KR101516600B1 - 탄화수소 식별 센서, 그 제조방법 및 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄화수소 식별 센서, 그 제조방법 및 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재와 외부 자극에 의해 색 전이되거나 형광이 나타나는 물질을 이용하여 탄화수소를 식별하는 탄화수소 식별 센서, 그 제조방법 및 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재와 외부 자극에 의해 색 전이 또는 형광을 나타내는 물질을 이용함으로써 고가의 복잡한 장비 없이 어디에서나 쉽게 육안으로 탄화수소를 식별할 수 있다. 또한 식별이 어려운 포화탄화수소의 구조 이성질체도 용이하게 식별할 수 있다. 특히 본 발명에 따르면, 석유제품 중 비슷한 특성을 보이는 등유와 경유의 식별을 위하여 현재 사용되는 식별제를 첨가하는 방법이나 접근이 어려운 복잡한 분석방법과 달리, 언제 어디에서나 손쉽게 등유와 경유를 육안으로 식별할 수 있어 사회적으로 문제되는 유사경유의 검출이 가능하다. 또한 본 발명에 따르면, 고가의 복잡한 장비 없이 간단한 방법으로 탄화수소의 육안 식별이 가능하여 일반인도 쉽게 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재와 외부 자극에 의해 색 전이 또는 형광을 나타내는 물질을 이용함으로써 고가의 복잡한 장비 없이 어디에서나 쉽게 육안으로 탄화수소를 식별할 수 있다. 또한 식별이 어려운 포화탄화수소의 구조 이성질체도 용이하게 식별할 수 있다. 특히 본 발명에 따르면, 석유제품 중 비슷한 특성을 보이는 등유와 경유의 식별을 위하여 현재 사용되는 식별제를 첨가하는 방법이나 접근이 어려운 복잡한 분석방법과 달리, 언제 어디에서나 손쉽게 등유와 경유를 육안으로 식별할 수 있어 사회적으로 문제되는 유사경유의 검출이 가능하다. 또한 본 발명에 따르면, 고가의 복잡한 장비 없이 간단한 방법으로 탄화수소의 육안 식별이 가능하여 일반인도 쉽게 사용할 수 있다.
Description
본 발명은 탄화수소 식별 센서, 그 제조방법 및 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재와 외부 자극에 의해 색 전이되거나 형광이 나타나는 물질을 이용하여 탄화수소를 식별하는 탄화수소 식별 센서, 그 제조방법 및 용도에 관한 것이다.
탄소와 탄소 사이의 결합이 단일 결합인 탄화수소를 포화 탄화수소라 한다. 석유 등의 화석연료에 포함되어 있어 석유의 분별증류 과정에서 얻을 수 있는 포화탄화수소는 매우 안정하여 반응성이 매우 낮아 분별이 쉽지 않은 특성이 있어 질량분석법(mass spectrometry), 가스크로마토그래피(gas chromatography), 증류(distillation) 등의 전문적인 분석법들이 사용된다. 또한 경유에 등유를 섞어 만든 유사경유(등유가 포함된 경유)를 분석하는 경우에도 밀도를 측정하거나, 증류, 가스크로마토그래피 등의 분석법이 이용된다.
그러나 이와 같은 방법들은 고가의 장비가 필요하거나 장비가 갖춰진 곳에서만 분석이 가능하기 때문에 장소가 제한적이며, 복잡한 장비사용법을 익혀야 하며 측정시간이 오래 걸리는 등의 문제가 있어 일반인들에게는 접근성이 취약하다. 또한 이와 같은 방법들은 같은 탄소개수를 갖는 동일한 분자식의 구조이성질체에서 대한 분별이 어렵기 때문에 이러한 탄화수소들로 이루어진 석유의 경우 분별이 용이하지 않은 단점이 있다. 특히 등유와 경유의 경우 성분 내에 포함되는 탄소개수가 크게 차이 나지 않아 분별하기가 더욱 어려운데, 현재 시중에서는 등유와 경유제품에 각각 식별제를 소량 첨가하여 이를 구별하고 있다. 하지만 식별제로 쓰이는 물질이 활성탄이나 백토에 의해 쉽게 제거되고, 식별제가 제거되고 나면 석유제품을 고가의 장비를 이용하여 분석해야만 알 수 있어 역시 일반인들은 쉽게 이용하기 어렵다.
