'크로마토그래피'에 해당되는 글 2건

  1. 2013.07.24 [실험]크로마토그래피, 숨겨진 색을 찾아라! (1)
  2. 2008.10.22 화가들의 녹색 요정, 압생트

[실험]크로마토그래피, 숨겨진 색을 찾아라!

우리 주위의 물질은 크게 순물질과 혼합물로 나눌 수 있다. 순물질은 이름 그대로 순수하게 한 종류의 물질만으로 이루어졌는데 물, 소금, 순금, 연필심 등이 대표적이다. 반면 혼합물은 두 가지 이상의 순물질이 섞여 이루어진 것으로 공기, 바닷물, 암석 등이 있다. 우리 주위에 존재하는 대부분의 물질은 혼합물의 상태로 존재한다. 때문에 소금이나 철 등 우리 생활에 꼭 필요한 순물질을 얻기 위해서는 혼합물 분리 과정이 필요하다.

그렇다면 혼합물은 어떻게 순물질로 분리할 수 있을까? 크로마토그래피 원리를 이용해 혼합물을 분리해 보자.


[교과과정]
초등 3-2 혼합물의 분리

[학습주제]
크로마토그래피의 원리 이해하기
혼합물 분리하기
생활 속 혼합물 찾아보기

<실험 방법 및 원리>



<실험 동영상>




* 실험 참고사항 : 코팅된 분필은 결과가 잘 나오지 않습니다.
분필의 점이 물에 잠기지 않도록 주의하세요.
분필을 너무 오랫동안 물속에 담가두면 색들이 모두 분산되므로 주의하세요.
거름종이 실험은 물을 흡수해 위와 같은 결과가 나타나기까지 20분 이상 소요됩니다.


•실험 결과

1) 수성 사인펜으로 점을 찍은 분필을 물 위에 올려놨을 때
- 검은 점은 분필 아래쪽부터 보라, 파랑, 빨강, 노랑의 순서로 번져 나갔다.

2) 수성 사인펜으로 점을 찍은 거름종이를 물에 흡수되도록 올려놨을 때
- 빨강, 노랑, 초록, 파랑 등 각각의 점들이 물과 함께 퍼져나가며 다양한 색깔로 얼룩졌다.

이 실험처럼 혼합된 물질을 분리하는 방법을 ‘크로마토그래피’라고 한다. ‘크로마’는 라틴어로 ‘color’, 즉 색이라는 뜻이고 ‘그래피’는 ‘기록’이라는 뜻으로 색깔의 기록이라는 의미를 갖고 있다. 크로마토그래피는 이동 속도의 차이를 이용해 시료의 성분을 분리해 낸다.

종이 크로마토그래피는 비슷한 성분의 물질이 소량으로 섞여 있는 혼합물을 쉽게 분리할 수 있는 방법이다. 거름종이를 사용하는 이유는 물과 같은 용매를 잘 흡수하는 성질 때문이다. 실험에서 거름종이에 수성 사인펜들로 점을 찍은 뒤, 물에 거름종이 끝부분이 잠기도록 올려놓으면 물이 거름종이를 따라 올라간다. 물이 사인펜 점과 만나면 사인펜 시료 속의 혼합물들이 용해되기 시작한다. 용해된 성분들은 물과 함께 이동하는데 종이 속 셀룰로오스와의 친화력, 성분의 무게 등에 따라 이동하는 속도가 달라진다.

크로마토그래피는 1906년 러시아의 식물학자인 미하일 츠베트가 고안해 냈다. 그는 식물의 잎에 함유돼 있는 엽록소를 분리하기 위해 잘게 빻은 탄산칼슘을 채운 유리관에 식물 즙을 통과시켜 색소를 분리해 냈다. 이후 많은 과학자들이 크로마토그래피를 연구하며 종이 크로마토그래피는 물론 기체 크로마토그래피, 관 크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피 등 다양한 방법을 개발해 냈다.

