KR100505361B1

KR100505361B1 - 소결 무기 분말 프릿이 장착된 금속 튜빙/프릿 및 이를이용하여 제작하는 크로마토그래피 컬럼

Info

Publication number: KR100505361B1
Application number: KR10-2002-0031123A
Authority: KR
Inventors: 정원조
Original assignee: 정원조
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2005-08-03
Also published as: JP4377322B2; WO2003101608A1; KR20030093539A; JP2005520775A; US20040238447A1; AU2003231386A1; US7132046B2

Abstract

본 발명은 액체 크로마토그래피에 적용되는 금속 튜빙/프릿 및 이를 이용하여 제작하는 크로마토그래피 컬럼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리카, 알루미나, 티타니아 및 지르코니아와 같은 무기산화물 분말을 강염기 처리하고 수분이 함유되도록 건조시켜 다시 분말로 제조한 다음, 상기 분말을 컬럼 크로마토그래피용 금속 튜빙 말단에 소정의 높이로 충진시킨 후 소결하여 내벽에 견고한 소결 프릿이 형성되도록 제조한 금속 튜빙/프릿에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기한 공정에 의해 제조된 소결된 분말 프릿이 말단에 위치한 금속 튜빙/프릿을 입구 및 출구 유니온에 장착하고 두 유니온 사이에 정지상이 충진된 원통형의 컬럼 본체 튜빙을 위치시켜 제작되는 액체 크로마토그래피 컬럼에 관한 것이다. 상기 제작된 금속 튜빙/프릿은 종래의 컬럼과 달리 컬럼 내부에 프릿을 설치하지 않아 교체가 필요한 경우 컬럼 자체의 해체 없이도 간단히 교체, 해체 및 수리가 가능하며, 특히 제작 공정이 까다롭고 비용이 큰 기존 마이크로컬럼을 대체하여 사용할 수 있다.

Description

소결 무기 분말 프릿이 장착된 금속 튜빙/프릿 및 이를 이용하여 제작하는 크로마토그래피 컬럼 {Stainless Steel Tubing/Frit With Sintered Inorganic Particles And A Chromathography Column Manufactured By Using The Same}

본 발명은 액체 크로마토그래피에 적용되는 금속 튜빙/프릿 및 이를 이용하여 제작하는 크로마토그래피 컬럼에 관한 것으로, 먼저 실리카, 알루미나, 티타니아 및 지르코니아와 같은 무기산화물 분말을 강염기 처리하고 수분이 함유되도록 건조시킨 분말의 제조에 관한 것이다.

또한 본 발명은 상기 분말을 컬럼 크로마토그래피용 금속 튜빙 말단에 소정의 높이로 충진시킨 후 소결하여 내벽에 견고한 소결 프릿이 형성된 금속 튜빙/프릿의 제조에 관한 것이다.

또한 본 발명은 상기한 공정에 의해 제조된 소결된 분말 프릿이 말단에 위치한 금속 튜빙/프릿을 입구 및 출구 유니온에 장착하고 두 유니온 사이에 정지상이 충진된 원통형의 컬럼 본체 튜빙를 위치시켜 제작되는 액체 크로마토그래피 컬럼에 관한 것이다.

액체 크로마토그래피 컬럼은 컬럼의 본체를 이루는 튜빙 (Tubing)과 튜빙 양 끝의 엔드핏팅 블록 (End-fitting Block), 그리고 본체 튜빙 내부에 채워진 정지상 충전재 (Filler as a Static Phase)등 크게 세 부분으로 구성되어 있다.

상기 컬럼 본체 튜빙의 재질은 스테인레스 스틸 (Stainless Steel), 내벽이 유리로 코팅된 스테인레스 스틸, 고분자 (Polymer), 외벽이 고분자 피막으로 입혀진 실리카(Silica) 등 다양하다.

정지상 충전재로는 다공성 분말이 주로 사용되는데 그 재질로는 실리카 (SiO₂), 알루미나 (Al₂O₃), 지르코니아 (ZrO₂) 분말 및 그 분말의 다공성 표면에 여러 리간드가 화학적으로 결합되거나 고분자 피막이 입혀진 것들이 사용되며, 여러 가지 형태의 블록 공중합 다공성 고분자 분말도 많이 사용되고 있다. 현재 가장 보편화된 충전재는 옥타데실 (Octadecyl) 리간드가 다공성 실리카 분말에 결합된 C₁₈ 정지상이 사용되고 있다.

공지되어 있는 컬럼은 그 형태가 비록 다를지라도, 정지상을 컬럼 내부에 충진시키고 이동상만을 통과시키기 위하여, 컬럼 양 끝에 대개 다공성 원형 판 형태인 프릿(Frit)이 장착되도록 되어 있다. 상기 프릿은 크로마토그래피의 분리능(Resolution)에 직접적으로 관계하기 때문에 주의깊게 다루어지고 있으며, 다양한 각도로 연구가 진행되고 있다.

최근 컬럼 내부의 충전재 전체가 다공성 채널을 포함하여 한 몸체로 연결된 모노리트 (monolith) 컬럼이라는 것이 제안되었는데, 이 경우에는 별도의 프릿이 필요 없는 장점이 있다 (Svec 등, Anal. Chem., 1992, 64, 820-822; Minakuchi 등, Anal. Chem., 1996, 68, 3498-3501).

Unger 등이 편집한 "Handbook of HPLC" (1994, GIT-Verlag)에는 다양한 형태의 컬럼 엔드 핏팅과 프릿 장착 메카니즘이 도시·설명되어 있다. 모든 경우에 있어서 상기 프릿은 컬럼 엔드핏팅을 해체하지 않고는 제거할 수 없도록 내부에 설치되어 있다.

그 외에도 다양한 프릿 및 엔드핏팅 디자인이 제안되었다. 예를 들면 미합중국특허 제4,399,032호 (1983)에는 고분자로 둘러싸인 이중 원통 구조의 스테인레스 스틸 프릿이 사용되었고, 미합중국특허 제4,966,696호 (1990)에서는 꼭지를 자른 원추 모양의 프릿이 사용되었다. 상기 언급된 프릿들은 컬럼 튜빙의 내경과 다공성 프릿 원통의 내경, 그리고 외부 연결 튜빙의 내경 사이의 차이에 의한 크로마토그래피 이동상 흐름의 왜곡현상과 그에 따른 컬럼효율 감소를 최소화하기 위해 디자인 된 것이다. 또 다른 예로, 미합중국특허 제5,227,059호 (1993)에서는 컬럼 입구쪽 프릿 바로 위에 질기고 신축성 있으며 이동상 통로를 중앙에 지닌 고분자 삽입체를 설치함으로써, 장시간 컬럼을 사용함에 따라 정지상이 함몰되어 틈새부피가 발생할 때 컬럼을 해체하지 않고, 단지 삽입체를 조여서 손쉽게 틈새부피를 제거하는 특이한 디자인을 제안하였다.

