KR102629017B1 - 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법 - Google Patents
고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102629017B1 KR102629017B1 KR1020210140233A KR20210140233A KR102629017B1 KR 102629017 B1 KR102629017 B1 KR 102629017B1 KR 1020210140233 A KR1020210140233 A KR 1020210140233A KR 20210140233 A KR20210140233 A KR 20210140233A KR 102629017 B1 KR102629017 B1 KR 102629017B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- column
- manufacturing
- thin film
- sputter
- electrode
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 97
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 97
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 52
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000010622 cold drawing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 11
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 230000008520 organization Effects 0.000 abstract 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 22
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 21
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 20
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 20
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 19
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 19
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 19
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 8
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- JJJKYGXVJDTRIF-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Sn].[Zn] Chemical compound [Mg].[Sn].[Zn] JJJKYGXVJDTRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 2
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 2
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000001542 size-exclusion chromatography Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 2
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282342 Martes americana Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RRXGIIMOBNNXDK-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Sn] Chemical compound [Mg].[Sn] RRXGIIMOBNNXDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 1
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 1
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- KBPHJBAIARWVSC-RGZFRNHPSA-N lutein Chemical compound C([C@H](O)CC=1C)C(C)(C)C=1\C=C\C(\C)=C\C=C\C(\C)=C\C=C\C=C(/C)\C=C\C=C(/C)\C=C\[C@H]1C(C)=C[C@H](O)CC1(C)C KBPHJBAIARWVSC-RGZFRNHPSA-N 0.000 description 1
- 229960005375 lutein Drugs 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- KBPHJBAIARWVSC-XQIHNALSSA-N trans-lutein Natural products CC(=C/C=C/C=C(C)/C=C/C=C(C)/C=C/C1=C(C)CC(O)CC1(C)C)C=CC=C(/C)C=CC2C(=CC(O)CC2(C)C)C KBPHJBAIARWVSC-XQIHNALSSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 230000002087 whitening effect Effects 0.000 description 1
- FJHBOVDFOQMZRV-XQIHNALSSA-N xanthophyll Natural products CC(=C/C=C/C=C(C)/C=C/C=C(C)/C=C/C1=C(C)CC(O)CC1(C)C)C=CC=C(/C)C=CC2C=C(C)C(O)CC2(C)C FJHBOVDFOQMZRV-XQIHNALSSA-N 0.000 description 1
- 235000008210 xanthophylls Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/04—Preparation or injection of sample to be analysed
- G01N30/06—Preparation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N2030/022—Column chromatography characterised by the kind of separation mechanism
- G01N2030/027—Liquid chromatography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/04—Preparation or injection of sample to be analysed
- G01N30/06—Preparation
- G01N2030/062—Preparation extracting sample from raw material
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
본 발명은 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법에 관한 것으로, 스테인리스 스틸 소재를 콜드 필거 밀을 이용하여 냉간 압연하여 1차 컬럼을 제조하는 단계; 1차 컬럼을 냉간 인발하여 1차 컬럼보다 직경이 작은 2차 컬럼을 제조하는 단계; 외면 둘레를 따라 지그가 설치된 전극봉이 배치된 상태에서 표면처리용액이 수용되는 처리조에, 2차 컬럼을 전극봉의 외부에 지그에 의해 전극봉의 표면으로부터 이격되게 설치한 후 전해 연마함으로써, 2차 컬럼의 내면에 보호 박막이 형성된 3차 컬럼을 제조하는 단계; 3차 컬럼의 양단에 고성능 액체 크로마토그래피 장비의 인젝터와 디텍터 사이에 체결될 수 있는 나사산을 가공하여 4차 컬럼을 제조하는 단계; 1종 이상의 금속 분말을 스퍼터 건에 장착하고, 스퍼터 공간에 반응 가스를 유입하면서 금속 분말에 전력을 인가하며 스퍼터 공간에 플라즈마 분위기를 형성하여 금속 분말을 스퍼터링함으로써, 외면에 금속 박막이 형성된 5차 컬럼을 제조하는 단계; 5차 컬럼을 나선형 코일과, 나선형 코일의 단부에 길이방향으로 연장된 직선형 코일이 교번하여 배치된 승온코일라인의 내부로 통과시키면서 6차 컬럼을 제조하되, 보호 박막 및 금속 박막을 6차 컬럼의 조직에 일체화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고성능 액체 크로마토그래피 컬럼에 사용되는 관을 제조하는 방법에 관한 것이다.
크로마토그래피(chromatography)는 20세기 초 러시아의 식물학자 Tswett이 액체 이동상을 사용하여 클로로필과 크산토필과 같은 식물성 염료를 분리하기 위해 발명한 것으로, 크로마토그래피의 시작은 액체 크로마토그래피(liquid chromatography, LC)라 할 수 있다. 이동상을 액체로 사용하는 액체 크로마토그래피에는 고성능 액체 크로마토그래피(high performance liquid chromatography, HPLC) 이외에 크기 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography, SEC)와 이온 교환 크로마토그래피(ion exchange chromatography, IEC 혹은 ion chromatography, IC)가 있다.
그중 고성능 액체 크로마토그래피는 혼합물인 시료를 고정상과 액체 이동상 사이의 물리 화학적인 반응성의 차이를 이용하여 단일성분으로 분리하여 분석하는 방법으로, 분석할 수 있는 분자량의 제한이 없기 때문에 기체 크로마토그래피에 적용하기 곤란한 비휘발성 시료를 분석할 수 있을 뿐 아니라 분자량이 큰 시료도 분석이 가능하고, 한 번 분석한 시료도 회수할 수 있는 장점이 있다.
고성능 액체 크로마토그래피에 사용되는 컬럼은 고압에서 견디고 비활성이어야 하므로 보통 스테인리스 스틸로 관 형태으로 제조되고 있다. 컬럼은 분석 컬럼인 주 컬럼(main column)과 보호 컬럼(guard column)으로 구분되는데, 분석 컬럼의 길이는 보통 10 내지 30cm 정도이고 필요한 경우 2개 이상을 연결하여 사용한다. 보호 컬럼은 보조 컬럼으로 주 컬럼인 분석 컬럼을 보호하기 위해 분석 컬럼 전단에 연결하여 사용하는 것으로, 보호 컬럼에서 용매에서 들어오는 입자성 물질과 오염 물질을 제거하며 정지상에서 비가역적으로 결합되는 성분을 제거한다. 보통 분석 컬럼의 충전제와 동일한 충전제를 보호 컬럼에서도 사용하고 있다.
고성능 액체 크로마토그래피를 이용하여 혼합물을 분리할 때, 대부분 사용할 컬럼을 먼저 결정한 후 다른 분석 조건을 조정하는 방식으로 이루어지고 있는데, 상기에서 알 수 있듯이 컬럼의 사용이 혼합물의 분리 분석 결과에 큰 영향을 미치고 있음에도 불구하고 컬럼을 고순도로 표준화되게 제조할 수 있는 방법이 알려져 있지 않다.
