KR100363543B1 - 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정시스템과 측정 방법 - Google Patents

삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정시스템과 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용하여 암모늄 이온의 농도를 측정하는 것으로, 칼륨 및 나트륨 이온에 의한 간섭효과를 보상함으로써 해수중 또는 담수중의 암모늄 이온의 농도를 재현성을 가지고 고정밀하게 측정할 수 있도록 한 암모늄 농도 측정 기법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 암모늄 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온에 반응하는 삼중 복합 이온 선택성 전극을 구비하고, 이 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용하여 해수중 또는 담수중의 암모늄 이온 농도를 측정하며, 암모늄 선택성 전극에서 서로 다르게 나타나는 칼륨 이온 및 나트륨 이온에 의한 간섭효과를 고려하여 측정된 암모늄 이온의 농도를 보상해 주는 기술적 수단을 채용함으로써, 해수중 또는 담수중에 양이온으로 다량 존재하는 암모늄, 칼륨, 나트륨 이온을 동시에 측정할 수 있고, 또한 해수중 또는 담수중의 암모늄 이온 농도를 재현성을 가지고 고정밀하게 측정할 수 있는 것이다.

Description

삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 시스템과 측정 방법{THREE MULTI ION SELECTIVE ELECTRODE, SYSTEM FOR MEASURING AMMONIUM CONCENTRATION USING IT AND MEASUREMENT METHOD THEREOF}
본 발명은 해수중에 존재하는 특정 이온의 농도를 측정하는 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 칼륨 이온과 나트륨 이온이 암모늄 이온 농도를 측정하는 데 미치는 영향을 고려하면서 특정(즉, 암모늄) 이온의 농도를 고정밀하게 측정하는 데 적합한 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용한 암모늄 이온 농도 측정 시스템과 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 해수중의 질소 성분은 질소 기체, 질산염, 아질산염, 암모늄 이온의 형태로 대략 13ppm 정도 존재하며, 이중 암모늄 이온은 34 ∼ 68ppb의 농도를 가진다. 이와는 달리, 양식장(예를들면, 해양 양식장) 등과 같이 어류를 대량으로 사육하는 공간에서는 어류의 배설물이나 사료의 분해에 의해 다량의 암모늄 이온이 생성되기 때문에 통상 주변 수계에 비해 높은 암모늄 이온 농도를 나타낸다.
잘 알려진 바와같이, 수계에서 비이온성 암모니아와 이온성 암모늄은 온도와 pH에 따라 그 존재 비율이 달라지지만 일반적으로 암모니아성 질소는 생물의 세포벽을 통과하여 어류에게 치명적인 영향을 미친다. 따라서, 미국의 환경 보호청에서는 암모니아성 질소를 0.02ppm 이하로 유지하도록 권장하고 있다.
또한, 유기물인 잉여분의 사료는 타가 영양성 미생물에 의해 분해되면서 어류 성장에 유해한 비이온성 암모니아와 아질산염을 생성할 뿐만 아니라 용존 산소를 소모시키기 때문에 성정하는 어류에 지대한 악영향을 미치게 된다. 따라서, 어류를 사육하는 양식장 등에서는 어류의 성장에 유해한 영양을 미치는 암모늄 이온의 농도를 측정 및 조절해 줄 필요가 있다.
한편, 암모늄 이온의 농도를 측정 및 분석하는 기존의 방법으로는 양이온과 음이온의 친화력을 이용하여 암모늄 이온의 농도를 검출하는 이온크래마토그래피 분석법, 알칼리성 용액 상태에서 암모늄 이온을 비이온성 암모니아로 전환하여 네슬레 시약과 반응시켜 색도로서 암모늄 이온의 농도를 분석하는 네슬러화법, 특정한 이온에 대한 감응성과 재현성이 우수한 전극 물질(ionophore)을 이용하여 암모늄 이온의 농도를 측정하는 이온 선택성 전극법 등이 있다.
여기에서, 이온 선택성 전극법은 그 감응성이 전극의 표면적에 의존하지 않고 재현성이 우수하며 흐름계에서의 사용이 가능하기 때문에 직선적으로 감응하는 범위가 넓으며, 미지의 시료에 대한 비파괴성, 시료에 대한 비오염성, 짧은 감응 시간 및 공장이나 임상실험에서의 연속적인 시료 측정 및 조절이 가능한 장점을 가지고 있어, 폭발성 가스 및 수질 오염과 같은 환경분야에 널리 이용되고 있다.
