사이언스21 4월호부터는 ‘크로마토그래피 개론(필자: 오승호)’에 대하여 시리즈로 소개하고자 한다. ‘크로마토그래피 개론’에 대한 주요 내용은 다음과 같은 순서로 소개된다.
Ⅰ. 들어가는 말
1. 크로마토그래피의 정의
2. 크로마토그래피 관련 용어 해설
3. 크로마토그래피의 발달 역사
4. 크로마토그래피의 분류
5. 크로마토그래피의 특징과 분석 대상 물질
6. 정성 및 정량분석을 위한 검량선
Ⅱ. 가스 크로마토그래피 각론
1. 가스 크로마토그래피의 분리 메커니즘(분배, 흡착)
2. 가스 크로마토그래피의 분류
3. 가스 크로마토그래피 분석을 위한 시료 전처리 기술
1) 유도체화 기술
2) Headspace
3) Pyrolyzer
4. 가스 크로마토그래피의 기기 구성 및 역할
1) 캐리어 가스
2) 각종 트랩
3) 컬럼의 종류(Packed/Capillary)
4) 컬럼 오븐
5) Injection 기술 소개
6) 검출기의 종류와 원리, 용도 소개
5. Hypernated 기술
Ⅲ. 고성능 액체 크로마토그래피 각론
1. HPLC의 분리 모드 소개
1) 역상
2) 순상
3) 크기 배제
4) Affinity
2. HPLC의 기기 구성
1) 용매 보틀
2) 탈기 장치
3) 펌프- Isocatric/Gradient, HPG/LPG pump
4) 시료 주입기(Auto sampler)
5) column 및 Column oven
6) 검출기
7) Data Processing 장치
3. Column Chemistry(Column 선정 시 고려사항)
4. HPLC 분석을 위한 Method Development
5. HPLC 분석을 위한 시료 전처리 기술
6. HPLC 최신 기술
1) UHPLC(UPLC/RSLC)
2) Tandem LC/Parallel LC
3) On-line SPE LC
Ⅳ. 이온 크로마토그래피 각론
1. IC의 정의 및 분석 대상 물질
2. IC의 분리 모드
1) 이온 교환
2) 이온 배제
3) 역상 이온쌍
4) 이온 서프레션
3. IC의 기기 구성
1) 용리액
2) 시료 주입장치
3) 펌프
4) 컬럼
5) 서프레서(Suppressor) 원리 및 세프레션(Suppression) 모드 소개
6) 검출기
4. IC 최신 기술
1) Reagent-Free IC
2) Capillary IC
3) Auto-Prep IC(극미량 분석 기술)
Ⅴ. 맺는말
크로마토그래피의 한계-MS 필요성
Ⅰ. 들어가는 말
유기 및 무기 분석을 위한 수단의 하나로서 크로마토그래피는 그 출현 역사가 100년이 약간 넘었지만 거의 모든 분야에서 사용되고 있는 것이 현실이다. 그동안 분석 기술의 괄목할 만한 발달은 기기의 발달에 기인하고 있다고 보아도 무리가 없을 것이다.
이번 달부터 연재 형식으로 크로마토그래피 전반에 대해 살펴보고자 한다. 많은 크로마토그래퍼들에게 도움이 되었으면 하는 마음이다. 특히 처음 크로마토그래피 세계에 입문하는 분들은 물론 기존 크로마토그래퍼들에게도 조금이나마 도움이 되길 기대한다.
1. 크로마토그래피의 정의
크로마토그래피란 무엇인가?
크로마토그래피 관련 기기를 오랫동안 사용하신 분들도 막상 크로마토그래피가 무엇이냐고 물으면 대답을 망설이는 것이 솔직한 현실이다.
그 만큼 기본적인 개념 정리가 안 된 상태에서 조금은 기계적인 오퍼레이션에 머물고 있지 않은가 싶다. 필자 나름대로 크로마토그래피의 정의를 다음과 같이 내리고 싶다.
크로마토그래피란 혼합물인 시료를 고정상(Stationary phase)과 이동상(Mobile phase)간의 분배, 흡착, 이온교환, 크기 배제(Size exclusion), Affinity 등과 같은 물리화학적 성질의 차이를 이용하여 시료의 이동속도를 변화시킴으로써 각각의 성분으로 분리한 후에 최적인 검출기를 이용하여 검출하고 물질을 정성, 정량하는 Total separation technique를 말한다.
2. 크로마토그래피 관련 용어 해설
크로마토그래피 세계에 처음 입문하는 분들의 어려움은 아마 관련 용어의 해석이 아닐까 싶다. 특히 한국 사람들은 세미나장에서도 교육 현장에서도 질문을 꺼리는 것으로 유명한 것을 보면 기본적인 용어도 모른 채 끙끙 앓는 경우도 없지 않으리라고 본다. 그동안 많은 교육 현장에서 교육을 했었던 필자로서는 초보자들을 위한 용어 해설부터 교육을 시작하는 버릇이 생겼다.
1) 크로마토그래피(Chromatography): 분석 기술(Analytical technique) 자체를 의미
2) 크로마토그래프(Chromatograph): 기기 자체를 의미한다.
