KR102068610B1 - Preparation method for detecting arsenic ion and detection method of arsenic ion using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기전도성 고분자-금 나노 플라워 복합체로 코팅된 전극으로 이루어진 비소이온 검출용 센서의 제조 방법 및 이를 이용한 비소이온 검출 방법에 관한 것으로, 상기 금(Au) 및 폴리 터싸이오펜을 포함하는 나노 플라워 복합체의 코팅층으로 표면 개질된 전극을 이용한 비소(As) 이온 검출용 센서는 다른 활성종의 방해 효과 없이 As(V) 또는 As(III) 이온을 선택적으로 검출할 수 있으며, 특히 As(V) 검출의 경우는 추가 전착 시간이 필요하지 않으며, As(III) 검출 시에는 90초의 짧은 전착 시간으로 공업용수 또는 지하수에서 존재하는 미량의 As 이온을 낮은 농도까지 안정하고 빠르게 검출할 수 있으므로 현장 분석 용도로 매우 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a sensor for detecting arsenic ions consisting of an electrode coated with an electrically conductive polymer-gold nanoflower composite, and a method for detecting arsenic ions using the same, wherein the nano-material includes the gold and poly terthiophene A sensor for detecting arsenic (As) ions using an electrode surface-modified with a coating layer of a flower composite can selectively detect As (V) or As (III) ions without interfering effects of other active species, in particular As (V) In case of detection, no additional electrodeposition time is required, and when As (III) is detected, a short electrodeposition time of 90 seconds enables stable and rapid detection of trace amounts of As ions present in industrial or ground water to low concentrations. This can be very useful.

Description

비소이온 검출용 센서 제조방법 및 이를 이용한 비소이온 검출방법{Preparation method for detecting arsenic ion and detection method of arsenic ion using the same}Preparation method of sensor for detecting arsenic ion and method for detecting arsenic ion using same {Preparation method for detecting arsenic ion and detection method of arsenic ion using the same}

본 발명은 전기전도성 고분자-금 나노 플라워 복합체로 코팅된 전극으로 이루어진 비소이온 검출용 센서의 제조 방법 및 이를 이용한 비소이온 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a sensor for detecting arsenic ions consisting of an electrode coated with an electrically conductive polymer-gold nanoflower composite, and a method for detecting arsenic ions using the same.

비소 (As)는 지구의 지각과 지하수에 존재하는 가장 발암성이 강한 독성 원소 중 하나다. 지하수와 음용수의 As 오염은 인체 건강에 심각한 위협이 되므로 많은 환경 분야에서 이러한 문제점을 해결하기 위해 활발한 연구가 진행되고 있다(Anal. Chem . 2013, 85, 2673). Arsenic (As) is one of the most carcinogenic toxic elements present in the earth's crust and groundwater. As contamination of groundwater and drinking water poses a serious threat to human health, and active research is being conducted to address these problems in many environmental fields ( Anal. Chem . 2013, 85, 2673 ).

음용수에 함유된 비소의 만성 독성은 다양한 유형의 암 및 피부 경화를 일으키는 것으로 알려져 있는데(Environ. Sci . Technol . 2004, 38, 924), 비소는 As(V), As(III), As(0) 및 As(-III)의 산화 상태에 존재한다. 비소의 3가 산화 상태는 안정적이지 않고 5가 비소로 산화될 수 있다(Environ. Sci . Technol . 2002, 36, 2213; Anal. Chem . 2004, 76, 7137). 현재까지, 비소 종의 보존을 위한 많은 방법 및 As(V) 및 As(III) 종의 측정을 위한 다양한 현장 검출 기술이 개발되고 있다. Chronic toxicity of arsenic in drinking water is known to cause various types of cancer and sclerosis ( Environ. Sci . Technol . 2004, 38, 924 ), while arsenic is As (V), As (III), As (0). ) And As (-III). The trivalent oxidation state of arsenic is not stable and can be oxidized to pentavalent arsenic ( Environ. Sci . Technol . 2002, 36, 2213; Anal. Chem . 2004, 76, 7137 ). To date, many methods for the preservation of arsenic species and various field detection techniques for the determination of As (V) and As (III) species have been developed.

기존에 알려진 대표적인 비소이온 검출 방법은 고성능 액체 크로마토그래피-유도 결합 플라즈마 질량 분석(high-performance liquid chromatography-inductive coupling plasma mass spectrometry, HPLCICPMS)과, HPLC 원자 형광 분광계(HPLC atomic fluorescence spectrometry, HPLCAFS)가 있다. 이러한 방법들은 높은 정확도 및 분해능을 가지고 있으나 1회 검출 시 장시간의 전처리 및 검출 시간이 소요되고 고비용 등의 단점이 있다. 세계 보건기구(WHO)는 음용수의 비소에 대한 최대 오염 물질 농도를 2-10ppb로 낮추도록 권장하고 있으므로, 식수에서 극미량 As 이온 검출을 위한 고감도의 센서 및 효율적이고 저렴한 방법이 요구된다.Representative known arsenic ion detection methods include high-performance liquid chromatography-inductive coupling plasma mass spectrometry (HPLCICPMS) and HPLC atomic fluorescence spectrometry (HPLCAFS). . These methods have high accuracy and resolution, but there are disadvantages such as long time pretreatment and detection time and high cost in one detection. The World Health Organization (WHO) recommends lowering the maximum contaminant concentration of arsenic in drinking water to 2-10 ppb, which requires high sensitivity sensors and efficient and inexpensive methods for detecting trace As ions in drinking water.

전기 화학적 방법은 유도 결합 플라스마 분광법(inductively coupled plasma spectroscopy, ICPMS), 원자 흡수 분광법(atomic absorption spectroscopy, ABS) 및 이온 크로마토그래피(ion chromatography)와 같은 실험실 기반 기기와 비교하여 비용 효율성 및 신속한 분석으로 인해 현장에서 사용할 수 있는 가장 유망한 기술이다. Electrochemical methods are cost-effective and rapid in comparison to laboratory-based instruments such as inductively coupled plasma spectroscopy (ICPMS), atomic absorption spectroscopy (ABS) and ion chromatography. It is the most promising technology available in the field.

전기 화학적 방법들 중에서 네모파 전압 전류법(Square Wave Voltammetry, SWV)와 네모파 벗김 전압 전류법(Square Wave Anodic Stripping Voltammetry, SWASV) 분석은 우수한 산화 민감성 및 독특한 산화 상태에서 미량 원소를 검출 할 수 있으며, 분석 과정은 수 분 동안 전극에 비소 이온을 전기 화학적으로 증착(As3 + + 3e- → As0) 한 다음 역전 위 스캔에 의해 금속을 다시 산화(As0 → As3 + + 3e-) 단계를 거쳐 분석한다. 펄스 전압 전류 기술의 도입으로 커패시턴스 백그라운드에서의 감소를 통한 신호 대 잡음 강화는 고가의 분광 기술보다 상당히 우수한 검출 한계를 제공할 수 있으나, 비소이온 SWASV 검출을 위해 다양한 재료의 백금(Pt), 금(Au) 및 은(Ag)과 같은 금속 재료로 이루어진 전극은 독성을 유발시키는 문제가 있다.Among electrochemical methods, Square Wave Voltammetry (SWV) and Square Wave Anodic Stripping Voltammetry (SWASV) analysis can detect trace elements under excellent oxidation sensitivity and unique oxidation state. , the analysis process can minutes depositing arsenic ions to the electrode for electrochemically (as 3 + + 3e - → as 0) , and then re-oxidizing the metal by the above reverse scan (as 0 Analyzed via a) step - → As 3 + + 3e. Signal-to-noise enhancement with reduction in capacitance background with the introduction of pulsed-voltage current technology can provide significantly better detection limits than expensive spectroscopic techniques, but it is possible to use platinum (Pt), gold ( Electrodes made of metal materials such as Au) and silver (Ag) have a problem of causing toxicity.

