KR102198842B1

KR102198842B1 - 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102198842B1
Application number: KR1020190061177A
Authority: KR
Inventors: 김성화; 오도석
Original assignee: 대한산업보건평가원(주)
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2021-01-06
Also published as: KR20200134945A

Abstract

분석대상 물질보다 늦게 용출되는 용매의 머무름 시간을 기반으로 분석대상 물질의 분석을 위한 불감시간(dead time)을 산출하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법은, 분석대상 물질을 가스크로마토그래피에 의해 분석하기 위한 불감시간을 산출하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법에 있어서, 검출기에 의해, 가스크로마토그래피 컬럼에서 상기 분석대상 물질과 완전 분리되어 용출되고 상기 분석대상 물질보다 늦게 용출되는 용매의 머무름 시간을 검출하는 단계; 및 불감시간 산출부에 의해, 상기 검출기에 의해 검출된 상기 용매의 머무름 시간을 기반으로, 상기 분석대상 물질을 분석하기 위한 상기 불감시간을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING DEAD TIME OF GASCHROMATOGRAPHY}

본 발명은 가스크로마토그래피(Gas Chromatography)의 불감시간 산출 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분석대상 물질보다 늦게 용출되는 용매의 머무름 시간을 기반으로 분석대상 물질의 분석을 위한 불감시간(dead time)을 산출하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치 및 방법에 관한 것이다.

가스크로마토그래피(GC; Gas Chromatography)는 20세기 초 Michael Tswett에 의해 최초로 사용된 이래 현재까지도 발전을 계속하고 있는 분리분석 기술이다. GC에 사용되는 가장 기본적인 인자는 머무름 시간(t_R)이다. 일반적으로 t_R은 GC 컬럼에 시료가 주입된 시점으로부터 특정 물질(용질)이 용출되는 그래프(크로마토그램)에서 봉우리의 꼭지점까지의 시간으로, 용질들의 t_R을 이용하여 성분들을 정성, 정량 분석할 수 있다. 그러나 동일한 GC 조건과 컬럼에서도 다른 분석환경(분석자, 분석시간, 실험실, 위치, 장소 등)의 변화에 의해 약간씩 t_R이 변하므로 다른 분석환경에서의 t_R만을 비교하여 동일 물질의 확인 및 정성을 하는 데는 무리가 있다. 이런 이유로 크로마토그래픽 분리와 이론적인 모델 공식의 합당화(Optimization)를 위하여 다른 머무름 척도인 조정된 머무름 시간(t_R')과 머무름 비(k'; 용량인자)가 머무름 시간(t_R)보다 중요하다. k'는 운반 기체의 부피속도나 선형 속도의 변화에 대한 요인을 없애기 위해 사용되는 인자이다. k'는 용질이 정지상에 머무르는 시간에 대한 이동상에서 머무르는 시간의 상대적인 양으로 단위가 없고 컬럼간에 직접적 비교가 가능해 유용하다.

t_R'과 k'은 t_R'=t_R-t_O, k'=(t_R-t_O)/t_O에 의해 계산된다. 불감시간(t_O; dead time, void time, hold-up time)은 모든 용질들이 이동상에서 보내는 시간으로, 정지상에서 머무름이 없는 성분을 주입함으로써 구할 수 있다. 그러나 t_O의 참값은 어떤 조건하에서도 측정하기가 어려우며, 측정을 위한 원칙이 없고 크게 실험에 의존한다. GC에서 t_O 결정을 위한 물질의 선택은 사용되는 특별한 실험 조건이나 사용된 검출기(TCD/FID/ECD//TID/FPD/MSD/ELCD 등)에 의존한다. 따라서 t_O의 정확한 측정 없이 분리시스템에 관련된 크로마토그래피 인자들(Chromatographic factors; t_R’, k, α 등)을 정확하게 계산할 수 없으므로 참값에 근접할 수 있는 t_O 결정방법이 절실히 요구된다. 따라서 일차적으로 t_R', k' 및 분리인자{α=(t_R2-t_O)/(t_R1-t_O)}를 계산하려면 t_O를 정확하게 측정할 필요성이 있다. t_O를 결정하기 위한 많은 방법들이 제안되었으며, 이들 방법들은 크게 아래의 네 가지로 분류된다.

