KR102278620B1 - Colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions comprising surface-modified nanoparticles, method for detecting mercury ions or arsenic ions using the same and method for preparing the same - Google Patents

Colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions comprising surface-modified nanoparticles, method for detecting mercury ions or arsenic ions using the same and method for preparing the same Download PDF

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Abstract

본 명세서에서는 표면개질-나노입자를 포함하는 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서, 이를 이용한 수은 이온 또는 비소 이온 검출 방법 및 이의 제조방법이 개시된다. Disclosed herein are a colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions including surface-modified nanoparticles, a method for detecting mercury ions or arsenic ions using the same, and a method for manufacturing the same.

Figure R1020200001326
Figure R1020200001326

Description

표면개질-나노입자를 포함하는 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서, 이를 이용한 수은 이온 또는 비소 이온 검출 방법 및 이의 제조방법 {COLORIMETRIC SENSOR FOR DETECTING MERCURY IONS OR ARSENIC IONS COMPRISING SURFACE-MODIFIED NANOPARTICLES, METHOD FOR DETECTING MERCURY IONS OR ARSENIC IONS USING THE SAME AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Surface modification-colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions including nanoparticles, method for detecting mercury ions or arsenic ions using the same, and method for manufacturing the same MERCURY IONS OR ARSENIC IONS USING THE SAME AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 명세서는 표면개질-나노입자를 포함하는 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서, 이를 이용한 수은 이온 또는 비소 이온 검출 방법 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present specification relates to a colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions including surface-modified nanoparticles, a method for detecting mercury ions or arsenic ions using the same, and a method for manufacturing the same.

보다 구체적으로는, 금 나노입자의 표면을 D-페니실라민으로 표면 개질하여 아민기와 카복실기를 특정 금속이온의 수용체(Receptor)로 활성화함으로서, 검출 대상 금속 이온과 선택적으로 반응하는 비색 센서, 검출 방법 및 이의 제조방법에 관한 것이다.More specifically, by surface-modifying the surface of gold nanoparticles with D-penicillamine to activate an amine group and a carboxyl group as a receptor for a specific metal ion, a colorimetric sensor that selectively reacts with a metal ion to be detected, a detection method and to a method for manufacturing the same.

수은 이온(Hg2 +)은 상온에서 액체 상태로 존재하는 유일한 금속이며 자연적, 인공적인 발생원으로부터 무기 수은의 형태로 환경 중에 방출되게 된다. 이러한 무기 수은은 퇴적물 내 미생물들의 활동으로 유기 형태인 유기 수은으로 전환되며 우리 주변의 환경에서 오래 잔류하는 동안 다시 무기 수은으로 전환되기도 한다. 수은은 인체에 누적될 경우 신경계통에 치명적인 피해를 주는 중금속으로 페인트와 안료, 형광등, 온도계 등 실생활과 밀접하게 쓰이며 공장 내에서 플라스틱 제품생산의 촉매로 사용된 수은이 플랑크톤, 어패류에 섭취되고 생태계의 먹이 연쇄과정을 거치면서 인체 내에 메틸수은이 축적되게 함으로써 피해를 줄 수 있다. Mercury ion (Hg 2 + ) is the only metal that exists in a liquid state at room temperature and is released into the environment in the form of inorganic mercury from natural or artificial sources. Such inorganic mercury is converted into organic mercury, which is an organic form, due to the activity of microorganisms in the sediment, and is also converted back to inorganic mercury while remaining for a long time in the environment around us. Mercury is a heavy metal that causes fatal damage to the nervous system when accumulated in the human body. It is closely used in real life such as paints, pigments, fluorescent lamps, and thermometers. Mercury used as a catalyst for the production of plastic products in factories is ingested by plankton, fish and shellfish, and is harmful to the ecosystem. It can cause damage by causing the accumulation of methylmercury in the body through the food chain process.

수은은 몸 안에 축적되며 배출되기 쉽지 않고 총 수은량이 30 mg/kg 이상이 되면 수은 중독 현상을 일으키게 되며 주로 식품이나 음용수를 통해 소화기로 흡수되거나 증기 등의 형태로 인해 호흡기로 들어오며 이 중 80% 이상은 신장 및 간에 축적되어 소뇌의 기능을 마비시킨다. 수은이 인체 내에 축적이 되면서 만성 신경계의 질환으로 인해 운동장애 등이 발현되며 150∼300 mg/70 kg 이상에 노출되면 사망하다.Mercury accumulates in the body and is not easily excreted. When the total mercury content exceeds 30 mg/kg, mercury poisoning occurs. It is mainly absorbed into the digestive tract through food or drinking water or enters the respiratory tract in the form of vapor, of which 80% Abnormalities accumulate in the kidneys and liver and paralyze the function of the cerebellum. As mercury accumulates in the human body, movement disorders, etc. are expressed due to chronic nervous system diseases, and death occurs when exposed to 150-300 mg/70 kg or more.

비소(As3 +)는 탄광, 비철금속의 제련, 화석 연료의 연소 등을 통해 오염지역에서 다량 검출된다. 비소를 함유한 농약을 장기간 사용하였을 때는 농작지의 오염원 원인이 되고, 목재 보존을 위한 방부처리를 할 때, 비소 이온이 함유된 제품을 사용하는 것은 환경오염의 원인이 되고 있다.Arsenic (As 3 + ) is detected in large amounts in polluted areas through coal mines, smelting of non-ferrous metals, and combustion of fossil fuels. When pesticides containing arsenic are used for a long period of time, they become a source of contamination in farmland, and when preserving wood for wood preservation, using products containing arsenic ions is a cause of environmental pollution.

일반인들은 주로 식품과 음용수로 인해서 비소 이온에 노출된다. 음용수 중 비소는 무기 비소의 중요한 노출원이 된다. 식품과 음용수 속 총 비소의 1일 섭취량은 약 20-300 ㎍/1일 정도이다 (WHO, 2001). 비소는 화학적인 형태에 따라서 독성의 정도가 다르다. 금속비소와 유기비소는 독성이 비교적 작지만, 수용성 무기비소가 인체 내로 들어왔을 경우, 급성독성을 일으키며 심혈관계 이상, 말초혈관계 질환 및 신경계 기능 이상을 유발하며 결국에는 사망까지 이르게 된다. The general public is exposed to arsenic ions mainly from food and drinking water. Arsenic in drinking water is an important source of exposure to inorganic arsenic. The daily intake of total arsenic in food and drinking water is about 20-300 μg/day (WHO, 2001). Arsenic has different degrees of toxicity depending on its chemical form. Metallic arsenic and organic arsenic are relatively low in toxicity, but when water-soluble inorganic arsenic enters the human body, it causes acute toxicity and causes cardiovascular abnormalities, peripheral vascular disease, and nervous system dysfunction, and eventually leads to death.

수은과 비소이온의 분석법으로는 주로 고성능 액체 크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatography, HPLC), 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer, ICP/MS), 전기화학적 방법(Electrochemical assay) 및 원자 흡광 광도계 (Atomic Absorption Spectrometer, AAS) 등이 제안되었다. Mercury and arsenic ions are mainly analyzed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC), Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (ICP/MS), Electrochemical assay, and atomic absorption spectrometry. (Atomic Absorption Spectrometer, AAS) has been proposed.

금 나노입자(gold nanoparticles) 등의 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance) 현상을 이용한 나노입자 비색센서 분석법은, 이론적으로는 나노 크기 수준의 입자가 흡수된 광파에 의해 나노입자 표면의 자유전자 진동을 유발하는 원리를 이용한다. 이때, 공명 현상이 나타나서 특정 파장을 방출하고, 입자의 크기, 모양, 종류에 따라서 다양한 색상을 띠게 된다. 그런데, 금속 나노입자들이 외부 화합물과 결합하는 경우, 나노입자가 응집(aggregation)하여 입자의 크기가 변하고, 그에 따라 색상이 변화될 수 있으므로, 환경오염 물질을 측정하고 모니터링하는 센서 등에 다양하게 응용될 수 있다(환경기술 기술동향보고서 2011).Nanoparticle colorimetric sensor analysis using surface plasmon resonance such as gold nanoparticles theoretically induces free electron vibration on the surface of nanoparticles by light waves absorbed by nano-sized particles. use the principle At this time, a resonance phenomenon occurs and a specific wavelength is emitted, and the particle takes on various colors depending on the size, shape, and type of the particle. However, when metal nanoparticles are combined with an external compound, the nanoparticles may aggregate and the size of the particles may change, and thus the color may change, so it can be applied to sensors that measure and monitor environmental pollutants. (Environmental Technology Technology Trend Report 2011).

페니실라민(Penicillamine)은 큐피린(Camprimine) 이라는 상품명으로 판매되는, 주로 구리 대사의 유전적 장애인 윌슨 병(Wilson's disease)의 치료에 사용되는 약제이며 류머티즘성 관절염, 다양한 중금속 중독을 가진 신장 결석 환자에게도 사용된다. 또한, 세계 보건기구의 필수 의약품 목록에 있으며 구조에 따라서 D-페니실라민과 입체이성질체인 L-페니실라민으로 구분이 된다. Penicillamine, sold under the trade name Camprimine, is mainly used for the treatment of Wilson's disease, a genetic disorder of copper metabolism, rheumatoid arthritis, and kidney stones in patients with various heavy metal poisoning. is also used for In addition, it is on the World Health Organization's list of essential medicines and is divided into D-penicillamine and L-penicillamine, which is a stereoisomer, depending on the structure.

D-페니실라민의 독성은 비교적 낮지만, L-페니실라민의 경우, 동물실험에서 피리독신의 의존성 효소의 억제로 인해 신경독을 유발한다. 1957 년에 납 킬레이션에서의 D-페니실라민의 효과에 관한 2건의 사례가 발표되었고, 1960년대 초반에 작은 대조 연구가 발표되었으며 1950년대에 N-아세틸-페니실라민과의 수은의 킬레이트화 또한 입증되었다 [Boulding JE, Baker RA. Lancet. 1957;2:985.][Goldberg A, et al. Treatment of lead-poisoning with oral Penicillamine. Br. Med. J. 1963;1:1270][Ohlsson WTL. Penicillamine as lead-chelating substance in man. Br. Med. J. 1962;1:1454].Although the toxicity of D-penicillamine is relatively low, in the case of L-penicillamine, it induces neurotoxin due to inhibition of a pyridoxine-dependent enzyme in animal experiments. In 1957, two cases were published on the effect of D-penicillamine on lead chelation, a small controlled study was published in the early 1960s, and in the 1950s the chelation of mercury with N-acetyl-penicillamine was also has been proven [Boulding JE, Baker RA. Lancet. 1957;2:985.] [Goldberg A, et al. Treatment of lead-poisoning with oral Penicillamine. Br. Med. J. 1963; 1:1270] [Ohlsson WTL. Penicillamine as lead-chelating substance in man. Br. Med. J. 1962; 1:1454].

대개 페니실라민으로 지칭되는 D-페니실라민은 중금속 킬레이트이며 그중 특히 구리 및 비소, 철, 수은 및 납 킬레이트에서도 효과적이다. D-페니실라민은 자연적으로 발생하는 페니실린 염기이며 3-머캅토-D-발린(3-Mercapto-D-valine)이라고도 한다. D-페니실라민의 작용 중 티올(thiol)은 나노입자에 결합하게 되고, 아민(amine)과 카복실기(COOH)가 나노입자 표면에 존재하여 기능이 활성화 된다.D-penicillamine, commonly referred to as penicillamine, is a heavy metal chelate and is particularly effective in copper and arsenic, iron, mercury and lead chelates. D-penicillamine is a naturally occurring penicillin base, also called 3-Mercapto-D-valine. During the action of D-penicillamine, thiol binds to nanoparticles, and amines and carboxyl groups (COOH) exist on the surface of the nanoparticles to activate the function.

