KR20020058937A - Compositions of ion selective membrane, manufacturing and total nitrogen analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이온 선택성 감응 조성물, 조성물을 이용한 이온 선택성 감응막의 제조방법 및 이온 선택성 감응막을 이용한 총 질소 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여러 가지 이온종이 섞여 있는 용액을 적절한 과정을 통하여 암모늄이온의 형태로 변환시킨 후, 이를 작동전극과 바이코어 글래스(Vycor glass)를 이용한 외부기준전극 사이에서 발생하는 전위차를 이용하여 목적이온을 정량하는 총 질소 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ion selective sensitized composition, a method for preparing an ion selective sensitized membrane using the composition, and a total nitrogen measuring apparatus using an ion selective sensitized membrane, and more particularly, to a solution containing various ionic species, The present invention relates to a total nitrogen measuring apparatus for quantifying a target ion by using a potential difference generated between a working electrode and an external reference electrode using bicor glass after converting it into a form.
최근 인구의 증가, 도심의 확대 및 산업의 발전에 따라 생활하수 및 공장폐수 등의 환경오염 물질들의 유입으로 강이나 호수에 무기영양염류가 증가하고 있는 추세이다. 이러한 무기영양염류는 조류의 과다증식 즉, 부영양화라고 알려져 있는 현상의 원인이 됨으로써 결국에는 수중 생태계를 파괴하여 인간생활에 큰 악영향을 미치게 된다.Recently, with the increase of population, urban expansion and industrial development, inorganic nutrients are increasing in rivers and lakes due to the influx of environmental pollutants such as living sewage and factory wastewater. These inorganic nutrients cause overgrowth of algae, a phenomenon known as eutrophication, which eventually destroys aquatic ecosystems and has a great negative effect on human life.
따라서, 강이나 호수에 존재하는 질소 종들의 농도는 관리 및 규제 대상이 되고 있으며, 신속 정확하게 총 질소의 양을 측정할 수 있는 장비의 필요성은 대단히 크다고 할 수 있다.Therefore, the concentration of nitrogen species present in rivers and lakes is managed and regulated, and the need for equipment to measure the total amount of nitrogen quickly and accurately is very large.
한편, 기존에 총 질소의 측정에는 크게 두 가지 방법을 이용하고 있는데, 그 하나는 시료 중 질소화합물을 알칼리성 과망간산칼륨의 존재하에 120℃로 유기물과 함께 분해하여 질산이온으로 산화시킨 다음, 산성조건에서 흡광도를 측정하여 질소종을 정량하는 방법이다.On the other hand, two methods are mainly used for the measurement of total nitrogen, one of which is to decompose the nitrogen compound in the sample with organic matter at 120 ℃ in the presence of alkaline potassium permanganate and oxidize it to nitrate ion, It is a method of quantifying nitrogen species by measuring absorbance.
전술한 바와 같은 총 질소 측정 방법은 분해하기 쉬운 유기물을 함유하고 있거나 자외선 부에서 흡광도를 나타내는 브롬이온이나 크롬을 함유하지 않는 시료에 적용하여야 하는 단점이 있다.As described above, the total nitrogen measurement method has a disadvantage in that it should be applied to a sample containing organic matter that is easy to decompose or does not contain bromine ions or chromium, which show absorbance in the ultraviolet portion.
다른 하나의 총 질소 측정 방법은 kjeldahl 반응이라고 불리는 반응을 통하여 질소 종을 모두 암모니아가스로 전환시킨 후 포집하여 적정하는 방법이다. 이러한 방법은 매우 고전적인 것으로 오래 전부터 단백질 분석 등에 사용하여 왔으나, 질소 종의 양의 총합으로 계산되기 때문에 아질산이온, 질산이온, 암모늄이온의 농도를 각각 알고자 하는 사용자에게는 부적합한 방법이라고 할 수 있다.Another method of measuring total nitrogen is to convert all nitrogen species into ammonia gas through a reaction called kjeldahl reaction and then collect and titrate. This method is very classic and has been used for a long time for protein analysis, but it is not suitable for the user who wants to know the concentration of nitrite ion, nitrate ion and ammonium ion because it is calculated as the total amount of nitrogen species.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 여러 가지 이온종 및 유기물질이 섞여 있는 용액을 적절한 과정을 통하여 이온선택성 전극으로 측정 가능한 형태로 변환시킨 후, 이를 작동전극과 바이코어 글래스(Vycor glass)를 사용한 외부기준전극 사이에서 발생하는 전위차를 이용하여 정량할 수 있도록 하여 보다 신속 정확하게 총 질소를 측정할 수 있는 이온 선택성 감응 조성물, 이온 선택성 감응 조성물을 이용한 이온 선택성 감응막의 제조방법 및 이온 선택성 감응막을 이용한 총 질소 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, after converting a solution containing a variety of ionic species and organic substances into a form that can be measured as an ion-selective electrode through a suitable process, and then operating electrode Ion Selective Sensitive Compositions and Ion Selective Sensitive Compositions Using Ion Selective Sensitive Compositions and Ion Selective Sensitive Compositions to Determine Total Nitrogen Faster and More Accurately by Using Potential Difference Between External Reference Electrodes Using Bicor Glass It is an object of the present invention to provide a method for preparing a membrane and an apparatus for measuring total nitrogen using an ion selective membrane.
도 1 은 본 발명에 따른 Kjeldahl 반응을 응용한 총 질소 측정방법을 보인 흐름도.1 is a flow chart showing a total nitrogen measurement method applying the Kjeldahl reaction according to the present invention.
도 2 는 본 발명에 따른 플로우 셀에 도입할 작동전극의 구조.2 is a structure of a working electrode to be introduced into a flow cell according to the present invention.
도 3 은 본 발명에 따른 플로우 셀에 도입할 기준전극의 구조.3 is a structure of a reference electrode to be introduced into a flow cell according to the present invention.
도 4 는 본 발명에 따른 작동전극과 기준전극을 배치한 플로우 셀의 구조.4 is a structure of a flow cell in which a working electrode and a reference electrode are disposed in accordance with the present invention.
도 5 는 본 발명에 따른 암모늄이온 선택성 전극의 감응곡선.5 is a sensitivity curve of an ammonium ion selective electrode according to the present invention.
도 6 은 본 발명에 따른 아질산이온 선택성 전극의 감응곡선.6 is a sensitivity curve of the nitrite ion selective electrode according to the present invention.
도 7 은 본 발명에 따른 암모늄이온 선택성 전극의 wall-jet 하에서의 감응곡선.FIG. 7 is a sensitivity curve under wall-jet of an ammonium ion selective electrode according to the present invention. FIG.
도 8 은 본 발명에 따른 아질산이온 선택성 전극의 wall-jet 하에서의 감응곡선.8 is a sensitivity curve under wall-jet of a nitrite ion selective electrode according to the present invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 설명 **** Description of the main parts of the drawing **
100. 플로우 셀 몸체 102. 상부 셀 몸체100. Flow cell body 102. Upper cell body
104. 하부 셀 몸체 106a, 106b, 106c. 전극 장착부104. Lower cell body 106a, 106b, 106c. Electrode Mount
110. 유로 110a, 110b. 유입구, 유출구110. Euro 110a, 110b. Inlet, outlet
120. PVC 필름층 130, 130a. 이온 선택성 감응막120. PVC film layers 130, 130a. Ion selective induction membrane
140, 140a. 감응막 고정용 패킹 145, 145a. 내부기준용액140, 140a. Packing for fixing sensitized membrane 145, 145a. Internal standard solution
150, 150a. 내부기준전극 160. 바이코어 글래스(Vycor glass)150, 150a. Internal reference electrode 160. Vycor glass
165. 내부기준용액 170. 내부기준전극165. Internal reference solution 170. Internal reference electrode
180a, 180b, 180c. 뚜껑 190, 190a. 오링180a, 180b, 180c. Lid 190, 190a. O-ring
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 암모늄이온 선택성 감응 조성물은 PVC(poly vinyl chloride) 66wt%,Nonactin 2wt%, DOA{Bis(2-ethylhexyl)adipate} 132wt%의 중량비로 혼합하여 제조한다.The present invention configured to achieve the above object is as follows. That is, the ammonium ion selective sensitive composition according to the present invention is prepared by mixing at a weight ratio of 66 wt% of PVC (poly vinyl chloride), 2 wt% of Nonactin, and 132 wt% of DOA {Bis (2-ethylhexyl) adipate}.