Hernan 등은 미합중국특허 제4,793,920호 (1988)에서 컬럼 본체 튜빙 출구 끝에 규산칼륨 (potassium silicate) 용액을 집어넣고 증기가열로 소결반응을 진행시켜 다공성 세라믹 플러그 형태의 프릿을 형성시키는 방법을 제안하였다. 이 방법은 미합중국특허 제5,679,255호 (1997)의 마이크로컬럼 제조에서도 다시 사용되었는데, 특이한 것은 컬럼 출구 끝의 처리방법만 언급하고 컬럼 입구의 처리 방법은 전혀 언급이 없었는 바, 입구 쪽에는 기존의 별도 프릿 장착 방법을 사용한 것 같다.

컬럼 본체 튜빙에 영구적으로 프릿을 만드는 방법은 마이크로컬럼, 특히 외벽에 폴리아미드 코팅을 한 실리카 튜빙으로 만드는 마이크로컬럼에서 흔히 쓰이는 방법이다.

초기에는 미합중국특허 제4,483,773호 (1984)에서처럼 다공성 구조의 프릿이 아니고 컬럼 튜빙 내경보다 약간 작은 외경의 금속 선이나 아주 작은 내경을 지닌 다른 실리카 튜빙을 컬럼 튜빙 출구 끝에 삽입하는 등 불완전한 개념의 다양한 디자인이 제안되었다. 또한, 미합중국특허 제5,938,919호 (1999)에서는 유연한 고분자 튜빙으로 씌운 실리카 모세관 컬럼이 제안되었는데, 이때 사용된 프릿은 기존의 별도 프릿 장착 방법을 채택하여 장착되었다.

현재 실리카 마이크로컬럼은 컬럼 전체가 프릿 기능을 동시에 가지는 모노리트 형 컬럼으로 신속히 발전하고 있다. 몇 편의 총설 논문 (Vissers 등, J. Chromatogr. A, 1999, 856, 117-143; Jinno 등, Trends in Analytical Chemistry, 2000, 19, 664-675; Bartle 등, J. Chromatogr. A, 2000, 892, 279-290)에 그 내용이 상세히 소개되고 있고, 또한 이에 관련된 다양한 특허도 나타나고 있다. 일예로, 분말 정지상이 충전된 실리카 모세관 컬럼의 입구 및 출구 부근만 열적처리를 하여 영구고정된 프릿을 제조하는 방법이 문헌에 소개되었다 (Boughtflower 등, Chromatographia, 1995, 40, 329; Smith 등, Chromatogrphia, 1994, 38,649). 미합중국특허 제5,858,241호 (1999)에서는 이러한 개념을 활용하여 실리카 모세관 컬럼에 분말 정지상을 충전하고, 고리형 전기가열장치로 충전물의 다공성 분말 구조를 유지한 채 전체 충전물을 소결 접착시키는 방법을 제시하였다. 미합중국특허 제 6,136,187호 (2000)에서는 정지상 분말, 물, 알코올 등 용매, 그리고 금속 알콕사이드 (metal alkoxide)의 혼합 분산용액을 주사기로 실리카 모세관 내에 넣고 진공을 걸고 열적 처리를 하여 모노리트를 형성하는 방법을 제안하였다.

상기에서 언급된 바를 요약하면, 기존에 존재하는 액체 크로마토그래피 컬럼의 프릿 기술은 크게 두 가지로 요약할 수 있다.

그 하나는 별도로 제작된 프릿을 장착하는 것이다. 이 경우에는 예외 없이 프릿이 컬럼 엔드핏팅 내부에 설치되므로 프릿이 막혀서 교체할 필요가 있는 경우에는 컬럼 엔드핏팅을 해체하여야 한다. 또한, 프릿의 단면 직경이 컬럼 본체 튜빙의 내경보다 크거나, 외부 연결관의 내경보다 너무 크면 이동상 흐름의 왜곡 현상과 그에 따른 컬럼 효율 감소가 일어날 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 엔드핏팅 및 프릿 디자인을 변경할 경우 그 구조가 너무 복잡하여 가격 상승의 요인이 되며 사용하기에도 불편한 문제가 있다. 더구나 요즘 점점 더 그 상대적 중요성이 신장되고 있는 내경 0.5 mm 이하의 마이크로컬럼에 있어서는 컬럼효율을 손상시키지 않는 정도로 작은 크기의 별도 프릿을 만들어 장착하는 것이 매우 힘들고 실제로 그러한 마이크로컬럼은 상업적으로 존재하지 않는다.

다른 하나는 별도의 프릿 없이 컬럼 튜빙의 일부 또는 전체에 영구적인 프릿 기능을 갖추는 방법이다. 이 방법의 경우, 재충전이 불가능하기 때문에 사용하다가 프릿이 막힐 때, 또는 컬럼 내부에 균열이나 틈새부피가 발생할 때, 컬럼도 그 수명을 다하게 되는 한계가 있다. 우선 컬럼의 입구 및 출구에만 영구적인 프릿을 장치하는 방법을 보면, 이 프릿들이 생성된 후 그 사이의 충전 구조에 균열이 발생하여 컬럼 효율이 파괴되는 일이 종종 발생한다. 더구나 충전물 충전을 마치고 입구 프릿을 형성할 때 프릿이 막히는 등 시행오차가 발생하면 사용하기도 전에 그 컬럼은 수명을 마치게 된다.

최근 많은 관심을 끌고 있는 것으로서 컬럼 충전재 전체가 정지상이자 동시에 거대한 프릿으로 작용하는 모노리트 컬럼은 자체 장점과 더불어 또한 많은 문제점도 내포하고 있다. 우선 내경이 1∼5 mm 정도 되는 보통 분석용 컬럼의 경우에는 스테인레스 스틸 컬럼에 틈새부피 없이 모노리트를 합성하는 것이 불가능하여 추후 가열조작으로 수축이 가능한 고분자 튜빙을 사용하여야 한다는 제한이 따른다. 이러한 컬럼 제조방법은 재현성 면에서 취약점을 보일 것이 뻔하다. 강도가 약한 고분자 튜빙의 엔드 핏팅 제조도 많은 주의를 요하며 내구성이 약하다는 문제가 있다. 내경이 0.5 mm 이하이고 주로 실리카 모세관을 사용하는 마이크로컬럼에서는 모노리트의 제조가 상대적으로 용이하지만, 모노리트 제조 공정과 모노리트 제조후 미반응 물질 및 미세 채널 생성을 위하여 첨가한 용매의 세척 제거에 많은 시간과 고급 인력의 노동력이 소모되어야 한다. 더구나 이러한 모노리트의 제조 재현성은 아직까지 확인되지 않고 있어 파일로트 스케일(pilot scale) 또는 산업 스케일(industrial scale)에 적용하기에는 아직 부족하다.

지금까지 제안되어 있는 프릿 기술 중에는 컬럼 본체가 아니라 컬럼과 외부 장치를 연결하는 연결 튜빙에 프릿을 영구 장착하는 방법이 존재하지 않는다. 이 방법이 가능하다면 컬럼 엔드핏팅의 구조가 매우 간소해지고 사실상 특별한 새 디자인이 필요없이 이미 상업화된 유니온을 사용하여 경제성 있게 컬럼을 제작할 수 있다. 게다가 프릿 단면의 크기가 너무 커서 생기는 컬럼 효율 감소 문제도 생기지 않을 뿐만 아니라, 프릿이 막혀 교체할 때에도 컬럼 본체를 해체할 필요 없고 간단하게 연결 튜빙/프릿만 교체하면 된다. 그러나, 문제는 연결관에 프릿 구조를 만들되 컬럼 충전을 하거나 액체크로마토그래피를 작동할 때 높은 압력하의 이동상 흐름에 쓸려가지 않게 견고하고 연결관 내벽에 강하게 결합된 프릿을 만드는 것이 어렵다는 것이다.

