KR101633692B1 - Organic silica-based sorbents for removal of metal cations and optical sensor using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제 및 이를 이용한 광학 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 적어도 2이상의 금속 양이온과 선택적으로 결합하는 형광성 브롬 화합물이 유기 실리카 지지체와 공유결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제와, 이를 포함함으로써 금속 양이온의 흡착에 의하여 적어도 2 이상의 색전이를 나타내는 광학센서에 관한 것이다.
본 발명에 따른 금속 양이온 제거용 흡착제는 높은 흡착력과 이중 색전이를 나타내어 적어도 2 이상의 금속 양이온을 동시에 검출할 수 있는 효과가 있다. 특히 수은 이온과 철이온에 대하여 육안으로 확인가능한 이중 색전이를 나타내어 광학센서에 적용되어 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
The present invention relates to an adsorbent for removing metal cations based on organosilica and an optical sensor using the same. More specifically, the present invention is characterized in that a fluorescent bromine compound selectively bonding with at least two metal cations is formed by covalent bonding with an organic silica support An adsorbent for removing metal cations based on an organic silica, and an optical sensor which exhibits at least two emboli by adsorption of metal cations.
The adsorbent for removing metal cations according to the present invention exhibits high adsorption power and double embolization, so that at least two metal cations can be detected at the same time. Especially, mercury ion and iron ion exhibit double embolization which can be visually confirmed and can be applied to an optical sensor and exhibit excellent effects.

Description

유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제 및 이를 이용한 광학 센서 {Organic silica-based sorbents for removal of metal cations and optical sensor using the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to an adsorbent for removing metal cations based on organic silica and an optical sensor using the same.

본 발명은, 적어도 2이상의 금속 양이온에 대한 선택적 결합력을 갖는 발색 수용체 화합물이 실리카 지지체 표면에 결합되어 형성되는, 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제 및 이를 이용한 광학센서에 관한 것이다.
The present invention relates to an adsorbent for removing metal cation based on organic silica and an optical sensor using the same, wherein a chromogenic receptor compound having a selective binding force to at least two metal cations is formed by bonding to a silica support surface.

형광 센서는 분석물과 감응물질과의 화학적 반응을 통해 분석물을 선택적으로 인지하고 이를 통하여 특정물질을 실시간으로 관찰하거나 이미지화 할 수 있는 기술이다. 주변환경이나 생물체에서 중금속과 독성이 있는 금속 이온을 검출할 수 있는 고성능의 새로운 형광 센서에 대한 연구가 상당한 주목을 받고 있다. 자연환경과 수중생태계가 중금속이나 독성이 있는 금속으로 오염되면 이것은 인간과 동물의 건강에 해로운 영향을 끼치게 된다. 따라서 물과 살아있는 세포 혹은 조직에 독성이 있는 금속 이온을 검출하기 위해 화학센서 개발의 필요성이 요구된다.Fluorescence sensors are technologies that selectively recognize an analyte through a chemical reaction between an analyte and a sensitive substance, and can observe or image a specific substance in real time through the chemical reaction. Research on high-performance new fluorescent sensors capable of detecting heavy metals and toxic metal ions in the surrounding environment and living organisms has received considerable attention. If the natural environment and aquatic ecosystems are contaminated with heavy metals or toxic metals, this will have a detrimental effect on human and animal health. Therefore, there is a need for the development of chemical sensors to detect metal ions that are toxic to water and living cells or tissues.

현재 보고된 유기 분자를 기반으로 한 대다수의 형광/비색식 탐침은 균질성으로 인해 재사용이 어려워 실제 적용을 하기에는 비용적인 측면에서 효과적이지 못하다. 이것은 비색식 분자 탐침의 가장 큰 단점이다.Most of the fluorescence / colorimetric probes based on the currently reported organic molecules are difficult to reuse due to their homogeneity and thus are not effective in terms of cost in practice. This is the biggest drawback of colorimetric molecular probes.

현재까지 금속이온을 검출하는데 쓰이는 중간세공 실리카 기반의 형광 센서에 대한 보고는 많지 않다. 또한 이 보고들 중 대부분은 오직 하나의 금속이온만을 검출할 수 있는 한계를 가지고 있다. 따라서 물에서 다수 이온의 제거 및 살아있는 세포에 독성이 있는 금속 이온을 검출하기 위해 특정 양이온에 대한 높은 흡착 특성을 가지고 이로 인해 현저한 색의 변화 및 발광 특성의 변화를 나타낼 수 있는 새로운 다중 검출 광학 센서에 대한 개발이 더욱 필요한 실정이다.
To date there have been few reports of mesoporous silica-based fluorescence sensors for the detection of metal ions. Most of these reports also have limitations that can detect only one metal ion. Therefore, a novel multi-detection optical sensor capable of exhibiting significant color change and change in luminescence characteristics with high adsorption characteristics for specific cations in order to remove many ions from water and to detect metal ions which are toxic to living cells The development of Korea is needed more.

본 발명은 상기와 같은 문제점에 착안하여 안출된 것으로, 적어도 2이상의 금속 양이온과 선택적으로 결합하는 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제를 제공하는 것을 해결과제로 한다.Disclosure of the Invention The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an adsorbent for removing metal cation based on organic silica which selectively binds at least two metal cations.

또한 본 발명은 상기 금속 양이온 제거용 흡착제를 제조하는 방법을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for producing the adsorbent for removing metal cation.

또한 본 발명은 상기 금속 양이온 제거용 흡착제를 이용하는 금속 양이온 다중 검출 광학센서를 제공하는 것을 또 다른 해결과제로 한다. Another object of the present invention is to provide a metal cation multi-detection optical sensor using the adsorbent for removing metal cation.

또한 본 발명은 상기 광학센서를 포함하는 금속 양이온 다중 검출 장치를 제공하는 것을 또 다른 해결과제로 한다.
It is another object of the present invention to provide a metal cation multi-detection apparatus including the optical sensor.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 일 양태로서, 적어도 2이상의 금속 양이온과 선택적으로 결합하는 형광성 브롬 화합물이 유기 실리카 지지체와 공유결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an adsorbent for removing metal cation based on organosilica, which is formed by covalently bonding a fluorescent bromine compound selectively binding to at least two metal cations to an organic silica support, to provide.

