캐필러리 컬럼 선택가이드
컬럼은 다음의 5가지 기본사항에 기초해 선택됩니다.
시료
고정상의 성질
컬럼내경
고정상 필름 두께
컬럼길이
이중 다음에 기술되는 사항은 캐필러리 컬럼의 성능에 실제로 효과를 미치는 조건들로서 컬럼을 보다 효과적으로 선택할 수 있도록 하기 위해 준비된 것입니다. 단 다음의 지침은 일반적인 상황에서 적용되는 것으로 어떤 특별한 상활일 경우에는 예외가 있을 수 있음에 유의하기 바랍니다.
고정상(Sttionary Phase)
고정상은 캐필러리 컬럼 안쪽 벽에 입혀진 중합필름입니다. 고정상은 주입된 시료 성분이 컬럼을 따라 이동되는 것을 더디게 합니다 주입된 유기물의 화학, 물리적인 특성의 차이와 고정상과의 상호작용이 분리과정을 위한 기초가 됩니다. 시료성분과 고정상과의 상호작용이 분석 물질 특성을 변화시킵니다. 분석물-고정상 간의 상호작용력이 두 시료 성분 사이에서 크게 차이가 날 때 한 성분은 다른 것보다 더 오래 머무르게 됩니다. 컬럼에서 머무름 시간이 분석물-고정상의 상호작용의 수치입니다.
특정 고정상에서 분리되지 않는 두 성분은 다른 극성도를 갖는 고정상에서는 분리될 수도 있습니다.이것을 기초로 하여 캐필러리 컬럼의 다양한 고정상이 만들어지는 것이고 각 고정상은 분석물질의 화학적인 특성에 따라 고유 상호결합을 합니다.
Polarity
고정상을 선택하는데 있어 극성도는 가장 중요한 요인이 됩니다. 고정상의 가장 중요한 특성은 극성도인데 그것은 곧 선택성을 갖고 시료성분을 분석하기 위한 컬럼의 성능을 나타내기 때문입니다. 고정상의 선택은 'Like dissolves like'의 화학적 일반원리를 기초로 합니다. 비극성 컬럼은 비극성물질의 분석에 최적이며, 극성컬럼은 극성물질의 분석에 가장 효과적입니다. 일반적인 탄소 단일결합(C-C)을 포함하며 탄소와 수소원자로 구성되어 있는 비극성물질인 직쇄탄화수소(n-alkanes)는 비극성 캐필러리 컬럼에 의해 분리됩니다.:DB-1, DB-1ht, SE-30, DB-5, DB-5.625,,DB-5ht,DB-5ms, SE-54, 알코올류, 아민류, 카르복시산, 디올, 에스테르, 케톤, PCBs, 티올 등이나 알켄 및 벤젠고리를 갖고 있는 방향족 탄화수소류처럼 이중이나 삼중 탄소 결합을 가지고 있는 극성물질들은 중간극성이나 극성성분을 띄는 캐필러리 컬럼으로 잘 분리됩니다. : DB-35, DB-35ms,DB-1701DB-17,D-B17hDB-FFABDB-WAX, CORWAX,
그외 상호작용으로는 쌍극자간이나 산 염기간의 작용등이 추가됩니다. 분리는 모든 상호작용의 전체적인 효과에 의한 차이들로부터 이루어 집니다.
Banded/Non-Banded Phase
화학결합형 고정상은 투빙안에서 단단하게 고정된, 즉 화학적으로 가교된 것이며 반면 비화학결합형은 단순히 내벽에 입혀지기만한 것입니다. 화학결합형은 블리드 현상이 적고 사용 온도한계가 높으며 필요시 튜빙내에 축적된 비휘발성 유기물을 제거하기 위해 용매세척을 할 수 있습니다. 아주 극성도가 강한 고정상의 경우처럼 화학결합형의 생산이 불가능할 경우에는 안정화된 고정상을 선택하면 됩니다. 안정화된 고정상은 화학결합형처럼 영구적이지 못해 용매로 세척할 수는 없지만 비화학결합형보다 열에 대한 안정성이 높습니다. Supelco에서 공급하는 안정화된 고정상으로 SP-2380이 있습니다.,
컬럼 내경(Column ID)
현재 생산 공급이 가능한 캐필러리 컬럼의 내경은 다음 두가지의 요인을 조절하여 만들어진 것입니다.