ⅰ) 머무르지 않는 용질의 머무름 시간 측정

ⅱ) 동족계열 물질의 머무름에 기초한 Regression calculation로부터의 추론

ⅲ) 고온에서 용매 피크의 선단으로부터 측정

ⅳ) 이동상의 Poiseuille’s law behavior로부터 계산

불감시간을 측정하는 방법 중 간접적인 방법은 여러 동족 계열(Homologous series)의 화합물들을 분석하여 회귀적 계산(Regression calculation)을 하는 방법이나 복잡한 수학적 계산을 하여야 만하는 불편함이 있다. 따라서 직접적인 방법이 자주 사용되어 왔으나 직접적인 방법도 분석 조건(이동상 흐름 속도, 컬럼 온도, Unretained makers)에 따라 변하므로 신중을 기하여야 한다. GC에서는 편이성을 위하여 분석물질과 동시에 검출기의 종류에 따라 마커(Marker)가 되는 물질을 미량 같이 주사하여 얻어지는 머무름 시간을 불감시간으로 활용하였으며, 분석물질 앞에 용리되는 용매 피크을 사용하기도 하였다. 한편 HPLC에서는 편리한 방법으로 이동상 자체에서 나타나는 Ghost peak의 머무름 시간을 자주 활용하였으며, NPC에서는 Benzene, RPC에서 Uracil 등을 사용하여 불감시간을 결정하였다. 만약 t_O의 위치가 의문스러우면 다른 머무르지 않는 화합물(Unretained compound)이나 약한 용매가 주입될 수 있고, 이 물질의 머무름 시간을 t_O로 할 수 있다.불감시간의 효과는 거의 모든 크로마토그래피에서 보여진다. 특히 액체크로마토그래피(LC; Liquid Chromatography) 보다 GC에서 크며, 불감시간 효과가 작으면 다른 유사한 현상으로부터 구별하기가 어렵고(Baseline disturbance), 불감시간 효과가 크면 분리에 영향을 주어 분리(Separation)와 정량(Quantitation)에 절충(Compromise)이 필요하다. 불감시간은 정지상에 머무르지 않는 물질의 머무름 시간을 의미하므로, 크로마토그래픽 인자들 계산을 위한 일차적 계산 기준(Criteria)과 보정(Correction)의 의미를 내포하고 있다. 현대에 와서 급속한 컬럼의 발달로 충전 컬럼이 개방관 컬럼(OTC; Open tubular column)으로 대치되어 사용되면서 t_O을 결정하기가 더욱 어려워졌다.

다이메틸설폭사이드(DMSO; Dimethyl sulfoxide)와 같은 탈착 용매는 비양성자성의 강한 극성 용매로, 강력한 용해력을 가지고 있어 의약품에 잔류된 극성 용매를 용출하거나, 작업환경의 공기 중의 극성 용매들을 흡착시킨 흡착제로부터 극성 유기 용매들을 탈착하는 데 매우 유용하게 사용되고 있다. 그러나 일반 용매와 달리 비점이 높아 분리물질(분석대상 물질)의 뒤에서 용출이 된다. 현재까지 분리물질 뒤에 용출되는 용매를 사용하여 t_O를 결정하는 방법을 적용한 연구는 보고된 바 없다.