한편, 전술한 암모늄이온 선택성 감응 조성물을 이용한 암모늄이온 선택성 감응막의 제조방법은 PVC(poly vinyl chloride) 66wt%, Nonactin 2wt%, DOA{Bis(2-ethylhexyl)adipate} 132wt%의 중량비로 혼합하여 암모늄이온 선택성 감응 조성물을 얻는 단계; 암모늄이온 선택성 감응 조성물을 용매 THF(tetrahydrofurane) 1ml에 녹이는 단계; 용매 THF(tetrahydrofurane) 1ml에 녹인 암모늄이온 선택성 감응 조성물을 유리판 위에 놓여 있는 소정 직경의 유리관에 부어 용매 THF를 증발시켜 소정의 형상으로 성형하는 단계; 및 성형물을 소정의 두께로 잘라내어 암모늄이온 선택성 감응막을 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다.On the other hand, the ammonium ion selective sensitized membrane using the above-described ammonium ion selective sensitizing composition is mixed with a weight ratio of 66 wt% of PVC (poly vinyl chloride), 2 wt% of Nonactin, 132 wt% of DOA {Bis (2-ethylhexyl) adipate} Obtaining an ion selective sensitizing composition; Dissolving the ammonium ion selective sensitive composition in 1 ml of solvent tetrahydrofurane (THF); Pouring ammonium ion selective sensitive composition dissolved in 1 ml of solvent THF (tetrahydrofurane) into a glass tube of a predetermined diameter placed on a glass plate to evaporate the solvent THF into a predetermined shape; And cutting the molding to a predetermined thickness to produce an ammonium ion selective sensitive film.
본 발명에 따른 아질산이온 선택성 감응 조성물은 PVC 66wt%, Dicyanocobyrinic acid heptapropyl ester 2wt%, DOA {Bis(2-ethylhexyl)adipate} 132wt%의 중량비로 혼합하여 제조한다.The nitrite ion selective sensitive composition according to the present invention is prepared by mixing in a weight ratio of PVC 66wt%, Dicyanocobyrinic acid heptapropyl ester 2wt%, DOA {Bis (2-ethylhexyl) adipate} 132wt%.
전술한 아질산이온 선택성 감응 조성물을 이용한 아질산이온 선택성 감응막의 제조방법은 PVC 66wt%, Dicyanocobyrinic acid heptapropyl ester 2wt%, DOA {Bis(2-ethylhexyl)adipate} 132wt%의 중량비로 혼합하여 아질산이온 선택성 감응조성물을 얻는 단계; 아질산이온 선택성 감응 조성물을 용매 THF(tetrahydrofurane) 1ml에 녹이는 단계; 용매 THF(tetrahydrofurane) 1ml에 녹인 아질산이온 선택성 감응 조성물을 유리판 위에 놓여 있는 소정 직경의 유리관에 부어 용매 THF를 증발시켜 소정의 형상으로 성형하는 단계; 및 성형물을 소정의 두께로 잘라내어 아질산이온 선택성 감응막을 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다.The nitrite ion selective sensitized membrane using the above-mentioned nitrite ion selective sensitization composition is mixed with a weight ratio of 66 wt% of PVC, 2 wt% of Dicyanocobyrinic acid heptapropyl ester, and 132 wt% of DOA {Bis (2-ethylhexyl) adipate}. Obtaining; Dissolving the nitrite ion selective sensitive composition in 1 ml of solvent THF (tetrahydrofurane); Pouring the nitrite ion selective sensitive composition dissolved in 1 ml of solvent THF (tetrahydrofurane) into a glass tube of a predetermined diameter placed on a glass plate to evaporate the solvent THF into a predetermined shape; And cutting the molding to a predetermined thickness to produce a nitrite ion selective sensitized film.
본 발명의 이온 선택성 감응막을 이용한 총 질소 측정장치는 시료용액 중의 총 질소를 정량하는 총 질소 측정장치에 있어서, 상부 셀 몸체와 하부 셀 몸체로 분리될 수 있는 구조로 이루어진 소정 형상의 플로우 셀 몸체; 플로우 셀 몸체의 일측으로부터 타측으로 관통되게 형성하되 중간 부분에 대해 유입구측과 유출구측이 소정 각도의 기울기를 갖도록 형성되어 시료용액이 흐르는 유로; 유로 내부의 하부 표면에 부착되어 유로 내부를 흐르는 시료용액의 기포발생을 방지하는 PVC 필름층; 상부 셀 몸체의 적소에 유로와 내통되도록 형성되어 전극이 장착되는 3개의 전극 장착부; 전극 장착부 중 양측 각 전극 장착부의 내측 하부면에 설치되어 유로를 흐르는 시료용액 중의 암모늄이온과 아질산이온에 대해 선택적으로 감응하는 암모늄이온 선택성 감응막과 아질산이온 선택성 감응막; 이온 선택성 감응막이 설치된 각 전극 장착부 내부의 이온 선택성 감응막 상부로 설치되어 이온 선택성 감응막을 고정시키는 한편, 그 내부에는 내부기준용액이 채워지는 감응막 고정용 패킹; 이온 선택성 감응막이 설치된 각 전극 장착부의 상부로 설치되어 내부기준용액에 접촉하는 내부기준전극; 유로를 흐르는 시료용액에 일단이 노출되도록 전극 장착부 중 중간의 전극 장착부 하부에 설치되는 바이코어 글래스(Vycor glass); 바이코어 글래스가 설치된 전극 장착부의 내부로 채워지는 내부기준용액; 및 바이코어 글래스가 설치된 전극 장착부의 내부로 설치되어 시료용액의 조건에 관계없이 항시 일정한 전위를 유지하는 내부기준전극을 포함하여 이루어진다.A total nitrogen measuring apparatus using the ion selective membrane of the present invention, the total nitrogen measuring apparatus for quantifying the total nitrogen in the sample solution, the flow cell body of a predetermined shape consisting of a structure that can be separated into the upper cell body and the lower cell body; A flow path formed so as to penetrate from one side of the flow cell body to the other side, the inlet side and the outlet side having an inclination of a predetermined angle with respect to the middle portion, such that a sample solution flows; A PVC film layer attached to the lower surface inside the flow path to prevent bubble generation of the sample solution flowing through the flow path; Three electrode mounting portion is formed so as to be in the inner passage of the upper cell body and the electrode is mounted; An ammonium ion selective sensitizing membrane and a nitrite ion selective sensitizing membrane which are provided on the inner lower surfaces of both electrode mounting portions of the electrode mounting portion and selectively react with the ammonium ion and the nitrite ion in the sample solution flowing through the flow path; A sensitizing membrane fixing packing provided above the ion selective sensitizing membrane inside each electrode mounting portion provided with the ion selective sensitizing membrane to fix the ion selective sensitizing membrane, and having an internal reference solution filled therein; An internal reference electrode installed on an upper portion of each electrode mounting part in which the ion selective sensitive membrane is installed and in contact with the internal reference solution; A bi-core glass (Vycor glass) is installed in the lower portion of the electrode mounting portion of the electrode mounting portion so that one end is exposed to the sample solution flowing through the flow path; An internal reference solution filled into the electrode mounting portion in which the bicore glass is installed; And an internal reference electrode installed inside the electrode mounting portion in which the bicore glass is installed to maintain a constant potential at all times regardless of the sample solution conditions.
