KR101180276B1 - Inverse gas chromatography data processing method for surface characterization of nanomaterials - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노소재의 표면 특성 평가를 위한 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 나노소재로 구성된 칼럼을 사용하여 역 기체 크로마토그래피를 수행함으로써 얻어진 크로마토그램으로부터 데이터를 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reverse gas chromatography data processing method for evaluating surface properties of nanomaterials, and more particularly, to a method for processing data from chromatograms obtained by performing reverse gas chromatography using a column composed of nanomaterials. It is about.
다양한 산업 분야의 요구에 적합한 물성을 갖는 맞춤형 나노소재의 연구가 지속적으로 행해지고 있는 가운데, 고분자 복합 소재의 충진제로서의 나노소재에 대한 관심이 높아지고 있다. 고분자 매트릭스에 나노소재 고유의 특성을 부여하여 복합화를 통한 성능 강화를 이끌어 냄과 동시에 나노소재가 갖는 유독성 및 안정성에 대한 문제점을 해결할 수 있다.While research on customized nanomaterials having properties suitable for various industrial fields has been continuously conducted, interest in nanomaterials as fillers for polymer composite materials is increasing. In addition to the unique properties of the nanomaterial to the polymer matrix, the performance can be enhanced through complexation and at the same time solve the problems of toxicity and stability of the nanomaterial.
그러나 나노소재의 높은 비표면적과 표면 에너지의 영향으로 인해 일반적인 고분자 매트릭스 내에서 응집으로 인한 상분리가 쉽게 발생하며, 이는 복합 소재의 성능 저하의 원인이 된다.However, due to the influence of the high specific surface area and surface energy of the nanomaterial, phase separation due to aggregation within the general polymer matrix occurs easily, which causes the performance of the composite material to degrade.
이러한 문제점을 극복하기 나노소재의 표면 개질을 통해 표면 에너지의 변화를 도모하여 응집을 방지하는 방법이 많이 연구되고 있다. 그러나 각 개질된 나노소재에 적합한 고분자-충진제 쌍을 찾는 작업은 반복적인 실험을 통해 구하고 있는 실정이며, 이러한 과정은 많은 인적, 물적 자원의 소모를 동반하며 매우 비효율적이다.In order to overcome this problem, many methods for preventing aggregation by promoting surface energy change through surface modification of nanomaterials have been studied. However, the task of finding a suitable polymer-filler pair for each modified nanomaterial has been obtained through repeated experiments, which is very inefficient and involves a lot of human and material resources.
이를 보다 근본적으로 해결하기 위해서는 혼화성에 영향을 크게 미치는 소재의 표면특성을 측정하여 그로부터 혼화성을 예측하는 방법의 개발이 필요하다.In order to solve this problem more fundamentally, it is necessary to develop a method of measuring the surface properties of materials that greatly affect the compatibility and predicting the compatibility therefrom.
역 기체 크로마토그래피법은 고체 소재의 표면 특성을 측정하는 방법으로 널리 이용되어 왔다. 이는 헨리의 법칙을 따르는 무한정 희박한 농도 범위에 부합하는 적은 양의 탐색물질을 투입하여 대칭형의 크로마토그램을 얻는 것을 전제로 한다. 이러한 조건하에서만 탐색물질 사이의 상호 작용이 배제되고 소재와 탐색물질 간의 순수한 상호 작용에 대해서 측정할 수 있다.Reverse gas chromatography has been widely used as a method of measuring the surface properties of solid materials. This assumes that symmetrical chromatograms are obtained by introducing a small amount of search material that meets the infinitely thin concentration range that follows Henry's law. Only under these conditions can the interaction between the searcher be excluded and the pure interaction between the material and the searcher be measured.
그러나 나노소재의 경우 높은 비표면적과 표면 에너지로 인해 측정되는 크로마토그램은 극히 적은 양에서는 신호가 매우 약하여 측정이 불가능한 문제점이 있으며, 측정 가능한 수준의 양을 투입한 경우 피크가 왜곡된 형태로 나타나며 피크의 접선 혹은 위치로 보정을 하더라도 이로부터 얻는 결과의 신뢰도는 떨어진다.However, in the case of nanomaterials, the chromatogram measured due to high specific surface area and surface energy has a problem that measurement is impossible because the signal is very weak at a very small amount. Even if you calibrate with the tangent or position of, the reliability of the result obtained from it is inferior.
이를 해결하기 위해 높은 온도에서의 측정이 이루어지고 있으나 이로 인해 개질된 나노소재의 표면 특성이 측정 과정 중에 변질될 우려가 있다. 따라서 기존의 데이터 처리 방법을 이용해서는 역 기체 크로마토그래피를 이용해서 나노소재의 정확한 표면 특성을 측정하는 것은 어렵다.In order to solve this problem, the measurement is performed at high temperature, but there is a concern that the surface characteristics of the modified nanomaterial may be deteriorated during the measurement process. Therefore, it is difficult to measure the exact surface properties of nanomaterials using reverse gas chromatography using conventional data processing methods.
