 mL の注射器を使い、C-18カラムに約 10 mL の溶液 E を流せ (Fig. C)。
b) カラムに 1.00 mL の溶液 MD を移せ (Fig. D)。
c) 1 mL の注射器を使い、カラムに溶液 E を流せ (Fig. E) 。カラムの出口から出る溶液を10 mL のメスフラスコに集めよ。赤い物質が完全に流出し、メスフラスコに集まるまで操作を繰り返せ。
d) メスフラスコの標線まで溶液 E を入れ、よく混合せよ。これを溶液 F と呼ぶ。
e) 実験 1-1 と同様にして溶液 F の吸収スペクトルを求めよ。カラム分離のときに希釈が起こっている。そのため、実測の吸光度を10 倍し、溶液 F の吸収スペクトルを赤い破線で Fig. 1-1 に描け。
f) 自分で波長を一つ選び、溶液 R を適当に希釈しながら、溶液 F 中の赤い色素 (R) を定量するための検量線を作れ。検量線は、X 軸に濃度を、Y 軸に吸光度をとり、解答用紙の Fig. 1-2 に描け。選んだ波長も付記せよ。検量線には、原点のほか３つの測定点を使うこと。 溶液 F の位置を検量線の上に記せ。
g) もともとの溶液 MD に溶けていた R の濃度はいくらか。
h) 上記 g) の濃度を、実験 1-1 で得た濃度と比べ、クロマトグラフィーの回収率（カラムに入れた量のうち、溶出した量の割合）を求めよ。

2問題2
逆相クロマトグラフィー：
酢酸とサリチル酸の中和滴定
酢酸（AA）とサリチル酸（SA）は極性が少し違うので、逆相カラムを用い、水を溶離液として流せば分離できる。AAが先に溶離される。混合溶液中のAAとSAの全量は滴定によって求められる。次に、AAとSAの量はクロマトグラフィーで分離してから別々に定量する。
2-1. 酸の混合物（MA）溶液の中のAAとSAの全量の決定
a) 蒸留水10 mLを、与えられたNaOH (< 5 mM) 溶液を用いて滴定せよ。蒸留水
1 mLあたりに「初めから入っている酸の量」を、NaOH溶液の体積として答えよ。求めた「初めから入っている酸の量」は、以後のすべての溶液のデータを解析する際に考慮すること。計算欄にこの補正を明記すること。
b) KHP（フタル酸水素カリウム）の標準溶液（1.00 x 10-2 M）を2.00 mL用いて、NaOH溶液の濃度を決定せよ。滴定を繰り返し、NaOH溶液の濃度を答えよ。
「初めから入っている酸の量」をどう考慮したかがわかるように記すこと。
c) MA溶液を1.00 mLとり、酸の全濃度を決定せよ。滴定を繰り返し、MA溶液1.00 mL中のAAとSAの物質量（モル数）の和を答えよ。
2-2. 逆相クロマトグラフィーによる分離と滴定a) 新しいC-18カラムに、10 mLの注射器を使い、約10 mLの蒸留水を流せ。
b) カラムに1.00 mLのMA溶液を移せ。カラムの出口で試験管1に溶離液を集めよ（分画1）。
c) 蒸留水1 mLを用いて溶離せよ。溶離液を別の試験管に集めよ（分画2）。この操作を、分画20まで繰り返せ。それぞれ約1 mLの液体の入った20本の試験管が得られる。
d) 各試験管中の酸の量を滴定で求めよ。各試験管で消費されたNaOHの体積と酸3の量を答えよ。酸の量を表すグラフを解答用紙のFig. 2-2に描け。
e) 「初めから入っている酸の量」のほか、バックグラウンド（カラムに残留し、洗い流される酸の量）も差し引かなければならない。溶離したAAの量を求める
際には、微量の酸しか入っていない試験管は無視せよ。ほとんどのAAは試験管2と3に入る。これらの試験管に入っているAAの量を合計し、溶離されたAAの全量を計算せよ。同様にして、溶離されたSAの全量も計算せよ。それぞれの酸の量を求めるためにどの分画を用いたか、Fig. 2-2に付記せよ。
f) MA溶液中のAAのモル百分率を計算せよ。

4

問題３
有機化合物の定性分析

７種類の未知試料を実験で同定する。これらの試料はp.７に描いてある10物質のどれかである。以下の手順に従って実験を行え。
未知試料のラベル
Set U-1, Set U-2, Set U-3, Set U-4, Set U-5, Set U-6, Set U-7
手順注意a) 小さい薬さじ１杯の固体は約15~20 mgである。
b) 薬さじは使うたびにキムワイプできれいに拭く。
c) 試薬を未知試料の溶液に加えたあと、よく混ぜて注意深く観察せよ。
d) 満点をとるには、全部の実験を行い、所定の欄に記入する必要がある。
実験１：溶解性試験
薬さじ１杯の未知試料と CH3CN（アセトニトリル）1 mLを試験管にとれ。試験管をよく振り、溶解性を記録せよ。続いて、1M HCl, 水、1M NaOHでも試してみよ。
実験２：2,4-DNPH試験
薬さじ１杯の未知試料を試験管に入れ、95% EtOHの２mLに溶かせ（ただし、水溶性の未知試料は、1 mLの水に15~20 mg を溶かせ）。濃硫酸と95% EtOHの混合液に2,4-dinitrophenylhydrazine （2,4-ジニトロフェニルヒドラジン）を溶かした溶液（ラベル：2,4-DNPH）を５滴加えよ。
実験３： CAN試験
希硝酸に硝酸セリウム(IV)アンモニウムを溶かした溶液（ラベル：CAN）とCH3CN（アセトニトリル）3 mLを試験管に加えて混ぜよ。この混合溶液の1 mLを別々の試験管にとり、 未知試料の15~20 mgを加えよ。ただし、水溶性の未知試料は、まず15~20 mg の試料を1 mLの水に溶解してから、1 mLの CAN を加えよ。色の変化が見られた試料は、アルコールかフェノールかアルデヒドを含む。
実験４：バイヤー試験
5

2 mL の CH3CNを試験管にとり、未知試料の15~20 mgを溶かしてみよ。ただし、水溶性の未知試料は、1 mLの水に15~20 mg を溶かせ。その溶液に５滴の0.
5% KMnO4溶液を、振り混ぜながら１滴ずつゆっくりと加えよ。
実験５： pH試験
2 mL の 95% EtOH を試験管にとり、未知試料の15~20 mgを溶かしてみよ。
ただし、水溶性の未知試料は、1 mLの水に15~20 mg を溶かせ。pH試験紙でその溶液の pHを調べよ。
実験６：塩化鉄(III)試験上の実験５で調製し、pH試験に使った残りの溶液に2.5% FeCl3溶液を５滴加えよ。

6結果
１．解答用紙に実験結果を記録せよ。溶けるときには○を、溶けないときには×を記入せよ。また、実験２－４と６については、変化した場合は(+)を、しない場合は(–)を記入せよ。
２．実験結果をもとに、最も適当と思う化合物を化合物リストから選び、解答用紙に記号で答えよ。
化合物リスト
COOH

O

HOOH
HO

HO

NH2(A)

OCH3

OCH3(E)

(F)

HO

OH
NH2HCl

OH
(G)

H
CH3O

CH3OH

COOH
H3C
(K)

CH3(M)

H
N

(T)

HCl

H3CO
N
(Q)

CHO

CH3O

HON

HOOH
OCH3HO
OCH3O

(V)

(W)

7