KR100927848B1 - 백금 대체용 비철금속재 전극센서를 이용한 유사백금흑 도금방법 - Google Patents

백금 대체용 비철금속재 전극센서를 이용한 유사백금흑 도금방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단가 높은 백금 대신 저렴한 스테인리스(SUS), 하스텔로이(Hastelloy), 티타늄(Titanium), 지르코늄(Zirconium), 인코넬(Inconel), 모넬(Monel metal), 황동(Brass) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 2종 이상이 혼합된 비철금속으로 전극센서를 대신할 수 있게하여 단가의 감소, 생산 및 공급비용 등을 절감할 수 있는 백금 대체용 비철금속재 전극센서를 이용한 유사백금흑 도금방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 염화백금산과 초산납이 혼합된 혼합전해액에 침적시킨 전극센서에 전류를 통전시켜 전극센서의 표면에 백금흑을 생성 도금하도록 스테인리스(SUS), 하스텔로이(Hastelloy), 티타늄(Titanium), 지르코늄(Zirconium), 인코넬(Inconel), 모넬(Monel metal), 황동(Brass) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 2종 이상이 혼합된 금속으로 이루어지는 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)를 증류수로 세척한 후 초음파 세척기에 넣어 이물질을 제거하는 세척단계(S1)와, 실험실용 건조기를 이용하여 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)의 표면 수분을 제거하는 건조단계(S2)와, 센서 사출물(20)에 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)를 각각 고정되게 조립하는 조립단계(S3)와, 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)에 백금흑도금장치(100)의 전기도선(101)을 각각 연결한 후 염화백금산과 초산이 혼합된 혼합전해액(102)이 담겨진 전해액용기(103)에 상기 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)를 침적시키는 침적단계(S4)와, 백금흑 도금장치(100)에 전원을 인가하여 가변저항기(104)로 전류를 조절함과 동시에 선택스위치(105)로 전류의 방향을 바꾸면서 전해액용기(103)에 침적된 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10) 표면에 유사백금흑(31)이 도금되는 유사백금흑전극(30)으로 제조하는 유사백금흑전극생성단계(S5)와, 상기 유사백금흑전극(30)을 황산용액에 넣어 도금 상태를 확인하는 도금상태확인단계(S6)와, 도금된 유사백금흑전극(30)을 증류수에 침적 후 꺼내어 건조시킨 다음 밀봉하거나, 증류수에 침적시켜 보관하는 완성단계(S7)를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
백금, 백금전극, 백금흑, 염화백금산, 초산, 전기전도도, 전해, 비철금속

Description

백금 대체용 비철금속재 전극센서를 이용한 유사백금흑 도금방법{The platinum black plating way that used an electrode sensor re-platinum DaeCheYong nonferrous metals}
본 발명은 단가가 높은 백금(Pt) 대신 값이 저렴한 비철금속을 대신할 백금 대체용 비철금속재 전극센서를 제공함과 동시에 염화백금산과 초산이 혼합된 전해액에 침적 및 전해시켜 백금전극을 전해했을 때와 같은 고 품질의 유사백금흑을 백금 대체용 비철금속재 표면에 도금하는 백금 대체용 비철금속재 전극센서의 유사백금흑 도금방법을 제공함에 있는 것이다.
일반적으로, 전기전도도, 비저항, 총용존고형물(TDS), 염도, 염분, 비중, 경도를 측정하는 센서는 주로 백금(platinum)이 이용된다. 상기 백금을 염화백금의 수용액에 포르말린이나 포름산나트륨 같은 환원성 약품을 가하거나 침적한 상태에서 전류를 통전시켜 전해하면 백금흑을 생성하게 된다.
하지만 백금흑을 공기속에 그대로 방치하면 100배의 산소, 110배의 수소를 흡수하는 성질이 있고, 흡수한 산소와 수소는 활성화되므로 강력한 산화 및 환원촉매로 사용된다.
백금이 공업적으로 가장 다량으로 쓰이는 것은 석유화학공업에서는 산화알루미늄에 소량의 백금흑을 부착시킨 촉매를 써서 석유의 가솔린 유분(溜分)을 처리하고, 탈수소에 의하여 방향족 탄화수소(벤젠, 톨루엔, 크실렌 등)를 얻는 방법(플랫포밍법)이다. 이때, 백금을 수소기류 속에서 가열하면 백금의 미립(微粒)이 반융해하여 백금 해면이 된다.
