KR20130117515A - Electrochemical gas permeable membrane type free residual chlorine sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 일 실시예는 외부에서 입력되는 전류량을 측정하여 시료수 속에 들어있는 총 유리 잔류염소(Cl2, HOCl, OCl-)의 농도를 측정하는 기체투과형 잔류염소센서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 잔류염소를 투과시키고 액상성분은 투과시키지 않는 선택적 잔류염소 투과막과 상기 투과막을 투과한 잔류염소의 양에 따라 전류변화를 일으키는 작동전극, 보조전극 및 기준전극이 셀몸통부에 장착되어 하나의 센서로 조립되는 기체투과형 잔류염소센서에 관한 것이다.
One embodiment of the present invention relates to a gas permeable residual chlorine sensor for measuring the concentration of total free chlorine (Cl 2 , HOCl, OCl - ) contained in a sample water by measuring an amount of current input from the outside, The working electrode, the auxiliary electrode, and the reference electrode, which cause a change in current depending on the amount of residual chlorine permeating through the selective residual chlorine permeable membrane permeating the residual chlorine and not permeating the liquid component, and the residual chlorine permeating through the permeable membrane, Permeable residual chlorine sensor assembled with a sensor.
일반적으로, 미지시료에 포함된 다양한 화학물질의 종류 및 구조를 밝히고 그 물질들의 양을 정량적으로 측정하기 위하여 여러 가지 분석방법들이 개발되어 왔으며, 최근 분석하고자 하는 특정 화학물질에 대한 감응이 우수하고 극미량의 시료로도 정확하게 분석할 수 있는 방법들이 개발되고 있다. In general, various analytical methods have been developed in order to identify the types and structures of various chemical substances contained in unknown samples and to quantitatively measure the amount of the substances. In recent years, Are being developed for accurate analysis.
특히, 공정의 자동화, 품질관리, 의학적 분석, 환경시료의 분석 등을 위해 짧은 시간 안에 시료를 분석해야 할 필요성이 증가함에 따라 화학물질을 간편하게 분석하는 방법 및 장비 개발에 대한 관심이 증가하고 있다.In particular, as the need to analyze samples in a short period of time for process automation, quality control, medical analysis, and environmental sample analysis has increased, interest in developing methods and equipment for analyzing chemical substances is increasing.
용액상에서 전극반응에 의한 전위차, 전기량, 전도도값의 변화 등 물질과 전기와의 관계를 다루는 학문이 전기화학이며, 이러한 원리를 이용하여 물질의 화학분석에 이용하는 방법들을 전기화학분석법이라 한다. 전해질을 포함한 시료 용액에 적당한 전극을 담그어 전기화학전지를 만들고 전극 전위를 측정하여 물질을 정량하는 방법을 전위차법 (potentiometry), 전극 사이의 전기저항을 측정하는 방법을 전도도법 (conductometry), 전극을 통하여 흐르는 전기량을 측정하는 방법을 전기량법 (coulometry), 전류를 측정하여 분석하는 방법을 전류법 (amperometry)이라 한다. 이밖에 두 가지 전기적 성질을 동시에 측정하여 분석하는 방법도 있는데, 전류와 전압의 관계를 측정하는 방법은 전류-전압법 (voltammetry)이고, 이 방법의 한 가지가 폴라로그래피 (polarography)이다.Electrochemistry is a discipline dealing with the relationship between matter and electricity, such as potential difference, electric charge, and conductivity value change by electrode reaction in solution. The methods used for chemical analysis of materials using this principle are called electrochemical analysis. Potentiometry is a method to quantify a substance by measuring an electrode potential by making an electrochemical cell by immersing an appropriate electrode in a sample solution including an electrolyte, a method of measuring electrical resistance between electrodes is called a conductometry, The coulometry method for measuring the amount of electricity flowing through, and the amperometry method for analyzing the current are called amperometry. In addition, there is a method of measuring and analyzing two electrical properties at the same time. The method of measuring the relationship between current and voltage is the voltammetry, and one of these methods is polarography.
전류-전압법은 작동전극과 보조전극 간에 공급되는 전압에 따른 전류의 변화를 측정하여 분석 시료에 대한 정보를 얻어내는 전기화학적 분석 방법의 일종으로 1920년대 초 체코의 화학자 Heyrovsky에 의해 폴라로그래피라는 이름으로 발명되었다. The current-voltage method is a kind of electrochemical analysis method which obtains information about the analytical sample by measuring the change of the current according to the voltage supplied between the working electrode and the auxiliary electrode. It is named as "POLAROGRAPHY" by Heyrovsky, a Czech chemist in the early 1920s Was invented.
그 후 기기 장치의 발전과 더불어 폴라로그래피는 0.5 mg/L이하의 농도까지의 미량 금속 및 유기 성분을 측정함으로써 최근 몇 년간 그 전성기를 맞고 있다. Along with the development of instrumentation, polarography has been in its heyday in recent years by measuring trace metals and organic components up to concentrations of 0.5 mg / L or less.