특히 컬럼의 소재로 많이 사용되고 있는 스테인리스 스틸의 경우 내식성이 좋긴 하나, 고성능 액체 크로마토그래피에 분석되는 혼합물의 예상치 못한 영향으로 부식이 발생되거나 컬럼 표면에 불량이 발생할 수 있어 고성능 액체 크로마토그래피의 분석 성능에 악영향을 미칠 수 있는 문제점이 있다.
따라서 높은 컬럼 분리 효율을 가지면서 제품성이 향상되어 표준화될 수 있는 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼을 제조할 수 있는 새로운 방법이 절실히 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 높은 컬럼 분리 효율을 가지면서 제품성이 향상되어 표준화될 수 있는 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 스테인리스 스틸 소재를 콜드 필거 밀(cold pilger mill)을 이용하여 냉간 압연하여 이음매 없는 1차 컬럼을 제조하는 단계; 상기 1차 컬럼을 냉간 인발(cold drwaing)하여 상기 1차 컬럼보다 직경이 작은 2차 컬럼을 제조하는 단계; 외면 둘레를 따라 지그가 설치된 전극봉이 배치된 상태에서 탈이온수 5 내지 15중량%, 황산 25 내지 35중량% 및 인산 55 내지 65%를 혼합하여 형성된 표면처리용액이 수용되는 처리조에, 상기 2차 컬럼을 상기 전극봉의 외부에 상기 지그에 의해 상기 전극봉의 표면으로부터 5 내지 10mm 범위로 이격되게 설치한 후 전해 연마함으로써, 상기 2차 컬럼의 내면에 보호 박막이 형성된 3차 컬럼을 제조하는 단계; 상기 3차 컬럼의 양단에 고성능 액체 크로마토그래피 장비의 인젝터와 디텍터 사이에 체결될 수 있는 나사산을 가공하여 4차 컬럼을 제조하는 단계; 상기 4차 컬럼을 스퍼터 공간에 배치한 상태에서, 1종 이상의 금속 분말을 스퍼터 건에 장착하고, 상기 스퍼터 공간에 반응 가스를 유입하면서 상기 금속 분말에 전력을 인가하며 상기 스퍼터 공간에 플라즈마 분위기를 형성하여 상기 금속 분말을 스퍼터링함으로써, 외면에 금속 박막이 형성된 5차 컬럼을 제조하는 단계; 및 상기 5차 컬럼을 나선형 코일과, 상기 나선형 코일의 단부에 길이방향으로 연장된 직선형 코일이 교번하여 배치된 승온코일라인의 내부로 통과시키면서 6차 컬럼을 제조하되, 상기 보호 박막 및 상기 금속 박막을 상기 6차 컬럼의 조직에 일체화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법을 제공한다.
바람직하게는 상기 3차 컬럼을 제조하는 단계는, 상기 보호 박막이 0.01 내지 0.2 범위의 내면 조도(Ra)를 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 5차 컬럼을 제조하는 단계는, 상기 스퍼터링은, 제1스퍼터 건 및 제2스퍼터 건을 포함하는 듀얼 스퍼터 건을 이용하여 실시되며, 상기 4차 컬럼의 외면으로부터 상기 제1스퍼터 건 및 제2스퍼터 건의 이격 거리를 제어하여 상기 금속 박막의 두께를 조절하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 6차 컬럼을 제조하는 단계는, 상기 승온코일라인의 내부에 배치된 상기 나선형 코일 및 상기 직선형 코일의 상부로 상기 5차 컬럼을 통과시키되, 상기 나선형 코일 및 상기 직선형 코일을 승강 또는 하강시켜 상기 5차 컬럼과의 간격을 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따르면, 혼합물의 분리 효율을 극대화시켜, 즉 혼합물 내 성분들 각각의 머무름 시간을 더욱 명확하게 분리할 수 있으므로 디텍터에서 정성적 및 정량적 분석을 정확하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 콜드 필거 밀링을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 냉간 인발을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 보호 박막이 형성되는 과정을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 전극봉을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 전해 연마 시 전류밀도와 표면 조도 간의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 전해 연마 시 처리시간과 표면 조도 간의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 전해 연마 시 표면처리용액 온도와 표면 조도 간의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 나사산(screw thread)이 가공되는 모습을 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 홈(groove)이 가공되는 모습을 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명에 따른 스퍼터 건을 이용한 스퍼터링 증착 과정을 나타낸 예시도.
도 11은 본 발명에 따른 듀얼 스퍼터 건을 이용한 스퍼터링 증착 과정을 나타낸 예시도.
도 12는 본 발명에 따른 승온코일라인을 나타낸 예시도.
도 13은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 냉간 인발을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 보호 박막이 형성되는 과정을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 전극봉을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 전해 연마 시 전류밀도와 표면 조도 간의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 전해 연마 시 처리시간과 표면 조도 간의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 전해 연마 시 표면처리용액 온도와 표면 조도 간의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 나사산(screw thread)이 가공되는 모습을 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 홈(groove)이 가공되는 모습을 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명에 따른 스퍼터 건을 이용한 스퍼터링 증착 과정을 나타낸 예시도.
도 11은 본 발명에 따른 듀얼 스퍼터 건을 이용한 스퍼터링 증착 과정을 나타낸 예시도.
도 12는 본 발명에 따른 승온코일라인을 나타낸 예시도.
도 13은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼을 나타낸 예시도.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼용 관의 제조방법에 관한 것으로, 스테인리스 스틸 소재를 콜드 필거 밀(cold pilger mill)을 이용하여 냉간 압연하여 이음매 없는 1차 컬럼을 제조하는 단계(S10)와, 1차 컬럼을 냉간 인발(cold drwaing)하여 1차 컬럼보다 직경이 작은 2차 컬럼을 제조하는 단계(S20)와, 외면 둘레를 따라 지그가 설치된 전극봉(100)이 배치된 상태에서 탈이온수 5 내지 15중량%, 황산 25 내지 35중량% 및 인산 55 내지 65%를 혼합하여 형성된 표면처리용액이 수용되는 처리조에, 2차 컬럼을 전극봉(100)의 외부에 지그에 의해 전극봉(100)의 표면으로부터 5 내지 10mm 범위로 이격되게 설치한 후 전해 연마함으로써, 2차 컬럼의 내면에 보호 박막이 형성된 3차 컬럼을 제조하는 단계(S30)와, 3차 컬럼의 양단에 고성능 액체 크로마토그래피 장비의 인젝터와 디텍터 사이에 체결될 수 있는 나사산을 가공하여 4차 컬럼을 제조하는 단계(S40)와, 4차 컬럼을 스퍼터 공간에 배치한 상태에서, 1종 이상의 금속 분말을 스퍼터 건에 장착하고, 스퍼터 공간에 반응 가스를 유입하면서 금속 분말에 전력을 인가하며 스퍼터 공간에 플라즈마 분위기를 형성하여 금속 분말을 스퍼터링함으로써, 외면에 금속 박막이 형성된 5차 컬럼을 제조하는 단계(S50)와, 5차 컬럼을 나선형 코일과, 나선형 코일의 단부에 길이방향으로 연장된 직선형 코일이 교번하여 배치된 승온코일라인의 내부로 통과시키면서 6차 컬럼을 제조하되, 보호 박막 및 금속 박막을 6차 컬럼의 조직에 일체화시키는 단계(S60)를 포함하여 이루어진다.