최근 독일의 LEITENBERGER GMBH 사에서 경유와 바이오디젤의 비중 차이를 이용한 경유성분분석기가 출시되었으나 분석기기 자체가 비싸고, 분석에 많은 양의 시료(500mL)가 필요하다는 단점이 있다. 또한 다른 물질을 첨가하여 비중을 조절할 수 있기 때문에 불법석유제조자들이 다른 유사석유 제조방법을 찾을 확률이 높다는 점에서 문제점이 있다.
일본등록특허 제3841513호에서는 바륨 세륨계 산화물을 고체 전해질에 이용한 한계 전류식 탄화수소 센서를 개시하고 있으나, 일반인들이 쉽게 사용하기에는 어려움이 있고 과제 해결 수단에서도 본원발명과 차이가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고가의 복잡한 장비 없이 간단한 방법으로 쉽게 이용할 수 있도록 함으로써 비용을 절감하고 작업 효율을 개선할 수 있는 탄화수소 식별 센서, 그 제조방법 및 용도를 제공한다.
본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서 제조방법은, 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재에 다이아세틸렌 모노머를 혼합하는 단계(단계 a); 상기 단계 a의 혼합물을 노광하여 다이아세틸렌 모노머를 광중합하는 단계(단계 b); 및 상기 단계 b에서 광중합한 혼합물에 경화제를 혼합하는 단계(단계 c)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 다른 형태의 탄화수소 식별 센서 제조방법은, 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재에 다이아세틸렌 모노머를 혼합하는 단계(단계 a´); 상기 단계 a´의 혼합물에 경화제를 혼합하는 단계(단계 b´); 및 상기 단계 b´의 혼합물을 노광하여 다이아세틸렌 모노머를 광중합하는 단계(단계 c´)를 포함한다.
상기 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재는 폴리디메틸실록산일 수 있다.
상기 다이아세틸렌 모노머는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물일 수 있고, 바람직하게는 PCDA(10,12-Pentacosadiynoic acid)일 수 있다.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
d+g는 0,1 또는 2이고,
e+f는 2 내지 50의 정수이고, e 및 f는 1이상의 정수이며,
A 및 B는 메틸기, 아민기, 카르복실기, 히드록시기, 말레이미드기, 바이오틴기, N-히드록시숙신이미드기, 벤조산기 또는 활성화된 에스테르기이며,
L1 및 L2는 서로 동일하거나 또는 동일하지 않고, 탄소수가 2 이상인 알킬기, 하나 이상의 에틸렌옥시드기, 아민기, 아미드기, 에스테르기 및 카르보닐기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.)
상기 단계 a 또는 단계 a´는 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재에 다이아세세틸렌 모노머를 파우더 상태로 혼합하거나 다이아세틸렌 모노머를 유기용매에 녹인 뒤 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재에 혼합하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 유기용매는 클로로포름, 디클로로메탄, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 디메틸설폭사이드, 아세톤, 에틸에테르 및 아세트산 에틸로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 노광은 150~350 nm의 자외선을 1 ~ 600초 동안 노광하거나, 감마선을 노광하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 노광은 다이아세틸렌 모노머를 중합시키기 위하여 수행하는 것이다. 모노머 종류별로 중합도가 다르기 때문에 상기 범위에서 노광 시간을 조절함으로써 다이아세틸렌 모노머를 적절하게 중합시킬 수 있다.
상기 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재와 경화제는 1:1 ~ 10:1 의 중량비로 혼합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재에 폴리다이아세틸렌이 고정화된 탄화수소 식별 센서를 제공할 수 있다.
상기 탄화수소 식별 센서는 고분자 필름 형태일 수 있다.
상기 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재는 폴리디메틸실록산일 수 있다.
