KR20120137130A - 화학발광법에 의한 선택적 수은이온 분석방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학발광법에 의한 선택적 수은이온 분석방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학발광 시약에 분석대상이 되는 수은이온 시료 용액을 첨가한 다음 상기 수은이온 시료 용액이 첨가된 화학발광 시약 용액에 산화제를 첨가하여 화학발광 반응을 개시한 후 외부로 방출되는 화학발광 세기를 측정함으로써 공장폐수, 수돗물, 강이나 호수 등의 수질오염 분석에 있어서 중요한 유해중금속의 일종인 수은이온을 빠르고 선택적으로 분석할 수 있는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 화학발광법에 의한 선택적 수은이온 분석방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학발광 시약에 분석대상이 되는 수은이온 시료 용액을 첨가한 다음 상기 수은이온 시료 용액이 첨가된 화학발광 시약 용액에 산화제를 첨가하여 화학발광 반응을 개시한 후 외부로 방출되는 화학발광 세기를 측정함으로써 공장폐수, 수돗물, 강이나 호수 등의 수질오염 분석에 있어서 중요한 유해중금속의 일종인 수은이온을 빠르고 선택적으로 분석할 수 있는 방법에 관한 것이다.
산업이 발달함에 따라서 공장의 제품생산과정에서 사용된 후 방출되는 공장폐수가 증가하면서 공장폐수 중의 수은을 비롯한 유해 중금속의 농도를 분석하고 상기 유해 중금속의 농도를 낮춘 후 하천이나 바다로 배출하는 것의 중요성이 대두되고 있다.
수은 중독 사고의 대표적인 예로서, ‘미나마타병’이라고 불리는 수은 중독 사고는 일본의 쿠마모토현의 한 공장에서 다량의 수은이 포함된 중금속을 바다로 배출함으로써 발생했다. 이 공장에서 배출한 폐수 속의 수은 등의 유해 중금속이 바다를 오염시키고, 이 오염된 바다에서 잡은 어패류를 먹은 주민 수백명이 목숨을 잃게 하였다.
수은 중독은 두통, 만성피로, 알레르기, 간경화, 간염, 폐렴, 면역기능저하, 치매, 암, 피부병 등 다양한 질병을 일이키는 원인 물질로 알려져 있다.
수은은 상온에서 중성인 금속수은(Hg0)의 은회색의 액체상태로 존재하며, 산화되었을 시에는 이온상태의 염(mercurous(Hg2 2 +)과 mercuric(Hg2 +))으로 존재한다. 그리고 유기물과 반응하여 유기수은종인 알킬수은(alkyl mercury), 알콕시 수은(alkoxy mercury), 그리고 페닐수은(phenylmercury) 등을 형성하여 존재하기도 한다.
수은은 다양한 산업분야에서 사용되고 있는데, 금광, 금속 추출, 제지산업, 유기합성 촉매 등에 주로 사용되고 있으며 사용 후에 공장폐수에 포함되어 하천이나 바다로 방출되었을 시에 생태계의 동식물과 인체의 건강을 위협한다. 따라서 세계보건기구(WHO)를 중심으로 수은중독의 심각성이 국제사회에서 대두되고 있다.
하천이나 바다 등의 수용액 속에 존재하는 미량의 수은을 분석하기 위한 방법으로 비색법(colorimetry), CV-AAS 원자흡광법(cold vapour atomic absorption spectrometric method), 원자 형광 분광법(atomic fluorescence spectrometry), CV-MIP 초음파유도 플라즈마법(microwave-induced plasma coupled with cold-vapour technique), 중성자 방사화 분석법(neutron activation analysis), 유도결합 플라즈마 질량분석법(inductively coupled plasma-mass spectrometry), 전기분석법(electrometry), HPLC 분석법(high-performance liquid chromatography)을 사용하고 있다.