대한민국공개특허 제10-2017-0002787호 (2017.01.09 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0002787 (published Jan. 9, 2017)

본 발명은 다른 활성종의 방해 없이 비소 3가(As(III)) 또는 비소 5가(As(V))를 선택적으로 분석하고 고감도로 정량 검출하기 위해, 전기전도성 고분자-금 나노플라워 복합체로 코팅된 전극을 이용한 비소이온 검출용 센서 제조 방법 및 이를 이용한 비소이온 검출 방법을 제공하고자 한다.The present invention is coated with an electrically conductive polymer-gold nanoflower complex to selectively analyze and quantitatively detect arsenic trivalent (As (III)) or arsenic pentavalent (As (V)) without interfering with other active species. The present invention provides a method for manufacturing a sensor for detecting arsenic ion using the prepared electrode and a method for detecting arsenic ion using the same.

본 발명은 전극; 상기 전극 상에 형성되며, 금(Au) 및 폴리 터싸이오펜을 포함하는 나노 플라워 복합체의 코팅층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비소(As) 이온 검출용 센서를 제공한다.The present invention is an electrode; It is formed on the electrode, and provides a sensor for detecting arsenic (As) ion, characterized in that consisting of a coating layer of nano-flower composite including gold (Au) and poly terthiophene.

본 발명은 금 전구체, 니켈 전구체 및 터싸이오펜 모노머를 포함하는 혼합용액을 준비하는 단계(제1단계); 상기 혼합용액에 전극을 침지시킨 후 전압을 인가하여 전극 상에 금, 니켈 및 폴리 터싸이오펜으로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계(제2단계); 및 상기 코팅층이 형성된 전극에 순환전압전류법을 이용하여 니켈을 제거하는 단계(제3단계)를 포함하는 비소(As) 이온 검출용 센서 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of preparing a mixed solution containing a gold precursor, a nickel precursor and a terthiophene monomer (first step); Immersing the electrode in the mixed solution and applying a voltage to form a coating layer made of gold, nickel and polythiophene on the electrode (second step); And it provides a method for manufacturing a sensor for arsenic (As) ion detection comprising the step of removing nickel (third step) using a cyclic voltammetry method on the electrode formed with the coating layer.

또한, 본 발명은 시료 용액의 pH를 1 내지 2로 조절하는 단계; 및 상기 비소(As)이온 검출용 센서에 상기 시료 용액 및 전해질을 넣고 전위를 인가하는 단계를 포함하는 비소(As) 이온 검출방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of adjusting the pH of the sample solution to 1 to 2; And inserting the sample solution and the electrolyte into the arsenic (As) ion detection sensor and applying an electric potential to the arsenic (As) ion detection method.

