KR20130002104A - 과산화수소 모니터 장치 및 과산화수소 모니터 방법 - Google Patents

과산화수소 모니터 장치 및 과산화수소 모니터 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과산화수소 모니터 장치에 관한 것이다. 본 발명의 과산화수소 모니터 장치는 시료가 제공되는 시료 영역에 자기장을 인가하는 자기장 발생기, 시료 영역의 자기장을 감지하는 자기장 감지기, 자기장 감지기의 감지 결과를 출력하는 신호 처리기, 그리고 자기장 발생기, 자기장 감지기, 그리고 신호 처리기를 제어하는 제어기로 구성된다.

Description

과산화수소 모니터 장치 및 과산화수소 모니터 방법{HYDROGENPEROXIDE MONITORING DEVICE AND METHOD OF MONITORING HYDROGENPEROXIDE}
본 발명은 과산화수소 모니터 장치 및 과산화수소 모니터 방법에 관한 것이다.
화학, 생물, 의학, 환경 공학, 반도체 등에서 과산화수소(hydrogen peroxide)가 사용되고 있다. 과산화수소가 분해되면서 발생하는 다양한 종류의 이온과 자유 라디칼(free radical)은 고분자 물질의 합성 또는 환경 유해 물질의 분해에 사용되고 있다.
과산화수소의 분해 반응을 연구하거나, 산업에서 응용하거나, 또는 생체내 독성 기작을 밝히기 위해, 과산화수소가 자유 라디칼 및 기타 이온으로 어떻게 분해되는지에 대한 정보가 요구된다. 현재, 과산화수소의 초기 농도와 종말점(end point)의 농도를 측정하여, 중간 산물을 유추하는 방법이 사용되고 있다.
과수 농도 측정은 발색 시약 또는 형광 시약을 이용하는 방법과 MRI (Magnetic Resonance Imaging) 또는 ESR (Electromagnetic Spin Resonance)을 이용하는 방법이 가장 널리 사용되고 있다.
발색 시약 또는 형광 시약을 이용하는 방법은 종말점의 과산화수소의 농도를 측정할 수 있지만, 과산화수소의 분해 반응의 진행 여부를 알 수 없는 단점이 있다. 즉, 발색 시약 또는 형광 시약을 이용하는 방법은 과수가 분해 되면서 발생되는 여러 가지 이온과 자유 라디칼의 농도를 측정할 수 없다.
MRI 또는 ESR을 이용하는 방법은 과산화수소의 분해 반응의 과정을 알 수 있지만, 고가이고 대형인 장비가 요구되고 또한 과산화수소의 분해 반응 시에 존재하는 시간이 마이크로초 이하인 분해 산물의 분석이 어렵다.
또한, 발색 시약 또는 형광 시약을 이용하는 방법과 MRI 또는 ESR을 이용하는 방법은 생체 내에서 발생하는 과산화수소의 분해 반응을 측정하기 어렵다.
본 발명의 목적은 과산화수소의 분해 반응을 모니터하는 모니터 장치 및 모니터 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 생체 시료와 같이 시료 채취가 불가능하고 과산화수소의 분해 반응이 발생하는 위치의 확인이 필요한 시료의 과산화수소의 분해 반응을 모니터하는 모니터 장치 및 모니터 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 과산화수소 모니터 장치는, 시료가 제공되는 시료 영역에 자기장을 인가하는 자기장 발생기; 상기 시료 영역의 자기장을 감지하는 자기장 감지기; 상기 자기장 감지기의 감지 결과를 출력하는 신호 처리기; 그리고 상기 자기장 발생기, 상기 자기장 감지기, 그리고 상기 신호 처리기를 제어하는 제어기를 포함한다.
실시 예로서, 상기 자기장 발생기가 상기 시료 영역에 자기장을 인가한 후에, 상기 자기장 감지기가 상기 시료가 제공되는 영역의 자기장을 감지한다.