다른 양태로서 본 발명은 형광성 브롬 화합물을 유기용매에 용해시켜 용액을 제조하는 제1단계; 상기 용액에 알콕시 실란을 가하여 반응시킴으로써 형광성 브롬 화합물이 결합된 알콕시 실란 전구체를 제조하는 제2단계; 및 상기 전구체와 TEOS 용액을 혼합하여 반응시켜 형광성 브롬화합물이 공유결합된 유기실리카를 제조하는 제3단계를 포함하여 이루어지는 유기실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fluorescent compound, comprising: a first step of dissolving a fluorescent bromine compound in an organic solvent to prepare a solution; A second step of preparing an alkoxysilane precursor having a fluorescent bromine compound bonded thereto by reacting the solution with alkoxysilane; And a third step of mixing the precursor and the TEOS solution and reacting them to prepare an organic silica having a fluorescent bromine compound covalently bonded thereto. The present invention also provides a method for preparing an adsorbent for removing metal cation based on an organic silica.

또 다른 양태로서 본 발명은 상기 흡착제를 포함하고, 상기 흡착제는 금속 양이온의 흡착에 의하여 적어도 2 이상의 색전이를 나타내는 것을 특징으로 하는 금속 양이온 다중 검출 광학센서를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a metal cation multi-detection optical sensor, comprising the adsorbent, wherein the adsorbent exhibits at least two emboli by adsorption of metal cations.

또 다른 양태로서 본 발명은 상기 광학센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 양이온 다중 검출 장치를 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a metal cation multi-detector apparatus including the optical sensor.

상기 본 발명에 따른 금속 양이온 제거용 흡착제는 표면적이 높은 실리카 지지체 표면에, 적어도 2 이상의 금속 양이온에 대한 선택적 결합력을 갖는 발색 수용체 화합물을 공유결합되어 있어 높은 흡착력과 이중 색전이를 나타내어 적어도 2 이상의 금속 양이온을 동시에 검출할 수 있는 효과가 있다. 특히, 수은 이온 및 철 이온에 대한 높은 흡착력을 나타내며, 흡착 전 후에 색의 변화가 뚜렷하여 환경 분야에 있어 물과 살아있는 세포 혹은 조직에 독성이 있는 금속 이온을 검출하기 위한 휴대용 색측정기 및 발광측정기 등에 적용되어 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
The adsorbent for removing metal cation according to the present invention is characterized in that a color acceptor compound having a selective binding force to at least two metal cations is covalently bonded to the surface of a silica support having a high surface area to exhibit a high adsorptivity and double embolism, It is possible to simultaneously detect positive ions. Particularly, it exhibits high adsorption power for mercury ion and iron ion, and it has a clear color change before and after adsorption, so that it can be used as a portable color measuring instrument and a luminescence measuring instrument for detecting metal ions which are toxic to water and living cells or tissue And can exhibit excellent effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EB-PMO 흡착제의 제조공정, 및 수은이온과 철이온에 대한 형광소광을 나타낸 모식도와, 흡착 전 후 파장에 따른 형광강도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따라 합성된 EB-PMO 화학센서의 XRD pattern을 나타낸 그래프이다. (⒜: 계면활성제 추출 전, ⒝: 계면활성제 추출 후)
도 3은 본 발명에 따라 합성된 EB_PMO에 대한 FT-IR spectroscopy 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 합성된 EB-PMO 화학센서의 질소 등온 흡탈착 곡선 및 이를 바탕으로 계산된 세공크기의 분포를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라 합성된 EB-PMO 화학센서에 대한 금속이온의 종류에 따른 형광소광 및 색전이 결과를 나타내는 도이다. ((A) 자외선 하에서의 형광소광, (B) 자연광 하에서의 색전이, (C) 550 nm 파장에서의 상대적 형광성(I/I 0 ))
도 6은 본 발명에 따라 합성된 EB-PMO 화학센서에 대한 NO3 -, SO4 2-, PO4 3-의 첨가에 따른 형광소광 및 색전이 결과를 나타내는 도이다. ((A) 자외선 하에서의 형광소광, (B) 자연광 하에서의 색전이)
도 7은 본 발명에 따른 EB-PMO 화학센서에 대한 pH 값의 변화에 따른 형광강도의 변화를 나타내는 그래프이다. ((A): ⒜ 수은 이온 부재 시, ⒝ 수은 이온 존재 시 / (B): ⒜ 철 이온 부재 시, ⒝철 이온 존재 시)
도 8은 본 발명에 따른 EB-PMO 화학센서와 함께 배양된 MCF-7 세포를 공초점 현미경으로 관찰한 결과를 나타내는 도이다. ((A) 수은 이온 부재 시, (B) 수은 이온 존재 시, (C) 철 이온 부재 시, (D) 철 이온 존재 시)
도 9는 본 발명에 따른 EB-PMO 화학센서에 대한 생체 적합성 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. ((A) EB-PMO, EB-PMO-Hg+로 세포처리 한 경우, (B) EB-PMO, EB-PMO-Fe3+로 세포처리를 한 경우)
FIG. 1 is a schematic view showing a process for producing an EB-PMO adsorbent according to an embodiment of the present invention, a fluorescence extinction process for mercury ions and iron ions, and a fluorescence intensity according to the wavelength before and after adsorption.
2 is a graph showing an XRD pattern of an EB-PMO chemical sensor synthesized according to the present invention. (A) before the surfactant extraction, (b) after the surfactant extraction,
3 is a graph showing the results of FT-IR spectroscopy analysis of EB_PMO synthesized according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the nitrogen isotherm adsorption / desorption curve of the EB-PMO chemical sensor synthesized according to the present invention and the distribution of pore sizes calculated therefrom.
FIG. 5 is a graph showing the results of fluorescence extinction and embolization according to kinds of metal ions for an EB-PMO chemical sensor synthesized according to the present invention. (A) fluorescence quenching under ultraviolet light, (B) embolization under natural light, (C) relative fluorescence ( I / I 0 ) at a wavelength of 550 nm,
FIG. 6 is a graph showing the results of fluorescence extinction and embolization according to addition of NO 3 - , SO 4 2- , and PO 4 3- to an EB-PMO chemical sensor synthesized according to the present invention. ((A) fluorescence quenching under ultraviolet light, (B) embolization under natural light)
FIG. 7 is a graph showing changes in fluorescence intensity according to a change in pH value for an EB-PMO chemical sensor according to the present invention. (A): (a) in the absence of mercury ions, (b) in the presence of mercury ions / (B): in the absence of iron ions,
FIG. 8 is a graph showing the result of observing MCF-7 cells cultured together with the EB-PMO chemical sensor according to the present invention by a confocal microscope. ((A) in the absence of mercury ions, (B) in the presence of mercury ions, (C) in the absence of iron ions, and (D)
9 is a graph showing the results of a biocompatibility test for an EB-PMO chemical sensor according to the present invention. (When cells were treated with EB-PMO, EB-PMO-Hg + , (B) with EB-PMO or EB-PMO-Fe 3+ )

이하 본 발명을 자세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

일 양태로서 본 발명은, 적어도 2이상의 금속 양이온과 선택적으로 결합하는 형광성 브롬 화합물이 유기 실리카 지지체와 공유결합 되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제를 제공한다.In one aspect, the present invention provides an adsorbent for removing metal cations based on an organic silica, wherein a fluorescent bromine compound that selectively binds to at least two metal cations is formed by covalent bonding with an organic silica support.