전술한 구성에서 암모늄이온 선택성 감응막이 설치된 전극 장착부 내부에 채워지는 내부기준용액으로는 0.1M NH4Cl(염화암모늄)를 사용할 수 있다.In the above configuration, 0.1M NH 4 Cl (ammonium chloride) may be used as the internal reference solution filled in the electrode mounting portion in which the ammonium ion selective sensitive film is installed.
전술한 아질산이온 선택성 감응막이 설치된 전극 장착부 내부에 채워지는 내부기준용액으로는 0.1M NaNO2(아질산나트륨)와 0.01M NaCl(염화나트륨)를 혼합하여 사용할 수 있다.0.1 M NaNO 2 (sodium nitrite) and 0.01 M NaCl (sodium chloride) may be used as the internal reference solution to be filled in the electrode mounting portion in which the above-mentioned nitrite ion selective sensitive film is installed.
전술한 바이코어 글래스가 설치된 전극 장착부의 내부로 채워지는 내부기준용액으로는 KNO3(질산칼륨)을 사용할 수 있다.KNO 3 (potassium nitrate) may be used as the internal reference solution that is filled into the electrode mounting portion in which the aforementioned bicore glass is installed.
한편, 전술한 구성의 내부기준전극은 Ag/AgCl로 구성될 수 있다.On the other hand, the internal reference electrode of the above-described configuration may be composed of Ag / AgCl.
전술한 바와 같은 이온선택성 전극을 이용한 총 질소 측정장치를 설명하기에 앞서 본 발명에서 기술된 암모늄이온 선택성 전극은 플로우 셀 몸체에 형성된 전극 장착부, 암모늄이온 선택성 감응막, 내부기준용액을 포함하여 이루어진 것을 말하고, 아질산이온 선택성 전극은 플로우 셀 몸체에 형성된 전극 장착부, 아질산이온 선택성 감응막, 내부기준용액을 포함하여 이루어진 것을 말한다. 이때, 암모늄이온 선택성 전극과 아질산이온 선택성 전극을 통칭해서 기술할 때는 작동전극이라 표현한다.Prior to describing the total nitrogen measuring apparatus using the ion selective electrode as described above, the ammonium ion selective electrode described in the present invention comprises an electrode mounting part formed on the flow cell body, an ammonium ion selective sensitive membrane, and an internal reference solution. The nitrite ion selective electrode refers to an electrode mounting portion formed in the flow cell body, the nitrite ion selective sensitive film, and an internal reference solution. In this case, when the ammonium ion selective electrode and the nitrite ion selective electrode are collectively described, it is expressed as a working electrode.
또한, 외부기준전극은 플로우 셀 몸체에 형성된 전극 장착부, 바이코어 글래스(Vycor glass), 내부기준용액 및 내부기준전극을 포함하여 이루어진 것을 말하는 것이다.In addition, the external reference electrode refers to an electrode mounting portion formed on the flow cell body, bicore glass (Vycor glass), including the internal reference solution and the internal reference electrode.
한편, 전술한 바와 같이 구성된 이온 선택성 전극을 이용한 총 질소 측정장치를 개략적으로 설명하면, 앞서 설명한 바와 같이 하천의 부영양화와 매우 깊은관련이 있으며, 실제 시료용액 중에는 부유물 등이 포함되어 있을 경우도 있고, 강이나 호수의 부영양화 현상이 심각할 경우에는 샘플링 과정 중 조류들이 포함될 수도 있다.On the other hand, when the total nitrogen measuring apparatus using the ion-selective electrode configured as described above is outlined, it is very deeply related to eutrophication of the river as described above, the actual sample solution may contain suspended matters, If eutrophication of rivers or lakes is severe, algae may be included during the sampling process.
따라서, kjeldahl 반응을 진행하기 전에 필터를 통해 시료용액 중에 포함된 이물질을 걸러주는 단계가 필수적이다. 한편, 이물질이 걸러진 시료용액 중에는 유기 질소, 암모늄이온, 질산이온 및 아질산이온 등이 존재한다.Therefore, before proceeding with the kjeldahl reaction, it is essential to filter the foreign matter contained in the sample solution through the filter. On the other hand, organic nitrogen, ammonium ions, nitrate ions and nitrite ions are present in the sample solution from which foreign substances are filtered.
다음 단계로 devarda's alloy 하에서 시료용액을 잘 교반해 주면 질산이온들은 암모늄이온으로 환원된다. 이 과정을 거치면 시료용액 중에는 유기 질소, 아질산이온 그리고 암모늄이온이 존재하게 된다.The next step is to stir well the sample solution under devarda's alloy and the nitrate ions are reduced to ammonium ions. This process results in the presence of organic nitrogen, nitrite and ammonium ions in the sample solution.
여기서, 소량의 시료용액은 아질산이온 선택성 전극으로 보내져 아질산이온을 정량하게 되고, 나머지 시료용액은 황산 존재 하에서 칼륨설페이트를 촉매로 사용하여 반응을 시킨다.Here, a small amount of the sample solution is sent to the nitrite ion selective electrode to quantify the nitrite ion, and the remaining sample solution is reacted using potassium sulfate as a catalyst in the presence of sulfuric acid.
전술한 반응을 통해 유기 질소 종들이 분해되어 이산화탄소, 물, 그리고 중황산암모늄으로 분해된다. 암모늄이온은 산성조건에서는 변화가 없으며, 남아있던 아질산이온은 산화되어 질산이온으로 변환된다.Through the above reaction, organic nitrogen species are decomposed to carbon dioxide, water, and ammonium bisulfate. Ammonium ions remain unchanged under acidic conditions. The remaining nitrite ions are oxidized and converted to nitrate ions.
다음 단계에서 염기성처리를 해주면 암모니아 가스가 발생되고, 이것을 붕산에 해리시킨 후 암모늄이온 선택성 전극으로 암모늄이온을 정량한다. 질산이온의 양을 정량하기 위해서는 시료용액을 devarda's alloy로 처리하기 전 후의 암모늄이온의 양을 측정함으로써 알아낼 수 있다.Basic treatment in the next step generates ammonia gas, dissociates it in boric acid and quantifies the ammonium ion with an ammonium ion selective electrode. In order to quantify the amount of nitrate ions, it can be found by measuring the amount of ammonium ion before and after treating the sample solution with devarda's alloy.
전술한 바와 같이 일반적으로 잘 알려진 kjeldahl 반응은 질산이온과 아질산이온의 측정에는 용이하지 않기 때문에 본 발명에서는 질산이온의 경우 devarda's alloy를 이용하여 암모늄이온으로 환원시킨 후 암모늄이온 선택성 전극으로 측정하고 아질산이온은 아질산이온 선택성 전극을 이용하여 측정한다.As described above, the well-known kjeldahl reaction is not easy to measure nitrate ions and nitrite ions. In the present invention, the nitrate ions are reduced to ammonium ions using devarda's alloy, and then measured with an ammonium ion selective electrode and nitrite ions. Is measured using a nitrite ion selective electrode.
전술한 시료용액 중의 질소를 포함하는 유기물들은 kjeldahl 반응을 이용하여 최종적으로 암모늄이온의 형태로 변환시켜 측정하게 되고, 아질산이온은 아질산이온 선택성 전극을 이용하여 측정한다.The nitrogen-containing organics in the sample solution described above are finally measured by using a kjeldahl reaction and converted into ammonium ions, and nitrite ions are measured using a nitrite ion selective electrode.
한편, 질산이온의 경우에는 질산이온 선택성 전극의 검출한계 및 감응시간이 흐름계에서 사용하기에는 부적합한 것으로 판단하여 devarda's alloy를 이용하여 암모늄이온으로 환원시킨 후 감도가 좋은 암모늄이온 선택성 전극을 이용하여 측정한다.On the other hand, in the case of nitrate ion, the detection limit and the response time of the nitrate ion selective electrode are judged to be inadequate for use in the flow system, and are measured using ammonium ion selective electrode having good sensitivity after reduction to ammonium ion using devarda's alloy. .