상기와 같은 다양한 분석 방법을 사용하여 시료 용액 중의 수은을 분석할 수 있지만, 대부분의 분석방법은 정교하고 복잡한 분석장치를 사용하여 분석을 행하게되는데 예를 들어 형광분석법의 경우에 분석을 위해서 검출기뿐만 아니라 시료용액에 빛을 조사하기 위한 외부 광원장치가 필요하며 이와 같은 외부광원으로부터의 빛의 조사로 인해서 잡음 신호의 세기가 증가하는 단점도 있다. 특히 상기의 여러 가지 분석방법은 시료용액 속에 존재하는 여러 산화수를 갖는 수은이온의 전체양의 분석은 가능하지만, 특정 산화수를 갖는 수은이온(예를 들면, 2가 수은이온, Hg2 +)의 분석은 어렵다. 따라서 시료용액 속에 존재하는 유해 수은이온을 빠르게 분석할 뿐만 아니라 2가 수은이온 등과 같은 특정 산화수를 갖는 수은이온을 선택적으로 분석하는 방법의 개발이 필요하다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 점을 감안하여 연구하던 중 화학발광 시약에 분석대상이 되는 수은이온 시료 용액을 첨가한 다음 상기 수은이온 시료 용액이 첨가된 화학발광 시약 용액에 산화제를 첨가하여 화학발광 반응을 개시한 후 외부로 방출되는 화학발광 세기를 측정함으로써 공장폐수, 수돗물, 강이나 호수 등의 수질오염 분석에 있어서 중요한 유해중금속의 일종인 수은이온을 빠르고 선택적으로 분석할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 화학발광법을 이용하여 선택적으로 수은이온을 분석하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 수은이온 분석방법을 제공한다.
1) 화학발광 시약에 분석대상이 되는 수은이온 시료 용액을 첨가하는 단계;
2) 상기 수은이온 시료 용액이 첨가된 화학발광 시약 용액에 산화제를 첨가하여 화학발광 반응을 개시하는 단계; 및
3) 외부로 방출되는 화학발광 세기를 측정하는 단계.
상기 단계 1은, 화학발광 시약에 분석대상이 되는 수은이온 시료 용액을 첨가하는 단계로서, 화학발광 분석을 위한 시약에 시료를 첨가하는 단계이다.
본 발명에 따른 수은이온 분석방법은 화학발광법에 의한 분석방법으로, 분석시약의 화학발광 반응에 의해서 발생하는 빛의 세기를 측정하는 과정을 이용하여 수은이온 중에서도 특히 2가 수은이온을 선택적으로 빠르게 분석할 수 있다.
상기 분석시약은 화학반응에 의해서 빛을 방출하는 것으로서, 루미놀(luminol) 시약이나 루시제닌(lucigenin) 시약 등을 사용할 수 있으며 산화제에 의한 산화반응의 결과로 빛을 방출하는 원리를 이용하여 시료용액 중의 수은이온을 분석할 수 있다.
상기 단계 2는, 상기 수은이온 시료 용액이 첨가된 화학발광 시약 용액에 산화제를 첨가하여 화학발광 반응을 개시하는 단계로서, 화학발광 시약을 산화시킬 수 있는 산화제를 첨가하여 산화반응인 화학발광 반응을 개시하는 단계이다.
상기 산화제는 상기 분석시약을 산화시키는 것으로서, 과산화수소(H2O2)나 과망간산이온(MnO4 -) 또는 중크롬산 이온(Cr2O7 2 -)을 포함하는 화합물이나 시안화물(cyanide) 등을 1종 이상 사용할 수 있다.
상기 분석시약과 상기 산화제는 완충용액에 화학발광 반응이 빠르게 진행되는 최적의 pH 조건에서 일정 농도로 각각 제조하여 상기 수은이온 분석에 사용할 수 있다.
상기 화학발광 반응시 최적의 pH 조건은 12 내지 13이며, 특히 12에서 화학발광 세기가 가장 컸다.
상기 단계 3은, 외부로 방출되는 화학발광 세기를 측정하는 단계로서, 수은이온의 존재 여부 및/또는 농도를 분석하기 위하여 화학발광 시약의 산화 반응에 의해서 외부로 방출되는 화학발광 세기를 측정하는 단계이다.
