KR101707937B1 - 박막크로마토그래피 전개용매 증발방법 및 이에 사용되는 증발장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분석대상물질을 전개용매를 이용하여 전개지지체(60)의 흡착제 박막에 전개한 후에 상기 흡착체 박막에 전개되어 있는 전개용매를 증발시키는 박막크로마토그래피 전개용매 증발방법에 관한 것으로서, 구체적으로, 상온에서 상기 전개지지체(60)의 부근에 질소 와류를 형성시킴으로써 상기 질소 와류를 통하여 상기 전개용매를 증발시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 유류의 SARA 분석에 특히 유용한데, 이는 유류 내에 방향족, 레진류 등이 포함되어 있기 때문이다. 상기 질소 와류는 상기 전개지지체가 장입된 챔버(10) 내에 질소를 0.5 ~ 1.0 L/min의 유량으로 분사시킴으로써 형성되는 것이 바람직하고, 이때의 상기 챔버 내의 압력이 1.2 ~ 1.5 atm 인 것이 바람직하다.

Description

박막크로마토그래피 전개용매 증발방법 및 이에 사용되는 증발장치{Method for evaporating mobile phase of thin film chromatography and evaporation apparatus used therefor}

본 발명은 박막크로마토그래피 전개용매 증발방법 및 이에 사용되는 증발장치에 관한 것으로서, 특히 질소를 이용하는 박막크로마토그래피 전개용매 증발방법 및 이에 사용되는 증발장치에 관한 것이다.

박막크로마토그래피(Thin Layer Chromatography, TLC)는 유리판 등의 전개지지체에 실리카겔이나 알루미나와 같은 흡착제를 얇게 코팅하여 물질을 전개한 후 분리하는 분석방법으로, 유류 내의 SARA(saturate, aromatic, resin, asphaltene) 분석 시에 많이 활용된다.

유류 내 지방족, 방향족, 레진류, 아스팔텐의 함량은 유류 유출 사고 시 환경영향 예측, 유출유의 거동 평가 등을 위해서 필수적인 정보이다. 유류 내 SARA 분석 시에는 박막크로마토그래피(TLC) 분리 후에 불꽃이온화검출기(Flame Ionization Detector, FID) 등을 이용해서 정량 과정을 거치게 된다.

박막크로마토그래피 분석은 다종의 전개용매를 이용해 유류를 흡착제 박막에 전개한 후 단계별로 전개용매를 증발시키는 과정을 거치게 되는데, 종래의 경우는 이러한 전개용매의 증발이 상온에 방치된 상태로 자연건조를 통해 이루어지거나 온도를 높이는 방법을 통해서 이루어진다.

따라서 분석대상물질에 휘발성이 강한 성분이 포함되어 있는 경우 전개용매의 증발과정 중에 이러한 휘발성분이 함께 증발되어 버리는 문제가 발생한다. 특히, 유류의 경우 휘발성이 높은 저분자량 탄화수소가 포함되어 있으므로 전개용매의 증발과정에서 이러한 저분자량 탄화수소가 원하지 않게 상당량 소실되어 정밀하고 재현성 있는 분석 결과를 확보하기 힘들다.

그럼에도 불구하고 박막크로마토그래피와 관련한 종래의 분석방법은 자연건조나 가열을 통해 전개용매를 증발시키는 방식에서 여전히 벗어나지 못하고 있으며, 장비 생산업체 역시 전개용매의 신속한 증발 및 재현성 확보를 위해 온도조절이 가능한 오븐 형태의 전개용매 증발용 챔버를 판매하는데 그치고 있는 실정이다.

자연건조나 가열을 통한 종래의 전개용매 증발방식은 일반적인 박막크로마토그래피 분석에서는 무난할지 모르지만, 유류 내 SARA 측정 시에는 많은 문제가 발생한다.

왜냐하면, 원유 내에는 지방족, 방향족, 레진류, 아스팔텐 등이 포함되어 있는데, 이 중에서 방향족의 경우 휘발성이 강한 것이 많아 증발방식에 크게 영향을 받기 때문이다. 즉, 유류를 전개용매와 함께 전개지지체(TLC plate or rod)에 전개한 후에 전개용매만을 증발 제거시켜 전개지지체에서 유류성분을 취득 분석코자 할 때에 유류 내의 방향족이 전개용매와 함께 일부 증발 소실되어 버려 신뢰성 있는 분석이 이루어지지 않는다는 것이다.