본 발명은 이러한 점들에 근거해 착안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 역 기체 크로마토그래피를 통해 나노소재의 표면 특성 측정을 실시함에 있어서, 표면 특성의 변질 및 탐색물질 간의 상호 작용을 최소화하는 환경 하에서 발생하는 크로마토그램의 신뢰도 저하를 방지할 수 있는 데이터 처리 방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention has been conceived based on these points, and the problem to be solved by the present invention is to minimize the interaction between the alteration of the surface properties and the detection material in the measurement of the surface properties of the nanomaterials by reverse gas chromatography It is an object of the present invention to provide a data processing method that can prevent the degradation of the reliability of chromatograms occurring in the environment.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법은, 중공의 컬럼에 표면특성 측정을 위한 대상소재를 투입하는 단계와, 상기 컬럼을 기체 크로마토그래피 장치 내에 장착하는 단계와, 상기 기체 크로마토그래피 장치의 분석조건을 설정하는 단계와, 상기 기체 크로마토그래피 장치로 운반기체를 이용하여 제1 몰수의 탐색물질을 투입하여 상기 컬럼을 통과시킴으로써 제1 크로마토그램을 획득하는 단계와, 상기 탐색물질과 동일한 물질이되 제1 몰수와 다른 제2 몰수의 탐색물질을 투입하여 상기 컬럼을 통과시킴으로써 제2 크로마토그램을 획득하는 단계와, 상기 제1 및 제2 크로마토그램으로부터 흡착 자유 에너지를 각각 도출한 후, 이를 외삽하여 탐색물질이 없을 때의 최종 흡착 자유 에너지를 결정하는 단계를 포함한다.In order to solve this problem, the method for processing reverse gas chromatography data according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: injecting a target material for measuring surface characteristics into a hollow column, and mounting the column in a gas chromatography apparatus; Setting an analysis condition of the gas chromatography device, obtaining a first chromatogram by introducing a first molar number of search material into the gas chromatography device by using a carrier gas, and passing the column through the column; Obtaining a second chromatogram by passing the same material as the search material but having a first mole number and a second mole number of search material through the column, and obtaining adsorption free energy from the first and second chromatograms. After each derivation, extrapolation is made to determine the final adsorption free energy in the absence of a search material. It includes.
본 발명의 실시예들에 따른 보다 상세한 예는 도면을 참조하여 실시예 부분에서 후술한다.A more detailed example according to embodiments of the present invention will be described later in the embodiment section with reference to the drawings.
본 발명의 실시예들에 따르면, 크로마토그래피 장치 내에 탐색물질의 양을 달리하여 투입한 후 측정된 크로마토그램으로부터 얻은 복수의 데이터 값의 외삽으로부터 탐색물질의 양이 0에 근사할 때의 정체 부피 및 흡착 자유 에너지 값을 얻을 수 있으며, 이로부터 헨리의 법칙을 따르는 무한정 희박한 농도 조건에서 탐색물질 사이의 상호 작용이 배제된 신뢰도가 높고 오차가 적은 소재와 탐색물질 간의 상호 작용 데이터를 용이하게 얻을 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the stagnant volume when the amount of the search material approaches zero from the extrapolation of a plurality of data values obtained from the chromatogram measured after inputting the amount of the search material into the chromatography apparatus differently; Adsorption free energy value can be obtained, and from this, it is possible to easily obtain the interaction data between the search material and the highly reliable and low error that excludes the interaction between search materials under infinitely thin concentration conditions according to Henry's law. .
또한, 신뢰도 높은 상호 작용 데이터를 이용하여 계산되는 대상소재의 흡착 엔탈피, 엔트로피, 표면 에너지, 용해도 파라미터 등의 표면특성 값의 신뢰도도 함께 향상시킬 수 있는 유리한 효과가 있다.In addition, there is an advantageous effect to improve the reliability of the surface characteristic values, such as adsorption enthalpy, entropy, surface energy, solubility parameter of the target material calculated using reliable interaction data.
또한, 상대적으로 크로마토그램의 시그날이 약한 저온에서도 용이하게 나노소재의 표면 특성에 필요한 데이터를 얻을 수 있다.In addition, even at low temperatures where the signal of the chromatogram is weak, data necessary for the surface properties of the nanomaterial can be easily obtained.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.The effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법의 탐색물질로 서로 다른 몰수의 클로로포름을 반복적으로 투입하여 얻은 크로마토그램이다.
