(과학 기술 13) '기체 크로마토그래피'-지문 해설, 대비 문제(2024 수능특강 적용 학습 기출 및 변형)

 

 

 

[01~05] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

 

검은색 수성 사인펜의 잉크에는 여러 색깔을 나타내는 성분이 혼합되어 있다. 종이의 아랫부분에 사인펜으로 점을 찍고 종이 끝을 물에 담가 놓으면 물이 종이의 틈을 타고 올라간다. 물에 녹을 수 있는각 색깔의 성분은 물과 함께 끌려 올라가며, 올라가는 정도를 나타내는 점으로부터의 길이는 각 성분마다 다르다. 그것이 각 성분별로 분리되는 이유이기도 하다. 이처럼 물과 같은 운반체를 사용해서 혼합물을 각각의 성분으로 분리하는 방법을 ‘크로마토그래피(chromatography)’라고 한다. 크로마토그래피는 혼합물을 분리하는 분석 방법으로, 20세기 초에 클로로필과 크산토필 같은 식물성 염료를 분리하기 위해 발명되었다. ‘크로마토’는 라틴어로 ‘색’을, ‘그래피’는 ‘기록’을 의미한다.

 

크로마토그래피에서 각 성분이 분리되는 원리는 혼합물의 성분들이 정지상에 머무는 정도가 성분별로 다르다는 것에 있다. 위의 수성 사인펜의 예에서 물은 이동상이며 종이는 정지상이다. 이동상에 녹아 있는 분석하려는 혼합물은 이동상과 함께 움직이며 정지상을 통과한다. 이때 정지상에 오래 머무는 화학종은 찍은 점에서 가까운 곳에, 잘 머물지 않는 화학종은 정지상을 빨리 통과하므로 찍은 점에서 먼 곳에 위치하게 된다. 크로마토그래피의 종류는 기본적으로 이동상의 물리적 상태에 따라 다른 이름이 정해진다. 이동상이 액체인 것은 액체 크로마토그래피, 이동상이 기체인 것은 기체 크로마토그래피(gas chromatography)라 한다. 기체 크로마토그래피(GC) 장치는 이동상 기체와 시료 주입구, 분리관, 검출기, 데이터 처리 장치를 비롯한 여러 부품으로 이루어져 있다. 기체 상태의 시료가 헬륨이나 질소와 같은 이동상인 운반 기체에 섞여서 분리관을 통과한다. 이동상으로 사용되는 운반 기체는 분석하려는 시료와 상호 작용을 하지 않아야 하며 분석물을 이동시키는 역할만을 한다.

 

[해설]

기체 크로마토그래피

{해제}

크로마토그래피란 혼합물 분석 방법이다. 크로마토그래피에서 각 성분이 분리되는 원리는 개개의 성분이 정지상에 머무는 정도의 차이를 이용한다. 혼합물이 이동상에서 정지상을 통과할 때 정지상에 오래 머무는 화학종이 느리게 나온다. 기체 크로마토그래피의 경우, 분리관에서 정지상은 휘발성이 낮고 열적으로 안정하고 화학적으로 비활성이어야 한다. 이동상 기체는 분석물과 상호 작용 없이 분석물을 이동시키는 역할을 한다. 분리관을 지나는 시료의 성분들은 분배 계수가 클수록 시료 성분의 이동 속도가 줄어들고 머무름 시간이 증가한다. 대표적인 검출기는 FID와 TCD가 있는데, FID는 기체의 전기 전도도가 기체 중의 전하를 띤 입자의 농도에 비례한다는 원리를 이용한 것이고, TCD는 기체가 검출기를 통과할 때 열전도도와 운반 기체인 헬륨과 각 성분이 섞여 있는 경우 열전도 도의 차이를 이용한다. 또한 크로마토그램에서 봉우리의 면적은 각 성분의 농도에 비례하고 머무름 시간은 시료의 화학종에 따라 달라지며 농도와 무관하다.

 

SMALL

 

 

{주제}

기체 크로마토그래피의 분석 과정

{구성}

•1문단: 크로마토그래피의 개념과 발명 배경

•2문단: 크로마토그래피의 원리와 종류

•3문단: GC의 분리관에서 정지상의 역할

•4문단: GC의 검출기의 종류와 원리

•5문단: GC를 이용한 농도와 성분의 분석

 

 

(과학 기술 13) '기체 크로마토그래피'-지문 해설, 대비 문제(2024 수능특강 적용 학습 기출 및 변형)

 

 

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