가스 크로마토그래프의 원리와 구조에 대해서

가스 크로마토그래프의 원리와 구조에 대해서

가스크로마토그래프는 생소한 이름이지만 기체 안에 포함되어 있는 가스의 농도를 측정하는 기기입니다.

공기 중에 오염 물질이 얼마나 포함되어 있는지 등을 측정할 때 필수적인 장비라고 볼수 있죠.

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그래서 이번에는 이 가스 크로마토그래프의 원리와 구조를 소개해 드리죠.

기체는 액체와 달리 농도에 차이가 적습니다.

그렇기 때문에 비중 등에 따라 측정을 할 수 없는 것입니다.

이 글을 읽고 구조와 원리를 이해해 주시기 바랍니다.

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1. 가스 크로마토그래프는 어떤 측정기?

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가스 크로마토그래프는 기체 안에 포함되어 있는 특정 가스의 농도를 측정하는 기기입니다.

예를 들어, 공기는 질소가 78%에 산소가 20%, 그리고 나머지 2%에 이산화탄소를 비롯한 다른 기체가 포함되어 있습니다.

가스 크로마토그래프를 사용하면 그 2% 안에 어떤 기체가 어느 정도의 농도로 포함되어 있는지도 조사할 수 있을 것입니다.

덧붙여서, 가스 크로마토그래프를 통해 측정된 가스의 농도는 ppm이라는 단위로 나타나게 됩니다.

자동차 배기가스 농도가 기재된 팜플렛 등에서 이 단위를 본 적이 있는 분도 있을 것입니다.

1ppm은 1%의 1000분의 1입니다.

즉, 그 정도로 밀도가 적은 농도의 기체도 측정할 수 있습니다.

가스 크로마토그래프라고 하는 것은 가스의 농도를 측정하는 기계인 것이군요.

네.

배기가스 측정 등에 사용되고 있습니다.

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2. 가스 크로마토그래프의 구조나 원리는?

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가스 크로마토그래프의 구조는 캐리어 가스, 시료 도입부, 컬럼, 검출기 등의 부품으로 구성되어 있습니다.

캐리어 가스는 가스 크로마토그래프 안에 항상 계속해서 흘려 보내는 가스를 말합니다.

질소와 헬륨, 수소 등 반응성이 매우 밀도가 적은 가스가 사용되고 있습니다.

캐리어 가스의 종류가 바뀌면 검사하는 기체에 포함된 가스 안에서 검출되는 것이 미묘하게 달라질 것입니다.

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즉, 검출 기준치를 정하는 가스입니다.

지금은 헬륨 가스가 많이 쓰일 것입니다.

시료는 측정하고 싶은 가스를 말합니다.

샘플 가스라고 불릴 수도 있습니다.

시료는 극히 소량으로 괜찮습니다만 항상 같은 부피의 가스를 계속 주입할 필요가 있기 때문에 주사기에 사용되는 시린지 펌프에 의해 주입되는 경우가 대부분입니다.

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컬럼은 가스 크로마토그래프의 심장부라고 해도 과언이 아닙니다.

컬럼은 길쭉한 관 안에 충전제가 채워진 것입니다.

이것이 나선형으로 말아져서 가스 크로마토그래프 안에 들어가 있습니다.

시료가 이 컬럼 속을 통과하면 충전제의 효과로 자료 안에 들어 있는 물질이 크기순으로 나오는 것입니다.

이를 통해 검출기에 뿌리면 물질별 농도를 측정할 수 있습니다.

이것이 가스 크로마토그래프의 원리입니다.

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자, 컬럼을 빠져나와서 크기별로 나눠진 시료의 가스내의 물질은, 검출기에 의해서 농도를 전기 신호로 변환됩니다.이 전기 신호가 크로마토 차트에 반영되어 산과 계곡처럼 그리는 그라프 라인이 표시됩니다.

또한 시료가 컬럼을 빠져 검출기에서 농도가 검출될 때까지의 시간을 유지 시간이라고 합니다.

가스 크로마토 그래프는 캐리어 가스와 시료로 측정을 하는 것이군요.

네.

가스의 종류도 확인할 수 있습니다.

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3. 시료의 주입방법은?

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가스크로마토그래프에 검사를하는 가스를 주입하는 방법의 종류에 대해 소개해드리겠습니다.

도대체 어떤 종류가 있을까요?

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3-1. 가열기화 주입

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가열 기화 주입은 시료의 주입구를 시료의 비점 이상으로 가열해 두고 단번에 주입하는 방법입니다.

이를 통해 컬럼에 과대한 부하가 걸리는 것을 방지할 수 있습니다.

끓는점 이상으로 주입구를 가열하기 때문에 주입구에서 컬럼에 도달하는 시료는 극히 적습니다.

따라서 저농도 샘플을 검출하는 데에는 적합하지 않게 됩니다.