백금을 전극으로 사용하는 이유는 매우 강한 열전도성과 전기전도성을 갖고 있으며, 비중은 21.5이고 촉매제로서 자기 자신은 변하지 않고, 다른 물질에 화학적 반응을 유발시키는 역할을 하는 특정에 기인한다.
백금은 근래에 들어 수질의 전기 전도도를 측정하는 센서를 기초로 총용존고형물(TDS), 염분, 염도, 비저항, 염분, 비중 센서 등으로 폭넓게 이용되고 있다.
종래에는 도 1에 나타낸 바와 같이 1) 염산( 1+11 ) 용액 중에서 백금흑전극(1)을 양극으로 하고 전해하여 백금흑을 벗겨낸다. 2) 염화백금산(3 W/V%)과 초산납(0.025 W/V% )의 혼합전해액 중에 백금전극(2)을 담그고 직류에서 전류밀도가 1～4 mA/㎠로 하여 적당한 방법으로 전해액을 교반하면서 1.5～3.0 ℃/㎠으로 통전한다. 3) 황산(1+360)용액 중에서 약 30 분간 가끔 전류의 방향을 바꾸면서 통전하여 부착된 염화백금산이나 염소를 제거하고 증류수로 세척하여 도금과정이 이루어지는 것으로 최초 백금전극(2)에 백금흑(3)을 도금하는 방법도 재 도금 방법과 동일하게 진행된다.
상기한 백금흑전극(1)은 전기전도도를 측정하기 위한 센서에 사용되는 것으로 성능이 좋고 측정 재현성이 우수한 반면 성질이 무르기 때문에 내구성이 떨어져 사용기간이 짧아 자주 교체를 해야 하고, 가격이 매우 고가여서 생산단가가 상승하는 동시에 공급단가가 높아지는 문제점이 있었다.
따라서 백금보다 원재료 단가가 저렴한 대체용 전극과 대체용 전극을 전해액에 침적한 상태에서 전류를 통전시켜 전해하여 표면에 촉매제 역할을 하는 백금에서 생성되는 백금흑과 유사한 백금흑을 생성시킬 수 있는 도금방법의 개발을 통해 생산단가 및 공급단가가 낮아지도록 하는 백금 대체용 전극 및 이 전극의 표면에 백금흑을 생성시킬 수 있는 도금방법이 절실히 요구되는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 원재료 단가가 비싼 백금을 대체할 비철금속재로 이루어진 전극센서를 제공하며, 상기 전극센서를 혼합전해액 속에서 전해시켜 백금흑과 유사한 백금흑을 표면에 도금시킬 수 있는 유사백금흑 도금방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 백금을 대체 역할로 비철금속을 전극으로 사용하여 유사백금흑을 표면에 도금시켜 제조함으로써 원자재 단가의 감소, 생산비용의 감소, 공급비용이 감소되도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 각종 비철금속을 전해시켜 여러 번의 테스트를 거 쳐 완성된 유사백금흑의 신뢰도가 증대되도록 하고, 백금소재 대신 비철금속을 이용함으로써 기존의 백금흑 도금장치를 그대로 사용이 가능함에 따라 시설투자비용이 발생되지 않도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전극으로 사용될 비철금속을 초음파로 세척하여 이물질 제거 효율이 극대화 되도록 하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
또한 본 발명은 상기한 염화백금산과 초산납이 혼합된 혼합전해액에 침적시킨 전극센서에 전류를 통전시켜 전극센서의 표면에 백금흑을 생성 도금하도록 스테인리스(SUS), 하스텔로이(Hastelloy), 티타늄(Titanium), 지르코늄(Zirconium), 인코넬(Inconel), 모넬(Monel metal), 황동(Brass) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 2종 이상이 혼합된 금속으로 이루어지는 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)를 증류수로 세척한 후 초음파 세척기에 넣어 이물질을 제거하는 세척단계(S1)와, 실험실용 건조기를 이용하여 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)의 표면 수분을 제거하는 건조단계(S2)와, 센서 사출물(20)에 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)를 각각 고정되게 조립하는 조립단계(S3)와, 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)에 백금흑도금장치(100)의 전기도선(101)을 각각 연결한 후 염화백금산과 초산이 혼합된 혼합전해액(102)이 담겨진 전해액용기(103)에 상기 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)를 침적시키는 침적단계(S4)와, 백금흑 도금장치(100)에 전원을 인가하여 가변저항기(104)로 전류를 조절함과 동시에 선택스위치(105)로 전류의 방향을 바꾸면서 전해액용기(103)에 침적된 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10) 표면에 유사백금흑(31)이 도금되는 유사백금흑전극(30)으로 제조하는 유사백금흑전극생성단계(S5)와, 상기 유사백금흑전극(30)을 황산용액에 넣어 도금 상태를 확인하는 도금상태확인단계(S6)와, 도금된 유사백금흑전극(30)을 증류수에 침적 후 꺼내어 건조시킨 다음 밀봉하거나, 증류수에 침적시켜 보관하는 완성단계(S7)를 포함하는 백금 대체용 비철금속재 전극센서의 유사백금흑 도금방법이 제공된다.