본 발명은 분석물질의 뒤에서 용출되는 용매(예를 들어, DMSO)의 머무름 시간(t_R)을 이용하여 쉽고 편리하게 불감시간(t_O)을 결정할 수 있는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법은, 분석대상 물질을 가스크로마토그래피에 의해 분석하기 위한 불감시간을 산출하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법에 있어서, 검출기에 의해, 가스크로마토그래피 컬럼에서 상기 분석대상 물질과 완전 분리되어 용출되고 상기 분석대상 물질보다 늦게 용출되는 용매의 머무름 시간을 검출하는 단계; 및 불감시간 산출부에 의해, 상기 검출기에 의해 검출된 상기 용매의 머무름 시간을 기반으로, 상기 분석대상 물질을 분석하기 위한 상기 불감시간을 산출하는 단계를 포함한다.

상기 용매는 비양성자성 탈착 용매를 포함할 수 있다. 실시예에서, 상기 용매는 다이메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide) 용매를 포함할 수 있다. 상기 가스크로마토그래피 컬럼은 개방관 컬럼(Open Tubular Column)일 수 있다. 상기 검출기는 불꽃 이온화 검출기(Flame Ionization Detector)를 포함할 수 있다. 상기 분석대상 물질은 알코올과 같은 극성 물질을 포함할 수 있다.

상기 불감시간을 산출하는 단계는, 상기 용매의 머무름 시간의 로그 값을 산출하고 상기 용매의 머무름 시간의 로그 값을 상기 불감시간으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 불감시간을 산출하는 단계는, 상기 용매의 머무름 시간의 상용로그 값을 상기 불감시간으로 결정할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치는, 분석대상 물질을 가스크로마토그래피에 의해 분석하기 위한 불감시간을 산출하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치에 있어서, 가스크로마토그래피 컬럼에서 상기 분석대상 물질과 완전 분리되어 용출되고 상기 분석대상 물질보다 늦게 용출되는 용매의 머무름 시간을 검출하는 검출기; 및 상기 검출기에 의해 검출된 상기 용매의 머무름 시간을 기반으로, 상기 분석대상 물질을 분석하기 위한 상기 불감시간을 산출하는 불감시간 산출부를 포함한다.

상기 불감시간 산출부는, 상기 용매의 머무름 시간의 로그 값을 산출하고, 상기 용매의 머무름 시간의 로그 값을 상기 불감시간으로 결정할 수 있다. 상기 불감시간 산출부는, 상기 용매의 머무름 시간의 상용로그 값을 상기 불감시간으로 결정할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 분석물질의 뒤에서 용출되는 용매(예를 들어, DMSO)의 머무름 시간(t_R)을 이용하여 쉽고 편리하게 불감시간(t_O)을 결정할 수 있는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법의 순서도이다.
도 3은 CH₄, methanol, ethanol, isopropanol 및 DMSO의 크로마토그램이다.
도 4는 CH₄ 및 DMSO의 크로마토그램이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치(100)는 분석대상 물질을 가스크로마토그래피에 의해 분석하기 위한 불감시간(dead time)을 산출하기 위한 것으로, 가스크로마토그래피 컬럼(120), 검출기(140) 및 불감시간 산출부(160)를 포함할 수 있다.

가스크로마토그래피 컬럼(120)에 대하여 분석대상 물질의 불감시간을 산출하기 위하여, 검출기(140)는 가스크로마토그래피 컬럼(120)에서 분석대상 물질과 완전 분리되어 용출되고 분석대상 물질보다 늦게 용출되는 용매의 머무름 시간을 검출할 수 있다. 용매의 머무름 시간은 가스크로마토그래피 컬럼(120)에 용매가 주입된 시점으로부터 용매가 용출되는 크로마토그램에서 봉우리의 꼭지점까지의 시간을 산출하여 검출될 수 있으나, 이와 다른 방법으로 용매의 머무름 시간을 검출하는 것도 가능하다. 일 실시예에서, 검출기(140)는 불꽃 이온화 검출기(Flame Ionization Detector)를 포함할 수 있다.