이렇게 전개용매 증발과정에서 방향족이 영향을 받게 되면 유류 내의 다른 성분도 영향을 받게 되는데, 이 때 가장 큰 영향을 받는 것이 레진 성분이다. 따라서 레진 성분에 대한 분석도 신뢰성이 떨어지게 된다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 크로마토그래프 분석을 위하여 전개과정이 끝난 후 흡착제 박막에 전개되어 있는 전개용매를 증발시키는 과정에서 유류 내의 휘발성분이 함께 증발되어 버리는 것을 최소화함으로써 상술한 종래의 문제를 해결할 수 있는 박막크로마토그래피 전개용매 증발방법 및 이에 사용되는 증발장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 분석대상물질을 전개용매를 이용하여 전개지지체의 흡착제 박막에 전개한 후에 상기 흡착체 박막에 전개되어 있는 전개용매를 증발시키는 박막크로마토그래피 전개용매 증발방법에 관한 것으로서, 구체적으로, 상온에서 상기 전개지지체의 부근에 질소 와류를 형성시킴으로써 상기 질소 와류를 통하여 상기 전개용매를 증발시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 유류의 SARA 분석에 특히 유용한데, 이는 유류 내에 방향족, 레진류 등이 포함되어 있기 때문이다.

상기 질소 와류는 상기 전개지지체가 장입된 챔버 내에 질소를 0.5 ~ 1.0 L/min의 유량으로 분사시킴으로써 형성되는 것이 바람직하고, 이때의 상기 챔버 내의 압력이 1.2 ~ 1.5 atm 인 것이 바람직하다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 전개용매와 함께 분석대상물질이 흡착제 박막에 전개되어 있는 전개지지체로부터 상기 전개용매를 증발시키기 위한 박막크로마토그래피 전개용매 증발장치에 관한 것으로서, 구체적으로,

내부에 빈 공간을 제공하는 챔버;

상기 전개지지체가 거치되도록 상기 챔버 내에 설치되는 거치대;

복수개의 분사공이 형성되어 있으며 상기 전개지지체 부근에 질소 와류가 발생되도록 상기 분사공이 상기 챔버 내에서 상기 전개지지체를 향하여 위치하게 설치되는 질소공급관; 및

상기 질소공급관을 통하여 상기 챔버 내에 공급되는 질소의 유량을 제어하도록 상기 질소공급관에 연결되게 설치되는 유량조절계;를 포함하여 이루어짐으로써,

상기 전개용매의 증발이 상기 질소 와류의 도움을 받아 상온에서 신속하게 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 질소공급관이 병렬로 배치되는 복수개의 분기관으로 분기되고, 상기 분기관들 사이를 가로지르도록 상기 분기관들 사이에 거치부가 설치되며, 상기 거치대는 양단이 상기 거치부에 걸쳐져 상기 분기관에 대해 병렬 배치되도록 상기 분기관들 사이에 설치되며, 상기 전개지지체는 상기 거치대에 매달리도록 설치되고, 상기 분사공은 질소가 위에서 밑을 향하여 상기 전개지지체가 있는 쪽으로 비스듬하게 분사되도록 상기 분기관 각각에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 챔버의 저부에 수분제거수단이 설치되는 것이 바람직하다.

상기 유량조절계는 0.5 ~1.0 L/min의 유량으로 질소를 공급하도록 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 크로마토그래프 분석을 위하여 전개과정이 끝난 후 흡착제 박막에 전개되어 있는 전개용매를 증발시키는 과정에서 전개용매의 증발이 질소 와류의 도움을 받아 상온에서 신속하게 이루어지기 때문에, 전개용매 증발과정에서 분석대상물질 내의 휘발성분이 함께 증발(휘발)해 버리는 것이 최소화된다. 따라서 유류 내 SARA 분석 등에 매우 유용한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 박막크로마토그래피 전개용매 증발장치를 설명하기 위한 도면들;
도 4는 질소공급관(40)을 설명하기 위한 도면;
도 5는 질소분사방식의 본 발명에 따른 전개용매 증발방법과 상온에서의 자연건조 또는 가열건조 방식에 따른 종래의 전개용매 증발방법을 비교설명하기 위한 SARA 분석결과 그래프이다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 박막크로마토그래피 전개용매 증발장치(100)를 설명하기 위한 도면들이고, 도 4는 질소공급관(40)을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 증발장치(100)는 챔버(10), 거치대(50), 질소공급관(40), 및 유량조절계(20)를 포함하여 이루어진다.