상술한 제조방법에 따르면 먼저, 스테인리스 스틸 소재를 콜드 필거 밀(cold pilger mill)을 이용하여 냉간 압연하여 이음매 없는 1차 컬럼을 제조한다(S10).
설명에 앞서, 스테인리스 스틸은 크롬(Cr)을 18% 이상 함유하여 내식성이 우수한 강재를 의미하는데, 이러한 스테인리스 스틸은 화학 성분이나 금속학적 조직에 따라 오스테나이트계, 폐라이트계, 석출강화계, 마르텐사이트계 및 듀플렉스계로 분류되고, 본 발명에서 적용되는 스테인리스 스틸은 상술한 종류 뿐만 아니라 고성능 액체 크로마토그래피에 적용할 수 있는 것이라면 다양하게 사용 가능하다.
콜드 필거 밀은 이음매 없는 1차 컬럼을 제조하기 위한 냉간 가공으로, 스테인리스 스틸 소재의 직경과 벽 두께를 줄이는 압연 공정이라 할 수 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 콜드 필거 밀링을 예시도로 나타낸 도 1에서와 같이, 스테인리스 스틸 소재는 상하부에 한 쌍으로 배치되어 회전되고 있는 롤을 통과하면서 1차 컬럼 형상으로 제조할 수 있다.
스테인리스 스틸 소재는 중앙에 중공부가 형성된 반제품으로 제공될 수 있는데, 이러한 스테인리스 스틸 소재가 콜드 필거 밀링되는 동안 압축 응력에 의해 중공부가 변형되어 1차 컬럼의 두께 및 직경을 조절할 수 있다. 즉 상하부의 롤이 회전되면서 맨드릴에 따라 스테인리스 스틸 소재가 전진 및 후퇴를 반복하는 콜드 필거 밀링 시, 스테인리스 스틸 소재의 이동되는 방향으로 직경이 점차 감소하는 맨드릴을 통해 스테인리스 스틸 소재가 밀리게 되고, 이로 인해 1차 컬럼의 외경이 설정될 수 있게 된다.
다음으로, 1차 컬럼을 냉간 인발(cold drwaing)하여 1차 컬럼보다 직경이 작은 2차 컬럼을 제조한다(S20).
관련하여, 도 2는 본 발명에 따른 냉간 인발을 예시도로 나타낸 것으로, 도 2를 참조하면 다이를 향하여 1차 컬럼이 인입되고, 다이의 인장력을 통하여 1차 컬럼의 단면적을 감소시킨 2차 컬럼을 형성할 수 있다. 냉간 인발 시 별도의 가열이 필요 없어, 온도 조건을 설정해 주지 않아도 되므로 공정상 효율성을 달성할 수 있다.
다음으로, 외면 둘레를 따라 지그가 설치된 전극봉(100)이 배치된 상태에서 탈이온수 5 내지 15중량%, 황산 25 내지 35중량% 및 인산 55 내지 65%를 혼합하여 형성된 표면처리용액이 수용되는 처리조에, 2차 컬럼을 전극봉(100)의 외부에 지그에 의해 전극봉(100)의 표면으로부터 5 내지 10mm 범위로 이격되게 설치한 후 전해 연마함으로써, 2차 컬럼의 내면에 보호 박막이 형성된 3차 컬럼을 제조한다(S30).
도 3은 본 발명에 따른 보호 박막이 형성되는 과정을 예시도로 나타낸 것으로, 2차 컬럼 내면을 표면 처리하는 것임을 확인할 수 있다. 즉 2차 컬럼 내면의 초기 표면은 불균일하고, 전해 연마가 60% 진행되더다 2차 컬럼 내면의 표면 처리가 100% 완료되면서 3차 컬럼의 내면에 보호 박막이 형성될 수 있다. 보호 박막 형성 시 발생될 수 있는 가스의 배출을 용이하게 할 수 있도록 2차 컬럼의 각도를 조절해 주는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 전극봉(100)을 예시도로 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이 전극봉(100)은 표면처리용액이 수용된 처리조에 배치되되, 2차 컬럼의 내부에 일정 간격 이격된 상태로 2차 컬럼과 비접촉되도록 설치한다. 전극봉(100)은 처리조의 바닥면에 수직으로 설치될 수 있으며, 경우에 따라 처리조의 양측면에 전극봉(100)을 거치한 상태로 설치될 수도 있다.
표면처리용액은 처리조 내에 자동 채움 또는 자동 배출이 가능하고, 순환펌프에 의해 처리조 내에서 표면처리용액의 순환이 가능하도록 함으로써 전해 연마 효율을 높일 수 있다.
전극봉(100)의 경우 부식 저항이 강하고 전기전도성이 우수하여 전류 공급이 가능한 은(Ag), 구리(Cu) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 재질로 이루어질 수 있으며, 300 내지 500mm 길이를 가질 수 있다. 전극봉(100)의 길이가 300mm 미만이면 2차 컬럼의 내면을 전해 연마하는데 많은 시간이 소모되는 단점이 있고, 500mm를 초과하면 전해 연마 효율이 증가할 수는 있으나, 전극봉(100)이 배치되는 처리조의 크기가 커져야만 해서 공간 비효율성을 갖는 단점이 있다.
2차 컬럼과 전극봉(100)의 사이는 5 내지 10mm 범위의 이격 공간이 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 이를 위해 전극봉(100)의 외면 둘레를 따라 지그(110)가 일정 간격으로 복수 개 설치될 수 있다. 이는 2차 컬럼의 내면과 전극봉(100) 간에 직접적으로 접촉됨에 따라 발생될 수 있는 전기 쇼트를 방지하기 위함이고, 만약 전극봉(100)의 외면과 2차 컬럼의 내면 사이가 아주 근접하게 되어 버리면 방전현상 발생으로 스파크가 생겨 2차 컬럼 내면에 움푹 패이는 현상이 나타날 수 있다. 지그(110)의 경우 부식 저항이 강하면서 전기전도성이 없는 절연재인 것이 바람직하다. 절연재의 예로는 테프론(teflon), 실리콘, PVC 및 절연고무 중 어느 하나 이상이 될 수 있다.
