■ gas chromatography 의 구성

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하영 노
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5 GC vs. LC Mobile phase Gas Liquid Sample state Gas Liquid Stationary phase Solid/Liquid Solid/Liquid 분자량 < 500 시료휘발성열에대한안정성 분자량상한성없음시료의용해성

7 Elution ( 용리법 ) : 각성분을분석하는데, 가장유용함 Stationery phase가이미 mobile phase로포화 시료를소량주입하고, mobile phase를흘려줌 LC: 시료가정지상과이동상에대해서 GC: 정지상에대해서만 interaction을통해서일정한분배계수 (partition coefficient) 또는분포계수 (distribution coefficient) 를갖게되어상호분리가능

10 Gas Chromatography 시료를증발 컬럼에주입 비활성기체이동상으로용리 이동상은이동시키는역할 GSC 와 GLC (GLC 가일반적으로많이이용됨 )

11 기기구성 압력조정기와유량계를부착한운반기체의고압실린더 시료주입장치 (injector) 분리칼럼 (column) 컬럼을통해분리된성분을검출하는 detector 검출기에서검출한신호를전환시키고기록할수있는전위계와기록기 컬럼, 시료주입기및검출기의각부분의온도를조정할수있는항온장치 (oven)

12 원리 GLC ( 기체 - 액체 ): 기체혼합시료가컬럼내부의정지상 ( 비활성인고체지지체에흡착시킨액체 ) 과의분배하면서기체이동상에의해이동. GSC ( 기체 - 고체 ): 기체혼합시료가컬럼내부의정지상 ( 흡착성고체 ) 에물리적흡착평형에의하여분리 문제점 t r = f( 온도, 운반기체속도, 정지상, K..)

14 Injecting and vaporizing Detecting Separating

15 운반기체 (carrier gas) 시료분자나정지상에비활성, 높은순도, 건조 컬럼내에서시료분자의확산을최소한으로줄일수있어야함 사용되는 detector 에적합 종류 : H 2, N 2, He, Air 고압기체실린더가운반기체의공급원 일정한속도를위해압력조절장치 (regulator) Gas 에포함된수분, 산소및입자와같은불순물제거필요 trap

16 Carrier gas 정화장치 Moisture trap ( 수분제거 ): molecular sieve 등충진. Oxygen trap: 산소제거 trap Chemical filter: 기타불순물제거 교체시기 signal 값이갑자기커졌을때나, base line 이지저분할때 moisture trap and chemical filter ( 재사용가능 ) oxygen trap: 재사용불가능

17 Detector 운반기체내용 He 가장일반적 TCD H 2 높은감도 ( 사용시주의 ) FID N 2 N 2 H 2 He H 2 분석시사용가장일반적대체로사용가능 Fatty acids 분석시사용 ECD N 2 최고감도 NPD He 최적 ( 유기인계농약분석시최고감도 ) N 2 최고감도

18 운반기체순도 (purity) H % He % N 2 Ar/CH % % ( 단, ECD 사용할경우 % 이상 )

19 Injection port ( 시료주입구 ): 분석하고자하는시료를기화시켜컬럼으로보내기위한부분 온도 : 시료 b.p + 20 ( 일반적 200~250 ) 순간적으로주입 ( 빠른속도 ) 시료 ( 기체 / 액체 ): 수 10-1 ~20 μl정도까지 컬럼과검출기의허용량보다낮은시료량필요. syringe

20 Inlet liner Septum Graphite ferrule Nut

21 Injection port 종류 1. Packed injection port: packed column 연결가능 ( 내경 1/4 혹은 1/8 inch stainless steel, 유리 530 μm capillary 컬럼도연결가능. 2. Split/splitless injection port: capillary column 연결가능 Split??? 모세관컬럼에유입될수있는시료의양이적기때문에컬럼에들어가는시료의양을운반기체의분활 (split) 에의하여조정 Split ratio 100:1 시료 1 μl injection 했을경우, 시료 1 μl의 1/100 만큼만컬럼안으로들어감.

22 Column 혼합성분이단일성분으로분리되어지는곳 재질 금속관 : 구리, stainless steel, 알루미늄등 유리관 : 반응성이나극성이큰화합물의분석에사용 GSC GLC 고정상다공성담체액상 + 고체지지체 분리기작흡착 / 탈착분배 내경에따른구분 packed 컬럼 packed 컬럼과 capillary 컬럼

23 Packed column 과 capillary column Packed Capillary 내경 (1/8 혹은 1/4 inch), 길이 (3-10 ft), N=300~1,000/ft 내경 (0.1~0.75 mm), 내부안벽이엷은액상의막으로도포, 컬럼내부압력강하거의일어나지않음 매우긴길이 (10~100 m) N= 수십만까지, 주입시료양매우적음 GSC( 흡착제 ) GLC ( 액상 ) 주로무기가스나낮은분자량의탄화수소흡착분리에사용. Charcoal. Silica gel, molecular sieve 등 시료성분이용해가능한용매, 비휘발성, 온도에대한안정성, 용질과불화학적반응

24 Columns 1. Stationary phase 2. Inner Diameter(mm) 3. Length(m) 4. Film Thickness(um) Packed Open (Capillary) Regular Wall Coated Open Tube (WCOT) Conventional Packed and Micropacked Porous Layer Bead Bead Column Porous Layer Open Tube (PLOT)