챔버(10)는 제한된 공간을 제공하기 위한 것으로서, 유리 재질로 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 본 발명에 따른 증발과정이 상온에서 이루어지기 때문에 굳이 고열에서 견딜 수 있는 고내열 합금이나 세라믹 등을 사용할 필요까지는 없으며, 또한 투명재질을 사용함으로써 증발과정에서 전개지지체(60)의 상태변화 과정을 육안으로 쉽게 확인할 수 있도록 하기 위함이다.

질소공급관(40)을 통하여 전개지지체(60) 부근에 질소를 불어넣어 전개지지체(60) 부근에 질소 와류를 형성시키면 본 발명이 얻고자 하는 효과에 도달할 것이기는 하지만, 질소 와류의 형성을 극대화시키기 위해서는 제한된 공간이 필요하기 때문에 이와 같이 한정된 공간을 제공하는 챔버(10)의 존재가 요구된다.

챔버(10)는 상부 입구가 개방되고 이러한 상부 입구가 뚜껑(11)에 의하여 덮이는 구조를 취하는 것이 바람직하다. 전개지지체(60)를 챔버(10) 내에 장입하기 위해서는 입구가 필요한 데, 이러한 입구가 개방된 상태로 존재하게 되면 증발과정에서 외부로부터 오염물이 유입되어 분석의 신뢰도가 저하될 수 있기 때문에 이와 같이 뚜껑(11)이 필요하다. 본 실시예에서는 뚜껑(11)이 클램프 등과 같은 체결수단(15)에 의해 챔버(10)에 고정되게 설치되는 경우가 도시되었다.

질소공급관(40)을 통하여 챔버(10) 내로 유입되는 질소는 챔버(10)의 어딘가를 통하여 외부로 배출되어야 지속적인 질소 유입이 가능할 것인데, 이는 챔버(10)와 뚜껑(11) 사이의 틈을 통하여 이루어지도록 하면 족할 것이기 때문에 챔버(10)에 별도로 질소배출부를 설치할 필요까지는 없다. 물론 필요하다면 설치되어도 좋다.

질소공급관(40)은 챔버(10) 내에 질소를 분사하기 위하여 설치되는 것이므로 이를 위하여 복수개의 분사공(45)을 가지며, 이러한 분사공(45)은 챔버(10)의 내부에 위치하도록 설치된다. 질소공급관(40)을 통하여 챔버(10) 내로 공급되는 질소의 유량을 제어하도록 유량조절계(20)가 질소공급관(40)에 연결되게 설치된다.

질소공급관(40)은 내식성이 강한 스테인레스강 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 분사공(45)은 100~200 ㎛ 크기로 미세한 것이 바람직한데, 스레인레스강이 사용될 경우 이러한 크기의 분사공(45)을 형성시키기 위해서는 레이저 천공이 바람직할 것이다.

질소공급관(40)은 병렬로 배치되는 복수개의 분기관(41, 42)으로 분기되고, 분사공(45)은 이러한 분기관(41, 42)에 각각 설치되는 것이 바람직하다. 이는 질소가 전개지지체(60)를 향하여 다방면으로 분사되도록 함으로써 전개지지체(60) 부근에 질소 와류가 극대화로 형성되도록 하기 위함이다. 질소공급관(40)이 흔들리지 않도록 고정하기 위하여 질소공급관(40)의 양단은 챔버(10)를 관통하여 외부로 빠져나가는 것이 바람직하다. 분기관(41, 42)의 개방된 끝단은 캡(46)에 의하여 밀봉되도록 마감 처리된다. 질소공급관(40)이 챔버(10)를 관통하는 부위에는 질소공급관(40)의 흔들림을 방지하기 위하여 패킹링(80)이 설치되는 것이 바람직하다.

거치부(70)는 분기관(41, 42)들 사이를 가로지도록 분기관(41, 42)들 사이에 설치된다. 거치부(70)는 와이어를 분기관(41, 42)에 묶거나, 분기관(41, 42)들 사이에 걸쇠를 걸쳐 놓는 등 다양한 형태로 설치될 수 있다.

거치대(50)는 양단이 거치부(70)에 걸쳐져 분기관(41, 42)에 대해 병렬 배치되도록 분기관(41, 42)들 사이에 설치되며, 전개지지체(60)는 거치대(50)의 길이를 따라 복수개가 밑으로 매달리도록 설치된다. 전개지지체(60)는 플레이트(plate) 형태를 할 수도 있고 봉(rod) 형태를 할 수 있다.