이에 본 발명자는 프릿 디자인을 간소화하며 동시에 컬럼 제작 과정의 편의성과 경비 절감을 기하는 튜빙/프릿 및 컬럼 제조방법에 대해 연구를 거듭한 결과, 화학적 및 열적 소결 방법을 이용하여 프릿을 금속 연결관 내부 끝에 견고하게 내장하여 튜빙/프릿을 제조하는 방법을 개발하였고, 상기 제작된 튜빙/프릿을 컬럼 출구 유니온에 장착하고 이 유니온 다른 쪽 끝에 컬럼 본체 튜빙을 연결하고 다시 충전장치에 연결하여 정지상을 충전한 다음, 화학적 및 열적으로 소결된 분말 프릿이 내장된 금속 튜빙/프릿을 내장한 컬럼 입구 유니온을 장착하여 간소한 새 구조의 컬럼을 제조하는 방법을 개발하였다.

본 발명의 목적은 프릿 디자인을 간소화하며 동시에 컬럼제작 과정의 편의성과 경비 절감을 기하는 튜빙/프릿 및 상기 튜빙 프릿이 장착된 크로마토그래피 컬럼을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동상 흐름과 높은 조작압력에 견디는 견고한 튜빙/프릿을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 튜빙/프릿을 제작하기 위한 무기산화물 분말의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 무기산화물 분말을 이용하여 제작되고, 내벽에 견고한 소결 프릿이 형성된 금속 튜빙/프릿을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 프릿 교체시 컬럼을 해체하지 않고 간단히 연결관만 교체하여 재사용할 수 있는 크로마토그래피 컬럼을 제공하는 것이다.

본 발명은 액체 크로마토그래피에 적용되는 금속 튜빙/프릿 및 이를 이용하여 제작하는 크로마토그래피 컬럼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리카, 알루미나, 티타니아 및 지르코니아와 같은 무기산화물을 강염기 처리하고 수분이 함유되도록 건조시켜 얻어지는 컬럼 프릿용 무기산화물 분말의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 분말을 컬럼 크로마토그래피용 금속 튜빙 말단에 소정의 높이로 충진시킨 후 소결하여 내벽에 견고한 소결 프릿을 형성시켜 제조한 금속 튜빙/프릿의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기한 공정에 의해 제조된 소결된 분말 프릿이 말단에 위치한 금속 튜빙/프릿을 유니온에 연결하고 두 유니온 사이에 정지상이 충진된 원통형의 컬럼 본체 튜빙를 위치시켜 제작되는 액체 크로마토그래피 컬럼의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 프릿용 무기산화물 분말은 다공성 무기산화물을 강염기 처리하고, 이어서 수분이 함유되도록 자연건조 또는 50∼80 ℃에서 온열 건조시키는 단계를 거쳐 제조된다.

상기 분말은 통상적으로 사용되는 무기산화물 분말이면 모두 사용가능하며, 일예로 실리카, 지르코니아, 알루미나, 티타니아 등을 포함하며, 바람직하기로는 실리카를 사용한다. 또한 입자 크기가 1∼20 ㎛, 동공 크기가 500 Å 이하인 것을 사용하며, 각각 크기는 목적하는 화합물 등 여러 인자에 의해 조절이 가능하다.

상기 강염기 또한 본 발명에서 그 종류를 한정하지 않으며, 이 분야에서 사용되고 있는 알칼리 및 알칼리 금속의 수산화물 또는 탄산염 화합물 모두를 포함하며, 일예로 KOH, NaOH 등이 사용가능하며, 바람직하기로는 NaOH를 사용한다. 상기 강염기는 3∼10% 농도로 무기산화물 분말 1g에 대하여 1∼20 mL의 비율로 사용한다.

상기 방법에 의해 얻어진 무기산화물 분말은 미분말의 염기 입자와 약간의 수분을 머금은 상태로 건조되어, 그 형체를 유지한 채 다공성이 크게 유실된 형태를 나타낸다. 구체적으로 도 4의 SEM 사진을 통해, 상기 무기산화물의 미세 구조를 살펴보면, 무기산화물 분말(실리카)은 대체적으로 원형을 유지한 반면에 부분적으로 늘어붙은 형태를 보인다. 또한 무기산화물 분말들 사이에 침상의 미세 염기 결정이 혼합되어 있음을 확인할 수 있다.

상기 소량의 수분이 함유된 무기산화물 분말을 이용하여 프릿을 제조하기 위하여, 먼저 금속 튜빙 하단부에 상기 무기산화물 분말을 소정의 높이로 충진시킨 다음, 전기로에 넣어 400∼1,000 ℃의 온도로 3∼6 시간 가열하여 소결 프릿을 제조한다.

소결 공정을 통하여 무기산화물 분말이 튜빙 내벽에 부착되어 견고한 소결 프릿을 제조할 수 있으며, 소결을 통한 강한 부착으로 인하여 이동상 흐름과 높은 조작 압력에서도 충분히 견딜 수 있다.

충진되는 무기산화물 분말의 함량은 금속 튜빙의 디멘젼에 따라 달라지며, 그 높이는 함량의 변화에 의해 얼마든지 조절될 수 있다. 일예로, 본 발명자의 실험에서는 길이 4∼10 cm, 내경 0.1∼0.8 mm 및 외경 1.6 mm 인 경우 상기 무기산화물 분말을 약 0.3∼5 mm 정도 충진한다.

상기에서 얻어진 튜빙/프릿은 화학적 안정성을 증가시키고 표면 히드록시 그룹을 비활성화시키기 위하여 화학적 처리를 추가로 수행할 수 있다.

구체적으로 상기 튜빙/프릿과 실란화 시약을 C₆∼C₈의 탄화수소 용매에 넣고 60∼100℃의 온도로 1∼5시간, 바람직하기로는 3시간 이상 반응시켜 안정화된 튜빙/프릿을 얻을 수 있다.

본 발명의 소결 프릿은 상기 언급된 방법 이외에도 또 다른 방법으로 제조될 수 있다. 즉, 다공성의 무기산화물 분말을 금속 튜빙 안에 충진시킨 다음, 물 또는 염기 수용액으로 적신 후, 500∼800 ℃로 소결하여 제조한다. 그러나 이러한 방법을 통하여 소결 프릿을 얻을 수 있으나, 액체가 흡입되면서 분말의 쌓임 구조가 일부 풀어지고, 액체 흡입이 균일하게 일어나기 힘들기 때문에 생성된 프릿의 강도가 약간 저하된다. 그러나 실험결과, 상기 공정에 의해 얻어진 소결 프릿 또한 크로마토그래피 컬럼에 적용되기에는 충분한 강도를 지님을 확인하였다.

