KR100279080B1 - 일체형 복합 미세전극 어레이 - Google Patents
일체형 복합 미세전극 어레이 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 디스크 형태의 작업전극, 보조전극, 그리고 기준전극이 하나의 몸체에 집적된 복합 미세전극 어레이에 관한 것으로, 작업전극은 여러개의 20-100μm크기의 미세금속을 사용하여 전극몸체의 중앙에 위치한 기준전극 주위에 환형으로 배열하였으며, 다시 여러개의 백금 보조전극을 그주위에 환형으로 배열시켜 미세전극의 장점을 살리면서, 미세전극의 단점인 작은 전류량을 증가시켜 신호크기를 증가시킨 복합 미세전극 어레이다. 본 발명에 의한 복합 미세전극 어레이는 하나의 몸체에 필요한 모든 전극들이 집적되어 있어 사용과 관리가 매우 편리하다. 또한 미세전극을 사용하므로 시료용액의 교반, 용존산소의 제거, 전해질의 첨가등 시료의 복잡한 전처리 과정이 필요없고, 어레이 형태의 전극이므로 분석감도가 매우 좋을 뿐만 아니라 동시에 여러 가지 금속원소들을 분석할 수 있어 환경수질시료의 현장분석에 매우 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 여러개의 미세한 금속선이 디스크 형태로 모여 이룬 작업전극과 보조전극 그리고 기준전극이 하나의 몸체로 만들어진 일체형 복합 미세전극 어레이의 제조와 사용법에 관한 것으로, 환경수질시료 혹은 기타의 용액중에 존재하는 미량의 금속들을 전기화학적인 방법에 의하여 측정하는데 사용될 수 있다.
환경수질시료의 신속한 분석에 사용될 수 있는 센서의 필요성에 따라 최근에 여러 가지 종류의 센서들이 개발되었다. 그중에서 전기화학적 원리에 바탕을 둔 환경수질시료 분석방법들은 높은 선택성, 뛰어난 감도, 여러 가지 금속들의 동시분석, 그리고 신속한 분석과정등 환경수질시료의 분석에 필요한 여러 가지 장점들을 가지고 있다. 특히 환경수질시료중에 극미량으로 존재하는 금속들을 분석하는 방법 중 벗김분석법 (Stripping Analysis)은 시료용액중에 극미량으로 존재하는 금속이온들을 전극에 농축한 다음 분석하기 때문에 매우 뛰어난 분석감도를 나타낸다. 이러한 전기화학적 시료분석 방법들은 금속들의 전기화학적인 산화/환원반응에 기초를 두고 있으며, 보통 작업전극, 기준전극, 그리고 보조전극등 세가지 종류의 전극을 동시에 사용한다. 따라서 전기화학적인 방법에 따라 시료를 분석하기 위해서는 세개의 전극을 동시에 시료에 담가야 하므로 시료와 전극을 동시에 담을수 있는 셀이라는 별도의 용기가 필요하다. 또한 시료의 전기화학 반응이 진행됨에 따라 세개의 전극들간 전자들이 원활하게 이동할 수 있도록 시료용액에 전해질을 첨가하여 주어야 한다. 시료 용액중에 존재하는 용존산소는 흔히 금속들의 산화/환원반응이 일어나는 전위범위에서 중첩되어 자체 산화/환원반응을 하므로 시료의 분석을 위하여 제거하여 주어야 한다. 상기한 여러 가지 조건들은 전기화학적인 분석방법이 여러 가지 장점을 가지고 있음에도 불구하고 광범위하게 사용되는데 많은 제약을 주고 있다.