최근 산업의 고도화로 인해 당면한 환경문제는 증가하고 있으며 쾌적하고 안전한 생활을 하기 위해서는 환경으로부터 스스로 대비를 할 수 있는 시스템을 구축해야 하고 이를 위해서는 우리 주변의 유해 환경 물질들의 정보를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 기술이 필요하다. 이를 위하여 여러 가지 요소 기술이 필요한데, 그중 하나가 환경 센서 기술이다. Due to the recent advancement of the industry, the environmental problems we are facing are increasing, and in order to live a pleasant and safe life, we need to build a system that can prepare ourselves from the environment. Skills are needed. For this, several element technologies are required, and one of them is environmental sensor technology.

따라서, 환경오염 시료, 법과학 시료, 음용수, 의약품, 화학물질 취급 산업현장 등에서 유독물질인 수은 이온(Hg2 +)과 비소 이온(As3 +)을 선택적으로 또는 동시에 신속하게 검출하고 분석할 수 있고, 실시간 측정과 미 반응 센서의 재활용이 가능하며, 높은 안정성을 갖고, 소규모로 제작이 가능한 센서 기술의 개발이 요구되고 있다. Therefore, mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ), which are toxic substances, can be rapidly detected and analyzed selectively or simultaneously in environmental pollution samples, forensic science samples, drinking water, pharmaceuticals, chemical substances handling industrial sites, etc. , development of sensor technology capable of real-time measurement and recycling of unreacted sensors, high stability, and small-scale production is required.

한국 공개특허 제10162117000호Korean Patent Publication No. 10162117000

Sensors and Actuators B, 249 (2017) 339-347 Sensors and Actuators B, 249 (2017) 339-347 Talanta, 151 (2016) 106-113 Talanta, 151 (2016) 106-113 Sensors and Actuators B, 284 (2019) 217-280 Sensors and Actuators B, 284 (2019) 217-280 환경기술 기술동향보고서 2011 Environmental Technology Technology Trend Report 2011 Boulding JE, Baker RA. Lancet. 1957;2:985. Boulding JE, Baker RA. Lancet. 1957;2:985. Goldberg A, et al. Treatment of lead-poisoning with oral Penicillamine. Br. Med. J. 1963;1:1270 Goldberg A, et al. Treatment of lead-poisoning with oral Penicillamine. Br. Med. J. 1963; 1:1270 Ohlsson WTL. Penicillamine as lead-chelating substance in man. Br. Med. J. 1962;1:1454 Ohlsson WTL. Penicillamine as lead-chelating substance in man. Br. Med. J. 1962;1:1454

본 발명의 구현예들에서는 표면개질-나노입자를 포함하는 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서, 이를 이용한 수은 이온 또는 비소 이온 검출 방법 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions including surface-modified nanoparticles, a method for detecting mercury ions or arsenic ions using the same, and a method for manufacturing the same.

본 발명의 일 구현예에서, 표면개질-나노입자를 포함하는, 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서로서, 상기 표면개질-나노입자는 금 나노입자; 및 하기 화학식 1로 표시되는 개질제;를 포함하고, 상기 개질제는 상기 금 나노입자의 표면에 결합된 것인, 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서를 제공한다. In one embodiment of the present invention, a colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions, including surface-modified nanoparticles, wherein the surface-modified nanoparticles include gold nanoparticles; and a modifier represented by Formula 1 below, wherein the modifier is bound to the surface of the gold nanoparticles, and provides a colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions.

본 발명의 또다른 구현예에서, 수은 이온 또는 비소 이온 검출 방법으로서, 전술한 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서에 검출대상 시료를 투입하는 투입 단계; 비색 센서와 검출대상 시료의 반응 및 대기 단계; 및 상기 비색 센서의 색 변화에 의하여 검출대상 시료 내의 수은 이온 또는 비소 이온을 검출하는 감지 단계;를 포함하는, 수은 이온 또는 비소 이온 검출 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided a method for detecting mercury ions or arsenic ions, the method comprising: inputting a sample to be detected into the colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions; a reaction and waiting step between the colorimetric sensor and the sample to be detected; and a sensing step of detecting mercury ions or arsenic ions in the detection target sample by the color change of the colorimetric sensor.

본 발명의 또다른 구현예에서, 제1 용액으로서, 금 나노 입자가 분산된 용액을 준비하는 단계; 제2 용액으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 개질제를 포함하는 용액을 준비하는 단계; 및 상기 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여, 금 나노입자 표면에 개질제가 결합된 표면개질-나노입자를 제조하는 단계;를 포함하는 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서 제조 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, as a first solution, preparing a solution in which gold nanoparticles are dispersed; As a second solution, preparing a solution containing a modifier represented by the following formula (1); and mixing the first solution and the second solution to prepare the surface-modified nanoparticles in which the modifier is bonded to the surface of the gold nanoparticles; it provides a method for manufacturing a colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions, comprising:

본 발명은 D-페니실라민(D-Penicillamine)으로 개질된 금 나노입자(gold nanoparticle)를 이용하여, 검출 대상인 수은 이온 또는 비소 이온과 선택적 반응하므로, 색상 변화를 통해 생체시료, 음료수, 의약품과 식품 등에 함유되거나 용해된 특정 중금속 이온 성분을 간편하게 검출할 수 있으며, 센서의 재활용이 가능하다.The present invention uses gold nanoparticles modified with D-Penicillamine to selectively react with mercury ions or arsenic ions to be detected, so that it can be combined with biological samples, beverages, and pharmaceuticals through color change. Specific heavy metal ion components contained or dissolved in food, etc. can be easily detected, and the sensor can be recycled.

특히, 수은 (Hg2 +) 이온 및 비소 이온(As3 +) 성분에 대한 선택성, 민감성 및 정량성이 우수하여, 환경 시료, 법과학 검체, 음료수, 의약품, 화학물질 취급 산업현장 등에서 비색센서를 통한 신속한 검출과 실시간 측정과 지속적 관리를 가능하게 할 수 있다. In particular, it has excellent selectivity, sensitivity and quantitation for mercury (Hg 2 + ) ions and arsenic ions (As 3 + ) components. It can enable rapid detection, real-time measurement and continuous management.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) 금 나노입자 (b) DPL로 표면이 개질된 나노 프로브(nanoprobe), (c) 수은 이온(Hg2 +)으로 인해 응집된 나노 프로브, (d) 비소 이온(As3 +)으로 인해 응집된 나노 프로브의 사진과 흡광도 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) 금 나노입자 (b) 나노 프로브, (c) 수은 이온(Hg2 +)으로 인해 응집된 나노 프로브, (d) 비소 이온(As3 +)으로 인해 응집된 나노 프로브의 입자 분포 그래프와 TEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 프로브에 여러 가지 금속이온 및 음이온들을 이용한 나노프로브의 선택성 시험을 위해 첨가했을때, 금 나노입자의 (a) 색상 변화, (b) UV-vis 스펙트럼, 및 (c) 흡광도 비 (A730/A525)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 여러 가지 표면 개질 가능 물질에 따른 흡광도 비(A730/A525)를 나타낸 그림으로, (a) 수은 이온(Hg2 +)을 첨가했을 때, (b) 비소 이온(As3 +)을 첨가했을 때를 나타낸 그림이다. (조건: AuNPs 1 ml에 2 μM Hg2+, 2 μM As3 +, 5 mM DPL, 다른 성분 5 mM 첨가)
도 5는 본 명세서의 실시예 4에서 수은 이온(Hg2 +) 첨가 후 pH 변화에 따른 비색센서 용액의 (a) 색상 변화, 및 (b) 흡광도 비(A730/A525)를 나타낸 그림이다.
도 6은 본 명세서의 실시예 4에서 비소 이온(As3 +) 첨가 후 pH 변화에 따른 비색센서 용액의 (a) 색상 변화 사진, 및 (b) 흡광도 비(A730/A525)를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 명세서의 실시예 5에서의 D-페니실라민 (D-Penicillamine) 용액 농도에 따른 비색 센서용액의 수은 이온(Hg2 +) 첨가에 대한 반응성 실험이다. (a) DPL 농도 변화에 따른 비색센서 용액의 색상 변화, (b) DPL 농도 변화에 따른 UV-vis 스펙트럼, (c) DPL 농도 변화에 따른 흡광도 비(A730/A525)를 나타낸 그림이다.
도 8은 본 명세서의 실시예 5에서의 D-페니실라민 (D-Penicillamine) 용액 농도에 따른 비색 센서용액의 비소 이온(As3 +)에 대한 반응성 실험이다. (a) DPL 농도 변화에 따른 비색센서 용액의 색상 변화, (b) DPL 농도 변화에 따른 UV-vis 스펙트럼, (c) DPL 농도 변화에 따른 흡광도 비(A730/A525)를 나타낸 그림이다.
도 9는 본 명세서의 실시예 6에서 (a) 수은 이온(Hg2 +)과 (b) 비소 이온(As3+) 첨가 후 나노 프로브의 반응 온도에 따른 비색센서 용액의 흡광도 비(A730/A525)를 나타낸 그림이다.
도 10은 본 명세서의 실시예 7에서 (a) 수은 이온(Hg2 +)과 (b) 비소 이온(As3+)의 농도별로 시간에 따른 비색센서 용액의 흡광도 비(A730/A525) 변화를 나타낸 그림이다.
도 11는 본 명세서의 실시예 8에서 수은 이온(Hg2 +)의 농도 변화에 따른 비색센서 용액의 (a) 색상 변화 사진, (b) UV-vis 스펙트럼, (C) 흡광도 비(A730/A525)에 대한 정량곡선 그래프이다.
도 12는 본 명세서의 실시예 9에서 비소 이온(As3 +)의 농도에 따른 비색센서 용액의 (a) 색변화 사진, (b) UV-vis 스펙트럼, (c) 흡광도 비(A730/A525)에 대한 정량곡선 그래프이다.
도 13은 본 명세서의 실시예 10에서 (a) 수은 이온(Hg2 +) 5 μM 첨가 후 여러 가지 금속이온 및 음이온 50 μM을 첨가할 경우, 비색센서 용액의 흡광도 비(A730/A525) 그래프, (b) 비소 이온(As3 +) 5 μM 첨가 후 여러 가지 금속이온 및 음이온 50 μM을 첨가할 경우, 비색센서 용액의 흡광도 비(A730/A525) 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 구현예에 따른 DPL로 표면이 개질된 금 나노입자, 나노프로브(nanoprobe)가 수은 이온(Hg2 +)과 비소 이온(As3 +)으로 인해 응집되어 색상 변화를 통한 비색센서 일련의 과정을 나타내는 모식도이다.
1 shows (a) gold nanoparticles (b) a nanoprobe surface-modified with DPL, (c) aggregated nanoprobes due to mercury ions (Hg 2 + ) according to an embodiment of the present invention; ( d) Photographs and absorbance graphs of nanoprobes aggregated due to arsenic ions (As 3 + ).
2 is (a) gold nanoparticles (b) nanoprobes, (c) mercury ions (Hg 2 + ) aggregated nanoprobes according to an embodiment of the present invention, (d) arsenic ions (As 3 + ) This is a particle distribution graph and TEM image of the nanoprobe aggregated due to the aggregation.
3 shows (a) color change, (b) UV-vis spectrum of gold nanoparticles when added to a nanoprobe according to an embodiment of the present invention for a selectivity test of a nanoprobe using various metal ions and anions; , and (c) the absorbance ratio (A 730 /A 525 ).
4 is a diagram showing absorbance ratios (A 730 /A 525 ) according to various surface modifiable materials according to an embodiment of the present invention, (a) when mercury ions (Hg 2 + ) are added, (b ) is a diagram showing the addition of arsenic ions (As 3 + ). (Conditions: AuNPs in 1 ml 2 μM Hg 2+, 2 μM As 3 +, 5 mM DPL, addition of 5 mM other ingredients)
5 is a diagram showing (a) color change, and (b) absorbance ratio (A 730 /A 525 ) of the colorimetric sensor solution according to pH change after mercury ion (Hg 2 + ) is added in Example 4 of the present specification .
6 is a graph showing (a) a color change photograph of the colorimetric sensor solution according to pH change after addition of arsenic ions (As 3 + ) in Example 4 of the present specification , and (b) absorbance ratio (A 730 /A 525 ) to be.
7 is a reaction experiment to the addition of mercury ions (Hg 2 + ) of the colorimetric sensor solution according to the concentration of the D-penicillamine solution in Example 5 of the present specification. (a) Color change of colorimetric sensor solution according to DPL concentration change, (b) UV-vis spectrum according to DPL concentration change, and (c) absorbance ratio (A 730 /A 525 ) according to DPL concentration change.
8 is an experiment showing the reactivity of the colorimetric sensor solution to arsenic ions (As 3 + ) according to the concentration of the D-penicillamine solution in Example 5 of the present specification. (a) Color change of colorimetric sensor solution according to DPL concentration change, (b) UV-vis spectrum according to DPL concentration change, and (c) absorbance ratio (A 730 /A 525 ) according to DPL concentration change.
9 shows the absorbance ratio of the colorimetric sensor solution according to the reaction temperature of the nanoprobe after addition of (a) mercury ions (Hg 2 + ) and (b) arsenic ions (As 3+ ) in Example 6 of the present specification (A 730 / A 525 ) is shown.
10 shows the absorbance ratio of the colorimetric sensor solution over time according to the concentration of (a) mercury ions (Hg 2 + ) and (b) arsenic ions (As 3+ ) in Example 7 of the present specification (A 730 /A 525 ) This is a picture showing the change.
Figure 11 (a) color change picture of the colorimetric sensor solution according to the change in concentration of the mercury ion (Hg 2 +) in the eighth embodiment of the present disclosure, (b) UV-vis spectra, (C) the absorbance ratio (A 730 / A 525 ) is a quantitative curve graph.
12 is (a) a color change photograph, (b) UV-vis spectrum, (c) absorbance ratio (A 730 /A ) of the colorimetric sensor solution according to the concentration of arsenic ions (As 3 + ) in Example 9 of the present specification 525 ) is a quantitative curve graph.
13 shows the absorbance ratio of the colorimetric sensor solution (A 730 / A 525 ) when various metal ions and anions are added after the addition of 5 μM of mercury ions (Hg 2 + ) in Example 10 of the present specification (a) Graph, (b) When 5 μM of arsenic ions (As 3 + ) is added and then 50 μM of various metal ions and anions are added, the absorbance ratio (A 730 /A 525 ) of the colorimetric sensor solution is a graph.
14 is a diagram showing gold nanoparticles and nanoprobes having a surface modified with DPL according to an embodiment of the present invention aggregation due to mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ) through color change. It is a schematic diagram showing a series of colorimetric sensor processes.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, which are described for purposes of illustration, and the technical spirit of the present invention and its configuration and application are not limited thereby.