표면처리용액은 양극인 2차 컬럼과 음극인 전극봉(100) 사이에 공급되는 전해액으로써, 2차 컬럼 내면의 용해를 일으키는 역할을 하며, 탈이온수 5 내지 15중량%, 황산 25 내지 35중량% 및 인산 55 내지 65중량%를 혼합하여 형성될 수 있다.
황산이 25중량% 미만이거나 인산이 55중량% 미만이면 2차 컬럼 내면에 충분한 용해가 되지 않아 전해 연마가 원활하게 이루어지지 못하고, 황산이 35중량%를 초과하거나 인산이 65중량%를 초과하면 오히려 그 이하의 양을 혼합한 경우와 대비하여 탁월한 전해 연마 효율이 나타나지 않는 단점이 있다.
탈이온수의 경우 5중량% 미만으로 혼합되면 황산과 인산과 같은 산이 발열 반응을 일으키며, 또한 표면처리용액의 양이 부족해져 전해 연마 과정 중 전극봉(100)이 손상되면서 가스 발생이 유발된다. 반면, 탈이온수가 15중량%를 초과하면 전해 연마 효율을 낮추는 단점이 있다.
필요에 따라 탈이온수 5 내지 15중량%, 황산 25 내지 35중량% 및 인산 55 내지 65중량%를 혼합하여 형성되는 표면처리용액 100중량부에 대하여 크롬이 1 내지 10중량부가 더 혼합될 수 있다. 크롬은 3차 컬럼의 내면에 내부식성, 고강도 및 고광택을 부여하기 위한 것으로, 크롬 혼합 시 크롬 보호 박막 즉, 크롬 산화 박막이 될 수 있다. 크롬이 표면처리용액 100중량부에 대해 1중량부 미만으로 혼합되면 3차 컬럼의 내면에 내부식성, 고강도 및 고광택을 부여하기에 미미한 양이고, 10중량부를 초과하여 혼합되면 전해 연마 효율을 저하시키는 단점이 발생한다.
도 5는 본 발명에 따른 전해 연마 시 전류밀도와 표면 조도 간의 상관관계를 그래프로 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 전류밀도가 높을수록 3차 컬럼 내면의 조도 즉, 거칠기가 점점 감소함을 알 수 있다. 전해 연마할 때 5A/cm2 미만의 전류를 인가하게 되면 전류밀도 부족으로 3차 컬럼의 내면에 백화현상을 유발하고, 3차 컬럼 내면에 일정한 표면 거칠기를 형성할 수 없어 균일한 보호 박막이 만들어질 수 없기 때문에 부식 발생을 피할 수 없다. 이와 달리 20A/cm2를 초과하는 전류를 인가하면 순간적으로 전기 쇼트가 발생되므로 바람직하지 않다. 이에 따라 전해 연마 시 5 내지 20A/cm2의 전류를 인가하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 전해 연마 시 처리시간과 표면 조도 간의 상관관계를 그래프로 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 전해 연마 처리시간과, 이에 따른 3차 컬럼 내면의 표면 거칠기 간의 상관관계를 확인할 수 있는 바, 전해 연마 처리시간이 길어질수록 3차 컬럼 내면의 거칠기는 감소함을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 전해 연마 시 표면처리용액 온도와 표면 조도 간의 상관관계를 그래프로 나타낸 것이다. 도 7을 참조하면, 표면처리용액의 온도가 상승할수록 3차 컬럼 내면의 표면 거칠기가 감소하는 추세를 보이다가 80℃를 초과하는 표면처리용액의 온도에서는 오히려 표면 거칠기가 증가됨을 알 수 있다.
도 7의 결과에 의하면, 전해 연마 시 표면처리용액은 60 내지 80℃ 범위의 온도로 유지되는 것이 바람직하다. 표면처리용액이 60 내지 80℃에서 점성이 점차 상승되고, 이에 따라 3차 컬럼의 내면에 보호 박막을 형성시켜 돌출된 부분만을 먼저 용해시킬 수 있는 선택적 용해가 진행될 수 있으므로, 3차 컬럼 내면의 평탄화 가공성을 높일 수 있게 된다. 만약 표면처리용액이 60℃ 미만의 조건이면 표면처리용액의 점도를 적절하게 조절하는데 많이 시간이 걸리며, 80℃를 초과하면 전해 연마 과정에서 산에 의한 펌핑 현상이 발생할 수 있어 공정 안전에 바람직하지 않다. 단, 전해 연마가 진행되는 동안 표면처리용액의 온도가 점점 높아지면서 80℃를 초과하게 되면 가공 효율이 저하되고 연마 효율 또한 저하되므로, 처리조 내에 냉각장치를 설치하여 표면처리용액의 온도를 조절하는 것이 바람직하다.
전해 연마가 완료된 후 파티클과 불순물을 제거하기 위해 3차 컬럼을 초음파 세척함으로써 본 단계를 마무리할 수 있다. 초음파 세척은 1,200W를 기준으로 5 내지 100%까지 초음파 발생 출력을 조절할 수 있으며, 15 내지 60kHz의 주파수로 조절할 수 있다.
이러한 과정으로 전해 연마된 3차 컬럼 내면의 보호 박막은 0.01 내지 0.2 범위의 내면 조도(Ra)를 가질 수 있게 된다. 즉 3차 컬럼 내면에는 0.01 내지 0.2㎛ 범위의 미세한 요철을 제공할 수 있으며, 0.01㎛ 미만이면 고성능 액체 크로마토그래피에 분석되는 혼합물의 예상치 못한 영향으로 컬럼 내면에 부식이 발생되거나 이로 인해 내부 표면에 불량이 쉽게 발생할 수 있어 바람직하지 않다. 이와 달리 3차 컬럼 내면의 보호 박막이 갖는 조도가 0.2㎛를 초과하면 실리카, 이온교환수지, 폴리머 등과 같은 충전제들이 본연의 역할을 하는데 방해가 될 수 있어 바람직하지 않다.
다음으로, 3차 컬럼의 양단에 고성능 액체 크로마토그래피 장비의 인젝터와 디텍터 사이에 체결될 수 있는 나사산을 가공하여 4차 컬럼을 제조한다(S40).
우선 도 8은 본 발명에 따른 나사산(screw thread)이 가공되는 모습을 예시도로 나타낸 것인데, 도 8을 참조하면 최종 완성되는 컬럼의 양단이 고성능 액체 크로마토그래피 장비의 인젝터와 디텍터 사이에 설치 가능하도록, 3차 컬럼의 양단에 나사산을 가공할 수 있음을 알 수 있다.
