KR101823114B1 - 과산화수소 검출 센서 및 이를 이용한 과산화수소 검출 방법 - Google Patents

과산화수소 검출 센서 및 이를 이용한 과산화수소 검출 방법 Download PDF

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남윤식
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Abstract

하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 과산화수소 검출 센서가 제공된다. 해당 과산화수소 검출 센서는 검출 한계가 매우 낮아 의약품, 화학물질 취급 산업현장, 환경오염 시료, 법과학 시료, 음용수 등과 같은 다양한 분야에서 널리 사용될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017010343766-pat00008

Description

과산화수소 검출 센서 및 이를 이용한 과산화수소 검출 방법{SENSORS FOR DETECTING HYDROGEN PEROXIDE, AND METHOD OF DETECTING HYDROGEN PEROXIDE USING THE SAME}
본 발명은 새로운 과산화수소 검출 센서 및 이를 이용한 과산화수소 검출 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 새로운 화합물을 이용한 과산화수소 검출 센서 및 이를 이용한 과산화수소 검출 방법에 관한 것이다.
과산화수소는 농도에 따라 섭취 시 위장 자극에 심각한 증상을 일으키고, 증기 또는 연무로 흡입하면 중증의 기도 자극이나 폐의 섬유화 현상이 발생할 수 있으며, 저 농도의 액체를 피부 자극하면 자통이나 피부 백화가 일어 날수 있다. 뿐만 아니라 고농도에서는 중증 화상을 일으키며 각막과 결막 궤양에 의한 실명을 할 수도 있다. 이러한 과산화수소의 영향은 늦게 발현될 수도 있다. 따라서, 간편하게 과산화수소를 측정할 수 있는 센서가 필요한 이유이다.
한편, 이러한 과산화수소를 측정할 수 있는 센서로서 다양한 기술이 제안되고 있으며 그중 액상 및 기상의 과산화수소 농도를 측정하기 위한 형광 센서 기술에 관한 관심이 대두되고 있다. 이는, 과산화수소를 검출시 형광색이 구현되는 것으로서, 과산화수소를 신속하게 검출 및 분석하고 실시간 측정을 가능하게 하여 의약품, 화학약품, 표백제나 소독제, 환경오염 시료, 법과학 시료, 음용수, 의약품, 화학물질 취급 산업현장 등에서 용이하게 사용될 수 있다.
다만, 어떤 물질이 형광 센서로 작용하기 위해서는 특정 화합물에 대한 높은 선택성과 고감도가 필요하므로, 과산화수소 검출시 형광 발광 파장이 장파장 이동(red-shift)을 가져 오고 형광 세기가 아주 증가할 수 있는 신규 물질의 개발이 필요한 실정이다.
KR 10-1364250 B1
본 발명의 구현예들에서는 과산화수소 검출 센서 및 이를 이용한 과산화수소 검출 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 과산화수소 검출 센서가 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112017010343766-pat00001
예시적인 구현예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 과산화수소와 반응하여 페놀 화합물을 형성하고, 상기 페놀 화합물이 형성될 때 형광색이 발현될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 과산화수소와 반응할 때 400 내지 600nm 파장 범위의 형광 강도는 감소하고, 680 내지 720nm 파장 범위의 형광 강도는 증가할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 검출 센서의 pH는 6 내지 8로 조절될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 검출 센서는 5 내지 35℃에서 과산화수소를 검출할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 검출 센서는 140초 이내에 과산화수소 검출 결과를 보일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 검출 센서는 0.2 nM의 검출한계를 가질 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 검출 센서와 반응하는 과산화수소는 액상 과산화수소 혹은 기체상의 과산화수소일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 검출 센서는 종이에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 담지된 페이퍼 스트립형 센서(paper-strip type sensor)일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 과산화수소 검출 센서를 준비하는 단계; 상기 과산화수소 검출 센서와 분석 시료를 반응시키는 단계; 및 상기 과산화수소 검출 센서와 분석 시료의 반응 이후, 상기 과산화수소 검출 센서의 형광세기 변화를 측정하여 과산화수소를 검출하는 단계; 를 포함하는 과산화수소 검출 방법이 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112017010343766-pat00002