수은 이온 또는mercury ions or 비소 이온 검출용For arsenic ion detection 비색 센서 colorimetric sensor

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 표면개질-나노입자를 포함하는, 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서로서, 상기 표면개질-나노입자는 금 나노입자; 및 하기 화학식 1로 표시되는 개질제;를 포함하고, 상기 개질제는 상기 금 나노입자의 표면에 결합된 것인, 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서를 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, there is provided a colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions, including surface-modified nanoparticles, wherein the surface-modified nanoparticles include gold nanoparticles; and a modifier represented by Formula 1 below, wherein the modifier is bound to the surface of the gold nanoparticles, and provides a colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020001058695-pat00001
Figure 112020001058695-pat00001

DPL로 개질된 금 나노입자 프로브는 수은 이온(Hg2 +)과 비소 이온(As3 +)에 의한 응집으로 전체적인 크기가 5배 정도 커지면서 뚜렷하게 색상의 변화를 나타내어, 수은 이온 또는 비소 이온을 간편하게 검출할 수 있다. The gold nanoparticle probe modified with DPL shows a distinct color change as the overall size increases by about 5 times due to aggregation by mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ), making it easy to detect mercury ions or arsenic ions can do.

구체적으로, 도 14를 참조하면, 금 나노입자의 표면에 결합된 D-페니실라민의 티올, 아민기, 카복실기가 금 나노입자에 기능성을 부여하여, 금 나노입자 간 응집(aggregation)을 유도하여 응집체를 형성하고, 이로 인한 표면 플라스몬 공명현상에 의하여 비색 센서의 색 방출 파장이 달라지게 된다. Specifically, referring to FIG. 14 , the thiol, amine group, and carboxyl group of D-penicillamine bound to the surface of the gold nanoparticles impart functionality to the gold nanoparticles, thereby inducing aggregation between the gold nanoparticles to induce aggregation. , and the color emission wavelength of the colorimetric sensor is changed by the surface plasmon resonance.

일 구현예에서, 상기 표면개질-나노입자는 상기 비색 센서 용액 내에 고르게 분산될 수 있고, 상기 표면개질-나노입자는 구형으로 입자 표면적이 증가하고 표면 개질에 상대적으로 쉬울 수 있다. 또한, 구형으로 입자의 크기에 따라 흡수 산란되는 파장의 조절이 쉽고, 생체적합성을 높일수 있다. In one embodiment, the surface-modified nanoparticles may be uniformly dispersed in the colorimetric sensor solution, and the surface-modified nanoparticles may have a spherical shape, increasing the particle surface area, and may be relatively easy to surface-modify. In addition, it is easy to control the wavelength of absorption and scattering according to the size of the spherical particle, and biocompatibility can be improved.

예시적인 구현예에서, 상기 금 나노입자의 크기는 20 nm 이하일 수 있고, 약 1 nm 이상일 수 있으며, 나노 입자의 크기가 20 nm 이하로 작아질 경우 부파장 안테나(subwavelength antennas)의 역할로 작용하는 LSPR 효과를 볼 수 있다.In an exemplary embodiment, the size of the gold nanoparticles may be 20 nm or less, and may be about 1 nm or more, and when the size of the nanoparticles is reduced to 20 nm or less, it acts as subwavelength antennas. You can see the LSPR effect.

구체적으로, 국소화된 표면 플라즈몬 공명 (LSPR)은 입사 파장과 이보다 작은 전도성 나노 입자 (NP)와 상호 작용할 때 빛에 의해 발생되는 광학 현상이다. 표면 플라즈몬 공명(SPR)에서와 같이, 입사광의 전기장은 전도 대역의 전자를 집합적으로 여기 시켜 증가된 전기장을 발생할 수 있고, 이 현상은 NP의 조성, 크기, 형상, 유전 환경(dielectric environment) 및 입자간 거리에 크게 의존하는 공진 주파수를 갖는 국소화된 플라즈몬 진동(localized plasmon oscillations)과 매우 밀접하다. 따라서, 이를 통해 나노 입자를 이용한 bioassays, biosensing, 태양전지 등에서 고감도, 고효율의 기술로 활용될 수 있다.Specifically, localized surface plasmon resonance (LSPR) is an optical phenomenon caused by light when it interacts with conductive nanoparticles (NPs) with an incident wavelength and smaller than this. As in surface plasmon resonance (SPR), the electric field of incident light can collectively excite electrons in the conduction band to generate an increased electric field, and this phenomenon depends on the composition, size, shape, dielectric environment and It is very close to localized plasmon oscillations with a resonant frequency that is highly dependent on the interparticle distance. Therefore, it can be used as a high-sensitivity and high-efficiency technology in bioassays, biosensing, and solar cells using nanoparticles.

예시적인 구현예에서, 상기 개질제의 농도는 상기 비색 센서 용액 전체 부피를 기준으로 1 내지 10 mM일 수 있고, 예컨대, 2 mM 이상, 3 mM 이상, 4 mM 이상일 수 있고, 9 mM 이하, 7 mM 이하, 6 mM 이하일 수 있고, 바람직하게는 5 mM일 수 있다. 상기 개질제 농도가 1 mM 미만인 경우 비소 이온의 검출 색변화가 작으며, 반응시간이 매우 길어질 수 있고, 10 mM 초과인 경우 나노입자간의 응집으로 인한 안정성이 낮아질 수 있다. In an exemplary embodiment, the concentration of the modifier may be 1 to 10 mM based on the total volume of the colorimetric sensor solution, for example, 2 mM or more, 3 mM or more, 4 mM or more, 9 mM or less, 7 mM or less Hereinafter, it may be 6 mM or less, preferably 5 mM. When the concentration of the modifier is less than 1 mM, the detection color change of arsenic ions is small, the reaction time may be very long, and when the concentration of the modifier is more than 10 mM, stability due to aggregation between nanoparticles may be lowered.

예시적인 구현예에서, 상기 비색 센서의 색상은 붉은색 계열이고, 수은 이온 또는 비소 이온 첨가시, 암청색(Dark Blue) 계열로 색상이 변화될 수 있다. In an exemplary embodiment, the color of the colorimetric sensor may be red, and when mercury ions or arsenic ions are added, the color may be changed to dark blue.

예시적인 구현예에서, 상기 비색 센서의 수은 이온 검출 pH는 3 내지 7일 수 있고, 상기 비색 센서의 비소 이온 검출 pH는 3 내지 4.5일 수 있다. 따라서, pH 5∼pH 7 범위에서는 수은 이온(Hg2 +)의 농도만을 선택적으로 검출할 수 있으며, pH 3∼pH 4.5에서는 수은 이온(Hg2 +) 과 비소 이온(As3 +)의 농도의 합을 측정할 수 있다. In an exemplary embodiment, the mercury ion detection pH of the colorimetric sensor may be 3 to 7, and the arsenic ion detection pH of the colorimetric sensor may be 3 to 4.5. Therefore, in the range of pH 5 to pH 7, only the concentration of mercury ions (Hg 2 + ) can be selectively detected, and at pH 3 to pH 4.5, the concentration of mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ) is sum can be measured.

예시적인 구현예에서, 상기 비색 센서의 흡광도비는 0.2 내지 1.2일 수 있다. 이러한 흡광비는 본 발명의 검출 센서가 다른 금속이온에 비해 수은 또는 비소 이온에 대하여 매우 우수한 선택성을 가지는 것을 의미한다. In an exemplary embodiment, the absorbance ratio of the colorimetric sensor may be 0.2 to 1.2. This extinction ratio means that the detection sensor of the present invention has very good selectivity for mercury or arsenic ions compared to other metal ions.

예시적인 구현예에서, 상기 비색 센서는 20 내지 50 ℃에서, 수은 이온 또는 비소 이온을 검출할 수 있고, 바람직하게는 30 ℃에서 수은 이온 또는 비소 이온을 검출할 수 있으므로, 검출시 비색 센서에 별도의 가열 등이 필요하지 않다. In an exemplary embodiment, the colorimetric sensor is at 20 to 50 °C, mercury Since ions or arsenic ions can be detected, preferably mercury ions or arsenic ions can be detected at 30° C., a separate heating or the like is not required for the colorimetric sensor during detection.

예시적인 구현예에서, 상기 비색 센서의 색 방출 파장은 450 내지 600 nm이고, 상기 비색 센서의 수은 이온 검출시 색 방출 파장은 520 내지 620 nm이며, 상기 비색 센서의 비소 이온 검출시 색 방출 파장은 650 내지 800 nm일 수 있어, 다른 이온들과 달리 다른 색 방출 파장을 나타내어 선택성 있는 검출이 가능하다.In an exemplary embodiment, the color emission wavelength of the colorimetric sensor is 450 to 600 nm, the color emission wavelength when detecting mercury ions of the colorimetric sensor is 520 to 620 nm, and the color emission wavelength when detecting arsenic ions of the colorimetric sensor is It may be 650 to 800 nm, so that it exhibits a different color emission wavelength unlike other ions, so that selective detection is possible.

