KR101805647B1 - 스트론튬 검출 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트론튬 검출 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 크리소이딘 G(4-페닐아조-m-페닐렌디아민 모노하이드로클로라이드, 4-Phenylazo-m-phenylenediamine monohydrochloride)를 0.02 중량% 내지 2 중량%를 포함하는 크리소이딘 G 수용액이 건조된 검출 영역을 구비하는 지지체를 포함하는 스트론튬 검출 소자, 이러한 검출 소자를 이용한 스트론튬 검출 방법 및 크리소이딘 G(4-페닐아조-m-페닐렌디아민 모노하이드로클로라이드, 4-Phenylazo-m-phenylenediamine monohydrochloride)를 0.02 중량% 내지 2 중량%를 포함하는 크리소이딘 G 수용액을 지지체에 도포하는 단계를 포함하는 스트론튬 검출 소자의 제조방법에 관한 것이다.

Description

스트론튬 검출 소자 및 이의 제조 방법{STRONTIUM DETECTOR AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 스트론튬 검출 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 스트론튬에 대한 높은 선택성 및 민감성을 갖는 화학적 비색 구현 스트론튬 검출 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

중금속(heavy metal)은 우리 사회에서 심각한 환경오염을 초래할 수 있는 위험 물질로 취급되고 있으며, 생분해성이 없고, 유독하며, 암 유발 인자로 널리 알려져 있다. 이에 대해 우리가 실감할 수 있는 직접적인 영향으로 중추신경 전반에 걸쳐 심각한 건강 악화 및 질병을 유발한다. 그 중 방사성 스트론튬(strontium)은 방사성 핵융합 발전을 통한 부산물(by-product)로써, 546 Kev의 최대 에너지를 갖는 베타 입자(beta particle)로 분류된다. 이는 27.7년의 긴 반감기(half-life)를 가지며 지속적인 생명체에 대한 스트론튬의 노출은 생태계 전반에 걸쳐 방사성 핵종 오염을 야기 시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 중금속 검출 방법은 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS), 중성자 유도 방사화학 분석법(NAA), 열이온 질량 분석법(TIMS), 그리고 다중검출 유도결합 플라즈마 질량 분석법(MC-ICP-MS) 등이 사용되고 있다.

특히, 인간에게는 뼈와 치아에 축적되어 골수암과 백혈병을 야기 시키는 위험 요소 유발 인자이며, 이를 방지하기 위해서는 실시간 현장 검출을 지속적으로 수행해야 한다. 이를 위해서는 스트론튬에 대한 검출 소자(센서)의 선택성이 필수적이며, 부수적으로 최종 사용자를 위한 편의성 및 경제성, 그리고 쉽게 사용할 수 있는 대중성이 주요 충족 조건으로 고려되어야 한다.

예를 들어, 실시간 현장 현시 검사 및 특정 물질의 검출을 위한 종이 기반 검출 소자(paper-based detecting device)는 최종 사용자(end user)를 위한 분석 기구로써, 이의 가능성에 대한 관심이 집중되고 있는 추세이다. 또한, 이러한 종이 기반 검출 소자는 이를 구성하고 있는 재료의 특성에 지배적이기 때문에 환경 친화적이고 저비용 분석이 가능하며, 기존의 분석 장비에서 갖출 수 없는 휴대성(portability)이 용이하다는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점을 바탕으로 환경 오염 및 인간 복지 측면에서 실시간 중금속 오염 진단 및 검출 분야로 연구 및 적용분야의 확장이 두드러지고 있으며, 궁극적으로 선택적인 중금속 감지 맞춤 제작 분석 진단 기구로의 발전을 추구하고 있다.

한편, 미국 특허출원공개 제2010-0004640호는 레이저를 이용한 암 치료 기술을 개시하면서 크리소이딘 Y를 이용하여 암 세포를 채색한 후 레이저 에너지에 노출시켜 암세포 또는 종양을 파기시키는 방법을 제공하고 있다.

