모세관 기체/초임계 크로마토그래피에 의한 Terpene 물질의 분리

송명석·김재덕1·이윤우1·노경호

초정밀분리기술센터, 인하대학교, 화학공학과

1한국과학기술원, 국가지정 초임계유체연구실

Separation of Terpene Compounds

by Capillary Gas/Supercritical Fluid Chromatography

Myung Seok Song·Jae-Duck Kim1·

Youn-Woo Lee1·Kyung Ho Row

Center for Advanced Bioseparation Technology,

Dept. of Chem. Eng., Inha University, Inchon 402-751, Korea

1National Research Lab. for Supercritical Fluids, KIST

서론

원래 크로마토그래피는 이동상의 조성에 따라 크게 액체를 이용한 LC와 기체를 이용한 GC가 있다. LC는 열적 안정성과 휘발도가 높지만, 감지도가 낮고 저효율이 라는 단점을 가지고 있다. 반면 GC는 LC와 반대로 감지도가 좋고 고효율이라는 장점이 있지만 고열에서 이용되기 때문에 열적 안정성이 떨어지고 이동상이 기체이므로 휘발도가 높다는 단점을 가지고 있다. 하지만 이동상을 임계점 이상으로 하면 이동상은 액체, 기체도 아닌 제 3의 상으로 존재한다. 초임계 유체를 이용한 크로마토그래피를 초임계 크로마토그래피(Supercritical fluid Chromatography, SFC)라고 한다. SFC는 LC와 GC의 장점을 이용한 분리방법이다. 또한 SFC는 고온과 고압을 이용한 장치이므로 많은 장치비가 요구된다. 따라서 현재에는 주로 실험 및 연구에 주로 사용되어진다. 하지만 SFC의 장점으로 연구적 목적과 상업적인 목적으로 많은 이용이 있을 것으로 기대되어진다. 귤이나 오렌지 등의 감귤류의 표피에 포함된 성분 중에서 d-limonene과 perillyl alcohol (POH)는 음료, 제자, 제약, 화장품 산업에 주로 사용되었으나 이중에서 POH는 의학적으로 항암제로서의 치료 효과가 입증이 됨으로써 사용범위가 확대되고 있는 물질이다. POH는 (R)-(+)-POH, (S)-(-)-POH의 이성질체를 가지고 있으며 유방암, 백혈병, 대장암, 췌장암, 폐암 등의 치료효과가 뛰어나기 때문에 사용범위가 확대되고 많은 연구가 진행되고 있다. 의약용으로 사용되는 POH의 각각의 이성질체 (R)-(+)-POH, (S)-(-)-POH는 미국의 식품의약청(FDA)에 의하여 각각의 이성질체의 독성유무로 사용가능 여부를 판별할 예정이다. 따라서 항암제로서의 치료 효과가 많은 POH는 앞으로 보다 많은 실험을 통하여 각각의 이성질체로 분리가 필요하며 보다 많은 실험과 연구가 절실하게 요구된다. 따라서  capillary column의 종류,  온도, 압력의 변화, CO2의 유량 조절 등에 의하여 POH의 분리 최적조건을 규명할 수 있다. 본 연구의 목적은 감귤류의 표피에 많이 함유된 d-limonene과 POH의 이성질체인 (R)-(+)-POH, (S)-(-)-POH을 분리하기 위하여 GC/SFC를 이용하여 최적 분리조건을 실험적으로 구하고자 한다.

실험

1.GC

본 실험에서 사용된 표준 시료 물질인 POH는 Aldrich. Co., d-limonene은 Sigma Co.에서 각각 구입하였고 methanol에 10□/□의 농도로 녹였다. 분석에 사용된 GC 기기는 Hewlett-Packard(HP) Model 5890 gas chromatography(GC) system을 사용하였고, detector는 flame ionization detection(FID) system, 시료의 injection volume은 1□,  injector 온도 250℃, detector 온도 300℃, oven의 온도는 50℃에서 80℃ 까지 10℃/min, 80℃에서 250℃까지 5℃/min의 속도의 승온 온도프로그램을 적용하고, Carrier gas인 N2의 유속은 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4ml/min의 속도로 HP-5(crosslinked 5% PH ME siloxane, 30m×0.32mm) capillary column에서 각각 분석하였다. Data acquisition system은 HP 3365 Series II CHEMSTATION(Version. A. 03. 34)를 사용하였다. 본 실험에서 사용된 표준 시료 물질인 d-limonene과 POH는 Aldrich. Co.에서 구입하였다.