예시적인 구현예에서, 상기 센서와 분석시료를 반응시키는 단계는, 상기 센서와 분석 시료를 반응 챔버에 투입하는 단계; 상기 반응 챔버 내의 pH를 조절하는 단계; 및 상기 반응 챔버 내에서 상기 센서와 분석 시료를 반응시키는 단계; 를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 반응 챔버 내의 pH는 6 내지 8로 조절될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 검출 센서와 반응하는 과산화수소는 액상 과산화수소 혹은 기체상의 과산화수소일 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 과산화수소 검출 센서는 과산화수소와 접촉했을 때 형광 발광 파장이 장파장 이동(red-shift)을 가져 오고 형광 세기가 매우 증가할 수 있는 (5-(4- (4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보로란-2-일)페닐)-3-(4-(4,5-디페닐-1H-이미다졸-2-일)페닐)-1,2,4-옥사디아졸을 포함한다. 상기 화합물은 과산화수소에 대한 선택성과 감도가 매우 높아 육안 및/또는 형광감도계 만으로도 과산화수소를 용이하게 검출할 수 있다. 이에 따라, 상기 과산화수소 검출 센서는 의약품, 화학물질 취급 산업현장, 환경오염 시료, 법과학 시료, 음용수 등과 같은 다양한 분야에서 널리 사용될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 과산화수소 검출 센서는 종이 스트립형으로 제조될 수 있어, 과산화수소 검출시 매우 간편하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 (5-(4-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보로란-2-일)페닐)-3-(4-(4,5-디페닐-1H-이미다졸-2-일)페닐)-1,2,4-옥사디아졸(이하, 화합물 A)의 합성 방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 화합물 A의 DMSO 상에서의 흡광 파장 및 형광 파장을 나타내는 그래프이다.
도 3a 및 3b는 반응되는 과산화수소의 농도변화에 따른 화합물 A의 형광 세기의 변화를 나타내며, 구체적으로 도 3a는 과산화수소의 농도 변화에 따른 화합물 A의 형광 파장 및 흡수 파장 변화를 나타내는 그래프이며, 도 3b는 형광 발광을 육안으로 관찰한 사진이다.
도 4a는 화합물 A와 과산화수소의 반응 메커니즘을 나타내는 개략도이고, 도 4b는 화합물 A를 포함하는 형광 센서의 1H NMR 스펙트럼이고, 도 4c는 상기 형광 센서와 과산화수소가 반응한 후의 1H NMR 스펙트럼이다.
도 5a 및 도 5b는 화합물 A를 포함하는 형광 센서의 선택성 실험을 수행한 결과를 나타내며, 도 5a는 과산화수소를 비롯한 기타이온 화합물들과의 반응시 형광도를 측정한 사진이고, 도 5b는 이들의 형광광도계 스펙트럼의 변화 및 형광흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 6b는 pH 변화에 따른 화합물 A를 포함하는 형광 센서의 형광세기 변화를 나타내는 사진 및 형광세기 비(I710/I447) 그래프이다.
도 7은 화합물 A를 포함하는 형광센서의 과산화수소 검출 완료 시간을 나타내는 그래프이다.
도 8은 화합물 A를 포함하는 형광 센서의 과산화수소의 농도 변화에 따른 형광 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 기체상의 과산화수소 농도를 측정하기 위한 페이퍼 스트립(paper strip type)형태의 형광 센서의 과산화수소 농도 변화에 따른 형광세기 변화를 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.
과산화수소 검출 센서
본 발명의 일 구현예에서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 과산화수소 검출 센서가 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112017010343766-pat00003
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 5-(4- (4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보로란-2-일)페닐)-3-(4-(4,5-디페닐-1H-이미다졸-2-일)페닐)-1,2,4-옥사디아졸이다.
