#14. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)란?

14편. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)란?

구독자 님, 안녕하세요.

일상에서 쉽게 접할 수 있는 많은 물질들은 여러 구성 성분이 섞인 혼합물의 형태로 존재합니다. 예를 들어, 평소 즐겨 마시는 아메리카노도 여러 가지 성분이 섞여 있죠. 그런데 만약 아메리카노에서 '카페인'만 분리해내고 정량할 수 있다면 어떨까요?

이런 경우, 원하는 물질을 분리해내기 위한 대표적인 방법으로 크로마토그래피를 사용할 수 있습니다.

[크로마토그래피란?]

크로마토그래피는 이탈리아 태생의 러시아 과학자 미하일 츠베트(Mikhail Tsvet)가 1900년대 초에 식물의 다양한 색소를 분리하기 위해 처음 사용하면서 시작되었습니다. 색소를 분리하는 과정에서 ‘Chromato(색)’와 ‘graphy(기록)’라는 단어가 결합되어 이름이 붙여졌죠. 이후 1940년대에 이론이 확장되면서 종이, 기체, 액체 등 다양한 매체를 이용한 크로마토그래피 기법들이 개발되었습니다.

크로마토그래피는 기본적으로 이동상(액체나 기체)과 고정상(종이, 합성수지 등)으로 구성됩니다. 혼합물이 이동상에 녹아 고정상을 통과할 때, 혼합물 내 각 물질은 고정상과의 상호작용 차이로 인해 이동 속도가 달라집니다. 이 속도 차이를 이용해 각 물질을 분리하게 됩니다.

그림1. 크로마토그래피 원리 예시출처. Wikipediacommons 'Chromatography of chlorophyll' — 그림1. 크로마토그래피 원리 예시
출처. Wikipediacommons 'Chromatography of chlorophyll'

즉, 크로마토그래피는 적절한 고정상과 이동상을 사용하여 혼합물 내 물질들이 서로 다른 이동 속도를 보이는 특성을 기반으로 분리하는 방법입니다.

[고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)란?]

이 원리를 응용하여 혼합물 내 물질을 분리하는 기법 중, 이동상이 액체인 경우를 액체 크로마토그래피라고 합니다. HPLC(High Performance Liquid Chromatography)는 액체를 이동상으로 사용하여 혼합물에 포함된 각 물질을 정밀하게 분리하고 분석할 수 있는 장비입니다. 특히, 이동상이 액체인 특징 덕분에 휘발성이 없는 시료나 높은 분자량을 가진 물질도 분석할 수 있습니다.

* HPLC는 고성능 액체 크로마토그래피(high performance liquid chromatography, HPLC)의 줄임말 이지만 고압 액체 크로마토그래피(high pressure liquid chromatography), 고속 액체 크로마토그래피 (high speed liquid chromatography)라고도 합니다.

1. 분리원리

HPLC에서는 혼합물을 고정상과 접촉시키며 이동상(용매)을 통해 성분들이 이동하게 됩니다. 각 성분은 고정상과 이동상 사이의 상호작용 강도 차이에 따라 이동 속도가 달라지며, 이로 인해 시간 차를 두고 분리됩니다. 이 과정은 화학 결합이나 분자 간 상호작용에 근거하여 이루어지므로, 각 성분은 고유의 피크로 나타나게 됩니다.

2. 크로마토그램 분석

분리된 물질들은 시간에 따른 검출 신호의 변화를 그래프로 나타낸 크로마토그램 상에 기록됩니다. 각 성분의 피크는 그 성분의 농도와 이동 시간을 반영하며, 이를 통해 혼합물 내 성분을 정량 및 정성 분석할 수 있습니다.

3. 응용 및 장점

다양한 시료 분석 가능: HPLC는 이동상이 액체이기 때문에, 기체 크로마토그래피(GC)에서 한계가 있는 휘발성이 낮은 물질이나 큰 분자량의 시료도 분석할 수 있습니다.
시료 회수 가능: 분석 후에도 시료를 회수할 수 있어, 후속 연구나 추가 분석에 활용할 수 있습니다.
높은 정밀도: 고성능 장비를 사용하여 매우 미세한 차이까지도 구분할 수 있으므로, 복잡한 혼합물의 분석에 활용할 수 있습니다.

* Malt: Pale Malt (Weyermann) 100%

* Hop: Hallertau Magnum - 60 min(15.4 IBU), 30 min(15.4 IBU), 15 min(4.2 IBU)

* 발효 온도: 21도, 발효 초기 pH: 5.46, OG: 12.5 Plato, IBU: 35.0, Color: 5.2 SRM, ABV: 5.0%

<그림 3, 4>를 통해 바이오크래프트 BC10과 BC21의 발효당 소비 경향을 확인할 수 있습니다. 이처럼 HPLC 분석 장비는 맥즙(맥주) 및 발효 공정에 대한 정밀 분석과 품질 유지 관리에 다양하게 활용될 수 있습니다.

앞서 다룬 ‘6편. 효모의 당분 섭취’에서는 에일과 라거 효모가 자당(sucrose), 포도당(glucose), 과당(fructose), 말토오스(maltose), 말토트리오스(maltotriose)를 우선순위에 따라 순차적 또는 동시에 이용할 수 있음을 설명했습니다. 당 섭취량은 균주 종류, 효모 피칭량, 초기 산소 접종량 등 다양한 조건에 따라 달라집니다.

#6. 효모의 당분 섭취 (1)

맥즙을 끓여 놓았는데 왜 먹지를 못하니..

maily.so

다음 편에서는 '효모의 응집력(Flocculation)' 관련하여 소개해드릴 예정입니다.

읽어주셔서 감사합니다.

Written by. SB

참고 문헌.

1. 네이버 지식백과 '크로마토그래피'

2. 네이버 지식백과 '고성능 액체 크로마토그래피'