전술한 바와 같이 kjeldahl 반응을 이용하여 암모니아가스를 포집한 후 적정하는 방법은 질산이온과 아질산이온의 측정에는 한계가 있으나, 이온 선택성 전극을 이용하는 본 발명에서는 그러한 단점을 해결해 줄 수가 있다.As described above, the method of capturing and titrating ammonia gas using the kjeldahl reaction has limitations in the measurement of nitrate ions and nitrite ions, but the present invention using an ion selective electrode can solve such disadvantages.
또한, 외부기준전극을 바이코어 글래스(Vycor glass)를 사용하고, 플로우 셀 몸체 그 자체가 이온 선택성 막이 장착될 수 있는 전극체의 역할을 해줄 수 있도록 함으로써 검출기 부분의 소형화가 가능해졌다.In addition, by using a bicore glass (Vycor glass) as an external reference electrode, the flow cell body itself can serve as an electrode body to which the ion selective membrane can be mounted, thereby miniaturizing the detector portion.
이하에서는 본 발명의 양호한 실시 예에 따른 이온 선택성 감응 조성물, 이온 선택성 감응 조성물을 이용한 이온 선택성 감응막의 제조방법 및 이온 선택성 감응막을 이용한 총 질소 측정장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, an ion selective sensitive composition, a method for producing an ion selective sensitive membrane using an ion selective sensitive composition, and a total nitrogen measuring apparatus using an ion selective sensitive membrane according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1 은 본 발명에 따른 Kjeldahl 반응을 응용한 총 질소 측정방법을 보인흐름도이다.1 is a flow chart showing a total nitrogen measurement method applying the Kjeldahl reaction according to the present invention.
도 1 에 도시된 바와 같이 시료용액 내에는 여러 부유물질들이 포함되어 있을 수 있기 때문에 시료는 필터를 통과하여 단계 A를 거치게 된다. 단계 A의 시료용액에는 부유물질들이 제거된 유기 질소, 암모늄이온, 질산이온, 아질산이온 및 그 외 몇몇 물질들이 포함되어 있다.As shown in FIG. 1, since the sample solution may contain various suspended substances, the sample passes through the filter and passes through step A. The sample solution in step A contains organic nitrogen, ammonium ions, nitrate ions, nitrite ions, and several other substances from which suspended solids are removed.
단계 A를 거친 시료용액을 devarda's alloy 존재 하에서 교반하여 주면 질산이온이 환원되어 암모늄이온으로 변환된다.When the sample solution passed through step A is stirred in the presence of devarda's alloy, nitrate ions are reduced and converted to ammonium ions.
따라서, 단계 B에는 유기 질소, 아질산이온 그리고 기존에 있던 암모늄이온과 질산이온이 환원되어 생성된 암모늄이온이 존재하게 된다.Therefore, in step B, organic nitrogen, nitrite ions, and ammonium ions generated by reducing existing ammonium ions and nitrate ions are present.
한편, 양이온 선택성 전극은 음이온에 거의 방해를 받지 않으며, 음이온 선택성 전극은 양이온에 대해서 방해를 받지 않기 때문에 단계 B를 거치는 시료용액의 일부는 아질산이온 선택성 전극으로 보내지고, 감도가 좋은 아질산이온 선택성 전극은 아질산이온을 측정한다.On the other hand, since the cation-selective electrode is hardly disturbed by the anion, and the anion-selective electrode is not disturbed by the cation, a part of the sample solution passing through step B is sent to the nitrite ion selective electrode, and the sensitive nitrite ion selective electrode is Measures nitrite ion.
단계 B에서 남아 있는 시료용액을 칼륨설페이트 촉매하에서 황산으로 분해하면 유기 질소에 있던 탄소는 이산화탄소의 형태로 제거되고, 나머지는 중황산암모늄의 형태가 된다. 산성조건에서 암모늄이온은 변화가 일어나지 않으며, 이미 측정을 마친 아질산이온은 질산이온으로 산화될 수 도 있으나, 단계 C를 거치는 시료용액을 염기성 조건하에서 처리하면 암모늄이온과 중황산암모늄은 암모니아 가스의 형태로 포집되기 때문에 잔존하는 질산이온, 아질산이온은 측정에 방해요인이 되지 않는다. 암모니아 가스는 그 자체가 용액 중에 잘 녹아 들어가며 산성조건에서는이 과정이 훨씬 용이하다.When the remaining sample solution in step B is decomposed to sulfuric acid under a potassium sulfate catalyst, carbon in organic nitrogen is removed in the form of carbon dioxide, and the remainder is in the form of ammonium bisulfate. Under acidic conditions, ammonium ions do not change, and nitrite ions that have already been measured may be oxidized to nitrate ions.However, when the sample solution undergoing step C is treated under basic conditions, ammonium ions and ammonium bisulfate form ammonia gas. The remaining nitrate and nitrite ions do not interfere with the measurement. Ammonia gas itself dissolves well in solution and under acidic conditions this process is much easier.
단계 D에서 포집된 암모니아 가스는 붕산에 녹아 암모늄이온으로 단계 E에 포집된다. 암모늄이온 선택성 전극을 이용하여 단계 E에 포집 되어진 암모늄이온을 측정함으로써 총 질소의 정량이 가능하다.The ammonia gas collected in step D is dissolved in boric acid and collected in step E as ammonium ions. Total nitrogen can be quantified by measuring the ammonium ion collected in step E using an ammonium ion selective electrode.
한편, 단계 A에 있는 시료용액을 devarda's alloy로 처리하지 않고, 단계 C, D, E의 과정을 거치면 총 질소의 농도에서 아질산이온, 질산이온의 농도가 빠진 암모늄이온과 유기 질소의 농도만이 측정된다.On the other hand, the sample solution in step A is not treated with devarda's alloy, and only the concentrations of ammonium ion and organic nitrogen in which the concentration of nitrite ion and nitrate are deducted from the total nitrogen concentration are measured by the steps C, D, and E. do.
또한, 단계 A에 있는 시료용액의 소량을 직접 암모늄이온 선택성 전극으로 보내면 시료용액에 원래 존재하고 있던 암모늄이온의 농도만을 측정할 수도 있다.In addition, if a small amount of the sample solution in step A is sent directly to the ammonium ion selective electrode, only the concentration of ammonium ion originally present in the sample solution may be measured.
결국, 사용자의 요구에 따라 유기 질소, 아질산이온, 질산이온, 암모늄이온의 농도를 각각 측정할 수 있는 장비의 개발이 가능하게 된다.As a result, it is possible to develop a device that can measure the concentration of organic nitrogen, nitrite ion, nitrate ion, and ammonium ion according to the user's request.
도 2 는 본 발명에 따른 플로우 셀에 도입할 작동전극의 구조, 도 3 은 본 발명에 따른 플로우 셀에 도입할 외부기준전극의 구조, 도 4 는 본 발명에 따른 작동전극과 외부기준전극을 배치한 플로우 셀의 구조이다.2 is a structure of the working electrode to be introduced into the flow cell according to the present invention, FIG. 3 is a structure of an external reference electrode to be introduced into the flow cell according to the present invention, and FIG. 4 is a working electrode and an external reference electrode according to the present invention. It is the structure of one flow cell.
본 발명에 따른 이온 선택성 전극을 이용한 총 질소 측정장치를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The total nitrogen measuring apparatus using the ion selective electrode according to the present invention will be described in detail as follows.