상기 폴리다이아세틸렌은 다이아세틸렌 모노머가 광중합된 것일 수 있다.
상기 다이아세틸렌 모노머는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물일 수 있고, 바람직하게는 PCDA(10,12-Pentacosadiynoic acid)일 수 있다.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
d+g는 0,1 또는 2이고,
e+f는 2 내지 50의 정수이고, e 및 f는 1이상의 정수이며,
A 및 B는 메틸기, 아민기, 카르복실기, 히드록시기, 말레이미드기, 바이오틴기, N-히드록시숙신이미드기, 벤조산기 또는 활성화된 에스테르기이며,
L1 및 L2는 서로 동일하거나 또는 동일하지 않고, 탄소수가 2 이상인 알킬기, 하나 이상의 에틸렌옥시드기, 아민기, 아미드기, 에스테르기 및 카르보닐기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.)
상기 탄화수소 식별 센서는, 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재가 탄화수소를 흡수하여 팽윤됨으로써 고정화된 폴리다이아세틸렌을 자극하여 색 전이 또는 형광을 나타내는 것일 수 있다.
상기 탄화수소 식별 센서는 탄화수소를 탄소수에 따라 식별할 수 있다.
본 발명의 다른 구현 형태에 따르면, 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재에 폴리다이아세틸렌이 고정화된 탄화수소 식별 센서를 시료가 담긴 용기에 투입하는 단계; 및 상기 탄화수소 식별 센서가 탄화수소를 흡수하여 팽윤됨에 따라 나타내는 색 전이 또는 형광 변화를 통하여 시료 내의 탄화수소를 식별하는 방법을 제공할 수 있다.
상기 방법은 탄화수소를 탄소수에 따라 식별할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 탄화수소 식별 방법을 이용하여 휘발유, 경유 및 등유를 식별하는 방법을 제공할 수 있다. 아울러 상기 탄화수소 식별 방법을 이용하여 탄화수소의 구조 이성질체를 식별하는 방법을 제공할 수 있다.
즉 상기 탄화수소 식별 센서를, 탄화수소를 포함하는 물질에 투입한 다음 일정 시간(예를 들어 1초 ~ 60 분 동안) 방치하면, 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재(예를 들어, PDMS)가 탄화수소를 흡수하여 팽윤됨으로써 고정화된 폴리다이아세틸렌을 자극한다. 이에 따라 센서가 청색에서 적색으로 색 전이하고, 적색의 상태에서는 형광이 발현된다. 이때, 탄화수소의 탄소수마다 PDMS를 팽윤시키는 정도의 차이가 생기게 되고, 그로 인해 폴리다이아세틸렌에 가해지는 자극의 세기 차이가 발생하여 색 전이 정도나 형광의 발현 정도가 탄화수소의 탄소수에 따라 다르게 나타나게 됨으로써 탄화수소를 탄소수에 따라 육안으로 식별할 수 있게 된다. 또한 같은 탄소수를 가진 탄화수소 중에서 분지되거나 고리모양을 가진 탄화수소(구조이성질체)도 색 전이 또는 형광 정도가 각각 다르게 나타나기 때문에 상기와 같은 방법으로 육안으로 탄화수소의 구조이성질체도 식별할 수 있다.
이러한 작동원리는 포화탄화수소로 구성된 물질의 분야에 적용할 수 있으며, 그 대표적인 예로 포화탄화수소로 이루어진 석유제품에서 사용할 수 있다. 석유제품 중 휘발유에는 4 ~ 12개, 등유에는 9 ~ 16개, 경유에는 14 ~ 23개 정도의 탄소수를 가진 포화탄화수소가 포함되어 있다. 휘발유, 등유, 경유에 포함된 탄화수소의 탄소수가 차이가 나기 때문에 본 발명에 따른 센서를 이용하면 휘발유, 등유, 경유를 식별할 수 있다. 나아가 세계적으로 문제가 되고 있는 유사경유 문제에 적용할 수 있다. (본 명세서에서 유사경유라 함은 등유가 포함된 경유를 의미한다.) 등유와 경유의 구별이 쉽지 않기 때문에, 유사경유의 제조유형 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 것은 등유와 경유를 섞는 방법이다. 유사경유 제조시 적발사례들을 보면 등유를 대략 30 ~ 80 % 범위로 섞어서 부당이득을 취하는 경우가 많다. 하지만 경유 소비자들은 자신이 구매하는 제품이 정품 경유인지 유사 경유인지 알기 어려운 실정이다. 그러나 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하면, 상기에서 설명한 것과 같이, 일반 소비자들도 손쉽게 유사경유 여부를 식별할 수 있다.
