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크로마토그래피와 질량분석법은 화학분석에서 특히 중요한 분리법이다.

크로마토그래피는 분석을 하기에 앞서 방해물질을 제거하는 방법으로 앞에서 설명되었다. 기체 크로마토그래피법과 액체 크로마토그래피법 모두 화학분석에 이용될 수 있다. 기체 크로마토그래피에서는 고정상이 관 속에 들어 있다. 이 관은 보통 금속이나 유리관이 감겨 있다. 관의 입구 부근에 있는 주입기를 이용해 분석물을 첨가한다. 이동상인 기체는 보통 금속관에 의해 주입기와 관에 연결되어 있는 고압 기체가 들어 있는 원통형 통 속에 들어 있다.

관으로부터 나오는 출구에 있는 검출기는 분석물로부터 분리된 각 성분에 대해 반응한다. 검출기는 기록장치나 컴퓨터 같은 다른 판독장치와 전기적으로 연결되어 있어 이들이 검출기의 반응을 시간의 함수로 나타내준다. 검출기의 반응을 시간의 함수로 나타낸 곡선이 크로마토그램이다. 분석물로부터 분리된 각 성분은 크로마토그램 상에서 피크로 나타난다. 각 성분이 관을 통과하는 데 걸리는 시간과 알고 있는 물질들이 관을 통과하는 데 걸리는 시간을 비교하여 정성분석을 한다.

시료를 주입한 후부터 어떤 성분이 검출되기까지 걸리는 시간을 머무른 시간이라 한다. 성분의 종류에 따라 머무른 시간이 다르므로 정성분석에 이용된다. 특정 머무른 시간에서 일련의 표준물질들의 피크의 높이나 면적을 분석되는 성분의 농도의 함수로 표시하여, 작업곡선을 만들어서 정량분석을 한다. 분석물 속에 들어 있는 그 성분의 농도는 크로마토그래피에 의한 특정 성분의 피크의 높이나 면적과 작업곡선으로부터 결정된다.

액체 크로마토그래피는 관이나 판을 이용하여 실시한다.

관 액체 크로마토그래피는 기체 크로마토그래피와 유사한 방식으로 정성·정량 분석에 이용된다. 때때로 정성분석을 할 때 머무른 시간 대신 머무른 부피를 이용한다. 분석의 목적으로 가장 흔히 사용되는 관 액체 크로마토그래피의 유형은 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)이다. 이는 하나 또는 그 이상의 이동상 용매가 효율이 높고 빽빽하게 채워져 있는 관을 통과하도록 펌프를 사용하는 것이다.

기체 크로마토그래피에서처럼 시료를 관의 입구에 넣기 위해 주입기가 이용되고 관의 끝에 있는 검출기는 분석물로부터 분리된 성분들을 측정한다(관크로마토그래피).

판 크로마토그래피에서 쓰이는 고정상은 판의 내부나 그 위에 물리적으로 고정된다. 보통 고정상은 플라스틱판·금속판 혹은 유리판 위에 붙어 있다. 때때로 고성능의 거름종이가 고정상으로 사용되기도 한다. 시료를 반점이나 얇은 조각 형태로 판의 한쪽 끝에 묻힌다.

이동상은 상행 전개법의 경우는 모세관 작용에 의해, 하행 전개법의 경우는 중력의 영향으로 시료의 반점 위를 지나서 전개된다. 상행 전개법이 진행되는 동안 시료 반점 부근과 아래쪽의 판끝이 이동상에 잠겨서 이동상이 시료의 반점을 거쳐 위로 전개된다. 하행 전개법에서 이동상이 판의 꼭대기에 가해지면 이것이 시료를 묻힌 반점을 지나 아래쪽으로 전개된다. 이동상이 반점의 가운데에 가해져서 원형으로 점점 바깥쪽으로 전개되는 방사 전개법은 아주 가끔 쓰인다. 분석물에서 나온 성분의 지연도와 알고 있는 물질의 지연도를 비교하여 정성분석을 한다.

지연인자는 어떤 성분이 원래 시료를 묻힌 반점에서부터 움직인 거리를 이동상의 전진점이 움직인 거리로 나눈 값으로 정의되며, 주어진 용매에서는 용질마다 일정한 값을 갖는다. 전개된 반점의 크기를 측정하거나 반점의 몇 가지 물리적 성질(예를 들면 형광)을 측정하거나 혹은 판에서 반점을 제거하여 다른 방법으로 분석하는 등의 방법으로 정량분석이 이루어진다.

질량분석법은 분석물의 이온이나 토막이온을 질량/전하(m/e)의 비에 의해 분리하는 분석법이다.

대부분의 질량분광기는 삽입부, 이온 공급원, 질량분석기, 검출기의 4가지 부분으로 되어 있다. 주입부는 분석물을 분광기 안에 넣고 감압에서 이를 기체로 전환시키는 역할을 한다. 기체상태의 분석물은 주입부에서 이온 공급원으로 흘러들어가 이온 공급원에서 이온이나 토막이온으로 전환된다. 종종 분석물을 전자로 포격시키거나 분석물을 다른 이온들과 충돌시켜 시료를 이온화시킨다.

이온 공급원에서 이온화된 이온들은 일련의 정전기 슬릿에 의해 가속되어 질량분석기로 들어간다. 질량분석기에서 이온들은 이온의 경로를 변경하는 역할을 하는 전기장이나 자기장의 영향을 받는다. 가장 흔한 질량분석기에서는 이온들은 질량/전하의 비에 따라 공간적으로 분리된다. 그러나 비행시간 질량분석기에서는 전기장이나 자기장을 사용하지 않으며 대신 질량/전하의 비를 가지는 이온들을 같은 운동 에너지를 갖도록 가속시켜 이들이 비행관을 지나가는 데 걸리는 시간을 측정한다.

질량분석의 끝부분에는 검출기를 달아 이 검출기를 때리는 이온빔의 세기를 측정하여 질량 스펙트럼을 얻는다. 여기서 얻은 질량 스펙트럼은 이온빔의 세기를 토막이온의 질량/전하의 비의 함수로 나타낸 것이다.

질량분석법은 특정 질량 스펙트럼의 피크의 높이와 분석물의 농도를 관련지어 정량분석을 한다. 피크의 높이는 농도에 비례한다. 정성분석은 전 스펙트럼을 모두 사용하여 이루어진다. 일반적으로 질량/전하의 비가 가장 큰 주요 피크가 분자 이온 피크로서 이 분자 이온은 분자가 전자를 하나 잃은 것에 해당하며 그 전하는 ＋1이다.

결과적으로 이 피크의 질량/전하의 비로 분석물이 토막나는 형태를 유추할 수 있으며 이 토막내기 형태를 유심히 관찰하면 분석물 분자의 구조까지 유추할 수 있다. 알고 있는 물질의 질량 스펙트럼과의 컴퓨터화된 자료의 비교를 통해 보통 분석물을 확인할 수 있다.

대부분의 분석법들은 자동화될 수 있다.

자동화의 주요장점은 분석자의 업무량 감소, 분석자의 수와 필요한 시약의 양을 줄임으로써 비용을 절감하고 오차를 줄일 수 있다는 것 등이다. 자동화된 분석은 품질관리 공정이나 병원 실험실에서 흔히 볼 수 있는 반복적 시료분석에 가장 많이 이용되었다. 많은 경우에 자동화된 분석에 사용되는 기기들은 컴퓨터로 제어된다. 사람이 하던 작업을 대신 하기 위해 실험실 로봇이 도입되는 경우도 있다.