금속 튜빙 내벽에 소결된 실리카 분말을 관찰한 도 5a에 따르면, 금속 튜빙 내벽이 울퉁불퉁한 표면을 나타냄을 확인하였고, 이러한 높은 비평활도는 소결 프릿이 금속 튜빙 내벽에 부착되어 있음을 보여주는 것이다. 이러한 결과는 도 5b에서도 동일한 결과를 확인할 수 있었다. 실제로 이들 튜빙/프릿은 고압의 유체 흐름에서도 파괴되지 않는 것을 확인하였다.

상기 공정에 의해 제작된 금속 튜빙/프릿을 이용하여 본 발명자는 새로운 구조의 액체 크로마토그래피 컬럼을 제안하였다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 크로마토그래피 컬럼은

일측 말단부에 소결 프릿 (10a)이 형성된 튜빙/프릿 (101a)이 정지상 (20)이 충진되는 컬럼 본체 튜빙 (100)의 입구와 연결수단 (102a, 103a, 103a', 104a, 104a')에 의하여 연결되어 있고, 상기 컬럼 본체 튜빙 (100)의 출구가 일측 말단에 소결 프릿 (10b)이 형성된 튜빙/프릿 (101b)과 다시 연결수단 (102b, 103b, 103b', 104b, 104b')에 의하여 연결되어 있으며, 상기 소결 프릿 (10a, 10b)이 컬럼 본체 튜빙 (100)을 사이에 두고 대면하는 구조를 포함한다.

상기 크로마토그래피 컬럼은 소결 프릿 (10a, 10b)이 형성된 튜빙/프릿 (101a, 101b) 각각을 정지상 (20)이 충진될 원통형의 컬럼 본체 튜빙 (100)과 연결하고, 상기 컬럼 본체 튜빙 (100)의 입·출구에 프릿 (10a, 10b)이 대면되도록 통상적인 연결 수단에 의해 연결되어 있는 크로마토그래피 컬럼을 제작하기 위하여,

소결 프릿 (10b)이 형성된 금속 튜빙/프릿 (101b)을 컬럼 출구 유니온 (102b)에 장착하여 컬럼 본체 튜빙 (100)과 연결하고, 이때 연결수단으로 너트 (103b, 103b')와 훼룰 (104b, 104b')을 이용하여 유니온 (102b)에 장착하여 컬럼 출구를 형성하고,

상기 컬럼 본체 튜빙 (100)의 반대편을 컬럼 충진 장치를 연결하여 컬럼 본체 튜빙 (100)에 정지상 (20)을 충진하고,

소결 프릿 (10a)이 형성된 금속 튜빙/프릿 (101a)을 컬럼 입구 유니온 (102a)에 장착하여 나머지 일측의 컬럼 본체 튜빙 (100)과 연결하고, 이때 연결수단으로 너트 (103a, 103a')와 훼룰 (104a, 104a')을 이용하여 컬럼 입구를 형성시킨다.

보다 구체적으로, 도 2a를 참고로 크로마토그래피 컬럼 출구 부분을 확대하여 구체적으로 설명하면, 소결 프릿 (10b)이 설치된 금속 튜빙/프릿 (101b)을 연결수단으로 너트 (103b')와 훼룰 (104b)을 이용하여 컬럼 출구 유니온 (102b)에 장착한다. 추후 정지상 (20) 분말이 충전될 컬럼 본체 튜빙 (100)을 유니온 (102b)의 다른 쪽에 너트 (103b)와 훼룰 (104b')을 이용하여 연결하고 컬럼 본체 튜빙 (100)의 남은 끝을 컬럼 충전장치에 연결한다.

상기 연결 튜빙 (101a, 101b)은 외경이 1.6 mm 또는 그 이하이고, 내경은 컬럼의 크기에 따라 0.1 mm, 0.125 mm, 0.25 mm, 0.5 mm 등으로 다양하게 사용할 수 있다. 그 재질 또한 스테인레스 스틸, 니켈, 구리, 또는 다른 합금 등 어떠한 금속도 사용할 수 있으나, 부식이 적은 스테인레스 스틸 관이 제일 적합하다. 길이는 최소화하되 핏팅을 장착하기에 충분한 4∼10cm로 조절한다.

상기 튜빙/프릿 (101b)은 추후 설명할 별도의 유니온을 거쳐 검출장치에 연결이 가능하다. 이처럼 본 발명의 크로마토그래피 컬럼은 종래의 컬럼에서와 같이 별도의 프릿은 장착되어 있지 않고, 컬럼을 충전할 경우, 종래의 컬럼에서는 빈 공간으로 남아 있는 유니온의 중앙구멍에까지 정지상 (20) 분말로 충전되어 틈새부피를 제거할 수 있는 이점도 있다.

도 2b는 크로마토그래피 컬럼의 입구 부분을 확대한 것으로 도 2a의 출구 부분과 동일한 방법으로 장착된다.

구체적으로, 화학적 및 열적으로 소결된 프릿 (10a)이 설치된 금속 튜빙/프릿 (101a)이 너트 (103a)와 훼룰 (104a)을 이용하여 컬럼 입구 유니온 (102a)에 장착되며, 유니온의 다른 쪽은 너트 (103a')와 훼룰 (104a')을 이용하여 컬럼 본체 튜빙 (100)과 연결된다. 상기 튜빙/프릿 (101a)의 다른 쪽 끝은 보호 컬럼 또는 시료주입기에 연결된다.

상기 사용되는 너트, 훼룰 및 유니온 등은 이 분야에서 이미 널리 공지되어 사용되고 있는 것으로, 컬럼 본체의 크기에 따라 사중에서 판매되는 것을 용이하게 구입하여 사용할 수 있다.

일예로, 통상적으로 사용되고 있는 컬럼 본체 튜빙 (100)의 크기는 내경의 크기에 따라 외경이 1.6 mm, 3.2 mm, 6.4 mm, 9.6 mm 등으로 나뉜다. 컬럼 본체 튜빙 (100)의 외경이 튜빙/프릿의 외경과 같으면 유니온은 대칭형 유니온을 사용하며, 컬럼 본체 튜빙 (100)이 튜빙/프릿의 외경보다 크면 비대칭형 유니온을 사용한다.

컬럼 본체 튜빙 (100)은 스테인레스 스틸, 니켈, 구리 또는 다른 합금 등 이 분야에서 사용가능한 모든 금속/합금 및 고분자를 포함하며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않으나 부식이 적은 스테인레스 스틸이 바람직하다. 상기 스테인레스 스틸은 또한 스테인레스 스틸관이나 내벽을 거울처럼 갈아서 처리한 스테인레스 스틸관, 또는 내벽이 유리로 코팅된 스테인레스 스틸관 등을 사용할 수 있다. 내경이 1 mm 이상인 경우는 내벽을 거울처럼 갈아서 처리한 스테인레스 스틸관, 내경이 1 mm 미만인 경우에는 내벽이 유리로 코팅된 스테인레스 스틸관을 사용하는 것이 좋다.