예시적인 구현예에서, 상기 비색 센서가 수은 이온 또는 비소 이온과 반응하는 경우, 반응 시간은 10분 이내일 수 있고, 7분 이내, 5분 이내 또는 바람직하게는 3분 이내일 수 있다. 따라서, 비교적 빠른 시간 내에 이온 검출이 가능하므로, 활용 가치가 높다. In an exemplary embodiment, when the colorimetric sensor reacts with mercury ions or arsenic ions, the reaction time may be within 10 minutes, within 7 minutes, within 5 minutes, or preferably within 3 minutes. Therefore, it is possible to detect ions within a relatively short time, and thus has a high utility value.

예시적인 구현예에서, 상기 비색 센서의 수은 이온 또는 비소 이온 검출 가능 농도는 25 nM 이상일 수 있고, 미세량의 수은 이온 또는 비소 이온을 검출할 수 있다. In an exemplary embodiment, the detectable concentration of mercury ions or arsenic ions of the colorimetric sensor may be 25 nM or more, and a minute amount of mercury ions or arsenic ions may be detected.

이와 같이 본 발명의 검출 센서의 경우, 이를 이용하여 수은 이온 또는 비소 이온의 존부를 알 수 있고, 두가지 이온을 하나의 센서로 검출할 수 있으므로, 다양한 분야에서 널리 사용될 수 있다.As such, in the case of the detection sensor of the present invention, mercury Since the presence or absence of an ion or arsenic ion can be known and two ions can be detected with one sensor, it can be widely used in various fields.

수은 이온 또는mercury ions or 비소 이온 검출Arsenic ion detection 방법 Way

본 발명의 또다른 구현예에서, 수은 이온 또는 비소 이온 검출 방법으로서, 전술한 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서에 검출대상 시료를 투입하는 투입 단계; 비색 센서와 검출대상 시료의 반응 및 대기 단계; 및 상기 비색 센서의 색 변화에 의하여 검출대상 시료 내의 수은 이온 또는 비소 이온을 검출하는 감지 단계;를 포함하는, 수은 이온 또는 비소 이온 검출 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided a method for detecting mercury ions or arsenic ions, the method comprising: inputting a sample to be detected into the colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions; a reaction and waiting step between the colorimetric sensor and the sample to be detected; and a sensing step of detecting mercury ions or arsenic ions in the detection target sample by the color change of the colorimetric sensor.

예시적인 구현예에서, 상기 투입 단계 전에, 상기 나노입자의 안정성 및 감도 증진을 위하여, 비색 센서의 pH 및 온도 중 하나 이상을 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, before the inputting step, in order to improve the stability and sensitivity of the nanoparticles, adjusting at least one of pH and temperature of the colorimetric sensor; may further include.

이와 같이 상기 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서를 이용하여 수은 또는 비소 이온 검출이 굉장히 단순한 방법을 통해 수행될 수 있고, 수은 또는 비소 이온에 대한 선택성과 감도가 매우 높아 육안 및/또는 분광광도계, 또는 색도계만으로도 수은 또는 비소 이온을 용이하게 검출할 수 있다. In this way, mercury or arsenic ion detection can be performed through a very simple method using the colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions. The selectivity and sensitivity to ions are very high, so that mercury or arsenic ions can be easily detected with the naked eye and/or with a spectrophotometer or a colorimeter alone.

수은 이온 또는mercury ions or 비소 이온 검출용For arsenic ion detection 비색 센서 제조 방법 Method of manufacturing colorimetric sensor

본 발명의 또다른 구현예에서, 제1 용액으로서, 금 나노 입자가 분산된 용액을 준비하는 단계; 제2 용액으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 개질제를 포함하는 용액을 준비하는 단계; 및 상기 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여, 금 나노입자 표면에 개질제가 결합된 표면개질-나노입자를 제조하는 단계;를 포함하는 수은 이온 또는 비소 이온 검출용 비색 센서 제조 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, as a first solution, preparing a solution in which gold nanoparticles are dispersed; As a second solution, preparing a solution containing a modifier represented by the following formula (1); and mixing the first solution and the second solution to prepare the surface-modified nanoparticles in which the modifier is bonded to the surface of the gold nanoparticles; it provides a method for manufacturing a colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions, comprising:

구체적으로, 염화금산 수화물 수용액(HAuCl4)에 환원제인 삼나트륨 구연산염 (trisodium citrate)을 첨가하여 금 나노입자 용액을 제조하고, 제조된 금 나노입자 용액(제1 용액)에 티올기, 아민기, 카르복실기를 가진 D-페니실라민(D-Penicillamine) 혼합 용액(제2 용액)을 첨가하여, 상기 금 나노입자의 표면을 개질할 수 있다. Specifically, a gold nanoparticle solution was prepared by adding trisodium citrate as a reducing agent to an aqueous chlorauric acid hydrate solution (HAuCl 4 ), and a thiol group, an amine group, and an amine group were added to the prepared gold nanoparticle solution (first solution). The surface of the gold nanoparticles may be modified by adding a D-penicillamine mixed solution (second solution) having a carboxyl group.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.

제조예production example 1: 금 나노 입자의 제조 1: Preparation of gold nanoparticles

염화금산 수화물 수용액(HAuCl4)에 환원제인 삼나트륨 구연산염 (trisodium citrate)을 첨가하여 금 나노입자 용액을 제조한 후 제조된 금 나노입자 용액에 티올기, 아민기, 카복실기를 가진 DPL 혼합용액을 첨가하여 표면 개질된 금 나노입자를 제조하였다. A gold nanoparticle solution was prepared by adding trisodium citrate, a reducing agent, to an aqueous chloroauric acid hydrate solution (HAuCl 4 ), and then a DPL mixed solution having a thiol group, an amine group, and a carboxyl group was added to the prepared gold nanoparticle solution. Thus, surface-modified gold nanoparticles were prepared.

더욱 상세하게는 250ml 의 2구의 둥근 바닥 플라스크(2-neck round bottom flask)에 염화금산 수화물 수용액(HAuCl4) 40mg과 증류수 100 ml 를 넣고 교반하면서 가열한다. 약 15분 후 용액이 끓어오르면 38.8 mM 삼나트륨 구연산염 10ml 용액을 주사기로 첨가하며 빠르게 교반하였다. More specifically, 40 mg of aqueous chloroauric acid hydrate (HAuCl 4 ) and 100 ml of distilled water are added to a 2-neck round bottom flask of 250 ml and heated while stirring. After about 15 minutes, when the solution boils, a solution of 10 ml of 38.8 mM trisodium citrate is added with a syringe and stirred rapidly.

그리고 약 5분 동안 교반을 하면 용액의 색이 연노랑에서 검정색을 거쳐 짙은 빨간색이 되면서 염화금산 수화물 수용액(HAuCl4)은 삼나트륨 구연산염에 의해서 금(Ⅲ)(gold(Ⅲ)) 이온이 환원되면서 금 나노입자가 합성되었다. And when stirred for about 5 minutes, the color of the solution changes from light yellow to black to dark red, and the aqueous chlorauric acid hydrate solution (HAuCl 4 ) is gold (III) (gold(III)) ions reduced by trisodium citrate. Nanoparticles were synthesized.

위 방법으로 평균 약 20 nm의 크기를 가진 금 나노입자 1 mM이 균일하게 제조되었다. 만들어진 용액은 상온에서 2시간 정도 식힌 후 사용하였다. 1 mM of gold nanoparticles having an average size of about 20 nm were uniformly prepared by the above method. The prepared solution was used after cooling for 2 hours at room temperature.

제조예production example 2: 비색 센서의 제조( 2: Preparation of colorimetric sensor ( 표면개질surface modification -나노입자 제조)-Nanoparticle manufacturing)

분자량(MW)이 149.212 g/mol인 D-페니실라민을 중성 수용액 (pH 7, 3차 증류수)에 녹여 D-페니실라민 용액을 제조하되, 금 나노 입자 수용액 9mL에 5mM DPL 용액 1mL를 넣고 30분간 교반하면서 배양하여 금 나노입자(gold nanoparticle)를 포함하는 비색센서 용액을 제조하였다. 미반응 D-페니실라민과 염화금산 수화물은 4,000rpm으로 10분간 원심 분리하여 제거한 후 상기 과정을 세 차례 반복하였다. Dissolve D-penicillamine having a molecular weight (MW) of 149.212 g/mol in a neutral aqueous solution (pH 7, tertiary distilled water) to prepare a D-penicillamine solution, but add 1 mL of 5 mM DPL solution to 9 mL of gold nanoparticle aqueous solution A colorimetric sensor solution containing gold nanoparticles was prepared by culturing with stirring for 30 minutes. Unreacted D-penicillamine and chloroauric acid hydrate were removed by centrifugation at 4,000 rpm for 10 minutes, and then the above process was repeated three times.

제조된 금 나노 입자 비색센서와 나노 프로브의 사진의 TEM 사진을 도 2에 나타내었다. 제조된 금 나노 입자의 크기는 둥근 원 형태이며 지름이 최대 22nm이었고, 금 나노 입자의 표면 플라즈몬 공명 현상으로 인해서 용액은 진한 빨간색이었다. DPL로 표면 개질된 금 나노 입자도 크기와 색상 부문에서 크게 다르지 않은 것으로 나타났다. TEM images of the prepared gold nano-particle colorimetric sensor and nano-probe are shown in FIG. 2 . The size of the prepared gold nanoparticles was in the form of a round circle, and the diameter was up to 22 nm, and the solution was dark red due to the surface plasmon resonance phenomenon of the gold nanoparticles. Gold nanoparticles surface-modified with DPL were also not significantly different in size and color.

실시예Example 1: D- 1: D- 페니실라민으로with penicillamine 개질된modified 금 나노입자 비색센서의 크기 특징 Size Characteristics of Gold Nanoparticle Colorimetric Sensor

도 1은 본 발명에 따른 제조예 1∼2에서 제조한 금 나노 입자와 기능화된 금 나노입자, 그리고 이와 반응한 수은 이온(Hg2 +)과 비소 이온(As3 +)의 TEM 사진들이다. 사진을 통해 알 수 있듯이, 반응 전에는 붉은색이었다가 반응 후 파란색으로 색상 변화가 일어났다. 도 1은 제조된 금 나노 입자와 DPL로 개질된 나노프로브, 이에 수은 이온과 비소 이온의 반응에 따른 색깔을 나타내고 있다. 1 is TEM images of gold nanoparticles and functionalized gold nanoparticles prepared in Preparation Examples 1 and 2 according to the present invention, and mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ) reacted therewith. As can be seen from the photo, the color was changed from red before the reaction to blue after the reaction. 1 shows the colors according to the reaction between the prepared gold nanoparticles and the DPL-modified nanoprobe, and thus mercury ions and arsenic ions.

금 나노입자와 DPL로 개질된 나노프로브는 각각 붉은색을 띠고 있으며, 검출대상 이온인 수은 이온(Hg2 +)과 비소 이온(As3 +)과의 반응으로 색상 변화가 명확히 일어남을 확인할 수 있다.The gold nanoparticles and the nanoprobes modified with DPL are each red in color, and it can be seen that the color change occurs clearly due to the reaction between the mercury ion (Hg 2 + ) and the arsenic ion (As 3 + ), which are the detection target ions. .

도 2a는 제조예 1에서 얻은 금 나노 입자며 도시한 바와 같이 모든 금 나노입자가 균일하게 22nm 정도의 직경을 가지는 금 나노 입자를 제조하였으며 이들 입자는 잘 분리되었음을 확인할 수 있다. 도 2b는 제조예 2에서 얻은 기능화된 금 나노입자(DPL-AuNPs)를 나타내는 그림이다.FIG. 2A shows the gold nanoparticles obtained in Preparation Example 1, and as shown, all gold nanoparticles were uniformly prepared as gold nanoparticles having a diameter of about 22 nm, and it can be seen that these particles were well separated. FIG. 2b is a diagram showing functionalized gold nanoparticles (DPL-AuNPs) obtained in Preparation Example 2. FIG.