실시예에서, 가스크로마토그래피 컬럼(120)은 개방관 컬럼(Open Tubular Column)일 수 있다. 실시예에서, 용매는 비양성자성 탈착 용매를 포함할 수 있다. 실시예에서, 용매는 다이메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide) 용매를 포함할 수 있다. 실시예에서, 분석대상 물질은 알코올 등의 극성 물질을 포함할 수 있다.

불감시간 산출부(160)는 검출기(140)에 의해 검출된 용매의 머무름 시간을 기반으로, 분석대상 물질을 분석하기 위한 불감시간을 산출할 수 있다. 실시예에서, 불감시간 산출부(160)는 용매의 머무름 시간의 로그(log) 값을 산출하고, 용매의 머무름 시간의 로그 값을 불감시간으로 결정할 수 있다. 실시예에서, 불감시간 산출부(160)는 용매의 머무름 시간의 상용로그 값을 불감시간으로 결정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법의 순서도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 분석대상 물질을 가스크로마토그래피에 의해 분석하기 위한 불감시간을 산출하기 위하여, 먼저 검출기(140)는 가스크로마토그래피 컬럼(120)에서 분석대상 물질과 완전 분리되어 용출되고 분석대상 물질보다 늦게 용출되는 용매의 머무름 시간을 검출한다(S10).

검출기(140)에 의해 용매의 머무름 시간이 검출되면, 불감시간 산출부(160)는 검출기(140)에 의해 검출된 용매의 머무름 시간을 기반으로, 분석대상 물질을 분석하기 위한 불감시간을 산출한다(S20). 실시예에서, 불감시간 산출부(160)는 용매의 머무름 시간의 로그 값을 불감시간으로 결정할 수 있다. 실시예에서, 불감시간 산출부(160)는 용매의 머무름 시간의 상용로그 값을 불감시간으로 결정할 수 있다.

이하에서, 불감시간을 산출하기 위한 용매로 다이메틸설폭사이드(DMSO; Dimethyl sulfoxide) 용매를 사용하는 경우를 예로 들어 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예에 사용되는 다이메틸설폭사이드(DMSO ; Dimethyl sulfoxide)는 비양성자성의 강한 극성 용매로 강력한 용해력을 가지고 있는 용매이다. DMSO는 일반 용매와 달리 비점이 높아 분리물질의 뒤에서 용출이 된다. 본 발명의 실시예에 따른 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법은 분석물질의 뒤에서 용출되는 용매인 DMSO의 머무름 시간 t_R을 이용하여 쉽고 편리하게 불감시간 t_O을 결정한다. 본 발명의 실시예에서, DMSO의 머무름 시간 t_R의 상용로그 값을 산출하는 수학적 전환을 통해 불감시간(t_O)을 결정할 수 있으며, 가스크로마토그래피의 인자들(t_R’, k, α)의 계산에 적용할 수 있다.

[ 실시예 1 ]

< 대상물질 및 시약 >

본 발명의 실시예에 사용된 시약으로는 Methanol, Ethanol, Isopropanol, Dimethyl sulfoxide(DMDO), 및 CH₄를 사용하였다. Methanol은 Junsei(순도 99.8%, 비중 0.791), Ethanol은 J.T Baker(순도 99.9%, 비중 0.789), Isopropanol은 J.T Baker(순도 99.84%, 비중 0.78), DMSO는 Junsei(순도 99.0%, 비중 1.101), CH₄는 유기물질 등의 혐기성소화과정에서 발생되는 혼합가스(CH₄:H₂S=6:4)를 사용하였다. 주 대상 분석 물질은 Methanol이며, Ethanol, Isopropanol은 시험에 간섭 물질로 사용하였다. CH₄는 t_O를 얻기 위한 비교 reference 물질로 사용하였다.

