가스 크로마토그래피 – 기초

가스 크로마토그래피(GC)는 복잡한 혼합물에서 개별 화학 성분을 분리, 식별 및 정량화하는 데 사용할 수 있는 강력한 분석 기법입니다.

GC에서 “가스”라는 단어는 이 기법이 적용되는 시료 유형을 의미하는 것이 아니라 가스가 기기를 통해 시료를 운반함을 의미합니다. 이를 운반 가스 또는 이동상이라고 하며 일반적으로 고순도 헬륨, 수소 또는 질소입니다. 실제로 대부분의 GC 분석법은 액체 시료를 대상으로 하며 고체에 사용되는 경우도 있습니다. 가스 크로마토그래피로 분석하기 위해 시료에 기본적으로 요구되는 것은 시료 내 관심 화합물이 열 분해 없이 휘발되어야 한다는 점입니다.

가스 크로마토그래프

GC 시스템 구성과 폼 팩터가 워낙 많아 위압감을 느낄 수도 있지만 모든 GC 시스템은 주입구, 컬럼 및 검출기의 세 부분으로 나눌 수 있습니다.

이들 각각은 전용 컬럼 오븐과 가열 구역을 사용하여 온도가 제어되며(샘플 분석 과정에서 일정하게 유지되거나 상승), 각각에는 특정 압력 또는 유량(또한 일정하거나 상승)으로 하나 또는 여러 개의 가스가 흐르고 있습니다. 주입구는 시료를 가스 크로마토그래피 시스템으로, 궁극적으로는 컬럼으로 쉽게 도입할 수 있도록 해줍니다. 샘플이 컬럼을 통과하면서 개별 구성 요소로 분리되고 검출기에 의해 특성이 결정됩니다. 오늘날 가장 일반적인 GC 구성은 분할/비분할(SSL) 주입구, 얇은 층의 디메틸폴리실록산 고정상을 포함하는 벽 코팅 개방형 관형(WCOT) 모세관 컬럼 및 화염 이온화 검출기(FID)입니다.

GC 컬럼

현재의 캐필러리 GC 컬럼은 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다:

• 외부 폴리이미드 코팅이 있는 용융 실리카 유리관.
• 내벽에 열적으로 안정적인 고분자량 폴리머 박막을 코팅한 고정상.

용융 실리카 튜브는 일반적으로 내경이 0.1 – 0.53mm이고 길이가 10 – 150m 정도입니다. 외부 폴리이미드 코팅은 유리 컬럼의 유연성을 크게 증가시키고 온도 제어를 위해 GC 오븐에 단단하게 감겨 유지될 수 있게 합니다.

시료 플러그가 컬럼을 통해 흐를 때 시료 내 다양한 성분은 고정상과의 상호 작용 강도에 따라 서로 분리됩니다. 가스 크로마토그래피에는 다양한 유형의 고정상이 존재하며 일반적으로 극성의 정도에 따라 설명됩니다. 용해도 평형을 지배하는 분자간 힘은 복잡한 주제이지만 대략적으로 설명하자면 극성 분자는 극성 시스템에서 더 잘 용해되고 비극성 분자는 비극성 시스템에서 더 잘 용해된다는 것입니다(“같은 것들이 더 잘 용해”). GC에 극성 고정상이 사용되는 경우, 분자 극성이 큰 분자는 컬럼을 통과할 때 비극성 분자에 비해 고정상에 더 오래 머물게 되므로 컬럼을 통과하는 시간이 더 오래 걸립니다. 분할 정도는 온도에 따라서도 다르며 컬럼을 포함한 오븐의 온도를 이용해 유사한 극성을 가진 특정 화합물 간의 분리를 향상시킬 수 있습니다. 컬럼 오븐의 온도를 일정 속도로 올리고 내리는 것은 많은 GC 응용 분야에서 일반적입니다.

크로마토그램

GC의 데이터 출력은 x축에 머무름 시간(일반적으로 분 단위)을 표시하고 y축에 검출기 반응(일반적으로 피코암페어 단위)을 나타내는 크로마토그램입니다.

머무름 시간은 각 화합물 대역이 주입에서 컬럼을 거쳐 검출기로 이동하는 데 걸리는 시간을 측정한 것입니다. 이 시간은 주어진 기기 조건(컬럼, 유량, 압력, 온도 등)에 대해 재현 가능합니다.

GC 방법론의 일반적인 전략은 알려진 관심 화합물을 포함하는 분석 표준물질을 실행하여 해당 머무름 시간을 결정하는 것입니다. 이를 시료 크로마토그램의 피크에 대한 머무름 시간과 비교하여 미지 화합물을 식별할 수 있습니다. 여러 농도 수준에서 표준 혼합물을 실행하고 검출기 반응 결과에 대해 플로팅하면 생성된 검량선으로 시료 성분의 농도를 측정할 수 있습니다. 검량선은 가스 크로마토그래피에서 정량 분석의 기초가 됩니다.