도 2c는 수은 이온(Hg2 +) 2μM을 첨가하여 반응시킨 후의 DPL로 개질된 금 나노입자(DPL-AuNPs)에 대한 입자 크기 분포도와 TEM 사진, 도 2d는 수은 이온(Hg2 +) 1 μM을 첨가하여 반응시킨 후의 금 나노입자(DPL-AuNPs)에 대한 입자 사이즈 분포도와 TEM 사진이다. Figure 2c is a particle size distribution diagram and TEM photograph of gold nanoparticles (DPL-AuNPs) modified with DPL after reacting with the addition of mercury ions (Hg 2 + ) 2μM, Figure 2d is mercury ions (Hg 2 + ) 1 μM It is a particle size distribution diagram and TEM photograph of gold nanoparticles (DPL-AuNPs) after reacting by adding .

도 2b 및 도 2c 내지 2d를 비교하면, 수은 이온(Hg2 +)과 비소 이온(As3 +)과 반응 전에는 나노입자의 평균 크기는 22 nm을 유지하고 있으나, 반응 후에는 98nm로 크기가 5배 정도로 나노입자가 서로 응집되어 매우 커져있음을 알 수 있다.Comparing FIGS. 2b and 2c to 2d, the average size of nanoparticles is maintained at 22 nm before the reaction with mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ), but after the reaction, the size of the nanoparticles is 98 nm. It can be seen that the nanoparticles are agglomerated with each other and become very large.

실시예Example 2: 여러 가지 이온들에 대한 금 나노 입자들의 반응성 실험 2: Experiments on the reactivity of gold nanoparticles to various ions

상온에서 제조예 2의 DPL로 표면 개질된 나노 프로브 비색센서 용액에 23가지 양이온 Li+(1), Na+(2), K+(3), Ag+(4), Ba2 +(5), Ca2 +(6), Cd2 +(7), Co2 +(8), Cu2+(9), Hg2 +(10), Mn2 +(11), Mg2 +(12), Ni2 +(13), Pb2 +(14), Sn2 +(15), Zn2 +(16), Al3+(17), As3 +(18), Fe3 +(19), Ga2 +(20), Ti3 +(21), Ge4 +(22), Cr6 +(23) 및 8가지 음이온 NO2 -(24), NO3 -(25), PO4 3-(26), SO4 2-(27), F-(28), Cl-(29), Br-(30), I-(31) 을 첨가하여 30분간 반응시키고 색 변화를 관찰하였다. 도 3a는 반응 후 각 시료의 사진이고, 도 3b는 UV-vis 스펙트럼이며, 도 3c는 흡광도 비(A730/A525)그래프이다. 23 kinds of cations Li + (1), Na + (2), K + (3), Ag + (4), Ba 2 + (5) in the nanoprobe colorimetric sensor solution surface-modified with DPL of Preparation Example 2 at room temperature , Ca 2 + (6), Cd 2 + (7), Co 2 + (8), Cu 2+ (9), Hg 2 + (10), Mn 2 + (11), Mg 2 + (12), Ni 2 + (13), Pb 2 + (14), Sn 2 + (15), Zn 2 + (16), Al 3+ (17), As 3 + (18), Fe 3 + (19), Ga 2 + (20), Ti 3 + (21), Ge 4 + (22), Cr 6 + (23) and 8 anions NO 2 - (24), NO 3 - (25), PO 4 3- (26) ), SO 4 2- (27), F - (28), Cl - (29), Br - (30), I - (31) were added and reacted for 30 minutes, and the color change was observed. 3a is a photograph of each sample after the reaction, FIG. 3b is a UV-vis spectrum, and FIG. 3c is an absorbance ratio (A 730 /A 525 ) graph.

도 3a에서 수은 이온(Hg2 +)과 비소 이온(As3 +)이 첨가된 비색센서 용액은, 다른 음이온 및 금속이온이 첨가된 비색센서 용액과 달리, 진한 파랑색으로 변하여 확연한 차이를 보였다. 이는 나노 프로브에 대한 응집 현상(aggregation)이 수은 이온(Hg2+)과 비소 이온(As3 +)에 의해서만 일어남을 의미한다. In FIG. 3A , the colorimetric sensor solution to which mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ) were added was different from the colorimetric sensor solution to which other anions and metal ions were added. This means that the aggregation of the nanoprobe occurs only by mercury ions (Hg 2+ ) and arsenic ions (As 3 + ).

도 3b에서 다른 이온이 첨가된 용액들은 비색센서 용액과 매우 유사한 흡광 스펙트럼을 보이고, 525nm에서 매우 강한 흡광도를 보인다. 반면에, 수은 이온(Hg2+)과 비소 이온(As3 +)이 첨가된 용액은 525nm에서는 흡광 피크가 없으며, 550nm에서 약한 피크, 730nm에서 센 흡광도 피크를 보인다.In FIG. 3b, the solutions to which other ions are added show an absorption spectrum very similar to that of the colorimetric sensor solution, and a very strong absorbance at 525 nm. On the other hand, the solution to which mercury ions (Hg 2+ ) and arsenic ions (As 3 + ) are added has no absorption peak at 525 nm, a weak peak at 550 nm, and a strong absorption peak at 730 nm.

도 3c는 각 시료의 스펙트럼을 흡광도 비(A730/A525)로 나타내었는데, 다른 시료와 달리 수은 이온(Hg2 +)과 비소 이온(As3 +)이 첨가된 용액은 적어도 10배 이상 높은 흡광도 비를 보여 준다. 높은 흡광도 비는 수은 이온(Hg2 +)과 비소 이온(As3 +)에 대한 선택성이 매우 우수함을 의미한다.3c shows the spectrum of each sample as an absorbance ratio (A 730 /A 525 ). Unlike other samples, the solution to which mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ) are added is at least 10 times higher. It shows the absorbance ratio. The high absorbance ratio means that the selectivity to mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ) is very good.

실시예Example 3: 표면 개질 물질에 따른 다양한 금속 이온들의 반응성 실험 3: Reactivity experiment of various metal ions according to the surface modification material

본 발명에서 사용한 금 나노입자의 표면 개질물질로는 D-페니실라민 (D-Penicillamine)과 구조가 비슷한 아미노산(amino acid) 총 15가지가 있다. 더욱 상세하게는 D-페니실라민(D-Penicillamine), 알라닌(Alanine), 라이신(Lysine), 페닐알라닌(Phenylalanine), 글루타치온(Glutathione), 글루타민산(Glutamic acid), 글라이신(Glycine), 발린(Valine), 메치오닌(Methionine), 세린(Serine), 루이신(Leucine), 아이소루이신(Isoleucine), 트립토판(Tryptophan), 프롤린(Proline), 트레오닌(Threonine) 을 사용하였다.As the surface modifying material of the gold nanoparticles used in the present invention, there are a total of 15 amino acids having a structure similar to that of D-penicillamine. More specifically, D-penicillamine, alanine, lysine, phenylalanine, glutathione, glutamic acid, glycine, valine , Methionine, Serine, Leucine, Isoleucine, Tryptophan, Proline, and Threonine were used.

도 4a에서 다른 표면 개질 물질이 첨가된 용액들과 수은의 반응성을 흡광도 비(A730/A525)로 나타낸 것이다. D-페니실라민(D-Penicillamine)으로 표면 개질을 한 후 수은 이온(Hg2 +)과 반응을 시켰을 때는 흡광도 비가 1.2 정도로 높게 나왔고, 그 외의 물질로 표면개질을 한 후 수은 이온(Hg2 +)과 반응을 시켰을 때는 0.22 내지 0.48 으로 낮게 나왔으며, 이는 비소 이온(As3 +)과 반응을 시켰을 때도 같은 결과가 나왔다(도 4b). In FIG. 4A , the reactivity of mercury with solutions to which other surface modifying materials are added is shown as an absorbance ratio (A 730 /A 525 ). When the surface was modified with D-Penicillamine and reacted with mercury ions (Hg 2 + ), the absorbance ratio was as high as 1.2, and after surface modification with other materials, mercury ions (Hg 2 + ) ) and the reaction was as low as 0.22 to 0.48, which resulted in the same result when reacted with arsenic ions (As 3 + ) (FIG. 4b).

따라서 금 나노 입자 수용액에 D-페니실라민(D-Penicillamine)으로 표면 개질을 하였을 때 수은 이온(Hg2 +)과 비소 이온(As3 +)을 검출하는 데 바람직하다고 확인되었다. Therefore, it was confirmed that it was preferable to detect mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ) when the gold nanoparticle aqueous solution was surface-modified with D-Penicillamine.

실시예Example 4: pH 변화에 따른 비색센서의 수은 이온( 4: Mercury ions of colorimetric sensor according to pH change ( HgHg 22 ++ )과 비소 이온() and arsenic ions ( AsAs 33 ++ )에 대한 반응성 실험) for reactivity experiments

제조예 2에서 얻은 비색센서 용액의 pH에 따른 금 나노입자의 색 변화와 안정성을 검사하였다. 더욱 자세하게는, 금 나노입자 수용액 9mL에 5mM DPL 용액 1ml를 넣고 30분간 교반하여 비색센서를 준비하였다. 0.5M HNO3 및 0.5M NaOH를 이용하여 pH를 조절하였으며, 각각 pH 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10이 되도록 시료를 만들었다. The color change and stability of the gold nanoparticles according to the pH of the colorimetric sensor solution obtained in Preparation Example 2 were examined. More specifically, a colorimetric sensor was prepared by adding 1 ml of a 5 mM DPL solution to 9 ml of an aqueous gold nanoparticle solution and stirring for 30 minutes. The pH was adjusted using 0.5M HNO 3 and 0.5M NaOH, and samples were prepared to be pH 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10, respectively.

각각의 pH에 따른 시료의 사진을 도 5a에 나타내었고, 각 시료를 UV-vis로 측정하여 흡광도 스펙트럼을 도 5b에 나타내었다. A photograph of the sample according to each pH is shown in FIG. 5A, and the absorbance spectrum of each sample was measured by UV-vis, and the absorbance spectrum is shown in FIG. 5B.

도 5a를 보면, pH 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 내지 10에서 금 나노 입자 비색센서는 고유한 색이 변하지 않고 안정했으며, 수은 이온(Hg2 +) 1.0 μM로 농도를 맞춘 후의 시료는 pH 3, 4, 5, 6 내지 7에서 푸른색을 나타내었다. 도 5b에서 파장 525nm를 기준으로 보면, pH 6의 조건에서 형성된 나노입자가 가장 강한 흡광도를 나타낸다. Referring to FIG. 5A , at pH 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 to 10, the gold nanoparticle colorimetric sensor was stable without changing its intrinsic color, and the concentration was adjusted to 1.0 μM of mercury ions (Hg 2 + ). After the sample showed a blue color at pH 3, 4, 5, 6 to 7. Referring to the wavelength of 525 nm in FIG. 5B , the nanoparticles formed at a pH of 6 exhibit the strongest absorbance.

비소 이온(As3 +)도 마찬가지로 각각의 pH에 따른 시료의 사진을 도 6a에 나타내었고, 각 시료를 UV-vis로 측정하여 흡광도 스펙트럼을 도 6b에 나타내었다. As for arsenic ions (As 3 + ), a photograph of the sample according to each pH is shown in FIG. 6a, and the absorbance spectrum of each sample was measured by UV-vis, and the absorbance spectrum was shown in FIG. 6b.

도 6a를 보면, pH 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9 내지 10에서 금 나노입자 비색센서는 고유한 색이 변하지 않고 안정했으며, 비소 이온(As3 +) 2.0μM으로 농도를 맞춘 후의 시료는 pH 3, 4, 내지 4.5에서 푸른색을 나타내었다. 도 6b에서 파장 525nm를 기준으로 보면, pH 4.5의 조건에서 형성된 나노 입자가 가장 강한 흡광도를 나타낸다. 6a, at pH 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9 to 10, the gold nanoparticle colorimetric sensor was stable without changing its intrinsic color, and arsenic ion (As 3 + ) 2.0 μM After adjusting the concentration to , the sample showed a blue color at pH 3, 4, to 4.5. Referring to the wavelength of 525 nm in FIG. 6b , the nanoparticles formed at a pH of 4.5 exhibit the strongest absorbance.