따라서 환경수질시료의 신속한 분석에 전기화학적인 방법들을 광범위하게 사용하기 위해서는 상기한 여러 가지 조건들을 만족시킬 수 있는 전극과 이를 이용한 분석방법의 개발이 요구되고 있다. 환경수질시료중에 극미량으로 존재하는 금속들의 분석에서 요구되는 높은 감도와 여러 가지 금속들을 동시에 분석할 수 있는 뛰어난 선택성을 가지고 있으면서, 시료용액을 별도의 셀에 넣지 않고 시료용액에 직접 센서를 담가 분석할 수 있으며, 시료용액에 별도의 전해질을 사용하지 않아도 분석할 수 있고, 시료용액중 용존산소를 제거하지 않고 분석이 가능하며, 세 개의 전극 대신 하나의 전극만을 사용할 수 있는 복합전극과 이를 이용한 환경수질시료 분석방법의 개발에 본 발명의 목적이 있다.
제1도는 본 발명에 따른 일체형 복합 미세전극 어레이.
제2도는 본 발명에 따른 일체형 복합 미세전극 어레이의 감응부.
본 발명에서는 상기한 환경수질시료의 분석에 필요한 여러 가지 조건들을 만족시킬 수 있는 전극과 이를 이용한 분석방법의 개발에 많은 노력을 기울여 왔다. 본 발명에서 사용한 전기화학적 분석방법은 일정전류 전위차 벗김분석법 (Constant Current Potentiometric Stripping Analysis, CCPSA)으로서, 작업전극을 일정시간 동안 일정 환원전위를 유지시켜 시료용액중에 미량으로 존재하는 금속이온들을 작업전극에 농축시킨 다음, 일정한 산화전류를 작업전극을 통하여 흐르게 하여 작업전극에 농축되었던 금속들을 다시 용액중으로 산화시켜 벗겨내면서 그때 변화되는 작업전극의 전압을 측정하는 방법이다. 이러한 벗김과정에서 각 금속들은 각각 그들 고유의 산화전위에서 산화되므로 작업전극에 농축되었던 해당 금속들이 산화되는 동안 작업전극은 그들 금속 고유의 산화전위를 나타내게 되며, 이러한 전위가 지속되는 시간은 작업전극에 농축된 해당 금속의 양에 비례한다. 따라서 산화전위를 측정하여 금속의 종류를 알 수 있으며, 해당 산화전위가 지속되는 시간을 측정하면 그 금속의 양을 알 수 있다. 또한 시료중 금속이 극미량으로 존재하면 작업전극에 농축시간을 조절하여 분석감도를 높일 수 있어 극미량 시료의 분석에 매우 유용한 방법이다.
제1도에 본 발명에 의하여 제작된 복합 미세전극 어레이의 단면을 나타내었다. 본 발명에 의하여 제작된 전극은 기존의 여러 가지 전기화학 장비들과 연결하여 용도에 따라 다양한 방식으로 사용할 수 있다. 복합 미세전극 어레이 4를 분석시료 용액에 직접 넣어 금속들을 분석하며, 전극몸체 위쪽에 있는 제1도의 1, 2, 3의 세 개의 전극신호선들을 전기화학장비 (Potentiostat/Galvanostat)에 연결하여 사용한다. 복합 미세전극 어레이의 몸체 4는 직경 20mm 의 견고한 플라스틱으로 제작되어 전극들과 내부용액을 감싸고 있으며, 전극 밑면에 금속 작업전극 8, 백금 보조전극 7, 그리고 기준전극 9가 시료용액에 접할 수 있도록 되어있다. 본 발명에 의한 복합 미세전극 어레이는 전극몸체 4의 중앙에 기준전극 6이 설치되어 있으며, 기준전극 주위에 수많은 작업전극과 보조전극들이 환형으로 배열되어 복합전극을 이루고 있다. 본 발명에 의한 복합 미세전극 어레이의 센서면인 전극의 밑면을 제2도에 도시하였다. 전극의 가운데는 기준전극과 시료용액이 접할수 있도록 제2도의 3과 같이 기준전극의 바닥을 다공성막으로 막았다. 본 발명에서 사용한 기준 전극은 Ag/AgCl 전극으로서 복합전극의 내부 유리관내에 설치되어 있으며 유리관 내부(제1도의 5)는 같이 NaCl 로 포화된 전해질 용액으로 채웠다. 여러개의 미세 작업전극과 보조전극들은 전극내부에서 그들끼리 각각 하나로 합하여 외부 전기화학장비에 연결된다. 본 발명에 의한 복합 미세전극 어레이는 테프론재질의 전극바닥에 0.5mm 크기의 수많은 구멍들을 뚫어 미세한 금속전극들이 통과할 수 있도록 하였으며, 이렇게 구멍을 통과한 미세전극들은 내부에서 환형의 1mm 백금선 11, 12에 감겨 하나로 합쳐지도록 하였다. 작업전극 (제2도의 2)은 고순도의 20-100μm 금선을 사용하였으며, 보조전극 (제2도의 1)은 0.8mm 고순도 백금을 사용하였다.
