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민규 은
5 years ago
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1 Gas-Chromatography

2 Ⅰ. What is Chromatography? 역사 크로마토그래피의원리 크로마토그램과크로마토그래피의분류 Ⅱ. What is Gas Chromatography? 장치 작동은어떻게될까? 분리메커니즘 & 상대머무름 G C- 칼럼의예 / 효율 운반기체 / 운반기체의유속과칼럼온도 분리도 정지상과 MC Reynolds 상수. Application of GC. G C 의장점 각분야에서 GC 의사용

3 What is chromatography? History Russian botanist Mikhail tswett( ) 에의해 1906 년처음사용 G-LC 는 Matin 과 Synge 에의해소개 James 와 Matin 이 1952 년 G-LC 창안현재분리 / 확인, 정량분석하는데널리쓰임 GC : 휘발성물질분리 LC : 비휘발성물질과생물학적물리분리

4 Principle of chromatography -고전적정의: 이동상 & 고정상 의 차별적 분배 -IUPAC정의(19930):Chromatography is a physical method of separation in which the components to be separated are distributed between two phases, one of which is stationary while the other moves in a definite direction.

5 Chromatogram Chromatogram : 용매 농도에 반응한 detector 에 의해 얻어 지는 일련의 피크

6 Classification of chromatographic method Chromatography GC < gaschromatography> SFC < supercritical fluid chromatography> LC < liquid chromatography> G S C 흡착 G L C 분배 칼럼관

7 What is Gas Chromatography 크로마토 그래피는 혼합물을 분리하는 기술중의 하나로 이동상 이 기체 분석에 용이한 물질 : 충분한 휘발도와 열적 안정성( )

8 장치 1. Carrier gas cylinder 2. 유속 조절계 3. Injection port(sample inlet) 4. column 5.detector 6. Recorder 7. Injector,column. Detector 의 온도조절을 위한 thermostats

9 분리메커니즘 -GC 의이동상 단지물리적으로기화된시료를이동 -GLC에서정지상에대한시료기체분자의분배는용해를의미 - 용해는증기압 / 분자간힘의평형 P A 0 = X A γ P A A P A X P γ A A A 0 : 시료성분 A 의분압 : A 성분의몰분율 : 순수한 A성분의증기압 : 활동도계수

10 상대머무름 만일같은양의두성분 A 와 B 가 GLC 칼럼에서서로반응하지않는다면두성분의머무름은다음식을따를것이다. ( VB ) A PB γ B ( VR ) PAγ A α = = B 분리의예로끓는점이비슷하여증류로서는분리가매우어려운벤젠 (b.p:80.1 ) 과시클로헥산 (b.p:81.4 ) 의혼합물을쉽게분리. V R 벤젠 γ 시클로헥산 α = V γ 벤젠 R 시클로헥산 Dinonyl phthalate 가액체상 ( 정지상 ) 인경우계산된 α는 1.6의큰값을보임. 즉벤젠이시클로헥산보다 1.6배의머무름부피를갖게되어쉽게분리.

자.! GC가 작동하는 것을 보자. 1.GC에 고 순도가스 공급 injector 로 공급 칼럼 검출기 2. 시료가 injector 로 도입 시(150-300 ) 3.

11 자.! GC가 작동하는 것을 보자. 1.GC에 고 순도가스 공급 injector 로 공급 칼럼 검출기 2. 시료가 injector 로 도입 시( ) 3. Column 은 온도조절 오븐에 의해 온도조절 4. 여러 가지 용질이 column속에서 서로 다른 속도로 통과한 다.(용질이 용리되는 순서가 결정된다. 5. 검출기의 전기의 신호 크기 정도에 따라 plot(chromatogram)

12 GC column -column 은 chromatography의 심장부 - capillary칼럼 & packed 칼럼 - packed 칼럼은 비 휘발성 liquid의 얇은 film으로 입힌 비 활성 고체 물질 로 채워져 있다.

13 칼럼효율 Van Deemter 의속도론 HETP C C U H ϕ : d d w D D K H p f L G q : : 운반기체의 G L : : : : : 정지상인 : 이동상인 = : : : = D G 2 p + 2 ϕ + q U ( ) capacity A + B / U factor (8/ + 액체상 기체상의 흐름 ( C (hight or ( 1 + K ) 2 L + C 의농도 선속도 농도 2/3) of K G (Cm/sec) a ) U 2 d f D 2 L theoretic + wd D al p G 2 U plate)

14 Carrier gases - 선 속도/ 유속이 Rt 과 효율에 영향 좋은 분석 시간을 얻 게 해야 함. - 압력의 setting. :운반가스의 종류, 칼럼길이 와 직경, 칼럼온도, 바람직한 가스의 선 속도와 유속에 영향. - 평균 선 속도

15 Carrier gas의 유속이 column온도에 영향을 미칠까? - 일정한 압력에서 칼럼온도 증가에 반비례함(Rt, Rs에 영향) 평균 선속도는 주어진 방법에서 동일온도가 요구 - 전자기적 신호가 injector를 조절(유속/평균선속도)하는 프 로그램내장 Van Deemter curves -효율이 적당한 Uopt를 결정 - 단위 시간당 얻을 수 있는 최대의효 율이Uopt 에1.5-2배에 해당 이를 OPGV( optimal pratical gas velocity )라 한다. - carrier gas로 N2, He, H2 가 많음