먼저, 도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이온 선택성 전극을 이용한 총 질소 측정장치는 상하 분리구조의 플로우 셀 몸체(100), 플로우 셀 몸체(100)의 일측으로부터 타측으로 관통되게 형성되어 시료용액이 흐르는 유로(110), 유로(110) 내부의 하부 표면에 부착되어 유로(110) 내부를 흐르는 시료용액의 기포발생을 방지하는 PVC 필름층(120), 플로우 셀 몸체(100)의 상부에 유로(110)와 내통되도록 형성되어 후술하는 내부전극 및 내부기준전극이 장착되는 3개의 전극 장착부(106a, 106b, 106c), 양측의 두 전극 장착부(106a, 106c) 내측 하부면 각각에 설치되는 암모늄이온 선택성 감응막(130)과 아질산이온 선택성 감응막(130a), 내부에 내부기준용액(145, 145a)이 채워져 이온 선택성 감응막(130, 130a)를 고정시키는 감응막 고정용 패킹(140, 140a), 이온 선택성 감응막(130, 130a)이 설치된 각 전극 장착부(106a, 106c)의 상부로 설치되어 내부기준용액(145, 145a)에 접촉하는 내부기준전극(150, 150a), 중간의 전극 장착부(106b) 하부에 설치되는 바이코어 글래스(160, Vycor glass), 바이코어 글래스(160)가 설치된 전극 장착부(106b)의 내부로 채워지는 내부기준용액(165) 및 바이코어 글래스(160)가 설치된 전극 장착부(106b)의 내부로 설치되어 시료용액의 조건에 관계없이 항시 일정한 전위를 유지하는 내부기준전극(170)을 포함하여 이루어진다. 이때, 각 전극 장착부(106a, 106b, 106c)에 장착되는 전극(150, 150a, 170)은 각 전극 장착부(106a, 106b, 106c)의 상부로 나사결합되는 뚜껑(180a, 180b, 180c)에 의해 장착된다.First, as shown in FIGS. 2 to 4, the total nitrogen measuring apparatus using the ion selective electrode according to the present invention is penetrated from one side of the flow cell body 100 and the flow cell body 100 having a vertical separation structure to the other side. The flow path body 110 is formed to be attached to the lower surface of the flow path, the sample solution flow path 110, the PVC film layer 120 to prevent the generation of bubbles of the sample solution flowing through the flow path 110, the flow cell body 100 Three electrode mounting parts 106a, 106b, and 106c formed on the upper side of the inner surface of the inner electrode and the internal reference electrode, which are formed to be inwardly connected to the flow path 110, respectively, on the lower surfaces of the inner surfaces of the two electrode mounting parts 106a and 106c. The ammonium ion selective sensitive membrane 130 and the nitrite ion selective sensitive membrane 130a to be installed are filled with internal reference solutions 145 and 145a to fix the ion selective sensitive membrane 130 and 130a. 140, 140a), ion selective sensitivity Installed at the upper portions of the electrode mounting portions 106a and 106c on which the 130 and 130a are installed, and are installed below the inner reference electrodes 150 and 150a and the middle electrode mounting portion 106b in contact with the internal reference solutions 145 and 145a. Of the internal reference solution 165 and the electrode mounting unit 106b provided with the bicore glass 160 to be filled into the interior of the electrode mounting unit 106b in which the bicore glass 160 and the bicore glass 160 are installed. It is provided with an internal reference electrode 170 that is installed inside to maintain a constant potential at all times regardless of the sample solution conditions. At this time, the electrodes 150, 150a, and 170 mounted on the electrode mounting parts 106a, 106b, and 106c are screwed to the tops of the electrode mounting parts, 106a, 106b, and 106c, respectively, by the caps 180a, 180b, and 180c that are screwed onto the upper parts of the electrode mounting parts, respectively. Is mounted.
전술한 구성에서 플로우 셀 몸체(100)는 상부 셀 몸체(102)와 하부 플로우 셀 몸체(104)로 이루어진 분리구조이다.In the above-described configuration, the flow cell body 100 has a separation structure consisting of the upper cell body 102 and the lower flow cell body 104.
유로(110)는 시료용액이 흐르는 것으로, 이 유로(110)는 플로우 셀 몸체(100)의 일측으로부터 타측으로 관통되게 형성하되 중간 부분에 대해 유입구(110a)측과 유출구(110b)측이 소정 각도의 기울기를 갖도록 형성된다.The flow path 110 is a sample solution flows, the flow path 110 is formed so as to penetrate from one side of the flow cell body 100 to the other side, the inlet (110a) side and the outlet (110b) side with respect to the middle portion at a predetermined angle It is formed to have a slope of.
더욱 상세하게 설명하면, 유로(110)는 플로우 셀 몸체(100)의 상부 셀몸체(102)의 하부면과 하부 플로우 셀 몸체(104)의 상부면 각각에 홈을 형성한 후 상부 셀 몸체(102)와 하부 플로우 셀 몸체(104)를 맞대어 합침으로써 시료용액이 흐를 수 있는 유로(110)가 형성되도록 한 것이다.In more detail, the flow path 110 forms a groove in each of the lower surface of the upper cell body 102 and the upper surface of the lower flow cell body 104 of the flow cell body 100, and then the upper cell body 102. ) And the lower flow cell body 104 are joined together to form a flow path 110 through which a sample solution can flow.
이때, 하부 플로우 셀 몸체(102)측에 형성된 홈의 표면에는 PVC 필름층(120)이 형성된다. 즉, 유로(110) 내부의 하부 표면에 PVC 필름층(120)이 형성된다. 이처럼 유로(110) 내부의 하부 표면에 PVC 필름층(120)을 형성함으로써 유로(110)를 흐르는 시료용액에 기포가 발생되는 현상을 방지하게 된다.At this time, the PVC film layer 120 is formed on the surface of the groove formed on the lower flow cell body 102 side. That is, the PVC film layer 120 is formed on the lower surface inside the flow path 110. As such, by forming the PVC film layer 120 on the lower surface of the flow path 110, bubbles in the sample solution flowing through the flow path 110 are prevented.
한편, 전술한 바와 같이 형성된 유로(110)는 일측으로부터 타측으로 관통되게 형성되고, 유로(110)의 중간 부분에 대해 유입구(110a)측과 유출구(110a)측이 소정 각도의 기울기를 갖도록 형성되는데, 도 4 에서와 같이 유로(110)의 수평한 중간 부분에 대해 유입구(110a)와 유출구(110b)가 수직 방향으로 형성되도록 하여 유입구(110a)와 유출구(110b)를 평행하게 할 수 있다. 이러한 구조는 시료용액이 유로(110)의 내부를 흐를 때 기포가 발생하지 않도록 하는데 유용한 구조이다.On the other hand, the flow path 110 formed as described above is formed so as to penetrate from one side to the other side, the inlet port 110a side and the outlet port 110a side with respect to the middle portion of the flow path 110 is formed to have a predetermined angle of inclination. As illustrated in FIG. 4, the inlet 110a and the outlet 110b may be formed in a vertical direction with respect to the horizontal middle portion of the flow path 110 so that the inlet 110a and the outlet 110b may be parallel to each other. This structure is useful for preventing bubbles from occurring when the sample solution flows inside the flow path 110.
전극 장착부(106a, 106b, 106c)는 내부전극(150, 150a)과 내부기준전극(170)을 장착하기 위한 것으로, 이 전극 장착부(106a, 106b, 106c)는 상부 셀 몸체(102)의 상부 적소에 수직 방향으로 유로(110)와 내통되도록 3개가 형성된다.The electrode mounting portions 106a, 106b, and 106c are for mounting the internal electrodes 150 and 150a and the internal reference electrode 170. The electrode mounting portions 106a, 106b and 106c are located at the upper positions of the upper cell body 102. Three are formed to be inwardly communicated with the flow path 110 in the vertical direction.
