의 시료를 적절하게 처리할 수 없기 때문에 전개가 잘 안된다. 이것은 피크의 폭을 크게 하고 그 결과 완전하게 분리되지 않는다. 여러 가지 칼럼 직경에 대한 최대 주입량은 Table 5.에 나타나 있다.
Figure 14. 전개가 잘 되지 않은 GC 피크의 예
Table 6. 일반적인 고정상과 그 약어명 및 구조
혼합물의 성분과 고정상의 반응은 분리과정에서 중요한 역할을 하기 때문에 고정상의 성질은 매우 중요하며, 수백 개의 액체 고정상이 사용되는 것으로 알려져 있다. 그만큼 주어진 시료의 분석을 위해서는 고정상을 선택하는 데에 신중을 가해야 한다는 것을 의미한다. 그러나 실질적으로 몇 가지 액체들만 고정상으로 이용되고 있다. Table 6.에는 일반적인 고정상과 그 약어명 및 구조 등이 나타나 있다. 하지만 만약 이들의 성질을 고려하여 선택하였으나, Figure 14.와 같이 전개가 만족스럽지 못하다면 이들은 변경되어야 한다.
분석의 기본은 컬럼을 이용하여 혼합 상태의 시료를 각각의 단일 화합물로 분리(separation)하는 것으로서 시료(sample)의 상태, 분석물질의 화학적 특성에 따라 가장 적합한 컬럼을 선택하는 것이 가장 중요하다.
이 중 실험에 사용된 FFAP는 유기산, 자유로운 지방산, 또는 불순한 물질의 정량을 요구하는 sample의 분석을 위해 사용되는 column이다. FFAP column에 사용되는 정지상은 높은 극성이기 때문에 처음에 검출되는 물질은 비극성이고, 나중에 검출되는 물질은 극성을 띠고 있다. 지방산 중 이중결합을 포함할수록 높은 극성을 나타므로, 이중결합의 수가 많을수록 retention time이 길다. 그리고 주입되는 힘에 의해 이동되는 시료들 중, 분자량이 작은 것은 빠르게 밀려나오므로 먼저 검출되며, 분자량이 큰 것은 나중에 용출된다. 이외에도 Column의 종류는 다양하다. 대표적으로 DB-WAX는 가장 큰 극성의 성질을 지니며, HP-1, DB-5, DB-17 등이 일반적으로 사용되고 있다.
이에 대한 종류와 특징은 Table 7.과 Table 8.에 나타내었다.
Table 7. 결합고정상의 컬럼의 종류 및 특성
분석 물질
Agilent 컬럼
고정상 물질
컬럼 극성도
결합 고정상(bonded phase)
아민, 탄화수소, 농약
PCBs, 페놀, 황화합물
HP-1, HP-1MS
Polydimethylsiloxane
비극성
알칼로이드, 약물,
FAME, 할로겐화합물
HP-5/5MS
HP-5 TA
(5%)-Diphenyl-(95%)-dimethylpolysiloxane
(5%)-Diphenyl-(95%)-dimethyl arylene
siloxane copolymer
비극성
Aroclors, 살충제,
농약, TMS sugars
HP-1701
(14%)-Cyanopropylphenyl-(86%)-dimethylsiloxane copolymer
중간극성
용매, 글라이콜, 알코올
HP-Wax
Bonded/crossrinked polyethylene glycol
극성
유기산, 알코올,
알데하이드, 나이트릴,
Acrylates
HP-FFAP
Polyethylene glycol-TPA modified
극성
Table 8. Plot 컬럼의 종류와 특징
Molecular Sieve
비활성 기체(H2, N, Ar, O2, He 등) 분리, 물에 대하여 민감함.
Divinylbenzene(DVB)
C1-C3 탄화수소의 이성질체 완전 분리. C4-C14 탄화수소의 이성질체 일부분 분리, 극성 물질 분리, 휘발성 용매 분리, 물에 대하여 내구성이 있음.
HP-PLOT Q
Alumina Al2O3
C1-C10 탄화수소의 이성질체 분리, 물에 대하여 민감함.
Figure 15. 미세 주사기를 이용한 시료의 채취, 정용 및 칼럼에의 주입 과정
다음으로 우리가 이번 실험에 사용한 기기적 특성에 대하여 살펴보도록 하자. 실린지를 이용하여 시료의 채취, 정용 및 칼럼에의 주입과정에 대해서는 Figure 15.에 나타내었다. GC 기기에 있어서 검출기가 달리 사용되는데, 이러한 검출기는 칼럼을 통과하면서 분리된 각각의 단일 성분은 검출기에 도달하여 전기적 신호를 발생한다. 이 때 검출기는 검출하고자 하는 성분의 물리적, 화학적 특성과 요구되는 감도에 따라 선택될 수 있으며, 현재 GC에 사용되는 검출기의 종류는 10여 종 이상으로 대표적으로는, 열전도도 검출기(Thermal Conductivity Detector, TCD)(Figure 16.), 불꽃이온화 검출기(Flame Ionization Detector, FID), 전자포획 검출기(Electron Capture Detector, ECD)(Figure 17.)등이 있다. 이 중에서 이번 실험에 사용된 FID에 대해서 설명하면, FID는 수소와 공기에 의해 생성되는 불꽃에 의하여 이온화되는 모든 물질을 검출할 수 있는 검출기로서 칼럼으로부터 나오는 유출기체에 수소기체를 섞어서 노즐 끝에서 연소시키도록 되어 있다.
Figure 16. 열전도도 검출기의 개요도 Figure 17. 전자포획 검출기의 개요도
Figure 18. 불꽃이온화 검출기의 개요도
Figure 18.와 같이 노즐상부의 전극 사이에 전압을 걸어 두면 운반기체와 수소뿐일 때에는 두 전극 사이를 흐르는 이온전류는 작고 일정하나, 여기에 불꽃으로 이온화된 유기화합물이 들어오면 그 양에 비례하여 전극 사이에 흐르는 이온전류가 증가된다. 따라서 이 이온전류를 측정함으로써 유기화합물을 고감도로 검출할 수 있다.
◈ Reference
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실험보고서
- Gas Chromatography -
(G C)
과목 : 식품화학실험
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