본 발명에 의한 복합 미세전극 어레이는 기존의 수은을 사용하는 전극들과 비교시 전극의 내구성이 뛰어나고, 수은을 사용하지 않기 때문에 보관 및 관리와 환경오염의 염려가 없으며, 환경수질시료중 중금속 관리 대상물질인 수은을 측정할 수 있다. 미세전극을 사용하면 시료용액의 자연순환효과에 의한 영향을 받지않아 시료 금속이온들의 전극쪽으로 질량이동효과를 극대화 할 수 있다는 것이 매우 커다란 장점으로 학계에 보고 되고 있다. 이러한 효율적인 질량이동효과는 시료용액을 분석중에 물리적인 방법에 의하여 교반 시키지 않아도 분석에 큰 어려움이 없음을 의미한다. 또한 미세전극은 전극의 크기가 매우 적어 IR 강하 효과가 작으므로 용액의 이온세기가 작은 용액에서도 큰 무리없이 사용할 수 있다. 따라서 최적상태에서 시료용액에 전해질 없이 전기화학반응이 가능하다.
시료의 전기화학반응은 작업전극의 표면에서 일어나므로 그결과 흐르는 전류 변화량은 전극표면적에 비례한다. 미세전극의 표면적은 매우 적기 때문에 전기화학 반응에 의한 전류량이 매우작다. 이러한 미세전극으로부터 흐르는 전류량(nA-pA)이 매우 작기 때문에 측정이 어려워 신호대 잡음비(S/N)가 나빠져 결과적으로 감도가 나빠지는 결과가 초래된다. 따라서 본 발명에서는 미세전극의 장점을 살리면서 감도를 높일수 있도록 여러개의 작업전극과 보조전극을 하나의 몸체에 집적한 복합 미세전극 어레이를 고안하였다. 실험결과 전체전류는 각각의 미세전극을 통하여 흐르는 전류들의 합으로 나타나서 미세 작업전극의 숫자에 비례하여 전류신호를 증가 시킬수 있었다. 또한 본 발명에 의한 복합 미세전극 어레이는 기준전극, 작업전극, 그리고 보조전극이 하나의 몸체에 있기 때문에 세 개의 전극을 각기 사용한 경우와 비교시 훨씬 사용이 용이하여 현장에서 휴대용으로 사용하기에 매우 유리하다.
Claims (1)
- 기준전극, 작업전극, 그리고 보조전극들이 하나의 몸체에 집적되어 있으며, 기준전극 주위에 디스크 형태의 미세 작업전극과 보조전극 여러개를 환형으로 배치하여 미세전극의 장점들을 살리면서 전류량을 증폭시켜 감도를 높일 수 있도록 만들어진 복합 미세전극 어레이.만들어진 복합 미세전극 어레이.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019980017764A KR100279080B1 (ko) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 일체형 복합 미세전극 어레이 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019980017764A KR100279080B1 (ko) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 일체형 복합 미세전극 어레이 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19980042988A KR19980042988A (ko) | 1998-08-17 |
| KR100279080B1 true KR100279080B1 (ko) | 2001-06-01 |
Family
ID=65892072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1019980017764A KR100279080B1 (ko) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 일체형 복합 미세전극 어레이 |
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Families Citing this family (2)
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- 1998-05-18 KR KR1019980017764A patent/KR100279080B1/ko not_active IP Right Cessation
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