위 도 5와 6에서 수은 이온(Hg2 +)을 검출시 최적 pH는 3 내지 7이며, 비소 이온(As3+)을 검출시 최적 조건은 pH 3 내지 4.5에서 각각 수은 이온과 비소 이온의 중복적인 검출 없이 선택성을 높일 수 있다. 그리고 pH 4와 4.5의 경우 수은 이온과 비소 이온을 동시에 검출할 수 있는 환경 조건이 된다.5 and 6 above , the optimum pH for detecting mercury ions (Hg 2 + ) is 3 to 7, and the optimum conditions for detecting arsenic ions (As 3+ ) are at pH 3 to 4.5, respectively, overlapping mercury ions and arsenic ions Selectivity can be increased without detection. And in the case of pH 4 and 4.5, it is an environmental condition that can detect mercury ions and arsenic ions simultaneously.

실시예Example 5: D- 5: D- 페니실라민penicillamine (D- (D- PenicillaminePenicillamine ) 용액 농도에 따른 비색 센서용액의 수은 이온() Mercury ions in the colorimetric sensor solution according to the solution concentration ( HgHg 22 ++ )과 비소 이온() and arsenic ions ( AsAs 33 ++ )에 대한 반응성 실험 ) for reactivity experiments

제조예 2에서 얻은 비색센서 용액의 pH를 6으로 맞춘 후 표면 개질 물질인 DPL의 농도에 따른 수은 이온(Hg2 +) 검출 최적 조건 탐색을 위해 비색센서의 색 변화와 안정성을 검사하였다. 더욱 자세하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 내지 9 mM의 D-페니실라민 (D-Penicillamine)으로 표면 개질된 비색센서 용액을 준비하였다. 각각의 D-페니실라민 (D-Penicillamine) 농도에 따른 시료의 사진을 도 7a에 나타내었고, 각 시료를 UV-Vis로 측정하여 흡광도 스펙트럼을 도 7b에 나타내었다. After adjusting the pH of the colorimetric sensor solution obtained in Preparation Example 2 to 6, the color change and stability of the colorimetric sensor were tested to search for optimal conditions for detecting mercury ions (Hg 2 + ) according to the concentration of DPL, a surface modification material. More specifically, a colorimetric sensor solution surface-modified with 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 to 9 mM D-penicillamine was prepared. A photograph of the sample according to each D-penicillamine concentration is shown in FIG. 7A, and the absorbance spectrum of each sample was measured by UV-Vis, and the absorbance spectrum is shown in FIG. 7B.

도 7a를 보면 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 내지 9 mM에서 금 나노 입자 비색센서는 고유한 색이 변하지 않고 안정했으며, 수은 이온(Hg2 +) 1.0 μM으로 농도를 맞춘 후의 시료는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 내지 9 mM에서 푸른색을 나타내었다. Referring to FIG. 7a, the colorimetric sensor of gold nanoparticles at 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 to 9 mM did not change its intrinsic color and was stable, and mercury ions (Hg 2 + ) at 1.0 μM After adjusting the concentration, the sample exhibited a blue color at 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 to 9 mM.

도 7b에서 파장 525nm를 기준으로 보면, D-페니실라민 (D-Penicillamine)의 농도가 5mM인 조건에서 형성된 나노 입자가 가장 강한 흡광도를 나타낸다. Referring to the wavelength of 525 nm in FIG. 7b , the nanoparticles formed under the condition that the concentration of D-penicillamine is 5 mM exhibits the strongest absorbance.

도 7c에서 개질제 D-페니실라민 (D-Penicillamine) 농도(1~9 mM)에서의 Hg2 + 이온 2 μM 첨가에 따른 개질제 농도와 반응색 변화를 관찰하였다. 1 내지 9 mM에서 입자의 안정성은 매우 뛰어났으며, 콘트롤로 사용된 비개질 용액(ctrl)은 수은과 반응하지 않음을 알 수 있다.In Figure 7c, the modifier concentration and reaction color change according to the addition of 2 μM of Hg 2 + ions at the modifier D-penicillamine concentration (1 ~ 9 mM) were observed. It can be seen that the stability of the particles at 1 to 9 mM was very good, and the unmodified solution (ctrl) used as a control did not react with mercury.

pH 4.5에서 비소 이온(As3 +)도 마찬가지로 각각의 D-페니실라민 (D-Penicillamine) 농도에 따른 시료의 사진을 도 8a에 나타내었고, 각 시료를 UV-Vis로 측정하여 흡광도 스펙트럼을 도 8b에 나타내었다. At pH 4.5, arsenic ions (As 3 + ) are also shown in FIG. 8a for pictures of samples according to each D-penicillamine concentration, and absorbance spectra were obtained by measuring each sample with UV-Vis. 8b.

도 8a를 보면, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 내지 9 mM에서 금 나노입자 비색센서는 고유한 색이 변하지 않고 안정했으며, 비소 이온(As3 +) 2.0 μM 으로 농도를 맞춘 후의 시료는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 내지 9 mM에서 푸른색을 나타내었다. Referring to FIG. 8a, the gold nanoparticle colorimetric sensor at 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 to 9 mM was stable without changing its intrinsic color, and arsenic ion (As 3 + ) 2.0 μM Samples after adjusting the concentration to 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 to 9 mM showed a blue color.

도 8b에서 파장 525nm를 기준으로 보면, D-페니실라민 (D-Penicillamine)의 농도가 5mM인 조건에서 형성된 나노입자가 가장 강한 흡광도를 나타낸다.Referring to the wavelength of 525 nm in FIG. 8B , the nanoparticles formed under the condition that the concentration of D-Penicillamine is 5 mM exhibits the strongest absorbance.

도 8c에서 개질제 D-페니실라민 (D-Penicillamine) 농도(1~9 mM)에서의 As2 + 이온 2 μM 첨가에 따른 개질제 농도와 반응색 변화를 관찰하였다. 1 내지 9 mM에서 입자의 안정성은 매우 뛰어났으며, 콘트롤로 사용된 비개질 용액(ctrl)은 수은과 반응하지 않음을 알 수 있다.In Figure 8c, the modifier concentration and reaction color change according to the addition of 2 μM of As 2 + ions at the modifier D-penicillamine (D-Penicillamine) concentration (1 ~ 9 mM) were observed. It can be seen that the stability of the particles at 1 to 9 mM was very good, and the unmodified solution (ctrl) used as a control did not react with mercury.

실시예Example 6: 반응온도에 따른 금 나노입자 반응성 6: Gold nanoparticle reactivity according to reaction temperature

제조예 2에서 얻은 비색센서 용액의 pH를 6으로 조절한 후, 5mM DPL이 되게 한 후 8개의 시료를 채취하여 수은 이온(Hg2 +) 농도를 1 μM도 만든 후 반응온도를 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 및 80℃로 각기 달리하여 30분 동안 반응시키고, 각 시료의 흡광도 비(A730/A525)를 비교하였다. 그 내용을 도 9a에 나타내었는데, 비교 결과 30℃에서 가장 높은 흡광도 비를 나타낸다. After adjusting the pH of the colorimetric sensor solution obtained in Preparation Example 2 to 6, 5mM DPL, 8 samples were collected, the mercury ion (Hg 2 + ) concentration was also 1 μM, and the reaction temperature was adjusted to 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, and 80 ° C., respectively, were reacted for 30 minutes, and the absorbance ratio of each sample (A 730 /A 525 ) was compared. The contents are shown in FIG. 9A, and the comparison result shows the highest absorbance ratio at 30°C.

비소 이온(As3 +)도 마찬가지로 제조예 2에서 얻은 비색센서 용액의 pH를 4.5로 조절한 후, D-페니실라민 농도가 5mM 이 되게 한 후 8개의 시료를 채취하여 비소 이온(As3 +) 농도를 2 μM로 만든 후 반응온도를 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 및 80 ℃로 각기 달리하여 30분 동안 반응시키고, 각 시료의 흡광도 비(A730/A525)를 비교하였다. 그 내용을 도 9b에 나타내었는데, 비교 결과 30℃에서 가장 높은 흡광도 비를 나타낸다.As for arsenic ions (As 3 + ), after adjusting the pH of the colorimetric sensor solution obtained in Preparation Example 2 to 4.5, the D-penicillamine concentration was set to 5 mM, and then 8 samples were collected and arsenic ions (As 3 + ) ) After making the concentration to 2 μM, the reaction temperature was changed to 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, and 80 ℃ for 30 minutes, and the absorbance ratio of each sample (A 730 /A 525 ) were compared. The contents are shown in FIG. 9b, and the comparison result shows the highest absorbance ratio at 30°C.

실시예Example 7: 반응시간에 따른 금 나노입자의 반응성 7: Reactivity of gold nanoparticles according to reaction time

제조예 2에서 얻은 비색센서 용액의 pH를 6으로 조절한 후, 5mM DPL이 되게 하였다. 5개의 시료를 채취하여 상온에서 수은 이온(Hg2 +)을 각각 0, 0.4, 0.8, 1.2 및 1.6 μM을 첨가 후 15분 동안 반응시키고, 시간에 따른 흡광도 비(A730/A525)를 측정하여 그 결과를 도 10a에 나타내었다. 도 10a를 보면, 흡광도 비(A730/A525)는 3분까지 매우 빠르고 일정하게 증가하며 그 이후로는 흡광도 비(A730/A525)가 일정하여 반응이 거의 일어나지 않는다. 따라서, 상기 조건의 나노입자 비색 센서는 5분 안으로 반응이 완료되는 것으로 여겨진다. After adjusting the pH of the colorimetric sensor solution obtained in Preparation Example 2 to 6, it was made to 5 mM DPL. After taking 5 samples and adding 0, 0.4, 0.8, 1.2 and 1.6 μM of mercury ions (Hg 2 + ) respectively at room temperature, react for 15 minutes, and measure the absorbance ratio over time (A 730 /A 525 ) Thus, the results are shown in Figure 10a. Referring to FIG. 10A , the absorbance ratio (A 730 /A 525 ) increases very quickly and constantly up to 3 minutes, and after that, the absorbance ratio (A 730 /A 525 ) is constant and almost no reaction occurs. Therefore, it is considered that the reaction of the nanoparticle colorimetric sensor of the above conditions is completed within 5 minutes.

비소 이온(As3 +)도 마찬가지로 제조예 2에서 얻은 비색센서 용액의 pH를 4.5으로 조절한 후, D-페니실라민 농도가 5mM 이 되게 하였다. 5개의 시료를 채취하여 상온에서 비소 이온(As3 +)을 각각 0.1, 0.5, 1, 1.5 및 2 μM을 첨가 후 15분 동안 반응시키고, 시간에 따른 흡광도 비(A730/A525)를 측정하여 그 결과를 도 10b에 나타내었다. 그 결과, 상기 조건의 나노 입자 비색 센서는 3분 안으로 반응이 완료되는 것으로 여겨진다. As for arsenic ions (As 3 + ), the pH of the colorimetric sensor solution obtained in Preparation Example 2 was adjusted to 4.5, and the D-penicillamine concentration was set to 5 mM. After taking 5 samples and adding 0.1, 0.5, 1, 1.5 and 2 μM of arsenic ions (As 3 + ) respectively at room temperature, react for 15 minutes, and measure the absorbance ratio over time (A 730 /A 525 ) Thus, the results are shown in Figure 10b. As a result, it is considered that the reaction of the nanoparticle colorimetric sensor under the above conditions is completed within 3 minutes.

실시예Example 8: 수은 이온( 8: mercury ion ( HgHg 22 ++ ) 농도에 따른 비색센서용액의 민감성 및 ) Sensitivity of colorimetric sensor solution according to concentration and 검량곡선calibration curve

제조예 2에서 얻은 비색센서 용액(pH 6)에 수은 이온(Hg2 +)의 정량적인 측정이 가능한지 확인하기 위하여, 수은 이온(Hg2 +)을 첨가하여 수은 이온(Hg2 +)의 농도가 각각 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 1.2 및 1.4 μM이 되게 하였다. 반응온도 25℃에서 10분 동안 반응시키고 색상 변화를 관찰하였다. In order to confirm that the quantitative measurement of mercury ions (Hg 2 + ) is possible in the colorimetric sensor solution (pH 6) obtained in Preparation Example 2 , mercury ions (Hg 2 + ) were added to increase the concentration of mercury ions (Hg 2 + ). 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 1.2 and 1.4 μM, respectively. The reaction was carried out at a reaction temperature of 25° C. for 10 minutes and the color change was observed.

