크로마토그래피(Chromatography)의 원리와 종류

엽록소 크로마토그래피

 

1. 크로마토그래피(Chromatography)란? 

크로마토그래피는 혼합물의 개별 성분을 분리하고 분석하는 데 사용되는 실험 기법으로 주로 화학, 생화학 및 환경 과학에서 널리 사용됩니다.

 

크로마토그래피는 고정상과 이동상을 이용하여 2가지 이상의 성분이 섞여있는 혼합물을 이동 속도 차이에 따라 성분을 분리하는 방법입니다. 크로마토그래피를 이해하기 위해선 먼저 고정상과 이동상을 알아야 합니다. 

 

* 고정상 : 혼합물을 분리할 때 고정된 위치에서 유지하는 상으로 모세관이나 컬럼 등에 고정되어 있기 때문에 움직이지 않고 시료 및 이동상과 상호작용을 합니다. (ex. 거름종이, 실리카겔, 활성탄, 산화알루미늄 등) 

 

* 이동상 : 혼합물을 분리할 때 시료를 운반하는 상으로 액체 또는 기체를 사용합니다. 

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2. 크로마토그래피의 원리

 

 

 

 

위 그림과 같이 혼합물이 이동상에 의해 이동되어 고정상을 통과할 때 다양한 상호작용에 의해 성분들이 고정상을 통과하는 속도가 달라집니다. 고정상에 상대적으로 친한 성분은 고정상을 천천히 이동하고 상대적으로 친하지 않은 성분은 이동상을 따라 빠르게 고정상을 통과합니다. 이러한 이동 속도의 차이로 인해 혼합물의 성분들을 분리 or 분석할 수 있습니다.

 

[고정상과 친한 성분]

이동속도가 느리다 = 흡착력이 크다 

 

[고정상과 안 친한 성분]

이동속도가 빠르다 = 흡착력이 작다 

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3. 크로마토그래피의 종류 

1) 고정상의 특성으로 나눈 종류

 

평면 크로마토그래피 (Planar Chromatography)

TLC 판에서 검정 잉크가 분리되는 모습

 

종이 크로마토그래피(Paper Chromatography)는 크로마토그래피 종이를 이용한 기법으로 종이(셀룰로스)의 극성을 이용해 시료를 분리합니다. 극성 물질은 종이와 강하게 결합해 덜 이동하며, 무극성 물질은 더 잘 이동합니다. 

 

얇은 막 크로마토그래피(TLC)는 종이 크로마토그래피와 원리는 유사하지만 고정상으로 실리카 젤이나 산화 알루미늄으로 코팅된 유리판을 이용하여 화합물을 분리합니다. 화합물이 모세관 현상에 의해 정지상을 타고 이동하며, 흡착성 차이에 따라 분리됩니다. 이 방법은 빠르고 해상도 조절이 가능하여 반응 진행도 확인, 혼합물 분석 등에 사용됩니다.

 

칼럼 크로마토그래피(Columm Chromatography)

 

컬럼 크로마토그래피는 흡착제, 충전제를 관에 채워넣고 그 위에서 물질을 분리하는 크로마토그래피 기법입니다. 각 성분 분자의 물리화학적 성질의 차이를 이용하여 혼합물을 분리하고 시간이 매우 오래걸리고 손이 많이 가는 단점이 있지만 매우 고순도의 분석을 할 수 있습니다. 

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2) 이동상의 특성으로 나눈 종류

기체 크로마토그래피 (Gas Chromatography)

 

기체 크로마토그래피(GC)는 이동상이 기체인 크로마토그래피 기법으로, 비흡착성의 화학적 활성이 없는 물질로 만들어진 모세관 칼럼이나 밀봉된 칼럼을 사용합니다. 기체 크로마토그래피는 분석 물질의, 고체 상과 점성 액체상(viscous liquid)간의 분배 평형(partition equilibrium)에 기반을 두며 아주 높은 온도를 요구하기 때문에 생체 분자나 단백질은 변성될 위험이 있음에도 불구하고 생화학 실험에도 자주 사용됩니다. 

 

 

액체 크로마토그래피 (Liquid Chromatography)

 

액체 크로마토그래피(LC)는 이동상이 액체인 기법으로, 칼럼이나 평면에서 사용합니다. 액체 크로마토그래피는  펌프를 이용하여 높은 압력으로 이동상을 이동시키며 고정상(ex.실리카)은 보통 이동상(ex.톨루엔)보다 더 극성을 띕니다. 컬럼의 내경 및 고정상이 다양하여 분석 가능한 분자량 범위의 제한이 없고 사용 가능한 이동상, 고정상 종류가 다양하다는 장점이 있습니다. 

 

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기타 크로마토그래피 기법들

친화성 크로마토그래피 (Affinity Chromatography)

특정 분자와 분석 물질 간의 친화성 차이에 기반하여 분리하는 기법입니다. 단백질을 히스티딘, 바이오틴, 항원으로 표지하여 정지상에 특이적으로 결합시키고, 이후 표지를 제거하여 순수한 단백질을 얻습니다

 

이온 교환 크로마토그래피 (Ion-exchange Chromatography)

물질의 전하 차이에 따라 이온을 교환하는 원리에 기반합니다. 주로 양이온, 음이온, 아미노산, 펩타이드, 단백질을 분리하며, 정지상의 전하와 반대 전하를 띠는 물질이 더 늦게 용출됩니다

 

크기 배제 크로마토그래피 (Size-exclusion Chromatography)

물질의 크기에 따라 분리하는 기법으로, 작은 분자는 칼럼의 구멍에 빠져 이동 속도가 느리고, 큰 분자는 빠르게 용출됩니다. 주로 단백질의 삼차 및 사차 구조 분석에 사용됩니다

 

이차원 크로마토그래피 (Two-dimensional Chromatography)

하나의 화학적 방법으로 분리하기 어려운 성분을 두 가지 다른 물리-화학적 특성을 이용하여 분리하는 기법입니다. 첫 번째 분리 후 남은 성분을 다른 메커니즘으로 다시 분리하여 효과적으로 분리할 수 있습니다.

 

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*출처 : wikipedia