정답
모형도 ㉠, ㉡, ㉢에 해당하는 부품은 각각 D, C, B이다. 억제 칼럼의 역할에서 ㉣은 \( \mathrm{H^+} \), ㉢은 \( \mathrm{H_2O} \)이다.
출제 의도
음이온 분석용 이온 크로마토그래프의 흐름 순서와 각 칼럼의 기능(분리 칼럼, 억제 칼럼, 전도도 검출기)을 이해하고, 억제 칼럼에서 일어나는 이온 교환 반응을 통해 용리액의 이온이 어떻게 중성 분자로 전환되어 바탕 전도도가 감소하는지 파악하는지를 묻는다.
풀이 과정
묽은 KOH 용리액을 사용하는 음이온 이온 크로마토그래피에서, 시료는 먼저 음이온 교환기(4차 암모늄기 \(\mathrm{-NR_4^+}\)가 있는 칼럼)를 지나면서 음이온들이 분리된다. 이 칼럼이 [부품]의 D이므로, 모형도의 첫 번째 칸 ㉠은 D에 해당한다.
이후 용리액에 들어 있는 \(\mathrm{K^+}\)를 \(\mathrm{H^+}\)로 바꾸어 \(\mathrm{KOH}\)를 물로 만드는 칼럼이 억제 칼럼이다. 억제 칼럼의 충전제는 \(\mathrm{SO_3^-H^+}\)와 같은 양이온 교환 수지이며, 이는 [부품]의 C이다. 따라서 모형도에서 ㉡은 C이다.
마지막으로 용액의 전도도를 측정하는 장치가 전도도 검출기이며, [부품]의 B에 해당한다. 따라서 모형도에서 ㉢은 B이다.
억제 칼럼의 역할을 나타낸 설명에서, 용리액의 \(\mathrm{K^+}\) 이온은 칼럼 내의 \(\mathrm{H^+}\)와 교환된다. 따라서 괄호 ㉣에는 \(\mathrm{H^+}\)가 들어간다. 이렇게 되면 용리액의 \(\mathrm{KOH}\)는
\[ \mathrm{K^+ + OH^- + H^+ \longrightarrow H_2O} \]
와 같이 물로 바뀌어 중성 분자 \(\mathrm{H_2O}\)가 생성되므로 전도도 검출기의 바탕 전도도가 크게 감소한다. 따라서 괄호 ㉢에는 \(\mathrm{H_2O}\)가 들어간다.
<풀이가 부정확할 수 있으니 반드시 교차검증 확인 바랍니다.>