•생활 속 다양하게 이용되는 크로마토그래피

크로마토그래피는 여러 가지 장점을 가지고 있다. 첫째, 혼합물의 양이 적어도 분리가 가능하다. 둘째, 실험이 간편하다. 실험을 시작하고 기다리면 곧 저절로 분리되는 모습을 볼 수 있다. 이런 장점 덕분에 크로마토그래피는 화학 분석에 자주 사용된다. 범죄 영화를 볼 때 핏자국을 분석해서 범인을 알아내는 장면을 흔히 볼 수 있다. 이 때 피가 묻어 있는 부분을 용매를 써서 녹인 다음 크로마토그래피 장치에 넣으면 단백질이 분리된다. 혈액형에 따라 피를 구성하는 단백질의 종류가 다른 점을 이용해 범인의 혈액형을 알아내는 것이다. 소변의 성분 분석도 가능하기 때문에 운동선수의 도핑테스트에도 활용된다. 그 밖에도 지방, 금속 이온, 소화 효소, 비타민, 당분 등을 분리하거나 확인하는 데 이용되고 있다.

과학자들은 크로마토그래피 원리를 이용해 다양한 연구를 진행하기도 한다. 영국 브리스톨대학 리차드 에버세드, 스티븐 버클리 교수 연구팀은 기원 전 1985년부터 기원 후 395년 사이에 만들어진 13구의 미라의 화학적 조성을 분석하는 데 기체 크로마토그래피를 이용했다.

마약을 했는지 검사하는데도 기체 크로마토그래피가 이용된다. 혐의자의 머리카락에서 단백질을 제거한 뒤 나머지를 기체 크로마토그래피를 이용해 분리한 후 질량분석기로 분석하면 엑스터시의 주성분인 MDMA(methylene dioxymethamphetamine)의 검출 여부를 알 수 있다. 소변검사보다 마약 검출 정확도가 월등히 높다. 간단한 실험을 통해 알아본 크로마토그래피는 이렇듯 다방면에서 활약하고 있다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

 

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영화 ‘토탈 이클립스(Total Eclipse)’는 프랑스의 시인 폴 베를렌느(Paul Verlaine)와 아르튀르 랭보(Arthur Rimbaud)의 동성애적 사랑을 그린 영화로 유명하다. 지금에야 ‘미드나잇 카우보이’나 ‘왕의 남자’처럼 동성애에 대한 영화가 흔하지만, ‘토탈 이클립스’가 개봉되던 1995년만 해도 프랑스의 두 시인 사이에서 벌어지는 파괴적인 동성애 행각은 큰 파문을 불러일으켰다. 또 당시 최고의 하이틴 스타였던 레오나르도 디카프리오가 천재 시인 랭보로 등장한 것 역시 적잖은 화젯거리가 되었다.

영화에서 랭보로 분한 레오나르드 디카프리오는 녹색의 술 한 잔을 앞에 두고 있다. 이 녹색 술이 19세기를 풍미했던 압생트(Absinthe)란 술이다. 이 술은 1750년대에 스위스에서 처음 제조되어 19세기 중엽에는 전 유럽에서 인기있는 술이 되었다. 모파상, 마네, 피카소, 고흐 등 낭만주의 시인과 화가, 소설가들이 압생트를 즐겨 마셨다고 한다.

그런데 낭만주의 예술가들에게 압생트가 이토록 인기였던 이유는 무엇일까? 녹색과 사과 맛 브랜디라는 압생트 특유의 멋도 있지만, 이 술 안에 투존(Thujone)이라는 환각성분이 들어 있기 때문이기도 했다. 투존은 중추신경에 심각한 장애를 동반하며, 지각장애와 정신착란 그리고 간질과 유사한 발작을 일으켜 결국 죽음에 이르게 하는 성분이다. 그러나 역설적으로 압생트의 환각성분은 화가들의 예술적 정서를 풍성하게 해주는 역할도 했었다.

물에 희석해 마시는 압생트는 탁한 녹색을 띠며 쓴맛이 난다. 압생트 애호가들은 이 쓴맛을 해결하기 위해 ‘압생트 숟가락’이라는 특별한 은수저를 사용했다고 한다. 먼저 압생트 숟가락을 잔에 걸치고 그 위에 각설탕을 올려놓는다. 이 위로 압생트를 조금 부은 후에, 차가운 물을 서서히 부으면 각설탕 녹은 물이 흘러내려 녹색의 압생트와 섞여 불투명한 액체가 된다. 술의 도수를 희석시킬 뿐만 아니라 쓴맛도 제거해주는 셈이다. 화가들은 흔히 이 절차를 예술 또는 신성한 종교의식에 비유했다. 이처럼 독특한 압생트 희석 방법도 예술가들이 압생트에 매료되는 데에 한몫을 했다.