본 발명에 있어서, 상기 형광성 브롬 화합물은 브롬화 에티듐 및 브롬화 매티듐 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있고, 더욱 바람직하게는 브롬화 에티듐을 사용할 수 있다. 상기 브롬화 에티듐(EB)은 주기적 중간세공 유기실리카(PMO)와 공유결합하여 EB-PMO를 형성하고, 상기 EB-PMO 안에서 브롬화 에티듐은 자외선 존재 하에 페닐기와 질소 원자사이의 광유도 전자전이(Photoinduced electron transfer, PET) 작용으로 인해 또는 분자 내 양성자 이동과정으로 인해 두드러진 형광성을 가질 수 있다.In the present invention, the fluorescent bromine compound may be characterized by using any one of ethodium bromide and rhodium bromide, and more preferably, ethidium bromide may be used. (EB) is covalently bonded to the periodic mesoporous organic silica (PMO) to form EB-PMO, and in the EB-PMO, the etchant bromide is subjected to mineral oil electronic transfer between the phenyl group and the nitrogen atom Photoinduced electron transfer (PET), or proton transfer in the molecule.

또한 본 발명에 있어서, 상기 유기 실리카 지지체는 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 실리카 메조포러스, 실리카 입자, 실리카 나노튜브 및 실리카 나노로드 및 주기적 중간세공 유기실리카(periodic mesoporous organosilicas, PMOs) 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 주기적 중간세공 유기실리카(PMOs)를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 주기적 중간세공 유기실리카는 유기실란 전구체를 합성하여 만든 유무기 혼성구조를 가지는 새로운 종류의 물질로써 다양한 기능기들을 포함하여 안정적인 구조로 만들 수 있는 특징을 지닌다. 이와 같은 주기적 중간세공 유기실리카를 포함하는 유기 실리카 지지체는 넓은 비표면적과 정렬된 중간세공구조를 지녀, 발색단 등의 기능기가 지지체의 표면에만 존재하는 경우에 비하여 기능기의 함량을 높일 수 있게 된다.In the present invention, the organic silica support is not particularly limited as long as it is commonly used in the art, but silica mesoporous, silica particles, silica nanotubes and silica nanorods and periodic mesoporous silica mesoporous organosilicones (PMOs), and more preferably, periodic mesoporous organosilica (PMOs). The cyclic mesoporous organosilica is a new type of material having an organic / inorganic hybrid structure formed by synthesizing an organosilane precursor, and is characterized in that it can be made into a stable structure including various functional groups. The organic silica support containing such periodic mesoporous organic silica has a wide specific surface area and an aligned mesopore structure, so that the functional group content can be increased as compared with the case where functional groups such as chromophore exist only on the surface of the support.

본 발명에 있어서, 형광성 브롬 화합물과 선택적으로 결합되는 상기 금속 양이온은 수은 이온 및 철 이온을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 본 발명에 따른 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제는 수용액 중에서 수은 이온 및 철 이온을 선택적으로 검출할 수 있는 특성을 지닌다.
In the present invention, the metal cations selectively bonded to the fluorescent bromine compound may include mercury ions and iron ions. The adsorbent for removing metal cations based on organosilica according to the present invention may contain mercury ions And ferrite ions.

다른 양태로서 본 발명은 형광성 브롬 화합물을 유기용매에 용해시켜 용액을 제조하는 제1단계; 상기 용액에 알콕시 실란을 가하여 반응시킴으로써 형광성 브롬 화합물이 결합된 알콕시 실란 전구체를 제조하는 제2단계; 및 상기 전구체와 TEOS 용액을 혼합하여 반응시켜 형광성 브롬화합물이 공유결합된 유기실리카를 제조하는 제3단계를 포함하여 이루어지는 유기실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fluorescent compound, comprising: a first step of dissolving a fluorescent bromine compound in an organic solvent to prepare a solution; A second step of preparing an alkoxysilane precursor having a fluorescent bromine compound bonded thereto by reacting the solution with alkoxysilane; And a third step of mixing the precursor and the TEOS solution and reacting them to prepare an organic silica having a fluorescent bromine compound covalently bonded thereto. The present invention also provides a method for preparing an adsorbent for removing metal cation based on an organic silica.

본 발명에 있어서, 상기 유기용매는 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 카프릴산 에틸(ethyl caprylate), 1-옥탄올, 1-데칸올, 1-도데칸올, 이소프로필 미리스테이트(isoproply myristate) 또는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 무수 클로로포름 중 어느 하나인 것을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 무수 클로로포름을 질소분위기 하에서 첨가하여 사용할 수 있다.In the present invention, the organic solvent is not particularly limited as long as it is commonly used in the art, and preferably ethyl caprylate, 1-octanol, 1-decanol, 1-dodecanol, Isopropyl myristate, polydimethylsiloxane, and chloroform anhydrous, and more preferably anhydrous chloroform may be added in an atmosphere of nitrogen.

또한 본 발명에 있어서, 상기 형광성 브롬 화합물은 브롬화 에티듐 및 브롬화 매티듐 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다. Further, in the present invention, the fluorescent bromine compound is characterized in that any one of the ethidium bromide and the magnesium bromide is used.

또한 바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 알콕시 실란은 메틸트리메톡시 실란, 테트라메톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 프로필트리에톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란, 헥사데실트리에톡시 실란 및 옥타데실트리에톡시 실란 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 3-클로로프로필트리에톡시 실란을 사용할 수 있다.Preferably, in the present invention, the alkoxysilane is at least one selected from the group consisting of methyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, propyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane, hexadecyltriethoxysilane and octadecyl Triethoxysilane, and triethoxysilane can be used. More preferably, 3-chloropropyltriethoxysilane can be used.