실시 예로서, 상기 자기장 발생기는 10 밀리 테슬라 이하의 자기장을 발생한다.
실시 예로서, 상기 시료 영역에서, 시료를 상기 자기장 감지기를 통과하도록 운반하는 운반기를 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 자기장 감지기에 의해 감지되는 자기장의 세기의 변화가 기준값 이상일 때, 과산화수소의 분해가 발생하는 것으로 판별된다.
본 발명의 실시 예에 따른 과산화수소 모니터 방법은, 시료에 자기장을 인가하는 단계; 상기 시료의 자기장을 측정하는 단계; 상기 측정된 자기장의 세기에 따라, 과산화수소의 분해를 모니터하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 측정된 자기장의 세기의 변화가 기준값 이상일 때, 상기 과산화수소의 분해가 발생하는 것으로 판별된다.
실시 예로서, 상기 측정된 자기장의 세기의 변화에 따라, 상기 과산화수소의 초기 농도가 판별된다.
실시 예로서, 상기 측정된 자기장의 세기의 변화에 따라, 상기 과산화수소의 분해 비율이 판별된다.
실시 예로서, 상기 과산화수소의 분해를 모니터하는 단계는, 자유 라디칼의 생성에 따른 자계 강도의 변화를 모니터하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 과산화수소의 분해 시에 발생하는 자유 라디칼에 의해 형성되는 자기장을 검출함으로써, 과산화수소의 분해 반응을 모니터하는 모니터 장치 및 모니터 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 생체 시료와 같이 시료 채취가 불가능하고 과산화수소의 분해 반응이 발생하는 위치의 확인이 필요한 시료의 과산화수소의 분해 반응을 모니터하는 모니터 장치 및 모니터 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 과산화수소 모니터 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 과산화수소 측정 방법을 보여주는 순서도이다.
도 3은 과산화수소수의 자계 강도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4a 내지 도 4f는 다양한 농도의 과산화수소수의 자계 강도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 4의 선들의 자계 강도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 과산화수소 모니터 장치(100)에서 시료가 이동되는 예를 보여주는 블록도이다.
도 7은 도 6에서 운반기가 자기장 감지기를 통과할 때 발생하는 자계 강도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8은 도 1의 과산화수소 검출 장치의 응용 예를 보여준다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 과산화수소 모니터 장치(100)를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 과산화수소 모니터 장치(100)는 시료 영역(150)의 자기장을 감지하는 자기장 감지기(110), 시료 영역(150)에 자기장을 인가하는 자기장 발생기(120), 자기장 감지기(110)의 감지 결과를 출력하는 신호 처리기(130), 그리고 자기장 감지기(110), 자기장 발생기(120) 및 신호 처리기(130)를 제어하는 제어기(140)를 포함한다.
자기장 감지기(110)는 시료 영역(150)의 자기장, 더 상세하게는 자기장의 변화를 감지할 수 있다. 감지 결과는 신호 처리기(130)로 출력된다.
자기장 발생기(120)는 시료 영역(150)에 자기장을 인가할 수 있다. 예를 들어, 자기장 발생기(120)는 시료 영역(150)에 자기장을 인가하여, 시료 영역(150)의 자기장을 안정화할 수 있다. 자기장 발생기(110)는 10 밀리 테슬라 이하의 자기장을 시료 영역(150)에 인가할 수 있다.
신호 처리기(130)는 자기장 감지기(110)의 감지 결과를 출력할 수 있다. 신호 처리기(130)는 자기장 감지기(110)의 감지 결과를 증폭하고, 증폭된 신호를 디스플레이 장치와 같은 인터페이스를 통해 출력할 수 있다.
