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1. 크로마토그래피
1.1. 크로마토그래피의 정의
크로마토그래피란 혼합물의 성분들이 서로 다른 속도로 이동하는 현상을 이용하여 이들을 분리하는 기술이다. 이는 혼합물의 각 성분들이 고정상(Stationary phase)과 이동상(Mobile phase) 사이에서 서로 다른 분배 평형을 이루게 되어 나타나는 현상이다. 고정상과 이동상의 성질에 따라 분리되는 원리와 방법이 달라지며, 이에 따라 다양한 유형의 크로마토그래피 기술이 개발되어 왔다. 크로마토그래피는 다양한 화학 및 생물학적 물질들의 분리와 정제에 널리 사용되는 매우 강력한 분석 기술이다.
1.2. 크로마토그래피의 기본 원리
크로마토그래피의 기본 원리는 혼합물의 각 성분들이 정지상과 이동상에서 서로 다른 농도평형을 나타내며, 이에 따른 각 성분의 이동속도 차이를 이용하여 혼합물을 물리적으로 분리하는 방법이다.
혼합 시료의 각종 성분들이 섞이지 않는 정지상(stationary phase)과 이동상(mobile phase)에서 서로 다른 농도평형을 나타냄으로써, 각 성분의 이동속도 차이를 이용해 혼합물을 분리할 수 있다. 정지상은 컬럼이나 모세관 등에 고정되어 있고 움직이지 않으면서 용질과 상호작용하는 물질이며, 이동상은 정지상을 통과하면서 이동하는 액체, 기체, 초임계 유체 등을 말한다.
혼합물의 각 성분들은 정지상과 이동상에서 서로 다른 농도 평형을 나타내게 되고, 이에 따라 각 성분의 이동속도가 달라져 분리가 이루어진다. 즉, 정지상과 강한 상호작용을 하는 성분은 느리게 이동하고, 정지상과의 상호작용이 약한 성분은 빠르게 이동하여 분리되는 것이다. 이러한 크로마토그래피의 기본 원리를 바탕으로 다양한 종류의 크로마토그래피 기법이 발전해왔다.
1.3. 크로마토그래피의 용어
크로마토그래피의 용어는 다음과 같다.
정지상(Stationary phase)은 크로마토그래피에서 고정되어 있고 움직이지 않으면서 용질과 상호작용하는 물질을 말한다. 컬럼이나 모세관 등에 충전되어 있다. 이동상(Mobile phase)은 정지상을 통과하면서 이동하는 것을 말하며, 일반적으로 액체, 기체, 초임계 유체를 사용한다.
정상(Normal phase) 크로마토그래피는 극성 정지상을 사용하고 비교적 비극성인 이동상을 사용한다. 반면 역상(Reverse phase) 크로마토그래피는 비극성 정지상을 사용하고 극성인 이동상을 사용한다.
용리(Elution)는 크로마토그래피에서 시료 성분이 이동상 및 정지상과 상호작용하며 분리되어 유출되는 과정을 말한다. 용리액(Eluent)은 크로마토그래피 분리를 위해 흘려주는 용매를 의미한다. 용출액(Eluate)은 크로마토그래피 분리를 통해 나온 용액을 말한다.
머무름 시간(Retention time)은 분석 성분이 주입되어 용출될 때까지의 시간, 즉 정지상에 머무른 시간을 말한다. 크로마토그램(Chromatogram)은 크로마토그래피 분리를 통해 얻은 물질의 변화를 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 일반적으로 가로축은 시간 또는 부피로, 세로축은 분석 물질의 검출 신호로 나타낸다.
1.4. 크로마토그래피의 종류
1.4.1. 정지상에 따른 분류
정지상에 따른 분류는 고정상(정지상)의 성질에 따라 크로마토그래피를 구분하는 것이다. 고정상이 고체인 경우 고체 크로마토그래피라 하고, 고정상이 액체인 경우 액체 크로마토그래피라고 한다.
고체 크로마토그래피에는 흡착 크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피, 크기배제 크로마토그래피 등이 있다. 흡착 크로마토그래피는 고체 흡착제 표면과 용질 사이의 상호작용에 의해 용질이 분리되는 방식이다. 이온교환 크로마토그래피는 이온성 화합물을 이온교환수지에 의해 분리하는 방식이며, 크기배제 크로마토그래피는 분자량에 따른 분리가 이루어진다.
반면 액체 크로마토그래피에는 분배 크로마토그래피가 대표적이다. 분배 크로마토그래피는 고정상인 액체와 이동상인 액체 사이의 용질 분배 평형에 기초하여 분리가 이루어진다. 예를 들어 역상 HPLC가 대표적인 분배 크로마토그래피 방식이다.
이처럼 크로마토그래피의 정지상 성질에 따라 다양한 분리 메커니즘이 적용되며, 이를 통해 혼합물의 성분들을 효과적으로 분리할 수 있다.
1.4.2. 이동상에 따른 분류
이동상에 따른 크로마토그래피의 분류는 크게 기체 크로마토그래피, 액체 크로마토그래피, 초임계 유체 크로마토그래피로 나뉜다.
기체 크로마토그래피는 기체를 이동상으로 사용하여 혼합물을 분리하는 방법이다. 기체 상태의 이동상은 압력에 의해 정지상을 통과하며, 각 성분들은 정지상과 기체 이동상 사이에서 발생하는 물리화학적 작용에 따라 분리된다. 기체 크로마토그래피는 상대적으로 휘발성이 높은 시료에 적용되며, 열에 안정한 시료의 분석에 주로 활용된다.
액체 크로마토그래피는 액체를 이동상으로 사용하여 혼합물을 분리하는 방법이다. 액체 이동상은 펌프에 의해 정지상을 통과하며, 각 성분들은 정지상과 액체 이동상 사이에서 발생하는 물리화학적 작용에 따라 분리된다. 액체 크로마토그래피는 다양한 물질의 분리에 폭넓게 사용되며, 그중에서도 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)가 가장 대표적이다.
초임계 유체 크로마토그래피는 임계점 이상의 온도와 압력에서 유체를 이동상으로 사용하는 방법이다. 초임계 유체는 기체와 액체의 중간적인 성질을 가지므로, 기체 크로마토그래피와 액체 크로마토그래피의 장점을 모두 가지고 있다. 초임계 유체 크로마토그래피는 특히 비휘발성 및 열에 약한 시료의 분리에 유용하다.
1.4.3. 메커니즘에 따른 분류
메커니즘에 따른 분류에는 흡착 크로마토그래피, 분배 크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피, 크기배제 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피 등이 있다"
흡착 크로마토그래피는 고정상에 대한 화합물의 선택적 흡착력의 차이를 이용하여 분리하는 방법이다. 고정상과 화합물 간의 밴더발스 힘, 수소결합, 쌍극자 상호작용 등의 물리화학적...
