Chromatography란 혼합된 시료성분이 분리관(column)의 고정상 (stationary phase)과 이동상(mobile phase)을 통하여 흐르면서 시료 가 고정상과 이동상 사이의 분배작용, 흡착작용, 이온교환, 시료 의 크기 차이에 의한 배제작용 등의 물리적, 화학적 작용을 일으
크로마토그래피
기기분석
기기분석_ _크로마토그래피의 크로마토그래피의 기초 기초
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의 크기 차이에 의한 배제작용 등의 물리적, 화학적 작용을 일으 켜 각각의 단일성분으로 분리되는 현상으로 혼합물 중의 분리, 정 성, 정량 혹은 정제 등에 이용된다.
• Chromatography의 기원
- 1850년 F.F.Runge가 여과지를 이용하여 염료를 분리한 것에서 유래 (Paper Chromatography)
• Chromatography의 어원
- 1906년 M.Tswett가 흡착제를 충진시킨 유리관을 이용하여 식물의
크로마토그래피의 역사
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- 1906년 M.Tswett가 흡착제를 충진시킨 유리관을 이용하여 식물의 색소를 분리시키면서 명명
- Chromatography = Chromos(color) + graphy(write)
• 1941년 Martin과 Synge에 의해 발전된 액체-액체 크로마토그래피(LLC) 이다. 단 하나의 고체 흡착제 대신에 그들은 불용성 흡착제를 고정상에 결합시킨 고정 액상을 사용했다. 용질 성분은 용해도에 따라 두 액체 (고정상과 이동상)에서 서로 이루어진다.
크로마토그래피의 역사
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• 이후 크로마토그래피 기술은 발전을 거듭하여 최근에는 HPLC가 널리 각광을 받고 있는데 이는 비휘발성 용질이나 열에 약한 시료의 신속한 분리 기술로 인정받고 있다.
크로마토그래피의 용어
• 컬럼 (column)
• 이동상 (mobile phase)
• 고정상 (stationary phase)
• 용출 (elution)
• 용출액 (eluent)
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• 용출액 (eluent)
• 분석용 컬럼 (analytical column chromatography)
• 제조용 컬럼 (preparative column chromatography)
• 크로마토그램 (chromatogram)
기본적인 크로마토그래피
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크로마토그래피 분석원리
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크로마토그래피 분석원리
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크로마토그램
• 시간에 따라 분리되어 나오는 분석물질을 검출기를 이용 해 도시한것
• 특정성분은 머무름 시간(retention time; tR)으로 결정되 며 봉우리 높이가 최대일 때의 시간
• 가우시안(gaussian) 형태를 나타냄
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시간
흐름
①
②
③
ⓐ
ⓑ
ⓒ
시간
크로마토그램
• m : 고전적기록에서 용 출 봉우리의 머무름 시간
• σ : 봉우리의 표준편차 (standard deviation)
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(standard deviation)
• σ
2: 분산 (varience)
• w
1/2: 봉우리 높이의 절 반에서의 봉우리 너비 (w
1/2=2.35σ)
• w : 바탕선에서 봉우리의
너비 (w = 4σ)
단이론 (plate theory)
• 단이론 : 컬럼의 길이 L을 가상의 N으로 나누고, 똑같은 높이 H의 작은 단과 같은 원형판을 1부터 n번 까지 번호 를 매김
• L=NH (H : 이론단 한 개의 높이)
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• L=NH (H : 이론단 한 개의 높이)
• 또는 N=L/H - H가 크면 ? - H가 작으면 ?
