[GC의 원리] GC 원리에 대해 알아보자

Gas Chromatography란 무엇인가?

안녕하세요 오늘은 기기분석 항목중 GC에 대해 알아보고자 합니다.

학교 실험실이나 회사에서 GC를 다루시는분들 혹은 전공공부를 하시는 분들에게 도움이 됬으면 합니다.

그럼 지금부터 GC에 대해 설명해 보겠습니다.

GC란 무엇인가?

 

Gas Chromatography의 약자로 기체 크로마토그래피란 뜻입니다. 분석장비중 HPLC보다는 덜 사용하는 편이지만 대중적으로 많이 사용하고 있는 분석장비입니다.

HPLC는 액체크로마토그래피로 이동상이 액체이듯이 GC는 가스크로마토그래피로 이동상이 기체인것이 특징입니다.

 

HPLC의 이동상은 매우 다양합니다. 보통 물, 메탄올, 아세토나이트릴을 쓰지만 물에 산이나 염기를 혼합한 buffer 용액을 주로 쓰기 때문에 매우 종류가 광범위하다고 볼 수 있습니다.

 

그러나 GC에서의 이동상은 기체의 종류는 질소 또는 헬륨을 사용합니다. 그 이유는 일단 반응성이 없는 기체로 안정하기도 하고 다른 분석물질들과 반응을 안하는 것이 가장 큰 특징이죠. 이동상을 Carrier gas(운반기체) 라고도 부르며 이들의 역할은 시료들을 주입구부터 컬럼을 통과해 검출기로 이동시켜 주는 역할을 합니다.

 

추가적으로 GC는 공기와 수소기체를 사용하게 되는데 이는 점화 시 필요합니다.

여러 기체들을 복합적으로 사용 하다보니 공간을 많이 차지하고 관리하기가 편한 장비는 아닙니다. 그러나 HPLC상에서 분리하기 힘든 시료들을 분리하는데 매우 효율적입니다

 

자 그럼 GC의 원리를 알아볼까요?

 

간단히 말해서 기화된 분석 시료들이 carrier gas에 의해 컬럼을 통과하며, 이동상과 고정상 사이의 흡착, 분배 등의 상호작용을 통해 성분을 분리하는 원리입니다. 즉, 크로마토그래피의 원리라고 보시면 될 것 같습니다.

크로마토그래피의 원리가 궁금하시다면 제 이전 포스팅 HPLC부분을 참고하시면 될 것 같습니다.

https://raimkil.tistory.com/22

[HPLC의 원리] HPLC 원리와 응용

GC의 원리를 모식도를 통해 설명하겠습니다.

 

GC 모식도

1.     Injector를 통한 시료의 주입

 

Carrier gas(운반기체)를 계속 흘려주는 상태에서 Sample injector 부분에 시료가 주입하게 되면 운반기체가 시료들을 컬럼 내부로 이동시킵니다.

injector부분에는 기화 장치가 있어서 시료를 기화시키고 컬럼 내부로 보냅니다. 이 때 주입온도를 설정하게 되는데 보통 분석물질을 기화시킬 정도의 온도로 설정하는 것이 바람직하기 때문에 정해진 온도는 없습니다. 통상적으로 분석하려는 물질의 끓는점보다 50도정도 이상으로 설정합니다.

injector부분에는 inlet부분인 기화장치가 존재하고 Split Liner과 Splitless 두가지 부분이 존재하는데 이것은 나중에 따로 설명하겠습니다.

 

2.     Oven에서 시료의 분리

 

기화된 시료들이 Oven안에 있는 컬럼으로 들어가게 되고 컬럼안에서 분리가 이루어집니다. 분리도를 조절하는 방법은 운반기체의 유속, 종류, Oven내의 구간별 온도설정, 컬럼 종류 등을 바꿔서 조절할 수 있습니다. 대중적으로 사용하는 컬럼은 캐필러리 컬럼을 사용하며 HPLC와는 다르게 길이가 길이가 짧으면 10m에서 분리목적에 따라 길이가 100m일 있습니다. Oven의 온도는 200~300도 이상의 고온이기 때문에 컬럼은 열에 강한 금속을 사용합니다. 그러나 열, 냉 과정을 반복하게 되면 컬럼이 손상되거나 분리도가 낮아질 수 있기 때문에 주의하셔야 합니다.

 

3.     Detector에서의 시료 검출

 

컬럼과의 상호작용으로 분리된 시료들은 detector로 이동하게 되는데 검출기의 종류는 FID, ECD, TCD 등이 있습니다. 가장 대중적인 검출기는 FID(Flame Ionization Detector)입니다. 대부분의 화합물들이 가지고 있는 유기물이 수소-산소 불꽃에서 분해되어 전자와 이온으로 만들어지고, 만들어진 전자들이 전류가 되어 증폭시켜 측정하는 장비입니다. 참 복잡하죠 ㅎㅎ

감도가 좋아서 많이 사용하지만 시료가 파괴되기 때문에 회수를 못한다는 단점도 가지고 있습니다.

 

더 자세히 파고들면 좋겠지만 우선 기본적인 원리만 설명하였습니다. 기본원리만 알아도 각종 회사나 학교에서 다루는데 큰 지장이 없을 것을 생각됩니다.

 

저는 화학을 전공해서 기기분석 내용을 기본적으로 알고있습니다.

궁금한 사항 있으신분 댓글 달아주시면 답변드리겠습니다.

그럼 이만~!