제어기(140)는 자기장 감지기(110), 자기장 발생기(120), 그리고 신호 처리기(130)를 제어할 수 있다. 제어기(140)는 자기장 발생기(120)가 특정 시간 동안 시료 영역(150)에 자기장을 인가한 후 자기장 감지기(110)가 시료 영역(150)의 자기장을 감지하도록 제어할 수 있다. 제어기(140)는 자기장 감지기(110)의 감지 결과를 출력하도록 신호 처리기(130)를 제어할 수 있다.
시료 영역(150)에 과산화수소(hydrogen peroxide)의 분해 반응을 측정하고자 하는 시료가 제공될 수 있다.
과산화수소의 분해 반응(예를 들어, 펜톤 반응(Fenton Reaction))이 발생할 때, 자유 라디칼(free radical)이 생성된다. 자유 라디칼의 최외곽 전자 껍질(outermost electron shell)의 전자의 수는 홀수이다. 따라서, 자유 라디칼은 상자성(paramagnetic)이다. 따라서, 과산화수소의 분해 반응 시에 자유 라디칼이 생성되면, 시료 영역(150)의 자기장이 변화할 수 있다.
마찬가지로, 과산화수소의 분해 반응이 발생할 때, 다양한 상자성 이온들이 생성될 수 있다. 상자성 이온들이 생성되면, 시료 영역(150)의 자기장이 변화할 수 있다.
따라서, 시료 영역(150)의 자기장의 변화를 검출함으로써, 과산화수소의 분해 반응이 모니터될 수 있다.
도 2는 과산화수소 측정 방법을 보여주는 순서도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, S110 단계에서 시료가 제공된다. 예를 들어, 과산화수소를 포함하는 액체, 고체, 젤(gel) 형태의 시료가 제공될 수 있다. 예를 들어, 과산화수소의 분해가 발생하는 유기체가 시료로 제공될 수 있다.
S120 단계에서, 자기장이 인가된다. 자기장 발생기(120)는 시료 영역(150)에 자기장을 인가할 수 있다. 자기장이 인가됨에 따라, 시료 영역(150)의 자기장이 안정화될 수 있다. 예를 들어, 제공된 시료의 상자성 물질들이 인가된 자기장에 따라 특정한 방향으로 자화될 수 있다.
S130 단계에서, 자기장이 측정된다. 자기장 감지기(110)는 시료 영역(150)의 자기장의 변화를 측정할 수 있다. 시료 영역(150)의 자기장은 안정화된 상태로부터 변화할 수 있다. 예를 들어, 제공된 시료의 고유 특성에 따라, 시료 영역(150)의 자기장이 변화할 수 있다. 제공된 시료에서 과산화수소의 분해 반응이 발생하여 상자성 물질들이 생성됨에 따라, 시료 영역(150)의 자기장이 변화할 수 있다. 자기장 감지기(110)는 제공된 시료의 자기장의 변화를 검출함으로써, 제공된 시료의 고유 특성에 따른 자기장 또는 과산화수소의 분해 반응을 모니터할 수 있다.
예시적으로, 시료 영역(150)에 시료가 제공되지 않은 상태로 S120 단계 및 S130 단계가 수행될 수 있다. 이에 따라, 시료가 제공되지 않은 때의 자기장이 검출될 수 있다. 검출된 자기장은 다른 조건에 따라 검출된 자기장들과 비교하기 위한 기준값일 수 있다.
시료 영역(150)에 다양한 농도의 과산화수소수(oxygenated water)가 제공된 상태로 S120 단계 및 S130 단계가 수행될 수 있다. 이에 따라, 다양한 농도의 과산화수소수의 고유한 자기장이 검출될 수 있다. 검출된 자기장은 다른 조건에 따라 검출된 자기장들과 비교하기 위한 기준값일 수 있다.
시료 영역(150)에 과산화수소의 분해를 촉진하는 촉매(예를 들어, FeSO4 또는 Ag)가 제공된 상태로, S120 단계 및 S130 단계가 수행될 수 있다. 이에 따라, 촉매의 고유한 자기장이 검출될 수 있다. 검출된 자기장은 다른 조건에 따라 검출된 자기장들과 비교하기 위한 기준값일 수 있다.