거치대(50)는 사각틀 형상을 하는 것이 바람직한데, 이는 전개지지체(60)를 견고하게 지지할 수 있을 뿐만 아니라 사각틀의 세로축에는 전개거리를 육안으로 볼 수 있도록 전개거리 스케일을 표시하고, 가로축에는 전개지지체(60)를 구분할 수 있도록 전개지지체 번호(예: 1, 2, 3, ...)를 구분지어 기재함으로써 분석의 편리성을 도모하는데 유익하기 때문이다.

분사공(45)은 질소가 위에서 밑으로 전개지지체(60)가 있는 쪽으로 비스듬하게 분사되도록 형성되는 것이 바람직한데, 이는 이러한 구성을 취할 때에 전개지지체(60) 부근에서 질소 와류가 극대화로 형성될 수 있기 때문이다.

챔버(10)의 저부에는 수분제거수단(30)이 설치되는 것이 바람직하다. 증발과정에서 발생하는 증기에 의해 챔버(10)의 벽에 물기가 맺히는 등의 현상이 발생하면, 이는 추후에 분석에 대한 오염원의 근거지 또는 발생지가 되어 신뢰성 있는 분석이 이루어지 않기 때문이다.

수분제거수단(30)은 스레인레스망에 수분제거를 위한 실리카겔을 설치함으로써 이루어질 수 있는데, 이렇게 스테인레스망을 사용하는 이유는 유기용매에 의한 변형을 방지하기 위함이다. 플라스틱 재질의 망을 사용하는 경우 유기용매에 의한 변형이 야기될 염려가 있다.

본 발명에 따른 박막크로마토그래피 전개용매 증발장치(100)의 작동원리를 통하여 증발방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 일반적인 박막크로마토그래피 분석과정과 마찬가지로 흡착체 박막이 형성되어 있는 전개지지체(60)를 준비한 후에 분석대상물질, 예컨대 유류를 전개용매를 통하여 전개지지체(60)의 흡착제 박막에 전개시킨다.

그러면, 유류 내에 포함되어 있던 지방족, 방향족, 레진류, 아스팔렌 등은 이동상(지방족, 방향족, 레진류, 아스팔렌 등)의 화학적 성질, 흡착제의 화학적 성질, 이동상과 흡착제의 화학적 친화력 등에 영향을 받으면서 흡착체 박막 상에서 각각 특유의 거리만큼 전개된다.

이 때, 전개용매도 함께 흡착제 박막 상에 전개되어 있는 상태이기 때문에 전개지지체(60)에서 전개용매를 증발시켜 이동상(지방족, 방향족, 레진류, 아스팔렌 등)만을 따로 얻어야 이동상에 대한 정량분석 등이 가능하게 된다.

이를 위하여 전개가 끝난 전개지지체(60)를 본 발명에 따른 증발장치(100)에 장입시켜 전개용매를 증발시키는 과정을 거친다. 물론, 본 발명의 챔버(10) 내에서 전개과정과 증발과정이 모두 이루어질 수도 있다.

이 때, 단순한 자연건조나 가열을 통하여 증발이 이루어지면, 이 과정에서 휘발성이 강한 방향족도 전개용매와 함께 증발(휘발)되어 버려 소실되는 문제가 발생한다. 그러면 제대로 된 분석이 이루어지지 않기 때문에 방향족의 증발(휘발)을 방지하면서 전개용매만 증발시키는 방안이 요구된다.

본 발명은 이를 위하여 질소공급관(40)을 통하여 전개지지체(60)가 있는 방향으로 질소를 분사시켜 전개지지체(60) 부위에 질소 와류를 형성시킴으로써 유류 내의 휘발성분이 휘발되는 것을 최소화하면서 전개용매만이 신속하게 증발되도록 하는 것을 특징으로 한다. 질소 공급에 의하여 챔버(10) 내의 압력이 통상의 대기압보다는 다소 높아지기 때문에 휘발성이 강한 방향족의 휘발을 억제시키면서도 전개지지체(60)의 표면에 있는 전개용매가 질소 와류에 의하여 신속하게 증발된다.

챔버(10) 내의 압력이 너무 높으면 전개용매의 증발조차 억제되어 바람직하지 않으므로 이때의 챔버압력은 대기압보다 다소 높은 1.2 ~ 1.5 atm 정도가 바람직하다. 전개용매는 궁극적으로 질소 와류(바람)에 의해 증발될 것이므로 챔버(10) 내로의 질소유입은 0.5 ~1.0 L/min의 유량으로 이루어지는 것이 바람직하다. 질소유량이 너무 크면 방향족의 증발(휘발)을 야기하는 역효과가 날 수 있기 때문이며, 너무 작으면 전개용매의 증발이 더디게 이루어져 이 과정에서 방향족이 함께 증발하게 되는 시간이 부여되기 때문이다.