스트론튬 검출을 위한 기존의 분석 방법은 고가의 분석 기기 및 분석 비용, 복잡하고 해로운 시료 전처리 공정, 그리고 숙련된 전문가를 필요로 하는 한계점을 지니고 있으므로, 현장 진단 또는 실시간 검출을 수행하기 위한 쉽고, 간단하며, 저가의 분석을 바탕으로 높은 선택성(selectivity)과 민감성(sensitivity), 그리고 빠른 반응성(fast response)을 겸비한 센서 소자가 개발되는 경우에는 관련 분야에서 널리 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

이에 본 발명의 한 측면은 높은 선택성 및 민감성을 갖는 스트론튬 검출 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은, 높은 선택성 및 민감성을 가지며 적용이 용이한 스트론튬 검출 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 선택성 및 민감성을 갖는 스트론튬 검출 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면, 크리소이딘 G(4-페닐아조-m-페닐렌디아민 모노하이드로클로라이드, 4-Phenylazo-m-phenylenediamine monohydrochloride)를 0.02 중량% 내지 2 중량%를 포함하는 크리소이딘 G 수용액이 건조된 검출 영역을 구비하는 지지체를 포함하는, 스트론튬 검출 소자가 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 스트론튬 검출 소자의 검출 영역에 스트론튬 오염 여부의 확인이 요구되는 시료를 접촉하는 단계를 포함하는 스트론튬 검출 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 크리소이딘 G(4-페닐아조-m-페닐렌디아민 모노하이드로클로라이드, 4-Phenylazo-m-phenylenediamine monohydrochloride)를 0.02 중량% 내지 2 중량%를 포함하는 크리소이딘 G 수용액을 지지체에 도포하는 단계를 포함하는 스트론튬 검출 소자의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 실생활에서도 쉽게 사용 및 휴대가 가능하고, 검출 방법 또한 간단한 스트론튬 검출 소자 및 스트론튬 검출 방법이 제공되며, 따라서 실시간 현장 진단 및 검출 분야에 크게 기여할 수 있다. 특히 본 발명의 스트론튬 검출 소자 및 이를 이용한 스트론튬 검출 방법은 화학적 비색 구현에 기반한 것으로 종이 지지체 등을 이용하여 제조가 가능하고, 따라서 실제 생활에서의 직접 반영이 용이하고, 특히 중금속 검출 센서 소자 산업에 있어서의 부가가치 창출을 기대할 수 있다.

도 1은 셀룰로오즈 기판(cellulose substrate) 기반 포토 리소그래피(photo-lithography) 공정을 이용하여 본 발명의 검출 소자를 제조하는 예시적인 공정을 도시한 것이다.
도 2(a)는 스트론튬 5 ppm의 농도를 갖는 인공 시료(artificial sample)를 제작한 후 본 발명의 검출 소자를 이용하여 측정하는 과정에서 노랑에서 오렌지 색으로의 비색 발현을 확인한 것이며, 도 2(b)는 본 발명의 검출 소자를 이용하여 스트론튬을 검출하기 전과 후의 사진을 비교하여 나타낸 것이다.
도 3은 다양한 중금속을 사용하여 크리소이딘 G의 스트론튬에 대한 선택성을 확인한 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 크리소이딘 G 수용액인 비색 구현 염료의 스트론튬 농도에 따른 색 변화 관찰 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 UV-Vis 스펙트라 분석 결과 검출의 대상인 스트론튬 농도 증가는 흡광도의 증가를 유발시킨다는 것을 확인할 수 있는 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 크리소이딘 G 수용액이 도포된 셀룰로오즈 기판을 사용하여 다양한 농도의 스트론튬 용액을 검출하였을 때 색 변화 반응물을 핸드폰 카메라를 통해 이미지를 획득한 것이다.
도 7은 이에 대한 비색 발현을 나타낸 것으로, RGB 프로파일 분석을 통해 수치화 하여, 정확한 정량 분석을 수행할 수 있는 것을 확인할 것이다.
도 8은 pH 범위에 따른 크리소이딘 G 및 스트론튬 콤플렉스의 흡광도 차이를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 의하면, 0.1 ppm 내지 500 ppm 범위의 스트론튬의 존재를 검출하고 정량할 수 있는 스트론튬 검출 소자가 제공된다. 특히, 본 발명의 스트론튬 검출 소자를 이용하는 경우 0.2 ppm 농도 이상의 스트론튬 존재는 육안으로도 확인이 가능하다. 나아가, 본 발명의 스트론튬 검출 소자는 약 5 초 이내의 검출 시간 내에 충분한 정확도 및 감도로 스트론튬의 존재 여부 확인 및 정량을 수행할 수 있도록 한다.