또한 본 발명에 있어서 상기 제3단계는, (1) 계면활성제 수용액과 암모니아 수용액을 혼합·교반하여 계면활성제 혼합액을 제조하는 단계; (2) 상기 계면활성제 혼합액에, 상기 전구체와 TEOS 용액을 첨가·교반하여 현탁시키는 단계; 및 (3) 상기 현탁액을 정제 및 세척하고, 산성화된 알코올을 첨가하여 반응시킴으로써 상기 현탁액 내의 계면활성제를 추출하여 형광성 브롬화합물이 공유결합 된 유기실리카를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the third step of the present invention may include the steps of (1) mixing and stirring an aqueous surfactant solution and an aqueous ammonia solution to prepare a surfactant mixture; (2) adding and stirring the precursor and the TEOS solution to the surfactant mixture; And (3) purifying and washing the suspension, and adding an acidified alcohol to the reaction mixture, thereby extracting the surfactant in the suspension to prepare an organic silica having a fluorescent bromine compound covalently bonded thereto .

본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB), 도데실트리메틸암모늄 브로마이드(DTAB), 또는 벤즈알코늄 클로라이드로부터 선택되며, 더욱 바람직하게는 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB) 또는 벤즈알코늄 클로라이드이며, 가장 바람직하게는 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)를 사용할 수 있다.
In the present invention, the surfactant is selected from hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB), dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB), or benzalkonium chloride, more preferably cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) or benzal And most preferably cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) can be used.

또 다른 양태로서 본 발명은 상기 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제를 포함하고, 상기 흡착제는 적어도 2 이상의 금속 양이온을 흡착하여 적어도 2 이상의 색전이를 나타내는 것을 특징으로 하는 금속 양이온 다중 검출 광학센서를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a metal cation multi-detection optical sensor, comprising: the organic silica-based adsorbent for removing metal cation, wherein the adsorbent adsorbs at least two metal cations to exhibit at least two emboli to provide.

본 발명에 있어서, 상기 흡착제에 의하여 흡착되는 금속 양이온은 수은 이온 및 철 이온을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 흡착제가 수은 이온을 흡착하는 경우에는 분홍색에서 연두색으로의 색전이를 나타내고, 철 이온을 흡착하는 경우에는 분홍색에서 다홍색으로 색전이를 나타내어, 수용액 중의 수은 이온 및 철 이온을 검출하는 광학센서로 사용될 수 있도록 한다.In the present invention, the metal cation adsorbed by the adsorbent may include mercury ions and iron ions. When the adsorbent adsorbs mercury ions, it exhibits an embolus from pink to light green, and iron In the case of adsorbing ions, they exhibit embolization from pink to reddish, so that they can be used as optical sensors for detecting mercury ions and iron ions in an aqueous solution.

또한 본 발명에 있어서 상기 센서는 바이오센서인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the sensor may be a biosensor.

또 다른 양태로서 본 발명은 상기 광학센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 양이온 다중 검출 장치를 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a metal cation multi-detector apparatus including the optical sensor.

이하 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은바, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.

실시예Example

실시예 1: 형광성 브롬기를 지니는 알콕시실란 전구체(EB-전구체)의 제조Example 1: Preparation of an alkoxysilane precursor (EB-precursor) having a fluorescent bromine group

0.5 g 의 브롬화 에티듐 (Ethidium bromide)을 60 mL 의 무수 클로로포름에 투입하여 교반하였다. 교반 중의 상기 용액에 0.65 g 의 3-클로로프로필트리에톡시실란 (3-chloropropyltriethoxysilane)을 25 ℃, 질소 분위기에서 한 방울씩 떨어뜨려 첨가하였다. 여기에 염기성 촉매제인 수소화나트륨 첨가 후 반응물을 2시간 동안 더 교반하였다. 교반 중의 상기 용액의 반응 진행을 얇은 막 크로마토그래피로 확인하였다. 반응 종료 후 관크로마토그래피로 정제하여, 형광성 브롬기를 지니는 알콕시실란 전구체(이하, "EB-전구체"라 함)를 제조하였다.
0.5 g of ethidium bromide was added to 60 mL of anhydrous chloroform and stirred. 0.65 g of 3-chloropropyltriethoxysilane was added dropwise to the solution under agitation at 25 占 폚 in a nitrogen atmosphere. After addition of the basic catalyst sodium hydride, the reaction mixture was further stirred for 2 hours. The progress of the reaction of the solution during stirring was confirmed by thin film chromatography. After completion of the reaction, the reaction product was purified by column chromatography to obtain an alkoxysilane precursor (hereinafter referred to as "EB-precursor") having a fluorescent bromine group.

실시예 2: 주기적 중간세공 유기실리카(EB-PMOs)의 제조Example 2: Preparation of periodic mesoporous organic silica (EB-PMOs)

1.0g의 세틸트리메틸암모늄브로마이드(Cetyl trimethylammonium bromide) 를 35 mL 의 증류수에 녹였다. 이후 13 mL 의 암모니아 수(28%)를 세틸트리메틸암모늄브로마이드 수용액에 첨가한 후 투명한 용액이 될 때까지 30분 동안 교반하였다. 세틸트리메틸암모늄브로마이드 혼합액을 교반하면서 상기 제조된 EB-전구체와 TEOS(Tetraethyl orthosilicate) 용액을 첨가하였다. 결과적으로 나온 현탁액을 35℃에서 24 시간 동안 교반하였다. 그 후 95℃에서 하룻밤 동안 교반 없이 정지된 상태에서 숙성시켰다. 그 후 얻어진 생성물은 필터로 모아지고 증류수와 에탄올로 여러 번 세척하였다. 생성물 안의 보이지 않는 계면활성제는 6g 의 염화수소가 첨가되어 산성화된 50 ml의 에탄올 안에서 추출되고 그 후 생성물을 60 ℃에서 건조하여 주기적 중간세공 유기실리카(이하, 'EB-PMOs'라 함)를 제조하였다. 상기 EB-PMOs를 만드는 과정을 도식화하여 도 1에 나타내었다.
1.0 g of cetyl trimethylammonium bromide was dissolved in 35 mL of distilled water. 13 mL of ammonia water (28%) was then added to the aqueous solution of cetyltrimethylammonium bromide and stirred for 30 minutes until a clear solution was obtained. Cetyltrimethylammonium bromide solution was added to the prepared EB-precursor and TEOS (Tetraethyl orthosilicate) solution while stirring. The resulting suspension was stirred at 35 < 0 > C for 24 hours. Thereafter, it was aged at 95 DEG C overnight without stirring for one night. The resulting product was then collected by filtration and washed several times with distilled water and ethanol. The invisible surfactant in the product was extracted in 50 ml of ethanol which had been acidified with 6 g of hydrogen chloride and then the product was dried at 60 ° C to produce cyclic mesoporous organic silica (hereinafter referred to as EB-PMOs) . The process of making the EB-PMOs is illustrated in FIG.