예시적인 구현예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 과산화수소와 반응하여 페놀 화합물을 형성하고, 상기 페놀 화합물이 형성될 때 형광색이 발현될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 과산화수소와 반응할 때 400 내지 600nm 파장 범위의 형광 강도는 감소하고, 680 내지 720 파장 범위의 형광 강도는 증가할 수 있다. 이에 따라, 육안으로 과산화수소를 검출할 수 있다.
한편, 상기 과산화수소 검출 센서의 pH는 6 내지 8일 수 있으며, 보다 구체적으로는 pH 7일 수 있다. pH 값이 상기 범위를 벗어나는 경우 형광세기의 비가 저하되어 형광 발현이 미비할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 검출 센서는 5 내지 35℃에서 과산화수소를 검출할 수 있으며, 이와 같이 상온에서도 과산화수소가 검출될 수 있어 널리 사용될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 검출 센서는 140초 이내에 과산화수소 검출 결과를 보일 수 있어, 과산화수소를 매우 빠르게 검출할 수 있다는 이점이 존재한다.
또한, 상기 과산화수소 검출 센서는 0.2 nM 의 검출한계를 가질 수 있어, 미세량의 과산화수소를 검출할 수 있다는 이점이 존재한다.
예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 검출 센서와 반응하는 과산화수소는 액상 과산화수소 혹은 기체상의 과산화수소일 수 있다. 이와 같이 상기 과산화수소 검출 센서가 다양한 상(phase)의 과산화수소를 검출할 수 있어 널리 사용될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 액상 과산화수소 혹은 기체상의 과산화수소와 반응하는 경우 하늘색 형광색을 발현할 수 있다.
한편, 제한되지 않으나, 상기 과산화수소 검출 센서는 종이에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 담지된 페이퍼 스트립형 센서(paper-strip type sensor)일 수 있다. 이 경우, 과산화수소 검출시 매우 간편하게 사용될 수 있다.
과산화수소 검출 센서는 과산화수소와 접촉했을 때 형광 발광 파장이 장파장 이동(red-shift)을 가져 오고 형광세기가 아주 증가할 수 있는 (5-(4- (4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보로란-2-일)페닐)-3-(4-(4,5-디페닐-1H-이미다졸-2-일)페닐)-1,2,4-옥사디아졸을 포함한다. 상기 화합물은 과산화수소에 대한 선택성과 감도가 매우 높아 육안 및/또는 형광감도계 만으로도 과산화수소를 용이하게 검출할 수 있다. 이에 따라, 상기 과산화수소 검출 센서는 의약품, 화학물질 취급 산업현장, 환경오염 시료, 법과학 시료, 음용수 등과 같은 다양한 분야에서 널리 사용될 수 있다.
과산화수소 검출 센서를 이용한 과산화수소 검출 방법.
본 발명의 다른 구현예에서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 과산화수소 검출 센서를 준비하는 단계; 상기 과산화수소 검출 센서와 분석 시료를 반응시키는 단계; 및 상기 과산화수소 검출 센서와 분석 시료의 반응 이후, 상기 과산화수소 검출 센서의 형광세기 변화를 측정하여 과산화수소를 검출하는 단계;를 포함하는 과산화수소 검출 방법이 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112017010343766-pat00004
한편, 상기 센서와 분석시료를 반응 시키는 단계는, 상기 센서와 분석 시료를 반응 챔버에 투입하는 단계; 상기 반응 챔버 내의 pH를 조절 하는 단계; 및 상기 반응 챔버 내에서 상기 센서와 분석 시료를 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 반응 챔버의 pH는 6 내지 8로 조절될 수 있다.
예시적인 구현예에서 과산화수소 검출 센서와 반응하는 분석 시료는 액상 과산화수소 혹은 기체상의 과산화수소일 수 있다.