본 발명에 따르면, 금(Au) 및 폴리 터싸이오펜을 포함하는 나노 플라워 복합체의 코팅층으로 표면 개질된 전극을 이용한 비소(As) 이온 검출용 센서는 다른 활성종의 방해 효과 없이 As(V) 또는 As(III) 이온을 선택적으로 검출할 수 있으며, 특히 As(V) 검출의 경우는 추가 전착 시간이 필요하지 않으며, As(III) 검출 시에는 90초의 짧은 전착 시간으로 공업용수 또는 지하수에서 존재하는 미량의 As 이온을 낮은 농도까지 안정하고 빠르게 검출할 수 있으므로 현장 분석 용도로 매우 유용하게 사용될 수 있다.According to the present invention, a sensor for detecting arsenic (As) ions using an electrode surface-modified with a coating layer of a nano-flower composite including gold (Au) and poly terthiophene may be used as As (V) or without interfering with other active species. As (III) ions can be selectively detected, especially for As (V) detection, no additional electrodeposition time is required, and for As (III) detection, a short electrodeposition time of 90 seconds is present in industrial or ground water. As a small amount of As ions can be detected stably and quickly to low concentrations, it can be very useful for field analysis.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 As(V) 이온 검출용 센서의 대표적인 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1에 따른 나노크기의 플라워 구조(nanoflower, NF)의 복합도금층의 전기전도성 고분자들에 대한 전류값을 확인한 결과로, 각각 도 2(A)는 NFAu-TCA 전극, 도 2(B)는 NFAu-TBA 전극, 도 2(C)는 NFAu-APT 전극, 도 2(D)는 NFAu-2,3-DAN 전극, 도 2(E)는 NFAu-1,8-DAN 전극을 포함하는 5가 비소이온 검출용 센서로 500ppb의 As(V)을 검출한 후 감도를 비교한 결과이다.
도 3는 실시예 1에 따른 나노 크기의 플라워 구조의 복합 도금층이 개질된 전극의 표면 이미지를 확인한 결과로, 도 3(A)의 (a) 및 (b)는 NFAu-TCA 전극 표면의 SEM 이미지를 나타낸 것이며, (c)는 NFAu-TCA 전극 표면의 dealloyed 후 EDS 이미지이며, (d), (e), (f), (g) 및 (h)는 각각 NFAu-TCA 전극 표면의 dealloyed 후 AuNi, Au, Ni, O 및 S 원소에 대한 EDS mapping 결과를 나타내는 도면이다. 도 3(B)는 NFAu-TCA 전극 표면의 dealloyed (a) 전과 (b) 후에 대한 EDS 스펙트라 및 각 원소에 대한 원자비(At%)를 나타낸 도면이며, 도 3(C)는 NFAu-TCA 전극 표면의 dealloyed 전과 후의 전극 표면의 (a)survey, (b)S2p, (c)Au4f 및 (d) Ni2p XPS 스펙트라를 확인한 결과이다.
도 4는 실시예 1에 따른 나노 플라워 복합 도금 층이 개질된 전극에 대하여 100 ppb의 As(V)에 대한 최적화 조건을 확인한 결과로, 도 4(A)는 Ni의 농도, 도 4(B)는 모노머의 농도, 도 4(C)는 금 전착 시간, 도 4(D)는 pH의 영향 및 도 4(E)는 전해질의 종류에 대한 최적화 조건을 확인한 결과이다.
도 5는 실시예 1에 따른 나노 플라워 복합 도금 층이 개질된 전극을 사용하여 비소이온 검출한계를 확인한 결과로, 도 5(A)는 As(V) 이온 검출을 위해 (a)는 1 ppb에서 400 ppb의 농도 범위에서 네모파 전압전류법(Square Wave Voltammetry, SWV)을 이용하여 얻은 농도별 신호 변화를 나타낸 결과이며, (b)는 이에 상응되는 검출용 검량선을 나타낸 도면이며, 도 5(B)는 As(III) 이온 검출을 위해 (a)는 1 ppb에서 3 ppm의 농도 범위에서 네모파 벗김 전압전류법(Square Wave Anodic Stripping Voltammetry, SWASV)을 이용하여 얻은 농도별 신호 변화를 확인한 결과이며, (b)는 이에 상응되는 검출용 검량선을 나타낸 결과이다.
도 6는 실시예 1에 따른 나노 플라워 복합 도금층이 개질된 전극을 사용하여 비소이온 검출에 있어 방해효과를 확인한 결과로, 도 6(A)는 As(V) 이온에 대한 방해 작용을 확인하기 위해 (a)는 네모파 전압전류법을 이용하여 얻은 다른 중금속 이온류(100.0 ppb Cr(VI), Se(IV), Fe(III), V(V), Co(II))에 대한 신호 변화 및 (b)는 이에 상응되는 방해 작용에 대한 결과 도면이며, (B)의 (a)는 As(III) 이온에 대한 네모파 벗김 전압전류법(SWASV)을 이용하여 얻은 다른 중금속 이온류에 대한 신호 및 (b)는 이에 상응되는 방해 작용에 대한 결과 분석한 도면이다.
도 7은 실시예 1에 따른 나노 플라워 복합 도금 층이 개질된 전극을 사용하여 실제 시료에 대한 적용성을 확인하기 위해 네모파 전압전류법(SWV)으로 실제 폐수 시료에 포함된 As(V)를 검출한 결과로, 폐수 시료의 취급 지점에 따라 상, 중, 하로 구분하고, 각 시료를 상등액 또는 혼합(mix) 시료로 분류한 후 표준 첨가법으로 농도를 정량한 결과이다.
1 shows a representative schematic diagram of a sensor for detecting As (V) ions according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a result of confirming the current value for the electrically conductive polymers of the composite plating layer of the nanoscale flower structure (nanoflower, NF) according to Example 1, Figure 2 (A) is an NFAu-TCA electrode, Figure 2 ( B) is an NFAu-TBA electrode, FIG. 2 (C) is an NFAu-APT electrode, FIG. 2 (D) is an NFAu-2,3-DAN electrode, and FIG. 2 (E) is an NFAu-1,8-DAN electrode. This is the result of detecting 500ppb As (V) with a pentavalent arsenic ion detection sensor and comparing the sensitivity.
3 is a result of confirming the surface image of the electrode of the modified composite plating layer of the nano-size flower structure according to Example 1, Figure 3 (A) and (b) is a SEM image of the surface of the NFAu-TCA electrode (C) is an EDS image after dealloyed of the NFAu-TCA electrode surface, and (d), (e), (f), (g) and (h) are AuNi after dealloyed of the NFAu-TCA electrode surface, respectively. A diagram showing EDS mapping results for, Au, Ni, O, and S elements. FIG. 3 (B) shows the EDS spectra and atomic ratio (At%) for each element before dealloyed (a) and (b) after the NFAu-TCA electrode surface, and FIG. 3 (C) shows the NFAu-TCA electrode. (A) survey, (b) S2p, (c) Au4f and (d) Ni2p XPS spectra of the electrode surface before and after dealloyed on the surface.
4 is a result of checking the optimization conditions for As (V) of 100 ppb for the electrode modified nano-flower composite plating layer according to Example 1, Figure 4 (A) is a concentration of Ni, Figure 4 (B) Is the concentration of the monomer, Figure 4 (C) is the electrodeposition time of gold, Figure 4 (D) is the result of checking the optimization conditions for the type of electrolyte and the effect of pH and Figure 4 (E).
5 is a result of confirming the arsenic ion detection limit using the electrode modified nano-flower composite plating layer according to Example 1, Figure 5 (A) is for detecting As (V) ion (a) at 1 ppb It is a result showing the signal change for each concentration obtained by using the square wave voltammetry (SWV) in the concentration range of 400 ppb, (b) is a diagram showing a calibration curve for the detection corresponding thereto, Figure 5 (B ) Shows the change of signal by concentration obtained by using Square Wave Anodic Stripping Voltammetry (SWASV) in concentration range of 1 ppb to 3 ppm to detect As (III) ion. , (b) shows the corresponding calibration curve for detection.
6 is a result of confirming the interference effect in the detection of arsenic ion using the electrode modified nano-flower composite plating layer according to Example 1, Figure 6 (A) is to confirm the interference effect on As (V) ions (a) shows signal changes for other heavy metal ions (100.0 ppb Cr (VI), Se (IV), Fe (III), V (V), Co (II)) obtained using square wave voltammetry; (b) is a result plot for the corresponding interference action, and (a) of (B) is a signal for other heavy metal ions obtained using square wave stripping voltammetry (SWASV) for As (III) ions. And (b) is a result analysis for the corresponding interference action.
FIG. 7 illustrates As (V) contained in an actual wastewater sample by square wave voltammetry (SWV) to confirm applicability to an actual sample using the electrode modified with the nanoflower composite plating layer according to Example 1. FIG. The detection result was classified into upper, middle and lower according to the handling point of the wastewater sample, and each sample was classified into a supernatant or a mixed sample, and the concentration was quantified by a standard addition method.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 발명자들은 중금속 검출용 센서 제조방법에 대해 연구 개발 하던 중, 금과 폴리 터싸이오펜으로 이루어진 나노플라워 구조의 복합 도금층을 포함하는 센서를 이용하여 As(V) 또는 As(III)을 다른 활성종의 방해 효과 없이 빠른 시간 내에 현장에서 즉시 선택적인 검출이 가능함을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention, while research and development on the manufacturing method of the sensor for detecting heavy metals, different As (V) or As (III) by using a sensor comprising a nano-plated composite layer of gold and poly terthiophene The present invention has been completed by discovering that selective detection in the field can be performed immediately in a short time without the interference effect of the active species.

본 발명은 전극; 상기 전극 상에 형성되며, 금(Au) 및 폴리 터싸이오펜을 포함하는 나노 플라워 복합체의 코팅층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비소(As) 이온 검출용 센서를 제공할 수 있다.The present invention is an electrode; The sensor for arsenic (As) ion detection, which is formed on the electrode and comprises a coating layer of a nanoflower composite including gold (Au) and poly terthiophene, may be provided.

상기 나노 플라워 복합체는 250 내지 500 nm의 평균 직경을 갖는 것일 수 있다.The nano flower composite may be one having an average diameter of 250 to 500 nm.

상기 비소(As) 이온은 As(Ⅲ) 및 As(Ⅴ)로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The arsenic (As) ions may be selected from the group consisting of As (III) and As (V).

본 발명은 금 전구체, 니켈 전구체 및 터싸이오펜 모노머를 포함하는 혼합용액을 준비하는 단계(제1단계); 상기 혼합용액에 전극을 침지시킨 후 전압을 인가하여 전극 상에 금, 니켈 및 폴리 터싸이오펜으로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계(제2단계); 및 상기 코팅층이 형성된 전극에 순환전압전류법을 이용하여 니켈을 제거하는 단계(제3단계)를 포함하는 비소(As) 이온 검출용 센서 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention comprises the steps of preparing a mixed solution containing a gold precursor, a nickel precursor and a terthiophene monomer (first step); Immersing the electrode in the mixed solution and applying a voltage to form a coating layer made of gold, nickel and polythiophene on the electrode (second step); And removing nickel using a cyclic voltammetry method on the electrode on which the coating layer is formed (third step).

