크로마토그래피

크로마토그래피

고정 물질로 사용되는 것은 미세한 고체, 여과용 물질의 판, 고체 표면에 액체를 얇게 바른 막 등이 있다.

크로마토그래피는 분리하고자 하는 혼합물 속에 들어 있는 각 성분의 수, 성질, 상대적인 양 등에 대해서 사전에 상세하게 알지 못하더라도 혼합물을 분리할 수 있는 유용한 방법이다. 크로마토그래피에 의해 물질이 분리되는 정도는 반응성이 없는 액체나 기체의 흐름에 의해 운반되는 각 성분들이 고정상에 흡수되는 정도가 서로 달라 그결과 어느 정도 머무르는가에 따라 좌우된다. 이 방법을 사용해 생물학적 기원을 알려주는 화합물(예를 들어 단백질을 이루고 있는 아미노산 조각들이나 펩티드)의 분리, 복잡한 석유 혼합물과 향수·향미료와 같은 휘발성 방향족 화합물(이런 혼합물들은 수백 가지의 성분들로 이루어져 있음)을 분리한다.

크로마토그래피는 미지의 혼합물을 포함하고 있는 기체나 액체(이동상)를 표면적을 크게 만든 흡착제(고정상) 위로 또는 관통하여 흡착제를 통과시킴으로써 물질을 분리한다. 조건을 잘 선택하면 고정상을 통해서 각각의 성분을 분리하고 분리된 성분을 확인할 수 있다.

크로마토그래피는 식물 색소를 연구하던 러시아의 식물학자 미하일 츠베트가 식물 색소 혼합물 용액을 알루미나 분말을 채운 관 꼭대기에 가하고 유기용매를 통과시켜 색깔이 있는 각각의 성분을 분리하는 데 처음으로 사용했다(크로마토그래피라는 이름도 여기에서 유래했음). 이때 색소 혼합용액이 관을 통과하면서 색을 띠는 띠로 분리되었다.

분리된 각 성분은 관 속에 충전된 고체를 꺼내어 색깔을 띤 띠를 따로 분리해 얻어내거나, 적절한 용매를 선택하여 전개(용리전개)함으로써 얻을 수 있다. 츠베트의 방법은 수년 동안 사용되지 않았으나 1930년대 이후부터 생물학적으로 중요한 많은 물질을 확인하는 데 널리 사용되기 시작했다. 특히 거름종이를 지지물질로 사용하면서부터는 더욱 유용하게 사용되었다. 적절한 장치를 사용하면 종이에 점적한 혼합물을 2차원으로 분리할 수 있다.

무색의 아미노산, 스테로이드, 탄수화물과 천연물질들이 섞여 있는 복잡한 혼합물 등을 연구하는 데에는 종이 크로마토그래피가 널리 사용되었다. 종이에 전개된 각각의 물질은 적절한 발색제를 뿌려 색깔을 띠게 한다.

기체 크로마토그래피에서는 비휘발성 액체(보통 폴리글리콜, 실리콘액, 끓는점이 높은 유기 에스테르)를 입힌 미세한 고체 입자(보통 알루미나·실리카겔·규조토)를 코일형의 긴 관에 충전하고 이 관을 가열된 오븐에 설치한다.

혼합물을 관에 주입하고 압축기체(수소나 헬륨)로 이 혼합물을 이동시켜 각 성분을 분리한다. 용리전개된 각 성분을 검출하는 몇 가지 방법이 있는데, 특히 기체로 만든 기준물질과 분리된 기체의 열전도도를 비교해 검출하는 장치가 널리 사용된다. 혹은 분리된 기체를 수소와 혼합하고 이 혼합 기체를 연소시켜 생성되는 이온들의 이온화 퍼텐셜을 측정하여 검출하는 불꽃 이온화검출기를 사용하기도 한다. 이 방법은 1/1,000,000g 정도의 탄화수소를 검출하는 데 널리 사용된다.

기체 크로마토그래피는 또한 소형화하여 우주선에 부착시켜 혹성의 대기를 분석하는 데 사용되며, 견고하게 제작해 석유정제와 석유화학공장에서 일반적인 분석 및 조절장치로 사용할 수 있다. 즉시 분석할 수는 없지만 장치를 보다 개선하여 시간이 지체되는 것을 줄임으로써 몇 초 안에 시료에 들어 있는 많은 성분들을 분석할 수 있다. 내부를 피복한 모세관(피복된 지지물은 미세구경관으로 대신함)을 사용하면 분리효율을 크게 할 수 있다. 분리되어 나오는 각 성분을 질량분석법으로 분석하여 물질을 확인한다.

비록 흡착이 대부분 크로마토그래피의 메커니즘이지만 물질을 분리하는 데 다른 메커니즘을 적용할 수도 있다.

예를 들어 분자 크기의 차이를 이용하여 물질을 분리하는 겔여과크로마토그래피와 겔투과크로마토그래피를 이용한 분리 방법은 다당류 혹은 폴리아크릴아미드의 다리걸친 겔을 지지매질로 사용하며, 사용하기 전에 이 물질을 팽창시킨다(겔크로마토그래피). 이 방법을 이용하면 중합체의 분자량 분포를 측정할 수 있고, 천연물 특히 단백질·아미노산·핵산, 그리고 백신 제조에서 분리와 정제를 할 수 있다.