상기한 백금 대체용 비철금속재 전극센서 도금방법에 있어서, 초음파 세척시간은 19~32초 이내이고, 혼합전해액은 염화백금산용액 3%, 초산용액 0.21~0.27% 이내이며, 유사백금흑전극생성단계(S5)에서 직류전류는 1.2~4.3mA 이고 전류의 방향을 전환하는 시간간격은 18~35초 이내이며, 황산에 유사백금흑전극(30)을 침적하는 시간은 8~10분 이내이고, 유사백금흑전극(30)을 증류수에 침적하는 시간은 22~26시간 이내이고, 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서는 전기전도도, 비저항, 총용존고형물(TDS), 염도, 염분, 비중, 경도를 측정하는 센서로 이용되는 것을 각각 특징으로 하고 있는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 원재료 단가가 비싼 백금을 대체할 비철금속재를 이용하여 전극센서를 제조하고, 상기 전극센서는 혼합전해액 속에서 전해시켜 백금 흑과 유사한 유사백금흑을 그 표면에 도금시키는 방법으로 제조함으로써 원자재 단가의 감소와 더불어 생산 및 공급비용 등을 크게 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 각종 비철금속을 전해시켜 여러 번의 테스트를 거쳐 완성된 백금흑의 신뢰도가 증대되고, 기존의 백금흑 도금장치를 사용함에 따라 시설투자비용이 발생되지 않도록 하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서를 이용한 유사백금흑 도금방법의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 염화백금산과 초산납이 혼합된 혼합전해액에 직류전류를 인가 및 전해시키면서 전극센서의 표면에 백금흑을 생성 도금방법에 있어서, 상기 전극센서는 스테인리스(SUS), 하스텔로이(Hastelloy), 티타늄(Titanium), 지르코늄(Zirconium), 인코넬(Inconel), 모넬(Monel metal), 황동(Brass) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 2종 이상이 혼합된 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)의 이물질을 제거하는 세척단계(S1), 증류수를 건조시키는 건조단계(S2), 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)를 센서사출물(20)에 조립하는 조립단계(S3), 비철금속재 전극센서(10)를 혼합전해액에 침적하는 침적단계(S4), 전류를 인가하여 전해시켜 비철금속재 전극센 서(10)의 표면에 유사백금흑(31)이 생성되도록 하는 유사백금흑전극생성단계(S5), 생성된 유사백금흑의 상태를 확인하는 도금상태확인단계(S6), 건조시킨 후 밀봉하는 완성단계(S7)의 순서로 진행된다.
먼저, 백금이 아닌 다른 비철금속재로 형성된 두개의 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)에 백금흑과 유사한 백금흑 도금을 시행하기 전에 증류수로 세척 후 초음파 세척기에 넣고 표면의 이물질을 제거하는 세척단계(S1)를 수행한다.
백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)의 표면에는 미세 먼지나 이물질 등이 침착되어 있어 전해시 유사백금흑(31)의 표면 침착력을 저하시키거나 유사백금흑(31)에 불순물로 함유되는 것을 방지하기 위하여 초음파 진동으로 제거하는 것이다.
초음파 세척기를 이용한 세척시간은 19~32초 이내로 한다. 그 이유는 세척시간이 너무 짧으면 세척효율이 감소되고, 너무 길면 이물질의 세척은 완료되나 준비시간이 길어지는 것을 방지하기 위하여 다수개의 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)를 여러 번의 반복 세척작업을 통하여 평균적인 시간으로 산출된 범위 값에 기인하고 있다.
백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)는 스테인리스재, 하스텔로이재, 티타늄재, 지르코늄재, 인코넬재, 모넬금속재, 황동재 중에서 선택된 어느 하나의 비철금속 또는 2종 이상 혼합된 비철금속으로 구성하여 백금흑이 생성되는 원자재 가격이 비싼 기존의 백금전극을 대체하기 위한 것이다.