정지상 (20)의 컬럼 충전은 통상적인 방법을 따르며, 일예로 정지상 (20)을 종류에 따라 메탄올이나 아세톤, 헥산 등 적절한 극성 또는 비극성 용매에 분산시키고, 초음파처리를 한 후에 만들 컬럼의 크기에 따라 1∼40 mL 크기의 슬러리 용기에 넣은 다음 즉시 컬럼 충전을 시행한다. 컬럼 충전은 10,000∼14,000 psi의 고압에서 2∼10분 동안에 급속하게 충전한다.

정지상 (20)의 충전이 완결되면 슬러리 충전장치에서 탈착하고 컬럼 본체 튜빙 (100)을 도 1에서와 같이 화학적 및 열적으로 소결된 분말 프릿 (10a)이 설치된 금속 튜빙/프릿 (101a)이 장착된 컬럼 입구 유니온에 연결하여 컬럼을 완성한다.

본 발명의 소결된 분말 프릿이 내장된 금속 튜빙/프릿을 장착하여 만든 크로마토그래피 컬럼은, 종래의 컬럼들과 달리 컬럼 내부에 프릿이 설치되지 않고 연결관에 설치되었기 때문에, 프릿 교체가 필요한 경우 컬럼을 해체하여 프릿을 교체하지 않고, 연결관만 교체하면 되는 것이 장점이다.

구체적으로, 튜빙/프릿 교체시 비용을 절감하려면 도 2a 및 도 2b에서 튜빙/프릿 (101a, 101b)을 장착할 때 사용하는 분리형 스테인레스 스틸 너트와 훼룰 대신 일체형으로 된 고분자 너트/훼룰을 사용하여 튜빙/프릿만 교체하고 고분자 너트/훼룰은 다시 사용하면 된다.

특히, 본 발명의 새로운 컬럼구조가 가장 돋보이는 분야는 컬럼 내경이 0.5 mm 이하인 마이크로컬럼 분야이다.

현재 상업화된 내경 0.5 mm 이하인 마이크로컬럼은 충전 실리카 모세관 뿐이며, 상기 컬럼은 제조시 프릿이 컬럼 끝 내부에 직접 영구부착 되도록 되어 있기 때문에 제조 공정이 까다로워 경비가 많이 들뿐만 아니라 프릿이 막히더라도 프릿 교체를 할 수 없고 컬럼이 못쓰게 되는 결정적 단점이 있다. 그러나, 본 발명에서 고안된 컬럼 구조를 적용할 경우 프릿 교체가 간단할 뿐만 아니라 필요하다면 컬럼을 해체하여 수리할 수도 있다.

본 발명의 크로마토그래피 컬럼은 별도의 유니온을 사용하여, 질량분석기와 같은 측정기기를 연결하여 분리와 동시에 물질을 검출할 수 있다. 바람직한 구현예로서, 도 3은 본 발명의 크로마토그래피 컬럼에 시판되는 비대칭형 유니온 (202)을 연결하고, 외경이 작은 쪽 훼룰 (204)을 시판되는 베스펠/흑연 훼룰 (204)로 대치시켜 연결한다. 그리고, 측정기기의 인터페이스와 직접 연결될 수 있는 모세관 (200), 일예로 고분자코팅 강화 실리카 모세관 (200)을 알맞은 길이로 잘라 연결한다. 상기 비대칭형 유니온의 컬럼 출구 방향의 연결수단은 상술한 바의 훼룰 (104c)과 너트 (103c)를 이용한다.

이러한 측정기기의 연결은 질량분석기에 한하는 것이 아니며, 연결 수단 (유니온 202, 너트 203, 훼룰 204)을 이용하여 다른 측정기기와도 연결이 가능하다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

그러나, 이러한 실시예는 본 발명의 일실시예 일 뿐 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 소결된 실리카 프릿이 내장된 튜빙/프릿의 제조 1; 내경 0.1 mm

입자 크기가 5 마이크론이고, 동공 크기가 60 Å인 구형의 다공성 실리카 분말 1 g을 10% NaOH 수용액 5 mL에 분산시켜 잘 혼합한 다음, 넓고 단단한 고분자 판 표면에 얇게 펼쳐 그 위에 먼지 등이 쌓이지 않게 유리판을 받쳐 놓아 상온에서 자연 건조시켰다. 상기 건조된 분말 피막을 고분자 주걱으로 긁어내고 넓고 둥근 막자 등으로 가볍게 문질러 분말화하였다. 상기 분말의 미세구조를 전자주사 현미경으로 관찰한 결과 (도 4), 대체적으로 원형을 유지한 채 부분적으로 늘어붙은 형태를 보이며, 구형의 실리카 입자 사이에 침상의 미세 염기 결정이 같이 뒤섞여 있음을 확인하였다.

상기 실리카 분말을 고분자 판 위에서 두께 2 mm 정도 되도록 고루 다진 다음, 길이×내경×외경이 5 cm×0.1 mm×1.6 mm인 스테인레스 스틸 튜빙을 그 위로 수직으로 세우고, 그 한쪽 끝을 그 위의 여러 지점으로 계속 이동하면서 50 번 정도 가볍게 쳐서 실리카 분말이 튜빙 안에 2 mm 정도 채워지도록 하였다. 그리고, 스테인레스 스틸 튜빙 외벽을 부드러운 티슈로 잘 닦아내었다.

소결 프릿을 제조하기 위하여 무기산화물 분말이 충진된 스테인레스 스틸 튜빙을 질소로 채운 전기로에 넣고 500 ℃의 온도로 5시간 동안 소결하여 소결 실리카 튜빙/프릿을 제작하였다.

도 5a에 따르면, 상기 튜빙/프릿의 단면 상태를 측정한 결과, 실리카 분말끼리 늘어 붙고 또 그것이 스테인레스 스틸 튜빙 내벽에 늘어붙어 견고한 소결 실리카 프릿이 생성되어 있음을 알 수 있었다.

본 실시예에서 제작된 튜빙/프릿을 컬럼 충전 장치에 연결하고 8000 psi의 압력으로 급격하게 가하여도 프릿이 파괴되지 않았다. 또한 크로마토그래피 펌프에 연결하고 2 mL/min의 유속을 가하면 겨우 30∼50 psi 정도의 압력이 걸릴 정도로 투과력이 우수함을 확인하였다.

<실시예 2> 소결된 실리카 프릿이 내장된 튜빙/프릿의 제조 2 : 내경 0.8 mm

입자 크기가 10 마이크론이고, 동공 크기가 100 Å인 구형의 다공성 실리카 분말 1 g을 5% KOH 수용액 20 mL에 분산시켜 잘 혼합한 다음, 넓고 단단한 고분자 판 표면에 얇게 펼쳐 그 위에 먼지 등이 쌓이지 않게 유리판을 받쳐 놓고 50∼60 ℃에서 건조시켰다. 상기 건조된 실리카 분말 피막을 고분자 주걱으로 긁어내고 넓고 둥근 막자 등으로 가볍게 문질러 분말화하였다.