이와 같이 상기 과산화수소 검출 센서를 이용하여 과산화수소를 검출하는 것은 굉장히 단순한 방법을 통해 수행될 수 있어, 상기 화합물은 과산화수소에 대한 선택성과 감도가 매우 높아 육안 및/또는 형광감도계 만으로도 과산화수소를 용이하게 검출할 수 있다. 이에 따라, 상기 과산화수소 검출 센서는 의약품, 화학물질 취급 산업현장, 환경오염 시료, 법과학 시료, 음용수 등과 같은 다양한 분야에서 널리 사용될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 과산화수소 검출 센서는 종이 스트립형으로 제조될 수 있어, 과산화수소 검출시 매우 간편하게 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
실시예 1: [화학식 1] 로 표시되는 화합물 합성(도 2)
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 과산화수소 검출용 화합물의 합성 방법을 나타내는 개략도이다.
하기 화학식 1로 표시되는 화합물은 아래와 같이 합성되었다.
[화학식 1]
Figure 112017010343766-pat00005
디페닐에탄디온(혹은 벤질)(1)과 4-시아노벤즈알데히드(4-cyanobenzaldehyde)(2)을 암모늄 아세테이트 조건하에 첨가하여 합성한다. 합성된 4-(4,5-디페닐-1수소-이미다졸-2-일)벤조니트릴(4-(4,5-diphenyl-1H- imidazol-2-yl)benzonitrile)(3)을 하이드록실아민염화수소(hydroxylamine hydro chloride)와 반응시켜 N'-하이드록시-4-(4,5-디페닐-1수소-이미다졸l-2-일)벤즈아미딘(N'-hydroxy-4-(4,5-diphenyl-1H-imidazol-2-yl)benzamidine)(4)을 합성한다. 이후, 4-브로모벤조산(4-bromobenzoic acid)(5)과 비스(피나콜아토)디보론(bis (pinacolato)diboron)(6)을 반응시켜 4-카르복시페닐보론산 피날콜 에스테르(4-carboxyphenylboronic acid pinacol ester)(7)을 합성하고, 최종적으로 N'-하이드록시-4-(4,5-디페닐-1수소-이미다졸l-2-일)벤즈아미딘(4)과 4-카르복시페닐보론산 피나콜 에스테르(4-carboxyphenylboronic acid pinacol ester)(7)을 합성시켜 합성으로 최종적으로 “(5-(4- (4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보로란-2-일)페닐)-3-(4-(4,5-디페닐-1H-이미다졸-2-일)페닐)-1,2,4-옥사디아졸(이하, 화합물 A)”가 합성된다. 도 1에는 각 합성 조건, 첨가된 촉매 및 시약이 함께 표시되어 있다.
이후, 상기 “화합물 A“ 1μM에 대하여, 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO) 상에서 흡광파장 및 형광파장을 확인하고, 이를 도 2에 나타내었다. 도 2를 살펴보면, DMSO상에서 화합물 A의 흡광파장은 354 nm이고, 형광 파장은 447 nm임을 알 수 있다.
실험예 1: “화합물 A“와 과산화수소 반응 시 특성 관찰(도 3a 및 3b)
실시예 1에서 합성된 화합물 A에 과산화수소을 첨가하였을 경우, 형광 파장을 측정하였다. 구체적으로, 도 3a는 “화합물 A” 2 μM 에 0~25 μM의 과산화수소 용액을 첨가 하였을 경우 형광 파장 및 흡수 파장을 나타내는 그래프인데인데, 도 3a를 살펴보면, 354 nm와 710 nm의 형광 파장은 증가하고, 447 nm의 흡수 파장은 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 도 3b는 0~35 μM의 과산화수소 농도 변화에 따른 "화합물 A"의 형광 이미지를 보여 주고 있다. 그림과 같이 과산화수소 농도의 증가에 따라 형광 세기가 증가됨을 확인할 수 있다.