2. SFC

분석에 사용된 기기는 Lee Scientfic사의 SERIES 600 SFC/GC system을 사용하였다. Detector는 flame ionization detection(FID)이고, injector 온도는 32℃, detector 온도 350℃로 고정하였다. 사용된 SFC capillary column은 SB-Methyl-100(100% Methyl polysiloxane, 10m×0.25□, 50□ ID, 192□ OD)이었다. Data acquisition system은 AI-450을 사용하였다. 본 실험에서 사용된 표준 시료 물질인 methanol에 1000ppm(0.001 □/□)와 0.01 □/□의 농도로 준비하였다. 시료의 injection volume은 100□로 변하였다. Capillary column에서 CO2압력은 100, 150, 200, 250 atm으로 하였고, oven의 온도는 45, 60, 80에서 등온 온도프로그램을 적용하였고, Carrier gas인 CO2의 유량은 pressure programing으로 하였다.

결과 및 고찰

1. GC

Fig 1.에서는 d-limonene(a), (S)-(-)-POH(b), (R)-(+)-POH(c)의 GC chromatogram을 보여주고 있다. 체류시간은 각기 8.54, 14.49, 14.45 min이었다. 특히 (S)-(-)-POH(b), (R)-(+)-POH(c)는 체류시간이 거의 유사하다. GC의 조업조건을 변화하여 체류시간의 차이를 증가시키고자 한다.

2. SFC

시료농도는 0.001, 0.01 □/□에서 SFC에 주입하였고 3시간의 실험시간에도 d-limonen과 POH의 이성질체인 (R)-(+)-POH, (S)-(-)-POH는 용출되지 않았다. 이는 GC에서 HP-5의 capillary column을 사용하여 20분이내에 용출되는 것과는 큰 차이가 있다. 중간정도의 극성을 갖는 시료를 비극성 CO2 초임계 유체에서 충분히 용해되지 않았고 더욱이 이동상에 알코올등의 additive가 포함되지 않았기 때문이다. POH의 이성질체를 SFC에 의하여 분리하기 위해서는 addtive의 종류와 양, capillary/packed column의 종류에 대해서 실험을 진행할 예정이다.

알 림

본 연구는 초정밀분리 기술 센터의 연구비지원에 의해서 수행되었습니다.

참고문헌

1. Allahverdiev, A., I., Irandoust, S., and Andersson, M., J. Chromatogr. A 848, 197 (1999)

2. Lessllier, E., Gurdale, K., and Tchapla, A., J. Chromatogr. A 844, 307 (1999)

3. Baysal, T., and Starmans, D., A., J., J. Supercritical Fluid 14, 225 (1997)

4. Coutsikos, Ph., Magoulas, K., Tassios, D., Cortiesi, A., and Kikic, I., J. Supercritical Fluid 11, 21 (1997)

5. Bamba, T., fukuusaki, E. Kajaiyama, S., Ute, K., Kitayama, T., and Kobayashi A., J. Chromatogr. A 911, 113 (2001)

6. 이 윤 우, 김 재 덕, 이 윤 정, 정 용 안, 이 종 호, 노 경 호, □초임계유체를 이용한 귤껍질로부터 페릴릴 알콜의 추출(Ⅰ)□, 화학공학의 이론과 응용, 4, 2705 □98 추계 화학공학회 학술발표회 논문집, 조선대, 광주 10월 23-24일 (1998)

(a) d-limonene

(b) (S)-(-)-POH

(c) (R)-(+)-POH

Fig.1 Chromatograms of Terpene Compounds by GC

(HP-5 column, 1□ injection volume, 10□/□ concentration)