초임계 유체 크로마토그래피 이론

초임계 유체 크로마토그래피는 초임계 상태의 용액을 이동상으로 사용하는 크로마토그래피 방법 중 하나입니다. 영문으로는 SFC(Supercritical Fluid Chromatography)라고 부릅니다. 이 방법은 대부분 고분자 화합물의 성분을 알아내기 위해서 사용합니다. 그리고 개념적으로 보면 GC의 모세관 칼럼과 HPLC의 칼럼의 중간 성질을 가지고 있습니다. 

 

 

 

 

초임계 유체

액체에서 기체로 그리고 기체에서 액체 상태로 순수한 화합물의 상변화는 압력이나 온도에 제한된 범위 안에서 일어나게 됩니다. 예를 들어보면 기체 상태의 순수한 물질은 압력에 상관없이 임계 온도 이상에서는 액체가 될 수 없습니다. 임계 온도에서 기체가 액화되려면 최소한의 압력인 임계 압력이 주어져야 합니다.

 

 

 

 

초임계 유체 상태에서는 기체와 액체 상태와 같은 밀도를 갖습니다. 이 온도와 압력에서 화합물은 초임계 유체가 되고 이때 점도는 기체 상태일 때와 유사한 값을 갖게 됩니다. 온도와 압력에 따라서 초임계 유체의 반응은 밀도가 높은 기체처럼 보이기도 하고 액체와 같은 상태라고 볼 수도 있습니다. 

 

초임계 유체 범위와 SFC 원리

 

초임계 유체 이동상

이산화탄소는 초임계 상태에 쉽게 도달하는 기체입니다. 그래서 초임계 유체 크로마토그래피의 표준시료로 사용됩니다. 온도 31℃, 압력 7400 kPa 이상에서 이산화탄소는 초임계 유체로 존재합니다. 독성이 없고 불연성 특징을 가지고 있습니다. 단점으로는 이온 결합 화합물들을 용출할 수 없다는 것입니다. 

 

초임계 유체의 밀도와 용매화 능력은 압력에 따라 달라집니다. 결과적으로는 초임계 유체 크로마토그래피에서 압력 변화는 HPLC에서의 기울기 용출 또는 GC에서의 온도 기울기와 같습니다. 

 

 

 

 

만약에 크로마트그래프에서 임계점의 위치를 바꾸거나 유기 변형제를 추가하면 온도와 압력을 이중으로 조정할 수 있으며 분석 물질의 머무름 값을 정확하게 조정할 수 있습니다. 

 

이산화탄소는 1600 kPa, 60℃ 조건에서 밀도가 0.7g/mL입니다. 이것은 전형적인 기체와는 다르게 밀도가 높은 기체라고 부릅니다. 톨루엔 정도의 낮은 극성을 갖는 밀도 높은 기체의 극성을 높이기 위해서는 유기 개질제로 메탄올과 아세토 나이트릴 등을 첨가하면 됩니다.

 

 

 

크로마토그래피와 SFC 

SFC는 다양한 용도로 사용이 가능합니다. 용리액의 화학 조성을 변화시키지 않고 온도와 압력을 프로그래밍으로 변경하기 때문에 다양한 실험을 빠르게 진행할 수 있습니다. 이동상의 낮은 점도는 HPLC 형태 칼럼들을 연속으로 연결해서 사용도 가능합니다. 

 

SFC에 의해서 분석되는 화합물의 범위는 지질과 기름, 유화제, 올리고머, 중합체들이 있습니다. 추가로 GC로 분석이 불가능한 분자량 1000 이상의 화합물들도 SFC로 분석이 가능합니다. HPLC보다 빠른 분리 속도와 효율이 장점이고 최종적으로는 이동상으로써 초임계 이산화탄소의 사용은 질량분석계나 NMR 등과 연결해서 사용도 가능합니다.

 

이상으로 초임계 유체 크로마토그래피(SFC)의 원리와 적용분야에 대해서 알아보았습니다. 초임계 유체는 온도와 압력 조건에 따라서 화합물의 용해 속도 차이를 발생합니다. 이러한 초임계 유체는 커피나 다른 식품 첨가물을 추출하는대도 사용하고 있습니다. 무엇보다 인체에 무해하고 빠르게 실험이 가능한 것이 장점입니다. 앞으로 초임계 유체를 통한 분리 정제 기술도 많이 적용될 것입니다. 위의 내용을 천천히 읽어보시고 초임계 유체 크로마토 그래피에 대해서 이해해보시길 바랍니다.