도 3은 과산화수소수의 자계 강도의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 3에서, 가로 축은 시간을 가리키고 세로 축은 자계 강도(magnetic intensity)를 가리킨다.
제 1 시간(T1)에, 시료가 제공되지 않은 때의 자기장이 검출된다.
제 2 시간(T2)에, 과산화수소수가 시료로 제공된 때의 자기장이 검출된다. 예를 들어, 30% 농도의 과산화수소수가 시료로 제공될 수 있다. 과산화수소수의 고유한 특성으로 인해, 과산화수소수가 제공되면 자계 강도는 감소한다.
제 3 시간(T3)에, 과산화수소수의 분해 반응을 촉진하는 촉매가 제공된다. 예시적으로, 황산철(FeSO4)이 촉매로 제공될 수 있다. 촉매가 제공되면, 자계 강도는 급격하게 변화할 수 있다. 자유 라디칼 및 상자성 이온과 같은 상자성 물질들의 발생이 자계 강도의 변화를 유발할 수 있다. 즉, 자계 강도의 변화를 모니터함으로써, 과산화수소의 분해 반응이 모니터될 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 다양한 농도의 과산화수소수의 자계 강도의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 4a 내지 도 4f에서, 가로 축은 시간을 가리키고 세로 축은 자계 강도를 가리킨다.
도 4a 내지 도 4f를 참조하면, 제 1 선(L1)은 30% 농도의 과산화수소수의 자계 강도의 변화를 보여준다. 제 2 선(L2)은 3% 농도의 과산화수소수의 자계 강도의 변화를 보여준다. 제 3 선(L3)은 0.3% 농도의 과산화수소수의 자계 강도의 변화를 보여준다. 제 4 선(L4)은 0.03% 농도의 과산화수소수의 자계 강도의 변화를 보여준다. 제 5 선(L5)은 0.003% 농도의 과산화수소수의 자계 강도의 변화를 보여준다. 제 6 선(L6)은 0.0003% 농도의 자계 강도의 변화를 보여준다.
도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 제 1 시간(T1)에 시료가 제공되지 않고, 제 2 시간(T2)에 과산화수소수가 제공되고, 제 3 시간(T3)에 촉매가 제공될 수 있다.
도 5는 도 4a 내지 도 4f의 선들(L1~L6)의 자계 강도의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 5에서, 가로 축은 선들(L1~L6)을 가리키고, 세로 축은 자계 강도의 변화를 가리킨다.
도 4a 내지 도 4f 및 도 5를 참조하면, 과산화수소수의 농도가 감소할수록, 과산화수소수의 분해 반응이 발생할 때의 자계 강도의 변화가 감소한다. 즉, 자계 강도의 변화량을 검출함으로써, 분해 반응으로 인한 과산화수소수의 농도의 변화가 모니터될 수 있다. 또한, 과산화수소수의 초기 농도가 검출될 수 있다.
도 4a 내지 도 4f에 도시된 바와 같이, 분해 반응이 진행될수록 자계 강도의 변화량은 감소한다. 자계 강도의 변화량의 변화를 검출함으로써, 분해 비율(decomposition ratio)이 검출될 수 있다. 분해 비율은 과산화수소수의 분해 반응이 진행되는 속도를 가리킬 수 있다.
도 6은 과산화수소 모니터 장치(100)에서 시료가 이동되는 예를 보여주는 블록도이다. 도 1의 과산화수소 모니터 장치(100)와 비교하면, 운반기(160)가 더 제공된다.
운반기(160)에 시료들(170)이 제공된다. 시료들(170)은 특정 간격으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 시료들(170)은 30% 농도의 과산화수소수 및 은(Ag)을 포함할 수 있다. 운반기(160)는 과산화수소 모니터 장치(100)의 자기장 감지기(110) 사이로 이동될 수 있다. 운반기가 이동되면, 네 개의 시료들(170)이 순차적으로 자기장 감지기(110)를 통과할 수 있다.