실험예 2: “화합물 A”와 과산화수소의 반응 메커니즘(도 4a 내지 4c)
화합물 A와 과산화수소의 반응 메커니즘을 예측하여 도 4a와 같이 나타내었다.
도 4a에서 과산화수소는 전자 및 핵 친화적인 양쪽의 반응성(amphilphilic reactivity)을 모두 갖고 있으며, “화합물 A”의 형광 센서는 과산화수소와 반응한 후에 다량의 페놀 유도체가 형성하여, 형광을 발현하게 된다. 과산화수소 -O-O-에서 전자가 아주 풍부한 산소는 전자가 결핍된 보론(B) 원소를 공격하기 쉽고, 이는 음 전하의 테트라히드랄 보론 착물(tetrahedral boronate complex)을 형성한다. 이후 C-B 결합은 반응성 있는 핵 친화적(nucleophile)인 성질로 바뀌며, 옥시보레이트 중간체(oxyborate intermediate)를 형성하도록 전자를 공급하게 되고 이를 통해 전자가 풍부한 페놀(phenol) 유도체를 형성하게 된다. 이는“화합물 A”와 달리 강한 형광을 발생시키게 된다.
한편, 도 4b는 “화합물 A”인 형광 센서의 1H NMR 스펙트럼이다. 1.075 ppm의 화학적 이동(chemical shift)에서 보론과 산소원소를 포함하는 오각링 화합물에 존재하는 메틸수소(methyl proton)를 확인 할 수 있었다.
도 4c는 형광 센서와 과산화수소가 반응한 후의 1H NMR 스펙트럼이다. 화학적 이동 1.072 ppm에서 메틸수소(methyl proton) 피크가 사라짐을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 형광 센서와 과산화수소가 반응하였음을 확인 할 수 있었다.
실험예 3: 과산화수소와 비교된 기타 이온 화합물들에 대한 “화합물 A”, 형광 센서의 선택성 검사 확인(도 5a 및 5b)
실시예 1에서 얻은“화합물 A”인 형광 센서에 대하여 DMSO 용매에서 pH를 7로 조절하고, 반응 온도 상온, 반응시간 140초로 설정하였다. 형광 센서에 과산화수소를 포함한 아미노산 9종(L-phenylalanine, L-Proline, L-Ascorbic acid, L-Tryptophan, L-Glutamine, L-Theronine, L-Isoleucine, L-Cysteine, L-Alanine), 음이온 8종 (perchlorate, sulphate, NO2 －, acetate, NO3 -, T-butyl hydroperoxide, Metachloro peroxy benzoic acid, Hypochlorous acid)과 금속 이온 16종 (Ca2 +, Co3+, Cu2 +, Cd2 +, Cr3 +, Ga3 +, Al3 +, Ni2 +, Ge4 +, Mg2 +, Na+, Ba2 +, Mn2 +, Li+, Fe2 +, As3 +) 첨가하여 반응시키고 형광 변화 관찰을 통한 선택성을 확인하였다. 도 5a는 반응 후 각 시료 사진이고 도 5b는 이들의 형광광도계 스펙트럼의 변화 및 형광 흡광도를 나타내었다.
도 5a에서 과산화수소가 첨가된 용액은 다른 아미노산, 음이온 및 금속이온과 달리 형광을 강하게 발생시키고 있음을 확인할 수 있었다. 이는 “화합물 A”가 과산화수소와 선택적 반응으로 강한 형광이 일어남을 확인 할 수 있다. 또한, 도 5b에서 과산화수소가 첨가된 용액을 제외한 타 이온들의 형광세기는 710 nm에서 매우 낮은 강도를 나타내고, 과산화수소 용액은 710 nm에서 강한 형광세기를 보이고 있음을 알 수 있다. 이는 도 5a와 5b가 서로 일치함을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 검출 시스템은 타 이온에 비해 과산화수소의 검출은 형광을 이용해 분별이 가능하고 타 이온과 구별되는 확실한 선택성을 가지고 있음을 알 수 있었다.