상기 금 전구체는 염화금·3수화물(HAuCl4·3H2O), 염화금(AuCl), 및 염화금 칼륨(KAuCl4)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The gold precursor may be any one selected from the group consisting of gold chloride · trihydrate (HAuCl 4 · 3H 2 O), gold chloride (AuCl), and potassium potassium chloride (KAuCl 4 ).

상기 니켈 전구체는 황화니켈·6수화물(NiSO4·6H2O), 염화니켈 (II) (NiCl2), 및 염화니켈·6수화물(NiCl2·6H2O)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The nickel precursor may be any one selected from the group consisting of nickel sulfide hexahydrate (NiSO 4 .6H 2 O), nickel chloride (II) (NiCl 2 ), and nickel chloride hexahydrate (NiCl 2 .6H 2 O). Can be.

상기 터싸이오펜 모노머는 5,2':5',2″-터싸이오펜-3'-카복실산(5,2':5',2″-Terthiophene-3'-carboxylic acid; 이하 'TCA'), (2,2':5',2″-터싸이오펜-3'-p-벤조산(2,2':5',2″-terthiophene-3'-p-benzoic acid; 이하 ‘TBA’)), (3-([2,2':5',2″-터사이오펜]-3'-일)-5-아미노벤조산(3-([2,2':5',2″-terthiophen]-3'-yl)-5-aminobenzoic acid; 이하 'TTABA')), (3′-(피리미딜2-아미노)-2,2′:5′,2″-터싸이오펜(3'-(pyrimidyl-2-amino)-2,2':5',2"-terthiophene; 이하 'PATT')), 및 ((2,2':5',2″-터싸이오펜)-3',4'-디아민(([2,2':5',2''-terthiophene]-3',4'-diamine); 이하 'DATT')로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The terthiophene monomer is 5,2 ': 5', 2 "-terthiophene-3'-carboxylic acid (5,2 ': 5', 2" -Terthiophene-3'-carboxylic acid; hereinafter 'TCA') , (2,2 ': 5', 2 "-terthiophene-3'-p-benzoic acid (2,2 ': 5', 2" -terthiophene-3'-p-benzoic acid; hereinafter 'TBA') ), (3-([2,2 ': 5', 2 "-terthiophene] -3'-yl) -5-aminobenzoic acid (3-([2,2 ': 5', 2" -terthiophen ] -3'-yl) -5-aminobenzoic acid (hereinafter 'TTABA')), (3 '-(pyrimidyl2-amino) -2,2': 5 ', 2 "-terthiophene (3'- (pyrimidyl-2-amino) -2,2 ': 5', 2 "-terthiophene (hereinafter 'PATT')), and ((2,2 ': 5', 2" -terthiophene) -3 ', 4'-diamine (([2,2 ': 5', 2 ''-terthiophene] -3 ', 4'-diamine); hereafter' DATT ') may be any one selected from the group consisting of.

상기 제2단계는 제1단계에서 준비된 혼합용액에 전극을 침지시킨 후 -1 내지 -3V의 전류를 800 내지 900초간 인가하여 전극 상에 코팅층을 형성하는 것일 수 있다.The second step may be to form a coating layer on the electrode by immersing the electrode in the mixed solution prepared in the first step and applying a current of -1 to -3V for 800 to 900 seconds.

상기 제3단계는 코팅층이 형성된 전극에 순환전압전류법(cyclic voltammetry)을 이용하여 0 내지 +1.5 V에서 150 내지 250 ㎃/s의 속도로 주사하여 니켈을 제거하는 것일 수 있다.The third step may be to remove the nickel by scanning at a rate of 150 to 250 kHz / s at 0 to +1.5 V using cyclic voltammetry to the electrode on the coating layer.

또한, 본 발명은 시료 용액의 pH를 1 내지 2로 조절하는 단계; 및 상기 제조방법에 따른 비소(As) 이온 검출용 센서에 상기 시료 용액 및 전해질을 넣고 전위를 인가하는 단계를 포함하는 비소(As) 이온 검출방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention comprises the steps of adjusting the pH of the sample solution to 1 to 2; And inserting the sample solution and the electrolyte into the arsenic (As) ion detection sensor according to the manufacturing method and applying a potential to the arsenic (As) ion detection method.

상기 비소(As) 이온 검출방법은 +0.2에서 -0.4 V 범위의 환원 전위를 인가하여 As(V) 이온을 검출하는 것일 수 있다.The arsenic (As) ion detection method may be to detect As (V) ions by applying a reduction potential in the range of +0.2 to -0.4 V.

상기 비소(As) 이온 검출방법은 -0.2에서 +0.65 V 범위의 산화 전위를 인가하여 As(III) 이온을 검출하는 것일 수 있다.The arsenic (As) ion detection method may be to detect As (III) ions by applying an oxidation potential in the range of -0.2 to +0.65 V.

상기 전해질은 질산 용액인 것을 특징으로 하는 비소(As) 이온 검출방법일 수 있다.The electrolyte may be a arsenic (As) ion detection method, characterized in that the nitric acid solution.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to help understand the present invention. However, the following examples are merely to illustrate the content of the present invention is not limited to the scope of the present invention. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

<< 참고예Reference Example > 물질> Substance

황화니켈·6 수화물(NiSO4·6H2O)(≥99.99% trace metals basis)은 시그마-알드리치 (Sigma-Aldrich, 미국)로부터 구입하였으며, 다른 화학물질들은 미국 화학 학회(American Chemical Society, ACS) 시약 등급으로 정제하여 사용하였다. 또한 증류수(18 MΩ/cm)는 밀리포어 시스템(Millipore system)에서 얻었다.Nickel sulfide hexahydrate (NiSO 4 · 6H 2 O) (≥99.99% trace metals basis) was purchased from Sigma-Aldrich, USA. Other chemicals were obtained from the American Chemical Society (ACS). Purified to reagent grades. Distilled water (18 MΩ / cm) was also obtained in a Millipore system.

<< 실시예Example 1> 중금속 검출용 센서 제작 1> Manufacture of heavy metal sensor

1. One. 터싸이오펜Thesiophene 모노머( Monomer ( TCATCA ) 합성) synthesis

5,2':5',2″-터싸이오펜-3'-카복실산(5,2':5',2″-Terthiophene-3'-carboxylic acid; TCA)를 종래 알려진 방법 (Synthetic. Met., 2002, 126, 105-110)에 따라 합성하였다. 5,2 ': 5', 2 "-terthiophene-3'-carboxylic acid (5,2 ': 5', 2" -Terthiophene-3'-carboxylic acid (TCA)) has been previously known (Synthetic. Met. , 2002, 126, 105-110).

2. As(V) 또는 As(III) 이온 검출용 센서 제작2. Fabrication of As (V) or As (III) ion detection sensor

도 1과 같은 과정으로 As(III) 또는 As(V) 이온 검출용 센서를 제작하였다.A sensor for detecting As (III) or As (V) ions was manufactured by the same process as in FIG. 1.