가열 기화 주입은 추가로 스플릿 주입과 다이렉트 주입 및 시료를 모두 주입하는 스플릿리스 주입으로 분류됩니다.

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3-2. 비가열주입

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온칼럼주입법이라고하는겁니다.

시료의 전량을 가열하지 않은 상태에서 주입구에서 컬럼을 부어 넣습니다.

이를 통해 미량 분석도 가능해지고, 검사의 정확도도 현격히 높아지는 것입니다.

그러나 컬럼에 부하가 너무 걸릴 수도 있기 때문에 어떤 가스에도 사용할 수 있는 것은 아닙니다.

시료를 주입하는 방법은 여러 가지가 있군요.

네.

측정하고자 하는 가스의 특징에 따라 구분하여 사용합니다.

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4. 가스 크로마토그래프로 측정할 수 있는 것은?

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가스크로마토그래프의 사용처등을 소개해드리겠습니다.

앞으로 가스 크로마토그래프를 구입하고자 하는 분은 꼭 참고해 주시기 바랍니다.

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4-1. 식품의 분석

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지금은, 전세계에서 여러가지 식품이 수입되고 있습니다.

우리나라의 경우 식품에 대해서는 엄격한 안전 기준이 마련되어 있는 것입니다.

하지만 수입 식품에는 몸에 해로운 물질이 섞여 있을 수 있습니다.

식품을 가스 크로마토그래프로 검사함으로써 다이옥신을 비롯한 잔류 오염물질을 조사할 수 있을 것입니다.

한꺼번에 많은 양의 식품을 조사할 수 있기 때문에 효율적입니다.

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4-2.환경분석

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가스 크로마토플래프의 사용처라고 하면, 가장 먼저 환경 분석을 하는 분야를 생각할 것입니다.

공기에는 다양한 물질이 녹아 있습니다.

특히 공업 지역의 공기 중에는 공장에서 배출된 가스나 연기 속에 포함된 유해 물질이 포함되어 있기도 합니다.

그래서 주변의 공기를 분석함으로써 환경 오염의 정도를 측정할 수 있습니다.

우리나라에서는 공장 등의 굴뚝에 유해 물질을 제거하고 공기 중에 방출하지 않는 집진 장치가 달려있습니다.

그 효과를 증명하기 위해서도 사용되는 경우가 많을 것입니다.

어떤 사고로 인해 갑자기 오염 물질이 공중에 방출된 경우 등도 검사하기 위해 사용될 수 있습니다.

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4-3. 석유제품 등의 분석

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석유제품은 연료로서 전세계에서 사용하고 있습니다.

석유는 원유를 원료로 한 화석 연료로, 생성 방법에 따라 휘발유와 디젤 연료, 경유, 등유 등이 되는 것입니다.

석유제품은 태우면 이산화탄소를 비롯한 환경오염물질이 발생됨니다.

불순물이 포함되어 있을수록 오염물질은 많아질 것입니다.

그래서 품질 검사를 겸해 석유 제품을 분석하는 일도 적지 않습니다.

품질이 안좋은 석유 제품을 사용하면 설비의 열화가 빨라질 뿐만 아니라 환경오염으로 이어질 것입니다.

그렇기 때문에 정기적인 검사는 빠뜨릴 수 없는 것입니다.

장소에 따라서는 석유 제품뿐만 아니라 천연 가스를 검사하는 곳도 있습니다.

석유 제품을 태움으로써 발생하는 오염 물질을 제거하는 새로운 장치의 개발에도 검사 결과가 도움이 될 수도 있을 것입니다.

또한 경보 등의 발령 기준이 될 수도 있는 것입니다.

가스 크로마토 그래프로 측정할 수 있는 것은 여러 가지가 있는 것이군요.

네.

식품 분석도 가능합니다.

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지금까지 가스 크로마토그래프의 원리와 구조에 대해 알아봤습니다.

우리 주변에 나와 있는 다양한 경보도 가스 크로마토그래프의 검사 결과를 바탕으로 하고 있는 것도 많을 것입니다.또한 가스 크로마토그래프의 검사 결과를 바탕으로 환경 규제치도 제정하고 있는 경우도 있습니다.

불과 40년 전까지만 해도 우리나라에서도 대기 오염은 상당히 심각했습니다.

공업 지역에서는 천식 환자 등도 다수 발생하고 있었던 것입니다.

그것이 현재는 스모그 주의보 경보도 아주 드물게 나타나게 되었습니다.

이는 환경에 대한 관심 고조와 동시에 대기오염을 수치화하여 알기 쉽게 표시할 수 있는 가스 크로마토그래프의 성과도 있었을 것입니다.

그래서 가스 크로마토그래프를 사용하여 공기나 품질 검사를 하고 있는 곳은 의외로 많습니다.

따라서 가스 크로마토그래프는 여러 가지 제조 업체가 사용하고 있는 것입니다.

 

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