일반적으로, 포화탄화수소를 구별하기 위한 방법들은 고가의 복잡한 장비들을 장비가 갖춰진 제한적인 장소에서만 이용할 수 있고, 같은 탄소개수를 가져 분자식이 같은 구조이성질체에서 대한 분별도 쉽지 않다는 단점이 있다. 탄화수소들로 이루어진 석유도 마찬가지로 식별이 어려운 문제점이 있다. 특히 등유와 경유의 경우 성분들의 탄소수가 크게 차이 나지 않아 식별하기가 매우 어렵다. 이처럼 고가의 장비로 분석해야 하는 부담과 그마저도 용이하지 않다는 점을 극복하기 위하여, 본 발명은 탄화수소를 흡수함에 따라 팽윤되는 물질과 그 팽윤에 의해 색 전이나 형광 발현 특성을 지닌 물질을 이용하여 팽윤정도나 색변화정도, 형광발현정도의 차이에 따라 아주 간단한 방법으로 탄화수소의 식별이 가능하도록 하였다. 따라서 본 발명에 따르면 석유제품인 휘발유, 등유, 경유의 식별이 가능하고, 나아가 사회적 문제로 대두되는 유사경유(등유가 포함된 경유)의 검출도 가능하다.
본 발명에 따르면, 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재와 외부 자극에 의해 색 전이 또는 형광을 나타내는 물질을 이용함으로써 고가의 복잡한 장비 없이 어디에서나 쉽게 육안으로 탄화수소를 식별할 수 있다. 또한 식별이 어려운 포화탄화수소의 구조 이성질체도 용이하게 식별할 수 있다. 특히 본 발명에 따르면, 석유제품 중 비슷한 특성을 보이는 등유와 경유의 식별을 위하여 현재 사용되는 식별제를 첨가하는 방법이나 접근이 어려운 복잡한 분석방법과 달리, 언제 어디에서나 손쉽게 등유와 경유를 육안으로 식별할 수 있어 사회적으로 문제되는 유사경유를 용이하게 검출할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 고가의 복잡한 장비 없이 간단한 방법으로 탄화수소의 육안 식별이 가능하여 일반인도 쉽게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서가 탄화수소를 흡수함에 따라 색 전이를 나타내는 것을 육안으로 관찰한 것이다.
도 2a 및 도2b는 도 1에 나타낸 결과를 포토샵으로 분석한 것이고, 도 2c 및 도 2d는 오리진으로 분석한 것이다.
도 3은 탄화수소를 흡수하여 색 전이를 나타낸 탄화수소 식별 센서에 대한 육안 관찰 결과(a)와 오리진 분석 결과(b)이다.
도 4는 탄화수소를 흡수한 탄화수소 식별 센서가 나타낸 색 전이 현상을 가시광선 흡수 스펙트럼으로 분석한 것이다.
도 5a는 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하여 옥탄의 구조이성질체(n-옥탄/이소옥탄)를 식별한 결과를 나타낸 것이다. (육안 관찰)
도 5b는 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하여 옥탄의 구조이성질체(n-옥탄/이소옥탄)를 식별한 결과를 나타낸 것이다. (오리진으로 분석)
도 5c는 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하여 옥탄의 구조이성질체(n-옥탄/이소옥탄/사이클로옥탄)를 식별한 결과를 나타낸 것이다. (오리진으로 분석)
도 6은 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하여 휘발유/등유/경유를 식별한 결과를 나타낸 것이다. ((a)는 육안 관찰 결과, (b)는 오리진 분석 결과)
도 7은 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서로 확인한 정품 등유와 정품 경유의 색 전이 현상을 육안으로 관찰한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서로 확인한 등유 첨가도에 따른 유사 경유의 색 전이 현상을 나타낸 것이다. ((a)는 육안 관찰 결과, (b)는 오리진 분석 결과)
도 2a 및 도2b는 도 1에 나타낸 결과를 포토샵으로 분석한 것이고, 도 2c 및 도 2d는 오리진으로 분석한 것이다.