< 기기 분석조건 >

- Gas chromatograph; Thermo Finnigan Trace GC attached auto sampler/FID

- Column; HP-5(5% diphenyl-95% dimethyl polysiloxane), OTC(open tubular column), length 50m, i.d 0.32mm, film thickness 0.25㎛

- Temperature; Injector 200℃, Column 45℃ 4min, 15℃/min to 180℃(gradient), Detector 250℃

- Flow rate; N₂ 30㎖/min(column 2㎖/min, make-up 28㎖/min) H₂ 35㎖/min, Air 350㎖/min

- Injection volume; 2㎕

< 표준 용액 조제 >

Methanol의 표준 용액은 작업환경 공기 중의 노출 기준(TLV 및 STEL)을 고려하여 공기 10 L를 채취하였을 때의 0.1~2배 범위 중 약 1배의 농도로 조제하였다. Methanol, Ethanol, Isopropanol의 량은 실험의 용이성을 고려하여 각 1㎕를 DMSO 1㎖가 들어있는 2㎖ vial에 넣고 고무마개를 한 후 알루미늄으로 캡핑(Capping)을 하여 실험 중 5℃ 냉장고에 보관하면서 사용하였다. CH₄는 혐기성 가스가 발생되는 현장에서 1 L 테트라백에 받아 이중 1㎖를 주시기로 뽑아 1㎖ DMSO가 들어있는 Capping된 2㎖ 바이알에 넣어 용해하였다.

< 실험 방법 >

본 발명의 실시예에서는 일반적으로 비극성이나 약한 극성의 용매류의 분리 정량에 많이 사용되는 정지상인 HP-5(5% diphenyl-95% dimethyl polysiloxane)이 결합된, OTC(Open tubular column) 컬럼을 사용 시 머무름 시간이 극성인 알코올류와 중첩 가능성이 높은 CS₂나 CS₂와 보조 용매를 사용하지 않고 알코올류와 완전 분리되어 용출되는 강력한 용해력을 가진 DMSO를 사용하였다. 또한 알코올 표준용액을 사용하여 동일 조건하에서 반복성(Repeatability; 6회)시험을 통해 상대표준편차가 기준(1~2%)을 만족하는지를 확인하였다.

(표 1: The unretained markers used to gas and liquid chromatography)

Chromatography에서 t_O를 결정하기 위하여 분석물질의 앞에 용출되는 Ghost peak(HPLC)나 Marker(Table 1.), 용매 피크에 대해 직접적으로 불감시간 t_O을 결정할 수 있지만, 분석물질 뒤에 용출되는 용매를 사용 시는 tR', k', α 계산을 위한 t_O의 결정이 더욱 어렵다. GC에서 불감시간 t_O를 구하기 위해 직접적 방법과 간접적 방법이 있으나, 실제로 정지상에 머무르지 않는 물질은 없기 문에 간접적 방법이 요구되었다. 불감시간 t_O를 구하기 위하여 본 발명의 실시예에서는 용매인 DMSO의 머무름 시간을 사용하였으며, 기준시간(Reference time)을 설정하기 위하여 DMSO의 머무름 시간을 상용로그 함수로 수식변환을 하였다{불감시간 f(x) = log t_R(DMSO) = t_O}. 여기서, t_R(DMSO)는 DMSO의 머무름 시간이다. DMSO의 머무름 시간을 상용대수화한 방법의 타당성을 확인하기 위하여 CH₄ t_R과 DMSO t_R을 자연로그로 전환한 값(ln t_R(DMSO)}과 비교하였다. 또한 상용로그 함수로 변환한 t_O값이 분석 조건의 변화(이동상 흐름속도와 컬럼온도)에 따라 얼마나 변하는지를 보기위해 완건성 실험(이동상 흐름속도와 컬럼온도 변화)을 통해 확인하였다. 이들 데이터를 사용하여 각 물질의 t_R‘, k' 및 α를 비교하였다.