유리질 탄소 전극(glassy carbon electrode; 이하 ‘GCE’) 표면을 개질하기 위하여, 금도금 용액(24k)(Young Jin Jewelry Tool Co. Ltd.)에 황화니켈·6 수화물(NiSO4·6H2O, 1.5 × 10-2 M) 및 TCA(1.0 × 10-2 M)가 녹아있는 10.0㎕의 다이메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide; DMSO)를 용해시켜 혼합 용액을 제조하였다. In order to modify the surface of the glassy carbon electrode ('GCE'), nickel sulfide hexahydrate (NiSO 4 · 6H 2 O, 1.5 ×) in a gold plating solution (24k) (Young Jin Jewelry Tool Co. Ltd.) was used. A mixed solution was prepared by dissolving 10.0 μl of dimethyl sulfoxide (DMSO) in which 10 −2 M) and TCA (1.0 × 10 −2 M) were dissolved.

상기 제조된 혼합 용액 내에서 유리질 탄소 전극(GCE)을 침지시킨 후 -1.0 V의 일정한 전압을 900초 동안 흘려주어 유리질 탄소 전극(GCE) 표면상에 금, 니켈 및 폴리 TCA의 복합 도금층을 형성하였다. After dipping the glassy carbon electrode (GCE) in the prepared mixed solution, a constant voltage of -1.0 V was flowed for 900 seconds to form a composite plating layer of gold, nickel, and poly TCA on the glassy carbon electrode (GCE) surface. .

상기 금, 니켈 및 폴리 TCA의 복합 도금 층이 개질된 유리질 탄소 전극(GCE)을 황산 용액(1.5 M)에서 순환전압전류법(cyclic voltammetry; 이하 ‘CV’)을 이용하여 0V에서 + 1.5V까지 200㎃/s의 속도로 주사함으로써 니켈을 선택적으로 제거시켜 나노 플라워 금-폴리 TCA로 이루어진 복합 도금층이 개질된 전극을 제작하였다.The glassy carbon electrode (GCE) in which the composite plating layer of gold, nickel, and poly TCA was modified was subjected to cyclic voltammetry (hereinafter, 'CV') in a sulfuric acid solution (1.5 M) from 0V to + 1.5V. Nickel was selectively removed by scanning at a rate of 200 mA / s to fabricate an electrode having a composite plating layer composed of nanoflower gold-poly TCA.

<< 실험예Experimental Example 1> 센서 성능 평가 1> Sensor performance evaluation

1. 시료 용액 준비1. Sample Solution Preparation

As(III) 검출을 위한 시료로 1000 ppm의 As(III)이온을 포함하는 표준 용액에 준비하였으며, As(V) 검출의 경우 시료는 1000 ppm의 As(III)이온을 포함하는 표준 용액에 산화제 암모니움 퍼설페이트(ammonium persulfate; ((NH4)2S2O8)(≥98%, ACS reagent, Sigma-Aldrich, 미국)를 사용하여 As(V)화 하였다. Samples for detection of As (III) were prepared in a standard solution containing 1000 ppm of As (III) ions. For As (V) detection, the sample was prepared in a standard solution containing 1000 ppm of As (III) ions. As (V) was used with ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) (≥98%, ACS reagent, Sigma-Aldrich, USA).

상기와 같이 준비된 용액을 스탁 용액으로 사용하여 As 이온을 농도별로 희석하여 제조하였다. 나노 플라워 금-폴리 TCA으로 이루어진 복합 도금층이 개질된 전극을 지지 전해질 용액만을 함유한 도관으로 옮긴 후 전압 전류 분석을 수행하였으며, 낮은 농도에서의 SWV와 SWSV 분석은 전해질을 포함하는 동일 예비 농도 용액에서 수행하였다.It was prepared by diluting As ions by concentration using a solution prepared as described above as a stock solution. Electrode with modified composite plating layer consisting of nano flower gold-poly TCA was transferred to conduit containing only supporting electrolyte solution, and then voltammetric analysis was performed. SWV and SWSV analysis at low concentration were performed in the same preliminary concentration solution containing electrolyte. Was performed.

2. 2. 순환전압전류법Cyclic voltammetry (( CVCV ), ), 네모파Square wave 전압전류법Voltammetric (( SWVSWV ) 및 ) And 네모파Square wave 벗김  excoriation 전압전류법Voltammetric (SWSV) 분석 방법(SWSV) Analysis Method

순환전압전류법(CV), 네모파 전압전류법(Square wave voltammetry; 이하 ‘SWV) 및 네모파 벗김 전압전류법(Square wave stripping voltammetry; 이하 ‘SWSV') 분석은 정전압/정전류기(potentiostat/galvanostat, Kosentech Model KST-P2, 한국)를 이용하여 측정하였다. The cyclic voltammetry (CV), square wave voltammetry (SWV) and square wave stripping voltammetry (SWSV) analyzes are known as potentiostat / galvanostat. , Kosentech Model KST-P2, Korea).

상기 실시예 1에서 제작된 나노 플라워 금-폴리 TCA로 이루어진 복합 도금층이 개질된 유리질 탄소 전극(GCE)(직경: 3.0 mm), Ag/AgCl 및 백금 선을 각각 작업전극, 보조전극 및 상대전극으로 사용한 3-전극계를 사용하였다.The composite plated layer made of the nano flower gold-poly TCA fabricated in Example 1 was modified with a glassy carbon electrode (GCE) (diameter: 3.0 mm), Ag / AgCl, and platinum wires as working electrodes, auxiliary electrodes, and counter electrodes, respectively. The used 3-electrode system was used.

SWV 분석은 Ag/AgCl과 비교하여 +0.2 V에서 -0.4 V의 환원 전위를 스캔하면서 측정하였다. SWSV 분석은 Ag/AgCl과 비교하여 -0.2에서 +0.65 V의 산화 전위를 스캔하면서 측정하였으며, 이때 주사 속도는 50 mV/s이었다.SWV analysis was measured by scanning a reduction potential of -0.4 V at +0.2 V compared to Ag / AgCl. SWSV analysis was measured by scanning the oxidation potential of -0.2 to +0.65 V compared to Ag / AgCl with a scan rate of 50 mV / s.

3. 전극의 특성 규명3. Characterization of electrode

먼저, 전극을 단계별로 개질하고 각각 개질된 전극의 특성을 SWV를 이용하여 확인하였다. First, the electrode was modified step by step and the characteristics of each modified electrode were confirmed using SWV.

그 결과, 도 2와 같이 나노 플라워 금-폴리 TCA(NFAu-TCA)으로 이루어진 복합 도금층으로 개질된 전극(A)의 피크 전류가 다른 전극들보다 더 크게 나타났기 때문에 NFAu-TBA전극(B), NFAu-APT전극(C), NFAu-2,3-DAN전극(D), NFAu-1,8-DAN전극(E)에 비해 높은 감도를 가지며, As(V)의 검출에 적합한 것을 확인할 수 있었다.As a result, NFAu-TBA electrode (B), NFAu because the peak current of the electrode (A) modified with a composite plating layer consisting of nano-flower gold-poly TCA (NFAu-TCA) as shown in Figure 2 was larger than other electrodes Compared with the APT electrode (C), the NFAu-2, 3-DAN electrode (D), and the NFAu-1, 8-DAN electrode (E), it was confirmed that it was suitable for detection of As (V).