건조단계(S2)는 세척단계(S1)를 거친 후, 백금 대체용 비철금속재 전극센 서(10)를 실험실용 건조기(도면상 미도시)를 이용하여 표면의 수분이 완전히 제거되도록 하는 단계이다. 상기 건조단계(S2)는 세척된 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)의 재 오염을 방지하기 위하여 닦아서는 안된다.
조립단계(S3)는 건조단계(S2)를 거친 후, 두개의 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)를 센서 사출물(20)에 각각 조립하는 단계이다. 상기 센서 사출물(20)은 전류가 통전되지 않는 합성수지재로 제작된 것으로, 본 발명에서는 전기전도도를 측정할 때 사용되는 센서 사출물(20)을 예로 들어 설명한다.
침적단계(S4)는 조립단계(S3)를 거친 후, 백금흑 도금장치(100)의 전기도선(101)을 두 개의 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)에 각각 연결한 상태로 염화백금산과 초산이 혼합된 혼합전해액(102)이 저장된 전해액용기(103)내로 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)를 침적하는 단계이다.
백금흑 도금장치(100)는 전원을 공급하는 전원부(106)와, 전류의 범위를 측정하는 밀리안미터(107)와, 직류전류의 크기를 조절하는 가변저항기(104)와, 전류의 방향을 전환하는 선택스위치(105)로 구성된다.
상기 전기도선(101)은 한 쌍으로 선택스위치(105)에 연결되어 (+)극과 (-)극의 전류가 공급되는 도선으로, 상기 센서 사출물(20)의 후방 측으로 돌출된 두개의 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)에 전류가 공급되도록 각각 연결하며, 혼합전해액(102)은 염화백금산용액 3%와 초산용액 0.21~0.27%이내로 혼합하는 것이 바람직하다.
유사백금흑전극생성단계(S5)는 침적단계(S4)를 거친 후, 백금흑 도금장 치(100)에 전원을 인가하고 가변저항기(104)로 직류전류를 조절하면서 선택스위치(105)로 전류의 방향을 바꾸면서 전해시켜 표면에 유사백금흑(31)이 생성 도금되는 유사백금흑전극(30)이 제조되어지는 단계이다. 상기 유사백금흑전극생성단계(S5)에서 직류전류는 1.2~4.3mA 범위이며, 전류의 방향을 전환하는 시간간격은 18~35초 이내로 조절한다.
그리고 유사백금흑전극생성단계(S5)에서 직류전류를 두 개의 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)에 공급하면 전류가 혼합전해액(102)을 전도매개체로 하여 통전하게 되고, 통전시 약각의 기포가 발생되는데 기포의 양이 너무 적거나 과도하게 많을 경우 직류전류의 범위를 조절한다.
도금상태확인단계(S6)는 유사백금흑전극생성단계(S5)를 거친 후, 생성된 유사백금흑전극(30)은 1mol·dm-3의 황산용액(H2SO4)에 넣어 음극화시켜 도금의 상태를 확인하는 단계이다. 이때, 한 쌍의 유사백금흑전극(30) 중 하나는 음전극이고 다른 하나는 양전극이며, 전해시 생긴 H2로 유사백금흑전극(30)에 흡착된 잔류 염소(Cl2)를 제거된다. 즉, 유사백금흑(31)이 도금된 유사백금흑전극(30)이 황산에 침적되면 유사백금흑(31)의 도금 밀도가 적어서 얇은 부분, 유사백금흑(31)이 조밀하면서 일정하게 생성되지 못하고 틈새가 발생할 경우에는 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)과 황산이 반응하게 되는 것을 보고 도금의 상태를 확인하는 것이다.
상기 도금상태확인단계(S6)에서 황산에 유사백금흑전극(30)을 침적하는 시간은 8~10분 이내로 하는 것이 바람직하다.
완성단계(S7)는 도금상태확인단계(S6)를 거친 후, 도금의 상태가 완전한 유사백금흑전극(30)을 증류수에 침적시킨 후 꺼내서 건조시켜 밀봉하거나 증류수에 침적시켜 보관하는 단계이다. 상기 완성단계(S7)에서 유사백금흑전극(30)을 증류수에 침적하는 시간은 22~26시간 이내로 설정한다.
상기 완성단계(S7)에서 증류수에 침적시키는 방식은 습윤보관방식으로 센서 사출물(20)의 전방으로 결합되는 보호덮개(도면상 미도시)에 증류수를 담은 상태로 증류수에 유사백금흑전극(30)이 침적되어서 공기 중에 노출되지 않도록 하는 것이다.