그러나, 상술한 바와같은 종래 이온 선택성 전극법을 이용하여 암모늄 이온을 측정하는 방법은, 특정한 하나의 이온에 대한 분석에는 용이하지만 여러 종류의 이온(예를들면, 암모늄 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온 등)이 동시에 존재하는 경우에 특정한 한 이온의 농도를 고정밀하게 측정하는 것이 불가능하다는 문제가 있다.
예를들어, 암모늄 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온이 혼재하는 해수중에서 기존의 이온 선택성 전극법으로 암모늄 이온을 측정한다고 가정할 때, 칼륨 이온과 나트륨 이온에 의한 간섭효과 때문에, 즉 암모늄 이온 선택성 전극의 나트륨 이온에 대한 감응도와 칼륨 이온에 대한 감응도가 현격하게 달라 간섭효과가 서로 다르기 때문에 암모늄 이온의 농도를 고정밀하게 측정하는 데 한계를 가질 수밖에 없었다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 암모늄 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온이 다량으로 혼재하는 해수 또는 담수중에서 암모늄 이온의 농도를 재현성을 가지고 고정밀하게 측정할 수 있는 삼중 복합 이온 선택성 전극을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용한 암모늄 이온의 농도 측정을 통해 칼륨 및 나트륨 이온에 의한 간섭효과를 보상함으로써 해수중 또는 담수중의 암모늄 이온의 농도를 재현성을 가지고 고정밀하게 측정할 수 있는 이온 농도 측정 시스템 및 측정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에 따른 본 발명은, 특정 이온에 대한 감응성을 갖는 전극 물질을 이용하여 해수중 또는 담수중에 존재하는 이온들의 농도를 측정하는 전극에 있어서, 외부 라인에 연결된 커넥터; 상기 커넥터상에 소정 폭의 두께로 형성된 전극체; 상기 전극체에 의해 피복 지지되며, 내부 전해액, 내부 기준 전극 및 이온 선택성 멤브레인으로 구성되어 상기 해수 또는 담수중에 존재하는 제 1 이온의 농도를 검출하는 제 1 이온 선택성 전극부; 상기 전극체에 의해 피복 지지되며, 내부 전해액, 내부 기준 전극 및 이온 선택성 멤브레인으로 구성되어 상기 해수 또는 담수중에 존재하는 상기 제 1 이온과는 다른 제 2 이온의 농도를 검출하는 제 2 이온 선택성 전극부; 및 상기 전극체에 의해 피복 지지되며, 내부 전해액, 내부 기준 전극 및 이온 선택성 멤브레인으로 구성되어 상기 해수 또는 담수중에 존재하는 상기 제 1 및 제 2 이온과는 다른 제 3 이온의 농도를 검출하는 제 3 이온 선택성 전극부로 이루어진 삼중 복합 이온 선택성 전극을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에 따른 본 발명은, 특정 이온에 대한 감응성을 갖는 전극 물질을 갖는 이온 선택성 전극을 이용하여 해수중 또는 담수중에 존재하는 이온들의 농도를 측정하는 시스템에 있어서, 완충 용액과 이온 측정을 위한 시료를 수용하는 측정 용기; 상기 측정 용기에 수용된 상기 완충 용액과 시료를 혼합하는 혼합기; 이온의 농도 검출을 위해 상기 측정 용기에 수용된 혼합물에 침지되는 외부 기준 전극; 이온의 농도 검출을 위해 상기 측정 용기에 수용된 혼합물에 침지되며, 특정 이온에 대한 선택성이 부여된 전극 물질로 된 다수의 전극을 갖는 작동 전극; 상기 외부 기준 전극 및 작동 전극으로부터 하나 또는 다수의 이온 농도 검출신호가 제공될 때, 제공된 각 이온 농도 검출신호에 의거하여 각 이온의 농도를 측정하고, 검출된 다수의 이온 농도 측정신호가 제공될 때, 하나의 이온 농도를 검출하는 전극에 대한 다른 이온의 감응도에 따른 간섭 효과에 기인하는 이온 농도 간섭값을 하나의 이온 농도 측정값에서 차감하는 방식으로 각 이온에 대한 농도 보상값을 산출하는 계측기; 및 상기 계측기로부터 제공되는 농도 보상값에 대응하는 아날로그 및/또는 디지탈 형태의 결과값을 저장부에 저장함과 동시에 모니터상에 디스플레이하는 표시 및 데이터 저장부로 이루어진 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 