암모늄이온 선택성 감응막(130)과 아질산이온 선택성 감응막(130a)은 암모늄이온과 아질산이온에 대해서만 선택적으로 감응하는 막으로, 이 이온 선택성 감응막(130, 130a)은 전극 장착부(106a, 106b, 106c) 중 양측 각 전극 장착부(106a, 106c)의 내측 하부면에 설치되어 유로(110)를 흐르는 시료용액 중의 암모늄이온과아질산이온에 대해 선택적으로 감응하게 된다.The ammonium ion selective sensitized membrane 130 and the nitrite ion selective sensitized membrane 130a are selectively sensitive to ammonium ions and nitrite ions, and the ion selective sensitized membranes 130 and 130a are electrode mounting portions 106a and 106b, respectively. It is provided on the inner lower surfaces of the electrode mounting portions 106a and 106c on both sides of the 106c, and selectively reacts with the ammonium ion and the nitrite ion in the sample solution flowing through the flow path 110.
감응막 고정용 패킹(140, 140a)은 양측 각 전극 장착부(106a, 106c)의 내측 하부면에 설치된 이온 선택성 감응막(130, 130a)을 고정시키기 위한 것으로, 이 감응막 고정용 패킹(140, 140a)은 이온 선택성 감응막(130, 130a)이 설치된 각 전극 장착부(106a, 106c) 내부의 이온 선택성 감응막(130, 130a) 상부로 설치되어 이온 선택성 감응막(130, 130a)을 하부면으로 밀착시킴으로써 유로(110)를 흐르는 시료용액이 전극 장착부(106a, 106c) 내부로 침투되지 못하도록 한다.The sensitized membrane fixing packings 140 and 140a are used to fix the ion-selective sensitized membranes 130 and 130a provided on the inner lower surfaces of the electrode mounting portions 106a and 106c on both sides. 140a is installed above the ion-selective sensitive membranes 130 and 130a in the electrode mounting portions 106a and 106c where the ion-selective sensitive membranes 130 and 130a are installed to move the ion-selective sensitive membranes 130 and 130a to the bottom surface. The close contact prevents the sample solution flowing through the flow path 110 from penetrating into the electrode mounting portions 106a and 106c.
전술한 바와 같이 감응막 고정용 패킹(140, 140a)이 전극 장착부(106a, 106c)에 설치된 상태에서 감응막 고정용 패킹(140, 140a)의 상부로 오링(190, 190a)을 끼우고, 그 상부로 내부기준전극(150, 150a)을 각 전극 장착부(106a, 106c)의 상부로 뚜껑(180a, 180c)을 통해 장착하여 전극 장착부(106a, 106c) 내부에 채워진 내부기준용액(145, 145a)에 접하도록 한다.As described above, the O-rings 190 and 190a are inserted into the upper portions of the sensitized membrane fixing packings 140 and 140a while the sensitized membrane fixing packings 140 and 140a are installed in the electrode mounting portions 106a and 106c. The internal reference solutions 150 and 150a filled in the electrode mounting portions 106a and 106c by mounting the internal reference electrodes 150 and 150a upward through the caps 180a and 180c to the upper portions of the electrode mounting portions 106a and 106c. Make contact with
한편, 바이코어 글래스(160)는 유로(110)를 흐르는 시료용액에 일단이 노출되도록 전극 장착부(106a, 106b, 106c) 중 중간의 전극 장착부(106b) 하부에 설치된다. 이때, 설치되는 바이코어 글래스(160)는 시료용액이 중간의 전극 장착부(106b) 내부로 유입되지 않도록 밀폐구조를 가져야 한다.On the other hand, the bi-core glass 160 is installed below the middle electrode mounting portion 106b of the electrode mounting portions 106a, 106b, 106c so that one end is exposed to the sample solution flowing through the flow path 110. At this time, the bicore glass 160 to be installed should have a sealed structure so that the sample solution does not flow into the electrode mounting portion 106b of the intermediate.
전술한 바와 같이 바이코어 글래스(160)가 설치된 상태에서 전극 장착부(106b)의 내부로 채워지는 내부기준용액(165)이 채워지고, 그 상부로 뚜껑(180b)을 통해 시료용액의 조건에 관계없이 항시 일정한 전위를 유지하는 내부기준전극(170)이 전극 장착부(106b) 내부에 채워진 내부기준용액(165)에 접하도록장착된다.As described above, the internal reference solution 165 to be filled into the electrode mounting portion 106b is filled in the state in which the bicore glass 160 is installed, and the upper portion thereof is irrespective of the condition of the sample solution through the lid 180b. The internal reference electrode 170 that maintains a constant potential at all times is mounted to contact the internal reference solution 165 filled in the electrode mounting portion 106b.
이상에서와 같이 본 발명은 플로우 셀 구조로 이루어져 시료용액이 유입구(Inlet, 110a)를 통해 유출구(Outlet, 110b)로 흘러가는 동안 기준전극과 작동전극 사이에서 발생하는 전위차를 이용하여 시료용액 중의 암모늄이온 및 아질산이온을 정량하는 방법으로 총 질소를 검출한다.As described above, according to the present invention, the ammonium in the sample solution is formed by using a potential difference generated between the reference electrode and the working electrode while the sample solution flows through the inlet 110a to the outlet 110b. Total nitrogen is detected by quantifying ions and nitrite ions.
한편, 본 발명에서 사용하는 이온 선택성 감응막(130, 130a)의 조성은 다음과 같다. 암모늄이온 선택성 감응막(130)의 경우는 PVC(poly vinyl chloride) 66wt%, Nonactin 2wt%, DOA{Bis(2-ethylhexyl)adipate} 132wt%이고, 아질산이온 선택성 감응막(130a)의 경우에는 PVC 66wt%, Dicyanocobyrinic acid heptapropyl ester 2wt%, DOA {Bis(2-ethylhexyl)adipate} 132wt%이다.On the other hand, the composition of the ion-selective sensitive film (130, 130a) used in the present invention is as follows. The ammonium ion selective sensitized membrane 130 is 66 wt% of polyvinyl chloride (PVC), 2 wt% Nonactin, 132 wt% DOA {Bis (2-ethylhexyl) adipate}, and the nitrite ion selective sensitized membrane 130a is PVC. 66wt%, Dicyanocobyrinic acid heptapropyl ester 2wt%, DOA {Bis (2-ethylhexyl) adipate} 132wt%.
이러한 조성으로 용매 THF(tetrahydrofurane) 1ml에 녹여 유리판 위에 놓여 있는 직경 22mm의 유리관에 부어 성형시키고, 용매(THF)는 대기 중에 하루정도 방치하여 증발시킨다.With this composition, it is dissolved in 1 ml of solvent THF (tetrahydrofurane), poured into a glass tube of 22 mm diameter placed on a glass plate, and the solvent (THF) is left in the air for one day to evaporate.
이렇게 제작되어진 이온 선택성 감응막(130, 130a)은 5.5mm의 원형으로 잘라내어 플로우 셀 몸체(100)의 전극 장착부(106a, 106c) 내측 하단에 장착한다.The ion-selective sensitive membranes 130 and 130a thus manufactured are cut into a 5.5 mm circular shape and mounted on the inner lower ends of the electrode mounting portions 106a and 106c of the flow cell body 100.
본 발명에서는 재래식 전극(이온 선택성 전극)을 플로우 셀 몸체(100)에 도입한 것이 아니라, 플로우 셀 몸체(100) 자체에 이온 선택성 감응막(130, 130a)을 장착하여 플로우 셀 몸체(100)가 전극체의 역할을 할 수 있도록 하였다.In the present invention, the conventional electrode (ion selective electrode) is not introduced into the flow cell body 100, but the ion-selective sensitive membranes 130 and 130a are mounted on the flow cell body 100 itself so that the flow cell body 100 is formed. It was possible to act as an electrode body.