도 3은 도 2의 크로마토그램에서 얻은 정체시간으로부터 흡착 자유 에너지를 구하여 탐색물질의 투입양에 대해 도시한 그래프로써, 각각 계산된 복수의 흡착 자유 에너지 값을 외삽하여 탐색물질의 투입양이 0일 경우의 흡착 자유 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 4는 서로 다른 온도로부터 흡착 자유 에너지를 계산하여, 온도의 역수에 대해 투입양이 0에 근사할 때의 흡착 자유 에너지를 온도로 나눈 값을 도시한 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method for processing reverse gas chromatography data according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a chromatogram obtained by repeatedly adding different moles of chloroform as a search material of the reverse gas chromatography data processing method of FIG. 1.
FIG. 3 is a graph showing the input amount of the search material by determining the adsorption free energy from the retention time obtained in the chromatogram of FIG. 2. It is a graph which shows adsorption free energy in the case.
4 is a graph showing the value obtained by calculating the adsorption free energy from different temperatures and dividing the adsorption free energy by the temperature when the input amount is close to zero with respect to the inverse of the temperature.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. &Quot; and / or "include each and every combination of one or more of the mentioned items. ≪ RTI ID = 0.0 >
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법을 나타내는 순서도이다.Hereinafter, a reverse gas chromatography data processing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. 1 is a flowchart illustrating a method for processing reverse gas chromatography data according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법은 중공의 컬럼에 표면특성 측정을 위한 대상소재를 투입하는 단계(S11)와, 상기 컬럼을 기체 크로마토그래피 장치 내에 장착하는 단계(S12)와, 상기 기체 크로마토그래피 장치의 분석조건을 설정하는 단계(S13)와, 상기 기체 크로마토그래피 장치로 운반기체를 이용하여 제1 몰수의 탐색물질을 투입하여 상기 컬럼을 통과시킴으로써 제1 크로마토그램을 획득하는 단계(S14)와, 상기 탐색물질과 동일한 물질이되 제1 몰수와 다른 제2 몰수의 탐색물질을 투입하여 상기 컬럼을 통과시킴으로써 제2 크로마토그램을 획득하는 단계(S15)와, 상기 제1 및 제2 크로마토그램으로부터 흡착 자유 에너지를 각각 도출한 후, 이를 외삽하여 탐색물질이 없을 때의 최종 흡착 자유 에너지를 결정하는 단계(S16)를 포함한다.In the reverse gas chromatography data processing method according to an embodiment of the present invention, the step of adding a target material for measuring surface characteristics to a hollow column (S11), and mounting the column in a gas chromatography apparatus (S12). And setting an analysis condition of the gas chromatography apparatus (S13), and inputting a first molar number of the search material using a carrier gas into the gas chromatography apparatus to pass the column to obtain a first chromatogram. (S14) and obtaining a second chromatogram by inputting a second molar number of the search material which is the same material as the search material but different from the first mole number, and passing the column (S15). And deriving adsorption free energy from the second chromatogram, respectively, and extrapolating the final adsorption free energy when there is no search material. 16).
먼저, 중공의 컬럼에 표면에너지 측정을 위한 대상소재를 투입한다(S11). 역 기체 크로마토그래피는 컬럼(column)이라고 부르는 나선모양의 관에 분석하고자 하는 시료를 고정시킨 다음, 운반(carrier)기체를 통과시키고, 이미 성질이 알려진 탐색물질(probe molecule)을 투입하여 나타나는 크로마토그램으로부터 정체시간(retention time)을 측정하여 이로부터 흡착 자유 에너지를 측정할 수 있다.First, the target material for the surface energy measurement to the hollow column (S11). Inverse gas chromatography involves placing a sample to be analyzed in a spiral tube called a column, passing it through a carrier gas, and introducing a probe molecule of known nature. The retention time can be measured from and the adsorption free energy can be determined therefrom.
본 실시예에 따른 역 기체 크로마토그래피 장치에 장착되는 컬럼의 종류에는 제한이 없으며, 일반적인 모세관 컬럼 또는 충진 컬럼 등이 모두 사용될 수 있다. 충진 컬럼의 경우, 스테인리스스틸, 니켈 혹은 유리시험강으로 제작될 수 있으며, 컬럼의 내경은 1 내지 10mm 일 수 있으며 길이는 대략 2 내지 5m 일 수 있다.There is no restriction on the type of column mounted in the reverse gas chromatography apparatus according to the present embodiment, and a general capillary column or a packed column may be used. In the case of a packed column, it may be made of stainless steel, nickel or glass test steel, and the inner diameter of the column may be 1 to 10 mm and the length may be approximately 2 to 5 m.
