기체,액체 크로마토그래피 요약

 

22장 기체, 액체 크로마토그래피

 

1. 기체 크로마토그래피

   1. 기체 크로마토그래피 : 기체상태의 이동상이 정지상을 입힌 길고 얇은 칼럼을 통과하도록 기체 상태 용질을 운반한다. 휘발성 액체 시료가 주입되며 증발하여 운반기체에 의해 칼럼 속으로 들어간다. 칼럼 온도를 충분히 높게 유지하고, 검출기는 칼럼보다 높은 온도를 유지하여 모든 용질이 기체상태로 존재하도록 한다.

   2. 칼럼 : 비극성 칼럼은 비극성 용질에 적당하고, 극성 칼럼은 극성 용질에 적당하다. 수소결합은 강한 머무름의 원인이 된다. 흔히 고체 정지상은 작은 분자들이 분리되고 머물 수 있도록 공동을 포함한다. 열린관 칼럼은 분리도가 좋지만, 충전 칼럼은 많은 시료를 처리할 수 있다. 휘발되지 않은 채로 주입되거나 용출되지 않는 비휘발성 화합물을 모으기 위해 보호칼럼이 흔히 사용되는데, 정지상을 가지고 있지 않다.

   3. 온도 프로그래밍 : 온도를 높이면 머무름 시간이 감소하고 뾰족한 봉우리를 얻을 수 있다.

   4. 운반 기체 : 정지상을 보호하기 위하여 운반기체의 산소, 수증기, 탄화수소를 제거하기 위해 트랩을 통과시킨다. 용질은 질소보다 헬륨, 수소에서 더 빠르게 확산되어 더 나은 분리도를 준다.

   5. 시료 주입

      1. 분할 주입 : 운반기체가 기화된 시료를 칼럼으로 보낸다. 주입된 시료의 1%정도만 칼럼에 도달하고, 나머지는 버려진다. 높은 끓는점을 가진 화합물까지 완전히 주입하여야 정량 분석이 가능하다.

      2. 비분할 주입 : 미량 화합물의 분석과 정량적인 분석에 적당한 방법이다. 끓는점이 낮은 용매에 희석된 시료를 용매의 끓는점보다 40K 낮은 칼럼 온도로 주입한다. 용매는 칼럼 앞부분에서 응축하고, 용질이 용매에 잡혀 칼럼 앞부분에서 좁은 띠를 형성한다(즉 용매 트래핑). 증기들이 주입부로부터 흡입횐 후 칼럼 온도가 올라가고 크로마토그래피가 시작된다. 시료이 80%가 칼럼에 들어간다.

      3. 냉각트래핑 : 높은 끓는점을 가지는 용질에 초점을 맞추기 위하여 사용된다. 초기 온도가 원하는 용질의 끓는점보다 150K 낮다. 용매와 끓는점이 낮은 성분은 빨리 용출되지만, 용질은 칼럼 시작 부분에 응축되어 머무르게 된다. 칼럼의 온도를 나중에 높여 원하는 화합물이 나오게 한다.

      4. 칼럼 내 주입 : 온도에 민감한 시료는 뜨거운 주입부를 통하지 않고 칼럼에 직접 주입한다. 분석물질은 용매트래핑이나 냉각트래핑에 의해 좁은 띠에 모이게 된다. 크로마토그래피는 칼럼의 온도를 높임으로써 시작된다.

   6. 검출기

      1. 불꽃 이온화 검출기 : 용출액이 수소와 공기 혼합물 내에서 연소된다. 탄소원자가 를 형성하며 이 이온이 음극에 모인다. 탄소 원자 수는 의 수에 비례하고 전기 전류에 비례한다. 검출한계가 낮고, 질소를 운반기체로 사용하는 것이 적당하다.

      2. 열전도도 검출기 : 한 물질이 열을 이동시킬 수 있는 능력을 측정하는 것으로, 용출액이 가열된 필라멘트로 흐른다. 용질이 칼럼에서 나오면 열전도도가 감소되어 온도가 올라가고 저항이 증가하여 전압이 증가한다. 유속이 낮을수록 감도가 좋고 용질과 운반기체의 전도도 차이가 클수록 좋다. 헬륨과 수소가 운반기체로 적당하다.

      3. 전자 포착 검출기 : 할로젠을 포함한 분자에 민감하다. 검출기로 들어가는 기체는 전자에 의해 이온화되며, 전자친화도가 큰 분자가 전자의 일부를 포획하여 전류를 감소시킨다.

      4. 그밖의 검출기

         1. 불꽃 광도 검출기 : 인이나 황에서 발광을 측정한다.

         2. 질소-인 검출기(알칼리 불꽃 검출기) : 인이나 질소에 선택적으로 감도가 높도록 보완한 불꽃 이온화 검출기이다.

         3. 황 화학발광 검출기 : 황을 이산화황으로 반응시켜 검출한다.

      5. 질량 스펙트럼 검출

         1. 주요 개념 : 선구 이온, 생성 이온,  사중극자 질량 분석기

         2. 재작성 총 이온 크로마토그램 : 혼합물 내의 모든 화합물을 보여준다.

         3. 선택성 반응 검출법 : 혼합물의 1개 정도의 구성 성분에 반응하여 간섭이 감소하며 신호대 잡음비가 증가한다.