상기 완성단계(S7)에서 건조시켜 밀봉하는 방식은 건식보관방식으로 보호덮개(21)에 증류수를 담지 않고 공기의 유통만이 방지되도록 센서 사출물(20)에 결합되는 것이다.
한편, 초산용액의 농도, 직류전류의 크기, 전류의 방향 전환시간, 황산에 침적하는 시간, 증류수에 침적하는 시간을 범위로 한정하는 이유는 여러 번의 반복 실험을 통하여 우수한 유사백금흑(31)이 생성되는 범위 값의 평균으로 산출된 평균값에 기인한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 유사백금흑(31)이 도금된 유사백금흑전극(30)과 기존의 백금흑이 도금된 백금흑전극을 이용하여 일예로 용액의 전기전도도를 측정한 성능비교실험 데이터 및 그래프를 이용하여 비교 설명하면 다음과 같다.
우선, 전기전도도는 용액이 전류를 운반할 수 있는 정도를 말하며, 용액 중 의 이온 세기를 신속하게 평가할 수 있는 항목으로서 전기저항의 역수 ohm-1 또는 mho로 나타낼 수 있으나 현재는 국제적으로 S(Siemens) 단위가 통용되고 있다.
이러한 전기전도도의 측정원리는 용액에 담겨있는 2개의 전극에 일정한 전압을 가해주면 가한 전압이 전류를 흐르게 하며, 이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존한다는 사실을 이용한 것으로 어떤 전도체에 저항 R은 아래의 수학식 1을 통해 산출된다.
R(Ω) = (ρ · ℓ) / A
(여기서, ρ는 저항도(Ω·㎝), ℓ은 두 전극(실험을 위해 사용되는 한 쌍의 유사백금흑전극(30)이나 백금흑전극 간의 거리(㎝), A는 단면적(㎠)을 나타낸다.)
상기 수학식 1을 이용하여 전기전도도 L을 수학식 2로 구할 수 있다.
L = 1/R = (A / ℓ)·K
(여기서, K(= 1/ρ)는 비전도도(mho.㎝)를 나타낸다.) 동일 측정계를 사용할 경우 셀의 규격은 일정하므로 한 쌍의 유사백금흑전극(30)이나 백금흑전극 간의 거리와 단면적은 무시할 수 있다.
따라서, 측정결과는 측정된 시료의 전기전도도 값(mho)에 셀정수(㎝-1)를 곱하여 시료의 전기전도도값(μmhos/㎝)으로 표시한다. 그러나, 현재는 국제단위계인 mS/m(millisimens/meter) 또한 μS/㎝(microsimens/centimeter)단위로 측정결과를 표기하고 있으며, 전기전도도는 온도차에 의한 영향(약 2%/℃)이 크므로 측정결과 값의 통일을 위하여 25 ℃에서의 값으로 환산하여 기록한다
비교실험에 사용되는 전기전도도의 측정기는 지시부와 검출부로 구성되며, 지시부는 교류 휘트스톤브릿지(Wheatstonebridge)회로나 연산증폭기회로 등으로 구성된 것을 사용하며, 검출부는 한 쌍의 고정된 전극(한 쌍의 유사백금흑전극(30)과 백금흑전극)으로 된 전도도셀 등을 사용한다.
전도도셀은 그 형태, 위치, 전극의 크기에 따라 각각 자체에 셀상수를 가지며, 이 셀상수는 전도도 표준액(염화칼륨 용액)을 사용하여 정하거나 셀상수가 알려진 다른 전도도셀과 비교하여 정할 수 있으며 보통은 제작 시 정해진다.
또한, 전기도도 측정기는 25℃에서의 자체온도 보상회로가 장치되어 있는 것이 사용하기에 편리하며, 그렇지 않은 경우에는 온도에 따른 환산식을 사용하여 25 ℃에서의 전도도값으로 환산해야 한다.
이와 같은 전기전도도 측정기를 이용하여 한 쌍의 유사백금흑전극(30)과 백금흑전극으로 각각 표준용액의 전기전도도를 측정하는 과정은 다음과 같다.