경우에 따라, 본 발명에 따른 홈(groove)이 가공되는 모습을 예시도로 나타낸 도 9에 도시된 바와 같이 렌치를 이용하여 고성능 액체 크로마토그래피 장비에 부착될 수 있도록 3차 컬럼에 엔드 밀로 홈을 만들어 줄 수 있다.
다음으로, 4차 컬럼을 스퍼터 공간에 배치한 상태에서, 1종 이상의 금속 분말을 스퍼터 건에 장착하고, 스퍼터 공간에 반응 가스를 유입하면서 금속 분말에 전력을 인가하며 스퍼터 공간에 플라즈마 분위기를 형성하여 금속 분말을 스퍼터링함으로써, 외면에 금속 박막이 형성된 5차 컬럼을 제조한다(S50).
스퍼터링을 하기에 앞서, 4차 컬럼의 외부 표면에 레이저를 조사하여 마이크로 크기의 거칠기 패턴을 형성한 후, 마이크로 거칠기 패턴 상에 전기화학적 에칭하여 나노 크기의 거칠기 패턴을 형성함으로써 4차 컬럼의 표면에 복합 구조의 패턴층을 형성할 수 있다.
이처럼 4차 컬럼의 표면에 레이저 조사 및 전기화학적 에칭을 통하여 마이크로 거칠기 패턴과 나노 거칠기 패턴을 함께 형성함으로써, 스퍼터링으로 5차 컬럼의 표면에 증착되는 금속 박막과의 융합 특성이 좋아지는 장점이 있다. 4차 컬럼 표면에 마이크로 거칠기 패턴과 나노 거칠기 패턴이 복합적으로 형성되면 4차 컬럼의 표면적이 증가하게 되어 복합 구조의 패턴층과 금속 박막 간 네트워크 구조를 이루어 상호 간 결합이 유리할 수 있다.
마이크로 거칠기 패턴 형성 시, 마이크로(10-6)초, 나노(10-9)초, 피코(10-12)초, 펨토(10-15)초 및 아토(10-18)초 중 어느 하나 이상의 펄스 폭 레이저빔으로 조사할 수 있으며, 그중 펨토초 펄스 레이저는 초고속성과 초고전자계에 특징이 있어 4차 컬럼의 표면 가공에 유리하다. 펨토초 펄스 레이저를 이용하면, 레이저의 강도(W/cm2)가 높기 때문에 4차 컬럼의 표면을 상하지 않게 하면서도 마이크로 거칠기 패턴을 형성할 수 있게 된다. 펨토초 레이저는 10-15초의 아주 짧은 펄스 폭을 갖는 레이저로, 나노초 레이저보다 상대적으로 적은 에너지로도 큰 출력을 낼 수 있기 때문에, 4차 컬럼 표면에 가해지는 충격이 비교적 적어 견고한 마이크로 거칠기 패턴 형성을 가능하게 한다.
펨토초 레이저는 1 내지 5J/cm2의 에너지, 300 내지 350fs의 펄스 폭, 100 내지 180kHz의 펄스 반복률로 조사될 수 있다. 에너지가 1J/cm2를 초과하거나 펄스 폭이 350fs를 초과하거나 펄스 반복률이 180kHz를 초과하는 조건에서는 에너지 강도가 너무 세서 마이크로 거칠기 형성 정도가 불균일해지는 단점이 있다. 이와 같은 펨토초 레이저 조사 시 입자의 비산이 발생할 수 밖에 없는데, 이러한 입자가 4차 컬럼에 다시 부착되거나 축적되지 않도록 흡기를 실시하는 것이 바람직하다.
나노 거칠기 패턴 형성 시, 마이크로 거칠기 패턴이 형성된 4차 컬럼을 양극으로 하고, 백금(Pt), 은(Ag) 및 텅스텐(W) 중 어느 하나 이상의 금속을 음극으로 하여, 양극과 음극에 직류전압을 인가하여 양극을 산화시키게 되면 마이크로 거칠기 패턴 상에 나노 거칠기 패턴이 복합적으로 형성될 수 있다. 양극의 산화를 위해서는 레이저 조사를 통해 가공된 4차 컬럼과, 상대전극이 될 수 있는 금속을 전해액에 함침시켜 이루어질 수 있다. 이때 전해액 수용을 위해 대형 수조가 구비되는 것이 바람직하다.
마이크로 및 나노 거칠기 패턴 형성에 이어서, 금속 분말 자체를 스퍼터링 소재로 사용하여 소결과 같은 전처리를 하지 않고도, 4차 컬럼의 표면에 균일하고 우수한 특성의 금속 박막을 형성할 수 있으며, 이는 도 10 및 도 11을 통하여 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 스퍼터 건(200)을 이용한 스퍼터링 증착 과정을 예시도로 나타낸 것으로, 금속 분말을 스퍼터 건(200)에 도포를 통해 장착하고, 스퍼터 공간 내부에 반응 가스를 주입하면서 금속 분말에 전력을 인가하며 스퍼터 공간 내부에 플라즈마 분위기를 형성함으로 인해 금속 분말을 스퍼터링함으로써, 금속 분말과 대향되게 위치되는 4차 컬럼의 외부 표면에 금속 박막을 형성할 수 있게 된다. 단, 4차 컬럼의 균일한 금속 박막 형성을 위하여 4차 컬럼은 회전될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명에 따른 듀얼 스퍼터 건을 이용한 스퍼터링 증착 과정을 예시도로 나타낸 것이다. 도 11을 참조하면, 단일 스퍼터 건(200)을 이용하는 도 10에서와 달리 스퍼터 공간 내에서 제1스퍼터 건(210)과 제2스퍼터 건(220)을 포함하는 이중 스퍼터 장치를 이용하여 스퍼터링될 수도 있다. 제1스퍼터 건(210)에 장착되는 금속 분말의 조성과 제2스퍼터 건(220)에 장착되는 금속 분말의 조성을 달리 할 수 있게 되는 것이다.
회전되고 있는 5차 컬럼의 표면으로부터 제1스퍼터 건(210) 및 제2스퍼터 건(220)의 이격 거리를 제어한 후 배치함으로써 5차 컬럼의 표면 상에 형성되는 금속 박막의 두께를 조절할 수 있다. 다시 말해 제1스퍼터 건(210)을 통해 스퍼터링되는 금속 분말로 5차 컬럼 표면에 금속 박막을 형성한 후, 제2스퍼터 건(220)을 작동시켜 제1스퍼터 건(210)에 의해 형성된 금속 박막 상에 금속 분말이 이중 코팅될 수 있도록 함으로써, 금속 박막 두께를 조절할 수 있게 되는 것이다.
금속 분말은 5차 컬럼의 표면에 필요로 하는 조성으로 이루어진 1종 이상의 금속으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 아연(Zn), 주석(Sn), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 단, 금속 분말이 상술한 종류에 한정되는 것만은 아니고 스퍼터링에 의해 5차 컬럼의 표면에 박막 상태로 증착될 수 있도록 하는 금속이라면 한정하지 않기로 한다.