본 발명에서는, 화학발광 시약의 산화 반응에 의해서 외부로 방출되는 화학발광 세기를 측정함으로써 상기 수은이온의 존재여부와 농도를 분석할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 시료용액 내에 수은이온이 1가 수은이온(Hg+) 또는 2가 수은이온(Hg2 +) 중 어느 상태로 존재하는지 모를 경우, 2가 수은이온만이 상기 화학발광 세기를 증가시킬 수 있어, 화학발광에 의하여 발생하는 빛의 세기를 검출하는 과정에 의해서 상기 시료용액 내 2가 수은이온의 존재여부를 빠르고 효율적으로 분석할 수 있다. 아울러, 상기 과정을 통해 2가 수은이온의 농도도 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 수은이온이 1가 수은이온(Hg+) 및 2가 수은이온(Hg2+)의 상태로 시료용액 내에 함께 존재할 경우, 2가 수은이온만이 상기 화학발광 세기를 증가시킬 수 있어, 화학발광에 의하여 발생하는 빛의 세기를 검출하는 과정에 의해서 상기 시료용액 내에 존재하는 상기 2가 수은이온의 농도를 선택적으로 분석할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 화학발광법에 의한 선택적 수은이온 분석방법은 수질오염의 중요한 원인이 되는 유해 중금속인 수은이온을 빠르고 정확하게 분석할 수 있는 방법을 제공하는 것으로서, 2가 수은이온이 분석시약의 화학발광 반응을 빠르게 진행시켜서 화학발광 세기를 증가시키므로 상기와 같이 증가된 화학발광 세기를 측정함으로써 시료용액 중의 2가 수은이온의 양을 선택적으로 분석할 수 있다.
본 발명에 따른 화학발광법에 의한 선택적 수은이온 분석방법은 루미놀 등의 분석시약이 산화제와 반응하여 자체적으로 빛을 방출하는 과정에 의해서 생성되는 빛의 세기를 측정함으로써 수은이온을 분석하기 때문에 형광분석법이나 자외선-가시광선 분석법 등에서 분석을 위해서 필요로 하는 외부 광원장치가 필요하지 않아 분석장치의 구조가 단순하다.
일반적으로 중금속이온의 분석을 위해 사용되는 유도결합플라즈마(ICP) 방법 등을 사용할 경우 산화수가 다른 1가 수은이온과 2가 수은이온의 전체 양만이 분석가능할 뿐 각각의 수은이온의 양을 분리하여 분석할 수 없는데 반해, 본 발명에 따른 화학발광법에 의한 선택적 수은이온 분석방법은 2가 수은이온만을 선택적으로 분석할 수 있다.
본 발명에 따른 화학발광법에 의한 선택적 수은이온 분석방법은 형광분석법 등의 다른 분석방법에 비해서 화학발광에 의한 자체발광의 세기를 검출하기 때문에 신호 대 잡음비(signal-to-noise)가 커서 극미량 분석에 활용할 수 있다.
본 발명에 따른 화학발광법에 의한 선택적 수은이온 분석방법은 화학발광 반응이 빠르게 진행되는 루미놀 등의 분석시약의 산화반응을 사용하기 때문에 빠르게 분석할 수 있어서 많은 수의 시료용액을 대상으로 효율적으로 분석을 할 수 있다.
도 1은 루미놀 화학발광 시스템(luminol-H2O2)의 화학발광 세기(CL intensity, a.u.)에 미치는 수은이온의 영향을 나타낸다.
도 2는 2가 수은이온이 첨가된 상태에서 시간에 따른 루미놀 화학발광 스펙트럼을 나타내는 것이다.
도 3은 2가 수은이온이 첨가된 상태에서 루미놀 화학발광 세기에 미치는 pH의 영향을 나타내는 것이다.
도 4는 2가 수은이온 농도에 따른 루미놀 화학발광 세기를 나타내는 정량분석 곡선이다.
도 2는 2가 수은이온이 첨가된 상태에서 시간에 따른 루미놀 화학발광 스펙트럼을 나타내는 것이다.
도 3은 2가 수은이온이 첨가된 상태에서 루미놀 화학발광 세기에 미치는 pH의 영향을 나타내는 것이다.
도 4는 2가 수은이온 농도에 따른 루미놀 화학발광 세기를 나타내는 정량분석 곡선이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
1: 재료 및 방법
기기
화학발광분석장치는 HITACHI사에서 제작된 Model F-4500 (Japan)을 사용하였으며 화학발광을 측정하기 위하여 광원은 끄고 실험을 하였다. 방출 단색화 장치의 슬릿은 10 nm를 사용하였으며 시료의 화학발광을 측정하기 위한 셀(cell)로는 사면이 투명한 1×1 cm의 석영 셀을 사용하였고 광전자증배관(Model R 928, Hamamatsu, Japan)은 700 V의 고전압을 가하였다.