16 Carrier gas 의 순도 -five 9s 도가 바람직:고순도 의 운반가스사용 민감도 와 고가의 칼럼 & 가스트랩 수명 연장, 불순물이 고정 사의 분해촉진으로 칼럼의 온도 증가 요인으로 총불순 물이 10ppm 이하(99.999%) 가 권장. - 작은 H 가 요구됨 높은 효율 -H2 가스가 효율 변화율이 작고, 넓은 온도범위에서 사용가능 하지만 N2 나 He보다 효율이 약간떨어짐. - 참고로 H2 gas 는 상식과는 다르게 안정(빠르게 공기중에 확 산 / 좁은 폭발범위)

17 분리도 - 분리도는두성분의 tr 차이가크고띠폭이좁을수록크다. Rs = 2( t W R2 tr 1) 1 + W 2 W = 4 t / R N - 분리도관계식에서 N 항은 길이의제곱근에비례 정지상의양과분리도 H 와 K 는정지상의양에대한함수 K = K V V L R = t t t M : 정지상의감소 K : H 의감소의미 t R M M L H 분리도향상 이므로분리도는칼럼

18 온도와 분리도 - 일반적으로 많은 경우에30 증가는 분배 계수값을 반으로 줄이기 때문 에 분리속도가 배로 증가한다. 정지상 ;GLC에서는 정지상과 시료 분자와의 상호 작용이 분리의 핵심

19 정지상의요건 1. 증기압이 0.1torr이하비휘발성 ( 분리조건하 ) 2. 열에대한안정성이커야됨 3. 시료성분에대하여적당한 K 값을가져야한다. 4. 시료성분과의반응은없고, 용매역할을해야한다.( 극성유사 ) - 일반적으로액체상의특성은극성 (polarity) 로설명용리되는성분의순서는끓는점의증가순위와거의일치 액체상의극성의척도인 MCReynolds 가제시한상수값 MC Reynolds 가제시한상수는 Kovats 의머무름지수 (Retention indices:ri) 를기준

20 헥산,헵탄,옥탄과 RI를 측정하려는 벤젠과의 혼합물을 20% 스쿠알렌 칼럼으로 100 칼럼온도에서 크로마토그램을 얻어 네 성분의 조정된 머무른 시간 (t R)과 RI의 관계 - 스쿠알렌 칼렘에서 벤젠은 헥산과 헵탄의 중간쯤에서 용리 - dinonylphthalate(dop) 에서 RI는 733 I=84 I 는 Mc Reynolds 상수로 서로 다른 분자간의 인력에 기인한 용질 -액체상간의 인력의 척도

21 X Y Z U S squalane SE DC DOP Carbowax 20M x : benzen 의 I y : n-butan 의 I z : 2-pentanone 의 I u : nitropropane 의 I s : pyridine 의 I MC Reynolds 상수의이용 - 많은액체상중에서비슷한극성을가진액체상을구분할수있다. - 액체상의극성의크기를나타내므로, 적절한액체상을선택하여사용할수있다 - 액체상의선택과관련하여칼럼의적합한사용온도도고려하여야함.

22 Application of GC GC 의장점 - 빠른분석시간 - Resolution: 선택적인용매를써서증류, 혹은다른분석으로는불가능한분리를함. - 정성분석 / 정량분석 - Sensitivity - Simplicity

23 Head space GC analysis -전문화된샘플링과샘플삽입기술이용액체, 고체상의휘발성분과밀폐된샘플용기의기상 / 증기상사이의평형을만들어분석. - 피 / 오줌의알코올농도의분석, 맥주, 디젤, 연료의성분의분석 - 방향성음식 / 음료의분석, 혐기성박테리아분석 / 확인 Food analysis -음식의지방질, 단백질, 탄화수소, 방부제, 조미료, 색소, 비타민, 스테로이드 ( 스테롤, 담즙산, 성호르몬따위지방용해성화합물의총칭 ), 살충제검사 / 확인 -메칠에스터, 지방질지방산의유도체, 산이가수분해에의한에스테르화반응의단백질유도체 Drug -마약남용의법정분석자료 -식물성물질 (ex: 마리화나 (cannabis) 의분석 -600족이상의마약, 독과그대사산물의 GC 분석자료가이미출판법정일이나병리학에서그런약들의확인에도움.

24 Pyrolysis gas Chromatography( 열분해 GC) -PGC 는일반적으로비휘발성물질 (EX 플라스틱, 천연 / 합성고분자, 약품류와특별한미생물 ) 샘플의열분해조각은샘플을특징지을수있는크로마투그램을그림. 작은분자는열분해반응이 GC-MS system 과분자구조의확인에자주사용. Metal chelates & inorganic materials - 무기화합물, 비휘발성유도체로전화되어 GC 분석에이용되는데단지이수소화금속물과염화금속물은 GC 분석에충분한휘발물질을제공.- 유기금속은다른착물보다곧바로분석될수있다.(boranes, silanes, germanes, 납화합물을포함하여 ) Environmental analysis - 환경오염이이미오래된문제 - 화석연료의연소폐기물, 곡물처리, 농약등의산화등이건강과환경의안정성에결정적인영향즉이러한영향을연구하는데 GC 가사용

기기분석 _ 기체크로마토그래피 (GC) 기체크로마토그래피 Gas Chromatography (GC) 1

기기분석 _ 기체크로마토그래피 (GC) 기체크로마토그래피 Gas Chromatography (GC) 1 기체크로마토그래피 Gas Chromatography (GC) 1 GC 의장점 빠른시간내에분석가능 높은분리능으로다성분분석가능 높은감도 MSD, AED와쉽게연결가능 높은정량재현성 적은시료주입량 ( 여러번주입가능 ) 2 기체크로마토그래프구성 운반기체 주입구 컬럼 검출기 데이터시스템 3 RESET 장치의구성도 Filters/Traps Data system H Regulators