1) 유사백금흑전극(30)과 백금흑전극이 한 쌍씩 연결된 각각의 전기전도도 측정기에 전원을 넣고 시료를 사용하여 유사백금흑전극(30)과 백금흑전극을 2~3회 증류수로 잘 씻어준 다음 시료 중에 유사백금흑전극(30)과 백금흑전극을 잠기게 하여 25±0.5 ℃를 유지한 상태에서 염화칼륨용액(시료의 전도도가 낮을 경우 0.0001 M, 높을 경우 0.01 M)으로 2~3회 씻어주고 염화칼륨용액에 셀을 잠기게 하여 온도를 25±0.5 ℃로 맞춘 상태에서 전기전도도를 측정한다.
2) 이후, 염화칼륨용액을 교환해 가면서 동일 온도에서 측정치 상호 간의 편차가 ±3 %이하가 될 때까지 반복측정을 하고 그 평균값을 취하여 수학식 3을 이용하여 셀 상수를 산출한다.
C = (LKCl + LH2O) / Lx
(여기서, C : 셀상수, Lx : 측정한 전도도값(μS), LKCl : 사용한 염화칼륨 표준액의 전도도값(μS/㎝), LH2O : 염화칼륨용액을 조제할 때 사용한 물의 전도도값(μS/㎝)를 나타낸다.)
보통셀은 셀상수 1~2의 것을 사용하면 대부분의 시료측정에 적합하나 특정 시료의 경우에는 표 1을 참조한다.
셀 상 수 (㎝-1) 측 정 범 위 (μS/㎝)
0.01 0.1 1 10 50 20 이하 1 ~ 20 10 ~ 2,000 100 ~ 20,000 1,000 ~ 200,000
상기 수학식 3의 측정과정을 반복측정 하고 그 평균값을 취하여 수학식 4를 이용하여 시료의 전기전도도값을 산출한다.
L = C × Lx
(여기서, L : 25 ℃에서의 시료의 전기전도도값(μS/㎝) , C : 셀상수(㎝- 1), Lx : 측정한 전기전도도값(μS)을 나타낸다.)
다만, 전기전도도 측정계에 자체온도 보상회로와 셀상수 자동설정회로가 내장된 경우에는 제작사의 지침에 따라 온도계수(25 ℃)와 셀정수를 설정해준 다음 시료의 전기전도도 값을 측정하고 측정기의 지시부에 나타난 값을 직접 측정결과로 기록 한다.
본 발명의 비교 실험에서는 전도도 표준 용액인 146.6uS/cm과 1413uS/cm 두 가지를 사용하여 측정하였는데, 우선 센서의 영점을(기준점)맞추기 위해서 유사백금흑전극(30)과 백금흑전극에 각각 계측기가 연결되어 있는 상태에서 시료수에 넣지 않고 공기 중에 노출되어 있는 상태에서 혹은 매우 잘 정제된 초순수 용액에 유사백금흑전극(30)과 백금흑전극을 넣고 영점을 맞춘다. 이때, 꼭 밀봉 상태에서 교반을 하면서 측정을 하며 영점 조정 후 유사백금흑전극(30)과 백금흑전극을 증류수로 잘 씻어낸 다음, 전도도 표준 용액인 146.6uS/cm의 용액에 넣고 계측기에서 지시치가 안정되면(약 1분 정도)그 때의 지시치를 판독한다.
상기 유사백금흑전극(30)과 백금흑전극을 용액에서 빼내고 다시 증류수로 잘 씻어낸 후 또 다른 전도도 표준 용액인1413uS/cm 의 용액에 넣고 계측기에서 지시치가 안정되면(약 1분 정도)그 때의 지시치를 판독한다.
이러한 준비과정에서 판독된 지시치와 실체 표준용액과 약간의 차이가 나는데 이는 외부간섭의 영향, 측정기 오차, 유사백금흑전극(30)과 백금흑전극의 정밀도, 셀상수의 오차 등이 있으며, 이를 보정하기 위해서 전도도 표준 용액인 146.6uS/cm 나 1413uS/cm 두 가지를 선택 사용하여 측정할 때 각각의 용액에 넣고 지시치가 안정되고나서 그 수치를 계측기에 입력하게 되면 미리 프로그램된 연산식에 따라서 자동으로 교정이 된다.
이후, 동일한 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 두 개를 1조로 4개 조로 준비된 백금 대체용 전극센서를 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하면서 8회 측정한 결과값을 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 그래프로 나타낸다.
