흡착능(吸着能) · 분배계수(分配係數)·휘발성 또는 이온교환능의 차 등을 이용해 혼합물을 분리·정제하는 조작법의 하나. 미량 물질의 분석수단으로 이용된다.

크로마토그래피에는 여러 가지 형식의 것이 있는데, 고정된 흡착제(고정상)의 한 끝에 시료(試料)를 넣고 여기에 용매 또는 기체를 연속적으로 흐르게 하는(이동상) 원리는 똑같다.

이동상(移動相)은 시료를 함유한 고정상(固定相)으로부터 시료를 녹여내는데, 용질이 여기를 천천히 지나가 새로운 고정상에 닿으면, 두 상(相)에 대한 물리적·화학적 상호작용의 정도에 따라 흡착 또는 분리가 일어난다.

고정상이 고체인 경우에는 흡착에 의해, 액체인 경우에는 분배에 의하는 것이 주된 상호작용인 것으로 생각된다.

따라서 고정상과 이동상의 계면에서는 물질의 흡착과 용출이 되풀이되어 시료 속에 함유된 성분 중 흡착제와 친화성이 강한 성분일수록 용출되어 이동하는 비율이 적어지고, 고정상 속에 머무는 비율이 커진다.

즉, 친화성에 근소한 차가 있으면 고정상 중의 이동속도에 차이가 생겨 혼합물의 분리가 가능해진다.

혼합물의 분리에는 침전 · 여과 · 증류 · 승화 · 추출 및 그 밖에 물질의 화학적 ·물리적 성질의 차를 이용하는 방법이 있는데, 크로마토그래피는 간단한 조작의 계속에 의해 분리가 가능한 뛰어난 방법 이다.

화학·생물학·약학·의학·농학·환경과학 등 물질을 다루는 여러 과학의 모든 분야에 걸쳐 이용된다.

크로마토그래피의 창시자는 러시아의 식물학자 M. S. 츠베트. 1906년 녹색 잎에 함유되어 있는 색소를, 분말탄산칼슘을 채운 유리관에 석유에테르용액을 흘려보내 분리한 것이 최초의 실험으로 알려져 있다(오늘날의 액체-고체 크로마토그래피의 방법).

그 후 41년에 영국의 A. J. P. 마틴과 R. L. M. 싱이 츠베트의 방법과 비슷하지만 분리의 원인이 다른 이른바 분배 크로마토그래피를, 이동상과 고정상이 액체인 액체-액체 크로마토그래피의 형태로 도입했다.

이로써 분리에 관해 정량적(定量的)으로 다루기가 용이해지고, 분리법으로서의 기초가 확립되었다.

두 사람은 이 업적으로 52년 노벨 화학상을 수상했다.

그 후 이 방법은 이동상이 기체인 기체 크로마토그래피에도 적용되어 오늘날의 발전을 보았다.

〔분류〕크로마토그래피에는 몇 가지의 분류법이 있는데, 이동상과 고정상의 조합에 의한 분류는 원리적으로는〈표 1〉과 같다.

이동상으로 기체를 쓴 크로마토그래피, 즉 기체-액체, 기체-고체 크로마토그래피를 통틀어 기체 크로마토그래피(GC)라 하고, 이동상으로 액체를 쓴 액체-고체, 액체-액체의 두 크로마토그래피를 액체 크로마토그래피(LC)라 한다.

또 다른 분류법으로서, 고정상으로 액체를 쓰는 경우에는 주로 고정상과 이동상의 물질의 분배력의 차이에 의해 분리가 일어나므로 이것을 분배 크로마토그래피라 하고, 고정상이 고체인 경우에는 물질의 분리가 주로 흡착력의 차이에 의해 일어나므로 이것을 흡착 크로마토그래피라 한다〈표 2〉.

조작상의 형식에 따른 분류로서는〈표 3〉과 같이 칼럼(管柱)을 쓰는 넓은 의미의 칼럼 크로마토그래피와 층상(層狀)의 것을 쓰는 층 크로마토그래피로 나눈다.

전자는 보통 유리제의 관에 고정상이나 운반체를 채우고 이동상을 그 한끝에서 흘려보내는 것으로 다량의 물질을 다루는 데 적합하고, 후자에는 고정상 또는 운반체를 얇은 층으로 해 유리판에 도포하는 박층(薄層) 크로마토그래피(TLC)와, 거름종이 조각을 고정상으로 하는 종이 크로마토그래피(PC)가 있는데 미량의 물질을 다루는 데 적합하다.

〔분리기구(分離機構)〕 고정상이 고체인 흡착 크로마토그래피에서는, 고체 표면에 대한 물질의 흡착량은 온도 · 압력(또는 농도)에 의존한다.

물질의 분리는 용질(분리해야 할 물질) · 고정상(흡착제) · 이동상의 3가지 요소로 결정된다.

따라서 시료의 용질의 성질에 따라 고정상과 이동상을 선택하는 것이 중요하다.

예컨대 극성(極性)이 큰 용질을 분리하는 데는 활성도(活性度)가 낮은 흡착제를 쓰고, 이동상은 액체일 경우 극성이 큰 용매를 쓰면 양호한 분리를 할 수 있다.

흡착제로서는 흡착력이 큰 활성탄 · 활성알루미나 · 활성 규산마그네슘 · 산화마그네슘 등과, 흡착력이 약한 수크로오스 · 녹말 · 탄산나트륨 등 여러 가지의 것이 목적에 따라 사용된다.

이동상 액체로서는 극성이 강한 피리딘 · 물 · 메탄올 · 에탄올 · 아세톤에서부터 극성이 약한 석유에테르 · 시클로헥산 · 사염화탄소 · 벤젠, 그 밖의 많은 용매가 이용된다.

이동상이 기체인 기체 크로마토그래피에서는 사용하는 기체를 운반체기체라 부르는데, 헬륨 · 질소 등과 같은 비활성기체가 주로 쓰인다.

〔분배계수 · 운반체〕 고정상이 액체인 분배 크로마토그래피에서는 액체에 대한 물질의 분배는 분배의 법칙이 성립한다.

즉, 혼합하지 않은 2상 사이의 용질의 농도를 c, c라 하면, 이 비(比) c/c= 는 농도에 상관없이 일정하다.

이것을 분배계수(分配係數)라 한다.

고정상으로는 충전제에 적당한 액체상(液體相)이 스며든 것을 쓰고, 이 액체상과 서로 섞이지 않는 용매를 이동상으로서 흐르게 하면 고정상과 이동상 사이에 시료 성분의 분배가 일어나, 그 분배계수의 차에 의해 성분을 분리할 수 있다.

예컨대 고정상에 용해하기 쉽고, 따라서 관 속을 천천히 이동하는 성분은 잘 용해하지 않는 성분보다 분배계수가 크다.

일반적으로 고정상으로 극성이 있는 액체상을 썼을 경우에는 이동상에는 극성이 약한 액체가 이용된다.

〔기본용어〕 이동상이 고정상과 접하면서 이동하는 과정을 전개(展開)라 하며, 이동상이 액체라면 그것을 전개제(展開劑)라 부른다.

이온교환 크로마토그래피에서는 이 전개를 용리(溶離)라 하며, 사용하는 용매를 용리액이라 부른다.

전개에 의해 얻어지는 혼합성분의 분리결과를 통틀어 크로마토그램이라고 한다.