그 때문에 낭만주의 예술가들의 소설과 그림을 살펴보면 압생트에 관련된 에피소드를 여럿 찾아낼 수 있다. 19세기 파리에는 예술가들뿐만 아니라 보통 사람들도 일과 후 카페로 몰려가 늦은 시간까지 압생트를 마시곤 했다. 그래서 늦은 저녁 시간을 ‘녹색의 시간’이라고 부르기도 했다. 알버트 간트너(Albert Gantner)라는 화가는 압생트의 금지를 희화하는 ‘녹색요정의 종말(The end of the Green Fairy)’이라는 그림을 그리기도 했다.

독특한 작품세계로 유명한 빈센트 반 고흐는 압생트를 즐겨 마신 나머지 심각한 알코올 중독 증세를 보였다. 압생트에는 시신경을 손상시키는 테르펜(terpene) 유도체가 함유되어 있다. 고흐의 그림에서는 후기로 갈수록 시각장애나 알코올 중독, 정신착란의 징후가 발견되는데 이처럼 독특한 고흐의 색감에 압생트도 한몫한 셈이다. 특히 그가 자살로 생을 마감하기 직전 머물렀던 아를(Arles)에서 탄생한 그림들에는 기묘하게 혼합된 노랑과 파랑이 많이 사용되었음을 알 수 있다. 알코올 중독으로 인한 금단현상에 시달리던 고흐는 물감희석용으로 쓰이는 테레펜틴(turpentine)을 마시려 한 적도 있다고 한다. 테레펜틴에 압생트 성분 중 하나인 투존이 포함되어 있었기 때문이다.

이러한 압생트의 중독 성분 때문에 유럽 각국은 20세기 들어 대부분 압생트의 제조와 판매를 금지했다. 낭만주의 예술가들의 사랑을 받던 압생트가 20세기에 들어 잊혀진 술이 될 운명이었던 것이다. 그런데 최근 들어 압생트에 대한 새로운 연구결과들이 속속 발표되고 있어 주목을 끈다. 즉, 압생트가 화가들을 괴롭힌 치명적인 중독을 불러일으킨 원인이 아니라는 점이다. 독일, 영국, 미국의 국제공동연구진은 압생트에 들어 있는 투존이 이러한 증세의 원인이 아니라고 보고했다.

그럼에도 불구하고 압생트가 치명적 독성을 띠고 있다는 소문이 난 데에는 압생트 판매량이 와인 판매량을 초과하자 이를 경계한 프랑스의 와인 제작자들의 로비가 한몫을 했다고 한다. 압생트 제조가 금지되던 20세기 초에는 과학적 분석을 통해 투존의 함량을 측정하기보다는 적당히 예측한 경우가 많았다. 이 당시 화학자들은 압생트의 투존 함유량을 350mg/L(여전히 독성을 일으키기에는 충분한 양이 아님)이라고 추정했는데, 현재의 기술로 같은 압생트의 투존 함량을 정확하게 측정해보면 고작 5mg/L라는 결과가 나온다.

이와 함께 연구진은 압생트에 든 독성의 다른 원인을 찾기 위해 메탄올과 알코올, 알데히드의 양을 기체 크로마토그래피로 측정하고, 원자 흡수 분광법으로 구리를, 플라즈마 질량분석기로 안티몬의 양을 측정했다. 이 결과 역시 비교적 깨끗하며 불순물의 양이 거의 없었다. 압생트를 사랑했던 예술가들이 건강을 잃었던 이유는 압생트의 독성 때문이 아니라 알코올 중독 때문이었던 것이다.

여러 연구 결과와 압생트 팬들의 청원에 힘입어 1988년 마침내 압생트 금지법이 폐지되었다. 이와 함께 일반적인 주류에는 35mg/L 이하의 투존 함유가 허용된다. 2007년에는 마침내 미국에서도 압생트 판매가 자유로워졌다.

레마르크의 ‘개선문’에는 파리의 카페 푸케(Fouquet’s)가 주요 무대로 등장한다. 주인공인 라비크와 조앙은 이 카페에서 처음 만나 압생트를 나누어 마신다. 푸케는 파리 샹젤리제에 실제로 있는 카페다. 화가들의 마음을 빼앗았던 압생트를 실제로 한번 마셔보는 건 어떨까.

글 : 이식 박사(한국과학기술정보연구원 책임연구원)

ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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