상기 실리카 분말을 고분자 판 위에서 두께 2 mm 정도 되도록 고루 다진 다음, 길이×내경×외경이 5 cm×0.8 mm×1.6mm인 스테인레스 스틸 튜빙을 그 위로 수직으로 세우고, 그 한쪽 끝을 그 위의 여러 지점으로 계속 이동하면서 100 번 정도 가볍게 쳐서 실리카 분말이 튜빙 안에 2∼3 mm 높이로 충진되도록 하였다. 그리고 튜빙 외벽을 부드러운 티슈로 잘 닦아내었다.

실리카 소결 프릿을 제조하기 위하여, 상기 실리카 분말이 충진된 스테인레스 스틸 튜빙을 질소로 채운 전기로에 넣고 600 ℃의 온도로 4시간 가열하여 소결시켰다.

얻어진 소결 실리카 프릿은 매우 견고하였으며, 확대 단면을 나타내는 도 5b에 따르면, 상기 실시예 1의 도 5a와 동일하게 실리카가 금속 튜빙 내벽에 잘 부착되어 있음을 확인할 수 있었다.

상기 제작된 튜빙/프릿을 컬럼 충전 장치에 연결하고 8000 psi의 압력으로 급격하게 가하여도 프릿이 파괴되지 않았으며, 또한 크로마토그래피 펌프에 연결하고 10 mL/min의 유속을 가하면 겨우 10 psi 정도의 낮은 압력이 걸릴 정도로 투과력이 우수함을 알 수 있었다.

<실시예 3> 소결된 실리카 프릿이 내장된 튜빙/프릿의 제조 3 : 내경 0.25 mm

입자 크기가 5 마이크론이고, 동공 크기가 100 Å인 구형의 다공성 실리카 분말 1 g을 10% NaOH 수용액 10 mL에 분산시켜 잘 혼합한 다음, 넓고 단단한 고분자 판 표면에 얇게 펼쳐 그 위에 먼지 등이 쌓이지 않게 유리판을 받쳐 놓아 상온에서 자연 건조시켰다. 상기 건조된 분말 피막을 고분자 주걱으로 긁어내고 넓고 둥근 막자 등으로 가볍게 문질러 분말화하였다.

상기 실리카 분말을 고분자 판 위에서 두께 2 mm 정도 되도록 고루 다진 다음, 길이×내경×외경이 5 cm×0.25 mm×1.6mm인 스테인레스 스틸 튜빙을 그 위로 수직으로 세우고, 그 한쪽 끝을 그 위의 여러 지점으로 계속 이동하면서 100 번 정도 가볍게 쳐서 실리카 분말이 튜빙 안에 2∼3 mm 높이로 충진되도록 하였다. 그리고 튜빙 외벽을 부드러운 티슈로 잘 닦아내었다.

실리카 소결 프릿을 제조하기 위하여, 상기 실리카 분말이 충진된 스테인레스 스틸 튜빙을 질소로 채운 전기로에 넣고 500 ℃의 온도로 5시간 가열하여 소결시켰다.

상기 제작된 튜빙/프릿을 컬럼 충전 장치에 연결하고 8000 psi의 압력으로 급격하게 가하여도 프릿이 파괴되지 않았으며, 또한 크로마토그래피 펌프에 연결하고 5 mL/min의 유속을 가하면 겨우 10∼20 psi 정도의 낮은 압력이 걸릴 정도로 투과력이 우수함을 알 수 있었다.

<실시예 4> 소결된 알루미나 프릿이 내장된 튜빙/프릿의 제조

입자 크기가 5 마이크론이고, 표면적이 70 m²/g 인 다공성 알루미나 분말 1 g을 10% NaOH 수용액 5 mL에 분산시켜 잘 혼합한 다음, 넓고 단단한 고분자 판 표면에 얇게 펼쳐 그 위에 먼지 등이 쌓이지 않게 유리판을 받쳐 놓아 상온에서 자연 건조시켰다. 상기 건조된 분말 피막을 고분자 주걱으로 긁어내고 넓고 둥근 막자 등으로 가볍게 문질러 분말화하였다.

상기 알루미나 분말을 고분자 판 위에서 두께 2 mm 정도 되도록 고루 다진 다음, 길이×내경×외경이 5 cm×0.25 mm×1.6 mm인 스테인레스 스틸 튜빙을 그 위로 수직으로 세우고, 그 한쪽 끝을 그 위의 여러 지점으로 계속 이동하면서 100 번 정도 가볍게 쳐서 알루미나 분말이 튜빙 안에 2∼3 mm 높이로 충진되도록 하였다. 그리고 튜빙 외벽을 부드러운 티슈로 잘 닦아내었다.

알루미나 소결 프릿을 제조하기 위하여, 상기 알루미나 분말이 충진된 스테인레스 스틸 튜빙을 질소로 채운 전기로에 넣고 800 ℃의 온도로 5시간 가열하여 소결시켰다.

<실시예 5> 소결된 지르코니아 프릿이 내장된 튜빙/프릿의 제조

입자 크기가 3 마이크론이고, 동공크기가 300 Å인 다공성 지르코니아 분말 1 g을 5% NaOH 수용액 10 mL에 분산시켜 잘 혼합한 다음, 넓고 단단한 고분자 판 표면에 얇게 펼쳐 그 위에 먼지 등이 쌓이지 않게 유리판을 받쳐 놓아 상온에서 자연 건조시켰다. 상기 건조된 분말 피막을 고분자 주걱으로 긁어내고 넓고 둥근 막자 등으로 가볍게 문질러 분말화하였다.

상기 지르코니아 분말을 고분자 판 위에서 두께 2 mm 정도 되도록 고루 다진 다음, 길이×내경×외경이 5 cm×0.25 mm×1.6 mm인 스테인레스 스틸 튜빙을 그 위로 수직으로 세우고, 그 한쪽 끝을 그 위의 여러 지점으로 계속 이동하면서 100 번 정도 가볍게 쳐서 지르코니아 분말이 튜빙 안에 2∼3 mm 높이로 충진되도록 하였다. 그리고 튜빙 외벽을 부드러운 티슈로 잘 닦아내었다.

지르코니아 소결 프릿을 제조하기 위하여, 상기 지르코니아 분말이 충진된 스테인레스 스틸 튜빙을 질소로 채운 전기로에 넣고 900 ℃의 온도로 5시간 가열하여 소결시켰다.

<실시예 6> 튜빙/프릿의 실란화 반응

튜빙/프릿의 화학적 안정성을 증가시키고 표면 히드록시 그룹을 비활성화시키기 위하여 다음과 같은 처리를 하였다.

바닥을 편편하게 만든 250 mL 플라스크에 100 mL의 헥산과 2 mL의 트리메틸클로로실란 (trimethylchlorosilane)을 넣고 50개의 튜빙/프릿을 담근 후, 24시간 동안 환류온도에서 반응시켰다. 실란화된 튜빙/프릿을 건져내어 아세톤, 물, 메탄올로 순차적으로 세척하였다.

상기 공정을 거쳐 비활성화된 소결실리카 튜빙/프릿과 무처리 소결실리카 튜빙/프릿, 그리고 평범한 스테인레스 스틸 튜빙(전부 내경 0.1 mm, 길이 5cm)에 대하여 피리딘 (pyridine)의 흡착-머무름을 비교실험하였다.