금속 분말의 경우 입도가 10 내지 100㎛ 크기인 것이 바람직한데, 금속 분말이 10㎛ 미만이면 금속 분말의 크기가 너무 작아 공정상 흩날림 발생으로 비효율적인 공정으로 이루어질 수 있으며, 금속 분말이 100㎛를 초과하면 크기가 너무 비대해져 금속 분말들 사이 사이에 빈 공간이 발생하여 스퍼터링 효율이 저하되는 단점이 있다.
스퍼터링을 위해 금속 분말을 균질화한 후 스퍼터 건(200)의 분말 장착부에 도포하여 장착시키는데, 스퍼터 건(200)에 장착되는 금속 분말은 펠릿 형태로 1 내지 10mm 두께로 장착되는 것이 바람직하다. 금속 분말이 1mm 두께 미만으로 장착되면 스퍼터링이 너무 일찍 끝나 금속 분말을 다시 장착해야 하는 교대 시간이 짧아지는 단점이 있어 공정상 번거로우며, 10mm를 초과하는 두께로 창착되면 금속 분말이 뭉친 상태로 5차 컬럼의 표면에 증착될 수 있으므로, 5차 컬럼의 표면에 증착되는 금속 박막의 두께가 불균해지는 단점이 있다.
스퍼터링의 경우, 방전류 0.1 내지 0.5A, 방전전압 100 내지 300V 조건으로 상온에서 1 내지 5mTorr Ar 분압 하에서 1분 내지 1시간 동안 이루어질 수 있다. 방전류가 0.1A 미만이거나 방전전압이 100V 미만이면 4차 컬럼의 표면에 금속 박막 증착이 충분히 이루어지지 못하고, 특히 방전전압이 100V 미만이 되면 전압이 충분하지 못하여 플라즈마가 꺼지게 된다. 방전류가 0.5A를 초과하거나 방전전압이 300V를 초과하게 되면 4차 컬럼 표면과 금속 분말이 과반응되어 오히려 스퍼터링 증착에 걸림돌이 될 수 있다.
2종 이상의 금속 분말을 사용하여 스퍼터링한 후, 이어서 180 내지 200℃ 조건으로 열처리하게 되면 2종 이상의 금속 분말 간 확산 이동이 이루어져 금속 분말 간에 상호 고용됨으로써, 금속 박막을 견고히 할 수 있다. 스퍼터링 후 180℃ 미만에서 열처리하는 경우 스퍼퍼링 후의 금속 박막을 견고히 해주기 어렵고, 금속 박막 내에 합금 형태의 금속을 형성하기 어려워진다. 반면, 200℃를 초과하는 조건에서 열처리하게 되면 금속 박막의 표면에 부분적인 박리 현상이 일어날 수 있어, 오히려 5차 컬럼 표면과 금속 박막 간의 밀착력이 감소되는 단점이 있다.
예컨대 금속 분말로 아연, 주석 및 마그네슘의 3원계를 사용한 경우 열처리를 통하여 아연과 마그네슘이 주석을 향해 확산 이동되고 주석이 아연과 마그네슘을 향해 확산 이동되는데, 이때 아연과 주석은 마그네슘과 결합된 상태에서 분리되지 않으므로, 최종 완성되는 컬럼의 표면에서 단계적 부식을 지연시킬 수 있다. 이를 위해 금속 분말은 아연 60 내지 90중량%, 주석 0.1 내지 30중량% 및 마그네슘 0.1 내지 10중량%로 구성될 수 있다.
아연은 최종 완성되는 컬럼의 표면을 보호하는 역할을 하므로, 60중량% 미만이면 컬럼의 수명을 연장해주기에 미미한 양이고, 90중량%를 초과하면 마그네슘과 결합되지 못하고 잔존하는 아연으로 인해 금속 박막 표면의 균일도를 향상시키기 어렵다.
주석은 쉽게 산화되지 않고 부식에 대한 저항성이 커서 합금의 부식을 방지해준다. 주석이 0.1중량% 미만이면 합금에 부분적으로 부식 발생이 초래될 수 있으며, 30중량%를 초과하게 되면 열에 노출 시 취성을 유발할 수 있으므로 바람직하지 않다.
마그네슘의 경우 아연의 내구성과 내식성으로 인하여 컬럼의 수명을 연장시킬 수 있게 해준다. 마그네슘이 0.1중량% 미만이면 스퍼터링을 통해 증착되는 금속 박막의 내구성과 내식성 향상에 도움이 되지 못할 뿐만 아니라, 마그네슘을 중심으로 아연과 주석이 서로 결합되지 못하여 금속 분말들 간에 상호 고용이 이루어지기 어려워진다. 반면, 마그네슘이 10중량%를 초과하면 기계적 성질에 의해 산화 요인이 될 수 있으므로 바람직하지 못하다.
열처리는 열을 가하여 특정 원자가 다른 원자 사이에 침투하여 합금이 형성될 수 있도록 열을 가하는 것으로, 침입형 고용화, 치환형 고용화 및 금속간 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 금속 박막이 형성될 수 있다. 앞서 예로 들었듯이, 열처리를 통해 아연 및 마그네슘은 주석을 향해 확산 이동하고, 주석은 아연 및 마그네슘을 향해 확산 이동하여 컬럼의 표면에 합금 형태의 금속 박막이 형성될 수 있는 것이다. 이렇게 형성된 합금 형태의 금속 박막에는 아연, 주석 및 마그네슘이 각각 존재하고, 일부가 고용화되어 아연-마그네슘-주석 합금이 존재할 수 있다. 이처럼 스퍼터링 후 열처리를 거치면 금속 박막에는 아연, 주석, 마그네슘 및 아연-마그네슘-주석 합금이 있으므로, 부식의 속도를 지연시킬 있어 외부 환경에도 영향을 받지 않고 내식성이 우수한 금속 박막을 얻을 수 있게 된다.
특히 마그네슘의 경우 부식 환경에서 빠르게 부식이 되어 버리는데, 마그네슘이 아연과 주석과 결합된 상태에서는 분리되지 않기 때문에, 부식 지연이 가능하다.
또는 경우에 따라, 제1스퍼터 건(210) 및 제2스퍼터 건(220)을 포함하는 듀얼 스퍼터 건을 이용하여 4차 컬럼의 표면에 단계적인 스퍼터링 증착도 가능하다. 앞서 설명한 바에 의하면 아연, 주석 및 마그네슘의 3원계 금속 분말을 혼합한 후 단일 스퍼터 건(200)에 장착하여 스퍼터링할 수 있다 하였으나, 듀얼 스퍼터 건을 사용하게 되는 경우 먼저, 제1스퍼터 건(210)에 아연 분말을 장착하여 4차 컬럼의 표면에 스퍼터링을 통해 아연 박막을 형성하고, 제1스퍼터 건(210)과 일정 간격 이격된 위치에 배치된 제2스퍼터 건(220)에 주석 및 마그네슘의 혼합 분말을 장착하여 아연 박막 상에 스퍼터링을 통해 주석-마그네슘 박막을 형성할 수도 있다.