도 3은 탄화수소를 흡수하여 색 전이를 나타낸 탄화수소 식별 센서에 대한 육안 관찰 결과(a)와 오리진 분석 결과(b)이다.
도 4는 탄화수소를 흡수한 탄화수소 식별 센서가 나타낸 색 전이 현상을 가시광선 흡수 스펙트럼으로 분석한 것이다.
도 5a는 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하여 옥탄의 구조이성질체(n-옥탄/이소옥탄)를 식별한 결과를 나타낸 것이다. (육안 관찰)
도 5b는 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하여 옥탄의 구조이성질체(n-옥탄/이소옥탄)를 식별한 결과를 나타낸 것이다. (오리진으로 분석)
도 5c는 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하여 옥탄의 구조이성질체(n-옥탄/이소옥탄/사이클로옥탄)를 식별한 결과를 나타낸 것이다. (오리진으로 분석)
도 6은 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하여 휘발유/등유/경유를 식별한 결과를 나타낸 것이다. ((a)는 육안 관찰 결과, (b)는 오리진 분석 결과)
도 7은 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서로 확인한 정품 등유와 정품 경유의 색 전이 현상을 육안으로 관찰한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서로 확인한 등유 첨가도에 따른 유사 경유의 색 전이 현상을 나타낸 것이다. ((a)는 육안 관찰 결과, (b)는 오리진 분석 결과)
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분이 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
실시예
: 탄화수소 식별센서의 제조
탄화수소나 석유제품에 팽윤할 수 있는 물질로는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 사용하였고, 외부환경의 변화에 의해 색 전이현상이나 형광 on-off특성을 보이는 물질로는 변화에 의해 청색에서 적색으로 변색되거나 형광이 나타나는 특징을 가지는 폴리다이아세틸렌(polydiacetylene)을 사용하였다. 여러 다이아세틸렌 모노머 중 PCDA(10,12-Pentacosadynoic acid)를 선택하여 실시하였다.
PDMS는 다우 코닝(Dow Corning)사의 제품으로 투과성과 투명한 특성을 지니는 실가드 184 (Sylgard 184)를 이용하였다. 이 제품은 베이스와 경화제로 이루어져 있으며 이 제품은 10:1(베이스:경화제)의 비율로 섞어야 경화가 진행되는 특징을 가지고 있다.
센서의 제작방법은 다음과 같이 진행하였다. PDMS 베이스 20g을 용기에 담은 다음, PCDA 모노머 50mg을 클로로포름 2mL에 녹여 용액을 제조하였다. 이 용액을 상기 PDMS 베이스에 넣고 클로로포름이 모두 증발할 수 있도록 10분정도 잘 섞어주었다. 다음으로 PCDA 모노머들을 중합하기 위해 254nm의 자외선에 1분 동안 노광시켜 청색의 폴리다이아세틸렌(PDA)를 만들었다. 이 상태에서는 경화가 되지 않아 점성이 높은 액체 형태로 되어있기 때문에, PDMS를 경화시켜 더욱 유용한 고체형태를 만들기 위해 PDMS 경화제를 2g 넣어 잘 섞어 주었다. 그 다음 스퀘어 페트리디쉬(square petridish)에 담아 2일 동안 상온에서 경화시켜 청색을 띠는 투명한 필름형태의 탄화수소 식별 센서를 제작하였다.