3) 크로마토그램(Chromatogram): 크로마토그래프로부터 얻은 그림(Picture)
4) 크로마토그래퍼(Chromatographer): 크로마토그래프를 사용하는 사람
5) 고정상(또는 정지상, Stationary phase): 고정상이란 컬럼 내부에 충전하는 물질 즉, Column Packing Material을 말하는데 통상은 컬럼을 지칭할 때가 많다.
6) 이동상(Mobile phase): 이동상이란 시료를 이동시키는 역할을 하는 것으로 컬럼을 통해 흐르는 유체라고 정의할 수 있다. 이동상이 기체인 경우를 GC(가스 크로마토그래피)라고 부르며, 이동상인 액체인 것을 LC(액체 크로마토그래피), 이동상이 초임계 유체(Supercritical Fluid)인 경우 SFC(초임계 유체 크로마토그래피)라고 부른다.
7) 검출기(Detector): 검출기란 컬럼을 통해 분리된 물질을 검출하는 장치로서 크게 모든 성분을 검출하는 보편적 검출기(Universal Detector)와 특정한 성분만을 선택적으로 검출하는 선택적 검출기(Selective Detector or Specific Detector)로 구분된다.
8) 검량선(Calibration Curve): 검량선(檢量線)이란 문자 그대로 농도가 검증되어 있는 선이라는 의미로 Calibration Curve라고 한다. 이때 검량선을 그리기 위해 통상 3~5점 정도의 농도가 서로 다른 표준용액을 준비하여 검량선을 작성한다.
9) 캐리어 가스(Carrier gas): GC에서 이동상을 말하며 통상 운반기체라고 부른다.
10) 컬럼(Column): 통상 고정상을 의미하는데 컬럼은 충전물이 실리카를 근간으로 하는 컬럼(Silica-based column)과 고분자 근간 컬럼(Polymer-based column)으로 구분된다. 일반적으로 LC용 컬럼의 경우 실리카 근간 컬럼을, IC용 컬럼의 경우 고분자 근간 컬럼이 보편적으로 이용된다.
11) Isocratic vs Gradient: 아이소크레틱(Isocratic)과 그레디언트(Gradient)라는 용어는 주로 LC(IC 포함)에서 사용되는 용어로 분석 중에 이동상의 조성이나 유속이 일정하게 하는 것을 아이소크레틱이라고 한다.
즉, 등용매 용리라고 말하고 그레디언트는 분석 중에 조성과 유속을 변경하는 경우를 말하는데 번역하면 기울기 용리라고 부른다. 특히 HPLC의 경우 그레디언트는 엄밀히 말하면 조성 그레디언트(Composition Gradient)로 이동상을 2개 이상 4개까지 사용한다.
한편 IC에서 그레디언트의 의미는 농도 그레디언트(Concentration Gradient)를 의미하는데 이 농도 그레디언트란 1가지 이동상을 사용하되 농도를 다르게 하여 분리를 하는 것을 말한다.
12) Ramp: GC의 경우 분리를 효율적으로 하기 위해 컬러 오븐의 온도를 프로그래밍하는 것을 의미한다. 이 경우 초기온도(Initial Temp.) 승온 속도(℃/min), 최종 온도(Final upload.)로 구성되어 있다.
13) 머무름 시간(Retention Time): 머무름 시간이란 시료가 인젝터(Injector)를 통해 주입되는 시간부터 컬럼을 통과하여 검출기까지 도달하는데 요구되는 시간을 말한다. 흔히 크로마토그래피에서 정성분석을 머무름 시간의 일치를 통해서 한다.
14) 선택성(Selectivity): 크로마토그램상에서 두 피크 사이의 순수한 머무름 시간의 비(Ratio)를 의미한다.
15) 분리능(Resolution): 두 가지 이상의 분석물질을 분리할 수 있는 컬럼 능력의 척도로서 통상 분리능 1.5 이상이면 두 피크 사이에 바탕선(Baseline)이 분리되어 있다는 의미인데 피크가 가끔 테일링(Tailing: 꼬리 끌림 현상)인 경우에는 최소 분리능이 2 이상인 경우 완전 분리를 의미한다.
오승호: 기기분석 전문가 커뮤니티(https://cafe.daum.net/kcasc) 대표운영자
Reference(참고문헌):
1. 조금 상세한 액체크로마토그래피 - 아무도 가르쳐주지 않는 노하우Ⅰ-오승호 역 -2011년 신일서적
2. 조금 상세한 액체크로마토그래피 - 검출편Ⅱ-오승호 역 -2011년 신일서적
3. 조금 상세한 액체크로마토그래피 - 전처리편Ⅲ-오승호 역 -2011년 신일서적
4. 조금 상세한 액체크로마토그래피 - 분리편 Ⅳ-오승호 역 -2011년 신일서적
The Person in Charge(발표자): Oh Seungho
e-mail: shoh2121@hanmail.net
<이 기사는 사이언스21 매거진 2021년 4월호에 게재 되었습니다.>
이전기사 :Mdrs 및 Morphologi 4-ID를 사용하여 경구 투여용 고체 제제(OSD) 제품의 제약 동등성 확인
다음기사 :SPE 전처리를 이용한 과불화화합물 8종 LCMSMS 분석