기체 크로마토그래피(7), 장치의 구성과 조작법

기체 크로마토그래피는 분리관, 검출기와 이들을 내장하는 항온조 및 기록계로 구성되어 있다. 컬럼의 입구는 시료도입구와 연결되어 있어 외부 봄베로부터 나온 운반기체는 밸브와 정속으로 조정된 압력계를 통하여 검출기의 기준극 쪽으로 들어와서 시료 도입부에 주입된 시료와 함께 컬럼으로 들어간다. 컬럼중에서 시료는 각 성분으로 분리되어 순차적으로 컬럼으로부터 유출되어 검출기의 시료쪽을 통과하여 외부로 방출된다.

▲ 그림 1-8. TCD를 이용한 GC의 개요도

 

운반기체의 유량 조절

운반기체로서 He, N2, H2, Ar 등이 통상 쓰이지만, TCD를 사용할 때는 열전도도가 큰 He 또는 H2를 사용하는 경우가 많다. 운반기체의 유속 변동은 정성의 기초가 되는 머무름 값에 영향을 미칠 뿐만 아니라 검출기의 감도에도 영향을 미치므로 방해의 원인이 되어 컬럼효율을 변동시킨다. 따라서 봄베로부터 공급되는 운반기체의 유량조절기를 통하여 시료주입구로 유도된다. 운반기체의 적정 유량은 분리컬럼의 직경, 운반기체의 성질, 컬럼효율, 검출기의 특성 등을 고려하여 종합적으로 결정하여야 하는데, 일반적으로 내경 3~4mm의 충전컬럼은 20~50ml/min, 내경 0.2mm정도의 모세관컬럼은 2~5ml/min이 적절하다.

 

시료도입계

시료는 주입구에서 기화하여 운반기체의 정상기류 중에, 되도록 소량을 분산시켜 분리컬럼에 도입하는 것이 바람직하다. 그러므로 검출기의 감도가 허용하는 한 소량의 시료를 사용하여 기화실의 내용적을 되도록 작게 하고, 그 온도는 순간적인 기화를 위해 시료의 열분해가 일어날 염려가 없는 한 높게 유지하는 것이 좋다. 기화실의 온도는 일반적으로 시료성분 중의 최고 비등점보다 30~60℃정도 높게 한다.

기체시료는 열안정성이 좋고 탄성이 좋은 실리콘 고무의 격막을 통해 기밀성이 좋은 주사기를 사용하여 도입한다. 액체시료는 그대로 또는 용매를 희석하여 미량 주사기(마이크로실린지)로 실리콘 고무의 격막을 통하여 기화실에 도입한다.

고체시료는 통상 적당한 용매에 용해한 후 액체시료와 같이 도입하지만 최근에는 고체시료를 기화실에 직접 도입하는 장치도 시판되고 있다.

 

분리컬럼

좋은 분리컬럼을 얻기 위해서는 고정상 액체의 선택과 담체의 선택이 중요하다. 분리목적에 따라서 적당한 고정상 액체를 분류 사용하는데, 이때 시료와 액상의 극성, 수소결합, 화학작용 등을 고려하여야 된다. 또 고정상 액체의 끓는점은 컬럼의 온도보다 최소한 20℃ 이상 높아야 한다. 이들 액상을 담체에 도포하여 사용하는데 담체로는 화학적으로 비활성이고, 표면적이 큰 것이 좋다.

GC에 사용되는 컬럼 충전제는 그 종류가 아주 다양하며 충전제를 적절하게 선택하는 것은 GC에 있어서 대단히 중요한 일이다. GC는 GSC(gas-solid chromatography)와 GLC(gas-liquid chromatography)로 분류되며, 따라서 충전제도 그에 준하여 분류할 수 있다. 즉 흡착제(GSC용 충전제)와 분배제(GLC용 충전제)로 구별된다.

 

흡착제

흡착제는 주로 무기가스와 탄화수소가스의 분석에 적합하며 입도는 30~60 mesh, 60~80 mesh, 80~100 mesh의 것이 일반적으로 사용된다. 일반적인 흡착제를 시료성분의 분리에 적합하게 활성화시켜서 이용하며, 흡착제에 소량의 고정상액체를 함침시켜 흡착효과와 분배작용을 동시에 이용하는 경우도 있다. 흡착제로는 활성탄, 실리카겔, 분자체, 활성 알루미나 등이 널리 사용이 된다.

 

분배제

현재 사용되는 충전제의 대부분이 이 부류에 속하며 그 종류도 대단히 많다. GLC에서는 고정상으로 액체가 이용되며 이것이 분배기능의 중심에 이룬다. 고정상 액체의 얇은 피막을 형성하기 위하여 담체가 필요하며, 구형 또는 그에 유사한 형태의 담체입자 표면에 고정상 액체 박막을 형성한 것이 곧 분배제이다.