< 결과 및 고찰 >

- 알코올류 및 CH₄의 분석 -

앞서 설명한 기기분석조건으로 각 표준용액을 분석하였다. 이들의 크로마토그램은 도 3, 도 4와 같다. 도 3은 CH₄, methanol, ethanol, isopropanol 및 DMSO의 크로마토그램이다. 도 4는 CH₄ 및 DMSO의 크로마토그램이다. 분석결과 CH₄, Methanol, Ethanol, Isopropanol을 동시에 분석하였을 때와 CH₄만을 분석하였을 때의 차이는 없었다. 도 3의 크로마토그램을 동일 조건하에서 3회 분석한 결과는 표 2에서 확인할 수 있다. 3회 분석한 평균 머무름 시간은 CH₄ 3.251, Methanol 3.548, Ethanol 3.892, Isopropanl 4.212, DMSO 9.551분이었다.

(표 2: Each retention time of CH₄, methanol, ethanol, isopropanol, and DMSO)

< 반복성(Repeatability) 실험 >

본 발명의 실시예에 따른 방법을 검증(Validation)하기 위한 반복성 실험을 위하여, 알코올 표준용액을 사용하여 동일한 분석조건으로 6회 반복성 실험을 하였다. 반복성 실험에 의한 상대 표준편차는 MeOH 0.28%, EtOH 0.1%, IPA 0.1%, DMSO 0.07%로 기준(1~2%)을 만족하였다. 또한 반복성 실험에서 얻을 수 있는 표준편차의 4배(4σ_n-1=w_b)는 기준선 폭(w_b; width of baseline)으로 크로마토그래픽의 다른 항목인 이론단수{n; number of theoretical plates, n=16(t_R/W_b)2} 및 분리능{Rs; resolution, Rs=2(t_R2-t_R1)/(W_b1+W_b2)}을 계산하기 위하여 사용된다.

< CH₄ t_R과 ln t_R(DMSO) 적합성 검토 및 본 방법(log t_R(DMSO))과의 비교 >

GC의 FID를 사용 시 CH₄는 유일한 신호(Signal)를 보이므로 t_O 결정을 위한 Marker로 많은 논문에서 사용하였지만, 이동상의 흐름속도나 온도의 변화에 유사한 약점을 보이므로 사용에 조심을 기하여야 한다. 주어진 동일한 조건으로 불감시간 t_O를 구하기 위해 직접법이나 간접법이 사용되지만 모든 방법이 같은 값을 산출하지는 않는다. 직접적인 방법으로 불감시간 t_O를 구하기 위해 CH₄를 사용하지만 실제로 정지상에 머무르는 물질은 거의 없으므로 이 값도 의심스럽다. 비교물질로 CH₄를 사용하여 실험을 하였다. CH₄의 t_R인 3.251분을 불감시간 t_O로 설정하여 각 알코올의 용량인자(k‘=t_R'/t_O)를 계산 시 MeOH 0.091, EtOH 0.197, IPA 0.296로 k'의 일반기준인 1<k'<10 또는 2<k'<8을 만족하지 못하였다. DMSO의 t_R을 자연로그화한 ln t_R(DMSO)을 t_O=2.256로 했을 때도 MeOH 0.572, EtOH 0.725, IPA 0.867로 k'의 일반기준인 1<k'<10을 만족하지 못하였다. 그러나 본 발명의 실시예에 따라 수식 log t_R(DMSO)로 계산된 log 9.551 = 0.980 min를 이용하여 계산된 k’값은 MeOH 2.620, EtOH 2.971, IPA 3.298로 k'의 일반기준인 1<k'<10을 만족하였다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 적합한 불감시간 t_O가 결정되어 그에 연관된 k' 값도 적합한 수준인 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예와 같이 분리물질보다 용매가 뒤에서 용출되는 계에서 불감시간 t_O를 구하기 위하여 CH₄ t_R이나 ln t_R(DMSO)를 적용하는 것보다 log t_R(DMSO)를 적용하는 것이 더 적합한 것을 알 수 있다. 또한 분리인자(α)는 이웃한 두 크로마토그램의 상대적 머무름 비로, 적합한 t_R'이나 k'로 계산되어야 한다. α의 일반적 적합한 범위는 1<α이고, 그 결과는 표 3에서 확인할 수 있다.