보다 상세하게, 본 발명의 스트론튬 검출 소자는 크리소이딘 G(4-페닐아조-m-페닐렌디아민 모노하이드로클로라이드, 4-Phenylazo-m-phenylenediamine monohydrochloride)를 0.02 중량% 내지 2 중량%를 포함하는 크리소이딘 G 수용액이 건조된 검출 영역을 구비하는 지지체를 포함하는 것이다.

이때, 상기 크리소이딘 G 수용액은 크리소이딘 G의 농도가 0.02 중량% 내지 2 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01 중량% 내지 0.5 중량%인 것이며, 더욱 바람직하게는 0.02 중량% 내지 0.2 중량%인 것이다.

상기 크리소이딘 G 수용액 내 크리소이딘 G가 0.02 중량% 미만 혹은 2 중량%를 초과하는 경우에는 건조 후 검출 영역의 비색 변화 대조에 의한 식별 불가능 문제가 있다. 크리소이딘 G 수용액은 크리소이딘 G가 0.02 중량% 내지 2 중량%인 경우에 건조 후 본 발명에서 의도하는 바와 같이 색이 노란색으로 구현되고, 스트론튬과 반응 시 오렌지 색으로 변색된다.

즉, 본 발명에 있어서 상기 검출 영역은 스트론튬 접촉 전 RBG 수치가 R: 248, B: 175 및 G: 230에서 스트론튬 접촉 후 R 수치는 변화가 없고, BG 수치는 각각 B: 125 및 G: 168까지 변화한다.

이때, 상기 지지체는 크리소이딘 G 수용액을 흡수할 수 있는 친수성 지지체인 것이 바람직하고, 특히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 상기 친수성 지지체는 셀룰로오스, 종이, 면, 마, 모, 및 합성섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 제조된 것일 수 있으며, 바람직하게는 셀룰로오스 지지체인 것이다. 상기 합성 섬유는 예를 들어 폴리에스테르일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 상기 지지체의 형태는 바람직하게는 부직포인 것이다.

상기 지지체는 두께가 특히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 250 내지 500 μm 일 수 있고, 바람직하게는 300 내지 400 μm인 것이다. 지지체의 두께가 250 μm 미만인 경우에는 내구성이 취약하고 크리소이딘 G 수용액을 충분하게 흡수할 수 없으므로 지지체 역할 수행에 부적합할 수 있으며, 지지체의 두께가 500 μm을 초과하는 경우에는 지지체 재료가 다량 소모되므로 비용 경제 상 바람직하지 않다.

상기 지지체는 다공성인 것이 바람직하고, 이때 지지체에 포함된 기공의 크기는 특히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 5 내지 50 μm 일 수 있고, 바람직하게는 20 내지 30 μm인 것이다. 지지체의 기공의 크기가 5 μm 미만인 경우에는 시료 및 크리소이딘 G 수용액을 충분하게 흡수할 수 없으므로 지지체 역할 수행에 부적합 할 수 있으며, 지지체의 기공이 50 μm을 초과하는 경우에는 내구성이 강해져 다양한 환경에서의 유연성(flexibility)에 대한 제약이 발생되며, 지지체 재료가 다량 소모되므로 비용 경제 상 바람직하지 않다.