시험예: 금속 이온의 비색식 검출Test example: colorimetric detection of metal ion

금속 양이온에 대한 선택성을 확인하기 위하여 금속 양이온 (Cu2+,Ni2+,Hg2+,Co2+,Zn2+,Cr3+,Cd2+,Fe3+,Pb2+,Mn2+)의 질산염을 1.25 x 10-3M 농도로 준비하였다. 1 M의 염화수소와 수산화나트륨으로 조정된 다양한 pH의 Tris-HCl 완충용액으로 0.1 g L-1농도의 EB-PMO 현탁액을 준비하였다. 2 mL의 EB-PMO 현탁액을 1 cm 석영 셀에 담고 저장용액을 마이크로피펫을 이용하여 조금씩 첨가하였다. 첨가되는 저장용액의 총 부피는 100 μL 이하가 되도록 하였다. 모든 중금속 이온은 색 변화와 형광 발광 정도로 보고 정성적으로 평가하였다. 도 5를 참조하면 (b)의 사진은 수은 이온과 철 이온을 첨가했을 때 EB-POM의 색전이를 나타낸 사진으로, 수은 이온의 첨가는 분홍색에서 연두색으로, 철 이온의 첨가는 분홍색에서 다홍색으로 색전이가 일어났다. 발색을 바탕으로 한 선택성은 육안으로도 쉽게 관찰되었다. 6.25 x 10-6M의 다양한 이온 존재 하에서 0.1 g L-1농도의 EB-PMO 현탁액의 550 nm 파장에서 상대적 형광성을 분석한 결과, 구리 이온, 니켈 이온, 코발트 이온, 아연 이온, 크롬 이온, 카드뮴 이온, 납 이온 및 망간 이온과 같은 다양한 금속 이온에서는 현저한 소광이 나타나지 않은 반면, 수은 이온과 철 이온에 대해 우수한 형광 소광과 발색을 바탕으로 하여 이중채널 검출 선택성을 보이는 것을 확인하였다.
(Cu 2+ , Ni 2+ , Hg 2+ , Co 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ , Cd 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , and Mn 2 + ) Nitrate was prepared at a concentration of 1.25 x 10 <" 3 > M. A 0.1 g L- 1 concentration of EB-PMO suspension was prepared with Tris-HCl buffer at various pHs adjusted with 1 M hydrogen chloride and sodium hydroxide. 2 mL of EB-PMO suspension was placed in a 1 cm quartz cell and the stock solution was added in small portions using a micropipette. The total volume of the stock solution to be added was made to be 100 μL or less. All heavy metal ions were evaluated qualitatively as color change and fluorescence emission. Referring to FIG. 5, the photograph of (b) shows the embolization of EB-POM when mercury ions and iron ions are added. The addition of mercury ions changes from pink to greenish color, An embolism has occurred. The selectivity based on the color was easily observed with the naked eye. Relative fluorescence of EB-PMO suspension at 0.1 g L -1 concentration in the presence of various ions of 6.25 x 10 -6 M was analyzed at 550 nm wavelength. As a result, Cu, In the case of various metal ions such as ions, lead ions and manganese ions, no significant extinction was observed, but on the basis of excellent fluorescence extinction and coloring for mercury and iron ions,

이하, 도면을 참고하여 상기 실시예의 결과를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the results of the above embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 EB-PMO 화학센서가 제조되는 과정 및 상기 EB-PMO 화학센서가 금속 양이온과 결합하여 형광소광 특성을 나타내는 과정에 관한 모식도로, 이를 참조하면 상기 합성된 EB-PMO는 수은 이온과 결합하여 분홍색에서 연두색으로, 철 이온과 결합하여 분홍색에서 다홍색으로 색전이가 일어나는 것을 나타내고 있다.FIG. 1 is a schematic view of a process of producing an EB-PMO chemical sensor according to the present invention and a process of the EB-PMO chemical sensor showing fluorescence extinction characteristics by binding with metal cations. Referring to FIG. 1, It is associated with mercury ion, indicating pink to greenish color, and it is associated with iron ion, resulting in embolization from pink to reddish pink.

도 2는 본 발명에 따라 합성된 EB-PMO 화학센서의 계면활성제 추출 전후의 XRD pattern을 나타낸 그래프로, 이를 참조하면 결정면간 거리(d-spacing)가 3.6nm로 2θ가 2.54ㅀ 일 때 날카로운 피크가 나타난다. 이로써 EB-PMO 가 잘 정렬된 육방정계의 중간세공 실리카 구조를 가짐을 알 수 있다. (100) 과 (110) 에서 피크의 강도는 계면활성제 제거 후 더 증가했다.FIG. 2 is a graph showing the XRD pattern of the EB-PMO chemical sensor synthesized according to the present invention before and after the surfactant extraction. Referring to FIG. 2, when the d-spacing is 3.6 nm and the 2θ is 2.54 nm, . It can be seen that EB-PMO has a well-aligned hexagonal mesoporous silica structure. The peak intensities at (100) and (110) increased further after removal of the surfactant.

도 3은 EB_PMO의 FT-IR spectroscopy 분석 그래프로, 이를 참조하면 1639 cm-1에서 C=N, 1476 cm-1에서 C=N, 782 cm-1에서 니트로늄 이온 (-N+)으로 인한 피크가 나타난다. 1388 cm-1에서의 피크는 EB 부분의 방향족 그룹으로 인해 나타난다. 2863 cm-1와 2917 cm-1의 바이브레이션 피크는 실릴기로 치환된 EB기에 있는 C-H의 스트레칭 바이브레이션 때문이다. 이것으로 보아 PMO 구조에 EB 전구체가 공유결합으로 잘 들어가 있다는 것을 확인할 수 있다. 1081 cm-1와 960 cm-1의 피크는 각각 Si-O-Si 결합과 Si-OH 결합 때문에 나타난다.3 is due to the nitro hydronium ion (-N +) at the C = N, 782 cm -1 in EB_PMO of FT-IR spectroscopy to analyze the graph, referring them from 1639 cm -1 C = N, 1476 cm -1 peak . The peak at 1388 cm -1 is due to the aromatic group of the EB moiety. The vibration peaks at 2863 cm -1 and 2917 cm -1 are due to the stretching vibration of CH in the EB group substituted with a silyl group. This confirms that the EB precursor is well covalently bound to the PMO structure. Peaks at 1081 cm -1 and 960 cm -1 are due to Si-O-Si bonds and Si-OH bonds, respectively.