• 이론단수를 계산해 컬럼의 수명 등을 결정할 수 있음
단이론 (plate theory)
• N에 영향을 주는 인자
- 컬럼 제작 방법 - 용매의 속도
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- 용매의 속도 - 분리온도
- 시료의 주입 방법
- 시료의 화학적, 물리적 성질
컬럼 효율
• 컬럼의 총길이 L에서의 분산
• N=L/H로부터(1/H=L/σ2L)
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• Gauss 곡선의 성질 (w=4σ, w1/2=2.35σ) 에 의해 다음의 식이 되며, 최종식을 선호함 (바탕선의 일그러짐 때문)
머무름 매개 변수
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• t
M= 관에서 머무르지 않은 화학종(불감시간)
• t
R= 관에서 머무르는 화학종
• t
S= 둘 사이의 차이
유효단수
• 총 머무름 시간 ( t R )을 불감 시간 ( t M )을 포 함하지 않은 조정된 머무름 시간 ( t ’ R )을 사 용하여, 얻은 실제적인 값 (교재초반참조)
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Nernst 분포 계수 (분배 계수: K )
• 크로마토그래피의 기본적인 물리화학적 매개변수는 평형 상수 K로서 두 상 사이의 화합물의 농도비를 정량화 함
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m s /v s
= ---
m m /v m
머무름 매개 변수
• 머무름 시간 ( t R , t M , t ’ R )( t ’ R = t R - t M )
• 머무름 부피 (용출부피, V R )
머무름/용량 인자 (capacity factor, k )
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• 머무름/용량 인자 (capacity factor, k )
- 각각의 화합물을 보유하는 컬럼의 능력
- 이상적으로 1-5의 값을 가져야 함
머무름 매개 변수
• 이외의 값은 분석 시간을 늘임
• 컬럼내에서 분석종은 이동상과 정지상을 번갈아 이동함
• 따라서 분자의 질량비/분자수의 비/각상별머무름비는 일 정한 값을 가짐
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• tR = tM+tS 이며 tS=t’R 이므로 k와 tR은
분리 (선택) 인자 (α)
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선택인자에 변화를 줄 수 있는 방법 1. 이동상의 조성을 변화시킴
2. 고정상의 조성을 변화시킴 3. 이동상의 pH를 변화시킴 4. 관의 온도를 변화시킴
분리능 인자 (Resolution factor)
• R=1.5 이상 되어야 두 봉우리가 분리되었 다고 할 수 있으며 이때 겹침은 약 2%임
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분리능 인자 (Resolution factor)
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참 고
• 컬럼의 길이를 두배 증가시킬 경우 분리능 은 √2배 증가함
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크로마토그래피의 속도 이론
1. Van deemter식
2. Golay 식
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2. Golay 식
3. Knox 식
크로마토그래피의 속도 이론
• 단 높이에 미치는 이동상의 흐름 속도 영향 (기체>액체)
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크로마토그래피의 속도 이론
1. Van deemter식
- 최소 H 값에 해당하는 각 컬럼의 최적의 흐름
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24 각 컬럼의 최적의 흐름
속도을 예측함
- 흐름속도 에서
최소점을 통과하는 쌍곡선
크로마토그래피의 속도 이론
1. 봉우리(띠) 넓힘에 기여하는 과정
- A : 띠 넓힘에 기여하며 단 높이 (H)에는 기여하지 못함
- B : 이동 중 확산에 기인하며 기체에서는 중요하나 액체에 있어서는 클 기여 없음
- C : 질량 이동에 대한 저항이며 단 높이에 가장 큰 기여함
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- C : 질량 이동에 대한 저항이며 단 높이에 가장 큰 기여함
크로마토그래피의 속도 이론
• A항 : 입자의 충전과 관련 (Eddy diffusion, 소 용돌이 확산)
• B항 : 기체상에서 분석물 질의 확산 계수와 충 전 인자로 나타나며 특히 기체에 있어서 중
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특히 기체에 있어서 중 요함 (longitudinal
molecular diffusion,세 로확산)
• C항 : 질량이동에 대한 저항 으로 흐름 속도가 평형 에 도달하기에 너무 빠 를 경우에 영향을 미침
점도가 높을 경우 많은 영향
크로마토그래피의 속도 이론
EDDY diffusion : 2번이 늦게 도착
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크로마토그래피의 속도 이론
• 약간의 A항, B항 , C항의 함수 (그래프) 를 더한 것이 H임
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크로마토그래피의 속도 이론
H에 미치는 입자의 크기에 따른 영향
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