KR101004450B1 - Turbidity mesuring probe with macromolecule membrane modified by hydrophobic sol-gels - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탁도 측정용 프로브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시료수의 탁도를 측정하기 위한 프로브에 마련된 발광창 및 수광창에 고분자막을 형성하여 미생물 또는 부유물질의 침착을 방지함으로써 시료수의 탁도를 정밀하게 측정할 수 있는 프로브에 관한 것이다. The present invention relates to a probe for measuring turbidity, and more particularly, by forming a polymer film on a light emitting window and a light receiving window provided on a probe for measuring turbidity of a sample water, thereby preventing the deposition of microorganisms or suspended solids. The present invention relates to a probe capable of making precise measurements.
본 발명은 광이 투과되는 발광창 및 수광창이 마련된 하우징과, 하우징에 내장되며 상기 발광창을 통해 상기 하우징의 외부에 위치하는 시료수로 광을 발산하는 발광부와, 하우징에 내장되며 상기 수광창을 통해 입사되는 광을 검출하는 광검출기와, 발광창 및 상기 수광창의 표면에 각각 형성되며 상기 시료수 중에 함유된 미생물 또는 부유물질의 침착을 방지하기 위한 고분자막을 구비한다.The present invention provides a housing provided with a light emitting window and a light receiving window through which light is transmitted, a light emitting unit which is embedded in the housing and emits light with a sample number located outside of the housing through the light emitting window, and the light receiving window is built in the housing. And a photodetector for detecting light incident through the light emitting device, and a polymer film formed on a surface of the light emitting window and the light receiving window, respectively, to prevent deposition of microorganisms or suspended solids contained in the sample water.
상기한 바와 같이 본 발명의 탁도 측정용 프로브에 의하면 시료수 중에 함유된 미생물, 초미립자들을 정밀하게 검출할 수 있다. 또한, 발광창 및 수광창에 형성된 고분자막은 물과 결합할 수 있는 수산화기(-OH)가 존재하지 않기 때문에 액체상태로 존재하는 배양액 내의 미생물이나 부유물질과의 상호 결합력을 감소시켜 침착현상을 방지 또는 최소화시켜 탁도 검출능력을 향상시킨다. As described above, according to the turbidity measurement probe of the present invention, microorganisms and ultra-fine particles contained in sample water can be detected accurately. In addition, since the polymer film formed on the light emitting window and the light receiving window does not have a hydroxyl group (-OH) capable of bonding with water, it is possible to prevent deposition by reducing mutual cohesion with microorganisms or suspended solids in a liquid medium. Minimize to improve turbidity detection.
탁도, 탁도센서, 프로브, 고분자막, 침착, 졸겔 Turbidity, Turbidity Sensor, Probe, Polymer Membrane, Deposition, Sol Gel
Description
본 발명은 탁도 측정용 프로브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시료수의 탁도를 측정하기 위한 프로브에 마련된 발광창 및 수광창에 고분자막을 형성하여 미생물 또는 부유물질의 침착을 방지함으로써 시료수의 탁도를 정밀하게 측정할 수 있는 프로브에 관한 것이다. The present invention relates to a probe for measuring turbidity, and more particularly, by forming a polymer film on a light emitting window and a light receiving window provided in a probe for measuring the turbidity of a sample water, thereby preventing the deposition of microorganisms or suspended solids. The present invention relates to a probe capable of making precise measurements.
오늘날 심각한 환경오염으로 인해 수질이나 대기 오염원에 대한 측정과 제거에 대한 연구가 필수불가결하며, 또한 활발히 진행되고 있다. Due to serious environmental pollution, research on the measurement and removal of water quality and air pollution is indispensable and active.
그 중 인간과 모든 생명체의 근원이 되는 물의 오염정도의 측정과 개선이 무엇보다 중요한데, 수질 오염을 판단하기 위해서는 수질환경의 생물학적 특성, 부유물 내의 미량원소와 같은 화학적 특성 그리고 물의 색깔, 냄새, 탁도 등의 물리적 특성이 고찰되어야 한다.Above all, the measurement and improvement of the pollution level of water, which is the source of humans and all living things, is the most important.In order to judge water pollution, biological characteristics of the water environment, chemical properties such as trace elements in suspended solids, and water color, smell, turbidity The physical characteristics of the should be considered.
이 중, 특히 탁도는 물의 흐린 정도를 정량적으로 나타낸 지표로서 수중에 부유하는 입자들의 빛에 의한 산란과 흡수로 표현된다. 이러한 탁도는 여러 가지 부유물질에 의해 발생하며 수질 내 부유하는 입자의 크기는 콜로이드 분산에서 굵 은 분산질까지 다양하다. 여기에는 나노수준의 초미립자도 포함된다. Among them, especially turbidity is a quantitative indicator of the cloudiness of water and is expressed as scattering and absorption by light of particles suspended in water. This turbidity is caused by various suspended substances and the size of suspended particles in the water varies from colloidal dispersion to coarse dispersion. This includes nanoscale ultrafine particles.
탁도는 호수와 같이 비교적 정체된 상태에 있는 물에서는 대부분 콜로이드 분산 등과 같은 극히 미세한 분산질에 의해 발생되며, 하천수와 같이 흐르는 상태의 물에서는 대부분 굵은 분산질에 의해 생겨난다.Turbidity is caused by extremely fine dispersoids, such as colloidal dispersion, in water in relatively stagnant conditions, such as lakes, and by coarse dispersoids, mostly in flowing water, such as river water.
침전물 또는 부유물질을 이루는 미립자는 수원지나 호수와 같은 환경에 영향을 주는 주요 오염원으로써, 이러한 미립자는 수도 공급관 내부로 흘러들어 파이프 내부를 침식시키거나 퇴적되는 등의 문제를 유발한다. 또한 금속 파이프로 이루어진 수도관 표면 부식에 의해 금속 미립자가 생성되어 파이프 내부의 부식과 동시에 침식을 유발하여 파이프의 손상을 유발시키기도 한다. 그리고 파이프 안의 미립자는 파이프 내부 표면에 스케일을 형성하여 파이프 내부의 유체의 흐름을 방해하고, 또한 탁도를 유발하는 64 ㎛ 이하의 미립자는 직접적으로 생물학적 활성(biological activity)에 손상을 입히거나 유해한 화학제의 전달수단이 되기도 한다.Particulates that form sediment or suspended solids are the main pollutants that affect the environment, such as water sources and lakes, and these particles flow into the water supply pipes and cause problems such as erosion or deposition inside the pipes. In addition, metal fine particles are generated by the corrosion of the surface of the water pipes made of metal pipes, which may cause corrosion of the pipes and cause erosion at the same time. Particles in the pipe form scales on the inner surface of the pipe, disrupting the flow of fluid inside the pipe, and particles smaller than 64 μm that cause turbidity can directly damage biological activity or cause harmful chemicals. It can also be a means of delivery.
그리고 콜로이드이나 분산질에 의해 수질이 오염되었을 때는 물의 투명도가 변화하여 오염정도를 쉽게 알 수 있지만, 나노 수준의 초미립자가 수질 내에 분산되어 있을 경우 물의 오염정도를 판단하기가 쉽지 않다. And when the water quality is contaminated by colloids or dispersoids, the transparency of the water changes, so that the degree of contamination can be easily known.
이러한 초미립자에는 여러 가지 금속성분, 유기물질, 바이러스, 조류 및 곰팡이 등이 포함되어 있으며, 다환 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon, PAH) 등의 발암성 물질이 포함되어 있다. 특히 초미립자의 경우 중금속 등의 금속원소로 이루어져 있기 때문에 측정방법 및 모니터링 기술 개발이 시급 하다. These ultrafine particles include a variety of metals, organic substances, viruses, algae and mold, and carcinogenic substances such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). In particular, ultra-fine particles consist of metal elements such as heavy metals, so it is urgent to develop measurement methods and monitoring technology.
그리고 유기물이 수질 내로 유입되어 미생물의 개체수가 증가하여 생물학적 오염을 일으키는데, 이러한 경우 특히 음용수 관리에서는 미생물의 모니터링 역시 매우 중요한 측정 변수이다. 따라서 수질을 평가하기 위한 탁도 측정 시 수중의 부유물질 중 초미립자나 미생물까지도 정확하게 검출될 수 있어야 한다.In addition, organic matter is introduced into the water quality and the number of microorganisms increases, causing biological contamination. In this case, especially in drinking water management, monitoring of microorganisms is also a very important measurement variable. Therefore, when measuring turbidity to evaluate water quality, ultra-fine particles or microorganisms among suspended solids in water should be accurately detected.
하지만 종래의 탁도 측정장치들은 광원으로 텅스텐 필라멘트 램프 또는 적외선 LED를 사용하여 탁도를 검출하도록 구성되어 있다. 이러한 종래의 광원은 자외선 대역의 파장의 빛만을 발산하여 수중에 존재하는 다양한 크기의 입자들을 선택적으로 검출할 수 없을뿐더러 적외선 LED와 같이 낮은 에너지의 빔으로는 6㎛이하의 미립자의 검출이 용이하지 않은 문제점이 있다. 또한, 종래의 탁도 측정장치로는 수중에 존재하는 미생물은 전혀 검출할 수 없다는 문제점이 있다.However, conventional turbidity measuring devices are configured to detect turbidity using a tungsten filament lamp or an infrared LED as a light source. Such a conventional light source emits only light having a wavelength in the ultraviolet band and thus cannot selectively detect particles of various sizes in the water, and it is not easy to detect particles smaller than 6 μm with a low energy beam such as an infrared LED. There is a problem. In addition, the conventional turbidity measuring device has a problem that can not detect any microorganisms in the water at all.
그리고 상기와 같은 종래의 탁도센서는 검출부에 미생물이나 부유물질 등이 침착되었을 때 기기의 검출성능이 현저히 저하될 수 있다.In the conventional turbidity sensor as described above, when the microorganism or suspended matter is deposited on the detection unit, the detection performance of the device may be significantly reduced.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 수질을 정밀하게 분석할 수 있도록 수중 내의 초미립자나 미생물까지도 검출할 수 있는 탁도 측정용 프로브를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, and an object thereof is to provide a probe for measuring turbidity that can detect ultra-fine particles or microorganisms in water so that water quality can be accurately analyzed.
본 발명의 다른 목적은 프로브에 설치되어 광이 투과되는 발광창 및 수광창에 고분자막을 형성시켜 시료수 중에 함유된 미생물 또는 부유물질이 침착되는 것을 방지하여 탁도 검출능력을 향상시킬 수 있는 탁도 측정용 프로브를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to form a polymer film in the light emitting window and the light receiving window through which the light is transmitted to prevent the deposition of microorganisms or suspended solids contained in the sample water for turbidity measurement to improve the turbidity detection ability To provide a probe.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탁도 측정용 프로브는 광이 투과되는 발광창 및 수광창이 마련된 하우징과; 상기 하우징에 내장되며 상기 발광창을 통해 상기 하우징의 외부에 위치하는 시료수로 광을 발산하는 발광부와; 상기 하우징에 내장되며 상기 수광창을 통해 입사되는 광을 검출하는 광검출기와; 상기 발광창 및 상기 수광창의 표면에 각각 형성되며 상기 시료수 중에 함유된 미생물 또는 부유물질의 침착을 방지하기 위한 고분자막;을 구비하는 것을 특징으로 한다.The turbidity measurement probe of the present invention for achieving the above object comprises a housing provided with a light emitting window and a light receiving window through which light is transmitted; A light emitting unit embedded in the housing and emitting light to the sample water located outside the housing through the light emitting window; A photo detector embedded in the housing and detecting light incident through the light receiving window; And a polymer film formed on surfaces of the light emitting window and the light receiving window, respectively, to prevent deposition of microorganisms or suspended substances contained in the sample water.
상기 고분자막은 디메톡시디메틸실란 및 테트라메틸오르도실리케이트를 전구체로 하여 졸겔법에 의해 조성된 졸-겔을 상기 발광창 및 상기 수광창에 코팅하여 형성된 것을 특징으로 한다.The polymer film is formed by coating a sol-gel formed by a sol-gel method using dimethoxydimethylsilane and tetramethylorthosilicate as precursors on the light emitting window and the light receiving window.
상기 발광부는 상기 시료수 중에 함유되어 있는 미생물을 검출하기 위해 자 외선 광을 발산하는 제 1램프와, 미립자를 검출하기 위해 레이저광을 발산하는 제 2램프와, 일반 탁도를 검출하기 위해 적외선광을 발산하는 제 3램프를 구비하는 것을 특징으로 한다. The light emitting unit may include a first lamp that emits ultraviolet light to detect microorganisms contained in the sample water, a second lamp that emits laser light to detect particulates, and infrared light to detect general turbidity. And a third lamp that emits light.
상기 제 1 , 제 2 및 제 3램프로부터 각각 발산되는 광을 상기 발광창으로 전달하는 발광용 광섬유와; 상기 수광창을 통해 입사되는 광을 상기 광검출기로 전달하는 수광용 광섬유;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. A light emitting optical fiber which transmits light emitted from the first, second and third lamps to the light emitting window, respectively; And a light receiving optical fiber for transmitting the light incident through the light receiving window to the photodetector.
상기한 바와 같이 본 발명의 탁도 측정용 프로브에 의하면 시료수에 자외선광을 조사하여 미생물의 대사 과정에서 발생하는 NADH나 NADPH에 의해 발생하는 형광을 검출함으로써 시료수 중에 함유된 미생물의 양을 정확히 검출할 수 있을 뿐만 아니라 높은 에너지를 갖는 레이저광을 시료수에 조사함으로써 시료수 중에 함유된 초미립자들을 정밀하게 검출할 수 있다.As described above, according to the turbidity measuring probe of the present invention, the amount of microorganisms contained in the sample water can be accurately detected by irradiating ultraviolet light to the sample water to detect fluorescence generated by NADH or NADPH generated during the metabolic process of the microorganism. In addition, the ultrafine particles contained in the sample water can be detected precisely by irradiating the sample water with a laser light having a high energy.
또한, 하우징의 내부에 자외선 다이오드와 적외선 다이오드 및 레이저 다이오드를 내장함으로써 수중의 다양한 크기의 입자 및 미생물들을 하나의 프로브로 정밀하게 검출할 수 있어 측정이 간편하고 정확한 다이오드 기반의 탁도 시스템을 제공한다.In addition, by incorporating ultraviolet diodes, infrared diodes and laser diodes inside the housing, it is possible to precisely detect particles and microorganisms of various sizes in the water with a single probe, thereby providing a simple and accurate diode-based turbidity system.
그리고, 발광창 및 수광창에 형성된 고분자막은 강도가 우수하고 다른 환경인자에 대한 저항성이 크며 빛에 대한 투과성이 우수하여 본 발명에 유용하게 적용될 수 있다. 이러한 고분자막은 물과 결합할 수 있는 수산화기(-OH)가 존재하지 않기 때문에 액체상태로 존재하는 배양액 내의 미생물이나 부유물질과의 상호 결합력 을 감소시켜 침착현상을 방지 또는 최소화시켜 탁도 검출능력을 향상시킨다. In addition, the polymer film formed on the light emitting window and the light receiving window has excellent strength, high resistance to other environmental factors, and excellent light transmittance, and thus may be usefully applied to the present invention. Since the polymer membrane does not have a hydroxyl group (-OH) that can bind with water, it improves turbidity detection ability by preventing or minimizing deposition by reducing mutual binding force with microorganisms or suspended solids in a liquid medium. .
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탁도 측정용 프로브에 대해서 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a haze measurement probe according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 탁도측정용 프로브(10)는 하우징(20)과, 하우징(20)에 내장되어 광을 발산하는 발광부(30) 및 광을 검출하는 광검출기(40)와, 발광부(30)의 광을 하우징(20)의 하부에 위치하는 시료수로 전달하는 발광용 광섬유(50)와, 시료수에서 산란된 광 또는 형광을 광검출기(40)로 전달하는 수광용 광섬유(60)를 가진다.Referring to FIG. 1, the
하우징(20)은 전체적으로 원통 형상을 가지며, 탁도 측정을 위해 하부가 시료수에 잠기거나 시료수와 접촉하게 된다. 하우징(20)은 상부 하우징(21)과 하부 하우징(23)이 상호 나사결합된 구조를 가지며, 상부하우징(21)과 하부하우징(23)의 사이에는 기밀 유지를 위한 환형의 패드(24)가 장착된다. 이러한 하우징(20)의 상하부 결합구조에 의해 하우징(20) 내의 구성부품 등의 교체 및 보수관리가 용이하다.The
하우징(20)의 내부에는 발광부(30) 및 광검출기(40), 발광 및 수광용 광섬유(50)(60)가 설치된다. 그리고 탁도를 측정하기 위해 시료수로 광을 조사하는 광학면, 즉 하우징(20)의 저면은 내측으로 인입된 오목한 원뿔형상으로 형성된다. 이때 하우징(20)의 저면은 도시된 바와 같이 좌우측이 90°각도로 상호 대향하도록 형성된다. The
상호 대향하는 하우징(20)의 저면의 일측과 타측에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에는 광이 투광되는 발광창(25)과 수광창(27)이 각각 설치된다. 발광창 (25)및 수광창(27)은 유리나 투명아크릴로 형성된다.Through-holes are formed at one side and the other side of the bottom of the
발광부(30)는 시료수에 광을 조사하기 위한 광원으로서, 시료수 중에 존재하는 미생물을 검출하기 위해 자외선 광을 발산하는 제 1램프(31)와, 미립자를 검출하기 위해 레이저광을 발산하는 제 2램프(33)와, 일반탁도를 검출하기 위해 근적외선 광을 발산하는 제 3램프(35)를 구비한다.The
상기의 미립자는 6㎛ 미만의 크기를 가지는 부유물질을 의미하며, 여기에는 나노수준의 크기를 가지는 초미립자를 포함한다. 그리고 상기의 일반탁도는 종래의 탁도검출장치에 의해 검출할 수 있는 부유물질들을 의미하는 것으로, 6㎛ 이상의 크기를 가지는 입자들로부터 굵은 분산질까지의 부유물질을 의미한다.The microparticles mean suspended solids having a size of less than 6 μm, and include ultra-fine particles having nanoscale sizes. In addition, the general turbidity refers to suspended solids that can be detected by a conventional turbidity detector, and means suspended solids from particles having a size of 6 μm or more to coarse dispersoids.
바람직하게 제 1램프(31)는 330 내지 350nm의 파장의 광을 발산하는 자외선 다이오드이고, 제 2램프(33)는 830nm의 파장의 광을 발산하는 레이저 다이오드이고, 제 3램프(35)는 820 내지 900nm의 파장의 광을 발산하는 적외선 다이오드를 이용한다.Preferably, the
작은 미립자는 긴 파장 대역보다 짧은 파장 대역에서 더 강하게 산란하며, 큰 미립자는 넓은 파장 대역에서 더 강하게 산란한다. 860 nm 대역의 광원은 작은 미립자의 감도가 떨어지므로 적합한 측정영역(미립자의 크기)를 고려해야 한다. 820 내지 900nm 대역의 파장에서는 6㎛이상의 크기 이상의 입자검출에 용이하다. 그러나 그 이하의 크기를 가지는 입자의 경우 빛이 입자에 조사되었을 때 반사광의 양이 증가하고 탁도검출을 위해 필요로 하는 90도 위치의 산란광은 줄어들게 된다. 6㎛ 이하의 초미립자의 검출을 위해서는 레이저 광원과 같이 강한 에너지를 지니는 광원이 필요하다. 특히 830nm 파장 대역을 가지는 레이저는 10nm 이하의 직경을 가지는 나노입자까지 검출이 가능하다. Small particles scatter more strongly in shorter wavelength bands than longer wavelength bands, and larger particles scatter more strongly in wider wavelength bands. Light sources in the 860 nm band are less sensitive to small particles, so an appropriate measurement area (particle size) must be considered. In the wavelength range of 820 to 900nm, it is easy to detect particles having a size of 6 µm or more. However, for particles having a size smaller than that, when the light is irradiated to the particles, the amount of reflected light increases and the scattered light at the 90 degree position required for turbidity detection is reduced. In order to detect ultra-fine particles of 6 μm or less, a light source having strong energy such as a laser light source is required. In particular, a laser having a wavelength band of 830 nm can detect nanoparticles having a diameter of 10 nm or less.
제 1 및 제 2, 제 3램프(31)(33)(35)는 광검출기(40)와 함께 본체와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판(17)상에 설치된다. 이때 각 램프들은 상호 광이 간섭되지 않도록 각각의 원기둥 형상의 램프삽입관(71)에 의해 삽입되어 설치되며, 램프삽입관(71)의 단부는 발광용 광섬유(30)로 광이 전달될 수 있도록 발광용 광섬유(30)의 일단이 연결된다. 이 경우 램프(31)와 발광용 광섬유(51) 사이의 램프삽입관(71)에는 램프(31)에서 발광된 광이 평행하게 투광될 수 있도록 렌즈(73)가 삽입될 수 있다.The first, second and
상기와 같이 본 발명의 탁도 측정용 프로브(10)는 서로 다른 파장을 가지는 세개의 광원을 이용해 시료수 중에 존재하는 미생물이나 미립자, 그리고 입자가 비교적 큰 일반 부유물질을 검출하여 정확한 수질분석의 데이터를 제공할 수 있다.As described above, the
제 1램프(31)의 자외선 광은 미생물을 검출하는 데 사용한다. 이는 수중에 존재하는 미생물은 대사과정에서 NADH나 NADPH를 생산하는 데, 도 2에 도시된 바와 같이 NADH나 NADPH는 자외선 광이 조사될 때 형광을 방출하는 특성을 이용한 것이다. 바람직하게는 330 내지 350nm의 자외선 광을 이용한다. 특히, 440nm의 형광을 방출하는 340nm의 자외선 광이 조사하는 게 바람직하다. Ultraviolet light of the
따라서 미생물에서 방출되는 형광을 90°각도에서 측정하여 시료수 중에 존 재하는 미생물의 양을 검출할 수 있다. Therefore, by measuring the fluorescence emitted from the microorganism at an angle of 90 ° it is possible to detect the amount of microorganisms present in the sample water.
그리고 제 2램프(33) 및 제 3램프(35)는 미생물 외에 시료수 중에 존재하는 초미립자부터 굵은 분산질까지의 부유물질을 검출하기 위한 것으로, 시료수 중에 입자들에 의해 산란되는 광을 90°각도에서 측정하여 입자들의 양을 검출하는 것이다.In addition, the
발광용 광섬유(50)는 상기 제 1 및 제 2, 제 3램프에서 발산하는 광을 하우징의 저면에 형성된 발광창(25)으로 전달하는 수단으로, 각 램프들(31)(33)(35)의 광원을 전달할 수 있도록 제 1 및 제 2, 제 3발광용 광섬유(51)(53)(55)로 구성된다. 발광용 광섬유(50)는 일단이 발광부(30)의 램프삽입관(71)에 연결되어 발광창(25)까지 연장된다.The light emitting
따라서 발광부(25)에서 발산되는 광은 발광용 광섬유(50)를 통해 발광창(25)으로 투광되어 하우징(20)의 저면 외측에 위치하는 시료수에 입사되고, 시료수에 입사된 광의 일부는 시료수 중에 함유된 부유물질에 의해 산란된다. 이 중 90°각도로 산란된 광은 수광창(27)으로 입사되어 수광용 광섬유(60)를 통해 광검출기(40)로 전달된다. Therefore, the light emitted from the
본 발명의 발광용 및 수광용 광섬유(50)(60)로는 유리광섬유나 플라스틱 광섬유를 이용할 수 있다. 특히, 바람직하게는 유리광섬유보다 광학적 특성과 가공성이 우수한 플라스틱광섬유를 이용한다. 플라스틱 광섬유는 저가격화가 가능하고 뛰어난 벤딩(Bending)특성으로 인해 설치가 용이하고 외부충격에도 강한 장점을 지니고 있다.As the light emitting and light receiving
상기와 같이 발광부(30)에서 발산되는 광을 광섬유(50)(60)를 통해 전달함으로써 프로브(10)의 부피를 줄이고 광의 간섭을 최소화할 수 있다. 또한 프로브(10)의 형상에 구애받지 않으므로 비교적 다양한 형태의 프로브를 설계할 수 있다는 장점을 가진다.As described above, the light emitted from the
광검출기(40)는 시료수에서 산란된 광량을 검출하는 것으로 광증배관(Photo-multiplication Tube: PMT)를 이용한다. 광증배관은 입력되는 광신호를 전기신호로 변화시켜 증폭기(110)로 보내게 된다. 이외에도 광검출기(40)로는 포토다이오드를 이용할 수 있음은 물론이다. 광검출기(40)는 발광부에서 발광된 광이 바로 입사되는 것을 방지하기 위해 원기둥 형상의 삽입관(75)에 삽입되어 인쇄회로기판(17)상에 설치된다. 삽입관(75)의 단부(77)에는 렌즈가 설치될 수 있다.The
상기 발광창 및 수광창의 표면에는 시료수 중에 함유된 미생물 또는 부유물질의 침착을 방지하기 위한 고분자막(80)이 형성된다. 여기서 침착은 시료수 중의 미생물 또는 각종 부유물질 등이 표면에 달라 붙는 것을 의미한다. On the surfaces of the light emitting window and the light receiving window, a
소수성 졸-겔을 이용한 고분자막(80)은 전구체 물질(Precursor)로 디메톡시디메틸실란(Dimethoxydimethylsilane:DiMe- DMOS)과 테트라메틸오르도실리케이트 (Tetramethyl-orthosilicate:TMOS)을 사용하여 조성된다.The
TMSO: DiMe-DMOS: 증류수: 0.1M HCl의 부피비가 각각 1: 2.45: 1.70: 1.1이 되도록 혼합하여 얻어진 졸-겔 용액은 3.5 시간동안 가수분해와 축합 반응을 위해 교반한다.The sol-gel solution obtained by mixing so that the volume ratio of TMSO: DiMe-DMOS: distilled water: 0.1 M HCl is 1: 2.45: 1.70: 1.1, respectively, is stirred for hydrolysis and condensation reaction for 3.5 hours.
교반된 졸-겔 용액에서 침전된 소수성 졸(Sol)을 얻기 위하여 7500 rpm으로 5min동안 원심분리한다. 원심 분리하여 얻은 침전된 졸 1ml에 약 50 ul의 0.1 M 인산완충 용액(0.1 M Potassium phosphate buffer, pH 7)을 첨가한다. Centrifuge for 5 min at 7500 rpm to obtain hydrophobic sol (Sol) precipitated in the stirred sol-gel solution. To 1 ml of the precipitated sol obtained by centrifugation, about 50 ul of 0.1 M phosphate buffer solution (0.1 M Potassium phosphate buffer, pH 7) is added.
상기와 같이 만들어진 소수성 졸-겔은 물과 결합할 수 있는 수산화기(-OH)가 존재하지 않기 때문에 시료수 중에 함유된 미생물 또는 부유물질과의 상호결합력을 감소시켜 침착을 방지할 수 있다.Since the hydrophobic sol-gel made as described above does not have a hydroxyl group (-OH) capable of binding to water, it is possible to prevent deposition by reducing the mutual binding force with microorganisms or suspended solids contained in the sample water.
졸-겔은 수광창과 발광창 표면에 주입하여 스핀코팅 기법을 이용하여 표면에 고르게 도포시킨 후 막표면의 균열을 방지하기 위해 4~5일 동안 실온에서 건조시켜 발광창과 수광창에 투명하고 얇은 고분자막(80)을 형성시킨다. 스핀코팅 외에도 담금코팅이나 스프레이코팅 기법을 이용하여 수광창과 발광창의 표면에 졸-겔을 도포시킬 수 있다. The sol-gel is injected into the surface of the light-receiving window and the light-emitting window and evenly applied to the surface by spin coating, and then dried at room temperature for 4-5 days to prevent cracking of the film surface. The
한편, 본 발명의 탁도 측정용 프로브(10)에 적용되는 발광부(30)는 도시된 바와 달리 미생물을 검출하기 위한 제 1램프 단독으로 구성되거나, 미립자를 검출 하기 위한 제 2램프 단독으로 구성될 수 있다. 또한, 제 1램프 및 제 2, 제 3램프 중 두 개의 램프로 조합되어 발광부를 구성할 수 있음은 물론이고, 상기 제 1 및 제 2, 제 3램프 외에도 통상적인 램프가 이용될 수 있음은 물론이다. On the other hand, the
본 발명의 탁도측정용 프로브(10)의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the
먼저, 탁도를 측정하고자 하는 시료수에 하우징(20)의 하부가 잠기도록 한 상태에서 발광부(30)의 제 1램프(31)에 전원이 인가되면 제 1발광용 광섬유(51)를 통해 340nm의 파장을 가지는 자외선 광이 발광창(25)으로 투광되어 하우징(20)의 하부에 위치한 시료수로 입사된다. 시료수로 입사된 자외선 광은 시료수에 존재하는 미생물의 NADH나 NADPH에 의해 여기되어 450nm의 형광으로 방출된다. 이때 방출되는 형광은 수광창(27)으로 입사되어 수광용 광섬유(60)를 통해 광검출기(40)로 전달된다. First, when power is applied to the
그리고 발광부(30)의 제 2램프(33)나 제 3램프(35)에 전원이 인가되면 제 2 발광용 광섬유(53)또는 제 3발광용 광섬유(55)를 통해 광이 시료수로 입사된다. 시료수로 입사된 광은 시료수에 존재하는 입자들에 의해 산란되고, 이 중 90°각도로 산란되어 수광창(27)을 통해 입사된 광은 수광용 광섬유(60)를 통해 광검출기(40)로 전달된다.When power is applied to the
그리고 광검출기(40)는 조작부 및 제어부와 표시부를 가지는 본체(미도시)와 케이블(15)로 연결된다. 따라서 광검출기(40)를 통해 출력되는 전기적 신호는 본체에 입력된다. The
이하, 실시 예 및 실험 예를 통하여 본 발명의 탁도측정용 프로브의 특성을 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시 예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 하기의 실시 예로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the characteristics of the turbidity measurement probe of the present invention will be described through Examples and Experimental Examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention in detail, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
(실시예1)Example 1
발광부의 광원으로 미생물 검출을 위한 자외선 다이오드(SEOUL OPTO DEVICE Co., S8D28, 340 nm)와, 초미립자(나노입자) 검출을 위한 레이저 다이오드(Hamamatsu Co., Japan, L8414-41, 830 nm)와, 일반탁도의 검출을 위해 근적외선 다이오드(WI3311-H, 860 nm, Wonsemiconductor Co., Korea)를 사용하였다.Ultraviolet diode (SEOUL OPTO DEVICE Co., S8D28, 340 nm) for detecting microorganisms as a light source of the light emitting part, laser diode (Hamamatsu Co., Japan, L8414-41, 830 nm) for detecting ultra-fine particles (nanoparticles), A near infrared diode (WI3311-H, 860 nm, Wonsemiconductor Co., Korea) was used for the detection of general turbidity.
그리고 발광부로부터의 발산되는 광을 프로브 하단에 위치하는 시료수에 전달하기 위해 직경 2 mm의 플라스틱 광섬유(Mitsubishi Co., Japan, SH-8001)를 사용하였다. 그리고 광검출기로는 광증배관(PMT, H5783, Hamamatsu Co., Japan)을 사용하였다. 발광부로부터 조사되어진 광을 발광용 광섬유를 통하여 프로브 하단부의 시료접촉면에 입사되어지며, 시료수 내 미립자 등의 부유물질에 의해 발생되는 산란광 및 미생물에 의해 발생되어진 형광을 90°각도에서 측정하도록 수광용 광섬유에 의해 광증배관으로 전달되도록 하였다. 광증배관에서는 전달된 산란광 및 형광을 증폭하여 전압으로 표시하도록 하였다. In addition, a 2 mm diameter plastic optical fiber (Mitsubishi Co., Japan, SH-8001) was used to transmit the light emitted from the light emitting part to the sample water located at the bottom of the probe. A photomultiplier tube (PMT, H5783, Hamamatsu Co., Japan) was used as the photodetector. The light irradiated from the light emitting part is incident on the sample contact surface of the lower part of the probe through the light emitting optical fiber, and the light is received so as to measure the fluorescence generated by the scattered light and microorganisms caused by the suspended solids such as fine particles in the sample water at a 90 ° angle. The optical fiber was delivered to the optical multiplier tube. In the photomultiplier, the transmitted scattered light and fluorescence were amplified and displayed as voltage.
<제 1실험예: 미생물 검출실험>Experimental Example 1 Microbial Detection Experiment
수중 내 미생물을 검출하기 위해 미생물의 대사과정에서 생산되는 NADH를 본 발명의 프로브를 이용하여 검출실험을 수행하였다. 검출 실험을 위해 β-nicotinamide adenine dinucleotide(NADH)은 씨그마사로부터 구입하여 사용하였다. 시료수는 상기의 NADH를 3차 증류수에 희석하여 제작하였고, 시료수에 340 nm의 파 장대역을 가지는 자외선 광을 조사하였다. 이와 함께 형광분광광도계(F-4500, Hitachi Co., Japan)를 사용하여 NADH에 대한 검출성능을 비교하여 도 3에 나타내었다.In order to detect microorganisms in water, NADH produced during the metabolism of microorganisms was carried out using a probe of the present invention. Β-nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) was purchased from Sigma for the detection experiment. The sample water was prepared by diluting the NADH in tertiary distilled water, and irradiated with ultraviolet light having a wavelength band of 340 nm. In addition, using a fluorescence spectrophotometer (F-4500, Hitachi Co., Japan) was shown in Figure 3 by comparing the detection performance for NADH.
도 3을 참조하면, 시료수 중 NADH의 농도가 0에서 0.5 mM로 농도가 높아짐에 따라 형광방출량도 함께 증가하였으며, 검출 신호의 차는 약 2 V로 매우 높은 감도를 보였다. 그리고 형광분광광도계에 의해 측정된 결과와 비교할 경우 높은 선형성을 나타냈다. Referring to FIG. 3, as the concentration of NADH in the sample water increased from 0 to 0.5 mM, the amount of fluorescence emission also increased, and the difference of the detection signal was very high at about 2V. And when compared with the results measured by the fluorescence spectrophotometer showed a high linearity.
다음으로 시료수 중 실제 미생물 검출실험을 위해 미생물로 E.coli DH5α와 Bacillus subtilis type NCT 3601를 이용하였다. E.coli DH5α와 Bacillus subtilis type NCT 3601를 진탕배양기를 이용하여 24시간 동안 배양하고 원심분리 한 후 증류수로 세척하여 재 원심분리한 다음 미생물만을 취한 후, 3차 증류수에 미생물을 희석하여 시료수를 제조하였다. 미생물 검출 실험은 각각 대장균 및 바실러스를 0 ~ 2.5×103 CFU로 개체수를 달리하여 검출하였으며 그 결과는 도 4에 나타내었다.Next, E. coli DH5α and Bacillus subtilis type NCT 3601 were used as microorganisms to detect the actual microorganisms in the sample water. E. coli DH5α and Bacillus subtilis type NCT 3601 were incubated for 24 hours using a shaker, centrifuged, washed with distilled water, re-centrifuged, and only microorganisms were taken. Prepared. In the microbial detection experiment, E. coli and Bacillus were detected by varying the population from 0 to 2.5 × 10 3 CFU, respectively, and the results are shown in FIG. 4.
도 4를 참조하면, 미생물 개체수의 증가에 따라 감지되는 신호도 함께 선형적으로 증가하였다. 미생물 검출에 있어서 대장균의 경우보다 바실러스의 경우 높은 감도를 나타내었으며, 이러한 현상은 바실러스가 많은 양의 NADH 또는 NADPH를 생산함에 기인하는 것으로 보인다. Referring to FIG. 4, the signal detected as the microbial population increased also linearly increased. In the detection of microorganisms, Bacillus showed higher sensitivity than that of E. coli, and this phenomenon appears to be due to the production of a large amount of NADH or NADPH.
<제 2실험예: 초미립자 검출 실험>Experimental Example 2 Ultrafine Particle Detection Experiment
초미립자의 검출을 위해 10~20 nm의 입자크기 분포를 가지는 Fe3O4 나노입자를 합성하여 검출실험을 수행하였다.In order to detect ultrafine particles, Fe 3 O 4 nanoparticles having a particle size distribution of 10 to 20 nm were synthesized and a detection experiment was performed.
Fe3O4 나노입자를 합성하기 위해 ferric ammonium sulfate와 iron(Ⅲ) chloride를 1:2 몰비율로 혼합한 후 80 ℃에서 교반과 동시에 28 % 암모늄 수용액을 첨가하여 30분 동안 반응시켜 나노입자를 합성하였다. 이때 반응용액의 pH는 10을 유지하였으며, 반응식은 다음과 같다. In order to synthesize Fe 3 O 4 nanoparticles, ferric ammonium sulfate and iron (III) chloride were mixed at a 1: 2 molar ratio, followed by stirring at 80 ° C. and adding 28% ammonium aqueous solution for 30 minutes to react the nanoparticles. Synthesized. At this time, the pH of the reaction solution was maintained at 10, and the reaction formula is as follows.
Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- → Fe3O4 + 4H2O Fe 2+ + 2Fe 3+ + 8OH - → Fe 3
또한 반응 후 증류수와 에탄올을 사용하여 세척한 후 6×103 Gauss의 자석을 이용하여 나노입자와 용액을 분리 한 후 70 ℃에서 진공건조 하였다. 시료수로는 0.45 ㎛의 공극을 가진 셀룰로오스 멤브레인을 사용하여 여과한 3차 증류수에 Fe3O4 나노입자를 희석하여 제조하여 830 nm의 파장대역을 가지는 레이저광을 조사하였다.After the reaction, the mixture was washed with distilled water and ethanol, and the nanoparticles and the solution were separated using a magnet of 6 × 10 3 Gauss, followed by vacuum drying at 70 ° C. Sample water was prepared by diluting Fe 3 O 4 nanoparticles in tertiary distilled water filtered using a cellulose membrane having a pore size of 0.45 μm and irradiating a laser beam having a wavelength band of 830 nm.
도 5는 0에서 0.5 ppm으로 Fe3O4 나노입자의 농도를 달리하여 레이저다이오드에 의한 산란광을 측정한 결과이다. 도 5에서 보는 바와 같이 레이저 광원을 이용한 수질 내 초미립자의 검출에 있어서 높은 선형성과 1.0×10-4 이하의 유의수준을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 5 is a result of measuring the scattered light by the laser diode by varying the concentration of Fe 3 O 4 nanoparticles from 0 to 0.5 ppm. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the detection of ultrafine particles in water quality using a laser light source had a high linearity and a significance level of 1.0 × 10 −4 or less.
그리고 일반탁도 용액에 대한 레이저 광원의 영향성을 조사하기 위해 4000 NTU의 표준 포르마진용액(HACH Co., USA)을 3차 증류수에 희석시킨 시료수에 레이 저 광을 조사하여 그 결과를 도 6에 나타내었다.In order to investigate the effect of the laser light source on the general turbidity solution, laser light was irradiated to the sample water diluted with 4000 NTU standard forazine solution (HACH Co., USA) in distilled water. Shown in
그 결과 도 6에서와 같이 0에서 10 NTU의 농도로 시료수의 탁도를 변화시켰을 때 상기 도 9의 0 ppm의 초미립자 농도에서와 같은 신호가 검출되었으며, 이러한 결과는 레이저광원이 일반탁도에 대하여 영향을 받지 않아 초미립자 검출에 있어서 높은 선택성을 지님을 보여준다. As a result, when the turbidity of the sample water was changed to a concentration of 0 to 10 NTU as shown in FIG. 6, the same signal as that of the ultra-fine particle concentration of 0 ppm in FIG. 9 was detected. It shows no selectivity for high particle detection.
<제 3실험예: 일반탁도 검출 실험>Experimental Example 3: General Turbidity Detection Experiment
일반탁도 검출을 위해 상기의 포르마진 표준용액을 사용하여 탁도검출 실험을 실시하였다. 이를 위해 4000 NTU의 표준 포르마진용액(HACH Co., USA)을 3차 증류수에 희석시킨 시료수에 860 nm의 파장대역을 가지는 근적외선 LED광을 조사하여 그 결과를 도 7에 나타내었다.In order to detect general turbidity, turbidity detection experiments were carried out using the above-described forazine standard solution. To this end, the near-infrared LED light having a wavelength band of 860 nm was irradiated to the sample water diluted with 4000 NTU standard forazine solution (HACH Co., USA) in tertiary distilled water, and the results are shown in FIG. 7.
도 7을 참조하면, 포르마진 표준용액을 사용하여 시료수의 탁도 변화를 0에서 1.0 NTU의 농도로 변화시켰을 때, 낮은 농도의 탁도 변화에서 99 % 이상의 높은 선형성을 보였다. 그리고 0.3 NTU 이상에서도 높은 선형성을 보였으나 센서의 감도는 다소 낮아졌다. 이러한 현상은 포르마진의 농도가 증가함에 따라 용액 중 탁도가 높아져 광원으로부터 조사되어진 입사광이 현탁물질에 부딪쳐 산란되고 그 산란된 빛이 검출기로 도달하는 과정에서 현탁물질에 방해를 받음으로써 감도가 낮아진 것으로 보인다.Referring to FIG. 7, when the change in turbidity of sample water was changed from 0 to 1.0 NTU using a forazine standard solution, high linearity of 99% or more was observed at low concentrations of turbidity. And even more than 0.3 NTU showed high linearity, but the sensitivity of the sensor was slightly lower. This phenomenon is due to the increase in the concentration of formazine, the turbidity in the solution is increased, the incident light irradiated from the light source hits the suspended material is scattered and the scattered light is disturbed by the suspended material in the process of reaching the detector, the sensitivity is lowered see.
상기의 결과들로부터 본 발명의 탁도측정용 프로브는 일반 탁도뿐만 아니라 초미립자나 미생물까지도 정밀하게 검출할 수 있어 탁도측정을 정밀하게 수행할 수 있다. 이는 수중에 존재하는 부유물질 중 크기에 따른 각 입자와 미생물의 검출을 산란광을 일으키는 각각 다른 광원을 채택하여 선택성을 부여한 본 발명의 탁도측정용 프로브에 의해 실현된다.From the above results, the turbidity measurement probe of the present invention can accurately detect not only general turbidity but also ultrafine particles or microorganisms, so that turbidity measurement can be performed precisely. This is realized by the turbidity measurement probe of the present invention in which the detection of each particle and microorganism according to the size of suspended solids present in water is adopted by adopting different light sources for generating scattered light.
<제 4실험예: 고분자막의 미생물 침착특성>Experimental Example 4 Microbial Deposition Characteristics of Polymer Membranes
TMSO: DiMe-DMOS: 증류수: 0.1M HCl의 부피비가 각각 1: 2.45: 1.70: 1.1이 되도록 혼합한 후 3.5 시간동안 가수분해와 축합 반응을 위해 교반하였다. 교반된 졸-겔 용액에서 침전된 소수성 졸을 얻기 위하여 원심분리(조건: 7500 rpm, 5min)를 하였다. 원심 분리하여 얻은 침전된 졸에 50 ul/mL(졸)의 0.1 M 인산완충 용액(0.1 M Potassium phosphate buffer, pH 7)을 첨가하여 소수성 졸-겔을 얻었다. 졸-겔은 직경 12mm의 크기의 유리 표면에 주입한 후 스핀코팅 기법(조건: 1단계 400 rpm, 10 sec, 2단계 1200 rpm, 20 sec)을 표면에 고르게 도포시킨 다음 5일 동안 실온(20℃)에서 건조시켜 투명하고 얇은 고분자막을 형성하였다.The volume ratio of TMSO: DiMe-DMOS: distilled water: 0.1M HCl was 1: 2.45: 1.70: 1.1, respectively, and the mixture was stirred for hydrolysis and condensation for 3.5 hours. Centrifugation (condition: 7500 rpm, 5 min) was performed to obtain the hydrophobic sol precipitated in the stirred sol-gel solution. 50 ul / mL (sol) of 0.1 M phosphate buffer solution (0.1 M Potassium phosphate buffer, pH 7) was added to the precipitated sol obtained by centrifugation to obtain a hydrophobic sol-gel. The sol-gel is injected onto a glass surface with a diameter of 12 mm, followed by a spin coating technique (condition: 1
상기의 고분자막에 대한 성능검증을 위하여 고분자막의 미생물 침착력을 테스트하였다. 고분자막이 형성된 유리를 시험구로 하고, 이와 비교되는 대조구로는 고분자막이 형성되지 않은 유리를 이용하였다.The microbial deposition power of the polymer membrane was tested to verify the performance of the polymer membrane. The glass on which the polymer film was formed was used as a test sphere, and the glass to which the polymer membrane was not formed was used as a control.
미생물의 침착력 테스트를 위해 Escherichia coli JIM109, Bacillus cereus 318균주를 사용하였다. 본 테스트에서는 Escherichia coli의 배양을 위해 LB 복합배지(Yeast extract: 5 g/L, Tryptone: 10 g/L, NaCl: 10 g/L), Bacillus cereus의 배양을 위해 바실러스용 배지(Glucose: 5 g/L, Peptone: 5 g/L, Yeast extract: 5 g/L, NaHCO3: 3g/L)을 사용하였다. 한편, 배양실험을 수행하기 전 외부 물질에 의한 오염을 방지하기 위해 시험구 및 대조구를 자외선광을 조사하여 24시간동안 멸균처리하였다. Escherichia coli 과Bacillus cereus 배양액에 각각 시험구와 대조구를 투입한 후 37℃, 80rpm조건에서 진탕배양기(KoBiotech Co.,Korea)를 이용하여 24시간동안 배양하였다. 배양 중 일정한 시간 간격으로 수집한 시험구 및 대조구는 미생물의 침착도 측정대상 표면을 증류수로 1 회 세척한 후, 증류수가 담긴 비이커에 넣고 교반기에서 150 rpm으로 3 분간 세척하였다. 부유세포가 제거된 측정대상 표면은 그람염색을 하기 위해 60 ℃에서 10 분간 건조하였고, 침착도 측정 대상 표면에 침착된 미생물을 고정하기 위해 화염멸균을 시켰다. 화염멸균 후 그람염색을 하기 위해 0.2 mL의 크리스탈 바이올렛용액(Crystal violet)을 이용하여 1 분간 염색시켰다. 증류수로 세척된 측정대상 표면은 0.2 mL 요오드(Iodine) 용액으로 다시 1 분간 염색한 후 95 % 에탄올로 세포외막을 탈색시킨 후, 0.2 mL의 샤프라닌 O 용액(Safranin O)으로 1분간 재염색하였다. 최종적으로, 증류수로 세척한 시험구 및 대조구는 70 ℃에서 10분간 건조하여 수분을 제거하였다. 위의 염색과정이 끝난 시험구 및 실험구의 측정 대상 표면을 SEM (Scanning electron microscope) 촬영을 한 후 침착된 미생물의 갯수를 정량적으로 측정하여 그 결과를 도 8 및 도 9에 각각 나타내었다. Escherichia coli JIM109 and Bacillus cereus 318 strains were used for the test of microbial deposition. In this test, LB complex medium (Yeast extract: 5 g / L, Tryptone: 10 g / L, NaCl: 10 g / L) for the culture of Escherichia coli , Bacillus medium (Glucose: 5 g) for the culture of Bacillus cereus / L, Peptone: 5 g / L, Yeast extract: 5 g / L, NaHCO 3 : 3 g / L). Meanwhile, in order to prevent contamination by foreign substances before the culture experiment, the test and control groups were sterilized for 24 hours by irradiating with ultraviolet light. Test and control were added to Escherichia coli and Bacillus cereus cultures, respectively, and cultured for 24 hours using shaking culture (KoBiotech Co., Korea) at 37 ° C and 80rpm. The test and control groups collected at regular time intervals during the cultivation were washed once with the distilled water, the surface to be measured for deposition of microorganisms, and then placed in a beaker containing distilled water and washed for 3 minutes at 150 rpm in a stirrer. Surface to which the suspended cells were removed was dried for 10 minutes at 60 ° C. for gram staining, and flame sterilization was performed to fix the microorganisms deposited on the surface to be deposited. After flame sterilization, staining was performed for 1 minute using 0.2 mL of crystal violet solution for gram dyeing. The surface to be washed with distilled water was again stained with 0.2 mL of iodine solution for 1 minute, decolorized with 95% ethanol, and then restained with 0.2 mL of Safranin O for 1 minute. . Finally, the test and control groups washed with distilled water were dried at 70 ℃ for 10 minutes to remove moisture. Scanning electron microscope (SEM) photographing of the test target surface and the test target surface of the above-described staining process was performed to quantitatively measure the number of deposited microorganisms, and the results are shown in FIGS. 8 and 9, respectively.
도 8은 각종 의약품이나 생물제품의 생산에 가장 많이 이용되는 미생물 중의 하나인 Escherichia coli의 침착특성을 나타내고 있다. 도 8은 일정한 시간별(6, 12, 18, 24시간)로 시료를 수집하였고 각 표면에 침착된 미생물의 SEM 촬영 자료에 근거하여 단위면적(mm2)당 시험구 및 대조구의 표면에 침착된 미생물의 개체수를 정량적으로 나타낸 것이다. 도 8에서 sol-gel coated surface는 시험구를 의미하고, glass는 대조구를 뜻한다. Figure 8 shows the deposition characteristics of Escherichia coli , one of the most microorganisms used in the production of various medicines and biological products. 8 is a sample collected at regular time intervals (6, 12, 18, 24 hours) and the microorganisms deposited on the surface of the test and control per unit area (mm 2 ) based on SEM photographs of the microorganisms deposited on each surface It is a quantitative representation of the number of. In FIG. 8, sol-gel coated surface means a test sphere, and glass means a control sphere.
도 8을 살펴보면, 대조구의 표면에서는 Escherichia coli은 배양 후 6시간에서 약 7.7×104cells/mm2가 침착되었으나, 배양 6시간 이후에는 세포성장 주기에서 정지기와 사멸기에 접어들기 때문에 유리표면에 침착된 미생물의 수가 점차적으로 감소하였다. Referring to FIG. 8, Escherichia coli was deposited on the surface of the control at about 7.7 × 10 4 cells / mm 2 at 6 hours after incubation, but after 6 hours incubation, it was deposited on the glass surface because it enters the stationary phase and the death phase in the cell growth cycle. The number of microorganisms lost gradually decreased.
이에 비해 시험구에서는 배양 후 18시간에서 단위면적당 침착된 Escherichia coli의 수가 대조구에 침착된 미생물의 최대 개체수에 비해 97%이상 감소하였다. 즉, 고분자막을 구성하는 소수성의 졸-겔은 그람 음성균인 미생물과 막표면 사이의 물리적 상호 결합력을 감소시켜 미생물의 침착을 방지함을 알 수 있다. In comparison, the number of Escherichia coli deposited per unit area was reduced by more than 97% at 18 hours after incubation compared to the maximum number of microorganisms deposited on the control. In other words, it can be seen that the hydrophobic sol-gel constituting the polymer membrane prevents the deposition of microorganisms by reducing the physical interaction between the microorganisms that are Gram-negative bacteria and the surface of the membrane.