도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이 PVC를 이용한 이온 선택성 감응막(130, 130a)은 접착력이 약하므로 감응막 고정용 패킹(membrane packing piece; 140,140a)를 이용하여 이온 선택성 감응막(130, 130a)을 고정시켜 준다. 플로우 셀 몸체(100)의 전극 장착부(106a, 106c) 내측 하단에 이온 선택성 감응막(130, 130a)이 장착되고, 감응막 고정용 패킹(140, 140a)의 중간부분은 비워져 있으며, 이 곳에 내부기준용액(145, 145a)이 채워진다.As shown in FIGS. 2 and 4, since the ion-selective sensitive films 130 and 130a using PVC have weak adhesion, the ion-selective sensitive films 130 and 140 may be formed by using a membrane packing piece (140,140a). 130a) is fixed. The ion-selective sensitive membranes 130 and 130a are mounted on the lower inner side of the electrode mounting portions 106a and 106c of the flow cell body 100, and the middle portion of the sensitive membrane fixing packings 140 and 140a is vacant, Reference solutions 145 and 145a are filled.
도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 전극 장착부(106a, 106b, 106c) 내측 벽면에 나사산을 뚜껑(180a, 180b, 180c)을 돌려 닫는 형식으로 설계였으며, 내부전극(150, 150a) 및 내부기준전극(150, 150a, 170)은 Ag/AgCl을 사용하였다.As shown in FIGS. 2 to 4, the screw caps are mounted on the inner wall surfaces of the electrode mounting parts 106a, 106b, and 106c by turning the caps 180a, 180b, and 180c, and the internal electrodes 150, 150a and the internal standard are closed. Ag / AgCl was used for the electrodes 150, 150a, and 170.
한편, 뚜껑(180a, 180b, 180c)의 하단 중간부분도 비워져 있어 Ag/AgCl이 내부기준용액(145, 145a, 165)에 닿게 된다. 뚜껑(180a, 180b, 180c)과 감응막 고정용 패킹(140, 140a) 사이에는 신축성이 뛰어난 오링(190, 190a)을 끼워 넣어 감응막 고정용 패킹(140, 140a)을 고정시킨다.On the other hand, the lower middle portion of the lid (180a, 180b, 180c) is also empty, Ag / AgCl is in contact with the internal reference solution (145, 145a, 165). O-rings 190 and 190a having excellent elasticity are inserted between the caps 180a, 180b, and 180c and the sensitized membrane fixing packings 140 and 140a to fix the sensitized membrane fixing packings 140 and 140a.
암모늄이온 선택성 전극과 아질산이온 선택성 전극 내부에 채워지는 내부기준용액(145, 145a)의 경우 암모늄이온 선택성 감응막(130)을 장착할 경우 0.1M NH4Cl(염화암모늄)를 사용하고, 아질산이온 선택성 감응막(130a)을 장착할 경우에는 0.1M NaNO2(아질산나트륨)와 0.01M NaCl(염화나트륨)를 혼합하여 사용한다.In case of the ammonium ion selective electrode and the nitrite ion selective electrode, the internal reference solutions 145 and 145a use 0.1 M NH 4 Cl (ammonium chloride) when the ammonium ion selective sensitive membrane 130 is mounted. When the selective sensitized membrane 130a is mounted, 0.1 M NaNO 2 (sodium nitrite) and 0.01 M NaCl (sodium chloride) are used in combination.
전극 장착부(106a, 106c) 내측 하단에 있는 이온 선택성 감응막(130, 130a)은 감응막 고정용 패킹(140, 140a)이 위에서 누르면서 고정이 된다. 이처럼 감응막 고정용 패킹(140, 140a)을 통해 이온 선택성 감응막(130, 130a)을 위에서 누르면 PVC에 가소제가 첨가된 이온 선택성 감응막(130, 130a)은 유연성이 있어서 실제로는 용액이 흐르는 유로(110)까지 볼록하게 튀어나온다.The ion-selective sensitive films 130 and 130a at the lower inner side of the electrode mounting parts 106a and 106c are fixed while the packings for fixing the sensitive film 140 and 140a are pressed from above. As such, when the ion-selective sensitive membranes 130 and 130a are pressed from above through the packing for fixing the membranes 140 and 140a, the ion-selective sensitive membranes 130 and 130a to which the plasticizer is added to the PVC are flexible, so that the flow path actually flows through the solution. Protruding convex up to (110).
따라서, 이온 선택성 감응막(130, 130a)은 시료용액에 충분히 노출되어 안정하며, 연속하여 흐르는 시료용액에 의해 항상 신선한 상태를 유지할 수 있다.Therefore, the ion-selective sensitive membranes 130 and 130a are sufficiently exposed to the sample solution and are stable, and can always be kept fresh by the continuously flowing sample solution.
도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 내부기준전극(150, 150a, 170)은 Ag/AgCl를 사용하였으며, 다공성(junction) 물질은 바이코어 글래스(160, Vycor glass)를 사용하였다.As shown in FIGS. 3 and 4, Ag / AgCl was used for the internal reference electrodes 150, 150a, and 170, and bicore glass 160 (Vycor glass) was used for the junction material.
한편, 전극 장착부(106b)에 채워지는 내부기준용액(165)은 이온들의 이동도 차이가 거의 없는 것을 사용하는 것이 좋은데, 그러한 물질로는 대표적으로 KCl(염화칼륨)과 KNO3(질산칼륨)를 들 수 있다.On the other hand, the internal reference solution 165 to be filled in the electrode mounting portion (106b) is good to use that there is little difference in the mobility of ions, such materials are representative of KCl (potassium chloride) and KNO 3 (potassium nitrate) Can be.
본 발명에서 사용하는 아질산이온 선택성 전극은 질산이온의 방해를 받을 수 있으며, 암모늄이온 선택성 전극은 칼륨이온에 방해를 받을 수 있다. 이러한 방해 작용은 근본적으로 해결할 수는 없는 것으로 본 발명에서는 방해의 정도가 다소 적은 KNO3(질산칼륨)용액을 외부기준전극의 내부기준용액(165)으로 사용하였고, 농도는 1M이며, 무게비로 10wt%가 되도록 글리세롤(glycerol)을 혼합해 주었다. 글리세롤은 점성이 큰 중성물질로 이 물질을 소량 혼합하여 주면 외부기준전극의 내부기준용액(165)이 바이코어 글래스(160)를 통해 흘러나오는 속도를 어느 정도 조절해 줄 수 있다. 바이코어 글래스(160) 역시 그 하단면이 유로(110)에 전체면이 충분히 닿을 수 있도록 하였다.The nitrite ion selective electrode used in the present invention may be disturbed by nitrate ions, and the ammonium ion selective electrode may be disturbed by potassium ions. In the present invention, such a disturbance is not fundamentally solved. In the present invention, KNO 3 (potassium nitrate) solution having a somewhat less interference level was used as the internal reference solution 165 of the external reference electrode, and the concentration was 1M, and the weight ratio was 10wt. Glycerol (glycerol) was mixed to be%. Glycerol is a highly viscous neutral material, and if a small amount of this material is mixed, the internal reference solution 165 of the external reference electrode can control the rate at which the bicore glass 160 flows out to some extent. The bi-core glass 160 was also such that the lower surface of the bi-core glass 160 can reach the entire surface sufficiently.
전술한 바와 같이 구성된 작동전극과 기준전극은 도 4 에서 보는 것과 같은형태의 구조로 이루어진다.The working electrode and the reference electrode configured as described above have a structure as shown in FIG.
작동전극과 기준전극이 수용액에 충분히 담구어져 있으면 전기적인 잡음의 영향도 적고 신호 역시 안정적으로 나오게 되지만 흐름계에서 플로우 셀을 도입할 경우에는 작동전극과 기준전극의 실제 감응부위와 용액이 지나가는 유로(110) 부분이 매우 안정적이고 충분히 닿을 수 있도록 설계하여야 이온 선택성 전극의 성능을 극대화 할 수 있다.If the working electrode and the reference electrode are sufficiently immersed in the aqueous solution, the effect of electrical noise is small and the signal is stable.However, when the flow cell is introduced in the flow system, the actual sensitive part of the working electrode and the reference electrode and the flow path through which the solution passes ( 110) The part should be designed to be very stable and sufficiently in contact to maximize the performance of the ion selective electrode.
