본문내용
1. 크로마토그래피의 이해
1.1. 크로마토그래피의 정의 및 원리
크로마토그래피는 혼합물을 구성하고 있는 매우 유사한 성분들을 분리할 수 있는 중요한 분리법이다. 시료는 이동상에 의해 이동하는데, 이런 이동상은 관 속에 또는 고체 판 위에 고정되어 있는 용해되지 않는 정지상을 통해 지나간다. 두 상은 시료성분들이 이동상과 정지상 사이에서 분배 정도가 달라지도록 선택한다. 시료 성분 중에 정지상에 세게 붙잡히는 성분은 이동상의 흐름에 따라 천천히 움직이고, 정지상에 약하게 붙잡히는 성분은 빠르게 운반된다. 이동 속도의 이러한 차이 때문에 시료성분들은 분석할 수 있는 불연속적인 띠로 분리된다.
1.2. 크로마토그래피의 구성 요소
1.2.1. 정지상
정지상은 크로마토그래피에서 고정된 상태로 존재하며, 용질과 상호작용하여 분리를 일으키는 물질이다. 정지상은 관 크로마토그래피에서는 작은 알갱이로 구성된 충전제에 해당하며, 평면 크로마토그래피에서는 유리나 종이 등의 평면 위에 도포된 실리카겔, 알루미나 등의 흡착제에 해당한다. 정지상은 용질과의 상호작용 정도에 따라 용질의 이동 속도에 차이를 발생시키며, 이를 통해 혼합물이 분리되게 된다. 정지상의 성질은 크로마토그래피의 분리 능력을 결정하는 핵심 요인이기 때문에, 실험 목적에 맞는 적절한 정지상을 선택하는 것이 중요하다. 일반적으로 극성이 큰 정지상일수록 극성 용질과의 상호작용이 강하고, 무극성 정지상일수록 무극성 용질과의 상호작용이 강하다. 따라서 실험 목적과 혼합물의 특성에 따라 정지상의 극성을 조절함으로써 효과적인 분리가 가능하다.
1.2.2. 이동상
이동상은 고체인 정지상을 통과하여 이동하는 액체, 기체, 또는 초임계 유체를 말한다. 이동상의 역할은 시료 성분들을 정지상에 고정된 상태로부터 용출시켜 분리하는 것이다.
이동상의 선택은 크로마토그래피 분리에 중요한 역할을 한다. 이동상의 극성과 용매력, 점도, 끓는점 등의 물리화학적 성질에 따라 분리 특성이 달라지기 때문이다. 일반적으로 이동상의 극성이 정지상보다 낮으면 무극성 물질이 빨리 용출되고, 이동상의 극성이 정지상보다 높으면 극성 물질이 빨리 용출된다.
예를 들어 정지상이 극성인 실리카겔일 때, 무극성 이동상인 헥산을 사용하면 무극성 물질이 빨리 용출되고 극성 물질은 오래 정지상에 머무르게 된다. 반대로 극성 이동상인 물/메탄올 혼합용매를 사용하면 극성 물질이 빨리 용출된다. 따라서 분리하고자 하는 물질의 극성에 따라 적절한 이동상을 선택해야 한다.
이동상은 시료 성분들이 정지상과 충분한 상호작용을 할 수 있도록 유지되어야 한다. 이를 위해 이동상의 유속, 조성, 온도 등의 조건이 최적화되어야 한다. 또한 이동상의 휘발성이 높은 경우 실험 중 조성 변화가 일어날 수 있으므로 밀봉된 용기에서 실험을 진행해야 한다.
1.3. 크로마토그래피의 종류
1.3.1. 정지상 특성에 따른 분류
정지상 특성에 따른 크로마토그래피의 분류는 다음과 같다.
정지상의 특성에 따른 크로마토그래피의 분류로는 흡착 크로마토그래피, 분배 크로마토그래피, 이온 교환 크로마토그래피, 친화 크로마토그래피, 크기 배제 크로마토그래피 등이 있다.
흡착 크로마토그래피는 고체 흡착제를 정지상으로 사용하여 분리가 일어나는 방식이다. 정지상의 표면에 있는 능동 관능기와 용질 분자 간의 흡착력 차이에 의해 분리가 이루어진다. 흡착 크로마토그래피에는 실리카겔, 알루미나, 셀룰로스 등이 정지상으로 사용된다.
분배 크로마토그래피는 액체-액체 분배를 이용한 것으로, 정지상과 이동상 간의 용질 분자의 분배 차이에 따른 분리가 일어난다. 분배 크로마토그래피에서는 주로 극성과 비극성 용매를 조합하여 사용한다.
이온 교환 크로마토그래피는 이온화된 화합물의 분리에 활용되는 방식이다. 정지상이 이온교환수지이며, 이온화된 화합물이 정지상의 반대 극성의 이온과 결합하여 분리된다.
친화 크로마토그래피는 특정 물질에 대한 친화력이 높은 흡착제를 정지상으로 사용하여 목적 물질을 선택적으로 분리하는 기법이다. 효소, 항체, 단백질 등과 같은 생체 고분자 물질을 분리하는데 활용된다.
크기 배제 크로마토그래피는 분자량에 따른 차이를 이용하여 분리하는 방식으로, 정지상의 다공성 구조 내에서 분자량이 큰 물질은 구멍 사이로 통과하지 못하고 빨리 용출되며, 분자량이 작은 물질은 구멍 사이를 통과하면서 늦게 용출된다.
이처럼 정지상의 특성에 따라 다양한 형태의 크로마토그래피 기법이 발전해왔으며, 각각의 특성을 활용하여 특정 목적에 적합한 분리 방법을 선택할 수 있다.
1.3.2. 이동상에 따른 분류
크로마토그래피의 이동상에 따른 분류는 다음과 같다.
기체 크로마토그래피(Gas Chromatography, GC)는 기체 상태의 이동상을 사용하는 크로마토그래피 방법이다. 기체 상태의 이동상이 고정상을 통과하면서 시료의 구성 성분들이 분리된다. 주로 분자량이 작고 휘발성이 높은 화합물의 분리에 사용되며, 분석기기로서 GC가 널리 이용된다.
액체 크로마토그래피(Liquid Chromatography, LC)는 액체 상태의 이동상을 사용하는 크로마토그래피 방법이다. 액체 이동상이 고정상을 통과하면서 시료의 구성 성분들이 분리된다. 분자량이 크거나 열에 불안정한...