시스템을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또다른 관점에 따른 본 발명은, 특정 이온에 대한 감응성을 갖는 전극 물질을 갖는 이온 선택성 전극을 이용하여 해수중 또는 담수중에 존재하는 이온들의 농도를 측정하는 방법에 있어서, 특정 이온에 대한 선택성이 부여된 전극 물질로 된 다수의 전극을 갖는 이온 선택성 전극을 이용하여 측정 용기에 수용된 시료중에서 다수 이온의 농도를 그 전위차로써 동시에 각각 검출하는 과정; 상기 검출된 다수의 전위차 신호에 의거하여 다수의 각 이온에 대한 농도값을 측정하는 과정; 상기 다수의 이온 농도값중 선택된 어느 하나의 이온 농도값에 대해 나머지 이온 농도값들간의 감응도에 따른 간섭효과에 기인하는 나머지 이온의 농도 간섭값을 하나의 이온 농도값에서 차감하는 방식으로 각 이온에 농도 보상값을 산출하는 과정; 및 상기 산출된 농도 보상값을 아날로그 및/또는 디지탈 형태로 모니터상에 디스플레이하는 과정으로 이루어진 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼중 복합 이온 선택성 전극의 측단면도,
도 2는 도 1에 도시된 삼중 복합 이온 선택성 전극의 정면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 시스템의 블록구성도,
도 4는 본 발명의 삼중 복합 이온 선택성 전극에 구비된 암모늄 선택성 전극부를 통해 검출한 암모늄 이온의 농도에 따른 전위차를 측정한 결과를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용하여 동일한 멤브레인에서 암모늄, 칼륨 및 나트륨을 각각 3회 측정한 결과를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 삼중 복합 이온 선택성 전극에 구비된 칼륨 선택성 전극부를 통해 검출한 칼륨 이온의 농도에 따른 전위차를 측정한 결과를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 삼중 복합 이온 선택성 전극에 구비된 나트륨 선택성 전극부를 통해 검출한 나트륨 이온의 농도에 따른 전위차를 측정한 결과를 나타낸 그래프,
도 8은 해수와 동일한 조건의 나트륨 이온과 칼륨 이온이 존재할 때 암모늄 이온의 농도에 따른 전위차를 측정한 결과를 나타낸 그래프.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
110 : 전극체 120 : 암모늄 이온 선택성 전극부
122, 132, 142 : 내부 전해액 124, 134, 144 : 내부 기준 전극
126 : 암모늄 이온 선택성 멤브레인
130 : 칼륨 이온 선택성 전극부 136 : 칼륨 이온 선택성 멤브레인
140 : 나트륨 이온 선택성 전극부 146 : 나트륨 이온 선택성 멤브레인
150 : BNC 커넥터 302 : 저수조
304, 308 : 펌프 310 : 측정 용기
310a : 외부 기준 전극 310b : 작동 전극
312 : 혼합기 314 : 계측기
316 : 표시 및 데이터 저장부
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 핵심 기술요지는, 암모늄 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온에 반응하는 삼중 복합 이온 선택성 전극을 구비하고, 이 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용하여 해수중 또는 담수중의 암모늄 이온 농도를 측정하며, 암모늄 선택성 전극에서 서로 다르게 나타나는 칼륨 이온 및 나트륨 이온에 의한 간섭효과를 고려하여 측정된 암모늄 이온의 농도를 보상해 준다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바, 즉 해수중 또는 담수중의 암모늄 이온 농도를 재현성을 가지고 고정밀하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼중 복합 이온 선택성 전극의 측단면도로써, 삼중 복합 이온 선택성 전극(100)은 전극체(110), 암모늄 이온 선택성 전극부(120), 칼륨 이온 선택성 전극부(130), 나트륨 이온 선택성 전극부(140) 및BNC 커넥터(150)를 포함한다.