화학발광 측정방법
루미놀 화학발광 시약은 100 ml 용량 플라스크에 0.2 M NaOH 수용액으로 용해시킨 후 탈이온수로 묽혀 사용하였다.
상기 묽힌 루미놀 화학발광 시약 용액에 분석대상이 되는 수은이온 시료 용액을 첨가한 다음, 상기 수은이온 시료 용액이 첨가된 화학발광 시약 용액에 산화제를 첨가하여 화학발광 반응을 개시한 후, 외부로 방출되는 화학발광 세기를 측정하였다.
루미놀의 발광 세기는 배치 형태(batch type)의 1 cm 석영셀을 사용하여 420 nm 파장에서 측정하였다. 상기 측정용 셀에 화학발광 시약 용액 800 μL 및 분석대상이 되는 수은 시료 용액 600 μL를 주입한 다음, 여기에 산화제인 과산화수소(H2O2) (0.1 M) 800 μL를 주입하여 화학발광 반응을 개시한 후 외부로 방출되는 화학발광 세기를 측정하였다.
실시예
2:
루미놀
화학발광 시스템의 화학발광 세기에 미치는
수은이온의
영향 조사
루미놀 화학발광 시스템(luminol-H2O2)의 화학발광 세기(CL intensity, a.u.)에 미치는 수은이온의 영향을 조사하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
이때 실험조건으로 루미놀 농도는 0.25 mM, 과산화수소의 농도는 2.5 mM, pH 13, 1가 또는 2가 수은이온의 농도는 각각 0.025 mM로 하였다.
도 1에서, A는 루미놀 화학발광 시스템의 화학발광 스펙트럼 결과를 나타내며, B는 2가 수은이온이 첨가되었을 경우 화학발광 스펙트럼 결과를 나타내며, C는 1가 수은이온이 첨가되었을 경우 화학발광 스펙트럼 결과를 나타낸다.
도 1을 통해, 1가 수은이온이 첨가되었을 경우 화학발광세기가 거의 변하지 않는 반면, 2가 수은이온이 첨가되었을 경우 화학발광세기가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
실시예
3: 2가
수은이온
첨가 후 시간에 따른
루미놀
화학발광 스펙트럼 분석
2가 수은이온이 첨가된 상태에서 시간에 따른 루미놀 화학발광 스펙트럼을 분석하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
이때 실험조건으로 루미놀 농도는 0.25 mM, 과산화수소의 농도는 2.5 mM, pH 13, 2가 수은이온의 농도는 0.10 mM로 하였으며, 화학발광 세기 측정 파장은 420 nm로 하였다.
도 2를 통해, 2가 수은이온이 첨가된 후 1분 이내에 루미놀 화학발광 반응이 진행됨으로써 빠른 시간 내에 시료 용액 내 2가 수은이온의 존재 여부 및 농도를 측정할 수 있음을 알 수 있었다.
실시예
4:
수은이온
첨가시
루미놀
화학발광 세기에 미치는
pH
의 영향 조사
2가 수은이온이 첨가된 상태에서 루미놀 화학발광 세기에 미치는 pH의 영향을 조사하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
이때 실험조건으로 루미놀 농도는 0.25 mM, 과산화수소의 농도는 2.5 mM, pH 13, 2가 수은이온의 농도는 0.025 mM로 하였으며, 화학발광 세기 측정 파장은 420 nm로 하였다.
도 3을 통해, 수은이온 첨가시 루미놀 화학발광 시약의 반응은 분석용액의 pH에 의해 영향을 많이 받는 것을 알 수 있으며, 루미놀 화학발광 시약의 최적 반응 pH 범위는 12 내지 13이며, 특히 pH 12에서 가장 높은 화학발광 세기를 나타냄을 확인할 수 있다. 따라서, 이후 시료분석을 위한 최적 pH로 12를 선정하였다.
실시예
5: 1가
수은이온이
2가
수은이온
-
루미놀
시스템의 화학발광 세기에 미치는 영향 조사
1가 수은이온이 2가 수은이온-루미놀 시스템의 화학발광 세기에 미치는 영향을 조사하였다.