각 시료의 사진을 도 11a에 나타내고, 도 11b는 UV-vis 스펙트럼이며, 수은 이온(Hg2+) 농도에 따른 흡광도 비(A730/A525)를 도 11c에 나타내었다. A photograph of each sample is shown in FIG. 11A , FIG. 11B is a UV-vis spectrum, and the absorbance ratio (A 730 /A 525 ) according to the mercury ion (Hg 2+ ) concentration is shown in FIG. 11C .

도 11a를 보면, 수은 이온(Hg2 +)의 첨가량이 증가함에 따라 푸른색이 점차 증가함을 알 수 있다. Referring to FIG. 11A , it can be seen that the blue color gradually increases as the amount of mercury ions (Hg 2 + ) added increases.

도 11b를 보면, 수은 이온의 첨가 양에 따른 525 nm와 730 nm의 스펙트럼 peak의 경향성을 확인할 수 있으며, 수은 이온이 증가함에 따라 730 nm 영역은 증가하고 있으며 525 nm의 영역은 낮아 짐을 알 수 있다. 이를 통해 525와 730 nm 영역 흡광도비를 통해 정량 곡선을 그릴 수 있다.11b, it can be seen that the tendency of the spectral peaks of 525 nm and 730 nm according to the amount of mercury ions added is increased, and as the mercury ions are increased, the 730 nm region increases and the 525 nm region decreases. . Through this, a quantitative curve can be drawn through the absorbance ratio in the 525 and 730 nm regions.

도 11c를 보면, 흡광도 비에 따른 검량선(r2 = 0.9689)이 유지되며, 직선식은 y = 0.6021x-0.0839을 나타내었다. 이를 통해, 본 발명에 따른 비색센서 용액은 수은 이온(Hg2 +)에 대한 정량분석이 가능함을 알 수 있다. 하기 표 1은 도 11c의 직선식에 대한 세부사항을 나타낸 것이다.Referring to FIG. 11C , the calibration curve (r 2 = 0.9689) according to the absorbance ratio is maintained, and the linear equation shows y = 0.6021x-0.0839. Through this, it can be seen that the colorimetric sensor solution according to the present invention can be quantitatively analyzed for mercury ions (Hg 2 + ). Table 1 below shows the details of the straight line equation in FIG. 11C.

방정식equation y = a + b*xy = a + b*x 중량weight instrumentalinstrumental 잔차제곱합(RSS)Residual Sum of Squares (RSS) 7.649267.64926 Pearson's rPearson's r 0.986620.98662 Adj. R-SquareAdj. R-Square 0.968990.96899 value 표준오차standard error BB 절편intercept 0.08390.0839 0.03690.0369 기울기inclination 0.60210.6021 0.04060.0406

실시예Example 9: 비소 이온( 9: Arsenic ion ( AsAs 33 ++ ) 농도에 따른 비색센서용액의 민감성 및 ) Sensitivity of colorimetric sensor solution according to concentration and 검량곡선calibration curve

제조예 2에서 얻은 비색센서 용액(pH 4.5)에 비소 이온(As3 +)의 정량적인 측정이 가능한지 확인하기 위하여, 비소 이온(As3 +)을 첨가하여 비소 이온(As3 +)의 농도가 각각 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5, 1.75 및 2 μM이 되게 하였다. 반응온도 25℃에서 10분 동안 반응시키고 색변화를 관찰하였다. 각 시료의 사진을 도 12a에 나타내고, 도 12b는 UV-vis 스펙트럼이며, 비소 이온(As3 +) 농도에 따른 흡광도 비(A730/A525)를 도 12c에 나타내었다. In order to confirm whether the quantitative measurement of arsenic ions (As 3 + ) is possible in the colorimetric sensor solution (pH 4.5) obtained in Preparation Example 2 , arsenic ions (As 3 + ) were added to increase the concentration of arsenic ions (As 3 + ). 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5, 1.75 and 2 μM, respectively. The reaction was carried out at a reaction temperature of 25° C. for 10 minutes, and color change was observed. A photograph of each sample is shown in FIG. 12A, FIG. 12B is a UV-vis spectrum, and an absorbance ratio (A 730 /A 525 ) according to an arsenic ion (As 3 + ) concentration is shown in FIG. 12C.

도 12a를 보면, 비소 이온(As3 +)의 첨가량이 증가함에 따라 푸른색이 차즘 증가함을 알 수 있다. Referring to FIG. 12A , it can be seen that the blue color gradually increases as the amount of arsenic ions (As 3 + ) added increases.

도 12b를 보면, 비소 이온의 첨가 양에 따른 525 nm와 730 nm의 스펙트럼 peak의 경향성을 확인할 수 있으며, 비소 이온이 증가함에 따라 730 nm 영역은 증가하고 있으며 525 nm의 영역은 낮아 짐을 알 수 있다. 이를 통해 525와 730 nm 영역 흡광도비를 통해 정량 곡선을 그릴 수 있다.12b, it can be seen that the trend of the spectral peaks at 525 nm and 730 nm according to the amount of arsenic ions added is increased, and as the arsenic ions increase, the 730 nm region increases and the 525 nm region decreases. . Through this, a quantitative curve can be drawn through the absorbance ratio in the 525 and 730 nm regions.

도 12c를 보면, 흡광도 비에 따른 검량선(r2 = 0.9328)이 유지되며, 직선식은 y = 0.5399x-0.0252을 나타내었다. 이를 통해, 본 발명에 따른 비색센서 용액은 비소 이온(As3 +)에 대한 정량분석이 가능함을 알 수 있다. 하기 표 2는 도 12c의 직선식에 대한 세부사항을 나타낸 것이다.Referring to FIG. 12C , the calibration curve (r 2 = 0.9328) according to the absorbance ratio is maintained, and the linear equation shows y = 0.5399x-0.0252. Through this, it can be seen that the colorimetric sensor solution according to the present invention is capable of quantitative analysis of arsenic ions (As 3 + ). Table 2 below shows the details of the straight line equation in FIG. 12C.

방정식equation y = a + b*xy = a + b*x 중량weight instrumentalinstrumental 잔차제곱합(RSS)Residual Sum of Squares (RSS) 38.571638.5716 Pearson's rPearson's r 0.965860.96586 Adj. R-SquareAdj. R-Square 0.932880.93288 value 표준오차standard error BB 절편intercept -0.0225-0.0225 0.07210.0721 기울기inclination 0.53990.5399 0.05470.0547

실시예Example 10: 10: 기타 이온 화합물들에other ionic compounds 대한 비색센서용액의 선택성 Selectivity of colorimetric sensor solution for

제조예 2에서 얻은 비색센서 용액의 pH를 6으로 조절하고, 5mM DPL 되게 하였다. 여러 가지 양이온 및 음이온에 대한 선택성을 확인하기 위하여, 32개의 시료를 준비하고 Li+(1), Na+(2), K+(3), Ag+(4), Ba2 +(5), Ca2 +(6), Cd2 +(7), Co2 +(8), Cu2+(9), Hg2 +(10), Mn2 +(11), Mg2 +(12), Ni2 +(13), Pb2 +(14), Sn2 +(15), Zn2 +(16), Al3+(17), As3 +(18), Fe3 +(19), Ga2 +(20), Ti3 +(21), Ge4 +(22), Cr6 +(23) 및 8가지 음이온 NO2 -(24), NO3 -(25), PO4 3-(26), SO4 2-(27), F-(28), Cl-(29), Br-(30), I-(31). The pH of the colorimetric sensor solution obtained in Preparation Example 2 was adjusted to 6, and it was made to 5 mM DPL. In order to confirm the selectivity for various cations and anions, 32 samples were prepared and Li + (1), Na + (2), K + (3), Ag + (4), Ba 2 + (5), Ca 2 + (6), Cd 2 + (7), Co 2 + (8), Cu 2+ (9), Hg 2 + (10), Mn 2 + (11), Mg 2 + (12), Ni 2 + (13), Pb 2 + (14), Sn 2 + (15), Zn 2 + (16), Al 3+ (17), As 3 + (18), Fe 3 + (19), Ga 2 + (20), Ti 3 + (21), Ge 4 + (22), Cr 6 + (23) and 8 anions NO 2 - (24), NO 3 - (25), PO 4 3- (26) , SO 4 2- (27), F - (28), Cl - (29), Br - (30), I - (31).

도 13a에서 각 금 나노입자 비색센서 시료에 10 μM을 첨가 후 반응 온도 30℃에서 25분 동안 반응시키고 흡광도 비(A730/A525) 변화를 관찰한 결과 수은 이온(Hg2+)이 다른 양이온, 음이온과 달리 본 발명에 따른 금 나노입자 비색센서에 매우 선택성이 우수함을 알 수 있다. In FIG. 13a , after adding 10 μM to each gold nanoparticle colorimetric sensor sample, reacted at a reaction temperature of 30° C. for 25 minutes, and observed a change in the absorbance ratio (A 730 /A 525 ). As a result, mercury ions (Hg 2+ ) are different cations. , it can be seen that, unlike anions, the gold nanoparticle colorimetric sensor according to the present invention has very good selectivity.

도 13b에서 각 금 나노입자 비색센서 용액(pH 4.5) 시료에 10 μM을 첨가 후 반응 온도 30℃에서 25분 동안 반응시키고 흡광도 비(A730/A525) 변화를 관찰한 결과 비소 이온(As3 +)이 다른 양이온, 음이온과 달리 본 발명에 따른 금 나노입자 비색 센서에 매우 선택성이 우수함을 알 수 있다. In FIG. 13b , after adding 10 μM to each gold nanoparticle colorimetric sensor solution (pH 4.5) sample, the reaction was performed at a reaction temperature of 30° C. for 25 minutes, and the change in the absorbance ratio (A 730 /A 525 ) was observed. As a result, arsenic ions (As 3 It can be seen that the gold nanoparticle colorimetric sensor according to the present invention has very good selectivity, unlike other cations and anions in + ).

즉, 본 발명의 검출 시스템은 다른 양이온, 음이온보다 수은 이온(Hg2 +) 및 비소 이온(As3 +)에 대한 감도가 육안으로도 분별이 가능할 정도로 높고, 흡광도 비의 분석을 통해 다른 양이온, 음이온과 구별되는 확실한 선택성이 있음을 확인할 수 있다.That is, the detection system of the present invention has higher sensitivity to mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ) than other cations and anions, so that it can be discriminated with the naked eye, and other cations, It can be confirmed that there is a certain selectivity that is distinguished from an anion.

실시예Example 11: 기능화된 금 나노입자를 포함하는 검출 시스템의 유효성 평가 11: Evaluation of the effectiveness of a detection system comprising functionalized gold nanoparticles

광천수 (Mineral water) 속의 수은 이온(Hg2 +) 및 비소 이온(As3 +) 검출 실험을 위하여, 수돗물 및 연못물을 0.2 μm 필터로 거른 후 수은 이온(Hg2 +) 및 비소 이온(As3+)의 함유 여부를 pH 6 또는 pH 4.5에서 확인하였고, 수은 이온(Hg2 +) 및 비소 이온(As3 +)이 존재하지 않음을 확인한 후 이를 블랭크 용액(Blank solution)으로 사용하였다. For mercury ion (Hg 2 + ) and arsenic ion (As 3 + ) detection experiment in mineral water, tap water and pond water were filtered through a 0.2 μm filter and then mercury ion (Hg 2 + ) and arsenic ion (As 3 ) + ) was checked at pH 6 or pH 4.5, and after confirming that mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ) were not present, this was used as a blank solution.