한편, 상기 지지체는 상기 검출 영역을 제외한 비검출 영역 부분에 소수성 가교 고분자 수지 코팅층을 추가로 포함할 수 있다. 이와 같이 검출 영역을 제외한 비검출 영역 부분에 소수성 가교 고분자 수지 코팅층을 추가로 포함하는 경우에는 소수성(hydrophobic) 성질을 갖는 지지체의 비검출 영역의 낮은 습윤성(wettability) 때문에 친수성(hydrophilic) 성질을 보이는 검출부로 시료의 집중을 유도함으로써 감도를 증대시킬 수 있다.

이때, 상기 가교 고분자 수지 코팅층은 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 및 실리콘 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 가교 고분자 수지를 사용할 수 있으며, 검출부를 특정한 모양, 글씨 등으로 구성하는 경우 상기 소수성 가교 고분자 수지는 바람직하게는 포토 레지스트일 수 있다.

상기 포토 레지스트는 예를 들어 아크릴계열 고분자인 트리메티롤프로판 트리아크릴레이트, 싸이클릭 올레핀(cyclic olefin) 및 말레익 언하이드라이드(maleic anhydride) 계열로부터 선택된 적어도 하나일 수 있으며, 예를 들어 SU-8 포토레지스트 등을 사용할 수 있다. 포토 레지스트를 이용한 포토리소그래피(photolithography)는 반도체 공정 등에서 텍스트 패터닝(patterning) 시 적용되는 기술로 본 발명에서도 이를 이용하여 다양한 형태의 검출부를 용이하게 구현할 수 있다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 스트론튬 검출 소자의 검출 영역에 스트론튬 오염 여부의 확인이 요구되는 시료를 접촉하는 단계를 포함하는 스트론튬 검출 방법이 제공된다.

이때, 상기 시료는 스트론튬을 0.1 ppm 내지 500 ppm의 농도로 포함하는 것이 바람직하며, 특히 스트론튬을 0.2 ppm 내지 500 ppm의 농도로 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 스트론튬이 0.2 ppm 이상인 경우에는 본 발명의 검출부의 비색 변화를 육안으로도 용이하게 확인할 수 있다.

한편, 본 발명의 스트론튬 검출 방법은 시료의 pH가 pH 6 내지 8인 것에 대해 수행하는 것이 바람직하며, 시료의 pH가 pH 6 미만 및 pH 8 초과인 경우에는 크리소이딘 G와 크리소이딘 G 및 스트론튬 콤플렉스의 흡광도 및 이를 통한 비색구현 차이가 저감될 수 있다.

이때, 상기 스트론튬 농도와 흡광도는 하기 식(1)의 선형 상관 관계에 있는 것으로, 하기 식(1)을 통해 흡광도 수치를 적용하여 스트론튬의 농도를 도출할 수 있다.

A(흡광도)=εLc (흡광 계수 X 빛의 시료 통과 거리 X 시료의 몰 농도)...식(1)

나아가, 본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 크리소이딘 G(4-페닐아조-m-페닐렌디아민 모노하이드로클로라이드, 4-Phenylazo-m-phenylenediamine monohydrochloride)를 0.02 중량% 내지 2 중량%를 포함하는 크리소이딘 G 수용액을 지지체에 도포하는 단계를 포함하는 스트론튬 검출 소자의 제조방법이 제공된다.

나아가, 지지체에 도포된 크리소이딘 G 수용액을 0 ℃ 초과 50 ℃ 이하의 온도에서 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 이때 상기 온도가 0 ℃ 이하인 경우에는 크리소이딘 G 수용액이 얼기 시작하는 문제가 있고, 50 ℃를 초과하는 온도의 경우에는 '커피링 효과'에 의한 크리소이딘 G의 불규칙 도포가 발생하는 문제가 있다.

이때 건조 방식은 특히 제한되는 것은 아니며, 자연 건조, 열풍 건조 등에 의해 수행될 수 있다.

한편, 본 발명의 스트론튬 검출 소자는 스트론튬 검출 영역을 제외한 비검출 영역 부분에 소수성 가교 고분자 수지 코팅층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 이와 같은 경우 친수성(hydrophilic) 성질을 보이는 검출부로 시료의 집중을 유도함으로써 감도를 증대시킬 수 있다.