   7. 크로마토그래피를 위한 시료 처리

      1. 시료전처리 : 예비농축, 방해물질 제거, 분석물질을 검출할 수 있는 형태로 변환

      2. 고체상 미량 추출 : 비휘발성 액체 정지상을 입힌 용융 실리카 섬유로 추출한다.

      3. 냉각 트래핑 : 크로마토그래피가 진행되기 전에 칼럼 상층 부분에 분석물질이 탈착하게 한다.

      4. 교반막대 흡착 추출 : 자석젓개 막대를 이용해 미량 분석물질을 모은다.

      5. 퍼지 및 포착 : 흡착제에 통과시켜 분석물질 100%을 시료로부터 제거한다..

      6. 고체상 추출, 시료 세척, 분자 각인 고분자

2. 고전 액체 크로마토그래피

   1. 정지상 : 실리카, 알루미나를 주로 사용한다. 곤죽을 만들어 칼럼 벽면을 따라 천천히 흐르도록 한다.

   2. 용매 : 흡착 크로마토그래피에서 용매는 용질과 경쟁한다. 용리는 흡착제로부터 용질을 용매로 치환하는 것이다. 용리 서열은 용질을 치환시킬 수 있는 능력의 서열이다. 용매의 극성이 셀수록 용리액의 세기가 증가하며, 용질이 더 빨리 칼럼으로부터 용리된다. 용리액 세기의 기울기 방법이 흔하게 적용되며, 두번째 용매를 첫번째 용매와 섞어 용리액 세기를 증가시킨다. 그러면 매우 강하게 흡착된 용질이 용리된다.

3. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)

   1. 정지상의 입자가 작으면 더 빠른 확산을 유도한다. 또 불규칙한 흐름 경로를 줄여 봉우리가 뾰족해진다. 즉 단높이가 작아져 단수가 커지고 분리도가 좋아진다.

   2. 용리 과정

      1. 정상 크로마토그래피 : 극성 정지상과 비극성 용매

      2. 역상 크로마토그래피 : 비극성 정지상과 극성 용매, 분리가 좋고 꼬리끌기가 없다

      3. Cf) 친수성 상호작용 크로마토그래피(HILIC) : 역상 칼럼의 정지상에 머무르지 않는 분자들의 분리에 사용된다. 정지상이 매우 강한 극성이며, 칼럼 내부는 얇은 층의 물로 코팅된다. 극성 용질은 극성 결합상과 얇은 수용성 층에 머무른다.극성 용질은 극성 결합상과 얇은 수용성 층에 머무르며, 이동상에서 유기용매가 높을수록 극성용질이 덜 용해된다.

      4. 요약

 

정상 크로마토그래피	용액은 수용성이 아니다. 용리액의 세기를 이동상에서 물을 증가시키면 증가한다.
역상 크로마토그래피	용액은 수용성이다. 용리액의 세기는 이동상에서 물을 감소시키면 증가한다. 기울기용리는 극성이 높은 것에서 낮은 것으로 이동한다..
친수성 상호작용 크로마토그래피	용리액의 세기는 이동상에서 물을 증가시키면 증가한다 기울기용리는 극성이 낮은 것에서 높은 것으로 이동한다..

 

 

 

1. 정지상.

   1. 미공성 입자 : 가장 많이 사용되는 지지체이다. pH가 크면 해리되어 사용할 수 없다.

   2. 결합 정지상 : 대부분의 액체-액체 크로마토그래피는 실리카 표면의 실란올기에 공유결합된 결합정지상에서 이루어진다. 실리카 표면이 가려지면 낮은 pH영역에서도 가수분해가 적다.

   3. 표면 다공성 입자 : 내부는 다공성이 없는 실리카 입자이고, 외부는 다공성 실리카 층이다. 높은 유속에서 높은 크로마토그래피의 효율을 제공한다. 거대분자의 분리에 유용하다.

2. 칼럼 : 보호 칼럼, 프릿, 주입 밸브, 끝이 무딘 주사기

3. 용매 : 등용매용리, 기울기용리

4. 검출기

   1. 자외선 검출기 : 용리액의 흡광도를 측정한다.

   2. 전기화학 검출기 : 용출액이 지나가는 전극에서 산화나 환원 될수 있는 물질에 감응한다.

   3. 형광 검출기 : 감도가 높지만, 소수 물질에만 감응한다.

   4. 기화 빛 산란 검출기 : 용출액이 증발되면 비휘발성 용질인 에어로솔이 빛산란에 의해 검출된다.

   5. 굴절률 검출기

   6. 전하 에어로솔 검출기 : 용출액이 비휘발성 에어로솔 형태로 증발하며, 미세한 입자가 높은 전압의 방전 속에서 이온의 흐름과 혼합되어 하전된 에어로졸이 수집기로 흐른다.

5. 액체크로마토그래피-질량분석법

   1. 전기 분무 : 용매를증발하고 기체상 이온 용질을 제거하여 미세방울을 만든다. 비휘발성 완충용액은 사용할 수 업다.

   2. 화학적 이온화 : 질소의 가열 동축 흐름은 용매와 분석물질을 증발시켜 용출액을 미세 에어로졸로 전환한다. 바늘주위에서 전기코로나가 형성되며, 이온화 생성물들은 양성자화된 분석물질을 포함한다.

   3. 충돌 활성화 해리 : 최초로 움직이는 이온은 주위의 질소기체와 충돌하고, 더 작은 토막으로 부서진다.

출처 : 해리스 최신분석화학 제5판