[11강 화학 물질을 찾아서] 크로마토그래피와 전자현미경

1. 크로마토그래피(chromatography)

 검은색 잉크에 물을 떨어트리면, 잉크가 번져나간다. 놀라운 점은 검정색 뿐 아니라 푸른색과 붉은색으로 보이는 부분까지 보인다는 것이다. 이런 현상은 크로마토그래피에 의한 것인데, 이는 혼합물의 여러 성분들이 용매 상에서 매개체와 상호작용하여 그들의 화학적 성질에 따라 분리되도록 하는 방법이다. 검은색 잉크는 잉크의 여러 성분이 물과 함께 이동하면서 종이와 상호작용하는 정도에 따라 각각 분리된 예이다.

 세상은 혼합물로 가득 차 있는 공간이다. 마요네즈는 에멀젼으로 분류되는 혼합물이며, 오일-식초 드레싱은 현탁액으로분류되는 혼합물이다. 크로마토그래피는 다양한 미지의 혼합물을 분석하고 구성요소를 눈으로 보는 데에 큰 도움이 된다. 분석하고자 하는 혼합물은 분석물(analyte)이라고 한다. 분석물은 액체아나 고체인 용매와 섞이게 되는데, 이 둘을 통틀어 이동상(mobile phase)이라고 한다. 이동상은 크로마토그래피의 종이와 같은 고정상(stationary phase)을 지나간다. 화합물들은 지나가면서 용매나 고정상과 서로 다른 상호작용을 하는데, 이는 서로 다른 속도를 만들어내고 분리된다. 혼합물이 이루는 여러 요소들이 이동한거리와 그만큼 이동하는 데에 걸리는 시간은 들의 원자, 분자와 직접적으로 연관된다. 

 

출처)학습백과zum / 언젠가 해 보았던 크로마토그래피.

 오늘날 가장 흔하게 쓰이는 크로마토그래피 기술은 기체 크로마토그래피와 액체 크로마토그래피이다. 액체 크로마토그래피의 경우 흔히 사용되는 고정상은 실리카(이산화규소)이다. 이동상인 액체 혼합물은 고정상을 따라 천천히 흘러감가며 화학적 지문(chemical fingerprint)을 남기게 된다. 오늘날 사용되는 액체 크로마토그래피 중 신뢰도가 높은 것으로는 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)가 있다.

 그렇다면 크로마토그래피의 용도는 어떤 것이 있을까? 해산물에 들어있는 수은 함유량, 식수에 들어있는 특정 불순물의 종류와 농도 구분, 더 나아가 약물검사에서도 빠지지 않는다. 혈액이나 소변에 함유된 마약과 같은 약물의 수치를 검사하는 데에 유용하게 이용된다.

 

2. 전자 현미경(Elctron microscope)

 흔히 학창시절 학교 과학실험실에서 자주 볼 수 있는 현미경은 빛의 굴절을 이용한 광학 현미경이다. 이는 꽤 좋은 성능을 가지고 있으나, 명확한 한계점이 존재한다. 물체를 아무리 확대해봐야 1000배 정도이기 때문이다. 과학자들은 연구를 위해 다른 종류의 현미경을 사용하는데, 이것이 바로 주사전자현미경(scanning electron microscope)이다. 이 현미경은 물체를 확대할 때 빛이나 유리 렌즈를 이용하지 않고(광학 현미경이 이용하는 것들), 대신 전자의 움직임을 추적하는 방식을 이용한다.

 현미경 윗부분에 있는 전자총이 긴 관을 통해 전자를 쏘면, 전자는 전자석에 의해 초점이 맞춰져서 전자빔을 만든다. 전자빔은 곧바로 관찰하고자 하는 시료를 쏘고, 전자는 시료를 성하는 수백만 개 원자의 전자 궤도를 관통하는데, 어떤 전자들은 핵 주변에서 튕겨져나와 다른방향으로 원자를 벗어나기도 하고, 또 어떤 전자들은 다른 전자 옆을 스치면서 그 전자들이 궤도에서 이탈하도록 유도한다. 특수한 감지기들은 이렇게 날아다니는 전자들을 탐지하여, 이를 전자 신호로 읽게되고, 이 신호들은 현미경과 연결된 텔레비전 화면으로 전달되어 영상으로 바뀐다. 이러한 원리로 작동하는 전자 현미경은 무려 200,000배 크게 확대할 수 있다. 광학 현미경과는 차원이 다른 성능인 것이다.

 

출처) 나무위키 / 이렇게 보면 비슷한 원리인 것 같기도 하고!?

 

 전자현미경은 1930년대와 1940년대에 처음으로 개발되었지만, 1965년까지 상용되지 않다가 비교적 최근에 들어서야 거의 모든 대학 실험실에 기본적으로 갖추고 있는 장비가 되었다. 하지만 몇몇 모델들은 단점이 있는데, 시료를 스캔하기 전에 금박으로 코팅을 해야하는 것이다. 이 과정은 시료를 전기에 대해 강한 양도체로 만들어 더 잘 볼 수 있게 한다.