시험예
1: 탄화수소 식별 센서의 성능 평가 1
실시예에 따라 제조된 탄화수소 식별 센서를 1cm X 2cm의 크기로 잘라서 다음 실험을 진행하였다. 탄소수가 5개인 펜탄(C5H12) 내지 14개인 테트라데칸(C14H30)의 포화탄화수소를 사용하여, 센서가 팽윤되는 정도와 변색 정도를 확인하기 위해 각 탄화수소를 투명한 용기(4mL vial)에 4mL씩 담았다. 그 다음 센서를 상기 투명한 용기(4mL vial)에 넣고 관찰하였다. 5분 간격으로 사진을 찍어 그 결과를 도 1에 나타내었다. 탄소수가 적은 탄화수소일수록 센서를 빠르게 팽윤시켰고, 그에 따라 적색으로 색변화를 보이는 시간도 빠르게 나타났다. 각 탄화수소의 팽윤정도와 색의 차이는 육안으로 확인되었다.
이를 수치적으로 보기 위하여 촬영한 사진들을 사진편집프로그램인 포토샵을 이용하여 분석하였다. 센서의 가운데 부분의 색(R, G, B)값을 추출하고 적색 (R)값에 대한 자료를 분석하여 그 결과를 도 2a에 나타내었다. 또한 팽윤에 의해 적색으로 변한 정도를 측정하기 위해 레드(RED)채널로 그림을 편집한 후 흑백상태로 변환하여 도 2b에 나타내었다.(밝을수록 적색의 강도가 높고, 어두울수록 적색의 강도가 낮다.) 아울러 오리진(Origin) 프로그램을 이용하여 적색 값 및 팽윤도를 수치상으로 표시하여 도 2c 및 2d에 나타내었다. 도 2c는 탄소수에 따른 적색 강도를 5분 간격으로 분석한 결과이고, 도 2d는 실험 시작 후 5분 경과 후의 적색 강도 및 팽윤도를 분석한 결과이다. 적색(R) 값이 255일 때를 100%로 환산하였다. 도 2a ~ 2d에서 나타내듯이, 탄소수가 적을수록 팽윤도 및 적색 값이 높은 수치를 나타내었다. 탄소수에 따라 다른 색변화를 나타내었는 바, 본 발명의 일 실시예에 따르면 탄화수소를 탄소수에 따라 식별할 수 있다.
상기 분석결과 중 탄소수가 각각 5개, 7개, 9개인 포화탄화수소에 대한 변색정도를 도 3에 나타내어 탄화수소 식별 센서의 성능을 보다 용이하게 비교할 수 있도록 하였다. 도 3(a)는 탄화수소 식별 센서를 탄화수소가 포함된 용기에 넣은 지 5분이 경과된 센서를 사진으로 찍은 결과이고, 도 3(b)는 오리진(Origin) 프로그램을 이용하여 적색 값을 수치상으로 표시한 그래프이다. 적색(R) 값이 255일 때를 100% 로 환산하여 나타내었다. 상기에서 설명한 것과 마찬가지로 탄소수에 따라 다른 색 전이 결과를 나타내기 때문에 육안으로 용이하게 확인할 수 있다. 탄소수가 적을수록 적색에 가까운 색을 띠었고 적색 강도 수치도 높게 나타났다.
시험예
2: 가시광선 흡수
스펙트럼 분석
탄소수가 5개인 펜탄(C5H12) 내지 14개인 테트라데칸(C14H30)의 포화탄화수소를 사용하여 센서가 팽윤되는 정도와 변색 정도를 확인하기 위해 각 탄화수소를 상기 투명한 용기(4mL vial)에 4mL씩 담았다. 그 다음 실시예에 따라 제조된 탄화수소 식별 센서를 1cm X 2cm의 크기로 하여 투명한 용기(4mL vial)에 넣고 관찰하였다. 5분 경과 후의 색 전이 현상을 가시광선 흡수 스펙트럼으로 분석하여 그 결과를 도 4에 나타내었다. 탄소수에 따라 다른 색 전이 결과를 나타내었고, 탄소 수가 적을수록 적색에 가까운 것으로 분석되었다.