이 경우, 단일 스퍼터 건(200)을 사용한 경우와 마찬가지로 스퍼터링 후의 열처리를 통해 아연과 마그네슘은 주석을 향해 확산 이동하고, 주석은 아연 및 마그네슘을 향해 확산 이동하여 결국에는 5차 컬럼의 표면에 합금 형태의 금속 박막이 형성될 수 있는 것이다.
이와 같은 스퍼터링 공정에 따르면 스퍼터링 중 미세한 특성 변화가 4차 컬럼에 중요한 영향을 미치는 것을 알 수 있으므로, 상술한 스퍼터링 공정을 통하여 금속 분말의 타겟(target) 안정성 및 고순도화를 달성할 수 있게 된다.
또한 스퍼터링을 위한 금속 분말의 펠릿 밀도를 높임으로써, 금속 분말 간의 기공을 최소화하여 고전압이 발생되는 스퍼터링 공정 중 아크 방전 발생으로 금속 박막 표면에 입자를 형성시킴에 의해 불순물 가스가 방출됨에 따라 금속 분말 표면에 예상치 못한 부식 형성을 예방할 수 있게 된다.
마지막으로, 5차 컬럼을 나선형 코일(310)과, 나선형 코일(310)의 단부에 길이방향으로 연장된 직선형 코일(320)이 교번하여 배치된 승온코일라인(300)의 내부로 통과시키면서 6차 컬럼을 제조하되, 보호 박막 및 금속 박막을 6차 컬럼의 조직에 일체화시킨다(S60).
도 12는 본 발명에 따른 승온코일라인(300)을 예시도로 나타낸 것으로, 도 12를 참조하면 나선형 코일(310)과, 나선형 코일(310)의 단부에 승온코일라인(300)의 길이방향으을 따라 연장 형성된 직선형 코일(320)이 교번하여 배치된 승온코일라인(300)의 내부로 5차 컬럼이 통과하면서, 6차 컬럼 및 6차 컬럼 내면의 보호 박막 뿐만 아니라, 6차 컬럼 및 6차 컬럼 외면의 금속 박막을 6차 컬럼의 조직에 일체화시켜 안정화될 수 있도록 한 것임을 알 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이 승온코일라인(300)의 내부에 배치된 나선형 코일(310) 및 직선형 코일(320)의 상부로 5차 컬럼을 통과시키되, 나선형 코일(310) 및 직선형 코일(320)을 구동부(미도시)를 통하여 승강 또는 하강시켜 5차 컬럼과의 간격을 조절할 수 있다. 이에 따라 나선형 코일(310) 및 직선형 코일(320)을 원하는 높이에 배치가 용이하며, 나선형 코일(310) 및 직선형 코일(320)과 5차 컬럼 간의 간격 조절로 5차 컬럼에 제공되는 온도를 조절할 수도 있다.
5차 컬럼은 승온코일라인(300)에 10 내지 12초 동안 유지되는 것이 바람직하다. 승온코일라인(300) 상에서 5차 컬럼이 10초 미만으로 홀딩되면 6차 컬럼, 보호 박막 및 금속 박막의 일체화되는데 부족하고, 오히려 순간적인 쇼트 발생으로 불필요한 불순물이 발생될 수 있다. 반면, 승온코일라인(300) 상에서 5차 컬럼이 12초를 초과하여 홀딩되면 그 이하의 시간으로 유지한 경우와 비교하여 더 탁월한 효과가 없다.
안정화 열처리 시 1,040 내지 1,100℃ 범위로 실시되는 것이 바람직하다. 이는 앞선 스퍼터링 후 열처리되는 180 내지 200℃ 범위보다 높은 온도로써, 1,040℃ 미만이면 6차 컬럼으로부터 보호 박막 및 금속 박막의 안정화를 이루기 부족한 온도이고, 1,100℃를 초과하면 오히려 물성 저하를 초래할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
도 13은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼을 예시도로 나타낸 것으로, 상기와 같은 방법으로 제조되는 고성능 액체 크로마토그래피의 컬럼용 관을 확인할 수 있다.
정리하면, 본 발명은 스테인리스 스틸 소재를 콜드 필거 밀을 이용하여 냉간 압연하여 이음매 없는 1차 컬럼을 제조하는 단계와, 1차 컬럼을 냉간 인발하여 1차 컬럼보다 직경이 작은 2차 컬럼을 제조하는 단계와, 2차 컬럼을 전해 연마하여 2차 컬럼의 내면에 보호 박막이 형성된 3차 컬럼을 제조하는 단계와, 3차 컬럼의 양단에 나사산을 가공하여 4차 컬럼을 제조하는 단계와, 4차 컬럼에 금속 분말을 이용해 스퍼터링하여 외면에 금속 박막이 형성된 5차 컬럼을 제조하는 단계와, 5차 컬럼을 승온코일라인의 내부로 통과시키면서 보호 박막 및 금속 박막을 6차 컬럼의 조직에 일체화시키는 단계를 통하여 컬럼용 관을 제조할 수 있는 특징이 있다.