백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)의 재질은 스테인리스 성분비에 따른 SUS303/ SUS304/ SUS316/ SUS316L재의 4종류로 각각 이루어진 유사백금흑전극(30)과, 하스텔로이B / 하스텔로이C재의 2종류로 각각 이루어진 유사백금흑전극(30)과, 티타늄재로 이루어진 유사백금흑전극(30)과, 지르코늄재로 이루어진 유사백금흑전극(30)과, 인코넬재로 이루어진 유사백금흑전극(30)과, 모넬금속재로 이루어진 유사백금흑전극(30)과, 황동재로 이루어진 유사백금흑전극(30)으로 준비된다.
<실시예 1>
도 5a내지 5b는 기존의 백금(Pt) 소재에 백금흑이 도금된 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
<실시예 2>
도 6a내지 6c는 스테인리스(SUS303F)계 비철금속에 유사백금흑이 도금되는 전극센서를 제조하였다.
상기 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
<실시예 3>
도 7a내지 7c는 스테인리스(SUS304)계 비철금속에 유사백금흑이 도금되는 전극센서를 제조하였다.
상기 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
<실시예 4>
도 8a내지 8c는 스테인리스(SUS316)계 비철금속에 유사백금흑이 도금되는 전극센서를 제조하였다.
상기 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
<실시예 5>
도 8a내지 8c는 스테인리스(SUS316L)계 비철금속에 유사백금흑이 도금되는 전극센서를 제조하였다.
상기 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적 시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
<실시예 6>
도 10a내지 10c는 하스텔로이 B(Hastelloy B)계 비철금속에 유사백금흑이 도금되는 전극센서를 제조하였다.
상기 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
<실시예 7>
도 11a내지 11c는 하스텔로이 C(Hastelloy C)계 비철금속에 유사백금흑이 도금되는 전극센서를 제조하였다.
상기 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
<실시예 8>
도 12a내지 12c는 티타늄(Titanium)계 비철금속에 유사백금흑이 도금되는 전극센서를 제조하였다.
상기 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
<실시예 9>
도 13a내지 13c는 지르코늄(Zirconium)계 비철금속에 유사백금흑이 도금되는 전극센서를 제조하였다.
상기 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
<실시예 10>
도 14a내지 14c는 인코넬(Inconel)계 백금 대체용 비철금속에 유사백금흑이 도금되는 전극센서를 제조하였다.
상기 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
<실시예 11>
도 15a내지 15c는 모넬금속(Monel metal)계 비철금속에 유사백금흑이 도금되는 전극센서를 제조하였다.
상기 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
<실시예 12>
도 16a내지 16c는 황동(Brass)계 비철금속에 유사백금흑이 도금되는 전극센 서를 제조하였다.
상기 전극센서를 두 종류의 표준시약(146.6uS/cm / 1413uS/cm)에 각각 침적시켜 3분 간격으로 반복 측정하고, 8회 측정한 결과값은 NO1, NO2, NO3, NO4로 각각 표시하고, 평균값을 산출하여 표와 그래프로 표시하였다.
상기 실시예에 대한 실험데이터 및 그래프에서 알 수 있듯이 백금흑전극과 유사백금흑전극과의 측정결과 값은 동일한 수치나 또는 약간의 오차율을 나타나게 되는 것을 확인할 수 있으며, 이때 약간의 오차율은 측정에 대해 영향을 주지 않는 오차범위에 속하는 것으로 본 발명에서 유사백금흑(31)이 형성된 유사백금흑전극(30)의 실험데이터와 백금흑전극의 실험데이터에 비교해 보더라도 우수한 신뢰도를 입증할 수 있는 것이다.
상기 유사백금흑전극(30)은 전기전도도센서로 사용되는 것으로 기존의 백금소자에 백금흑 도금하여 사용한 종래 센서는 성능이 좋고 측정 재현성이 좋으나 내구성이 떨어지고 재질이 백금이다 보니 가격이 매우 고가였다. 하지만, 본 실험에서는 가격이 백금에 비해 약 10분의 1정도 이고 실험데이터에서 볼 수 있듯이 센서의 정밀도나 재현성에는 크게 다른 점이 발견되지 않았다.
