22-2운반기체(carrier gas) 종류에 따른 선형유속과 HETP… | 2022년 식품안전기사실기(필답형) 2회차 기출문제 상세 페이지

가장 우수한 운반기체 : 수소($\mathrm{H_2}$)

이유 : HETP의 최저값이 셋 중 가장 낮고, 낮은 HETP가 유지되는 유속 범위가 가장 넓어 유속을 올려도 분리효율이 떨어지지 않기 때문

[해설]

HETP(Height Equivalent to a Theoretical Plate, 이론단 높이)는 이론단 하나가 차지하는 칼럼 길이다.

$\mathrm{HETP} = \dfrac{L}{N}$ ($L$ = 칼럼 길이, $N$ = 이론단수)

같은 길이의 칼럼이라도 HETP가 작을수록 이론단이 촘촘히 들어차 이론단수가 많아지고 분리능이 좋아진다. 따라서 그래프에서는 곡선이 아래에 있을수록 유리하다.

유속을 바꿔 가며 HETP를 재면 아래로 볼록한 곡선(van Deemter 곡선)이 나오고, 최저점에 해당하는 유속이 그 기체의 최적 유속이다. 세 기체를 비교하면

• 질소 — 최저점은 낮은 유속 쪽에 있고 곡선이 가파르다. 최적 유속을 조금만 벗어나도 HETP가 급격히 커져, 분석시간을 줄이려 유속을 올리면 분리능을 크게 잃는다.

• 헬륨 — 곡선이 완만해 넓은 유속 구간에서 낮은 HETP를 유지한다.

• 수소 — 확산계수가 가장 커서 곡선 자체가 가장 아래에 있고 가장 평탄하다. HETP 최저값도 가장 작고, 그 값을 유지하는 유속 범위도 가장 넓어 높은 유속에서 빠르게 분석해도 효율이 유지된다.

그래서 다른 조건을 따지지 않는다면 답은 수소다. 다만 실무에서는 수소의 폭발 위험 때문에 헬륨을 택하는 경우가 많은데, 이 문항은 "다른 조건은 고려하지 않는다"고 못박아 순수하게 그래프 판독만 요구한다.