(표 3: Comparison of t_R', k' and α value according to CH₄ t_R, ln t_R(DMSO) and log t_R(DMSO))

< 분석 조건 변화에 따른 k'와 α의 비교>

분리물질의 t_R도 분석조건의 변화에 따라 조금씩 변하고 이에 따라 k'값도 변한다 그러나 변화된 각 조건에서의 불감시간 t_O를 보정함으로서 t_R'과 k‘의 변화폭을 줄일 수 있어 변화된 조건에서의 객관적 비교가 가능하다. 이동상 흐름속도를 1.5→2.0→2.5ml/min로 변화 시 MeOH에 대하여 불감시간 t_O를 보정 안했을 때 머무름시간 t_R의 변화폭이 4.253→3.547→3.100으로 1.153 변화하였으나 불감시간 t_O(1.018→0.982→0.956) 보정 시 조정된 머무름 시간 t_R'이 3.235→2.565→2.144로 1.091로, 변화폭이 0.062(1.153-1.091=0.062) 줄었다. EtOH에서는 2.219(4.620-3.383)에서 1.175(3.602-2.427)로 1.044 줄었고, IPA에서는 1.302(4.970-3.668)에서 1.24(3.952-2.712)로 0.062가 줄었다. 따라서 이 비율만큼 k'도 조정이 된다. 이 결과는 표 4에서 확인할 수 있다.

(표 4: Comparison of t_R', k' and α according to mobile phase change)

컬럼 온도를 35→45→55→65℃로 변화 시 MeOH는 머무름 시간 t_R이 0.285(3.672-3.390)에서 t_R'이 0.163(2.658-2.495)로 0.122가 조정되고, EtOH는 t_R이 0.545(4.118-3.573) 에서 t_R'이 0.428(3.104-2.676)로 0.117이 조정되고, IPA는 t_R이 0.763(4.545-3.782)에서 t_R'이 0.676(3.531-2.855)로 0.087이 조정되었다. 따라서 컬럼 온도 변화에 따른 k' 변화는 MeOH에서 2.658 → 2.612 → 2.675 → 2.779, EtOH에서는 3.061 → 2.942 → 2.930 → 2.983, IPA에서는 3.482 → 3.270 → 3.186 → 3.182로 변화폭이 매우 미미하여 분석 조건의 변화에 따른 K'를 비교하기가 가능하였다. 특히 흐름속도 변화보다 컬럼 온도 변화에 대해 안정적이었다. 이 결과는 표 5에서 확인할 수 있다.

(표 5: Comparison of t_R', k' and α according to mobile phase change)

이상과 같이, GC-OTC/FID 계에서 극성 용매(Alcohols)를 분리 분석하기 위하여 탈착 용매로 강력한 용해력을 가진 비양성자성인 DMSO(DImethyl sulfoxide)를 사용하였다. 이 계에서 알코올들 보다 비점이 높은 DMSO가 늦게 용출이 된다. 이런 계에서 크로마토그래픽 인자인 조정된 머무름 시간(t_R'=t_R-t_O)과 용량인자 {k'=(t_R-t_O)/t_O} 및 분리인자{α=(t_R2-t_O)/(t_R1-t_O)=k₂'/k₁'}를 구하기 위하여 불감시간(t_O)이 필요하다. 그러나 이런 계에서 t_O를 구하기 위한 보고가 현재까지 된바 없어 본 발명의 실시예에서는 아래와 같이 불감시간 t_O를 구하는 새로운 방법을 제안하였다.

1. 불감시간 t_O를 구하기 위하여 DMSO의 머무름 시간 t_R을 상용로그로 전환하였다{f(x) = log t_R(dMSO) = t_O, t_O = log 9.551 = 0.980}. 이 방법은 간접법을 활용한 수학적 전환으로 매우 쉽고 간편하다.