또한, 암모늄 이온 선택성 전극부(120)는 내부 전해액(122), 내부 기준 전극(124) 및 암모늄 이온 선택성 멤브레인(126)을 포함하고, 칼륨 이온 선택성 전극부(130)는 내부 전해액(132), 내부 기준 전극(134) 및 칼륨 이온 선택성 멤브레인(136)을 포함하며, 나트륨 이온 선택성 전극부(140)는 내부 전해액(142), 내부 기준 전극(144) 및 나트륨 이온 선택성 멤브레인(146)을 포함한다. 여기에서, 각 전극부(120, 130, 140)는 서로 분리되어 전극체(110)에 의해 피복 지지된다.
도 1을 참조하면, 암모늄 이온 선택성 전극부(120)의 제조에 있어서, 멤브레인(126)은 지지체로 폴리비닐클로라이드(PVC 33 wt%), 가소제로 Bis-(2-ethylhexyl) adipate DOA 66 wt% 및 전극물질로 노낙틴(nonactin)(1 wt%)을 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran) 일정량을 용해시켜 완전히 투명한 용액이 될 때까지 진탕하고, 이 용액을 깨끗이 닦은 유리판 위에 고정된 소정 직경(예를들면, 29mm)의 링에 주형하여 소정 시간(예를들면, 24시간) 동안 상온에서 건조시킴으로써, 투명한 선택성 막으로 제조할 수 있다.
한편, 칼륨 이온과 나트륨 이온 선택성 멤브레인의 제조에 있어서, 지지체와 가소제는 상술한 암모늄 이온 선택성 멤브레인(126)과 실질적으로 동일하며, 전극물질은 발라노마이신(valinomycin)과 N,N,N,,N,-tetracyclohexyl- 1,2 -phenylenedioxydiacetamide(ETH2120)를 동일한 조건에서 제조할 수 있다. 여기에서, 각 전극부(120, 130, 140)에 내부 전해액(122, 132, 142)으로 KCI 수용액을 채우고, 이온 선택성 멤브레인(126, 136, 146)을 직경 3mm로 잘라 전극체(110)의 끝부분에 장착한 후 증류수에 대략 1시간 정도 담금 후 사용한다.
또한, 삼중 복합 이온 선택성 전극(100)에 분리 장착된 각 전극부(120, 130, 140)에 사용되는 각 내부 기준 전극(124, 134, 144)으로는, 예를들면 칼로멜 전극, 은/염화은 전극 등을 사용할 수 있으며, 전극체(110)는 BNC 커넥터(150)를 통해 후술하는 도 3에 도시된 계측기(314)로 연결된다.
즉, 본 발명에 따른 삼중 복합 이온 선택성 전극(100)은, 그 정면도를 나타내는 도 2에 도시된 바와같이, 전극체(110)에 둘러싸여(즉, 피복 지지되어) 서로 분리되는 형태를 갖는 세 개의 전극부, 즉 암모늄 이온 선택성 전극부(120), 칼륨 이온 선택성 전극부(130) 및 나트륨 이온 선택성 전극부(140)를 포함하며, 각 전극부(120, 130, 140)들은 그 선단측에 측정하고자하는 각 이온에 선택적으로 각각 반응하는 이온 선택성 멤브레인(126, 136, 146)들이 구비된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 삼중 복합 이온 선택성 전극(100)과 서로 분리되어 전극체(110)에 의해 피복 지지되는 각 전극부(120, 130, 140)는, 대략 원통 형상을 갖는 데, 이러한 형상은 반드시 원통 형상으로 국한되는 것은 아니며, 필요에 따라 원통 형상이 아닌 다른 형상(예를들면, 삼각 형상, 사각 형상, 육각 형상 등)으로 변형해도 된다.
따라서, 상술한 바와같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 삼중 복합 이온 선택성 전극은, 서로 분리된 암모늄 이온 선택성 전극부, 칼륨 이온 선택성 전극부 및 나트륨 이온 선택성 전극부를 구비함으로써, 해수 또는 담수중에 함유된 암모늄 이온, 칼륨 이온 및 나트륨 이온의 농도를 동시에 또는 각각 고정밀하게 측정할 수 있다.