각 튜빙을 0.5 μL Valco 시료주입기와 Isco 마이크로 UV 검출기 사이에 연결하고 0.005 mL/min의 유속으로 100% 메탄올을 흘리면서 0.001M 피리딘 용액 (용매:메탄올)을 주입하여 얻은 크로마토그램을 구하고 머무름 시간, 봉우리 높이 및 띠나비 등을 비교 분석하였으며, 이때 얻어진 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

튜빙 및 튜빙/프릿 그리고 실란화한 튜빙/프릿의 피리딘 머무름 비교

튜빙	머무름 시간 (min)	봉우리 높이 (mV)	반높이 띠나비 (min)
보통 튜빙	0.514±0.011	6.788±0.227	1.001±0.031
튜빙/프릿	0.495±0.022	6.386±0.207	1.182±0.092
실란화 튜빙/프릿	0.448±0.037	7.771±0.175	0.956±0.051
(길이 5cm, 내경 0.1 mm, 각 5회 측정)

상기 표 1에 따르면, 실란화된 튜빙/프릿이 다른 것에 비하여 띠나비가 좁고 봉우리 높이가 크며 머무름 시간이 짧은 것으로 나타내었다. 이러한 결과를 통해 실란화 반응에 의하여 소결 실리카에 있는 실란올 작용기 뿐만 아니라 스테인레스 스틸 표면의 히드록시 그룹도 상당히 비활성화된다는 것을 알 수 있었다.

<실시예 7> 소결된 무기산화물 분말 프릿이 장착된 스테인레스 스틸 튜빙/프릿을 이용한 액체 크로마토그래피 마이크로컬럼의 제조

상기에서 제작된 튜빙/프릿을 마이크로컬럼에 적용하기 위하여 하기와 같이 실시하였다.

도 2a에 나타낸 바와 같이, 소결된 분말 프릿(10b)이 설치된 스테인레스 스틸 튜빙/프릿 (101b, 길이 5 cm, 내경 0.1 mm, 외경 1.6 mm)을 너트 (103b')와 훼룰 (104b)을 이용하여 컬럼 출구 유니온에 장착하였다.

정지상 분말이 충전될 컬럼 본체 튜빙 (100, 유리로 내벽이 코팅됨, 길이 30 cm, 내경 0.5 mm, 외경 1.6 mm)을 유니온의 다른 쪽에 연결하고 컬럼 본체 튜빙의 남은 끝을 컬럼충전장치에 연결하였다.

Alltima C₁₈정지상 (5 마이크론) 200 mg을 메탄올 6 mL에 분산시키고, 초음파처리를 한 후에 4 mL 크기의 슬러리 용기에 넣은 다음 즉시 컬럼충전을 시행하였다. 컬럼충전은 14,000 psi의 고압에서 2분 동안에 급속하게 충전한 다음, 이어서 8000 psi로 30분간 컨디셔닝하였다.

충전이 완결되면 슬러리 충전장치에서 탈착하고, 컬럼 본체 튜빙 (100)을 도 2b와 같이 스테인레스 스틸 튜빙/프릿 (101a)이 장착된 컬럼 입구 유니온 (102a)에 연결하여 컬럼을 완성하여 도 1에 도시된 형태의 컬럼을 제작하였다.

상기 제작된 마이크로컬럼을 이용하여 시험시료에 대하여 그 분리능을 측정하였다. 90/10 (부피%)의 메탄올/물 혼합용매를 이동상으로 하고, 정지상으로 C₁₈ (입자직경 5 ㎛)을 충진시킨 Alltima C₁₈컬럼 (내경×길이: 0.5 mm×30 cm)을 이용하였다. 이때 이동상의 유속은 10 ㎕/min으로 하였으며, 얻어진 크로마토그램을 도 6a에 나타내었다.

도 6a에 따르면, 시험시료내 함유된 1,4-메톡시페놀 (1,4-methoxyphenol), 아세토페논 (acetophenone), 에틸벤조에이트 (ethylbenzoate), 에틸벤젠 (ethylbenzene), 아세나프틸렌 (acenaphthylene), 아세나프텐 (acenaphthene), 페난트렌 (phenanthrene) 및 안트라쎈 (anthracene)이 차례로 분리되었으며 우수한 컬럼효율을 보였다.

<실시예 8> 마이크로컬럼이 장착된 액체 크로마토그래피-질량분석기

상기 실시예 7에서 제작된 마이크로컬럼에 질량분석기를 연결하였다.

시판되는 1.6 mm/0.8 mm 비대칭형 유니온 (202)을 연결하고 0.8 mm 쪽 훼룰을 (204) 시판되는 베스펠/흑연 훼룰 (내경 0.4 mm)로 바꾸고, 외경×내경이 0.4mm×0.05∼0.1mm인 고분자코팅 강화 실리카 모세관 (200)을 알맞은 길이로 잘라 연결하였다.

<실시예 9> 소결된 무기산화물 분말 프릿이 장착된 스테인레스 스틸 튜빙/프릿을 이용한 액체 크로마토그래피 범용컬럼의 제조

상기에서 제작된 튜빙/프릿을 범용컬럼에 적용하기 위하여 하기와 같이 실시하였다.

도 2a에 나타낸 바와 같이, 소결된 분말 프릿 (10b)이 설치된 스테인레스 스틸 튜빙/프릿 (101b, 길이 5cm, 내경 0.25 mm, 외경 1.6 mm)을 너트 (103b')와 훼룰 (104b)을 이용하여 컬럼 출구 유니온 (102b)에 장착하였다.

정지상 분말이 충전될 컬럼 본체 튜빙을 유니온의 다른 쪽에 연결하고 컬럼 본체 튜빙의 남은 끝을 컬럼 충전 장치에 연결하였다. 이때 사용된 컬럼 본체 튜빙은 내벽을 갈아서 유리 표면처럼 처리한 스테인레스 스틸관으로, 길이 25 cm, 내경 4.6 mm, 외경 6.4 mm인 것을 사용하였다.

Kromasil C₈정지상 (8 마이크론) 2.5 g을 메탄올 25 mL에 분산시키고 초음파처리를 한 후 20 mL 크기의 슬러리 용기에 넣은 다음 즉시 컬럼 충전을 시행하였다. 컬럼 충전은 10,000 psi의 고압에서 2분 동안에 급속하게 충전하였으며, 이어서 8000 psi로 30분간 컨디셔닝하였다.

충전이 완결되면 슬러리 충전장치에서 탈착하고 컬럼 본체 튜빙 (100)을 도 2b와 같이, 스테인레스 스틸 튜빙/프릿 (101a)이 장착된 컬럼 입구 유니온 (102a)에 연결하여 컬럼을 완성하였다.

상기 제작된 마이크로컬럼을 이용하여 시험시료에 대하여 그 분리능을 측정하였다. 70/30 (부피%)의 메탄올/물 혼합용매를 이동상으로 하고, 정지상으로 C₈(입자직경 8 ㎛)을 충진시킨 Kromasil C₈컬럼을 이용하였다. 이때 이동상의 유속은 0.5 mL/min으로 하였으며, 측정된 결과를 도 6b에 나타내었다.