흡착 자유 에너지 측정을 위한 대상소재는 탄소나노튜브를 포함하는 나노 소재일 수 있으며, 상기 탄소나노튜브는 단일벽, 이중벽 또는 다중벽 탄소나노튜브를 모두 포함할 수 있다.The target material for measuring the adsorption free energy may be a nano material including carbon nanotubes, and the carbon nanotubes may include all single-walled, double-walled or multi-walled carbon nanotubes.
이어서, 상기 컬럼을 기체 크로마토그래피 장치 내에 장착하고(S12), 상기 기체 크로마토그래피 장치의 분석조건을 설정한다(S13). 분석조건은 상기 기체 크로마토그래피 장치의 내부 온도 및 탐색물질을 운반하기 위한 운반기체의 유속을 포함할 수 있다.Subsequently, the column is mounted in a gas chromatography apparatus (S12), and analysis conditions of the gas chromatography apparatus are set (S13). Analytical conditions may include the internal temperature of the gas chromatography device and the flow rate of the carrier gas for transporting the search material.
분석조건은 탐색물질의 종류에 따라 서로 다를 수 있으며, 분석 대상이 되는 대상소재의 종류에 따라 서로 다를 수 있다.The analysis conditions may be different depending on the type of search material and may be different depending on the type of material to be analyzed.
기체 크로마토그래피 장치의 온도가 소정의 범위를 초과하여 낮게 설정될 경우 크로마토그램의 시그날이 약하기 때문에 측정이 불가능할 수 있으므로, 상기 소정의 범위 예를 들어, 0도 내지 500도 범위에서 기체 크로마토그래피 장치의 온도가 설정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 대상소재의 종류에 따라 영하의 온도에서 측정할 수도 있다. 다만, 측정 대상 물질의 표면 특성의 변질이 일어나지 않는 온도 범위 내에서 가장 높은 값으로 설정되는 것이 바람직하다.When the temperature of the gas chromatography apparatus is set lower than the predetermined range, since the signal of the chromatogram may be weak, measurement may not be possible, and thus, the gas chromatography apparatus may be measured in the predetermined range, for example, in the range of 0 to 500 degrees. The temperature may be set, but the present invention is not limited thereto, and may be measured at subzero temperature according to the type of the target material. However, it is preferable to set to the highest value within the temperature range in which the deterioration of the surface properties of the material to be measured does not occur.
운반기체의 유속은 탐색 물질과 측정 대상 간의 충분한 상호 작용이 일어나는 범위 내에서 다양한 값으로 설정될 수 있으며, 바람직하게는 상호 작용이 충분한 범위 내에서 가장 빠른 값으로 설정될 수 있다.The flow rate of the carrier gas may be set to various values within a range in which sufficient interaction between the search material and the object to be measured occurs, and preferably may be set to the fastest value within a range in which the interaction is sufficient.
이어서, 상기 기체 크로마토그래피 장치로 운반기체를 이용하여 제1 몰수의 탐색물질을 투입하여 상기 컬럼을 통과시킴으로써 제1 크로마토그램을 획득한다(S14).Subsequently, a first chromatogram is obtained by introducing a first molar number of search material into the gas chromatography apparatus and passing the column through the column (S14).
탐색물질이 대상소재를 통과하도록 하기 위해, 탐색물질을 컬럼 내로 운반하는 운반기체를 주입한다.In order to allow the search material to pass through the target material, a carrier gas carrying the search material into the column is injected.
운반기체는 불활성 기체 또는 반응성이 없는 기체 예를 들어 헬륨, 아르곤, 질소 가스를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The carrier gas may include, but is not limited to, an inert gas or an inert gas such as helium, argon, nitrogen gas.
기체 크로마토그래피 데이터를 측정함에 있어서, 나노소재의 경우 높은 비표면적과 표면 에너지로 인해, 탐색물질 간의 상호작용에 의한 정체시간 및 이로부터 계산되는 에너지 편차가 높게 나타날 수 있다.In measuring gas chromatographic data, due to the high specific surface area and surface energy of nanomaterials, the retention time due to interactions between the search materials and the energy deviation calculated therefrom may be high.
이를 해결하기 위해 본 실시예에 따른 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법은, 나노소재의 표면 특성 측정을 실시함에 있어서 탐색물질의 양을 달리하여 투입하고 크로마토그램을 각각의 탐색물질의 양에 대해 기록한 후 각 크로마토그램에서 얻은 정체 시간 혹은 정체 부피 혹은 이로부터 계산된 흡착 자유 에너지를 투입된 탐색물질의 양에 대해 도시하고 이를 외삽하여 탐색물질의 양이 0에 근사할 때의 값을 도출함으로써, 탐색물질 상호 간의 작용이 배제된, 나노소재와 탐색물질 간의 순수한 상호 작용 데이터를 얻을 수 있다.In order to solve this problem, inverse gas chromatography data processing method according to the present embodiment, in the measurement of the surface properties of the nanomaterials by varying the amount of the search material and after recording the chromatogram for each amount of the search material The stabilization time or stagnation volume obtained from each chromatogram is plotted against the amount of search material injected and extrapolated to derive the value when the amount of search material approaches zero. Pure interaction data between the nanomaterial and the probe can be obtained, excluding the action of the liver.