이때 실험조건으로 루미놀 농도는 0.25 mM, 과산화수소의 농도는 2.5 mM, pH 12, 2가 수은이온의 농도는 0.025 mM로 하였으며, 화학발광 세기 측정 파장은 420 nm로 하였다.
그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 1가 수은이온[Hg+]의 첨가농도 | 0 mM | 0.0025 mM | 0.025 mM | 0.25 mM |
| 화학발광 세기 (평균 ± 표준편차) |
1203 ± 32 | 1221 ± 36 | 1211 ± 21 | 1192 ± 26 |
상기 표 1을 통해, 1가 수은이온[Hg+]의 첨가농도에 관계없이 2가 수은이온-루미놀 시스템의 화학발광 세기는 크게 변하지 않음을 확인할 수 있다. 즉, 이를 통해, 본 발명의 화학발광법에 의한 분석을 통하여 2가 수은이온을 선택적으로 분석할 수 있음을 확인할 수 있다.
실시예
6: 화학발광시약을 이용한 2가
수은이온의
정량분석
2가 수은이온 농도에 따른 루미놀 화학발광 세기를 측정하여 수은이온의 정량을 위한 정량분석 곡선을 구하였다.
이때 실험조건으로 루미놀 농도는 0.25 mM, 과산화수소의 농도는 2.5 mM, pH 12, 화학발광 세기 측정 파장은 420 nm로 하였다.
그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4를 통해, 2가 수은이온의 농도가 증가할수록 화학발광 세기가 증가하는 것을 알 수 있었으며, 특히 2가 수은이온의 농도에 비례하여 직선적으로 화학발광의 세기가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 도 4에 나타낸 바와 같은 검정곡선(calibration curve)을 사용하여 농도를 모르는 시료용액의 2가 수은이온의 농도를 쉽게 알 수 있음을 확인할 수 있었다.
즉, 농도를 모르는 2가 수은이온이 포함된 시료용액을 루미놀 화학발광 분석 시약 용액에 주입하고 산화제로 화학발광 반응을 개시한 후 화학발광 세기를 측정하면, 얻어진 화학발광의 세기를 통하여 도 4의 검정곡선에서 2가 수은이온의 농도를 알 수 있다. 따라서, 이러한 방식으로 미량의 2가 수은이온의 농도도 정량적으로 분석할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
Claims (5)
- 화학발광 시약에 분석대상이 되는 수은이온 시료 용액을 첨가하는 단계(1단계);
상기 수은이온 시료 용액이 첨가된 화학발광 시약 용액에 산화제를 첨가하여 화학발광 반응을 개시하는 단계(2단계); 및
외부로 방출되는 화학발광 세기를 측정하는 단계(3단계)를 포함하는 수은이온 분석방법.
- 제1항에 있어서, 상기 수은이온은 2가 수은이온인, 수은이온 분석방법.
- 제1항에 있어서, 상기 화학발광 시약은 루미놀(luminol) 시약 또는 루시제닌(lucigenin) 시약인, 수은이온 분석방법.
- 제1항에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소(H2O2), 과망간산이온(MnO4 -), 중크롬산 이온(Cr2O7 2 -), 시안화물(cyanide) 또는 이들의 조합인, 수은이온 분석방법.
- 제1항에 있어서, 상기 화학발광 반응시 pH는 12 내지 13인, 수은이온 분석방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110056476A KR20120137130A (ko) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | 화학발광법에 의한 선택적 수은이온 분석방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110056476A KR20120137130A (ko) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | 화학발광법에 의한 선택적 수은이온 분석방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120137130A true KR20120137130A (ko) | 2012-12-20 |
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ID=47904369
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110056476A KR20120137130A (ko) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | 화학발광법에 의한 선택적 수은이온 분석방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120137130A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103969250A (zh) * | 2014-05-23 | 2014-08-06 | 北京师范大学 | 一种signal-off型化学发光法对Hg2+检测的方法 |
| KR20180082704A (ko) * | 2017-01-10 | 2018-07-19 | 한국기초과학지원연구원 | 수은 농도 측정 센서 및 수은 농도 측정 방법 |
-
2011
- 2011-06-10 KR KR1020110056476A patent/KR20120137130A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR20180082704A (ko) * | 2017-01-10 | 2018-07-19 | 한국기초과학지원연구원 | 수은 농도 측정 센서 및 수은 농도 측정 방법 |
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