도 4 는 전술한 바와 같은 작동전극과 기준전극의 위치를 나타내는 전체 플로우 셀의 구조로 크게 상단과 하단으로 나눌 수 있다. 흐름계를 이용하는 모든 측정장비에서 공통적으로 문제가 되는 것은 기포가 발생한다는 것이다. 이러한 문제점은 표면장력이 큰 용액이 표면이 매끄럽지 못한 유로를 지나면서 생긴다.Figure 4 is a structure of the entire flow cell showing the position of the working electrode and the reference electrode as described above can be largely divided into the top and bottom. A common problem in all measuring instruments that use flow meters is that bubbles are generated. This problem occurs when a solution having a high surface tension passes through a flow path where the surface is not smooth.
본 발명에서는 플로우 셀 몸체(100)의 유로(110) 하단에 PVC 66mg, THF 800㎕, DOA 143㎕가 혼합된 칵테일 솔루션(cocktail solution)을 부어 THF를 대기중에서 날려보내 얇고 매끄러운 PVC 필름층(120)을 형성해줌으로써 기포의 형성을 최소화하였다.In the present invention, the cocktail solution (cocktail solution) mixed with PVC 66mg, THF 800μl, DOA 143μl is poured on the bottom of the flow path 110 of the flow cell body 100 to blow THF in the air to form a thin and smooth PVC film layer 120 ) To minimize bubble formation.
한편, 흐름계에서는 작동전극과 기준전극 사이에 흐르는 용액의 양이 매우 작기 때문에 두 전극 사이의 거리가 너무 멀어지면 시료용액에서의 전기적 연결이 끊어지는 결과를 가져온다.On the other hand, in the flow system, since the amount of the solution flowing between the working electrode and the reference electrode is very small, if the distance between the two electrodes is too far, the electrical connection in the sample solution is lost.
따라서, 본 발명에서 설계한 플로우 셀 몸체(100)는 외부기준전극을 가운데 두고 양쪽에 작동전극을 두어 기준전극과 작동전극사이의 거리를 충분하게 유지해 주었다. 또한, 시료용액이 흘러 들어가는 유입구(110a, inlet) 부분과 플로우 셀몸체(100)의 유로(110)를 통과하여 빠져 나오는 유출구(110b, outlet) 부분은 기포방지 및 효과적인 시료용액의 유입, 유출을 위해 하단에서 상단으로 펌프의 힘을 이용해 밀어 올려내는 방향으로 설계하였다.Therefore, the flow cell body 100 designed in the present invention maintains a sufficient distance between the reference electrode and the working electrode by placing the working electrodes on both sides with the external reference electrode in the center. In addition, the inlet part 110a (inlet) through which the sample solution flows and the outlet part 110b (outlet) exiting through the flow path 110 of the flow cell body 100 prevent air bubbles and effectively inflow and outflow of the sample solution. In order to push up from the bottom to the top using the force of the pump was designed.
도 5 는 본 발명에 따른 암모늄이온 선택성 전극의 감응곡선, 도 6 은 본 발명에 따른 아질산이온 선택성 전극의 감응곡선이다.5 is a sensitivity curve of the ammonium ion selective electrode according to the present invention, Figure 6 is a sensitivity curve of the nitrite ion selective electrode according to the present invention.
도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이 바와 같이 본 발명에 따른 장치는 매우 우수한 선택성을 보이며, 감응시간 또한 매우 빠르다. 목적하는 이온에 대한 감응이 우수하다고 하더라도 감응시간이 느리면 흐름계에서 사용하기에는 문제가 있다.As shown in Figs. 5 and 6, the device according to the invention shows very good selectivity and the response time is also very fast. Even if the response to the target ions is excellent, if the response time is slow, there is a problem to use in the flow system.
즉, 이온 선택성 전극을 시스템에 도입하기 위해서는 측정시간을 고려할 때 어느 정도 이상의 유속을 필요로 하지만 감응시간이 매우 느린 경우에는 이온 선택성 전극의 감응막이 감응을 하기 전에 소량의 검정용액 및 시료용액이 이미 감응막을 스쳐 지나가 버리기 때문에 실제 장비에는 도입하기가 불가능하다.In other words, in order to introduce the ion-selective electrode into the system, more than a certain flow rate is required in consideration of the measurement time, but when the response time is very slow, a small amount of the assay solution and the sample solution are already present before the sensitive membrane of the ion-selective electrode is sensitive. As it passes through the sensitizer, it is impossible to introduce it into the actual equipment.
도 7 은 본 발명에 따른 암모늄이온 선택성 전극의 wall-jet 하에서의 감응곡선, 도 8 은 본 발명에 따른 아질산이온 선택성 전극의 wall-jet 하에서의 감응곡선이다.7 is a sensitivity curve under the wall-jet of the ammonium ion selective electrode according to the present invention, Figure 8 is a sensitivity curve under the wall-jet of the nitrite ion selective electrode according to the present invention.
도 7 및 도 8 에 도시된 감응곡선은 wall-jet 방법을 이용한 실험결과이며, 실제 본 발명에서와 같은 플로우 셀에 적용할 경우 보다 감응이 큰 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.7 and 8 are experimental results using the wall-jet method, and when applied to the flow cell as in the present invention, it is expected that a greater response can be obtained.
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 여러 가지 이온종이 섞여 있는 용액을 적절한 과정을 통하여 이온선택성 전극으로 측정이 가능한 형태로 변환시킨 후, 이를 작동전극과 바이코어 글래스(Vycor glass)를 사용한 기준전극 사이에서 발생하는 전위차를 이용하여 정량할 수 있도록 함으로써 보다 신속 정확하게 총 질소를 측정할 수 있는 효과가 발휘된다.As described above, according to the present invention, after converting a solution mixed with various ionic species into a form that can be measured by an ion-selective electrode through an appropriate process, it is converted between a working electrode and a reference electrode using Vycor glass. By making it possible to quantify using the generated potential difference, it is possible to measure total nitrogen more quickly and accurately.
본 발명에 따른 총 질소 측정장치에 사용되는 이온 선택성 전극은 제작, 유지, 관리가 매우 용이하며, 가격이 저렴하기 때문에 비용을 절감할 수 있는 효과가 발휘된다.The ion-selective electrode used in the total nitrogen measuring apparatus according to the present invention is very easy to manufacture, maintain, and manage, and the cost is low, and thus the cost can be reduced.
또한, 본 발명에 따르면 전술한 바와 같이 유기 질소, 아질산이온, 질산이온, 암모늄이온을 각각 정량해 낼 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention has the effect of quantifying the organic nitrogen, nitrite ion, nitrate ion, ammonium ion as described above.
한편, 이온 선택성 감응막을 플로우 셀 몸체 자체에 장착하고, 바이코어 글래스(Vycor glass)를 다공성(junction)물질로 기준전극을 제작함으로써 측정장치 핵심부분의 소형화를 가능하게 하는 효과가 있다.On the other hand, the ion-selective sensitive membrane is mounted on the flow cell body itself, and bicore glass (Vycor glass) by making a reference electrode from a porous (junction) material has the effect of enabling the miniaturization of the core of the measuring device.
전술한 바와 같은 효과 이외에 본 발명에 따른 이온 선택성 전극을 이용한 총 질소 측정장치는 강, 호수의 환경오염정도를 관리하는 많은 환경업체에 외화절감의 효과를 줄 수 있을 것으로 기대된다.In addition to the effects described above, the total nitrogen measuring apparatus using the ion selective electrode according to the present invention is expected to be able to reduce the foreign currency to many environmental companies that manage the environmental pollution of rivers and lakes.
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