시험예
3: 탄화수소 식별 센서의 성능 평가 2 - 구조 이성질체 식별
가지가 없는 n-옥탄 및 가지가 있는 이소옥탄을 투명한 용기(4mL vial)에 4mL씩 담았다. 그 다음 실시예에 따라 제조된 탄화수소 식별 센서를 1cm X 2cm의 크기로 하여 상기 투명한 용기(4mL vial)에 넣고 관찰하였다. 3분 경과 후의 색 전이 현상을 관찰하여 그 결과를 도 5a 및 5b에 나타내었다. 육안 관찰 결과(도 5a), n-옥탄과 이소옥탄이 각각 다른 색으로 전이되었음이 확인되었다. 가지가 없는 n-옥탄이 적색에 더 가까운 색을 띠었고 오리진 분석 결과(도 5b)에서도 더 높은 적색 강도를 나타내었다.
가지가 없는 n-옥탄, 가지가 있는 이소옥탄, 및 고리형이성질체인 사이클로옥탄을 투명한 용기(4mL vial)에 4mL씩 담았다. 그 다음 실시예에 따라 제조된 탄화수소 식별 센서를 1cm X 2cm의 크기로 하여 상기 투명한 용기(4mL vial)에 넣고 관찰하였다. 5분경과 후의 색 전이 현상을 관찰하였다. 색 전이 현상은 오리진(Origin) 프로그램으로 분석하여 그 결과를 도 5c에 나타내었다.
가지가 없는 n-옥탄이 제일 빠르게 팽윤되었으며, 그 다음 이소옥탄, 사이클로옥탄 순서로 팽윤이 진행되었다. 적색 강도도 n-옥탄이 가장 높게 나타났으며, 그 다음 이소옥탄, 사이클로옥탄 순서로 나타났다. 구조 이성질체 상호간 다른 색 전이 결과를 나타내었는 바, 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하면 탄화수소의 구조 이성질체를 식별할 수 있게 된다.
시험예
3: 탄화수소 식별 센서의 성능 평가 3 - 석유 식별
휘발유, 등유, 경유를 투명한 용기(4mL vial)에 4mL씩 담았다. 그 다음 실시예에 따라 제조된 탄화수소 식별 센서를 1cm X 2cm의 크기로 하여 상기 투명한 용기(4mL vial)에 넣고 관찰하였다. 90초 경과 후의 색 전이 현상을 관찰하여 그 결과를 도 6에 나타내었다. 육안관찰 결과(a) 및 오리진(Origin) 프로그램으로 분석한 결과(b)로 나타내었다. 육안 관찰 결과, 탄소 수가 가장 적은 휘발유에서 팽윤 정도가 가장 높게 나타났고 가장 적색에 가까운 색을 나타내었다. 그 다음 등유, 경유 순서의 결과를 나타내었다. 오리진(Origin) 프로그램으로 분석한 결과에서, 탄소 수가 가장 적은 휘발유에서 가장 높은 적색 강도(단위: AU, Arbitrary Unit)를 나타내었고, 그 다음 등유, 경유 순서였다. 휘발유, 등유 및 경유 상호간 다른 색 전이 결과를 나타내었는바, 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하면 휘발유, 경유 및 등유의 식별이 가능하게 된다.
시험예
4: 탄화수소 식별 센서의 성능 평가 4 - 유사 경유 식별
시험예
4-1
등유와 정품 경유를 투명한 용기(4mL vial)에 4mL씩 담았다. 그 다음 실시예에 따라 제조된 탄화수소 식별센서를 1cm X 2cm의 크기로 하여 상기 투명한 용기(4mL vial)에 넣고 색 전이 현상을 관찰하였다. 5분간 관찰한 팽윤 거동과 색 전이 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7에서 나타내듯이, 육안 관찰 결과, 정품 경유와 정품 등유가 다른 색으로 구별되는 것을 확인하였다.