상술한 본 발명의 특징에 따르면, 컬럼의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 혼합물의 분리 효율을 극대화시킴으로써, 혼합물 내 성분들 각각의 머무름 시간을 더욱 명확하게 분리할 수 있으므로 디텍터에서 정성적 및 정량적 분석을 정확하게 할 수 있는데 의미가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 전극봉
110: 지그
200: 스퍼터 건
210: 제1스퍼터 건
220: 제2스퍼터 건
300: 승온코일라인
310: 나선형 코일
320: 직선형 코일
110: 지그
200: 스퍼터 건
210: 제1스퍼터 건
220: 제2스퍼터 건
300: 승온코일라인
310: 나선형 코일
320: 직선형 코일
Claims (4)
- 스테인리스 스틸 소재를 콜드 필거 밀(cold pilger mill)을 이용하여 냉간 압연하여 이음매 없는 1차 컬럼을 제조하는 단계;
상기 1차 컬럼을 냉간 인발(cold drwaing)하여 상기 1차 컬럼보다 직경이 작은 2차 컬럼을 제조하는 단계;
외면 둘레를 따라 지그가 설치된 전극봉이 배치된 상태에서 탈이온수 5 내지 15중량%, 황산 25 내지 35중량% 및 인산 55 내지 65%를 혼합하여 형성된 표면처리용액이 수용되는 처리조에, 상기 2차 컬럼을 상기 전극봉의 외부에 상기 지그에 의해 상기 전극봉의 표면으로부터 5 내지 10mm 범위로 이격되게 설치한 후 전해 연마함으로써, 상기 2차 컬럼의 내면에 보호 박막이 형성된 3차 컬럼을 제조하는 단계;
상기 3차 컬럼의 양단에 고성능 액체 크로마토그래피 장비의 인젝터와 디텍터 사이에 체결될 수 있는 나사산을 가공하여 4차 컬럼을 제조하는 단계;
상기 4차 컬럼을 스퍼터 공간에 배치한 상태에서, 1종 이상의 금속 분말을 스퍼터 건에 장착하고, 상기 스퍼터 공간에 반응 가스를 유입하면서 상기 금속 분말에 전력을 인가하며 상기 스퍼터 공간에 플라즈마 분위기를 형성하여 상기 금속 분말을 스퍼터링함으로써, 외면에 금속 박막이 형성된 5차 컬럼을 제조하는 단계; 및
상기 5차 컬럼을 나선형 코일과, 상기 나선형 코일의 단부에 길이방향으로 연장된 직선형 코일이 교번하여 배치된 승온코일라인의 내부로 통과시키면서 6차 컬럼을 제조하되, 상기 보호 박막 및 상기 금속 박막을 상기 6차 컬럼의 조직에 일체화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 3차 컬럼을 제조하는 단계는,
상기 보호 박막이 0.01 내지 0.2 범위의 내면 조도(Ra)를 갖는 것을 특징으로 하는 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 5차 컬럼을 제조하는 단계는,
상기 스퍼터링은, 제1스퍼터 건 및 제2스퍼터 건을 포함하는 듀얼 스퍼터 건을 이용하여 실시되며,
상기 4차 컬럼의 외면으로부터 상기 제1스퍼터 건 및 제2스퍼터 건의 이격 거리를 제어하여 상기 금속 박막의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 6차 컬럼을 제조하는 단계는,
상기 승온코일라인의 내부에 배치된 상기 나선형 코일 및 상기 직선형 코일의 상부로 상기 5차 컬럼을 통과시키되, 상기 나선형 코일 및 상기 직선형 코일을 승강 또는 하강시켜 상기 5차 컬럼과의 간격을 조절하는 것을 특징으로 하는 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210140233A KR102629017B1 (ko) | 2021-10-20 | 2021-10-20 | 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210140233A KR102629017B1 (ko) | 2021-10-20 | 2021-10-20 | 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230056834A KR20230056834A (ko) | 2023-04-28 |
| KR102629017B1 true KR102629017B1 (ko) | 2024-01-26 |
Family
ID=86143154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210140233A KR102629017B1 (ko) | 2021-10-20 | 2021-10-20 | 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102629017B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006117997A (ja) | 2004-10-21 | 2006-05-11 | Mitsubishi Materials Corp | 金属粉末の高速プレス成形加工で潤滑性非晶質炭素系被膜がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製金型 |
| KR100779912B1 (ko) | 2006-07-19 | 2007-11-29 | 신수정 | 냉간압연과 냉간인발을 이용한 이형강봉의 제조방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980038993U (ko) * | 1996-12-20 | 1998-09-15 | 김종진 | 가스관 내부표면 전해연마 장치 |
| KR20140135424A (ko) * | 2013-05-16 | 2014-11-26 | 부곡스텐레스(주) | 이형 세미심리스 튜브 및 그 제조방법 |
| KR102174415B1 (ko) | 2018-12-12 | 2020-11-04 | 인하대학교 산학협력단 | 용접된 금속 프릿과 은시멘트 프릿을 지닌 일회성 크로마토그래피 컬럼 및 그 제조방법 |
-
2021
- 2021-10-20 KR KR1020210140233A patent/KR102629017B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006117997A (ja) | 2004-10-21 | 2006-05-11 | Mitsubishi Materials Corp | 金属粉末の高速プレス成形加工で潤滑性非晶質炭素系被膜がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製金型 |
| KR100779912B1 (ko) | 2006-07-19 | 2007-11-29 | 신수정 | 냉간압연과 냉간인발을 이용한 이형강봉의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230056834A (ko) | 2023-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1892322B1 (en) | Copper/niobium composite piping material produced by copper electroforming, process for producing the same and superconducting acceleration cavity produced from the composite piping material | |
| RU2516125C2 (ru) | Проволочный электрод для электроэрозионной резки | |
| Lee | Machining characteristics of the electropolishing of stainless steel (STS316L) | |
| Kashapov et al. | Research of the impact acidity of electrolytic cathode on the course of the plasma-electrolytic process | |
| CN110904485B (zh) | 一种扫描式激光辅助微弧氧化装置及方法 | |
| TW200303244A (en) | Plasma resistant welded aluminum structures for use in semiconductor processing apparatus | |
| CN109570666A (zh) | 电解线切割加工用双极性工具电极及制作与加工方法 | |
| WO2013143247A1 (zh) | 一种铝基铅或铅合金复合阳极及其制备方法 | |
| TW201641199A (zh) | 壓電的放電加工線電極及其製法 | |
| CN104513952A (zh) | 靶材组件的制作方法和靶材组件 | |
| KR102629017B1 (ko) | 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법 | |
| DE3823760A1 (de) | Ventilmetall/platinverbundelektrode | |
| KR102512057B1 (ko) | 비접촉식 전해연마 공정을 포함하는 강관의 제조방법, 이로부터 제조되는 강관 | |
| EP2694697B1 (de) | Rohrtarget mit schutzvorrichtung | |
| KR20230066195A (ko) | 내구성 향상 및 혼합물 분리 효율의 극대화를 위한 고성능 액체 크로마토그래피용 컬럼의 제조방법 | |
| KR102453881B1 (ko) | 베벨링 효율이 향상된 스테인리스 스틸 튜브의 가공방법 | |
| CN211311631U (zh) | 一种扫描式激光辅助微弧氧化装置 | |
| WO2013143245A1 (zh) | 一种铝基铅或铅合金复合材料及其制备方法 | |
| RU2681239C1 (ru) | Устройство для электролитно - плазменной обработки металлических изделий | |
| EP4043135A1 (en) | Electrode wire for electrical discharge machining | |
| KR20220094937A (ko) | 형상기억합금 와이어를 포함하는 이중관 | |
| KR102453873B1 (ko) | 열처리 특성이 우수한 강관의 제조방법, 이에 의해 제조되는 강관 | |
| KR102531878B1 (ko) | 플라즈마 및 티그 복합 용접을 이용한 튜브 제조방법, 이에 의해 제조되는 튜브 | |
| CN112222549B (zh) | 一种倾斜式磁性阴极板激光电化学复合钻孔的装置及方法 | |
| Kolse et al. | Effect of Electrode Materials and Optimization of Electric Discharge Machining of M2 Tool Steel Using Grey-Taguchi Analysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |