KR101494891B1 - silver nanoparticle-based pH indicators in highly alkaline region and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 은 나노입자를 이용한 강알칼리 영역의 pH 지시제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금 나노입자 대신 비용이 저렴한 은 나노 입자를 이용하여 pH>11 이상의 강알칼리 영역에서 정확하게 pH를 지시할 수 있으며 액체 또는 고체상으로 제조하여 다양한 분야에서 활용이 가능한 pH 지시제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 은 나노입자를 이용한 강알칼리 영역의 pH 지시제는 질산은 수용액 중에서 환원된 은 나노 입자를 함유하며, pH>11 이상의 강알칼리 영역에서 pH 측정이 가능하다. 그리고 은 나노 입자는 구연산염 또는 소듐 보로하이드라이드(Sodium Borohydride)에 의해 환원된다.
The present invention relates to a pH indicator for a strong alkaline region using silver nanoparticles and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to a method for preparing silver nanoparticles by using silver nanoparticles, which are less expensive than gold nanoparticles, The present invention relates to a pH indicator which can be manufactured in a liquid or solid phase and can be used in various fields, and a method for producing the same.
The pH indicator of the strong alkaline region using the silver nanoparticles of the present invention contains silver nanoparticles reduced in an aqueous solution of silver nitrate, and pH can be measured in a strong alkaline region of pH> 11. And the silver nanoparticles are reduced by citrate or sodium borohydride.

Description

은 나노입자를 이용한 강알칼리 영역의 pH 지시제 및 이의 제조방법{silver nanoparticle-based pH indicators in highly alkaline region and manufacturing method thereof}[0001] The present invention relates to a pH indicator for a strong alkaline region using silver nanoparticles and a method for manufacturing the same,

본 발명은 은 나노입자를 이용한 강알칼리 영역의 pH 지시제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금 나노입자 대신 비용이 저렴한 은 나노 입자를 이용하여 pH>11 이상의 강알칼리 영역에서 정확하게 pH를 지시할 수 있으며 액체 또는 고체상으로 제조하여 다양한 분야에서 활용이 가능한 pH 지시제 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a pH indicator for a strong alkaline region using silver nanoparticles and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to a method for preparing silver nanoparticles by using silver nanoparticles, which are less expensive than gold nanoparticles, The present invention relates to a pH indicator which can be manufactured in a liquid or solid phase and can be used in various fields, and a method for producing the same.

은(silver)은 금(gold)과 더불어 공기 중에서 쉽게 산화되지 않는 특성을 갖고 있기 때문에 오래전부터 귀금속의 한 종류로서 일반인들에게 알려져 왔다. Silver has been known to the public as a type of precious metal for a long time because it has the property of being easily oxidized in air with gold.

일반적으로 금속의 경우 금속 특유의 광택을 갖는데 금의 경우 노란색, 은의 경우 회색을 띠게 된다. 이와 같이 금속의 크기가 클 경우(마이크로미터 이상) 금속들은 각기 고유의 광택을 띠게 되지만, 금속의 크기가 작아지게 되면 완전히 다른 색깔로 변하게 되는데, 금의 경우 노란색에서 빨간색으로 은의 경우 회색에서 노란색으로 변하게 된다. Generally, metal has a specific luster of metal, but it is yellow in case of gold and gray in case of silver. If the size of the metal is large (more than micrometer), each metal will have its own luster, but when the size of the metal becomes smaller, it will turn into a completely different color, from gold to yellow to red, .

이와 같이 금속의 색깔이 크기가 작아짐에 따라 변하는 이유는 가시광선 영역에 해당하는 빛에 의해 금속의 표면 플라즈몬이 공명 현상을 일으키기 때문인데, 표면 플라즈몬이 공명을 일으키는 에너지는 금속 나노입자들이 뭉친 정도에 따라 예민하게 변하게 된다. The reason why the color of the metal changes as the size decreases is because the surface plasmon of the metal causes resonance by the light corresponding to the visible light region. The energy that the surface plasmon resonates is the degree of aggregation of the metal nanoparticles It changes sensitively.

일반적으로 금속 나노입자들이 뭉쳐서 전체 크기가 커짐에 따라 공명 에너지는 낮은 쪽으로 옮겨가게 되는데, 이러한 이유로 인해 금 나노입자의 경우 나노입자가 뭉칠수록 빨간색에서 보라색으로 색 변화가 일어나게 되고 은 나노입자의 경우 노란색에서 갈색으로 색 변화가 일어나게 된다. 즉, 금속 나노입자가 나타내는 색깔은 금속 나노입자가 얼마나 뭉치는지를 모니터링할 수 있는 좋은 방법이 되는 것이다. 색깔 변화가 클 경우 육안으로도 그 변화를 관찰할 수 있으며, 육안으로 그 변화를 파악하기 어렵다고 하더라도 흡수분광기로 간단히 그 변화를 모니터링 할 수 있다. 또한 금속 나노입자가 뭉치는 정도에 따라 색깔 변화가 아주 예민하게 일어나기 때문에 이러한 금속 나노입자의 특성을 이용하게 되면 미량의 물질을 높은 검출한계로 쉽게 검출할 수 있게 된다. Generally, as the metal nanoparticles aggregate and become larger in size, the resonance energy is shifted to the lower side. For this reason, in the case of gold nanoparticles, the color change from red to purple occurs as the nanoparticles are stacked, To brown in color. That is, the color represented by metal nanoparticles is a good way to monitor how much metal nanoparticles are aggregated. If the color change is large, the change can be observed with the naked eye. Even if it is difficult to visually recognize the change, the change can be monitored simply with the absorption spectroscope. In addition, since the change in color occurs very sensitively depending on the degree of aggregation of the metal nanoparticles, the use of the characteristics of the metal nanoparticles enables a trace amount of the substance to be easily detected with a high detection limit.

금속 나노입자의 뭉치는 정도는 금속 나노입자 표면의 특성에 따라 예민하게 변한다. 예를 들어, 금속 나노입자가 담겨 있는 용액의 pH가 변할 경우 금속 나노입자의 표면 전하가 달라지고, 전기이중층의 두께 역시 달라지는데, 이는 결국 입자와 입자 사이에 작용하는 상호작용 에너지를 변화시키기 때문에 금속 나노입자의 뭉치는 정도를 변화시킨다. The degree of aggregation of metal nanoparticles changes sensitively according to the characteristics of the surface of the metal nanoparticles. For example, when the pH of a solution containing metal nanoparticles changes, the surface charge of the metal nanoparticles changes, and the thickness of the electric double layer also changes. This eventually changes the interaction energy between the particles and the particles, Changes in the degree of aggregation of nanoparticles.

최근에 이러한 특성을 바탕으로 하여 금 나노입자를 기반으로 하는 액체 형태의 pH 지시제가 보고된 바 있다.1 구연산염으로 환원된 금 나노입자는 용액의 pH가 12.7 ± 0.3 이상으로 증가하게 되면 급격하게 뭉치게 되는데, 이러한 뭉침에 의해 빨간색이었던 금 나노입자는 보라색으로 변하게 된다. 이러한 색변화를 통해 쉽게 용액의 pH를 모니터링할 수 있다. Recently, based on these properties, liquid type pH indicators based on gold nanoparticles have been reported. 1 citrate-reduced gold nanoparticles are rapidly aggregated as the pH of the solution increases to more than 12.7 ± 0.3. The gold nanoparticles, which were red due to this aggregation, turn purple. This color change makes it easy to monitor the pH of the solution.

강알칼리 영역에서 pH를 측정하는 일은 많은 분야에서 요구되고 있는데 산업체, 의 약학 분야를 비롯해서 바이오기술, 농업, 환경에 이르기까지 다양한 분야에서 필수적으로 요구되고 있는 과정 중 하나이다.2 이러한 요구에도 불구하고 현재까지 강알칼리 영역에서 pH를 측정하고 모니터링 할 수 있는 방법은 많지가 않았다. 일단 pH를 측정하기 위해 흔히 사용되는 유리전극을 통한 전기화학적 방법의 경우 유리전극 자체가 강알칼리 영역에서 큰 오차를 줄 수 있기 때문에 효과적인 방법이 될 수 없다.3 또한 강알칼리 영역에서 변화가 일어나는 지시약이 거의 알려져 있지 않고, 그나마 알려져 있는 지시약의 경우에도 가격이 비싸거나 폭발성이 있고, 인체에 해롭기 때문에 유용하게 사용되지 않고 있다. Measuring the pH in the strong alkaline region is required in many fields, and is one of the processes required in a wide range of fields from industry, pharmacology to biotechnology, agriculture and environment. 2 Despite these demands, there are not many ways to measure and monitor pH in the strong alkaline range. In the case of an electrochemical method using a glass electrode, which is often used for measuring pH, it can not be an effective method because the glass electrode itself may cause a large error in the strong alkali region. 3 There is also little known indication that changes in the strong alkaline range are present, and even the known indicators are expensive or explosive, and are not useful because they are harmful to the human body.

이러한 의미에서 보았을 때 금 나노입자 기반의 pH 지시제는 상온, 상압에서 안정적으로 존재할 수 있을 뿐만 아니라 쉽게 산화되지 않는 귀금속의 한 종류이며 인체에 해롭기 않기 때문에 강알칼리 영역의 pH를 모니터링 할 수 있는 좋은 예가 된다고 할 수 있다. In this sense, the pH indicator based on gold nanoparticles is a kind of noble metal which can be stably existed at normal temperature and pressure and is not easily oxidized. It is not harmful to the human body. This is an example.

그러나 종래의 금 나노입자 기반의 pH 지시제는 금으로 구성된 나노입자를 사용하고 있기 때문에 가격 면에서 보았을 때 저렴하지가 않다. 따라서 금이 갖고 있는 장점을 살리면서 가격 면에서 더욱 저렴한 pH 지시제가 요구되고 있는 실정이다. However, since conventional gold nanoparticle-based pH indicators use gold nanoparticles, they are not inexpensive in terms of cost. Therefore, a cheaper pH indicator is required in terms of price, while taking advantage of the advantages of gold.

또한, 종래의 금 나노입자 기반의 pH 지시제는 액체상태이기 때문에 다양한 방면에 응용을 하는데 여러 가지 제약이 많다. 액체상태의 pH 지시제의 경우 pH를 측정하고자 하는 용액을 pH 지시제에 넣거나 혹은 반대로 pH를 측정하고자 하는 용액에 pH 지시제를 넣은 후 색깔 변화를 관찰해야 한다. 따라서 액체로 존재하는 물질의 pH만 측정할 수 있다는 단점이 있고, 용액을 섞어야 하는 불편함이 따르게 된다.In addition, since the conventional gold nanoparticle-based pH indicator is in a liquid state, there are many limitations in application to various aspects. In the case of a liquid pH indicator, the solution to be measured should be placed in the pH indicator or, alternatively, the pH indicator should be placed in the solution to be measured and the color change observed. Therefore, there is a disadvantage that only the pH of a substance present in a liquid can be measured, and the inconvenience of mixing the solution is accompanied.

1. 대한민국 등록특허 제 10-0850160호1. Korean Patent No. 10-0850160

2. M. Hecht, W. Kraus, K. Rurack, Analyst 138, 325 (2013).2. M. Hecht, W. Kraus, K. Rurack, Analyst 138,325 (2013). 3. J. Li, T. Peng, Analytica Chimica ACTA 478, 337 (2003).3. J. Li, T. Peng, Analytica Chimica ACTA 478, 337 (2003).

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 금 나노입자 대신 비용이 저렴한 은 나노 입자를 이용하여 pH>11 이상의 강알칼리 영역에서 정확하게 pH를 지시할 수 있는 은 나노입자를 이용한 강알칼리 영역의 pH 지시제 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to overcome the above problems, and it is an object of the present invention to provide a silver halide photographic light sensitive silver halide color photographic light sensitive silver halide photographic light sensitive silver halide photographic light sensitive silver halide photographic light sensitive silver halide photographic light sensitive silver halide photographic light sensitive silver halide photographic light emitting diode, And a method for producing the same.

본 발명의 다른 목적은 사용이 간편하고 다양한 분야에 활용이 가능하도록 은 나노입자를 지지체 위에 고정시킨 고체 형태의 pH 지시제를 제조함으로써 종래의 액체 형태의 pH 지시제의 제약을 극복할 수 있는 pH 지시제 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a pH indicator capable of overcoming the limitations of the conventional pH indicator in the form of liquid by preparing a solid pH indicator in which silver nanoparticles are fixed on a support so as to be easy to use, An indicator agent and a method for producing the same.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 은 나노입자를 이용한 강알칼리 영역의 pH 지시제는 질산은 수용액 중에서 환원된 은 나노 입자를 함유하며, pH>11 이상의 강알칼리 영역에서 pH 측정이 가능한 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the pH indicator of the strong alkaline region using the silver nanoparticles of the present invention is characterized by being able to measure the pH in a strong alkaline region of pH> 11 or higher, containing silver nanoparticles reduced in an aqueous solution of silver nitrate.

상기 은 나노 입자는 구연산염 또는 소듐 보로하이드라이드(Sodium Borohydride)에 의해 환원된 것을 특징으로 한다. The silver nanoparticles are characterized in that they are reduced by citrate or sodium borohydride.

상기 pH 지시제는 상기 은 나노 입자가 지지체 표면에 고정된 것을 특징으로 한다. And the pH indicator is characterized in that the silver nanoparticles are fixed on the surface of the support.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 은 나노입자를 이용한 강알칼리 영역의 pH 지시제의 제조방법은 a)질산은을 물에 용해시켜 제 1용액을 수득하는 단계와; b)구연산염 또는 소듐 보로하이드라이드(Sodium Borohydride)를 물에 용해시켜 제 2용액을 수득하는 단계와; c)상기 제 1용액과 상기 제 2용액을 혼합하여 환원된 은 나노 입자를 생성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for preparing a pH indicator of a strong alkaline region using silver nanoparticles, comprising the steps of: a) dissolving silver nitrate in water to obtain a first solution; b) dissolving the citrate or sodium borohydride in water to obtain a second solution; c) mixing the first solution and the second solution to produce reduced silver nanoparticles.

상기 c)단계 후 상기 은 나노 입자가 생성된 콜로이드 용액을 지지체에 접촉시켜 상기 지지체의 표면에 상기 은 나노 입자를 고정시키는 것을 특징으로 한다. And the silver nanoparticles are immobilized on the surface of the support by contacting the colloid solution in which the silver nanoparticles are formed after the step c) with the support.

본 발명은 금 나노입자 대신 상대적으로 가격이 저렴한 은 나노입자를 사용하여 강알칼리 영역에서 pH 지시제로 충분히 사용할 수 있음을 확인하였다. 본 발명의 은 나노입자를 기반으로 하는 액체형, 고체형 pH 지시제는 다양한 분야에서 강염기의 pH를 모니터링하는데 유용하게 활용될 수 있다. It has been confirmed that the present invention can be used sufficiently as a pH indicator in a strong alkaline region by using silver nanoparticles relatively inexpensive instead of gold nanoparticles. The liquid, solid type pH indicator based on the silver nanoparticles of the present invention can be usefully used for monitoring the pH of a strong base in various fields.

또한, 본 발명은 점도가 큰 은 콜로이드 용액을 이용하여 은 나노입자를 거름종이 위에 고정하는데 성공하여 고체 형태의 pH 지시제를 제공함으로써 사용이 편하고 종래의 액체 형태의 pH 지시제의 제약을 극복할 수 있다. In addition, the present invention succeeds in fixing silver nanoparticles on a dredged paper by using a silver colloid solution having a high viscosity, thereby providing a pH indicator of solid form, which is easy to use and overcomes the limitations of a conventional liquid indicator .

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따라 구연산염으로 환원된 은 나노입자를 함유한 액체 형태의 pH 지시제의 pH에 따른 이미지와 흡수 스펙트럼이고,
도 2 는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 소듐 보로하이드라이드로 환원된 은 나노입자를 함유한 액체 형태의 pH 지시제의 pH에 따른 이미지와 흡수 스펙트럼이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 구연산염으로 환원된 은 나노입자를 함유한 고체 형태의 pH 지시제의 이미지와 스캐너를 이용해서 정량화된 명암도를 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 is an image and absorption spectrum of a pH indicator of a liquid type containing silver nanoparticles reduced to citrate according to an embodiment of the present invention,
2 is an image and absorption spectrum of a pH indicator of a liquid type containing silver nanoparticles reduced to sodium borohydride according to another embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a graph showing the image of a solid pH indicator containing silver nanoparticles reduced to citrate according to another embodiment of the present invention and the intensity of light quantitated using a scanner. FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 은 나노입자를 이용한 강알칼리 영역의 pH 지시제 및 이의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a pH indicator of a strong alkaline region using silver nanoparticles according to a preferred embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail.

본 발명의 pH 지시제는 색 변화를 통해 pH>11 이상의 강알칼리 영역에서 정확하게 pH를 지시할 수 있다. 본 발명의 pH 지시제는 제조 단가가 비싼 금 나노 입자 대신 제조 단가가 싼 은 나노 입자를 기반으로 한다. 은(silver)의 경우 주기율표상에서 금과 같은 족에 위치하고 있는 귀금속으로서 금과 비슷한 성질을 가진다. 은은 상온, 상압에서 안정적으로 존재할 수 있을 뿐만 아니라 인체에 해롭지 않고 입자의 표면 플라즈몬 공명에너지 역시 금 나노입자와 마찬가지로 가시광선 영역이기 때문에 은 나노입자의 뭉치는 정도를 쉽게 색깔로서 판별이 가능하다. The pH indicator of the present invention can accurately indicate pH in a strong alkaline region of pH > 11 or more through color change. The pH indicator of the present invention is based on silver nanoparticles having a low manufacturing cost instead of expensive gold nanoparticles. In the case of silver, it is a precious metal located in the same group as gold on the periodic table and has a property similar to gold. Silver can be stably present at room temperature and atmospheric pressure, and is not harmful to the human body. Since the surface plasmon resonance energy of particles is also in the visible light region as in the case of gold nanoparticles, the degree of bundles of silver nanoparticles can easily be discriminated by color.

본 발명에서 질산은 용액을 출발물질로 하여 pH 지시제를 제조한다. 질산은 용액 중의 은 이온은 구연산염 또는 소듐 보로하이드라이드(Sodium Borohydride, NaBH4)에 의해 환원시켜 은 나노 입자를 생성한다. 구연산염으로 구연산나트륨(C6H5Na3O7)을 이용할 수 있다. In the present invention, a pH indicator is prepared using silver nitrate solution as a starting material. Silver ions in silver nitrate solution are reduced with citrate or sodium borohydride (NaBH 4 ) to produce silver nanoparticles. Sodium citrate (C 6 H 5 Na 3 O 7 ) can be used as the citrate.

본 발명의 pH 지시제는 액체 또는 고체 형태로 제공된다. 바람직하게 고체 형태로 제공되는 것이다. 고체형태의 pH 지시제의 예로 구연산염 또는 소듐 보로하이드라이드에 의해 환원된 은 나노 입자가 지지체 표면에 고정되는 것이다. 지지체로 종이, 부직포, 직물, 해면체, 목재나 금속 또는 수지 소재의 스틱(stick)이나 바(bar) 등이 이용될 수 있다. 은 나노 입자는 상술한 지지체의 표면에 고정된다. 고정은 물리적 또는 화학적 방법에 의해 흡착 또는 고착 방식, 바인더에 의한 부착방식 모두 가능하다. The pH indicator of the present invention is provided in liquid or solid form. It is preferably provided in solid form. An example of a pH indicator in the form of a solid is silver nanoparticles reduced by citrate or sodium borohydride to be fixed on the surface of the support. As the support, paper, nonwoven fabric, fabric, sponge, stick or bar made of wood, metal or resin can be used. The silver nanoparticles are fixed to the surface of the support described above. Fixation can be carried out either by a physical or chemical method, by an adsorption or fixing method, or by a binder.

본 발명의 pH 지시제를 제조하기 위한 일 예로 질산은을 물에 용해시켜 제 1용액을 수득하는 단계와, 구연산 또는 소듐 보로하이드라이드(Sodium Borohydride)를 물에 용해시켜 제 2용액을 수득하는 단계와, 제 1용액과 상기 제 2용액을 혼합하여 은 이온을 환원시켜 은 나노 입자를 생성시키는 단계를 포함한다. 이와 같이 제조된 pH 지시제는 액체상으로, 은 나노입자가 액 중에 분산된 콜로이드 용액 형태로 존재한다. As an example for producing the pH indicator of the present invention, there is a step of dissolving silver nitrate in water to obtain a first solution, dissolving citric acid or sodium borohydride in water to obtain a second solution , Mixing the first solution and the second solution to reduce silver ions to produce silver nanoparticles. The pH indicator thus prepared is in a liquid phase and exists in the form of a colloidal solution in which silver nanoparticles are dispersed in a liquid.

그리고 pH 지시제를 제조하기 위한 다른 예로 질산은을 물에 용해시켜 제 1용액을 수득한 다음, 구연산 또는 소듐 보로하이드라이드(Sodium Borohydride)를 물에 용해시켜 제 2용액을 수득한다. 그리고 제 1용액과 상기 제 2용액을 혼합하여 반응시켜 콜로이드 용액을 얻는다. 콜로이드 용액은 환원되어 생성된 은 나노입자가 액 중에 분산된 형태로 존재한다. 콜로이드 용액이 준비되면 콜로이드 용액을 액체를 흡수할 수 있는 지지체에 접촉시킨 다음 건조시켜 지지체의 표면에 은 나노 입자를 고정시킨다. 가령, 고정방법의 구체적 예로 콜로이드 용액을 거름종이에 일정량 떨어뜨리면 액체는 거름종이에 흡수되고, 은 나노 입자는 거름종이에 남는다. 이후 건조시키면 지지체에 고정된 고체형태의 pH 지시제를 제조할 수 있다. 고체형태의 pH 지시제를 만들기 위해 점도가 큰 콜로이드 용액을 합성하는 것이 중요하다. 점도가 낮은 콜로이드 용액의 경우 거름종이에 도포하였을 때 콜로이드 용액이 거름종이 표면을 따라 퍼지기 때문에 작은 스팟(spot)의 형태로 도포할 수 없어 강염기 용액과 접촉을 시키더라도 색 변화를 뚜렷이 관찰할 수 없다. 점도가 큰 콜로이드 용액을 이용하여야 거름종이를 적시며 퍼지는 현상을 방지하고, 강염기와 접촉이 이루어졌을 때 뚜렷한 색 변화를 관찰할 수 있다. 고체형태의 pH 지시제를 만들기 위한 콜로이드 용액의 점도는 25℃에서 1.1 내지 1.5mPas(순수한 물의 점도:0.894mPas)일 수 있다. 1.1mPas 미만이면 지지체에서 퍼져 응집된 입자분포를 얻기 어렵고, 1.5mPas를 초과하면 취급이 불편하고, 효과의 상승이 미미하다. Another example for producing a pH indicator comprises dissolving silver nitrate in water to obtain a first solution, and then dissolving citric acid or sodium borohydride in water to obtain a second solution. Then, the first solution and the second solution are mixed and reacted to obtain a colloidal solution. The colloidal solution exists in a form in which the silver nanoparticles produced by reduction are dispersed in the liquid. Once the colloidal solution is ready, the colloidal solution is contacted with a support capable of absorbing the liquid and then dried to immobilize the silver nanoparticles on the surface of the support. For example, as a specific example of the fixing method, when a certain amount of colloidal solution is dropped on a filter paper, the liquid is absorbed by the filter paper, and the silver nanoparticles remain on the filter paper. And then dried to prepare a solid pH indicator fixed to the support. It is important to synthesize a colloidal solution of high viscosity to make a pH indicator of solid form. Colloidal solutions with lower viscosity can not be applied in the form of small spots because the colloid solution spreads on the surface of the filter paper when it is applied on the filter paper and the color change can not be observed clearly even when it comes into contact with the strong base solution . A colloidal solution with a high viscosity should be used to prevent spreading of the filter paper and to observe a distinct color change when contacted with a strong base. The viscosity of the colloidal solution to make the pH indicator of the solid form can be 1.1 to 1.5 mPas at 25 DEG C (viscosity of pure water: 0.894 mPas). If it is less than 1.1 mPas, it is difficult to obtain a distribution of the aggregated particles spreading on the support, and when it exceeds 1.5 mPas, handling is inconvenient and the increase of the effect is insignificant.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명의 pH 지시제의 제조방법에 대해 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시 예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 하기의 실시 예로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the method for producing the pH indicator of the present invention will be described by way of 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.

1. 액체상 pH 지시제 제조1. Preparation of liquid pH indicator

구연산염과 소듐보로하이드라이드를 이용하여 질산은을 용액 상에서 환원시켜 pH 지시제를 제조하였다. Citric acid and sodium borohydride were used to reduce silver nitrate in solution to prepare pH indicator.

각각의 구체적인 제조 방법은 다음과 같다. 특별히 언급되지 않는 한, 모든 화학물질은 시약등급이며, 18.2 MΩcm 이상의 저항을 갖는 3차 증류수를 사용하여 수용액을 제조하였다. Each specific manufacturing method is as follows. Unless otherwise stated, all chemicals were reagent grade and aqueous solutions were prepared using tertiary distilled water with a resistance of at least 18.2 M? Cm.

(1)구연산염을 이용한 pH 지시제 제조(1) Preparation of pH indicator using citrate

질산은(AgNO3) 45mg을 물 250ml에 먼저 용해시키고, 마그네틱 바로 용액을 격렬하게 교반하면서 구연산나트륨 1%(질량%) 수용액을 10mL 첨가시킨 후 약 10분간 가열하였다. 용액의 색깔이 무색에서 옅은 노란색으로 변하게 되는데, 이 상태에서 약 10분간 더 가열하여 용액의 색깔이 불투명한 진한 노란색이 되도록 한다. 진한 노란색은 은 나노입자가 성공적으로 합성되었음을 의미한다.45 mg of silver nitrate (AgNO 3 ) was first dissolved in 250 ml of water, and 10 ml of a 1% (mass%) aqueous solution of sodium citrate was added while vigorously stirring the magnetic bar solution, followed by heating for about 10 minutes. The color of the solution changes from colorless to pale yellow. In this state, it is heated for about 10 minutes to make the color of the solution opaque and dark yellow. Dark yellow silver means that silver nanoparticles have been successfully synthesized.

(2)소듐 보로하이드라이드(NaBH4)를 이용한 pH 지시제 제조(2) Preparation of pH indicator using sodium borohydride (NaBH 4 )

소듐 보로하이드라이드 3.783mg을 물 50mL에 용해시켜 수용액 2 mM을 만들었다. 그리고 질산은 42mg을 물 50mL에 넣어 5mM 질산은 수용액을 만든 뒤 마그네틱 바로 격렬하게 교반하면서 얼음으로 냉각시켰다. 소듐 보로하이드라이드 용액 50 mL에 5mM 질산은 용액을 한 방울씩 떨어뜨려 대략 30 ∼ 40 방울 첨가한다. 질산은 수용액을 급하게 넣을 경우 나노입자가 쉽게 뭉치는 등 성공적으로 만들어지지 않게 된다. 질산은 수용액을 첨가할 때마다 용액의 색깔은 무색에서 점점 노란색으로 변한다. 변해가는 용액의 색깔을 통해 넣어주는 질산은의 방울수를 조절한다. 더 이상 용액의 색깔이 변하지 않을 때까지 질산은을 넣어준다.3.783 mg of sodium borohydride was dissolved in 50 mL of water to make 2 mM of an aqueous solution. Then, 42 mg of nitric acid was added to 50 mL of water to make a 5 mM aqueous solution of silver nitrate, followed by cooling with ice while stirring vigorously. To 50 mL of the sodium borohydride solution, add 5 mM silver nitrate solution dropwise and add approximately 30 to 40 drops. When the silver nitrate aqueous solution is added rapidly, the nanoparticles are not easily formed, such as easily aggregated. Each time an aqueous silver nitrate solution is added, the color of the solution changes from colorless to increasingly yellow. Adjust the number of drops of silver nitrate put through the color of the changing solution. Add silver nitrate until the color of the solution no longer changes.

2. 고체상 pH 지시제 제조2. Manufacture of solid phase pH indicator

점도가 큰 은 콜로이드 용액을 아래와 같은 방법으로 준비한 뒤 거름종이 위에 스포이드를 이용하여 한 방울씩 도포한다. 점도가 큰 은 콜로이드 용액을 만드는 과정은 아래와 같다.Prepare a silver colloidal solution with a high viscosity by the following method, then apply one drop onto the filter paper using a syringe. The process of making a silver colloidal solution with a high viscosity is as follows.

질산은 5.63g을 물 250mL에 용해시켜 132.5mM의 질산은 수용액을 만든다. 그리고 구연산나트륨 9.99g을 물 10mL에 용해시켜 3.4M의 구연산염 수용액을 만든 뒤에 3.4M 구연산염 10mL와 132.5mM 질산은 수용액 250ml를 혼합한 뒤 마그네틱 바로 격렬하게 교반시키면서 가열을 해준다. 가열을 하는 과정에서 용액의 색깔은 무색에서 불투명한 하얀색으로 변하게 되며 더 가열하게 되면 짙은 갈색으로 변하게 되는데 이때 가열을 중지한다. 총 가열시간은 대략 20분간이다.5.63 g of silver nitrate is dissolved in 250 mL of water to make a 132.5 mM silver nitrate aqueous solution. Then, 9.99 g of sodium citrate is dissolved in 10 mL of water to prepare a 3.4 M aqueous citric acid solution, followed by mixing 10 mL of a 3.4 M citrate and 250 mL of an aqueous solution of 132.5 mM silver nitrate. The mixture is heated while stirring vigorously. During the heating process, the color of the solution changes from colorless to opaque white. When heated, it becomes dark brown, and heating is stopped. The total heating time is approximately 20 minutes.

스포이드를 이용하여 준비된 은 콜로이드 용액을 거름종이에 점적한 후 건조시켜 고체상 pH 지시제를 제조하였다. 은 콜로이드 용액을 점적하였을 때 은 나노 입자가 거름종이를 따라 퍼지지 않고 점적된 자리에 스팟(spot)을 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 거름종이 위에 고정된 은 나노입자의 색깔은 회색을 나타내었다. A silver colloid solution prepared by using a syringe was dripped onto a filter paper and dried to prepare a solid pH indicator. Showed that when the colloidal solution was dripped, the nanoparticles did not spread along the filter paper but formed spots in the spot. The color of the silver nanoparticles fixed on the filter paper was gray.

3. 측정방법3. Measurement method

액체상 pH 지시제에 수산화나트륨을 첨가하여 pH에 따른 액상 pH 지시제의 색깔 변화를 일차적으로 육안으로 관찰하였다. 색깔 변화를 좀 더 자세히 알아보기 위해 흡수 분광기(Optizen 3220UV, Mecasys)를 이용하여 흡수 스펙트럼을 조사하였다. Sodium hydroxide was added to the liquid phase pH indicator and the color change of the liquid pH indicator was observed with the naked eye. The absorbance spectra were examined using an absorption spectrometer (Optizen 3220UV, Mecasys) to investigate the color change.

그리고 거름종이 위에 도포된 고체상 pH 지시제의 pH에 따른 색깔 변화를 관찰하기 위해서 수산화나트륨에 의해 pH 별로 제작된 염기용액을 뿌린 뒤 일차적으로 육안으로 색 변화를 관찰하였다. 그리고 스팟의 명암도를 정량화하여 비교하기 위해서 스캐너(CLX-3307W, Samsung)을 이용하여 이미지파일로 바꾼 뒤, 이미지 소프트웨어를 이용하여 명암도를 정량화하여 비교하였다. In order to observe the color change of the solid pH indicator applied on the filter paper, the color change was observed with the naked eye after spraying the base solution prepared by pH with sodium hydroxide. In order to quantify the intensity of the spot, the image was converted into an image file using a scanner (CLX-3307W, Samsung), and then the intensity was quantified using image software.

4. 실험결과4. Experimental results

(1)구연산염을 이용한 액체상 pH 지시제 (1) liquid phase pH indicator using citrate

금 나노입자 대신 은 나노입자를 강염기 영역에서 pH 지시제로 사용할 수 있는지 여부를 확인하기 위해 구연산염을 이용하여 은 이온을 환원시키는 방법을 이용하여 은 나노 입자를 합성하였고, pH에 따라 용액의 색깔 및 흡수 스펙트럼이 어떻게 달라지는지 육안으로 그리고 흡수 분광기를 사용하여 관찰하였다. Silver nanoparticles were synthesized by the reduction of silver ions using citrate to confirm whether nanoparticles could be used as pH indicators in the strong base region instead of gold nanoparticles. The spectral changes were visually observed using an absorption spectrometer.

도 1(a)와 같이 용액의 pH가 7.1일 경우 용액의 색깔은 짙은 노란색이었는데, 이는 전형적인 구형 은 나노입자의 색깔로서 대략 20nm 크기의 은 나노입자가 함유되어 있는 콜로이드 용액임을 나타내는 색깔이다. When the pH of the solution was 7.1 as shown in FIG. 1 (a), the color of the solution was dark yellow, which is a color indicating that a typical spherical shape is a colloidal solution containing silver nanoparticles having a size of about 20 nm as a color of the nanoparticles.

pH를 증가시키기 위해서 수산화나트륨을 첨가하면서 pH를 측정하였다. 콜로이드 용액의 pH가 11을 넘어가면서 짙은 노란색이었던 용액의 색깔이 점차 갈색으로 변하는 것을 확인할 수 있었는데 이는 은 나노입자가 서로 뭉치면서 그 크기가 커짐으로 인해 표면 플라즈몬 공명 에너지가 장파장 쪽으로 옮겨가고 있음을 의미한다. 수산화나트륨을 더 첨가하여 pH가 13.3에 도달하였을 때 용액의 색깔은 도 1(b)와 같은 짙은 갈색을 나타내었으며 이후로는 수산화나트륨을 더 첨가하여도 더 이상 커다란 색변화를 나타내지 않았다. The pH was measured while adding sodium hydroxide to increase the pH. As the pH of the colloidal solution reached 11, the color of the dark yellow solution gradually changed to brown, indicating that the surface plasmon resonance energy was shifted to the long wavelength due to the aggregation of the nanoparticles together do. When sodium hydroxide was further added to reach a pH of 13.3, the color of the solution became dark brown as shown in FIG. 1 (b), and no further large color change was observed even after the addition of sodium hydroxide.

pH에 따른 색깔 변화를 좀 더 자세히 알아보기 위해 흡수 분광기를 이용하여 pH에 따른 용액의 스펙트럼을 측정하였다. pH가 7.1일 때 육안으로 관찰했을 때 예상했던 바와 마찬가지로 짙은 노란색의 콜로이드 용액은 대략 400nm 파장에서 큰 흡수를 보였는데(도 1(c)), 이 파장 영역은 대략 20nm의 직경을 가진 은 나노입자의 표면 플라즈몬 공명 에너지에 해당한다. 수산화나트륨을 첨가했을 때 노란색이었던 콜로이드 용액의 색깔이 짙은 갈색으로 변하는 이유는 나노입자가 서로 뭉치면서 표면 플라즈몬의 공명 에너지가 낮은 쪽을 옮겨가고 있기 때문인데 이러한 사실을 도 1(c)에서 확인할 수 있다. pH가 12.6일 때 400nm에서 큰 흡수를 보이던 스펙트럼은 대략 500nm에서 큰 흡수를 보이는 스펙트럼으로 바뀌는 것을 볼 수 있으며 pH 13.3에 이르러서는 가장 큰 흡수를 보이는 파장이 600nm까지 옮겨갔음을 도 1(c)에서 확인할 수 있다. 어떤 pH 영역대에서 흡수 스펙트럼이 급격히 변하는지 확인하기 위해서 파장이 750nm 인 부근에서 상대적인 흡광도를 비교하여 pH에 따라 그려보면 도 1(d)과 같은 적정곡선을 얻을 수 있다. 특정 pH 영역에서 흡광도가 급격히 변함을 알 수 있었고, 이는 구연산염으로 환원된 은 나노입자를 강염기 영역에서 pH 지시제로 사용할 수 있음을 나타내는 결과이다. 구연산염으로 환원된 은 나노입자의 경우 pH 12.5 근처에서 흡광도가 급격히 바뀌는 것을 도 1(d)를 통해 알 수 있다. In order to investigate the change of color depending on the pH, the spectrum of the solution according to the pH was measured using an absorption spectroscope. As expected when visually observed at a pH of 7.1, a dark yellow colloidal solution showed a large absorption at a wavelength of approximately 400 nm (Fig. 1 (c)), which corresponds to silver nanoparticles having a diameter of approximately 20 nm Of the surface plasmon resonance energy. The reason why the color of the colloidal solution, which was yellow when sodium hydroxide is added, changes to dark brown because the nanoparticles are bundled together and the resonance energy of the surface plasmon is shifted to the lower side. This fact is shown in FIG. 1 (c) have. It can be seen that when the pH is 12.6, the spectrum showing a large absorption at 400 nm turns into a spectrum showing a large absorption at about 500 nm, and the wavelength at which the greatest absorption is absorbed reaches 600 nm at pH 13.3 Can be confirmed. In order to confirm the rapid change of the absorption spectrum at a certain pH range, the relative absorbance at a wavelength of about 750 nm is compared and the titration curve shown in FIG. 1 (d) can be obtained by plotting the absorbance at pH. It was found that the absorbance changes rapidly in a specific pH range, indicating that silver nanoparticles reduced with citrate can be used as a pH indicator in the strong base region. Figure 1 (d) shows that the absorbance of silver nanoparticles reduced to citrate rapidly changes near pH 12.5.

(2)소듐 보로하이드라이드을 이용한 액체상 pH 지시제 (2) liquid pH indicator using sodium borohydride

구연산염으로 만들어진 은 나노 입자를 이용하여 했던 실험과 동일한 방식으로 실험을 수행하였다. The experiment was carried out in the same manner as the experiment using silver nanoparticles made of citrate.

소듐 보로하이드라이드을 이용하여 환원시켜 제조한 액체상 pH 지시제의 색깔은 노란색으로서, 이는 대략 직경 20nm 의 은 나노입자가 콜로이드 용액에 함유되어 있음을 나타낸다. pH가 중성일 때부터 pH가 9.3에 이르기까지 용액의 색깔은 큰 변화를 보이지 않았다 (도 2(a)). 수산화나트륨을 첨가하여 pH가 12.5를 넘어가기 시작하면서 용액의 색깔변화가 나타나기 시작하여 pH 13.3에 이르렀을 때 용액의 색깔이 짙은 갈색으로 변하였으며 (도 2(b)), 그 이후로는 수산화나트륨을 더 첨가하여도 큰 색깔변화를 보이지는 않았다. The color of the liquid phase pH indicator prepared by reduction with sodium borohydride is yellow, indicating that silver nanoparticles of approximately 20 nm in diameter are contained in the colloidal solution. From pH neutral to pH 9.3, the color of the solution did not change significantly (Fig. 2 (a)). The pH of the solution began to change as the pH began to exceed 12.5 by the addition of sodium hydroxide, and when the pH reached 13.3, the color of the solution became dark brown (Fig. 2 (b)), after which sodium hydroxide Were not added.

색깔 변화가 일어나는 pH 영역을 확인하기 위해 흡수 분광기를 이용하여 pH에 따른 콜로이드 용액의 흡수 스펙트럼을 측정하였다(도 2(c)). 도 2(a)를 통해 확인한 바와 같이 pH가 9.3일 때까지 흡수 스펙트럼은 큰 변화를 보이지 않았으며 pH가 12.5를 넘어가기 시작하면서 서서히 스펙트럼의 형태가 변하는 것을 확인할 수 있었다. 흡광도가 가장 큰 파장은 여전히 400nm 근처지만 약 500nm 근처에서 새로운 피크가 생겨나고 있음을 확인할 수 있고 이는 이 파장 영역 대에 해당하는 표면 플라즈몬 공명 에너지를 갖는 뭉친 나노입자들이 형성되고 있음을 나타내고 있는 것이다. pH가 13.3에 이르러서는 장파장 영역 대에서 커지기 시작한 피크의 크기가 더욱 성장해 400nm에서 나오던 피크와 거의 동등한 흡광도를 보이는 것을 확인할 수 있다. The absorption spectrum of the colloidal solution according to the pH was measured using an absorption spectrometer (Fig. 2 (c)) in order to identify the pH region where the color change occurs. As shown in FIG. 2 (a), the absorption spectrum did not show a significant change until the pH was 9.3, and it was confirmed that the shape of the spectrum gradually changed as the pH began to exceed 12.5. It can be seen that the wavelength with the highest absorbance is still near 400 nm, but a new peak near 500 nm appears, indicating that aggregated nanoparticles with surface plasmon resonance energy corresponding to this wavelength band are being formed. As the pH reached 13.3, the size of the peak that began to increase in the long wavelength region was further increased, and the absorbance almost equal to that at 400 nm was observed.

구연산염으로 환원된 pH 지시제와 비교해 보았을 때, 더 높은 pH에서 나노입자의 뭉침이 시작되는 것을 알 수 있다. 육안으로 관찰되는 용액의 색깔은 구연산염으로 만들어진 은 나노 입자의 경우와 마찬가지로 대략 pH가 12일 때부터 노란색 용액의 색깔이 pH 13에 이르기까지 갈색으로 바뀌었다 (도 2(a), (b)). 구연산염으로 만들어진 은 나노 입자의 경우 pH가 12.6일 때 이미 최대 흡광도를 나타내는 파장이 500nm 근처로 이동하였지만 소듐 보로하이드로 환원시킨 은 나노입자의 경우 pH 12.6보다 더 높은 12.8임에도 불구하고 여전히 400nm 근처의 피크가 가장 크게 나오는 것을 볼 수 있다. 즉, 구연산염으로 만들어진 은 나노입자의 경우 pH 12.5 근처에서 은 나노입자 용액의 색깔변화가 일어나지만 소듐 보로하이드라이드로 만들어진 은 나노입자의 경우 더 강한 염기 조건에서 나노입자의 뭉침이 시작된다는 것을 알 수 있다. Compared with citrate-reduced pH indicators, it can be seen that nanoparticle aggregation begins at higher pH. The color of the solution observed with the naked eye was changed to brown from the pH of approximately 12 as in the case of silver nanoparticles made of citrate until the color of the yellow solution reached pH 13 (FIGS. 2 (a) and 2 (b) . In the case of silver nanoparticles made of citrate, the peak absorbance shifts to near 500 nm at pH 12.6, but silver nanoparticles reduced to sodium borohydride have a peak near 400 nm You can see that it is the largest. That is, in the case of silver nanoparticles made of citrate, the color change of the silver nanoparticle solution occurs near pH 12.5, but in the case of the silver nanoparticles made of sodium borohydride, the nanoparticle aggregation starts at stronger base conditions have.

이러한 사실을 확인하기 위해 pH에 따른 파장 650 nm에서 상대적인 흡광도를 비교하여 pH에 변화에 따른 흡광도 변화가 어떻게 일어나는지 확인하였다(도 2(d)). 도 2(c)에서 예상했던 바와 같이 소듐 보로하이드라이드로 환원된 은 나노입자의 경우 구연산염으로 환원된 은 나노입자보다 더 높은 pH 영역에서 흡광도가 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다. 구연산염으로 환원된 은 나노입자의 경우 약 pH 12.5에서 나노입자가 급격히 뭉치게 되고 이로 인해 콜로이드 용액의 색깔 변화가 일어나게 되는데, 소듐 보로하이드라이드로 환원된 은 나노입자의 경우 도 2(d)를 통해 확인할 수 있는 바와 같이 대략 pH 13 근처에서 흡광도의 변화가 급격히 일어나는 것을 볼 수 있다. In order to confirm this fact, the relative absorbance at a wavelength of 650 nm according to pH was compared and it was confirmed how the change in absorbance according to the change in pH occurred (Fig. 2 (d)). As can be seen in FIG. 2 (c), in the case of silver nanoparticles reduced with sodium borohydride, the absorbance increases sharply in the higher pH region than silver nanoparticles reduced to citrate. In the case of silver nanoparticles reduced to citrate, the nanoparticles are rapidly aggregated at a pH of about 12.5, which causes a change in the color of the colloid solution. In the case of silver nanoparticles reduced with sodium borohydride, As can be seen, it can be seen that the change of the absorbance rapidly occurs near pH 13.

(3)고체상 pH 지시제 (3) Solid phase pH indicator

액체상 pH 지시제의 경우 사용하는데 있어서 불편이 따르고 다양한 방면에 응용하는데 있어서 여러 가지 제약이 따르게 된다. 만일 은 나노입자 기반 pH 지시제가 임신여부를 테스트하는 스틱(stick)과 같은 형태로 만들 수 있어 스틱의 색 변화를 통해서 간단히 pH를 측정할 수 있다면 은 나노 입자 기반 pH 지시제의 응용범위는 더욱 확대될 것이다. In the case of liquid phase pH indicators, there are inconveniences in use and various restrictions apply to various applications. If the silver nanoparticle-based pH indicator can be made in the form of a stick to test pregnancy, the pH range of the nanoparticle-based pH indicator can be extended Will be.

예를 들어 용액의 pH를 측정하기 위해서는 은 나노입자 기반 pH 지시제 스틱을 용액 속에 담가서 색 변화를 보기만 하면 되고, 또 이러한 방식의 pH 측정은 용액뿐만 아니라 토양 및 기체에도 적용할 수 있고 또 아주 소량의 샘플만 있어도 pH를 측정할 수 있기 때문에 더욱 유용할 것이다. 은 나노입자 기반 pH 지시제를 스틱의 형태로 만들기 위해서는 은 나노입자를 고체상(예를 들어, 거름종이와 같은 고체)에 고정시키는 과정이 필요하게 된다. For example, to measure the pH of a solution, a silver nanoparticle-based pH indicator stick should be immersed in a solution to see the change in color, and this type of pH measurement can be applied not only to solutions but also to soil and gases. It will be even more useful because you can measure the pH even with a small amount of sample. In order to make the nanoparticle-based pH indicator in the form of a stick, it is necessary to fix the silver nanoparticles to a solid phase (for example, solids such as filter paper).

상술한 실시예에서 제조된 액체상 pH 지시제는 거름종이와 같은 고체상에 도포하였을 때 거름종이를 적시면서 거름종이 표면을 따라 퍼지기 때문에 은 나노입자가 흩어져 버리므로 강염기 용액과 접촉을 시키더라도 색 변화를 뚜렷이 관찰할 수 없다. 은 나노입자를 거름종이와 같은 고체상에 고정시키고 강염기 용액과 접촉하였을 때 뚜렷한 색변화를 관찰하기 위해서는 은 나노입자가 고체상에서 높은 밀도로 도포되어야 한다. 이를 위해서 점도가 큰 은 콜로이드 용액을 제조하여 거름종이에서 퍼지는 현상을 방지해야 한다. When the liquid pH indicator prepared in the above-mentioned embodiment is applied to a solid phase such as filter paper, the silver nanoparticles are scattered on the surface of the filter paper while wetting the filter paper, It can not be observed clearly. Silver nanoparticles should be applied at a high density in the solid phase in order to fix the nanoparticles on a solid phase such as dung paper and to observe a distinct color change when contacted with a strong base solution. For this purpose, a silver colloidal solution with a high viscosity should be prepared and prevented from spreading on the filter paper.