다음에, 상술한 바와같은 구조를 갖는 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용하여 해수 또는 담수중에 함유된 암모늄 이온의 농도를 측정하는 시스템에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 시스템의 블록구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이온 농도 측정 시스템은 측정 용기(310), 외부 기준 전극(310a), 작동 전극(310b), 혼합기(312), 계측기(314), 표시 및 데이터 저장부(316)를 포함하는 데, 작동 전극(310b)은 실질적으로 도 1에 도시된 삼중 복합 이온 선택성 전극(100)을 나타내고, 표시 및 데이터 저장부(316)로는, 예를들면 퍼스널 컴퓨터를 이용할 수 있다. 또한, 참조번호 302는 완충 용액을 저장하는 저수조이고, 304 및 308은 펌프이며, 306은 양식장이다.
여기에서, 외부 기준 전극(310a)은 은/염화은 전극을 사용할 수 있고, 모든 용액의 제조에는 탈이온화한 증류수(저항 18 ㏁.㎝)를 사용할 수 있다.
다음에, 펌프(304)를 통해 저수조(302)로부터 펌핑된 완충 용액을 측정 용기(310)로 보내고, 펌프(308)를 통해 양식장(306)으로부터 펌핑된 시료(해수 또는 담수)를 측정 용기(310)로 주입한 후, 기포가 발생하지 않을 정도로 혼합기(312)를 작동시켜 혼합한다.
이때, 측정 용기(310)에 수용된 혼합물(즉, 완충 용액과 시료의 혼합물)에는외부 기준 전극(310a)과 암모늄 이온 선택성 전극부, 칼륨 이온 선택성 전극부 및 나트륨 이온 선택성 전극부로 구성된 작동 전극(310b)이 담겨져 있으며, 이러한 전극들을 통해 검출된 암모늄 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온의 농도는 계측기(314)로 전달된다. 즉, 암모늄 이온 선택성 전극부는 혼합물에서 암모늄 이온의 농도를 검출하고, 칼륨 이온 선택성 전극부는 혼합물에서 칼륨 이온의 농도를 검출하며, 나트륨 이온 선택성 전극부는 혼합물에서 나트륨 이온의 농도를 검출하며, 여기에서 검출되는 각 이온 농도 신호(즉, 이온의 농도에 따른 전위차 신호)는 계측기(314)로 전달된다.
다음에, 계측기(314)에서는 외부 기준 전극(310a)과 작동 전극(310b)으로부터 제공되는 검출된 전위차 신호에 의거하여 암모늄 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온의 농도에 대해 각 이온에 대한 간섭 효과를 보상한 후 모니터상에 디지탈 신호로 표시하며, 보상된 신호를 표시 및 데이터 저장부(316)로 전달되어 연속적으로 디지탈/아날로그 신호로 표시되고 데이터는 저장된다. 따라서, 사용자는 이온의 시간에 따른 변화 추이를 관찰할 수 있으며, 또한 피계측 시스템의 관리 효율성을 높일 수 있다. 여기에서, 하나의 이온 농도 측정값에 대해 다른 이온의 간섭 효과에 따른 간섭값을 고려하여 이온 농도 측정값을 보상하는 과정에 대해서는 후술하는 실시 예 1에서 상세하게 설명한다.
한편, 표시 데이터 저장부(316)는, 예를들면 퍼스널 컴퓨터인 것으로, 계측기(314)로부터 전달되는 보상된 각 이온의 농도를 아날로그 및/또는 디지탈 신호로써 디스플레이한다.
따라서, 본 발명에 따른 이온 농도 측정 시스템에서는 암모늄 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온이 혼재하는 해수 또는 담수중에서 암모늄 이온의 농도를 측정할때, 암모늄 이온의 농도에 대해 칼륨 이온 및 나트륨 이온에 의한 간섭효과를 확실하게 보상하여 주기 때문에 어류의 생태계에 치명적인 손상을 야기시키는 암모늄 이온의 농도를 보다 고정밀하게 측정할 수 있다.
다음에, 본 발명의 발명자들은 본 발명에 따른 삼중 복합 이온 선택성 전극 및 이것을 이용한 암모늄 농도 측정 시스템의 신뢰성을 확보하기 위하여 암모늄 이온(NH4), 칼륨 이온(K), 나트륨 이온(Na)이 혼재하는 수용액중에서 각 이온의 농도를 측정하는 실험을 실시하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
[실시예 1]
도 4는 본 발명의 삼중 복합 이온 선택성 전극에 구비된 암모늄 선택성 전극부를 통해 검출한 암모늄 이온의 농도에 따른 전위차를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 측정 실험 결과 기울기가 52.1mV/dec로 나타났으며, 이러한 기울기값은 이론적 기울기에 근접한 결과이고, 이때의 감응 한계는 10-6M 이었다. 또한, 암모늄 이온 선택성 전극의 나트륨 이온에 대한 감응도는 대략 1,000배 낮은 값을 유지하고, 칼륨 이온에 대한 감응도는 대략 10배 낮은 값으로 나타나, 암모늄 이온 선택성 전극에서 나트륨 이온보다는 칼륨 이온에 의한 간섭효과가 큼을 알 수 있다.
일 예로서 나트륨 이온의 농도 측정값이 50ppm, 칼륨 이온의 농도 측정값이 35ppm, 나트륨 이온의 농도 측정값이 5,000ppm 이라고 가정할 때, 상기한 감응도를 고려하면, 칼륨 이온의 보상값은 35/10 이므로 이온 농도 간섭값은 -3.5ppm 이 되고, 나트륨 이온의 보상값은 5,000/1,000 이므로 이온 농도 간섭값은 -5ppm 이 된다. 따라서, 암모늄 이온의 보상된 농도값은 칼륨 이온의 농도 간섭값과 나트륨 이온의 농도 간섭값을 차감한 값인 41.5ppm 이 된다. 즉, 암모늄 이온의 농도 측정값에서 칼륨 이온과 나트륨 이온의 간섭 효과에 의해 올라간 농도값을 차감, 즉 보상함으로써 암모늄 이온의 보상된 농도 측정값을 산출한다.또한, 도 5는 본 발명에 따른 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용하여 동일한 멤브레인에서 암모늄, 칼륨 및 나트륨을 각각 3회 측정한 결과를 나타낸 그래프이며, 도 5의 결과로부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명에 따른 측정 시스템에서는 매우 우수한 재현성을 나타냄을 알 수 있다.
다음에, 도 6은 본 발명의 삼중 복합 이온 선택성 전극에 구비된 칼륨 선택성 전극부를 통해 검출한 칼륨 이온의 농도에 따른 전위차를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 측정 실험 결과 기울기가 55mV/dec로 이론값에 근접한 결과를 보였고 감응 한계는 10-7M 이었으며, 해수중에 다량으로 존재하는 나트륨 이온에 대한 감응도가 대략 45,000배 낮은 값으로 유지되어, 나트륨 이온에 의한 간섭효과는 적게 나타났다.
일 예로서 칼륨 이온의 농도 측정값이 35ppm, 나트륨 이온의 농도 측정값이 5,000ppm, 암모늄 이온의 농도 측정값이 50ppm 이라고 가정할 때, 상기한 감응도를 고려하면, 나트륨 이온의 보상값은 5,000/45,000 이므로 이온 농도 간섭값은 0.11ppm 이 되고, 암모늄 이온의 보상값은 50/0 이므로(무시해도 무방할 정도로 미비한 양) 이온 농도 간섭값은 0ppm 이 된다. 따라서, 칼륨 이온의 보상된 농도값은 나트륨 이온의 농도 간섭값을 차감한 값인 34.89ppm 이 된다. 즉, 칼륨 이온의 농도 측정값에서 나트륨 이온의 간섭 효과에 의해 올라간 농도값을 차감, 즉 보상함으로써 칼륨 이온의 보상된 농도 측정값을 산출한다.도 7은 본 발명의 삼중 복합 이온 선택성 전극에 구비된 나트륨 선택성 전극부를 통해 검출한 나트륨 이온의 농도에 따른 전위차를 측정한 결과를 나타낸 그래프로써, 기울기가 50mV/dec을 나타내고, 감응 한계가 10-7M을 나타냈으며, 칼륨 이온에 대한 감응도는 대략 100배 낮은 값으로 유지함을 알 수 있었다.