도 4은 EB-PMO 화학센서의 질소 등온 흡탈착 곡선과 세공 크기 분포를 나타낸 그래프로, 이를 참조하면 이 물질은 H1 히스테리시스가 나타나며 type IV의 흡착등온선의 형태를 따른다. 이것은 이 물질이 일정한 중간세공 크기 분포로 잘 정렬된 중간세공을 가진다는 것을 의미한다.FIG. 4 is a graph showing the nitrogen isotherm adsorption / desorption curve and pore size distribution of the EB-PMO chemical sensor. Referring to FIG. 4, this material exhibits H1 hysteresis and follows the type IV adsorption isotherm. This means that this material has well-aligned mesopores with a uniform mesopore size distribution.

도 5는 본 발명에 따라 합성된 EB-PMO 화학센서에 대한 금속이온의 종류에 따른 형광소광 및 색전이 결과를 나타내는 도로, (A)는 자외선 하에서의 형광소광을 나타낸 그림이고, (B)는 자연광 하에서의 색전이를 나타낸 사진이며, (C)는 550 nm 파장에서 상대적 형광성(I/I 0 )에 관한 그래프이며, 이를 참조하면 EB-PMO가 형광 소광과 발색을 바탕으로 하여 수은 이온과 철 이온에 대해 우수한 이중채널 검출 선택성을 보인다. 사진에서 보면 50 μM 의 구리 이온, 니켈 이온, 코발트 이온, 아연 이온, 크롬 이온, 카드뮴 이온, 납 이온, 망간 이온과 같은 다양한 금속 이온에서는 현저한 소광이 나타나지 않았다. 반면 오직 수은 이온과 철 이온에 대해서만 형광 소광이 나타났다. 게다가 수은 이온의 첨가는 분홍색에서 연두색으로, 철 이온의 첨가는 분홍색에서 다홍색으로 색전이가 일어났다. 발색을 바탕으로 한 선택성은 육안으로도 쉽게 관찰된다.6.25 x 10-6M의 다양한 이온 존재 하에서 0.1 g L-1농도의 EB-PMO 현탁액의 550 nm 파장에서 상대적 형광성을 분석한 결과, 구리 이온, 니켈 이온, 코발트 이온, 아연 이온, 크롬 이온, 카드뮴 이온, 납 이온 및 망간 이온과 같은 다양한 금속 이온에서는 현저한 소광이 나타나지 않은 반면, 수은 이온과 철 이온에 대해 우수한 형광 소광과 발색을 바탕으로 하여 이중채널 검출 선택성을 보이는 것을 확인하였다.FIG. 5 is a graph showing the results of fluorescence extinction and embolization according to the type of metal ion for an EB-PMO chemical sensor synthesized according to the present invention. FIG. 5A is a diagram showing fluorescence extinction under ultraviolet light, ( I / I 0 ) at a wavelength of 550 nm. Referring to FIG. 3, EB-PMO is a graph showing the embolization and coloration of mercury and iron ions Channel detection selectivity. In the photographs, no significant extinguishment was observed for various metal ions such as 50 μM of copper ion, nickel ion, cobalt ion, zinc ion, chromium ion, cadmium ion, lead ion and manganese ion. On the other hand, fluorescence quenching occurred only for mercury and iron ions. In addition, the addition of mercury ions from pink to lime green, and the addition of iron ions from embryonic to pink. The relative fluorescence of the EB-PMO suspension of 0.1 g L -1 in the presence of various ions of 6.25 × 10 -6 M was analyzed at a wavelength of 550 nm. As a result, , But no significant quenching was observed in various metal ions such as nickel ion, cobalt ion, zinc ion, chromium ion, cadmium ion, lead ion and manganese ion. On the other hand, based on excellent fluorescence extinction and coloring for mercury and iron ions It is confirmed that dual channel detection selectivity is exhibited.

도 6는 50 μM의 금속 이온과 5 mM의 NO3 -,SO4 2-,PO4 3-를 첨가했을 때 0.1 g L-1농도의 EB-PMO의 형광과 발색 반응을 나타낸 그림으로, 이를 참조하면 질산 이온, 황산 이온, 인산 이온과 같은 음이온과 완충용액에 대해서 EB-PMO가 상당히 탄탄했다.FIG. 6 shows fluorescence and color development of EB-PMO at a concentration of 0.1 g L -1 when 50 μM of metal ions and 5 mM of NO 3 - , SO 4 2- , and PO 4 3- were added. Referring to the anion and buffer solutions such as nitrate ion, sulfate ion and phosphate ion, the EB-PMO was remarkably firm.

도 7은 (a) 612nm 파장에서 수은 이온, (b) 615nm 파장에서 철 이온 존재 하에 0.1 g L-1농도의 EB-PMO 현탁액의 형광 소광을 나타낸 그래프로, 이를 참조하면 EB-PMO의 형광 소광과 발색 선택성이 다양한 경쟁 금속 이온에 대해 시험되었다. 구리 이온, 카드뮴 이온, 수은 이온, 납 이온과 같은 중금속 이온은 전자나 에너지 교환 과정을 통해 형광 소광하는 경향을 보인다. EB-PMO 안에 있는 EB 기는 자외선 존재 하에서 페닐기와 질소 원자 사이의 광유도 전자 전이(photoinduced electron transfer, PET) 작용 혹은 분자 내 양성자 이동 과정 때문에 두드러진 형광성을 보인다. EB-PMO의 현저한 형광 소광과 색 변화는 수은 이온과 철 이온이 PMO-Hg2+와 EB-PMO-Fe3+로 복합체를 형성하기 때문이다. 이것은 금속 이온과 EB 기의 질소 원자 사이의 상호 작용으로 인한 것이다. 그 결과 분자 내 양성자 이동이나 광유도 전자 전이 작용이 차단되고 형광 소광이 일어난다. 이 결과로 EB-PMO가 수은 이온과 철 이온을 검출하는데 효과적이라는 것을 알 수 있다.FIG. 7 is a graph showing fluorescence extinction of EB-PMO suspension having a concentration of 0.1 g L -1 in the presence of (a) mercury ion at 612 nm wavelength and (b) iron ion at a wavelength of 615 nm. Referring to FIG. 7, And colorimetric selectivity for various competitive metal ions. Heavy metal ions such as copper ions, cadmium ions, mercury ions, and lead ions tend to fluoresce through the electron or energy exchange process. The EB group in EB-PMO exhibits prominent fluorescence due to the photoinduced electron transfer (PET) action between the phenyl group and the nitrogen atom in the presence of ultraviolet light or the intramolecular proton transfer process. The remarkable fluorescence quenching and color change of EB-PMO is due to the formation of a complex of mercury and iron ions with PMO-Hg 2+ and EB-PMO-Fe 3+ . This is due to the interaction between the metal ion and the nitrogen atom of the EB group. As a result, intramolecular proton transfer or photoinduced electron transfer is blocked and fluorescence quenching occurs. As a result, it can be seen that EB-PMO is effective for detecting mercury and iron ions.

