크로마토그래피(Chromatography)는 물질을 분리, 분석하는 데 쓰이는 분석화학 기법이다.
원리[편집 | 원본 편집]
분자들은 그 구조에 따라 극성의 크기가 서로 다르다. 무극성 분자 입자들로 가득 차 있는 관 안에 극성 액체를 흘려 주고, 여기에 미지의 혼합물을 넣으면, 혼합물 중 극성 분자들은 흘러가는 극성 액체에 강하게 끌려서 액체를 따라 이동하게 되고, 무극성 분자들은 상대적으로 느리게 끌려가게 될 것이다. 이렇게 분자간 이동 속도의 차가 생기므로 혼합물을 분리할 수 있는 것이다.
대표적인 예로는 국민학교 시절 많이 해봤을 분필 크로마토그램 실험이 있다. 분필에 수성 잉크로 점을 찍고 물을 담은 샬레에 세워 두면, 물이 분필로 스며들어 올라가면서 잉크가 여러 색깔로 번진다. 잉크 속의 여러 색깔을 띠는 분자들의 이동 속도가 다르기 때문이다.
여기서 분필의 역할을 하는 것을 고정상(stationary phase), 물의 역할을 하는 것을 이동상(mobile phase)이라고 한다. 국내에서는 이동상 외에 전개상, 전개용매라는 말도 쓴다. 분자들이 분리되는 정도는 고정상과 이동상, 시료 분자들의 구조와 분자간 인력 등의 상호작용, 이동상의 유속 등에 따라 달라진다.
크로마토그래피의 분리능은 이론적으로 van Deemter equation으로 설명된다.
[math]\displaystyle{ HETP = A + \frac{B}{u} + C \cdot u }[/math]
HTEP(height equivalent to a theoretical plate)는 이론단 높이를 뜻하며, 단 높이가 작을수록 물질을 분리하는 단이 더 많아질 것이므로 분리능이 크다고 생각할 수 있다. u 는 이동상의 유속, A 는 고정상이 불균일하게 채워짐으로써 발생하는 결함이며, B 항은 시료 분자의 확산으로 인해 분리능이 떨어지는 것을 나타내며, 유속이 느리면 확산이 이루어질 시간이 커지므로 u 가 작을수록 심해진다. 반면 C 항은 시료가 고정상, 이동상과 충분히 상호작용하지 못할 때 분리능이 떨어지는 것인데, 유속이 빠를 경우 충분히 상호작용이 이루어지지 못하므로 u 가 클수록 심해진다. 따라서 최적의 조건을 위해 u를 적절히 조절하는 것이 중요하다.
종류[편집 | 원본 편집]
- Paper chromatography
- 이름 그대로 종이를 고정상으로 사용하는 크로마토그래피. 그냥 종이는 아니고 물 등의 이동상을 잘 흡수하는 크로마토그래피용 종이가 따로 있다. 싸고 간편하지만 그만큼 정밀한 분석에는 거의 쓰이지 않는다.
- Thin layer chromatography(TLC)
- 실리카 등의 고체 물질이 얇은 층 형태로 흡착되어 있는 판을 고정상으로 사용한다. 고정상의 극성과 전개상의 이동거리에 대한 각 물질의 이동거리의 비율 (retention factor)을 이용해 각 구성성분을 분석한다. 용질이 무색일 경우 자외선을 쬐거나 ceric staining 후 가열 등으로 보이게 만들어야 한다. 종이 크로마토그래피보다는 믿음직스럽지만 역시 정밀한 분석 등에는 이하 서술된 방법들이 더 많이 쓰인다.
- Gas chromatography
- 기체를 전개상으로 사용한다. 전개상이 분리되는 물질에 영향을 주지 않도록 질소나 헬륨 등의 반응성이 낮은 기체를 쓰며 혼합물의 경우 기화되면서 성질이 변화하지 않는 종류여야 한다. 여기서부터 본격적인 정밀분석의 세계로 들어간다(...)
- Liquid chromatography
- 액체를 전개상으로 사용한다. 고정상은 분자를 붙잡아둘 수 있는 고체 형태의 물질이 채워진 column을 쓴다.
- High performance liquid chromatography (HPLC)
- Affinity chromatography
- Supercritical fluid chromatography
- Ion exchange chromatography
- Size-exclusion chromatography