비검출 영역 부분에 소수성 가교 고분자 수지 코팅층을 형성하는 단계를 수행하는 방식은 특히 제한되는 것은 아니며, 스핀 코팅, 열산화(thermal oxidation), 화학증착(chemical vapor deposition), 스퍼터링(sputtering), 진공증착(vacuum evaporation) 등의 방법이 적용될 수 있다.

예를 들어, 상기 소수성 가교 고분자 수지 코팅층을 형성하는 단계는 포토레지스트(Photoresist)를 이용한 식각(Lithography) 공정에 의해 수행될 수 있다.

보다 상세하게 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 셀룰로오즈 등으로 이루어진 친수성 성질을 갖는 지지체에 소수성 성질을 부여하기 위하여 기판 위로 포토레지스트(감광제, photo resist)를 도포한 후, 스핀 코팅 등이 의해 평탄하게 코팅한 뒤 핫 플레이트 등에 의해 건조한 후 패터닝된 포토 마스크 상으로 자외선을 조사하고 현상함으로써 자외선에 의해 가교(polymerization)가 이루어지지 않은 글자의 패턴만 선택적으로 현상(develop)하는 알칼리 용액을 이용하여 패터닝을 수행할 수 있다. 그 후 상기 크리소이딘 G(CG)가 0.02 중량% 내지 2 중량%의 농도로 포함된 크리소이딘 G 수용액을 친수성 성질의 글자 패턴에 도포함으로써 종이 기반 검출 소자를 제조할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

1. 스트론튬 검출 소자 제조

(1) 크리소이딘 G(CG) 수용액의 제조

스트론튬 검출 용액의 제조를 위해 1 mL 탈이온수를 이용하여 크리소이딘 G(CG)가 0.02 wt%의 농도로 포함된 수용액을 제조하였다.

(2) 종이 기반 검출 소자의 제조

종이 기반의 스트론튬 검출 소자를 제조하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 셀룰로오즈 기판(cellulose substrate) 기반 포토 리소그래피(photo-lithography) 공정을 수행하였다.

보다 상세하게, 도 1을 참고하여 제조 공정을 살펴보면, 먼저 친수성 성질을 갖는 셀룰로오즈 기판에 소수성 성질을 부여하기 위하여 기판 위로 SU-8(SU-8 2025, 1 ml) 감광제(photo resist)를 도포한 후, 스핀코팅(1000 rpm, 10 sec)하여 평탄화 작업을 수행하였다. 상온에서 셀룰로오즈 섬유 네트워크 사이로 SU-8이 흡수되어 채워질 수 있는 안정화 시간을 10 분 부여한 뒤 핫 플레이트(hot plate)에서 예비-베이킹(pre-baking) 공정을 수행하였다(90 ℃, 10 min).

그 후, SU-8 감광제가 흡수되어 있는 셀룰로오즈 기판 위로 유리 마스크를 정렬시키고, 자외선을 조사(λ=365 nm, 1 min)한 뒤 현상(develop) 공정을 수행함으로써 자외선에 의해 가교(polymerization)가 이루어지지 않은 글자의 패턴만 선택적으로 현상(develop) 알칼리 용액에 제거되어 셀룰로오즈 표면이 노출되도록 하였다.

그 후 상기 (1)에서 제조된 비색 구현 크리소이딘 G(CG) 수용액 염료를 친수성 성질의 글자 패턴에 도포함으로써 종이 기반 검출 소자의 제조를 완료하였다. 이때, 염료 수용액은 소수성 성질의 SU-8 벽을 통과하지 못하므로 글자 패턴 밖으로 염료의 확산이 이루어지지 않으며, 건조된 종이기반 검출 소자는 약 2 개월 이상의 시간이 지나도 안정하게 유지/보관되는 것을 확인할 수 있었다.

2. 본 발명의 검출 소자를 이용한 실제 샘플 측정 실험

상기 1.에서 제조된 본 발명의 검출 소자의 실제 검출 소자로서의 활용가능성을 확인하기 위해 한국원자력연구원(정읍, 첨단방사선연구소) 주변의 하천 및 저수지에 대한 수질 검사를 수행하였다.