시험예
4-2
등유가 0%(정품경유), 25%, 50%, 75%, 100%(등유)포함된 경유를 투명한 용기(4mL vial)에 4mL씩 담았다. 그 다음 상기 실시예에 따라 제조된 탄화수소 식별 센서를 1cm X 2cm의 크기로 하여 상기 투명한 용기(4mL vial)에 넣고 색 전이 현상을 관찰하였다. 10분 경과 후의 색 전이 결과를 도8 에 나타내었다. 도 8(a)에서 나타내듯이, 육안 관찰 결과, 정품 경유에 등유가 많이 섞여 있을수록 청색에서 적색으로 색 전이가 많이 일어나는 것을 확인할 수 있다. 특히 등유가 25%가 포함된 경우와 정품 경유를 비교해보면, 정품 경유에서는 파란색을 띠고 있는 반면에 등유가 25%가 포함되었을 경우에는 색 전이가 일어나 군청색을 띠므로 경유에 등유가 섞여 있음을 확인할 수 있다. 또한 도 8(b)에 나타내듯이, 오리진(Origin) 프로그램에 의한 분석 결과, 탄소수가 가장 적은 정품 등유에서 가장 높은 적색 강도(단위: AU, Arbitrary Unit)를 나타내었고, 등유 첨가도가 높아질수록 적색 강도가 높아지는 경향을 나타내었다. 따라서 본 발명에 따른 탄화수소 식별 센서를 이용하면 등유와 경유의 구별에 그치지 않고 경유에 등유가 섞인 유사경유를 쉽게 식별할 수 있음을 알 수 있다.
Claims (19)
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
- 삭제
- 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재에 폴리다이아세틸렌이 고정화된 탄화수소 식별 센서로서,
상기 탄화수소 식별 센서는, 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재가 탄화수소를 흡수하여 팽윤됨으로써 고정화된 폴리다이아세틸렌을 자극하여 색 전이 또는 형광을 나타내는 것을 특징으로 하는 탄화수소 식별 센서. - 청구항 9에 있어서,
상기 탄화수소 식별 센서는 고분자 필름 형태인 것을 특징으로 하는 탄화수소 식별 센서. - 청구항 9에 있어서,
상기 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재는 폴리디메틸실록산인 것을 특징으로 하는 탄화수소 식별 센서. - 청구항 9에 있어서,
상기 폴리다이아세틸렌은 다이아세틸렌 모노머가 광중합된 것을 특징으로 하는 탄화수소 식별 센서. - 청구항 12에 있어서,
상기 다이아세틸렌 모노머는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물인 것을 특징으로 하는 탄화수소 식별 센서.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
d+g는 0,1 또는 2이고,
e+f는 2 내지 50의 정수이고, e 및 f는 1이상의 정수이며,
A 및 B는 메틸기, 아민기, 카르복실기, 히드록시기, 말레이미드기, 바이오틴기, N-히드록시숙신이미드기, 벤조산기 또는 활성화된 에스테르기이며,
L1 및 L2는 서로 동일하거나 또는 동일하지 않고, 탄소수가 2 이상인 알킬기, 하나 이상의 에틸렌옥시드기, 아민기, 아미드기, 에스테르기 및 카르보닐기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.) - 삭제
- 청구항 9에 있어서,
상기 탄화수소 식별 센서는 탄화수소를 탄소수에 따라 식별하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 식별 센서. - 팽윤성 있는 탄화수소 흡수재에 폴리다이아세틸렌이 고정화된 탄화수소 식별 센서를 시료가 담긴 용기에 투입하는 단계; 및
상기 탄화수소 식별 센서가 탄화수소를 흡수하여 팽윤됨에 따라 나타내는 색 전이 또는 형광 변화를 통하여 시료 내의 탄화수소를 식별하는 방법. - 청구항 16의 탄화수소 식별 방법을 이용하여 휘발유, 경유 및 등유를 식별하는 방법.
- 청구항 16의 탄화수소 식별 방법을 이용하여 등유가 섞여있는 유사경유를 검출하는 방법.
- 청구항 16의 탄화수소 식별 방법을 이용하여 탄화수소의 구조 이성질체를 식별하는 방법.
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