따라서, 탐색물질을 컬럼에 주입하여, 컬럼을 통과하는 정체시간을 측정하게 되며, 탐색물질을 소정의 몰수 또는 소정의 질량만큼 투입하여, 투입한 양에 대한 정체시간의 변화를 측정하게 된다.Therefore, the search material is injected into the column to measure the stagnation time passing through the column, and the search material is added by a predetermined number of moles or by a predetermined mass to measure the change in the stagnation time with respect to the injected amount.
탐색물질에는 그 특성이 알려져 있거나 특성의 측정 혹은 계산을 통한 예측이 가능하고 크로마토그래프 내에서 기화가 가능한 물질이 사용될 수 있다.The search material may be a known material or a material that can be predicted by measuring or calculating the property and vaporizable in a chromatograph.
보다 신뢰도 높은 데이터를 획득하기 위해, 대상소재의 표면을 세정할 수 있도록 상기 제1 크로마토그램을 획득하는 단계 전에, 운반기체를 미리 투입하여 상기 컬럼을 통과시켜 상기 대상소재 표면의 불순물을 제거하는 단계가 더 수행될 수도 있으며, 상기 운반기체는 순도 99% 이상의 헬륨 또는 아르곤 및 질소 가스를 포함할 수 있다.In order to obtain more reliable data, prior to the step of acquiring the first chromatogram to clean the surface of the target material, a carrier gas is added in advance to pass through the column to remove impurities on the surface of the target material. May be further performed, and the carrier gas may include helium or argon and nitrogen gas having a purity of 99% or more.
이어서, 상기 탐색물질과 동일한 물질이되 제1 몰수와 다른 제2 몰수의 탐색물질을 투입하여 상기 컬럼을 통과시킴으로써 제2 크로마토그램을 획득한다(S15).Subsequently, a second chromatogram is obtained by passing the same material as the search material but passing the first mole number and the second mole number of search material.
외삽법(Extrapolation)을 사용하여, 탐색물질이 0일 때의 정체시간 및 표면에너지를 도출하기 위해, 서로 다른 질량 또는 몰수의 탐색물질을 투입하여 복수의 크로마토그램을 획득할 수 있다.Using extrapolation, a plurality of chromatograms can be obtained by inputting different masses or moles of search material to derive the stagnation time and surface energy when the search material is zero.
도 1에 도시된 예에서는 2개의 서로 다른 몰수의 탐색물질을 투입하여 컬럼을 통과시켜 정체시간 및 흡착 자유 에너지를 계산하는 과정이 기재되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 외삽의 정밀도를 높이기 위해 서로 다른 몰수 또는 질량의 탐색물질을 투입한 보다 많은 크로마토그램을 얻기 위해, 본 실시예에 따른 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법은, 상기 탐색물질과 동일한 물질이되 제1 및 제2 몰수와 다른 몰수의 탐색물질을 반복적으로 투입하여 상기 컬럼을 통과시킴으로써, 각각 다른 몰수에서의 복수의 다른 크로마토그램을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the example shown in FIG. 1, two different moles of search material are added to pass through a column to calculate stagnation time and adsorption free energy, but the present invention is not limited thereto. In order to obtain more chromatograms in which different moles or masses of search material are added, the reverse gas chromatography data processing method according to the present embodiment is made of the same material as the search material but has a different number of moles than the first and second moles. The method may further include obtaining a plurality of different chromatograms at different moles of water by repeatedly adding a search material and passing the column.
이어서, 상기 제1 및 제2 크로마토그램으로부터 흡착 자유 에너지를 각각 도출한 후, 이를 외삽하여 탐색물질이 없을 때의 최종 흡착 자유 에너지를 결정한다(S16).Subsequently, the adsorption free energy is derived from the first and second chromatograms, respectively, and then extrapolated to determine the final adsorption free energy when there is no search material (S16).
3개 이상의 크로마토그램을 얻은 경우에도 마찬가지로 각각의 정체시간, 정체부피에 관한 하기의 수학식 1 및 흡착 자유 에너지에 관한 수학식 2의 계산 공식을 적용하여, 각각의 다른 몰수의 탐색물질을 투입한 조건에서의 정체부피를 먼저 계산하고 이를 바탕으로 각각의 흡착 자유 에너지를 계산하고, 이를 바탕으로 탐색물질이 없을 경우, 즉 탐색물질의 질량 또는 몰수가 0인 경우를 근사하여 최종 흡착 자유 에너지를 결정한다.
