[화공]기체 크로마토그래프 분석 실험보고서

목차

1. 실험제목

2. 실험 목적

3. 이론.

4. Data & Result

5. Discussion

6. 연습문제

7. 참고문헌

본문내용

인 분배계수 K로 정량적으로 설명될 수 있다. 즉,
여기서 Cs는 고정상에 있는 용질의 분석 농도이며 CM은 이동상에 있는 농도이다. 이상적인 경우에 분배비는 넓은 범위의 용질 농도에 걸쳐 일정하다. 즉, Cs는 CM에 정비례한다.
(2) 검출기에는 TCD 이외에 여러 가지가 있는데 그 중에 하나를 골라서 그 검출기의 원리, 구조, 운반기체, 감도, 선택성, 주의사항 등에 대하 논하시오.
#불꽃 이온화 검출기
컬럼에서 나오는 용출물은 수소와 공기가 혼합된 후 검출기 안의 불꽃에서 태워진다. 유기 화합물의 탄소 원자( 카르보닐과 카르복실 화합물의 탄소는 예외)는 CH 라디칼을 만들 수 있고, 수소-산소 불꽃에서 CHO+이온을 만들게 된다.
CH + O → CHO+ + e-
탄소 원자 105개 중의 약 하나만이 한 개의 이온을 만든다. 그러나, 이온 형성은 계속되며, 불꽃 속에 들어온 탄소 원자의 수에 비례한다. 불꽃 이온화 검출기는 O2, CO2, H2O, 및 NH3 와 같은 무기 화합물에 대해서는 감응이 없다. 이온은 한 쌍의 전극에 모아져서 전류로서 측정된다. 전류의 크기는 시료 분자중의 탄소중의 수와 그 산화상태에 의존된다. 불꽃에서 생긴 CHO+는 불꽃 위에 있는 음극 집전극으로 전류를 운반한다. 불꽃 바닥에 있는 양극과 음극 집전극 사이에 흐르는 전류는 측정되고, 기록계에서 신호로 바뀐다. 유기 용질이 없으면 거의 0이 되고, 유기 화합물에 대한 검출기의 응답은 용질 질량의 107으로 비례한다. 이와 같은 감도는 열전도도 검출기의 경우보다 약 103배 더 높다. 이 검출기는 ppb농도범위를 검출할 수 있는 우수한 감도는 나타낸다. 그러나 유력한 범위는 좁아져서 순수한 액체시료는 0.1㎕이거나 그 이하로 제한된다. 운반기체의 종류는 상대적으로 중요하지 않다. He, N2, Ar등이 흔히 사용된다. FID는 물을 비롯하여 거의 모든 무기 화합물에는 둔감하다. 따라서, 수용액시료를 주입할 수 있다. 만약 지지기체로서 공기 대신에 산소가 사용되면, 보다 고온의 불꽃이 되므로 많은 무기물질도 이온화되어 검출할 수 있게 된다. FID는 매우 감도가 높으므로 컬럼유출기체를 적당한 흐름분할기로 나누어서 시료의 일부를 전환할 수 있으므로, 그것을 포집해서 필요하면 더 분석할 수 있다.
(3) 다음 용어에 대해 설명하시오.
분리관 효율(Column efficiency)
ⓐ 이론단 : 이론단이라는 개념은 원래, 끓는점이 서로 다른 물질을 분류하기 위한 증류탑의 효율을 나타내기 위하여 생각해낸 것이다. 크로마토그래프 컬럼의 효율도 이론단수로 나타낼 수 있다. 크로마토그래프 분리는 정지상과 이동상으로의 용질의 분배평형의 반복에 의존된다. 이론단의 1단은 1변의 평형과정에 상당된다고 생각할 수 있다. 하나의 컬럼은 보통 수백에서 수천의 이론단을 갓고 있다. 단수가 많을수록 분리효율이 좋다. 이론단 해당 높이(height equivalent to a theoretical plate; HETP)는 컬럼의 길이를 이론단수로 나눈 것이다. HETP가 적을수록 컬럼을 짧게 할 수가 있다. 이론단수(number of theoretical plate)는 크로마토그램으로부터 다음 식으로 구할 수 있다.
여기서 n은 특정물질에 대한 컬럼의 이론단수, tR 은 그 물질의 머무른 시간 w은 봉우리 나비이다. 이론단수가 구해지면 HETP는 컬럼길이를 n으로 나누어 구할 수 있다. 이렇게 하여 봉우리 나비는 HETP에 관련되어 있고, 봉우리가 좁으면 HETP는 작다. HETP의 단위는 cm/단수 이다.
ⓑ van Deemter 식 : van Deemter는 봉우리 퍼짐이 몇 가지 효과에 기인함을 알아내었다. van Deemter식은 이것을 이론단에 상당하는 높이인 HETP로 나타낸 것이다.
여기서 A, B, C 는 특정한 계에 대하여 결정되는 상수로서 HETP에 영향을 미치는 세개의 주요 원인에 관련되어 있다. 는 cm/s 단위로 나타낸 운반기체의 평균속도이다.
ⓒ용량인자 : 용량인자(capacity factor) k'은 다음 식으로 정의 된다.
여기서 tr은 머무른 시간, tm은 컬럼에서 머물지 않은 성분이 컬럼을 통과하는 시간이다. tr -tm 은 조정된 머무른 시간 t'r 이라고 한다.
ⓓ 분해도 : 두개의 봉우리의 분해도(resolution)는 다음 식으로 정의된다.
여기서 은 두개 봉우리의 머무른 시간의 차이이다. w는 봉우리 나비이며, 두개의 봉우리가 같은 값을 가정하고 있다. 분해도가 1일 때 두개의 봉우리는 2.3% 중첩된다. 분해도가 1.5이면 중첩은 0.1%에 불과하다. 분해도는 이론단수의 제곱근 에 비례한다. 따라서, 컬럼의 길이의 제곱근 에 비례한다. 컬럼길이를 2배로 하면 분해도는 또는 1.4배가 된다. 분해도를 2배로 하고 싶으면컬럼길이를 4배로 할 필요가 있다. 물론 머무른 시간은 컬럼길이에 비례하여 증가한다.
띠 넓힘 현상(Band Broadening)
띠가 넓어지는 현상은 용질이 관 밑으로 움직이면서 몇 가지 질량 이동 과정이 일정한 이동 속도를 가지고 일어나기 때문에 나타나는 것이라고 보고 있다. 이들 속도의 몇 가지는 실험 변수를 바꾸어 가면서 조절할 수 있으며 따라서 분리를 개선할 수 있다. 분리 효율에 영향을 주는 가장 중요한 변수라고 한다면 충진물의 입자, 크기, 움직이지 않는 필름 층의 두께, 이동상의 점도, 온도 및 이동상의 선형속도를 들 수 있다. 띠 넓힘 현상에 기여하는 운동과정으로는 종축 확산, 고정상으로/에서의 질량이동, 이동상에서의 질량이동이 있다. 네델란드의 화학공학자들이 띠넓힘 현상에 대한 이론적 연구를 하여 개발한 식이 있는데 이 식이 바로 위에 있는 van Deemter식이다.
7. 참고문헌
기체 크로마토그래피 자료집 영인과학
기체 크로마토그래피의 원리와 실제 Fred W. Rowland 대지 출판사
기기분석화학 이문득 자유아카데미
기기분석 채명준 외 동화기술
http://www.labbank.co.kr/labbank/analyzer/use/HPLC/2.htm#7
http://www.dankook.ac.kr/~enerdine/gc.htm

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Pentane,   Hexane,   Heptane,   크로마토,   화학공학,   분리관,   분개계수,   이동상