이 블랭크 용액에 수은 이온(Hg2 +) 및 비소 이온(As3 +)을 각각 1, 5 내지 20 nM이 되도록 첨가한 시료를 준비한 다음, UV-vis로 흡광도를 측정하고, 상기 실시예 5에서 작성된 검량곡선을 이용하여 첨가한 농도, 검출된 양의 평균, 회수율(recovery, %) 및 변동계수 (CV, Coefficient of Variation)를 측정하고, 이를 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다. A sample was prepared in which mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ) were added to the blank solution so as to be 1, 5 to 20 nM, respectively, and then the absorbance was measured by UV-vis, and in Example 5 The added concentration, the average of the detected amount, the recovery (%), and the coefficient of variation (CV) were measured using the prepared calibration curve, and the results are shown in Tables 3 and 4 below.

수은 이온(Hg2 +) (센서 용액: pH 6.0)Mercury ions (Hg 2 + ) (sensor solution: pH 6.0) 첨가농도 (nM)Addition concentration (nM) Found mean ±SDa(nM)Found mean ±SD a (nM) 회수율(%)Recovery (%) 변동계수 (n=7, %)Coefficient of variation (n=7, %) 검출한계
(nM)
detection limit
(nM)
Tap watertap water 1One 0.94±0.0560.94±0.056 94.594.5 7.17.1 26.326.3 1010 9.87±0.229.87±0.22 98.798.7 7.37.3 2020 20.11±0.4320.11±0.43 100.5100.5 7.27.2 Pond waterPond water 1One 0.95±0.0550.95±0.055 95.595.5 7.27.2 25.025.0 1010 9.75±0.249.75±0.24 97.597.5 7.47.4 2020 19.48±0.6819.48±0.68 97.497.4 7.37.3

비소 이온(As3 +) (센서용액: pH 4.5)Arsenic ion (As 3 + ) (sensor solution: pH 4.5) 첨가농도 (nM)Addition concentration (nM) Found mean ±SDa(nM)Found mean ±SD a (nM) 회수율 (%)Recovery (%) 변동계수 (n=7, %)Coefficient of variation (n=7, %) 검출한계
(nM)
detection limit
(nM)
Tap watertap water 1One 0.94±0.0630.94±0.063 94.694.6 7.27.2 21.521.5 55 4.87±0.454.87±0.45 97.497.4 7.17.1 1010 10.11±0.2310.11±0.23 101.1101.1 7.57.5 Pond waterPond water 1One 0.95±0.0980.95±0.098 95.995.9 7.37.3 22.522.5 55 4.75±0.544.75±0.54 95.195.1 7.77.7 1010 10.48±0.5610.48±0.56 104.8104.8 7.57.5

상기 표 3 및 4에서와 같이, D-페니실라민으로 표면 개질된 금 나노 프로브 비색센서 용액을 이용한 수은 이온(Hg2 +)의 검출한계(LOD)는 수돗물에서 26.3 nM, 연못물에서 25.0 nM 이었다. 수돗물에서 1 nM, 5 nM 및 10 nM이 첨가된 시료에서 검출량은 각각 0.94±0.056, 9.87±0.22 및 20.11±0.43으로서 실제 첨가량에 매우 근접한 값으로 검출되었으며, 회수율은 94.5, 98.7 및 100.5로 우수하였으며, 변동계수 또한 7.1, 7.3 및 7.2로 모두 우수하였다. As shown in Tables 3 and 4 above, the limit of detection (LOD) of mercury ions (Hg 2 + ) using the gold nanoprobe colorimetric sensor solution surface-modified with D-penicillamine was 26.3 nM in tap water and 25.0 nM in pond water. It was. In the samples to which 1 nM, 5 nM, and 10 nM were added in tap water, the detection amounts were 0.94±0.056, 9.87±0.22, and 20.11±0.43, respectively, very close to the actual addition amount, and the recovery rates were excellent at 94.5, 98.7 and 100.5. , and the coefficients of variation were also excellent at 7.1, 7.3, and 7.2.

비소 이온(As3 +)의 검출한계(LOD)는 수돗물에서 21.5 nM, 연못물에서 22.5 nM이었다. 수돗물에서 1 nM, 5 nM 및 10 nM이 첨가된 시료에서 검출량은 각각 0.94±0.063, 4.87±0.45 및 10.11±0.23으로서 실제 첨가량에 매우 근접한 값으로 검출되었으며, 회수율은 94.6, 97.4 및 101.1로 우수하였으며 변동계수 또한 7.2, 7.1 및 7.5로 모두 우수하였다. The limit of detection (LOD) of arsenic ions (As 3 + ) was 21.5 nM in tap water and 22.5 nM in pond water. In the samples to which 1 nM, 5 nM, and 10 nM were added in tap water, the detection amounts were 0.94±0.063, 4.87±0.45 and 10.11±0.23, respectively, which were very close to the actual addition amount, and the recovery rates were excellent at 94.6, 97.4 and 101.1. The coefficient of variation was also excellent at 7.2, 7.1, and 7.5.

일반적으로 식용수 및 음료수 등 다양한 조성물로 이루어진 제품에 대하여 수은 이온(Hg2 +) 및 비소 이온(As3 +)을 검출하는 데에는 많은 장애 인자가 존재할 수 있지만, 본 발명에 따른 D-페니실라민으로 표면 개질된 나노 프로브를 포함하는 비색 센서 용액은 그 성능이 매우 우수하고 선택성이 높음을 알 수 있다. In general, although many obstacles may exist in the detection of mercury ions (Hg 2 + ) and arsenic ions (As 3 + ) for products composed of various compositions such as drinking water and beverages, D-penicillamine according to the present invention It can be seen that the colorimetric sensor solution including the surface-modified nanoprobe has very good performance and high selectivity.

앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 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.The embodiments of the present invention described above should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and change the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as it is apparent to those of ordinary skill in the art.

Claims (15)

표면개질-나노입자를 포함하는, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서로서,
상기 표면개질-나노입자는 금 나노입자; 및 하기 화학식 1로 표시되는 개질제;를 포함하고,
상기 개질제는 상기 금 나노입자의 표면에 결합된 것인, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서:
[화학식 1]
Figure 112021033354263-pat00002
A colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions, comprising surface modification-nanoparticles,
The surface modification-nanoparticles are gold nanoparticles; and a modifier represented by the following formula (1);
Wherein the modifier is bound to the surface of the gold nanoparticles, a colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions:
[Formula 1]
Figure 112021033354263-pat00002
제1항에 있어서,
상기 금 나노입자의 크기는 20 nm 이하인, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서.
According to claim 1,
The size of the gold nanoparticles is 20 nm or less, a colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions.
제1항에 있어서,
상기 개질제의 농도는 상기 비색 센서 용액 전체 부피를 기준으로 1 내지 10 mM인, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서.
According to claim 1,
A colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions, wherein the concentration of the modifier is 1 to 10 mM based on the total volume of the colorimetric sensor solution.
제1항에 있어서,
상기 비색 센서의 색상은 붉은색 계열이고,
수은 이온 및 비소 이온 첨가시, 암청색(Dark Blue) 계열로 색상이 변화되는 것인, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서.
According to claim 1,
The color of the colorimetric sensor is red,
A colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions, which changes color to a dark blue series when mercury ions and arsenic ions are added.
제1항에 있어서,
상기 비색 센서의 수은 이온 및 비소 이온 검출 pH는 3 내지 4.5인, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서.
According to claim 1,
The colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions has a pH of 3 to 4.5 for detecting mercury ions and arsenic ions of the colorimetric sensor.
제1항에 있어서,
상기 비색 센서는 수은 이온 및 비소 이온을 동시에 검출하는 것인, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서.
According to claim 1,
The colorimetric sensor is a colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions to simultaneously detect mercury ions and arsenic ions.
제1항에 있어서,
상기 비색 센서의 흡광도비는 0.2 내지 1.2인, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서.
According to claim 1,
A colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions, wherein the colorimetric sensor has an absorbance ratio of 0.2 to 1.2.
제1항에 있어서,
상기 비색 센서는 20 내지 50 ℃에서, 수은 이온 및 비소 이온을 검출하는 것을 특징으로 하는, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서.
According to claim 1,
The colorimetric sensor is a colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions, characterized in that it detects mercury ions and arsenic ions at 20 to 50 °C.
제1항에 있어서,
상기 비색 센서의 색 방출 파장은 450 내지 600 nm이고,
상기 비색 센서의 수은 이온 검출시 색 방출 파장은 520 내지 620 nm인, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서.
According to claim 1,
The color emission wavelength of the colorimetric sensor is 450 to 600 nm,
A colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions, wherein the color emission wavelength is 520 to 620 nm when the colorimetric sensor detects mercury ions.
제1항에 있어서,
상기 비색 센서의 색 방출 파장은 450 내지 600 nm이고,
상기 비색 센서의 비소 이온 검출시 색 방출 파장은 650 내지 800 nm인, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서.
According to claim 1,
The color emission wavelength of the colorimetric sensor is 450 to 600 nm,
A colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions, wherein the color emission wavelength is 650 to 800 nm when the colorimetric sensor detects arsenic ions.
제1항에 있어서,
상기 비색 센서가 수은 이온 및 비소 이온과 반응하는 경우, 반응 시간은 10분 이내인, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서.
According to claim 1,
A colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions, wherein when the colorimetric sensor reacts with mercury ions and arsenic ions, the reaction time is within 10 minutes.
제1항에 있어서,
상기 비색 센서의 수은 이온 및 비소 이온 검출 가능 농도는 25 nM 이상인, 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서.
According to claim 1,
A colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions, wherein the colorimetric sensor has a detectable concentration of mercury ions and arsenic ions of 25 nM or more.
수은 이온 및 비소 이온 검출 방법으로서,
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서에 검출대상 시료를 투입하는 투입 단계;
비색 센서와 검출대상 시료의 반응 및 대기 단계; 및
상기 비색 센서의 색 변화에 의하여 검출대상 시료 내의 수은 이온 및 비소 이온을 검출하는 감지 단계;를 포함하는, 수은 이온 및 비소 이온 검출 방법.
A method for detecting mercury ions and arsenic ions, comprising:
13. An input step of introducing a sample to be detected into the colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions according to any one of claims 1 to 12;
a reaction and waiting step between the colorimetric sensor and the sample to be detected; and
and a sensing step of detecting mercury ions and arsenic ions in the detection target sample by color change of the colorimetric sensor.
제13항에 있어서,
상기 투입 단계 전에 비색 센서의 pH 및 온도 중 하나 이상을 조절하는 단계;를 더 포함하는, 수은 이온 및 비소 이온 검출 방법.
14. The method of claim 13,
The method of detecting mercury ions and arsenic ions further comprising; adjusting at least one of pH and temperature of the colorimetric sensor before the inputting step.
제1 용액으로서, 금 나노 입자가 분산된 용액을 준비하는 단계;
제2 용액으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 개질제를 포함하는 용액을 준비하는 단계; 및
상기 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여, 금 나노입자 표면에 개질제가 결합된 표면개질-나노입자를 제조하는 단계;를 포함하는 수은 이온 및 비소 이온 검출용 비색 센서 제조 방법:
[화학식 1]
Figure 112021033354263-pat00003
As a first solution, preparing a solution in which gold nanoparticles are dispersed;
As a second solution, preparing a solution containing a modifier represented by the following formula (1); and
A method for manufacturing a colorimetric sensor for detecting mercury ions and arsenic ions, comprising: mixing the first solution and the second solution to prepare the surface-modified nanoparticles in which the modifier is bonded to the surface of the gold nanoparticles;
[Formula 1]
Figure 112021033354263-pat00003
KR1020200001326A 2020-01-06 2020-01-06 Colorimetric sensor for detecting mercury ions or arsenic ions comprising surface-modified nanoparticles, method for detecting mercury ions or arsenic ions using the same and method for preparing the same KR102278620B1 (en)

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