Similarly, when three or more chromatograms were obtained, the calculation formulas of equation (1) regarding the retention time, retention volume, and equation (2) regarding the adsorption free energy were applied, respectively, to search for different moles of search material. Calculate the stagnant volume under the conditions first, and then calculate the respective adsorption free energy based on this, and determine the final adsorption free energy by approximating the absence of search material, i. do.
VR°= F(tR-t0)/m*C ... (수학식 1)V R ° = F (t R -t 0 ) / m * C ... (Equation 1)
ΔGads=RTln(VR°)+C ... (수학식 2)
ΔG ads = RTln (V R °) + C ... (Equation 2)
상기의 수학식 1에서 VR°는 정체부피를 나타내며, C는 보정인자를 나타내고, F는 운반기체의 유속을 나타내고, tR은 탐색물질의 정체시간을 나타내며, t0는 비교물질의 정체시간을 나타내며, m은 대상소재 시료의 질량을 나타낸다.In
상기의 수학식 2에서 ΔGads 는 흡착 자유 에너지를 나타내고, R은 기체상수를 나타내고, T는 측정 온도를 나타내고, VR°는 정체부피를 나타내며, C는 보정인자를 나타낸다.In Equation 2, ΔG ads represents adsorption free energy, R represents a gas constant, T represents a measurement temperature, V R ° represents a static volume, and C represents a correction factor.
위와 같은 수학식 1 및 2를 이용하여 소정의 양의 탐색물질에 대한 흡착 자유 에너지를 도출할 수 있다.
결정된 최종 흡착 자유 에너지는 탐색물질이 0인 경우를 근사함으로써, 탐색물질 간의 상호 작용에 의한 오차를 최소화하고 탐색물질과 나노소재 간의 상호작용 만이 고려된 신뢰도 높은 흡착 자유 에너지 값을 얻을 수 있다.The final adsorption free energy determined approximates the case where the search material is zero, thereby minimizing the error due to the interaction between the search materials and obtaining a reliable adsorption free energy value considering only the interaction between the search material and the nanomaterial.
그리고, 다양한 조건(온도, 탐색물질 종류)에 대해 각각의 흡착 자유 에너지를 구하고 이들 값의 계산을 통해 대상물질의 흡착 엔탈피, 엔트로피, 표면 에너지, 용해도 파라미터 등의 표면특성을 도출할 수 있다.In addition, the adsorption free energy can be obtained for various conditions (temperature, type of search material) and the surface properties such as adsorption enthalpy, entropy, surface energy, and solubility parameter of the target material can be derived by calculating these values.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법의 구체적인 실험예에 대해 설명한다. 도 2는 도 1의 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법의 탐색물질로 서로 다른 몰수의 클로로포름을 반복적으로 투입하여 얻은 크로마토그램이고, 도 3은 도 2의 크로마토그램에서 얻은 정체시간으로부터 흡착 표면 에너지를 구하여 탐색물질의 투입양에 대해 도시한 그래프로써, 각각 계산된 복수의 흡착 표면 에너지 값을 외삽하여 탐색물질의 투입양이 0일 경우의 흡착 자유 에너지를 나타내는 그래프이고, 도 4는 서로 다른 온도로부터 흡착 자유 에너지를 계산하여, 온도의 역수에 대해 투입양이 0에 근사할 때의 흡착 자유 에너지를 온도로 나눈 값을 도시한 그래프이다.Hereinafter, a specific experimental example of the reverse gas chromatography data processing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. 2 is a chromatogram obtained by repeatedly adding different moles of chloroform as a search material of the reverse gas chromatography data processing method of FIG. 1, and FIG. 3 is a graph showing adsorption surface energy from the retention time obtained in the chromatogram of FIG. A graph showing the input amount of the search material, which is a graph showing the adsorption free energy when the input amount of the search material is 0 by extrapolating a plurality of adsorption surface energy values, respectively, and FIG. 4 shows adsorption from different temperatures. It is a graph which shows the value obtained by dividing the adsorption free energy by the temperature when the input energy is approximated to zero with respect to the inverse of the temperature by calculating the free energy.
먼저, 측정을 위한 대상소재로써 다층벽 탄소나노튜브 400mg을 0.25인치 외경의 스테인리스 스틸 튜브에 채우고 양쪽 끝을 실란 처리된 유리 섬유 뭉치로 고정하여 역 기체 크로마토그래피 측정용 칼럼을 만든다.First, as a target material for measurement, 400 mg of multi-walled carbon nanotubes were filled in a 0.25 inch outer diameter stainless steel tube, and both ends were fixed with a silane-treated glass fiber bundle to make a column for reverse gas chromatography measurement.