도 7은 도 6에서 운반기(160)가 자기장 감지기(110)를 통과할 때 발생하는 자계 강도의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 7에서, 가로 축은 시간을 가리키고 세로 축은 자계 강도를 가리킨다.
도 7을 참조하면, 안정 상태의 자계는 제 1 구간(I1), 제 2 구간(I2), 제 3 구간(I3), 그리고 제 4 구간(I4)에서 변화한다. 네 개의 시료들(170)이 자기장 감지기(110)를 순차적으로 통과함에 따라, 자기장 감지기(110)가 감지하는 자기장의 세기가 제 1 내지 제 4 구간들(I1~I4)에서 순차적으로 변화할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 과산화수소 모니터 장치(100)는 모니터되는 대상에서 과산화수소의 분해 반응이 발생하는 위치를 검출할 수 있다.
도 8은 도 1의 과산화수소 모니터 장치(100)의 응용 예를 보여준다. 도 8을 참조하면, 과산화수소 모니터 장치(100)에 신체가 시료로 제공될 수 있다. 신체 내의 활성 산소는 상자성을 갖는 자유 라디칼이다. 따라서, 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이, 신체가 과산화수소 모니터 장치(100)를 통해 이동되면, 신체 내에서 활성 산소가 존재하는 위치가 검출될 수 있다.
활성 산소는 알츠하이머(Alzhemier)성 치매 및 뇌졸증의 원인 물질이다. 활성 산소의 검출은, 알츠하이머성 치매 및 뇌졸증의 원인 규명 및 진단에 이용될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100; 과산화수소 모니터 장치 110; 자기장 감지기
120; 자기장 발생기 130; 신호 처리기
140; 제어기 150; 신호 영역
160; 운반기 170; 시료들

Claims (10)

  1. 시료가 제공되는 시료 영역에 자기장을 인가하는 자기장 발생기;
    상기 시료 영역의 자기장을 감지하는 자기장 감지기;
    상기 자기장 감지기의 감지 결과를 출력하는 신호 처리기; 그리고
    상기 자기장 발생기, 상기 자기장 감지기, 그리고 상기 신호 처리기를 제어하는 제어기를 포함하는 과산화수소 모니터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기장 발생기가 상기 시료 영역에 자기장을 인가한 후에, 상기 자기장 감지기가 상기 시료가 제공되는 영역의 자기장을 감지하는 과산화수소 모니터 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기장 발생기는 10 밀리 테슬라 이하의 자기장을 발생하는 과산화수소 모니터 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료 영역에서, 시료를 상기 자기장 감지기를 통과하도록 운반하는 운반기를 더 포함하는 과산화수소 모니터 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기장 감지기에 의해 감지되는 자기장의 세기의 변화가 기준값 이상일 때, 과산화수소의 분해가 발생하는 것으로 판별되는 과산화수소 모니터 장치.
  6. 시료에 자기장을 인가하는 단계;
    상기 시료의 자기장을 측정하는 단계;
    상기 측정된 자기장의 세기에 따라, 과산화수소의 분해를 모니터하는 단계를 포함하는 과산화수소 모니터 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정된 자기장의 세기의 변화가 기준값 이상일 때, 상기 과산화수소의 분해가 발생하는 것으로 판별되는 과산화수소 모니터 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정된 자기장의 세기의 변화에 따라, 상기 과산화수소의 초기 농도가 판별되는 과산화수소 모니터 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정된 자기장의 세기의 변화에 따라, 상기 과산화수소의 분해 비율이 판별되는 과산화수소 모니터 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 과산화수소의 분해를 모니터하는 단계는,
    자유 라디칼의 생성에 따른 자계 강도의 변화를 모니터하는 단계를 포함하는 과산화수소 모니터 방법.
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