실제 시료(real sample)의 수질 검사 결과 비색 발현은 이루어지지 않았으며 이를 통해 스트론튬에 의한 오염이 이루어지지 않았음을 쉽게 확인할 수 있었다.

반면, 도 2(a)와 같이 스트론튬 5 ppm의 농도를 갖는 인공 시료(artificial sample)를 제작 후 상기 1.에서 제조된 본 발명의 검출 소자를 이용하여 측정한 결과 노랑색에서 오렌지색으로의 비색 발현이 확인되었으며, 검출 시간은 5 초 이내가 소요되었다.

이러한 실험 결과 본 발명의 검출 소자의 활용 가능성을 증명하였고, 실제 시료 분석이 간단한 색 발현으로 이루어지므로 고가의 분석기기 사용 없이 분석 가능한 편의성(portability)을 증대시킬 수 있다. 도 2(b)는 본 발명의 검출 소자를 이용하여 스트론튬을 검출하기 전과 후의 사진을 나타낸 것이다.

3. 스트론튬에 대한 선택적 확인 실험

본 발명에서 사용하는 비색 구현 염료인 스트론튬에 대한 선택성(selectivity)을 확인하기 위해 도 3과 같이 다양한 중금속을 사용하여 확인하였다.

비교 실험을 위해 사용한 중금속은 3가, 2가 양이온 중금속으로서, 비소, 수은, 카드뮴, 아연, 그리고 구리를 사용하였으며, 각각 0.2 ppm의 농도를 갖는 수용액을 제조하여 실험을 수행하였다.

확인 결과 도 3에 나타난 바와 같이 스트론튬에서만 선택적으로 색변화가 관측되었으며, 이는 곧 종이 기반 검출 소자에 대한 응용 가능성을 의미하는 결과이다.

4. 스트론튬에 대한 검출 민감도 측정 실험

검출 소자로 활용되기 위해서는 민감도 측정이 필수적으로 선행되어야 한다. 그러므로 다양한 농도를 갖는 스트론튬 수용액을 제조하여 본 발명에 사용된 크리소이딘 G(Chrysoidine G, 4-Phenylazo-m-phenylenediamine monohydrochloride)의 스트론튬에 대한 민감성 테스트를 수행하였다.

그 결과, 도 4에 나타난 바와 같이 본 발명의 비색 구현 염료는 0.2 ppm(200 ppb) 농도에서 색 변화를 관측할 수 있었으며, 도 5에 나타난 바와 같은 UV-Vis 스펙트라 분석 결과 검출의 대상인 스트론튬 농도 증가는 흡광도(absorbance)의 증가를 유발시킨다는 것을 알 수 있었다.

도 5에서 크리소이딘 G의 흡광도는 440 nm이며, 크리소이딘 G와 스트론튬 콤플렉스의 흡광도는 460 nm이다,

도 5와 같은 스트론튬 농도 의존성 흡광도의 선형적 증가(R² = 0.97)는 0.1 ppm(100 ppb) 농도에서 포화상태(saturation)에 도달하며 이보다 높은 농도인 0.2 ppm(200 ppb)에서는 눈으로 식별 가능한 비색구현이 나타남을 확인할 수 있었다.

5. 검출 결과물의 정량 분석

비색발현 결과물은 우리 주변의 이미지 저장 매개채로 사용되는 핸드폰 카메라를 통해 쉽고, 간편하게 전기적 신호로 변환 가능하며 시중에 유통되어 있는 ImageJ 소프트웨어를 사용하여 스트론튬 반응 전/후 비교를 통해 RGB 인자의 변화를 모니터링 함으로써 검출여부가 확인가능하고, 수치화시켜 정량 분석이 가능하다.

도 6은 본 발명의 크리소이딘 G 수용액이 도포된 셀룰로오즈 기판을 사용하여 다양한 농도의 스트론튬 용액을 검출하였을 때 색 변화 반응물을 핸드폰 카메라를 통해 이미지를 획득한 것이다.