도 8은 실온의 다양한 pH 값에서 (A)-(a) 수은 이온 부재 시 및 A-(b) 수은 이온 존재 시, (B)-(a) 철 이온 부재 시 및 (B)-(b) 철 이온 존재 시의 EB-PMO의 형광 강도 (λex=550nm,[EB-PMO]=0.1gL-1,[Hg2+,Fe3+]=6.25x10-6M)에 대한 그래프이다. 상기 도7을 참조하면 중성 pH에서 EB-PMO의 방출 피크는 625nm에서 관찰되었고 염기성 상태 (pH < 5) 에서는 형광 발광 정도가 감소되었다. 그러나 산성일 때에는 완전한 형광 소광을 보였다. 이는 EB 부분의 브롬 음이온의 반대 이온과 산성 매체의 수소 이온의 경쟁으로 인한 것일 수 있다. EB-PMO는 넓은 범위의 pH 영역에서 (pH 1-14) 수은 이온에 대해서는 분홍색에서 엷은 초록색, 철 이온에 대해서는 분홍색에서 다홍색으로 구별 가능한 색 변화를 보였을 뿐만 아니라 강화된 형광 소광을 보였다. 이 현상은 수은 이온과 철 이온이 EB-PMO의 질소 원자와 강한 상호작용을 하기 때문이다. 따라서 EB-PMO-Hg2+와 EB-PMO-Fe3+는 광학적 색 변화와 함께 상당한 형광 소광을 보인다. 이 결과로EB-PMO가 수은 이온과 철 이온을 검출하는데 넓은 영역의 Ph 범위에서 효과적인 것을 알 수 있다.(B) - (a) in the absence of iron ions and (B) - (b) in the absence of mercury ions and in the presence of mercury ions at various pH values at room temperature, And the fluorescence intensity (? Ex = 550 nm, [EB-PMO] = 0.1 gL -1 , [Hg 2+ , Fe 3+ ] = 6.25 x 10 -6 M) of EB-PMO in the presence of iron ions. Referring to FIG. 7, the emission peak of EB-PMO was observed at 625 nm at a neutral pH and the degree of fluorescence emission was decreased at a basic state (pH <5). However, when it was acidic, it showed complete fluorescence quenching. This may be due to competition of the counter ion of the bromine anion of the EB moiety with the hydrogen ion of the acidic medium. EB-PMO not only showed a color change from pink to pale green for mercury ions and pink to reddish for iron ions in a wide range of pH ranges (pH 1-14), but also showed enhanced fluorescence quenching. This phenomenon is due to the strong interaction of mercury and iron ions with the nitrogen atoms of EB-PMO. Therefore, EB-PMO-Hg 2+ and EB-PMO-Fe 3+ exhibit considerable fluorescence quenching with optical color change. As a result, it can be seen that EB-PMO is effective for detection of mercury and iron ions in a wide range of pH.

도 9은 MCF-7 세포에서 공초점 형광 이미지를 나타내는 그림으로, 은 이온과 철 이온의 부재와 존재 시를 관찰하는 (a) 수은 이온 부재 시, (b) 수은 이온 존재 시, (c) 철 이온 부재 시, (d) 철 이온 존재 시에 대한 형광 이미지를 나타내는 것이다. 상기 도8을 참조하면 EB-PMO와 함께 배양된 MCF-7 세포는 강한 붉은 형광을 보인다. 그러나 수은 이온과 철 이온이 존재할 때 형광 강도가 즉시 감소하거나 형광이 나타나지 않았다. FIG. 9 is a photograph showing a confocal fluorescence image in MCF-7 cells, showing (a) absence of mercury ions, (b) presence of mercury ions, (D) fluorescence images in the presence of iron ions. Referring to FIG. 8, MCF-7 cells cultured with EB-PMO exhibit strong red fluorescence. However, when mercury and iron ions were present, the fluorescence intensity immediately decreased or no fluorescence appeared.

도 10는 MCF-7 세포의 세포 생존율을 관찰하면 (a) EB-PMO, Hg2+,EB-PMO-Hg2+로 세포 처리를 한 경우, (b) EB-PMO, Fe3+,EB-PMO-Fe3+로 세포 처리를 한 경우를 MMT 법으로 세포 생존율 테스트를 한 결과 그래프이다. 이를 참조하면 아무런 처리를 하지 않은 세포를 생존율 100%라고 보았다. 금속이 없는 EB-PMO는 무시해도 좋을 만큼의 적은 세포 독성을 보였다. 따라서 본 발명은 형광 화학 센서로 생체에 적합하고 생물학적 시스템에서 수은 이온과 철 이온의 검출에 적합하다는 것을 알 수 있다.
10 when observing the cell viability of MCF-7 cells (a) EB-PMO, Hg 2+, the case where the cells treated with EB-PMO-Hg 2+, ( b) EB-PMO, Fe 3+, EB -PMO-Fe &lt; 3 + &gt; was subjected to cell viability test by MMT method. As a result, the survival rate was 100%. Metal-free EB-PMO showed negligible cytotoxicity. Therefore, the present invention is a fluorescence chemical sensor suitable for a living body and is suitable for detection of mercury and iron ions in a biological system.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제는 금속 양이온에 대한 형광 소광과 발색을 바탕으로 하여 특히 수은 이온 및 철 이온에 대해 우수한 이중채널 검출 선택성을 나타낸다.
As described above, the organosilica-based adsorbent for removing metal cations according to the present invention exhibits excellent dual channel detection selectivity particularly for mercury and iron ions based on fluorescence extinction and color development for metal cations.