Ostwal 점도계를 이용하여 점도를 측정해 본 결과, 구연산염으로 환원된 액체상 pH 지시제의 점도는 25℃에서 1.00mPas인 반면에, 고체상 pH 지시제를 제조하기 위한 콜로이드 용액의 점도는 25℃에서 1.16mPas이었다. 통상적으로 순수한 물의 점도는 25℃에서 0.894mPas이다.The viscosity of the liquid phase pH indicator reduced to citrate was 1.00 mPas at 25 ° C, while the viscosity of the colloid solution to produce the solid pH indicator was 1.16 mPas at 25 ° C . The viscosity of pure water is typically 0.894 mPas at 25 占 폚.

본 발명에서는 고체상 pH 지시제를 제조하기 위해 점도가 큰 은 콜로이드 용액을 이용하여 거름종이에 고정시키고 이와 같은 방법으로 거름종이에 고정된 은 나노입자의 색깔이 pH에 따라 실제로 변하는지 관찰해보았다. In the present invention, a silver colloid solution having a high viscosity is fixed on a filter paper in order to prepare a solid pH indicator, and the color of silver nanoparticles immobilized on the filter paper is actually changed according to the pH.

점도가 큰 은 콜로이드 용액의 경우 높은 점도로 인해 거름종이에 스포이드를 이용하여 점적하였을 때 거름종이에서 퍼지지 않고 도 3(a)와 같이 스팟(spot)이 잘 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 거름종이 위에 건조된 은 나노입자 스팟의 색깔은 회색을 나타내었다. pH 7, 9, 10.2, 11.3, 12.9 수산화나트륨 수용액을 준비한 뒤 스포이드로 한 방울씩 스팟에 떨어뜨려 색변화가 어떻게 달라지는지 조사하였다. In the case of silver colloid solution with high viscosity, it was confirmed that the spots were well formed as shown in FIG. 3 (a) without spreading on the filter paper when the droplets were applied by using the syringe due to the high viscosity. The color of the silver nanoparticle spot dried on the filter paper was gray. pH 7, 9, 10.2, 11.3, 12.9 An aqueous solution of sodium hydroxide was prepared and dropped on a spot by a dropper.

육안으로 관찰하였을 때 pH 7, 9, 10.2, 11.3의 용액을 떨어뜨린 스팟의 경우 색깔 변화가 거의 없었으며 모두 용액을 떨어드리기 전과 비슷한 회색을 나타내었다. 단지 pH 12.9의 용액을 떨어뜨린 스팟의 색깔만이 회색에서 짙은 갈색으로 변화되었다. 이러한 실험결과를 통해 점도가 큰 은 나노입자를 거름종이와 같은 고체상에 고정시켰을 때 강염기 영역에서 pH 지시제로 사용할 수 있음을 알 수 있었다. In the case of spots dropped at pH 7, 9, 10.2, and 11.3 when observed with the naked eye, there was almost no change in color, and all of the spots showed a gray color similar to that before dropping the solution. Only the color of the spots dropping the solution of pH 12.9 was changed from gray to dark brown. These results show that silver nanoparticles with high viscosity can be used as a pH indicator in the strong base region when they are immobilized on a solid phase such as urine paper.

스팟의 색깔 변화를 좀 더 정량적으로 파악하기 위해 거름종이를 스캐너를 이용하여 그림 파일로 전환한 뒤 스팟의 명도를 정량화하였다(도 3(b)). 도 3(b)의 스팟 사진들은 스캐너를 이용하여 전환된 이미지이며, pH가 낮은 수산화나트륨이 뿌려진 스팟과는 달리 pH가 12.9일 때 스팟의 색깔이 상대적으로 진한 것을 확인할 수 있다. In order to more quantitatively understand the color change of the spot, the filter paper was converted into a picture file using a scanner and the brightness of the spot was quantified (Fig. 3 (b)). The spot images of FIG. 3 (b) are images converted by using a scanner. Unlike spots where sodium hydroxide having a low pH is sprayed, the color of spots is relatively dark when the pH is 12.9.

상술한 실험결과를 통해 점도가 큰 은 콜로이드 용액을 이용하여 은 나노입자를 거름종이 위에 퍼짐 없이 도포하는데 성공하였고, 이러한 은 나노입자를 기반으로 하는 고체형태의 pH 지시제가 실제로 작동 가능함을 보여 주었다. From the above experimental results, it has been succeeded to apply silver nanoparticles without spreading on the papermaking paper by using a silver colloid solution with a high viscosity, and it has been shown that the silver nanoparticle based pH indicator actually works.

이상, 본 발명은 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. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

Claims (5)

삭제delete 삭제delete 질산은 수용액 중에서 환원된 은 나노 입자를 함유하는 콜로이드 용액을 지지체 표면에 접촉시켜 상기 은 나노 입자가 지지체 표면에 고정되며,
상기 은 나노 입자는 구연산염에 의해 환원되고, 상기 콜로이드 용액은 점도가 25℃에서 1.1 내지 1.5mPas이며,
pH>11 이상의 강알칼리 영역에서 pH 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 은 나노입자를 이용한 강알칼리 영역의 pH 지시제.
A silver colloid solution containing silver nanoparticles reduced in an aqueous solution of silver nitrate is contacted with the surface of the support to fix the silver nanoparticles on the surface of the support,
Wherein the silver nanoparticles are reduced by citrate, the colloidal solution has a viscosity of 1.1 to 1.5 mPas at 25 DEG C,
A pH indicator for a strong alkaline region using silver nanoparticles characterized in that pH can be measured in a strong alkaline region of pH> 11.
삭제delete a)질산은을 물에 용해시켜 제 1용액을 수득하는 단계와;
b)구연산염을 물에 용해시켜 제 2용액을 수득하는 단계와;
c)상기 제 1용액과 상기 제 2용액을 혼합하여 환원된 은 나노 입자를 함유하며, 점도가 25℃에서 1.1 내지 1.5mPas인 콜로이드 용액을 생성시키는 단계;를 포함하고,
상기 c)단계 후 상기 콜로이드 용액을 지지체에 접촉시켜 상기 지지체의 표면에 상기 은 나노 입자를 고정시키며,
pH>11 이상의 강알칼리 영역에서 pH 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 은 나노입자를 이용한 강알칼리 영역의 pH 지시제의 제조방법.
a) dissolving silver nitrate in water to obtain a first solution;
b) dissolving the citrate in water to obtain a second solution;
c) mixing the first solution and the second solution to produce a colloidal solution containing reduced silver nanoparticles and having a viscosity of 1.1 to 1.5 mPas at 25 ° C,
Contacting the colloidal solution with a support to fix the silver nanoparticles on the surface of the support,
A pH indicator of a strong alkaline region using silver nanoparticles characterized in that pH can be measured in a strong alkaline region of pH> 11.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100850160B1 (en) * 2006-08-18 2008-08-04 삼성전자주식회사 GOLD NANOPARTICLE-BASED pH INDICATOR IN HIGHLY ALKALINE REGION BY SURFACE-ENHANCED RAMAN SCATTERING STUDY
KR20100115201A (en) * 2009-04-17 2010-10-27 웅진케미칼 주식회사 Nano-silver controled particles size and preparing thereof

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