또한, 도 3(A)를 참조하면, 나노 플라워 금-폴리 TCA으로 이루어진 복합 도금층으로 개질된 전극의 표면은 나노 플라워 구조임을 확인할 수 있었고, 나노 플라워 구조의 평균 직경은 약 250-500 ㎚로 나타났다. In addition, referring to Figure 3 (A), it can be confirmed that the surface of the electrode modified with a composite plating layer consisting of nanoflower gold-poly TCA was a nanoflower structure, the average diameter of the nanoflower structure was about 250-500 nm .

상기 결과로부터 금, 니켈 및 폴리 TCA로 이루어진 복합 도금 층에서, 니켈이 선택적으로 제거됨으로써 성공적으로 유리질 탄소 전극(GCE)의 표면에 나노 크기의 나노 플라워 금-폴리 TCA로 이루어진 복합 도금층이 형성된 것을 확인할 수 있었다. From the results, it was confirmed that in the composite plating layer made of gold, nickel and poly TCA, nickel was selectively removed to successfully form a composite plating layer made of nano-sized nano flower gold-poly TCA on the surface of the glassy carbon electrode (GCE). Could.

도 3(B)는 NFG-TCA 전극 표면의 dealloying 전과 후이며, (c)는 EDS 이미지, (d)는 AuNi, (e)는 Au, (f)는 Ni, (g)는 O, (h)는 S 원소에 대한 EDS 결과를 나타낸 것으로, dealloying 전의 경우 Ni이 5.84%(at%)이었으나, dealloying 후의 경우 Ni이 0.34%로 제거된 것을 확인할 수 있었으며, C, O, Ni, Au 및 S 원소의 원자비는 각각 54.34, 8.04, 0.34, 30.21 및 7.07%로 존재하는 것을 확인할 수 있었다. Figure 3 (B) is before and after dealloying of the surface of the NFG-TCA electrode, (c) EDS image, (d) AuNi, (e) Au, (f) Ni, (g) O, (h ) Shows EDS results for S element, Ni was 5.84% (at%) before dealloying, but Ni was removed as 0.34% after dealloying, and C, O, Ni, Au and S elements The atomic ratio of was found to be 54.34, 8.04, 0.34, 30.21 and 7.07%, respectively.

도 3(C)는 나노 플라워 금-폴리 TCA 전극 표면의 dealloying 전과 후의 전극 표면의 (a)는 survey, (b) S2p, (c)Au4f, (d)Ni2p XPS 스펙트라를 확인한 결과로, 162 eV 부근에서 폴리 터싸이오펜의 S2p 피크를 확인하였으며 (b), (c)는 83.8과 87.4 eV 부근에서 Au4f7 /2와 Au4f5 /2 피크가 각각 확인되었다. (c)는 853.1과 858.6.4 eV 부근에서 Ni2p3 /2가 870.1 eV 부근에서 Ni2p5 /2 피크가 각각 확인되었다. FIG. 3 (C) shows the results of the survey, (b) S2p, (c) Au4f, and (d) Ni2p XPS spectra before and after dealloying of the nanoflower gold-poly TCA electrode surface. S2p peak was confirmed that the polyether thiophene in the vicinity of (b), (c) have been identified, each Au4f 7/2 and Au4f 5/2 peak at about 83.8 and 87.4 eV is. (c) have been identified, each Ni2p 5/2 peak at Ni2p 3/2 near the 870.1 eV in the vicinity of 853.1 eV and 858.6.4 are.

(c)와 (d)에서 (i)은 금 도금층, (ii)는 금-니켈 도금 층, (iii)은 금-니켈-TCA 도금층, (iV)는 나노 플라워 금-폴리 TCA으로 이루어진 복합 도금층으로, (c)에서 각 도금층마다 Au4f7/2와 Au4f5 /2 피크의 강도(intensity) 변화는 크지 않으며, (d)의 (iV)에서 Ni을 선택적으로 제거한 나노 플라워 금-폴리 TCA 복합 도금층은 Ni의 강도가 확연히 감소된 것을 확인할 수 있었다.(c) to (d), (i) is a gold plating layer, (ii) is a gold-nickel plating layer, (iii) is a gold-nickel-TCA plating layer, and (iV) is a composite plating layer consisting of nanoflower gold-poly TCA. with, (c) the strength (intensity) variation of the 5/2 7/2 Au4f peak and Au4f each plating layer is not large, the nano gold flower selectively removing the Ni in (iV) of (d) - poly TCA composite plating layer It was confirmed that the strength of silver Ni was significantly reduced.

4. 검출 파라미터의 최적화 조건 규명4. Identification of optimization conditions of detection parameters

센서의 검출 환경을 최적화하기 위하여, 나노 플라워 금-폴리 TCA 복합 도금층의 (A)Ni농도, (B)TCA의 농도, (C)금 전착 시간, 검출 파라미터의 최적화를 위해 (D)시료 용액의 pH, (E)전해질의 종류에 따른 전류 변화를 관찰하였다. In order to optimize the detection environment of the sensor, (D) Ni concentration of the nanoflower gold-poly TCA composite plating layer, (B) TCA concentration, (C) gold electrodeposition time, and (D) The change of current according to the type of pH and (E) electrolyte was observed.

그 결과, 도 4(A)와 같이 Ni의 농도가 0에서 50mM로 증가함에 따라 전류가 증가하였고, Ni의 농도가 50mM을 넘으면 피크 전류가 감소하였으며, 도 4(B)를 참고하면 TCA의 농도가 1μM에서 10μM로 증가함에 따라 피크 전류가 증가하였고, 10μM을 넘으면 피크 전류가 감소하였다. 금 전착 시간은 도 4(C)와 같이 400초에서 900초로 증가함에 따라 전류가 증가하였고, 900초를 넘으면 피크 전류가 감소하였다.As a result, the current increased as the concentration of Ni increased from 0 to 50mM as shown in FIG. 4 (A), and the peak current decreased when the concentration of Ni exceeded 50mM. Referring to FIG. 4 (B), the concentration of TCA was increased. The peak current increased with increasing from 1 μM to 10 μM, and above 10 μM the peak current decreased. As the electrodeposition time of gold increased from 400 seconds to 900 seconds as shown in FIG. 4 (C), the current increased, and the peak current decreased after 900 seconds.

또한, 도 4(D)를 참조하면, 용액의 pH가 0.5에서 1.5로 증가함에 따라 전류가 증가하였고, pH가 1.5를 넘으면 피크 전류는 감소되었기 때문에, 검출 민감도 및 검출 능력 등을 종합적으로 고려하여 검출 파라미터의 최적화 조건 규명 실험에서는 시료 용액의 pH를 1.5로 선정하여 수행하였다.In addition, referring to FIG. 4 (D), the current increased as the pH of the solution increased from 0.5 to 1.5, and the peak current decreased when the pH was above 1.5, in consideration of detection sensitivity and detection ability. In the experiment for optimizing detection parameters, the pH of the sample solution was set to 1.5.