이상에서 본 발명을 실시예를 중심으로 설명하였으나, 해당 분야의 통상의 기술자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이며, 본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정하여 해석될 수 없고, 이하에서 기재하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it should be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. The scope of which is defined in the claims.

Claims (8)

금속 양이온과 선택적으로 결합하는 형광성 브롬 화합물이 유기 실리카 지지체와 공유결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제로서,
상기 형광성 브롬 화합물은 브롬화 에티듐 또는 브롬화 매티듐이고,
상기 금속 양이온은 수은 이온 및 철 이온인 것을 특징으로 하며,
상기 흡착제는, 형광성 브롬 화합물을 유기용매에 용해시켜 용액을 제조하는 제1단계; 상기 용액에 알콕시 실란을 가하여 반응시킴으로써 형광성 브롬 화합물이 결합된 알콕시실란 전구체를 제조하는 제2단계; 및 상기 전구체에 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS) 용액을 혼합하여 반응시킴으로써 형광성 브롬 화합물이 공유결합된 유기실리카를 제조하는 제3단계;를 포함하여 제조되며,
수은 이온 및 철 이온에 대한 이중 이온 선택성을 가지고, 흡착에 의해 이중 색전이를 나타내는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제.
An adsorbent for removing metal cation based on organosilica, characterized in that a fluorescent bromine compound which selectively binds metal cations is formed by covalent bonding with an organic silica support,
Wherein the fluorescent bromine compound is ethidium bromide or magnesium bromide,
Wherein the metal cation is a mercury ion and an iron ion,
The adsorbent includes a first step of dissolving a fluorescent bromine compound in an organic solvent to prepare a solution; A second step of preparing an alkoxysilane precursor having a fluorescent bromine compound bonded thereto by reacting the solution with alkoxysilane; And a third step of preparing an organic silica to which a fluorescent bromine compound is covalently bonded by mixing and reacting the precursor with a tetraethylorthosilicate (TEOS) solution,
Wherein the adsorbent has dual ion selectivity for mercury and iron ions and exhibits double embolization due to adsorption.
제 1 항에 있어서,
상기 실리카 지지체는 실리카 메조포러스, 실리카 입자, 실리카 나노튜브 및 실리카 나노로드 및 주기적 중간세공 유기실리카(periodic mesoporous organosilicas, PMOs) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제.
The method according to claim 1,
Wherein the silica support is any one of silica mesoporous, silica particles, silica nanotubes, and silica nanorods and periodic mesoporous organosilicones (PMOs).
형광성 브롬 화합물을 유기용매에 용해시켜 용액을 제조하는 제1단계;
상기 용액에 알콕시 실란을 가하여 반응시킴으로써 형광성 브롬 화합물이 결합된 알콕시 실란 전구체를 제조하는 제2단계; 및
상기 전구체에 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS) 용액을 혼합하여 반응시킴으로써 형광성 브롬화합물이 공유결합된 유기실리카를 제조하는 제3단계를 포함하여 이루어지고,
상기 형광성 브롬 화합물은 금속 양이온과 선택적으로 결합하며, 브롬화 에티듐 또는 브롬화 매티듐이고,
상기 금속 양이온은 수은 이온 및 철 이온인 것을 특징으로 하며,
수은 이온 및 철 이온에 대한 이중 이온 선택성을 가지고, 흡착에 의해 이중 이온 색전이를 나타내는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제의 제조방법.
A first step of preparing a solution by dissolving a fluorescent bromine compound in an organic solvent;
A second step of preparing an alkoxysilane precursor having a fluorescent bromine compound bonded thereto by reacting the solution with alkoxysilane; And
And a third step of mixing the precursor with a solution of tetraethylorthosilicate (TEOS) and reacting to prepare an organosilica in which a fluorescent bromine compound is covalently bonded,
The fluorescent bromine compound is selectively bonded to a metal cation, and is etidium bromide or mathmidium bromide,
Wherein the metal cation is a mercury ion and an iron ion,
Wherein the adsorbent has a dual ion selectivity for mercury and iron ions and exhibits a double ion embolization by adsorption.
제 3 항에 있어서,
상기 제3단계는,
(1) 계면활성제 수용액과 암모니아 수용액을 혼합교반하여 계면활성제 혼합액을 제조하는 단계;
(2) 상기 계면활성제 혼합액에, 상기 전구체와 TEOS 용액을 첨가교반하여 현탁시키는 단계; 및
(3) 상기 현탁액을 정제 및 세척하고, 산성화된 알코올을 첨가하여 반응시킴으로써 상기 현탁액 내의 계면활성제를 추출하여 형광성 브롬화합물이 공유결합된 유기실리카를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제의 제조방법.
The method of claim 3,
In the third step,
(1) mixing an aqueous surfactant solution and an aqueous ammonia solution with stirring to prepare a surfactant mixture;
(2) adding and stirring the precursor and the TEOS solution to the surfactant mixture; And
(3) purifying and washing the suspension, and adding an acidified alcohol and reacting to extract a surfactant in the suspension to prepare an organic silica having a fluorescent bromine compound covalently bonded thereto. A process for the preparation of adsorbents for silica based metal cation removal.
제 3 항에 있어서,
상기 알콕시 실란은 메틸트리메톡시 실란, 테트라메톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 프로필트리에톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란, 헥사데실트리에톡시 실란 및 옥타데실트리에톡시 실란, 3-클로로프로필트리에톡시 실란 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기실리카 기반의 금속 양이온 제거용 흡착제의 제조방법.
The method of claim 3,
The alkoxysilane may be at least one selected from the group consisting of methyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, propyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane, hexadecyltriethoxysilane and octadecyltriethoxysilane, 3-chloropropyl Triethoxysilane, and triethoxysilane. 2. The method of claim 1, wherein the organosilica-based adsorbent is selected from the group consisting of triethoxysilane and triethoxysilane.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 흡착제를 포함하고, 상기 흡착제는 수은 이온 및 철 이온을 흡착하여 이중 색전이를 나타내는 것을 특징으로 하는 금속 양이온 이중 검출 광학센서.A metal cation double detection optical sensor according to claim 1 or 2, wherein the adsorbent adsorbs mercury ions and iron ions to exhibit double embolization. 제 6 항에 있어서,
상기 센서는 바이오센서인 것을 특징으로 하는 금속 양이온 이중 검출 광학센서.
The method according to claim 6,
Wherein the sensor is a biosensor.
제 6 항에 따른 광학센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 양이온 이중 검출 장치.A metal cation double detection device comprising the optical sensor according to claim 6.
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