- 효율(이론단수)
- 시료 처리 용량 (Sample Capasity: 한 시료성분이 원하는만큼의 분리능으로 분리될 수 있는 최대 주입
용량)
Narrow bore 컬럼(0.20, 0.25, 0.32mm ID)은 뛰어난 분리능(높은 효율)을 보이며 반면 Wide bore 컬럼(0.53, 0.75mm ID)은최대의 시료처리용량을 갖습니다. 시료 성분의 성질과 고정상은 시료처리용량에 영향을 줍니다. 비극성 고정상은 비극성 시료일수록 시료처리용량이 커지며, 극성 고정상은 극성 시료일수록 더 커집니다. 온도 프로그래밍을 할 때도 분리능이 떨어지기는 하나 시료처리 용량은 더 커집니다. 검출기의 특성도 반드시 고려되어야 합니다. 특별한 응용분야를 갖는 검출기 일수록 시료처리용량이 줄어듭니다.
만약 시료의 성분이 복잡한 경우, 혹은 성분들이 서로 분리가 잘 안될 경우 최대의 분리능을 위해서는 특별한 캐필러리 장비가 필요합니다.(시료 split 기구, 낮은 유속에서도 유속을 재현성 있게 조절할 수 있는 기체 유속 조절기 등)
만약 시료의 농도가 아주 진할 경우, 혹은 성분간 농도의 범위가 클 경우, 0.53mm~0.75mm ID를 사용하는 것이 좋습니다. 이 경우 시료의 비주요 성분까지도 좋은 감도로 분리할 수 있습니다. 특히 0.75mm ID의 경우 split없이도 쓸 수 있으며, 충진 컬럼과 함께 유속조절기만으로 사용이 가능합니다. 충짐 컬럼 크로마토그래프에 이들 캐필러리 컬럼을 동시에 쓸 수 있는 것입니다.
고정상 필름 두께(Phase Ratio, Beta)
일반적으로 고정상의 필름두께가 증가할수록 피크의 폭이 커지고(컬럼효율 감소), 분석물질의 머무름시간이 증가하며(분리능 향상 가능), 컬럼내벽과 시료의 반응이 줄어듭니다. 또한 필름의 두께가 증가할수록 최대 시료처리용량이 커지며, 보다 높은 온도에서 시료성분이 용출됩니다. 컬럼 블리드 현상이 더 커져 최대 온도한계는 낮아집니다.
일반적으로 얇은 필름(0.10um~0.25um)은 비교적 간단한 시료분석이나 높은 끓는 점을 가진(300℃)물질의 분석에 이용됩니다. 이런 컬럼에서는 시료들이 보다 낮은 온도에서 빨리 용출됩니다. 두꺼운 필름(1.0um~5.0um)은 낮은 끓는점을 가짐 물질분석(e.g. 휘발성 유기물, Gases)에 적합합니다. 이들 컬럼은 휘발성이 강한 유기물의 머무름시간을 증가시키고, 결과적으로 냉각 응축 장치 등을 사용하지 않아도 됩니다. 또한 시료의 처리용량이 커져 고농도의 시료분석에 적합합니다.
고정상의 필름두께가 분석에 미치는 효과는 컬럼 내경의 영향과는 또 다릅니다. 고정상의 비율, 베타는 컬럼의 기체부피와 고정상 부피와의 비율입니다.
β = 컬럼 반지름(um) = r
2 x 고정상 필름 두께(um) 2df
여러 범위의 컬럼내경과 고정상 필름두께의 조합치인 β값은 같은 고정상 비율일 경우 시료의 머무름시간과 피크순서가 비슷하게 나타납니다. '두꺼운 필름'과 '얇은 필름'이라는 상대적인 구분은 β값으로 절대치화 됩니다. β값이 작은 것은 시료처리용량과 시료의 머무름 시간을 증가시킵니다. 예로써 휩발성이 강한 유기화합물은 낮은 β값을 갖는 컬럼(β=100~400)을 선택하여야 머무름 시간을 늘릴 수 있으며, 이에 VOCs 분석 전용으로 개발된 VOCOL 컬럼은 대체로 낮은 β값을 갖는다.
큰 β값을 갖는 컬럼은 시료의 처리용량을 늘리며, 고분자 시료의 경우 용출되는 온도의 한계점을 낮춥니다. 이들 컬럼은 일반적으로 블리드가 적으며 시료의 처리용량이 적은 것이 특징입니다.
< 고정상 비율에 따른 컬럼의 선택 >
| β | 시 료 성 분 |
| <100 | 강한 휘발성, 작은 분자량을 가진 시료 |
| 100~400 | 일반분석 |
| >400 | 고분자 시료 |
장바구니