도 9는 Bacillus cereus의 침착특성을 나타내고 있다. 도 9는 일정한 시간별(3, 6, 12, 18, 24시간)로 시료를 수집하였고 각 표면에 침착된 미생물의 SEM 촬영 자료에 근거하여 단위면적(mm2)당 시험구 및 대조구의 표면에 침착된 미생물의 개체수를 정량적으로 나타낸 것이다. 도 9에서 sol-gel coated surface는 시험구를 의미하고, glass는 대조구를 뜻한다. 9 shows the deposition characteristics of Bacillus cereus . 9 is a sample collected at regular time intervals (3, 6, 12, 18, 24 hours) and deposited on the surface of the test and control per unit area (mm 2 ) based on SEM photographs of microorganisms deposited on each surface. It shows quantitatively the population of microorganisms. In Figure 9 sol-gel coated surface means a test sphere, glass means a control.
도 9를 살펴보면, 대조구에서 Bacillus cereus는 배양 후 12시간에서 약 3.2×104cells/mm2 침착되었고, 12시간 이후 사멸기에 접어들면서 침착된 미생물이 수 가 크게 감소하였다. 이에 비해 시험구에 침착된 Bacillus cereus는 배양 3시간 후에 최대 침착 세포의 수가 6.2×102cells/mm2로서 대조구에 비해 약 98%이상 감소하였다. 따라서 고분자막은 그람 양성균인 Bacillus cereus 미생물의 침착을 방지할 수 있음을 알 수 있다. Referring to Figure 9, Bacillus cereus in the control was deposited about 3.2 × 10 4 cells / mm 2 at 12 hours after incubation, the number of microorganisms were greatly reduced by entering the killing phase after 12 hours. In comparison, Bacillus cereus deposited on the test plots had a maximum number of deposited cells of 6.2 × 10 2 cells / mm 2 after 3 hours of incubation, which was reduced by more than 98%. Therefore, it can be seen that the polymer membrane can prevent the deposition of the Gram-positive bacteria Bacillus cereus microorganism.
<제 5실험예: 고분자막의 검출성능>Experimental Example 5 Detection Performance of Polymer Membrane
본 테스트는 부유물질 및 미생물의 검출시 고분자막이 성능향상에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 시행하였다.This test was conducted to investigate the effect of polymer membranes on the performance of suspended solids and microorganisms.
공통실험 조건으로 고분자막이 형성된 발광창 및 수광창을 장착한 프로브와 고분자막이 형성되진 않은 발광창 및 수광창을 장착한 프로브를 정확한 실험을 위해 수중에서 10일간 방치한 후 수행하였다.As a common experimental condition, a probe equipped with a light emitting window and a light receiving window in which a polymer film was formed, and a probe equipped with a light emitting window and a light receiving window in which a polymer film was not formed were left in water for 10 days for accurate experiments.
수중에서 10일간 방치된 각 프로브(Coating and Non-coating)를 이용하여 포르마진 표준용액으로 제조한 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 NTU 샘플에 도입하여 농도에 따른 출력값을 조사하여 도 10에 나타내었다. Using the probes (Coating and Non-coating) left in water for 10 days introduced into 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 NTU samples prepared with a formazin standard solution to investigate the output value according to the concentration Figure 10 Shown in
그리고 수중에서 10일간 방치된 탁도센서(Coating and Non-coating)는 각각 0.00, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30 CFU(cells/mL)의 미생물 샘플에 도입하여 농도에 따른 센서의 출력값을 조사하여 도 11에 나타내었다.And the turbidity sensor (Coating and Non-coating) left in water for 10 days is introduced into the microbial samples of 0.00, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30 CFU (cells / mL), respectively, Investigation was shown in FIG.
도 10 및 도 11에 나타난 바와 같이 고분자막이 코팅된 발광창 및 수광창이 장착된 프로브를 이용한 경우 출력값이 부유물질이나 미생물의 농도에 비례해 선형적으로 증가하고, 고분자막이 코팅되지 않은 발광창 및 수광창을 장착한 프로브를 이용한 결과에 비해 더 정확한 출력값을 나타내고 있다. 이로써 고분자막이 형성된 프로브의 성능이 크게 향상됨을 알 수 있다. As shown in FIGS. 10 and 11, when the polymer film-coated light emitting window and the light receiving window are used, the output value increases linearly in proportion to the concentration of suspended solids or microorganisms, and the light emitting window and the number of the polymer film not coated. The output value is more accurate than the result of using a probe equipped with a light window. As a result, it can be seen that the performance of the probe on which the polymer membrane is formed is greatly improved.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments thereof are possible.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탁도 측정용 프로브의 내부를 나타내는 단면도이고, 1 is a cross-sectional view showing the inside of the turbidity measurement probe according to an embodiment of the present invention,
도 2는 시료수에 존재하는 미생물의 NADH에 자외선 광을 조사시 발생하는 형광을 3차원 스펙트럼으로 나타낸 그래프이고, Figure 2 is a graph showing the fluorescence generated when irradiating ultraviolet light to the NADH of the microorganisms present in the sample water in a three-dimensional spectrum,
도 3은 본 발명의 탁도 측정용 프로브를 이용하여 NADH의 농도에 따른 형광 검출량을 측정한 그래프이고, 3 is a graph measuring the amount of fluorescence detection according to the concentration of NADH using the turbidity measurement probe of the present invention,
도 4는 본 발명의 탁도 측정용 프로브를 이용하여 미생물의 농도에 따른 형광 검출량을 측정한 그래프이고, Figure 4 is a graph measuring the amount of fluorescence detection according to the concentration of microorganisms using the turbidity measurement probe of the present invention,
도 5는 본 발명의 탁도 측정용 프로브를 이용하여 시료수에 존재하는 초미립자의 농도에 따른 산란광 검출량을 측정한 그래프이고, 5 is a graph measuring the amount of scattered light detection according to the concentration of ultra-fine particles present in the sample water by using the probe for turbidity measurement of the present invention,
도 6은 본 발명의 탁도 측정용 프로브에 적용되는 레이저 광원의 포르마진 표준용액에서의 영향성을 나타내는 그래프이고,FIG. 6 is a graph showing the influence of the formazin standard solution of the laser light source applied to the turbidity measurement probe of the present invention.
도 7은 본 발명의 탁도 측정용 프로브를 이용하여 포르마진 표준용액에서 농도에 따른 산란광 검출량을 측정한 그래프이고,7 is a graph measuring the amount of scattered light detection according to the concentration in the formazin standard solution using the turbidity measurement probe of the present invention,
도 8은 시험구와 대조구의 표면에 침착된 E.coil JM109를 나타내는 SEM사진과 이를 정량적으로 나타낸 그래프이고,8 is a SEM photograph showing the E.coil JM109 deposited on the surface of the test and control and a graph showing it quantitatively,
도 9는 시험구와 대조구의 표면에 침착된 B.cereus 318을 나타내는 SEM사진과 이를 정량적으로 나타낸 그래프이고,9 is a SEM photograph showing the B. cereus 318 deposited on the surface of the test and control and a graph showing it quantitatively,
도 10은 본 발명의 탁도 측정용 프로브를 이용하여 포르마진 표준용액에서 농도에 따른 출력값을 나타내는 그래프이고,10 is a graph showing the output value according to the concentration in the formazin standard solution using the turbidity measurement probe of the present invention,
도 11은 본 발명의 탁도 측정용 프로브를 이용하여 미생물 농도에 따른 출력값을 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing the output value according to the microbial concentration using the turbidity measurement probe of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 프로브 20: 하우징10: probe 20: housing
25: 발광창 27: 수광창25: light emitting window 27: light receiving window
30: 발광부 31: 제 1램프30: light emitting unit 31: first lamp
33: 제 2램프 35: 제 3램프33: second lamp 35: third lamp
40: 광검출기 50: 발광용 광섬유40: photodetector 50: light emitting optical fiber
60: 수광용 광섬유 80: 고분자막60: light receiving optical fiber 80: polymer film
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