실험예 4: pH 변화에 따른 “화합물 A”와 과산화수소 반응성 검사(도 6a 및 6b)
실시예 1에서 얻은 “화합물 A”의 형광 센서 용액 pH에 따른 과산화수소의 형광 세기 변화와 안정성을 테스트하였다. 1M HCl 및 1M NaOH를 이용하여 pH를 조절하였으며, 각각 pH 3 내지 13이 되도록 시료를 만들었으며 각각의 pH를 갖는 형광 센서 2μM에 과산화수소 20 μM을 첨가 하였다. 도 6a에 형광사진을 나타내었고 각 시료를 형광세기의 비(I710/I447) 그래프를 도 6b로 나타내었다.
도 6b를 보면, pH 6 ~ pH 8에서 높은 형광세기의 비를 보여 주고 있으며, 특히 pH 7에서 가장 높은 형광 세기의 비, 즉 가장 반응성이 강함을 알 수 있었다.
실험예 5: 과산화수소의 농도에 따른 “화합물 A”, 형광 센서의 반응 시간(도 7)
실시예 1에서 얻은 0.1 mM 형광 센서 용액의 pH를 7로 조절하고, 상온에서 반응을 진행하였다. 각 시료에 과산화수소 용액 0 내지 40 μM을 첨가한 후, 시간에 따라 지속적으로 형광세기의 비(I710/I447)를 측정하여 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 7을 보면, 형광세기의 비(I710/I447)는 140초 까지 지속적으로 증가하다, 이후 반응이 거의 일어나지 않음을 알 수 있다. 따라서 상기 조건 하의 “화합물 A” 형광 센서와 과산화수소의 반응은 140 초 정도에 반응이 완료되는 것으로 여겨진다.
실험예 6: 과산화수소 농도에 따른 “화합물 A”인 형광 센서 용액의 검량곡선 및 검출한계(도 8 및 도 9)
제조예 1에서 얻은 “화합물 A”인 형광 센서에 대하여 DMSO 용매에서 pH를 7로 조절하고, 과산화수소의 농도가 각각 1 내지 26 μM 이 되도록 조절하여 과산화수소와 형광센서를 반응시켰다. 이후, 과산화수소의 농도 변화에 따른 형광 센서의 형광 세기변화를 관찰하여 도 8에 나타내었다. 구체적으로 도 8에서는 첨가된 과산화수소의 농도에 따른 형광 변화를 형광세기의 비(I710/I447)를 정량그래프로 작성하였다. 도 8과 같이 형광세기의 비(I710/I447)로 나타내었을 때 정량선 y= 0.153x－0.798와 정량계수(r2)가 0.9443로 매우 우수한 결과를 얻었다.
한편, 도 9는 기체상의 과산화수소 농도를 측정하기 위한 페이퍼 스트립(paper strip type)형태의 “화합물 A”인 형광 센서의 사진인데, 제조예 1에서 얻은 "화합물 A"를 포함하는 페이퍼 스트립형 형광 센서에 0 내지 8 μM의 과산화수소 증기를 발생시켜 2 분 반응시킨 후 UV-형광램프 340 nm에서 관찰한 후 측정하여 도 9에 나타낸 결과, 2μM의 과산화수소를 포함하여도 형광색이 발현되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 기체상의 과산화수소를 페이퍼형 형광 센서를 이용하여 발광하는 형광 세기를 통해 정량 측정을 할 수 있음을 확인할 수 있었다.
실험예 7: “화합물 A”인 형광 센서를 이용한 과산화수소 검출 시스템의 유효성 평가
음용수(mineral water) 내의 과산화수소 검출 실험을 위하여, 시중에서 판매 중인 음용수를 구입하여 제품 내 과산화수소의 함유 여부 및 본 발명의 유효성 검사(validation)를 실시하였고, 과산화수소가 존재하지 않음을 확인한 후 이를 공액(blank) 시료로 사용하였다.