도 7은 이에 대한 비색 발현을 나타낸 것으로, RGB 프로파일 분석을 통해 수치화하여, 정확한 정량 분석을 수행할 수 있다.

6. pH 영향 확인 실험

본 실험은 0.2 중량%의 크리소이딘-G 수용액을 제조 후 pH 2 내재 14의 수용액 시료에서 0.5 ppm 스트론튬 검출에 대한 흡광도를 측정하였다.

측정 결과, 도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이 pH 6 내지 8의 범위에서 크리소이딘 G 및 스트론튬 콤플렉스에 대한 460 nm에서의 흡광도 차이가 명확한 것을 확인할 수 있었다. 즉, pH 6 내지 8의 범위에서 흡광도 수치는 1.5 이상을 나타내었으며 이는 곧 비색 변화를 식별할 수 있는 수치(> 1.5)에 포함되는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (15)

1. 크리소이딘 G(4-페닐아조-m-페닐렌디아민 모노하이드로클로라이드, 4-Phenylazo-m-phenylenediamine monohydrochloride)를 0.02 중량% 내지 2 중량%를 포함하는 크리소이딘 G 수용액이 건조된, 스트론튬을 검출하는 검출 영역을 구비하는 지지체를 포함하는, 스트론튬 검출 소자.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 검출 영역은 스트론튬 접촉 전 RBG 수치가 R: 248, B:175 및 G:230이고, 스트론튬 접촉 후 R 수치는 변화가 없고, BG 수치는 각각 B:125 및 G:168까지 변화하는, 스트론튬 검출 소자.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 지지체는 크리소이딘 G 수용액을 흡수할 수 있는 친수성 지지체인, 스트론튬 검출 소자.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 친수성 지지체는 셀룰로오스, 종이, 면, 마, 모, 및 친수성합성 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 제조된, 스트론튬 검출 소자.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 지지체는 두께가 250 μm 내지 500 μm인, 스트론튬 검출 소자.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 지지체는 상기 검출 영역을 제외한 비검출 영역 부분에 소수성 가교 고분자 수지 코팅층을 추가로 포함하는, 스트론튬 검출 소자.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 소수성 가교 고분자 수지는 포토 레지스트인, 스트론튬 검출 소자.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 스트론튬 검출 소자의 검출 영역에 스트론튬 오염 여부의 확인이 요구되는 시료를 접촉하는 단계를 포함하는, 스트론튬 검출 방법.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 시료는 스트론튬을 0.1 ppm 내지 500 ppm의 농도로 포함하는, 스트론튬 검출 방법.
   
10. 제8항에 있어서, 상기 시료의 pH는 pH 6 내지 8인, 스트론튬 검출 방법.
    
11. 제8항에 있어서, 스트론튬 농도와 흡광도는 하기 식(1)의 선형 상관 관계에 있는, 스트론튬 검출 방법.
    
    A(흡광도)=εLc (흡광계수 X 빛의 시료통과 거리 X 시료의 몰농도)...식(1)
    
12. 크리소이딘 G(4-페닐아조-m-페닐렌디아민 모노하이드로클로라이드, 4-Phenylazo-m-phenylenediamine monohydrochloride) 0.02 중량% 내지 2 중량%를 포함하는 크리소이딘 G 수용액을 지지체에 도포하여 스트론튬을 검출하는 검출 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 스트론튬 검출 자의 제조방법.
    
13. 제12항에 있어서, 지지체에 도포된 크리소이딘 G 수용액을 0 ℃ 초과 50 ℃ 이하의 온도에서 건조하는 단계를 추가로 포함하는, 스트론튬 검출 자의 제조방법.
    
14. 제12항에 있어서, 스트론튬 검출 영역을 제외한 비검출 영역 부분에 소수성 가교 고분자 수지 코팅층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 스트론튬 검출 자의 제조방법.
    
15. 제14항에 있어서, 상기 소수성 가교 고분자 수지 코팅층을 형성하는 단계는 포토레지스트(Photoresist)를 이용한 식각(Lithography) 공정에 의해 수행되는, 스트론튬 검출 자의 제조방법.
    

Images