지지 전해질을 각각 0.1 M의 질산, 황산, 염산, 인산, 또는 과염소산으로 다양하게 변화시키면서 As(V)의 검출을 수행하여 최적의 전해질을 확인하였다.The detection of As (V) was carried out while varying the supporting electrolyte to 0.1 M of nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, or perchloric acid, respectively to confirm the optimum electrolyte.

그 결과, 도 4(E)와 같이 질산을 지지 전해질로 사용하였을 때 다른 전해질을 사용하였을 때보다 피크 전류가 더 크게 나타남에 따라, 이후 실험에서 사용될 전해질은 질산 용액으로 결정하였다.As a result, when using nitric acid as a supporting electrolyte as shown in Figure 4 (E), the peak current is larger than when using other electrolytes, the electrolyte to be used in subsequent experiments was determined to be a nitric acid solution.

5. 방해효과5. Interference effect

나노 플라워 금-폴리 TCA으로 이루어진 복합 도금층으로 개질된 전극을 이용한 센서로 As(III) 또는 As(V) 이온을 검출할 때, Cr(VI) 및 Se(III)와, Fe(III), V(V), Co(Ⅱ)의 방해효과를 분석하였다. 이때 방해 효과를 보기 위한 상기 금속 이온들의 농도는 100 ppb로 고정하였다. When detecting As (III) or As (V) ions with an electrode modified with a composite plating layer composed of nano flower gold-poly TCA, Cr (VI) and Se (III), Fe (III), V The interfering effects of (V) and Co (II) were analyzed. At this time, the concentration of the metal ions to see the interference effect was fixed to 100 ppb.

그 결과, 도 6(B)를 참고하면 As(III)의 경우 추가적인 피크는 나타나지 않았으며 피크 전류 역시 오차 범위 이내인 약 10.0% 정도의 차이를 나타내었다. As a result, referring to FIG. 6 (B), no additional peak was observed in As (III), and the peak current also showed a difference of about 10.0% within an error range.

도 6(A)의 As(V)의 경우 마찬가지로 추가적인 피크는 나타나지 않았으며, 피크 전류 역시 오차 범위 이내인 약 5.9% 정도의 차이를 나타내었다.In the case of As (V) of FIG. 6 (A), no additional peak was observed, and the peak current also showed a difference of about 5.9% within an error range.

상기 결과로부터 나노 플라워 금-폴리 TCA로 이루어진 복합 도금층으로 개질된 전극을 포함하는 As 이온 검출용 센서는 다른 활성종의 방해 없이 미량의 As(III) 또는 As(V)를 선택적으로 검출할 수 있음이 확인되었다.As the ion detection sensor including the electrode modified with a composite plating layer consisting of nano flower gold-poly TCA from the above results can detect a small amount of As (III) or As (V) without interference of other active species This was confirmed.

6. 검량 곡선 및 검출 한계 규명6. Identify calibration curve and detection limits

앞선 실험에서 확인된 최적의 실험조건으로 As(III) 또는 As(V) 검출용 검량선을 구하였다. As the optimal experimental conditions confirmed in the previous experiment, the calibration curve for detecting As (III) or As (V) was obtained.

As(V)의 경우, 도 5(A)의 (a)와 같이 1 ppb 부터 400 ppb 까지 농도를 증가시켜 가며 SWV를 이용해 검출 실험을 수행하였으며, 이때 나타난 피크 전류를 도 5 (A)의 (b)와 같이 검량선으로 나타내었으며, 검량선의 상관계수는 0.99이었고, 검량선의 동적 범위는 1 ppb 부터 300 ppb, 그리고 300 ppb 부터 400 ppb 까지였다.  In the case of As (V), the detection experiment was performed using SWV with increasing concentration from 1 ppb to 400 ppb as shown in (a) of FIG. 5 (A), and the peak current shown in FIG. As shown in b), the calibration curve was 0.99, and the dynamic range of the calibration curve was 1 ppb to 300 ppb and 300 ppb to 400 ppb.

그 결과, 검량선의 기울기를 이용해 계산된 검출 한계는 0.15 ppb로 확인되었다.As a result, the detection limit calculated using the slope of the calibration curve was found to be 0.15 ppb.

또한, As(III)의 경우, 도 5(B)의 (a)와 같이 1 ppb 부터 3 ppm 까지 농도를 증가시켜 가며 SWSV를 이용해 검출 실험을 수행하였다. 이때 나타난 피크 전류를 도 4 (B)의 (b)검량선으로 나타내었으며, 검량선의 상관계수는 0.97이었고, 검량선의 동적 범위는 1 ppb 부터 1 ppm, 그리고 1 ppm 부터 3 ppm 까지였다. In the case of As (III), detection experiments were performed using SWSV while increasing the concentration from 1 ppb to 3 ppm as shown in FIG. 5 (B). The peak current at this time is represented by (b) calibration curve of FIG. 4 (B), the correlation coefficient of the calibration curve was 0.97, and the dynamic range of the calibration curve was 1 ppb to 1 ppm and 1 ppm to 3 ppm.

그 결과, 검량선의 기울기를 이용해 계산된 검출 한계는 0.74 ppb로 확인되었다.As a result, the detection limit calculated using the slope of the calibration curve was found to be 0.74 ppb.

상기 결과로부터, 나노 플라워 금-폴리 TCA로 이루어진 복합 도금층으로 개질된 전극을 포함하는 As(III) 또는 As(V) 이온 검출용 센서는 실제 시료 즉, 수돗물에서도 As 이온의 측정이 가능할 것으로 판단되었다.From the above results, it was determined that the As (III) or As (V) ion detection sensor including the electrode modified with a composite plating layer made of nanoflower gold-poly TCA could measure As ions even in actual samples, that is, tap water. .

7. 실제 시료 분석7. Real Sample Analysis

나노 플라워 금-폴리 TCA로 이루어진 복합 도금층으로 개질된 전극을 포함하는 센서의 실제 시료에 대한 적용성을 확인하기 위해, SWV 방법을 이용하여 폐수에 포함되어 있는 As(V)를 검출하였다. In order to confirm the applicability of the sensor including the electrode modified with a composite plating layer composed of nano flower gold-poly TCA, the As (V) contained in the wastewater was detected using the SWV method.

도 7을 참고하면, 폐수의 취급 위치에 따라 상, 중, 하로 분리하고, 이들 시료를 상등액 또는 혼합 시료(mix)로 각각 분류한 후, 표준물 첨가법을 이용하여 농도를 정량하였다. 각 시료의 상등액(20배 묽힘), 상 mix(40배), 중 상등액(80배), 중 mix(80배), 하 상등액(90배) 및 하 mix(80배)은 pH 1.5로 보정하였으며, 표준 중금속 이온을 5.0, 10.0, 15.0, 20.0 및 300.0 ppb를 첨가하여 농도를 정량하였다. Referring to FIG. 7, the samples were separated into upper, middle, and lower portions according to the handling positions of the wastewater, and these samples were respectively classified into supernatants or mixed samples, and then concentrations were quantified using a standard addition method. The supernatant (20 times diluted), upper mix (40 times), middle supernatant (80 times), middle mix (80 times), lower supernatant (90 times) and lower mix (80 times) of each sample were calibrated to pH 1.5. The concentrations were quantified by adding 5.0, 10.0, 15.0, 20.0 and 300.0 ppb to standard heavy metal ions.