공액 시료에 과산화수소를 각각 5 및 10 μM이 되도록 첨가한 시료를 준비한 다음, 형광광도계로 형광세기를 측정하고, 상기 실험예 6에서 따라 작성된 검량곡선을 이용하여 검출된 양, 변동계수(CV), 회수율(recovery, %)을 측정하고, 이를 아래의 표 1에 나타내었다.
과산화수소 첨가 농도
(μM)		 검출 농도
(μM) 		CV (Coefficient of Variation, 변동계수) 회수율
(%)		 검출한계
(nM)
5 5.6033±0.0053 0.0472 112.1±3.577 0.2
10 10.562±0.0086 0.0286 105.6±1.731
상기 표 1에서와 같이, 제조된 형광 센서를 이용한 과산화수소의 검출한계(LOD)는 0.2 nM임을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 과산화수소 5 및 10 μM이 첨가된 시료에서 검출량은 각각 5.6033±0.0053 및 10.562±0.0086로서 실제 첨가량에 매우 근접한 값으로 검출되었으며, 변동계수는 0.0472 및 0.0286로 모두 우수하였고, 회수율 또한 112.1±3.577 및 105.6±1.731으로 우수함을 확인할 수 있었다. 이에 따라, “화합물 A”를 이용한 과산화수소의 검출은 그 성능이 매우 우수하고 선택성이 높음을 다시 한번 확인할 수 있었다.
앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 과산화수소 검출 센서.
    [화학식 1]
    Figure 112017010343766-pat00006
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 과산화수소와 반응하여 페놀 화합물을 형성하고,
    상기 페놀 화합물이 형성될 때 형광색이 발현되는 과산화수소 검출 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 과산화수소와 반응할 때 400 내지 600nm 파장 범위의 형광 강도는 감소하고, 680 내지 720nm 파장 범위의 형광 강도는 증가하는 과산화수소 검출 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 과산화수소 검출 센서의 pH는 6 내지 8로 조절되는 과산화수소 검출 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 과산화수소 검출 센서는 5 내지 35℃에서 과산화수소를 검출하는 과산화수소 검출 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 과산화수소 검출 센서는 140초 이내에 과산화수소 검출 결과를 보이는 과산화수소 검출 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 과산화수소 검출 센서는 0.2 nM의 검출한계를 갖는 과산화수소 검출 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 과산화수소 검출 센서와 반응하는 과산화수소는 액상 과산화수소 혹은 기체상의 과산화수소인 과산화수소 검출 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 과산화수소 검출 센서는
    종이에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 담지된 페이퍼 스트립형 센서(paper-strip type sensor)인, 과산화수소 검출 센서.
  10. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 과산화수소 검출 센서를 준비하는 단계;
    상기 과산화수소 검출 센서와 분석 시료를 반응시키는 단계; 및
    상기 과산화수소 검출 센서와 분석 시료의 반응 이후, 상기 과산화수소 검출 센서의 형광세기 변화를 측정하여 과산화수소를 검출하는 단계;를 포함하는 과산화수소 검출 방법.
    [화학식 1]
    Figure 112017010343766-pat00007
  11. 제10항에 있어서,
    상기 센서와 분석시료를 반응 시키는 단계는,
    상기 센서와 분석 시료를 반응 챔버에 투입하는 단계;
    상기 반응 챔버 내의 pH를 조절하는 단계; 및
    상기 반응 챔버 내에서 상기 센서와 분석 시료를 반응시키는 단계; 를 포함하는 과산화수소 검출 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반응 챔버 내의 pH는 6 내지 8로 조절되는 과산화수소 검출 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 과산화수소 검출 센서와 반응하는 분석 시료는 액상 과산화수소 혹은 기체상의 과산화수소인 과산화수소 검출 방법.

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