이를 기체 크로마토그래프 장치에 설치 후 오븐 온도를 200℃로 설정하고 초고순도 헬륨(순도 99.9995%)을 운반기체로 하여 24시간동안 흘려주어 나노소재의 표면에 흡착된 휘발성 불순물을 제거한다.After installation in a gas chromatograph apparatus, the oven temperature was set to 200 ° C. and ultra-high helium (purity 99.9995%) was used as a carrier gas for 24 hours to remove volatile impurities adsorbed on the surface of the nanomaterial.
이후, 탐색물질 투입기와 검출기의 온도를 250℃로 설정하고 탐색물질의 투입양을 달리하여 투입하고 그에 대한 크로마토그램을 기록한다.After that, the temperature of the search material input and the detector is set to 250 ° C., and the input amount of the search material is changed and the chromatogram is recorded.
상기 탐색물질은 클로로포름이 사용될 수 있으며, 상기 온도는 200℃ 내지 250℃ 범위 내로 달리 설정될 수 있다.Chloroform may be used as the search material, and the temperature may be differently set within a range of 200 ° C to 250 ° C.
도 2에 도시된 바와 같이, 탐색물질의 투입량을 3.5 μmol, 6.0 μmol, 7.8 μmol, 9.7 μmol으로 변화하면서 반복적으로 크로마토그램을 얻는다.As shown in FIG. 2, the chromatogram is repeatedly obtained while changing the input amount of the search material into 3.5 μmol, 6.0 μmol, 7.8 μmol, and 9.7 μmol.
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2의 크로마토그램에서 얻은 정체시간으로부터 흡착 자유 에너지를 구하여 탐색물질의 투입량에 대해 도시하고 이를 외삽한다.Next, as shown in FIG. 3, adsorption free energy is obtained from the retention time obtained in the chromatogram of FIG. 2, and the input amount of the search material is illustrated and extrapolated.
탐색물질의 투입양을 달리하여 얻은 크로마토그램으로부터 탐색물질의 투입량과 정체시간의 데이터가 많을수록 보다 정밀한 외삽이 가능하다.From the chromatogram obtained by varying the input amount of the search material, the more data of the search material input and the retention time, the more accurate extrapolation is possible.
이와 같이 외삽법을 이용하여 탐색물질이 0일 때의 신뢰도 높은 흡착 자유 에너지의 근사값(EP)을 결정할 수 있으며, 결정된 흡착 자유 에너지의 값을 이용하여 고분자 복합 소재의 충진제로서의 해당 나노소재가 적합한지 여부를 결정할 수 있다.Thus, the extrapolation method can be used to determine the approximate value (EP) of reliable adsorption free energy (EP) when the search material is zero, and whether the nanomaterial is suitable as a filler of the polymer composite material using the determined adsorption free energy value. You can decide whether or not.
상기한 바와 같이, 상기 탐색물질에는 클로로포름 이외에 기화가 가능한 다양한 물질이 사용될 수 있다.As described above, in addition to chloroform, various searchable materials may be used as the search material.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 크로마토그래피 장치의 온도를 50~250℃로 서로 다르게 설정하여 반복 측정하고 상기의 과정을 반복하여 시행한 후 온도의 역수에 대해 투입양이 0에 근사할 때의 흡착 자유 에너지를 온도로 나눈 값을 도시하고, 도시된 그래프의 선형적 관계의 기울기로부터 흡착 엔탈피를 계산할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 4, when the temperature of the chromatography apparatus is set to 50 to 250 ° C. differently, the measurement is repeated, and the above process is repeatedly performed. The adsorption free energy of is divided by the temperature, and the adsorption enthalpy can be calculated from the slope of the linear relationship of the graph shown.
본 발명의 실시예들에 따르면, 크로마토그래피 장치 내에 탐색물질의 양을 달리하여 투입한 후 측정된 크로마토그램으로부터 얻은 복수의 데이터 값의 외삽으로부터 탐색물질의 양이 0에 근사할 때의 정체 부피 및 흡착 자유 에너지 값을 얻을 수 있으며, 이로부터 헨리의 법칙을 따르는 무한정 희박한 농도 조건에서 탐색물질 사이의 상호 작용이 배제된 신뢰도가 높고 오차가 적은 소재와 탐색물질 간의 상호 작용 데이터를 용이하게 얻을 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the stagnant volume when the amount of the search material approaches zero from the extrapolation of a plurality of data values obtained from the chromatogram measured after inputting the amount of the search material into the chromatography apparatus differently; Adsorption free energy value can be obtained, and from this, it is possible to easily obtain the interaction data between the search material and the highly reliable and low error that excludes the interaction between search materials under infinitely thin concentration conditions according to Henry's law. .
또한, 신뢰도 높은 상호 작용 데이터를 이용하여 도출되는 나노소재 표면 특성 값의 신뢰도도 함께 향상시킬 수 있는 유리한 효과가 있다.In addition, there is an advantageous effect that can also improve the reliability of the surface properties of nanomaterials derived from reliable interaction data.