일 예로서 나트륨 이온의 농도 측정값이 5,000ppm, 칼륨 이온의 농도 측정값이 35ppm, 암모늄 이온의 농도 측정값이 50ppm 이라고 가정할 때, 상기한 감응도를 고려하면, 칼륨 이온의 보상값은 35/100 이므로 이온 농도 간섭값은 -0.35ppm 이 되고, 암모늄 이온의 보상값은 50/0 이므로(무시해도 무방할 정도로 미비한 양) 이온 농도 간섭값은 0ppm 이 된다. 따라서, 나트륨 이온의 보상된 농도값은 칼륨 이온의 농도 간섭값을 차감한 값인 4,996.5ppm 이 된다. 즉, 나트륨 이온의 농도 측정값에서 칼륨 이온의 간섭 효과에 의해 올라간 농도값을 차감, 즉 보상함으로써 나트륨 이온의 보상된 농도 측정값을 산출한다.[실시예 2]
도 8은 해수와 동일한 조건의 나트륨 이온과 칼륨 이온이 존재할 때 암모늄 이온의 농도에 따른 전위차를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따라 실험한 암모늄 이온의 농도에 따른 전위차의 측정 결과, 암모늄 이온 선택성 전극은, 나트륨과 칼륨 이온이 첨가되므로써, 전위의 상승을 보여 암모늄 이온에 대한 감응 한계가 10-5M로 다소 감소한 결과를보이지만, 해수중에 존재하는 암모늄 이온의 농도 범위는 10-5∼ 10-3M로 감응 한계내에 존재하여 측정이 가능함을 알 수 있다.
따라서, 측정된 칼륨 이온과 나트륨 이온의 농도를 보상하여 주므로써, 해수중의 암모늄 이온의 농도를 고정밀하게 측정할 수 있다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 따르면, 암모늄 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온에 반응하는 삼중 복합 이온 선택성 전극을 구비하고, 이 삼중 복합 이온 선택성 전극을 이용하여 해수중 또는 담수중의 암모늄 이온 농도를 측정하며, 암모늄 선택성 전극에서 서로 다르게 나타나는 칼륨 이온 및 나트륨 이온에 의한 간섭효과를 고려하여 측정된 암모늄 이온의 농도를 보상해 주도록 함으로써, 암모늄 이온의 농도를 고정밀하게 재현성 있게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 해수중 또는 담수중에 양이온으로 다량 존재하는 칼륨, 나트륨 이온을 동시에 측정할 수 있다.

Claims (9)

  1. 특정 이온에 대한 감응성을 갖는 전극 물질을 이용하여 해수중 또는 담수중에 존재하는 이온들의 농도를 측정하는 전극에 있어서,
    외부 라인에 연결된 커넥터;
    상기 커넥터상에 소정 폭의 두께로 형성된 전극체;
    상기 전극체에 의해 피복 지지되며, 내부 전해액, 내부 기준 전극 및 이온 선택성 멤브레인으로 구성되어 상기 해수 또는 담수중에 존재하는 제 1 이온의 농도를 검출하는 제 1 이온 선택성 전극부;
    상기 전극체에 의해 피복 지지되며, 내부 전해액, 내부 기준 전극 및 이온 선택성 멤브레인으로 구성되어 상기 해수 또는 담수중에 존재하는 상기 제 1 이온과는 다른 제 2 이온의 농도를 검출하는 제 2 이온 선택성 전극부; 및
    상기 전극체에 의해 피복 지지되며, 내부 전해액, 내부 기준 전극 및 이온 선택성 멤브레인으로 구성되어 상기 해수 또는 담수중에 존재하는 상기 제 1 및 제 2 이온과는 다른 제 3 이온의 농도를 검출하는 제 3 이온 선택성 전극부로 이루어진 삼중 복합 이온 선택성 전극.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 이온은, 암모늄 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온중 각각 어느 하나인 것을 특징으로 하는 삼중 복합 이온 선택성 전극.