또한, 유사백금흑전극(30)을 이용하여 지금까지 사용되던 전기전도도 분야는 물론 전기전도도 센서가 응용되어왔던 총용존고형물(TDS), 염분, 염도, 비중, 비저항 등의 관련된 여러 측정분야에도 사용될 수 있을 것이다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 종래의 백금전극에 백금흑을 도금하는 도금장치의 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서 도금방법을 나타낸 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서을 도금하는 도금장치의 예시도,
도 4는 도 3의 A부 사시도와 종 단면도,
도 5a, 5b는 두 종류의 표준시약을 이용하여 기존의 백금(Pt)으로 제조된 전극센서에 대한 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
도 6a내지 6c는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서(SUS303F계)의 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
도 7a내지 7c는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서(SUS304계)의 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
도 8a내지 8c는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서(SUS316계)의 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
도 9a내지 9c는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서(SUS316L계)의 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
도 10a내지 10c는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서(Hastelloy B계)의 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
도 11a내지 11c는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센 서(Hastelloy C계)의 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
도 12a내지 12c는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서(Titanium계)의 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
도 13a내지 13c는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서(Zirconium계)의 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
도 14a내지 14c는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서(Inconel계)의 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
도 15a내지 15c는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서(Monel metal계)의 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
도 16a내지 16c는 본 발명에 따른 백금 대체용 비철금속재 전극센서(Brass계)의 전기전도도 측정값을 표로 나타낸 데이터와 그래프,
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 전극 20 : 센서 사출물
30 : 유사백금흑전극 31 : 유사백금흑
100 : 백금흑 도금장치
101 : 전기도선 102 : 혼합전해액
103 : 전해액용기 104 : 가변저항기
105 : 선택스위치 106 : 전원부
S1 : 세척단계 S2 : 건조단계
S3 : 조립단계 S4 : 침적단계
S5 : 유사백금흑전극생성단계 S6 : 도금상태확인단계
S7 : 완성단계

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 염화백금산과 초산납이 혼합된 혼합전해액에 침적시킨 전극센서에 전류를 통전시켜 전극센서의 표면에 백금흑을 생성 도금하도록 스테인리스(SUS), 하스텔로이(Hastelloy), 티타늄(Titanium), 지르코늄(Zirconium), 인코넬(Inconel), 모넬(Monel metal), 황동(Brass) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 2종 이상이 혼합된 금속으로 이루어지는 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)를 증류수로 세척한 후 초음파 세척기에 넣어 이물질을 제거하는 세척단계(S1)와,
    실험실용 건조기를 이용하여 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)의 표면 수분을 제거하는 건조단계(S2)와,
    센서 사출물(20)에 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)를 각각 고정되게 조립하는 조립단계(S3)와,
    백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)에 백금흑도금장치(100)의 전기도선(101)을 각각 연결한 후 염화백금산과 초산이 혼합된 혼합전해액(102)이 담겨진 전해액용기(103)에 상기 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10)(10)를 침적시키는 침적단계(S4)와,
    백금흑 도금장치(100)에 전원을 인가하여 가변저항기(104)로 전류를 조절함과 동시에 선택스위치(105)로 전류의 방향을 바꾸면서 전해액용기(103)에 침적된 백금 대체용 비철금속재 전극센서(10) 표면에 유사백금흑(31)이 도금되는 유사백금흑전극(30)으로 제조하는 유사백금흑전극생성단계(S5)와,
    상기 유사백금흑전극(30)을 황산용액에 넣어 도금 상태를 확인하는 도금상태확인단계(S6)와,
    도금된 유사백금흑전극(30)을 증류수에 침적 후 꺼내어 건조시킨 다음 밀봉하거나, 증류수에 침적시켜 보관하는 완성단계(S7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 백금 대체용 비철금속재 전극센서의 유사백금흑 도금방법.
  3. 제 2항에 있어서, 초음파 세척시간은 19~32초 이내인 것을 특징으로 하는 백금 대체용 비철금속재 전극센서의 유사백금흑 도금방법.
  4. 제 2항에 있어서, 혼합전해액은 염화백금산용액 3%, 초산용액 0.21~0.27% 이내인 것을 특징으로 하는 백금 대체용 비철금속재 전극센서의 유사백금흑 도금방법.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 유사백금흑전극생성단계(S5)에서 직류전류는 1.2~4.3mA 이고, 전류의 방향을 전환하는 시간간격은 18~35초 이내인 것을 특징으로 하는 백금 대체용 비철금속재 전극센서의 유사백금흑 도금방법.
  6. 제 2항에 있어서, 황산에 유사백금흑전극(30)을 침적하는 시간은 8~10분 이내인 것을 특징으로 하는 백금 대체용 비철금속재 전극센서의 유사백금흑 도금방법.
  7. 제 2항에 있어서, 유사백금흑전극(30)을 증류수에 침적하는 시간은 22~26시간 이내인 것을 특징으로 하는 백금 대체용 비철금속재 전극센서의 유사백금흑 도금방법.
  8. 삭제
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