이와 같이 본 발명은 전개용매의 증발이 질소 와류의 도움을 받아 상온에서 신속하게 이루어지도록 함으로써 전개용매 증발과정에서 분석대상물질 내의 휘발성분이 함께 증발(휘발)해 버리는 것을 최소화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 특히 질소가 바람직한 이유는 대기의 주 구성성분으로 값싸게 얻을 수 있으며, 가스크로마토그래피 분석의 이동상이나 보조가스로 많이 활용되고 있는 등 크로마토그래피 분야에서 신뢰성이 보장되어 있기 때문이다. 이러한 질소 가스는 99.999% 정도의 초고순도를 구매해서 사용해도 좋고, 질소발생장치를 이용하여 직접 제조하여 사용해도 좋다.

도 5는 질소분사방식의 본 발명에 따른 전개용매 증발방법과 상온에서의 자연건조 또는 가열건조 방식에 따른 종래의 전개용매 증발방법을 비교설명하기 위한 실험결과 그래프로서, 원유(이란산 중질유)에 대한 SARA 분석 결과이다.

도 5를 참조하면, 상온 자연건조 방식에 따른 종래의 경우 상온 질소분사 방식에 따른 본 발명에 비하여 방향족에서 7.2% 과소평가, 레진류에서 21.5% 과대평가되었음을 알 수 있고, 드라이기를 이용한 열풍 건조방식에 따른 종래의 경우 상온 질소분사 방식에 따른 본 발명에 비하여 방향족에서 10.9% 과소평가, 레진류에서 29.8% 과대평가되었음을 알 수 있다.

방향족의 경우 휘발성이 강하기 때문에 본 발명에 따른 상온 질소분사 방식에 의할 경우 증발에 의한 영향을 가장 받지 않고, 종래의 열풍 건조방식에 의할 경우 증발에 의한 영향을 많이 받은 것으로 보이며, 이렇게 방향족이 영향을 받을 경우 레진성분이 이에 따라 큰 영향을 받게 되는데, 방향족의 이러한 소실로 인해서 레진류는 거의 30%까지 과대평가됨을 알 수 있다.

이와 같이, 도 5의 실험결과를 통하여서도 유류 내 SARA 분석을 위해서는 상온 질소분사 방식을 사용해야 분석대상물질의 과소 혹은 과대평가를 방지하는데 바람직함을 알 수 있다.

10: 챔버 11: 뚜껑
15: 체결수단 20: 유량조절계
30: 수분제거수단 40: 질소공급관
41, 42: 분기관 45: 분사공
46: 캡 50: 거치대
60: 전개지지체 70: 거치부
80: 패킹링 100: 전개용매 증발장치

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 전개용매와 함께 분석대상물질이 흡착제 박막에 전개되어 있는 전개지지체로부터 상기 전개용매를 증발시키기 위한 박막크로마토그래피 전개용매 증발장치로서,
   내부에 빈 공간을 제공하는 챔버;
   상기 전개지지체가 거치되도록 상기 챔버 내에 설치되는 거치대;
   복수개의 분사공이 형성되어 있는 질소공급관; 및
   상기 질소공급관을 통하여 상기 챔버 내에 공급되는 질소의 유량을 제어하도록 상기 질소공급관에 연결되게 설치되는 유량조절계;를 포함하여 이루어지되,
   상기 질소공급관은 병렬로 배치되는 복수개의 분기관으로 분기되고,
   상기 분기관들 사이를 가로지르도록 상기 분기관들 사이에 거치부가 설치되며,
   상기 거치대는 양단이 상기 거치부에 걸쳐져 상기 분기관에 대해 병렬 배치되도록 상기 분기관들 사이에 설치되며,
   상기 전개지지체는 상기 거치대에 매달리도록 설치되고,
   상기 분사공은 질소가 위에서 밑을 향하여 상기 전개지지체가 있는 쪽으로 비스듬하게 분사되도록 상기 분기관 각각에 형성됨으로써,
   상기 전개용매의 증발이 질소 와류의 도움을 받아 상온에서 신속하게 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 박막크로마토그래피 전개용매 증발장치.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서, 상기 챔버의 저부에 수분제거수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 박막크로마토그래피 전개용매 증발장치.
10. 제7항에 있어서, 상기 유량조절계가 0.5 ~1.0 L/min의 유량으로 질소를 공급하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 박막크로마토그래피 전개용매 증발장치.
    

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