도 6b에 따르면, 시험시료내 함유된 페놀 (phenol), 아세토페논 (acetophenone), 벤젠 (benzene), 톨루엔 (toluene) 및 에틸벤젠 (ethylbenzene)이 차례로 분리되었으며, 그 분리능 또한 만족한 결과를 얻었다.

따라서, 본 발명에 의해 화학적 및 열적처리를 거쳐 무기산화물 분말 프릿 및 튜빙/프릿을 제조할 수 있었다. 또한 상기 튜빙/프릿을 장착하여 만든 크로마토그래피 컬럼은 종래의 컬럼들과 달리 컬럼 내부에 프릿이 설치되지 않고 연결관에 설치되었기 때문에 프릿 교체가 필요한 경우 컬럼을 해체하여 프릿을 교체하지 않고, 연결관만 교체하면 되는 편리한 이점이 있다.

특히 본 발명의 튜빙/프릿은 내경 0.5 mm 이하의 마이크로컬럼에 적절하게 이용될 수 있으며, 종래 마이크로컬럼은 프릿이 컬럼 끝 내부에 직접 영구부착 되도록 되어 있어 제조 공정이 까다롭고 경비가 많이 들뿐만 아니라 프릿이 막히더라도 프릿 교체를 할 수 없고 컬럼이 못쓰게 되는 결정적 단점이 있었는데, 본 발명의 컬럼은 이를 해결하여 프릿 교체가 간단할 뿐만 아니라 필요하다면 컬럼을 해체하여 수리할 수도 있어 새로운 마이크로컬럼의 대안으로 각광받을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의해 제작된 금속 튜빙/프릿이 장착된 액체 크로마토그래피 컬럼의 단면도

도 2a는 도 1에서 제시된 컬럼 출구의 확대도

도 2b는 도 1에서 제시된 컬럼 입구의 확대도

도 3은 본 발명의 액체 크로마토그래피 컬럼에 질량 분석기를 연결하는 방법을 보여주는 일 실시도

도 4는 강염기 수용액으로 처리한 후 건조된 실리카 분말의 전자주사현미경으로 측정한 미세구조 사진

도 5a 및 도 5b는 금속 튜빙에 소결 프릿이 형성됨을 보여주는 미세구조 사진

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의해 제작된 크로마토그래피 컬럼을 이용하여 분리한 것을 보여주는 크로마토그램

*도면의 주요부분에 대한 설명*

10a, 10b: 소결 프릿 20 : 정지상

100 : 컬럼 본체 튜빙 101a, 101b : 컬럼 입·출구 금속 튜빙

102a : 컬럼 입구 유니온 102b : 컬럼 출구 유니온

103a, 103a', 103b, 103b', 103c, 203 : 너트

104a, 104a', 104b, 104b', 104c, 204: 훼룰

200 : 모세관 202 : 비대칭 유니온

Claims

무기산화물을 강염기 처리하고 수분이 함유되도록 건조시키는 단계를 포함하는 컬럼 프릿 용 무기산화물 분말의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 무기산화물이 실리카, 알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어진 그룹 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항 또는 제 2항의 어느 한 항에 있어서, 상기 무기산화물의 입자크기가 1∼20 ㎛, 동공 크기가 500Å 이하인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 건조는 자연건조 또는 50∼80 ℃에서 온열 건조되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 강염기는 통상적인 알칼리 및 알칼리 금속의 수산화물 및 탄산염 화합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항 또는 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강염기가 KOH 또는 NaOH인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 강염기의 농도가 3∼10%이고, 무기산화물 분말 1g에 대하여 1∼20 mL의 비율로 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
청구항 1항에서 얻어진 무기산화물 분말을 컬럼 크로마토그래피용 금속 튜빙 말단에 소정의 높이로 충진시킨 후 소결하여 내벽에 견고한 소결 프릿이 형성된 금속 튜빙/프릿의 제조방법.
제 8항에 있어서, 상기 소결은 400∼1,000 ℃의 온도로 3∼6 시간 가열하여 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 8항에 있어서, 추가로 상기 소결 튜빙/프릿에 실란화 시약과 헥산, 헵탄, 옥탄 또는 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 용매를 가하고 60∼100℃의 온도로 1∼5 시간 이상 반응시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
다공성의 무기산화물 분말을 금속 튜빙 안에 충진시킨 다음, 물 또는 염기 수용액으로 적신 후, 500∼800 ℃로 소결하여 제조하는 튜빙/프릿의 제조방법.
일측 말단부에 소결 프릿 (10b)이 형성된 튜빙/프릿 (101b)이 정지상 (20)이 충진되는 컬럼 본체 튜빙 (100) 출구와 연결수단 (102b, 103b, 103b', 104b, 104b')에 의하여 연결되어 있고, 상기 컬럼 본체 튜빙 (100)의 입구가 일측 말단에 소결 프릿 (10a)이 형성된 튜빙/프릿 (101a)과 다시 연결수단 (102a, 103a, 103a', 104a, 104a')으로 연결되어 있으며, 상기 소결 프릿 (10a, 10b)이 컬럼 본체 튜빙 (100)을 사이에 두고 대면하는 구조를 포함하는 크로마토그래피 컬럼.
제 12항에 있어서, 상기 컬럼 본체 튜빙 (100)은 스테인레스 스틸, 니켈 및 구리로 이루어진 그룹 중에서 선택된 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 컬럼.
제 12항에 있어서, 상기 크로마토그래피 컬럼의 컬럼 본체 튜빙 출구와 연결된 소결 프릿이 형성된 튜빙/프릿의 연결되지 않는 나머지 일측에 연결수단을 이용하여 별도의 측정기기를 추가로 연결하는 것을 특징으로 하는 컬럼.
상기 크로마토그래피 컬럼은 소결 프릿 (10a, 10b)이 형성된 튜빙/프릿 (101a, 101b) 각각을 정지상 (20)이 충진될 원통형의 컬럼 본체 튜빙 (100)과 연결하고, 상기 컬럼 본체 튜빙 (100)의 입·출구에 프릿 (10a, 10b)이 대면되도록 통상적인 연결 수단에 의해 연결되어 있는 크로마토그래피 컬럼을 제작하기 위하여,

제 8항 또는 제 11항의 소결 프릿 (10b)이 형성된 금속 튜빙/프릿 (101b)을 컬럼 출구 유니온 (102b)에 장착하여 컬럼 본체 튜빙 (100)과 연결하고, 이때 연결수단으로 너트 (103b, 103b')와 훼룰 (104, 104b)을 이용하여 유니온 (102b)에 장착하여 컬럼 출구를 형성하고,

상기 컬럼 본체 튜빙 (100)의 반대편을 컬럼 충진 장치를 연결하여 컬럼 본체 튜빙 (100)에 정지상 (20)을 충진하고,

소결 프릿 (10a)이 형성된 금속 튜빙/프릿 (101a)이 컬럼 입구 유니온 (102a)에 장착하여 나머지 일측의 컬럼 본체 튜빙 (100)과 연결하고, 이때 연결수단으로 너트 (103a, 103a')와 훼룰 (104a, 104a')을 이용하여 유니온 (102a)에 장착하여 컬럼 입구를 형성시켜 제작되는 청구항 12의 크로마토그래피 컬럼의 제작방법.