크로마토그래피

시금치 잎을 갈아 짠 초록 즙을 크로마토그래피 종이의 아래쪽에 작은 점으로 찍고, 비극성 용매에 종이 끝을 담갔다. 용매가 종이를 타고 8.0 cm 올라가는 동안 초록 점은 네 개의 띠로 갈라졌다. 맨 위에는 주황색, 그 아래 노란색, 청록색, 가장 아래 황록색 띠가 생겼다. 모두 같은 용매에 실려 같은 시간 동안 움직였는데 왜 서로 다른 거리를 갔을까? 띠의 위치로 물질을 알아볼 수 있을까?

2.9.1붙잡는 쪽과 끌고 가는 쪽

크로마토그래피에는 움직이지 않는 정지상과 그 위를 흐르는 이동상이 있다. 종이 크로마토그래피에서 정지상은 종이의 섬유와 거기에 붙은 물이고, 이동상은 종이를 타고 오르는 용매이다. 색소 분자는 두 상 사이를 끊임없이 오가며, 이동상에 녹아 있는 동안만 앞으로 나아간다. 이동상과 잘 맞는 분자는 오래 실려 가서 멀리 가고, 정지상에 잘 붙는 분자는 자주 붙잡혀 조금만 간다. 앞에서 본 두 용매 사이의 분배가 종이 위에서 수없이 되풀이되는 셈이다.

시금치의 색소 가운데 카로틴은 탄소와 수소로만 된 극성이 아주 작은 분자여서, 비극성 용매에 잘 녹고 극성인 종이에는 잘 붙지 않아 용매와 거의 함께 올라간다. 잔토필은 산소를 가진 작용기가 있어 조금 더 붙잡히고, 엽록소는 극성 부분이 커서 더 많이 붙잡힌다. 엽록소 b는 엽록소 a보다 극성 작용기가 하나 더 있어 가장 느리다. 그래서 분자의 극성 순서가 띠의 순서가 된다.¹

2.9.2\(R_f\)로 물질 확인하기

띠까지의 거리는 용매가 얼마나 올라갔는지에 따라 달라지지만, 그 비인 \(R_f\)는 거의 같다. 그래서 \(R_f\)를 쓰면 실험마다 용매가 올라간 거리가 달라도 결과를 비교할 수 있다. 확인하고 싶은 물질의 순수한 표준 시료를 같은 종이에 나란히 찍고 함께 전개하면, 미지 시료의 띠가 표준과 같은 높이에 있는지 바로 비교할 수 있다. 용매의 극성을 바꾸면 모든 \(R_f\)가 달라지므로, 같은 조건에서 잰 값끼리만 비교한다.

2.9.3예제 풀이

카로틴은 \(7.6/8.0 = 0.95\), 잔토필은 \(5.2/8.0 = 0.65\), 엽록소 a는 \(3.6/8.0 = 0.45\), 엽록소 b는 \(2.8/8.0 = 0.35\)이다. 용매가 6.0 cm 올라갔다면 엽록소 a는 \(0.45 \times 6.0 = 2.7\) cm에 있을 것이다.

\(R_f = 0.65\)인 노란 띠는 같은 조건에서 잔토필과 같은 위치이므로 잔토필일 가능성이 크다. 그러나 \(R_f\)가 같다는 것만으로 같은 물질이라고 단정할 수는 없다. 다른 물질이 우연히 같은 \(R_f\)를 가질 수 있으므로, 표준 잔토필을 나란히 전개하거나 극성이 다른 용매로 한 번 더 전개해 두 조건 모두에서 같은지 확인한다. 즉 크로마토그래피는 극성의 차이로 혼합물을 나누고, 같은 조건의 \(R_f\) 비교로 물질을 알아본다.

아래 탐구 카드에서 잎의 색소를 종이 크로마토그래피로 나누고, 각 띠의 \(R_f\)를 구해 보자.

1. 크로마토그래피는 1906년 러시아의 식물학자 츠베트가 식물 색소를 분리하며 처음 이름 붙였다. 그리스어로 '색'과 '기록'을 합친 말로, 색소가 색깔 띠로 나뉘어 기록된다는 뜻이다.