  3. 특정 이온에 대한 감응성을 갖는 전극 물질을 갖는 이온 선택성 전극을 이용하여 해수중 또는 담수중에 존재하는 이온들의 농도를 측정하는 시스템에 있어서,
    완충 용액과 이온 측정을 위한 시료를 수용하는 측정 용기;
    상기 측정 용기에 수용된 상기 완충 용액과 시료를 혼합하는 혼합기;
    이온의 농도 검출을 위해 상기 측정 용기에 수용된 혼합물에 침지되는 외부 기준 전극;
    이온의 농도 검출을 위해 상기 측정 용기에 수용된 혼합물에 침지되며, 특정 이온에 대한 선택성이 부여된 전극 물질로 된 다수의 전극을 갖는 작동 전극;
    상기 외부 기준 전극 및 작동 전극으로부터 하나 또는 다수의 이온 농도 검출신호가 제공될 때, 제공된 각 이온 농도 검출신호에 의거하여 각 이온의 농도를 측정하고, 검출된 다수의 이온 농도 측정신호가 제공될 때, 하나의 이온 농도를 검출하는 전극에 대한 다른 이온의 감응도에 따른 간섭 효과에 기인하는 이온 농도 간섭값을 하나의 이온 농도 측정값에서 차감하는 방식으로 각 이온에 대한 농도 보상값을 산출하는 계측기; 및
    상기 계측기로부터 제공되는 농도 보상값에 대응하는 아날로그 및/또는 디지탈 형태의 결과값을 저장부에 저장함과 동시에 모니터상에 디스플레이하는 표시 및 데이터 저장부로 이루어진 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 작동 전극은:
    외부 라인에 연결된 커넥터;
    상기 커넥터상에 소정 폭의 두께로 형성된 전극체;
    상기 전극체에 의해 피복 지지되며, 내부 전해액, 내부 기준 전극 및 이온 선택성 멤브레인으로 구성되어 상기 해수 또는 담수중에 존재하는 제 1 이온의 농도를 검출하는 제 1 이온 선택성 전극부;
    상기 전극체에 의해 피복 지지되며, 내부 전해액, 내부 기준 전극 및 이온 선택성 멤브레인으로 구성되어 상기 해수 또는 담수중에 존재하는 상기 제 1 이온과는 다른 제 2 이온의 농도를 검출하는 제 2 이온 선택성 전극부; 및
    상기 전극체에 의해 피복 지지되며, 내부 전해액, 내부 기준 전극 및 이온 선택성 멤브레인으로 구성되어 상기 해수 또는 담수중에 존재하는 상기 제 1 및 제 2 이온과는 다른 제 3 이온의 농도를 검출하는 제 3 이온 선택성 전극부로 구성된 것을 특징으로 하는 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 이온은, 암모늄 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온중 각각 어느 하나인 것을 특징으로 하는 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 시스템.
  6. 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 표시 및 데이터 저장부는, 상기 모니터를 갖는 퍼스널 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 시스템.
  7. 특정 이온에 대한 감응성을 갖는 전극 물질을 갖는 이온 선택성 전극을 이용하여 해수중 또는 담수중에 존재하는 이온들의 농도를 측정하는 방법에 있어서,
    특정 이온에 대한 선택성이 부여된 전극 물질로 된 다수의 전극을 갖는 이온 선택성 전극을 이용하여 측정 용기에 수용된 시료중에서 다수 이온의 농도를 그 전위차로써 동시에 각각 검출하는 과정;
    상기 검출된 다수의 전위차 신호에 의거하여 다수의 각 이온에 대한 농도값을 측정하는 과정;
    상기 다수의 이온 농도값중 선택된 어느 하나의 이온 농도값에 대해 나머지 이온 농도값들간의 감응도에 따른 간섭효과에 기인하는 나머지 이온의 농도 간섭값을 하나의 이온 농도값에서 차감하는 방식으로 각 이온에 농도 보상값을 산출하는 과정; 및
    상기 산출된 농도 보상값을 아날로그 및/또는 디지탈 형태로 모니터상에 디스플레이하는 과정으로 이루어진 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 방법은, 암모늄 이온, 칼륨 이온 및 나트륨 이온의 농도를 각각 검출하고, 상기 검출된 암모늄 이온의 농도에 대한 상기 칼륨 이온 및 나트륨 이온의 농도 간섭값을 차감하여 상기 검출된 암모늄 이온의 농도값을 보상하는 것을 특징으로 하는 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 보상된 이온 농도값의 산출은, 계측기에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 복합 이온 선택성 전극을 이용한 이온 농도 측정 방법.
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