25 Polarity = nonpolar ~ polar P orous L ayer O pen T ubular (PLOT) Carrier Gas W all C oated O pen T ubular (WCOT) Liquid Phase

26 Polysiloxanes (Methyl Substituted) 100 % methyl (HP-1, DB-1 etc.) Nonpolar Me Si Me O n Polysiloxanes (Phenyl methyl Substituted) O Ph Si O Me Si O Ph m Me n 5% phenyl (HP-5, DB-5, etc.) 35% phenyl (HP-35, DB-35, etc.) 50% phenyl (HP-50+, DB-17, etc.) Nonpolar Mid-polar Mid-polar

27 Polysiloxanes (Cyanopropylphenyl methyl Substituted) O R Si R' O m Me Si Me O n 6% cyanopropylphenyl (Mid-polar) 14% cyanopropylphenyl (Mid-polar) 50% cyanopropylphenyl (Polar) Poly(ethylene) Glycol H H HO - - C-C-O- -H H H n 100% PEG (HP-WAX) Polar Less stable than polysiloxanes Unique separation characteristics

28 POLARITY Solubility And Retention Hexanol C10 C12 100% Methyl (non-polar) C12 C10 Same GC conditions Same column dimensions Only differ in stationary phase Hexanol 100% PEG (polar)

29 COLUMN DIAMETER(0.05~0.53mm) n =58,700 n =107, mm Sample capacity : < 2 ug Instrumental condition 0.32 mm < 500 ng

30 COLUMN LENGTH(10~120m) Resolution and Retention: Isothermal R= min R= min R= min 15 m 30 m 60 m Double the plates, double the time but not double the resolution

31 FILM THICKNESS(0.1~5um) Retention: Isothermal µm Thermal stability Sample b.p µm

32 Type of carrier gas effect on resolution HETP (mm) N 2 C at 175 C 17 k' = 4.95 WCOT Column OV mm 25 m x 0.25 mm.8 He.6 H Average Linear Velocity (cm/sec)

33 컬럼효율영향인자 Particle size of column packing the smaller the packing particles, the greater the column efficiency.

34 컬럼효율영향인자 Liquid Chromatography Mobile phase flow rate optimum flow rate corresponds to minimum H H is much smaller for HPLC than for GC (more efficient), but in practice GC columns are much longer than for HPLC - hence greater N for GC. Gas Chromatography

35 분리관의온도조절 컬럼항온상자 (oven) 내에연결 최적온도는 b.p. 와분리되는정도에따라다름 분리중 ( 시료의평균끊는점과같게또는보다높게유지 ) 일정온도법 ( 등온법 ) 승온법 (temp. programming method)

37 여러가지 Detector 의특징 종류형태선택적화합물최소검출농도 TCD 일반적 운반기체와열전도도차이있는화합 물 400 pg/ml carrier FID 선택적공기 /H 2 불꽃에서이온화되는화합물 5 pg C/sec ECD 선택적전자포착원자포함화합물 0.1 pg Cl/sec NPD 선택적 N, P포함화합물 0.4 pg N/sec 0.2 pg P/sec FPD 선택적 P, S 포함화합물 20 pg S/sec 0.9 pg P/sec

38 Detector 특성 response ( 감응 ): 시료에의하여생겨나는신호 sensitivity ( 감도 ) selectivity ( 선택성 ) TCD ( 모든것에반응하는일반적인검출기 ) FID ( 연소시이온을방출하는물질에만반응하는선택적인검출기 /H 2, N 2, CO 2 등에는반응치않음 )

39 Detector 운반기체내용 He 가장일반적 TCD H 2 높은감도 ( 사용시주의 ) FID N 2 N 2 H 2 He H 2 분석시사용가장일반적대체로사용가능 Fatty acids 분석시사용 ECD N 2 최고감도 NPD He 최적 ( 유기인계농약분석시최고감도 ) N 2 최고감도

40 Thermal Conductivity Detector ( 열전도도검출기 ) 화합물 상대적열전도도 CCl benzene 0.88 Hexane 1.00 argon 1.04 nitrogen 1.50 helium 8.32 hydrogen 초기검출기이지만, 아직도널리이용기체흐름의열전도도변화를이용하는것

41 FID Flame Ionization Detector 원리 : H 2 /Air 에의하여형성된불꽃에시료가산화하면서전하를띤이온형성 전하를띤이온의농도에비례하여전류의흐름에변화가생김. TCD 의약 10 3 배정도 sensitivity 운반기체 ( 일반적 N 2 / 감도좋음 ) 불검출화합물 (H 2, N 2, CO 2 등 )

42 ECD (electron capture detector) 할로겐원소 (F, Cl, Br, I) 를가진화합물에 sensitivity 있음

43 원리방사선동위원소 ( 63 Ni) ( 붕괴 ) β입자생성 (high E) β입자 + 운반기체 ( 충돌 ) 낮은에너지다량 secondary전자생성 * CX + e CX - + energy * CX ( 할로겐화합물 ) 전자포착화합물에의하여감소된전자의흐름을측정 화합물 반응 화합물 반응 Benzene 1 bromobenzene 7,500 toluene 3 chloroform 1,000,000 chlorobenzene 1,200 CCl 4 6,600,000

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