2. 본 발명의 실시예에 따른 불감시간 산출 방법의 적합여부를 확인하기 위하여 직접법에 사용되는 CH₄의 t_R과 디른 방법인 자연로그로의 전환 값{ln t_R(DMSO)}을 이용한 불감시간 t_O 산출값과 비교하였다. 세 방법 중 본 발명의 실시예에 따라 산출된 불감시간이 이와 연관된 t_R', k', α를 계산하는데 적합하였으며, 가스크로마토그래피의 인자기준인 1<k'<10, 1<α도 만족하였다.

3. 따라서 본 발명의 실시예와 유사한 계에서 사용된 용매의 불감시간 t_R을 상용로그로 전환한 값을 불감시간 t_O로 하면{t_O=log t_R(solvent)} 유사한 계의 크로마토그래픽 인자인 t_R', k' 및 α 계산에 유용하게 활용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법 중 적어도 일부는 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

100: 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치
120: 가스크로마토그래피 컬럼
140: 검출기
160: 불감시간 산출부

Claims

분석대상 물질을 가스크로마토그래피에 의해 분석하기 위한 불감시간을 산출하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법에 있어서,
검출기에 의해, 가스크로마토그래피 컬럼에서 상기 분석대상 물질과 완전 분리되어 용출되고 상기 분석대상 물질보다 늦게 용출되는 용매의 머무름 시간을 검출하는 단계; 및
불감시간 산출부에 의해, 상기 검출기에 의해 검출된 상기 용매의 머무름 시간을 기반으로, 상기 분석대상 물질을 분석하기 위한 상기 불감시간을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 불감시간을 산출하는 단계는,
상기 용매의 머무름 시간의 로그 값을 산출하고 상기 용매의 머무름 시간의 로그 값을 상기 불감시간으로 결정하는 단계를 포함하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법.
제1항에 있어서,
상기 용매는 비양성자성 탈착 용매를 포함하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법.
제1항에 있어서,
상기 용매는 다이메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide) 용매를 포함하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법.
제1항에 있어서,
상기 가스크로마토그래피 컬럼은 개방관 컬럼(Open Tubular Column)인 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법.
제1항에 있어서,
상기 검출기는 불꽃 이온화 검출기(Flame Ionization Detector)를 포함하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법.
제1항에 있어서,
상기 분석대상 물질은 극성 물질을 포함하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법.
제6항에 있어서,
상기 분석대상 물질은 알코올을 포함하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 불감시간을 산출하는 단계는, 상기 용매의 머무름 시간의 상용로그 값을 상기 불감시간으로 결정하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 방법.
분석대상 물질을 가스크로마토그래피에 의해 분석하기 위한 불감시간을 산출하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치에 있어서,
가스크로마토그래피 컬럼에서 상기 분석대상 물질과 완전 분리되어 용출되고 상기 분석대상 물질보다 늦게 용출되는 용매의 머무름 시간을 검출하는 검출기; 및
상기 검출기에 의해 검출된 상기 용매의 머무름 시간을 기반으로, 상기 분석대상 물질을 분석하기 위한 상기 불감시간을 산출하는 불감시간 산출부를 포함하고,
상기 불감시간 산출부는,
상기 용매의 머무름 시간의 로그 값을 산출하고, 상기 용매의 머무름 시간의 로그 값을 상기 불감시간으로 결정하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치.
제10항에 있어서,
상기 가스크로마토그래피 컬럼은 개방관 컬럼(Open Tubular Column)이고, 상기 분석대상 물질은 극성 물질을 포함하고, 상기 용매는 다이메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide) 용매를 포함하고, 상기 검출기는 불꽃 이온화 검출기(Flame Ionization Detector)를 포함하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치.
삭제
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 불감시간 산출부는, 상기 용매의 머무름 시간의 상용로그 값을 상기 불감시간으로 결정하는 가스크로마토그래피의 불감시간 산출 장치.