또한, 상대적으로 크로마토그램의 시그날이 약한 저온에서도 용이하게 나노소재의 표면 특성에 필요한 데이터를 얻을 수 있다.In addition, even at low temperatures where the signal of the chromatogram is weak, data necessary for the surface properties of the nanomaterial can be easily obtained.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 내에서 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것인바, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정된 형태에 국한되는 것은 아니다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and may be manufactured in various forms within the scope of the present invention, and the present invention Those skilled in the art will understand that it can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention, the embodiments described above are exemplary in all respects and limited It is not limited to form.
Claims (9)
상기 컬럼을 기체 크로마토그래피 장치 내에 장착하는 단계;
상기 기체 크로마토그래피 장치의 분석조건을 설정하는 단계;
상기 기체 크로마토그래피 장치로 운반기체를 이용하여 제1 몰수의 탐색물질을 투입하여 상기 컬럼을 통과시킴으로써 제1 크로마토그램을 획득하는 단계;
상기 탐색물질과 동일한 물질이되 제1 몰수와 다른 제2 몰수의 탐색물질을 투입하여 상기 컬럼을 통과시킴으로써 제2 크로마토그램을 획득하는 단계;
상기 제1 및 제2 크로마토그램으로부터 흡착 자유 에너지를 각각 도출한 후, 이를 외삽하여 탐색물질이 없을 때의 최종 흡착 자유 에너지를 결정하는 단계를 포함하는 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법.Injecting a target material for measuring surface characteristics into a hollow column;
Mounting the column in a gas chromatography apparatus;
Setting analysis conditions of the gas chromatography apparatus;
Obtaining a first chromatogram by introducing a first molar number of search material into the gas chromatography apparatus by passing a first mole of search material through the column;
Obtaining a second chromatogram by introducing a second molar number of the search material which is the same material as the search material but passing through the column;
Deriving adsorption free energy from the first and second chromatograms, respectively, and extrapolating the final adsorption free energy when there is no search material.
상기 대상소재는 탄소나노튜브를 포함하는 나노 소재인 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법.The method of claim 1,
The subject material is a reverse gas chromatography data processing method is a nano-material containing carbon nanotubes.
상기 분석조건은 상기 기체 크로마토그래피 장치의 온도 및 상기 운반기체의 유속을 포함하며,
상기 분석조건을 설정하는 단계는, 상기 탐색물질의 종류에 따라 서로 다른 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법.The method of claim 1,
The analysis conditions include the temperature of the gas chromatography device and the flow rate of the carrier gas,
The step of setting the analysis conditions, different reverse gas chromatography data processing method according to the type of the search material.
상기 온도는 0℃ 내지 500℃인 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법.The method of claim 3,
Wherein said temperature is between 0 ° C and 500 ° C.
상기 제1 크로마토그램을 획득하는 단계 전에,
상기 운반기체를 투입하여 상기 컬럼을 통과시켜 상기 대상소재 표면의 불순물을 제거하는 단계를 더 포함하는 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법.The method of claim 1,
Before obtaining the first chromatogram,
Injecting the carrier gas through the column to remove impurities on the surface of the target material further comprising the reverse gas chromatography data processing method.
상기 운반기체는 헬륨, 아르곤 및 질소 중 하나 이상을 포함하는 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법.The method of claim 1,
Wherein said carrier gas comprises at least one of helium, argon, and nitrogen.
상기 탐색물질과 동일한 물질이되 제1 및 제2 몰수와 다른 몰수의 탐색물질을 반복적으로 투입하여 상기 컬럼을 통과시킴으로써, 각각 다른 몰수에서의 복수의 다른 크로마토그램을 획득하는 단계를 더 포함하는 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법.The method of claim 1,
The method may further include obtaining a plurality of different chromatograms at different moles of water by passing through the column by repeatedly adding first and second moles and a different moles of search material to the same material as the search material. Gas Chromatography Data Processing Method.
상기 제1 및 제2 크로마토그램을 획득하는 단계는,
서로 다른 온도조건에서 반복수행되는 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법.The method of claim 1,
Acquiring the first and second chromatograms,
Method for processing reverse gas chromatography data that is repeated at different temperature conditions.
상기 결정된 최종 흡착 자유 에너지를 바탕으로, 상기 대상소재의 흡착 엔탈피, 엔트로피, 표면 에너지 및 용해도 파라미터 중 하나 이상을 도출하는 단계를 더 포함하는 역 기체 크로마토그래피 데이터 처리 방법.The method of claim 1,
And deriving at least one of adsorption enthalpy, entropy, surface energy, and solubility parameters of the target material based on the determined final adsorption free energy.
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
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| 논문1-J MATER SCI (2007) |
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