이온크로마토그래피법 ( Ion Chromatography ) 원리 및 적용범위

이온크로마토그래피법 ( Ion Chromatography ) 원리 및 적용범위

이 법은 액체시료를 이온교환컬럼에 고압으로 전개시켜 분리되는 각 성분의 크로마토그램을 작성하여 분석하는 고속액체 크로마토그래피의 일종으로서 물 시료중 음이온( F-, Cl-, NO2-, NO3-, PO4-, Br- 및 SO4= )의 정성 및 정량분석에 이용된다.

2. 장 치

일반적으로 이온크로마토그래피의 기본구성은 그림 1과 같이 용리액조, 시료주입부, 액송펌프, 분리컬럼, 검출기 및 기록계로 되어 있으며 장치의 제조회사에 따라 분리컬럼의 보호 및 분석감도를 높이기 위하여 분리컬럼 전후에 보호컬럼 및 제거장치( 써프레서 )를 부착한 것도 있다. 

2.1 액송펌프

분리컬럼중의 이온교환체의 입자는 약 10 ㎛의 매우 작은 입자로서 용리액 및 시료를 고압하에서 전개시키지 않으면 요구되는 유속을 얻기가 어렵다. 따라서 펌프는 150～350 ㎏/㎠ 압력에서 사용될 수 있어야 하며 작동중 맥동( 脈動 )이 일어나서는 안된다.

  

 

2.2 시료의 주입부

일반적으로 미량의 시료를 사용하기 때문에 루우프-밸브에 의한 주입방식이 많이 이용되며 시료주입량은 보통 50～100 ㎕이다.

 

 

2.3 분리컬럼

유리 또는 에폭시 수지로 만든 관에 이온교환체를 충전시킨 것으로 다음과 같은 것이 있다. 

 

2.3.1 써프레서형

폴리스틸렌계 페리큐라형 음이온 교환수지( 10～15 ㎛ )를 컬럼에 충전시킨 것으로서 안지름 3～5 ㎜, 길이 5～30 ㎜이다. 

 

2.3.2 비써프레서형

폴리스틸렌계 페리큐라형 음이온 교환수지( 10～15 ㎛ ), 폴리아크릴계 표면다공성 음이온 교환수지( 10～12.5 ㎛ ) 또는 실리카겔 전다공성형 음이온 교환수지( 6 ㎛ )를 컬럼에 충전시킨 것으로서 안지름 4～6 ㎜ 길이 5～10 ㎝이다. 

 

2.4 제거장치( 써프레서 )

분리컬럼으로부터 용리된 각 성분이 검출기에 들어가지 전에 용리액 자체의 전도도를 감소시키고 목적성분의 전도도를 증가시켜 높은 감도로 음이온을 분석하기 위한 장치이다. 고용량의 양이온 교환수지를 충전시킨 컬럼형과 양이온 교환막으로 된 격막형이 있다.

 

 

2.5 검출기

분석목적 및 성분에 따라 전기전도도 검출기, 전기화학적 검출기 및 광학적 검출기 등이 있으나 일반적으로 음이온 분석에는 전기전도도 검출기를 사용한다.

 

 

 

3. 시료의 분석 

 

3.1 시료의 전처리

시료중에 입자상물질 등이 존재하면 분리컬럼의 수명을 단축시키기 때문에 0.45 ㎛이하의 멤브레인 거름종이 또는 유리섬유거름종이( GF/C )를 사용하여 여과한 다음 시료를 주입하여야 한다. 또한 특정 이온이 고농도로 존재할 경우 더 이온의 정량분석을 방해할 수 있다. 이 때에는 특수제작된 제거컬럼을 이용하거나 기타 적당한 방법을 이용하여 특정이온을 제거한 다음 시험한다.

 

 

3.2 시약의 준비

 

3.2.1 음이온 표준 원액( 1 ㎎/㎖ )

각 이온의 염을 105 ℃에서 항량이 되도록 건조한 다음 다음 표에 기록된 양을 정확히 달아 각각 물에 녹이고 정확히 1 L로 한다.

이 액은 플라스틱병에 넣어 냉장고에 보관할 경우 1 개월간 안정하다. 

 

음 이 온	표 준 시 약	대 용 량
C1- Br- NO3- NO2- PO4- SO4= F-	NaC1 NaBr NaNO3 NaNO2 KH2PO4 K2SO4 NaF	1.6485 1.2876 1.3707 *1.4998 1.4330 1.8141 2.2100

* 건조기 대신 건조용기에서 건조

3.2.2 검량선 작성용 혼합표준액

각 이온의 표준원액을 물로 희석하여 사용 기기의 분석감도에 따라 적 당한 농도로 혼합 조제한다.

 

3.2.3 용리액( 주1 )

㈎ 써프레서형( 0.003M NaHCO3 - 0.0024M Na2CO3 )

탄산수소나트륨 1.008 g과 탄산나트륨 1.0176 g을 물에 녹여 4 L로 한다.

㈏ 비써프레서형( 0.0013M 글루콘산 - 0.0013M Na2B4O7 )

글루콘산 1.02 g과 붕산나트륨 1.0466 g을 물에 녹여 4 L로 한다.

 

3.2.4 써프레서용 재생액( 0.025N H2SO4 )

황산 2.8 ㎖를 물에 넣어 4 L로 한다.

 

3.3 기기의 안정화 및 검량선 작성

이온크로마토그래프의 전체 시스템을 작동시켜 유속을 1～3 ㎖/min 으로 고정시킨 다음 용리액 및 재생액을 흘려보내면서 펌프의 압력 및 검출기의 전도도가 일정하게 유지될 때까지 기다린다. 펌프의 압력이 일정하게 유지되고 용리액의 전도도 및 기록계의 기준선이 안정화되면 적당히 희석된 음이온의 표준액을 각각 주입하여 크로마토그램을 작성하고 각 음이온의 유지시간을 확인한다. 다음에 혼합표준액을 적어도 3 종류의 각기 다른 농도로 준비하여 각각의 크로마토그램을 작성하고 그 결과로부터 각 농도에 대한 봉우리 높이 또는 면적을 그래프용지에 플로트하여 직선성을 확인한다. 직선성이 확인되면 미리 준비된 검량선 작성용 혼합표준액을 주입하여 크로마토그램을 작성하고 각 음이온의 농도와 크로마토그램상의 봉우리높이 또는 면적에 대한 검량선을 작성한다.

 

3.4 시료의 측정( 주2 )

여과한 시료를 이온크로마토그래프에 주입하여 검량선 작성시와 같은 기기조건하에서 크로마토그램을 측정하고 미리 작성한 검량선으로부터 시료의 농도( ㎎/L )를 산출한다.

주1)용리액의 조성 및 농도는 기기제조 회사 또는 분리컬럼의 종류 등에 따라 달라질 수 있으므로 사용기기에 대한 설명서를 참조한다.

2)써프레서형의 경우 시료중에 저급 유기산이 존재하면 불소이온의 정량분석에 방해를 한다.