그 결과, 표 1과 같이 각 시료에서 As(V) 이온 검출이 가능하였으며, ICP-MS 결과와 비교 분석한 결과에서도 유사한 As(V) 이온 농도를 나타내었다. As(V) 농도의 오차는 시료 분석 시간에 따른 농도 변화 때문이다.As a result, As (V) ions were detected in each sample as shown in Table 1, and similar As (V) ion concentrations were shown in the results of comparative analysis with the ICP-MS results. The error in As (V) concentration is due to the concentration change with sample analysis time.

상기 결과로부터, 나노 플라워 금-폴리 TCA로 이루어진 복합 도금층으로 개질된 전극을 포함하는 센서는 실제 폐수에 포함되어 있는 As(V) 이온을 효과적으로 검출할 수 있는 센서로 적용가능한 것이 확인되었다.From the above results, it was confirmed that the sensor including the electrode modified with the composite plating layer made of nanoflower gold-poly TCA can be applied as a sensor capable of effectively detecting As (V) ions contained in the actual wastewater.

Figure 112018020829824-pat00001
Figure 112018020829824-pat00001

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described the specific part of the present invention in detail, it is apparent to those of ordinary skill in the art that such a specific description is merely a preferred embodiment, thereby not limiting the scope of the present invention. something to do. Therefore, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (13)

전극;
상기 전극 상에 형성되며, 금(Au) 및 폴리 5,2':5',2″-터싸이오펜-3'-카복실산(5,2':5',2″-Terthiophene-3'-carboxylic acid; TCA)을 포함하는 나노 플라워 복합체의 코팅층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서로서,
상기 센서는 As(Ⅲ) 및 As(Ⅴ) 이온을 검출하는 것을 특징으로 하는 비소(As) 이온 검출용 센서.
electrode;
Gold (Au) and poly 5,2 ': 5', 2 "-terthiophene-3'-carboxylic acid (5,2 ': 5', 2"-Terthiophene-3'-carboxylic acid) formed on the electrode A sensor comprising a coating layer of a nanoflower composite comprising acid;
The sensor for detecting arsenic (As) ions, characterized in that for detecting As (III) and As (V) ions.
청구항 1에 있어서, 상기 나노 플라워 복합체는 250 내지 500nm의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 비소(As) 이온 검출용 센서.The sensor for detecting arsenic (As) ions according to claim 1, wherein the nanoflower composite has an average diameter of 250 to 500 nm. 삭제delete 금 전구체, 니켈 전구체 및 5,2':5',2″-터싸이오펜-3'-카복실산(TCA)을 포함하는 혼합용액을 준비하는 단계(제1단계);
상기 혼합용액에 전극을 침지시킨 후 -1 내지 -3V의 전류를 800 내지 900초간 인가하여 전극 상에 금, 니켈 및 폴리 TCA로 이루어진 나노 플라워 복합체 코팅층을 형성하는 단계(제2단계); 및
상기 코팅층이 형성된 전극에 순환전압전류법을 이용하여 니켈을 제거하는 단계(제3단계)를 포함하는 비소(As) 이온 검출용 센서 제조방법.
Preparing a mixed solution containing a gold precursor, a nickel precursor, and 5,2 ': 5', 2 "-terthiophene-3'-carboxylic acid (TCA) (first step);
Immersing the electrode in the mixed solution and applying a current of -1 to -3V for 800 to 900 seconds to form a nanoflower composite coating layer made of gold, nickel and poly TCA on the electrode (second step); And
Method of manufacturing a sensor for arsenic (As) ion detection comprising the step of removing nickel (third step) using the cyclic voltammetry method on the electrode formed with the coating layer.
청구항 4에 있어서, 상기 금 전구체는 염화금·3수화물(HAuCl4·3H2O), 염화금(AuCl), 및 염화금 칼륨(KAuCl4)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비소(As) 이온 검출용 센서 제조방법.The arsenic (As) of claim 4, wherein the gold precursor is any one selected from the group consisting of gold chloride trihydrate (HAuCl 4 · 3H 2 O), gold chloride (AuCl), and gold potassium chloride (KAuCl 4 ). Ion detection sensor manufacturing method. 청구항 4에 있어서, 상기 니켈 전구체는 황화니켈·6수화물(NiSO4·6H2O), 염화니켈 (II) (NiCl2), 및 염화니켈·6수화물(NiCl2·6H2O)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비소(As) 이온 검출용 센서 제조방법.The method of claim 4, wherein the nickel precursor is a group consisting of nickel sulfide hexahydrate (NiSO 4 · 6H 2 O), nickel chloride (II) (NiCl 2 ), and nickel chloride hexahydrate (NiCl 2 · 6H 2 O). Arsenic (As) ion detection sensor manufacturing method, characterized in that any one selected from. 삭제delete 삭제delete 청구항 4에 있어서, 상기 제3단계는 코팅층이 형성된 전극에 순환전압전류법(cyclic voltammetry)을 이용하여 0 내지 +1.5 V에서 150 내지 250 ㎃/s의 속도로 주사하여 니켈을 제거하는 것을 특징으로 하는 비소(As) 이온 검출용 센서 제조방법.The method of claim 4, wherein the third step is to remove the nickel by scanning at a rate of 150 to 250 ㎃ / s at 0 to +1.5 V using cyclic voltammetry to the electrode on the coating layer is formed. Arsenic (As) ion detection sensor manufacturing method. 시료 용액의 pH를 1 내지 2로 조절하는 단계; 및
청구항 1의 비소(As) 이온 검출용 센서에 상기 시료 용액 및 전해질을 넣고 전위를 인가하는 단계를 포함하는 비소(As) 이온 검출방법.
Adjusting the pH of the sample solution to 1-2; And
Arsenic (As) ion detection method comprising the step of applying the potential to the sample solution and the electrolyte in the arsenic (As) ion detection sensor of claim 1.
청구항 10에 있어서, 상기 비소(As)이온 검출방법은 +0.2에서 -0.4 V 범위의 환원 전위를 인가하여 As(V) 이온을 검출하는 것을 특징으로 하는 비소(As) 이온 검출방법.The arsenic (As) ion detection method of claim 10, wherein the arsenic (As) ion detection method detects As (V) ions by applying a reduction potential in the range of +0.2 to -0.4 V. 청구항 10에 있어서, 상기 비소(As)이온 검출방법은 -0.2에서 +0.65 V 범위의 산화 전위를 인가하여 As(III) 이온을 검출하는 것을 특징으로 하는 비소(As) 이온 검출방법.12. The method of claim 10, wherein the arsenic (As) ion detection method detects As (III) ions by applying an oxidation potential in the range of -0.2 to +0.65 V. 청구항 10에 있어서, 상기 전해질은 질산 용액인 것을 특징으로 하는 비소(As) 이온 검출방법.The arsenic (As) ion detection method according to claim 10, wherein the electrolyte is a nitric acid solution.
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