기체 크로마토그래피에 의한 단일 컬럼상에서 천연가스 성분의 머무름 거동

Retention Behaviors of Natural Gas Components on a Single Column by Gas Chromatography

기체 크로마토그래피에 의한 단일 컬럼상에서 천연가스 성분의 용리거동을 알아보았다. 천연가스 성분의 용량인자인 k'값을 결정하기 위하여 불감시간 $t_0$를 동족계열에 의한 외삽법으로 구하였다. 여러 가지 온도에서 $C_1$부터 $C_5$까지 동족계열의 머무름 시간을 탄소수에 대해서 도시하면 어느 한 점에 수렴하게 되는데, 이 점을 $t_0$로 정하였다. n-부탄을 기준으로 온도에 따른 컬럼효율의 변화를 알아본 결과 온도가 증가할수록 컬럼효율은 증가하였으나, 분리시간이 짧은 시료들의 분리도는 감소하였다. 28% DC-200 정지상에서 흡착엔탈피 변화값을 구하였고, 천연가스 성분들의 머무름 메카니즘을 알아보기 위해 log $t_R$, log k' 및 log ${\alpha}$값을 van der Waals 부피(Vw), 분자간 연결지수(X) 및 소수성 계열상수(f)와의 희귀분석을 수행한 결과 log k'과 Vw 및 f가 높은 상관관계를 보여 주었다. 천연가스 성분의 물리적 성질과 물리적 파라미터와의 상관관계를 알아본 결과는 Vw는 분자량과 발열량(${\Delta}H_{comb}$), X는 끓는 점, f는 분자량, 끓는 점 및 발열량과 상관계수가 0.99 이상으로 높은 상관관계를 나타내었다. Vw와 발열량과의 회귀방정식을 이용하여 $C_6$호부터 $C_{10}$까지의 발열량을 예측한 결과 문헌값과 0.2%의 상대오차 범위내에서 일치하였다.

The retention behaviors of natural gas components were studied on a single column by gas chromatography. The dead time, $t_0$ was obtained by using extrapolation of homologous series to determine capacity factors. The plots of retention data for homologous series and carbon number at different temperatures were shown to converge into a single point, which point was determined as a dead time. The results of the effect of temperature on the column efficiency for n-butane exhibited the plate number, N incerased with temperature, but the resolution among the fast eluted components decreased. The adsorption enthalpy (${\Delta}H^0{_{ads}}$) for each component on 28% DC 200 stationary phase was determined, and in order to investigate the retention behaviors of natural gas components the regression analysis of log $t_R$, log k' and log ${\alpha}$ vs. van der Waals volume(Vw), molecular connectivity index(X) and hydrophobic fragmental constant(f) were carred out. Good correlation was found between log k' vs. Vw, and log k' vs. f. The correlations between the physical properties of natural gas and the physical parameters were investigated by the linear regression analysis. The relationships between Vw vs. molecular weight and heating value(${\Delta}H_{comb}$), X vs. boiling point, and f vs. molecular weight, boiling point and heating value exhibited the high correlation coefficient more than 0.99. Using the regression equation between the heating value of natural gas and Vw the predicted heating values from $C_6$ to $C_{10}$ showed good agreement with those reported in the literature within 0.2% relative error.