특히, 화학물질의 분석에는 주로 전기 화학적인 방법이 사용되는데, 그 중 전류-전압법은 작동전극과 보조전극사이에 공급되는 전압에 따른 전류의 변화를 측정, 분석시료에 대한 정보를 얻어내는 분석방법이다. 전류-전압법은 분석 대상 물질에 대한 감응이 우수하고 감응시간이 빨라 분석이 용이하며, 타 분광학적 분석 방법과는 달리 시료의 탁도나 색에 영향을 받지 않기 때문에 시료의 전처리 단계가 필요 없으며 제조가 비교적 간단하다. 전류-전압법은 비교적 저가이면서도 정확성과 재현성이 뛰어나 분석화학의 거의 모든 분야에서 폭넓게 응용할 수 있으며, 이런 응용은 특히 물 분석(폐수, 음용수, 하천수), 공업분석에서뿐만 아니라 혈액, 뇨 등의 생체액 분석, 발효 공정에서의 식품 화학, 공업 화학 분야에서의 공정 조절 및 환경 분석에 이르기까지 광범위하게 응용되고 있다. In particular, the electrochemical method is used for the analysis of chemicals. Among them, the current-voltage method measures the change of the current according to the voltage supplied between the working electrode and the auxiliary electrode, and analyzes Method. The current-voltage method is excellent in sensitivity to the analyte and has a fast response time. It is easy to analyze and unlike the optical analysis method of the other, the sample is not affected by the turbidity or color, Is relatively simple. The current-voltage method is comparatively inexpensive and has excellent accuracy and reproducibility, and can be widely applied in almost all fields of analytical chemistry. Such applications are particularly useful not only in water analysis (wastewater, drinking water, river water) and industrial analysis but also in biological fluids such as blood and urine Analysis, food chemistry in fermentation process, process control in industrial chemistry, and environmental analysis.
현재 국내 정수장의 대부분이 염소를 이용한 소독을 실시하고 있다. 상수 원수의 수질은 계절과 강우량에 따라 변화하며, 이에 대하여 각 정수장에서는 상수원수의 수질을 측정하여 각 처리 공정을 조절하고 있다. Currently, most of the domestic water treatment plants are disinfected using chlorine. The water quality of the raw water varies depending on the season and the rainfall. In each water treatment plant, the water quality of the water source is measured to control each treatment process.
미생물의 번식률이 가장 높으며, 일 강우량의 변화가 가장 큰 여름의 경우에는 상수 원수의 시간별 변화에 각 처리공정에 대한 지속적인 모니터링이 매우 필요하며, 특히 수인성 질병을 일으킬 수 있는 미생물의 소독은 적재 적기에 알맞은 양의 소독제를 투입하여 과다한 소독제의 사용으로 인한 비효율적인 약품의 사용을 억제하여야 할 것이다. In summer, where the rate of microbial growth is highest and the daily rainfall is the largest, continuous monitoring of each treatment process is needed to change the time of the source of the water constantly. In particular, disinfection of microorganisms, which can cause waterborne diseases, The use of an appropriate amount of disinfectant should be used to prevent the use of ineffective chemicals due to the use of excessive disinfectants.
과다한 염소의 주입은 발암성 물질인 트리할로메탄(trihalomethane: THM))의 증가와도 관련이 있어 적절한 염소의 주입과 이를 위한 공정 내의 지속적인 모니터링이 필요하다. Excessive chlorine injection is also associated with an increase in the carcinogenic trihalomethane (THM), which requires proper chlorine injection and continuous monitoring within the process.
이외에 염소를 이용한 소독은 공중위생의 측면에서 공공장소에서의 용수에 대한 수질관리를 위해 사용되고 있으며, 실내외 수영장의 욕수와 같은 경우는 현재 염소 소독을 실시하고는 있으나 이를 관리할 수 있는 전문인력이 없어 정량 및 정성적인 약품투입과 이에 따른 조치가 이루어지지 않고 있는 실정이다. In addition, chlorine disinfection is used for water quality management in public places in terms of public health. In the case of indoor and outdoor swimming pools, chlorine disinfection is currently carried out, but there is no specialist to manage it Quantitative and qualitative drug input and measures have not been implemented.
염소를 이용한 수인성 전염병의 예방을 위해서는 급배수시에 일정량의 잔류 염소를 유지하여 주어야 하며, 계절별 및 시간별로 변화하는 상수원수에 대한 처리 공정에 빠르게 대처하기 위해서는 잔류 염소의 농도를 실시간으로 지속적인 모니터링을 하여야 한다. 기존의 국내에 사용되고 있는 잔류 염소 측정법인 SNORT법 (Stabilized Neutral Orthotolidine Method)은 중성 pH에서의 결합잔류염소 및 철, 아질산염과 같은 방해물질과 오르쏘톨리딘과의 느린 반응을 이용하는 방법이며, 유리잔류염소를 측정하기 위해서는 중성 오르쏘톨리딘 용액에 pH를 6.7 ~ 7.5로 유지시켜 주는 완충제-안정화제 용액과 시료를 같이 넣어 측정하며, 비색법을 이용한 DPD법 (N, N-diethyl-p-phenylenediamine)은 SNORT법과 측정원리는 유사하며, DPD 시약을 유리잔류염소가 포함되어 있는 시료에 첨가하면, 즉시 반응이 일어나 붉은색이 나타난다. 이는 pH 6.2 ~ 6.5의 중성에서 발색되는 붉은 색의 색도를 측정하면 유리잔류염소의 농도를 결정 할 수 있으나, 상기 두가지 방법 모두 측정시간이 길며(약 180초) 실시간 모니터링이 어렵고, 자동 연속측정이 가능하다 하더라도 시약 사용과 폐액처리 등의 문제가 있으며, 기기 조작에 대한 상당한 숙련을 요하며, 시약 사용이 아닌 전류법을 사용하는 측정기의 경우에도 고가의 수입비용이 소요되어야 하는 문제가 있다. In order to prevent waterborne infectious diseases using chlorine, it is necessary to maintain a certain amount of residual chlorine in the water supply and drainage. In order to cope with the treatment process for the water resources changing by season and time, the concentration of residual chlorine is continuously monitored . The SNORT method (Stortified Neutral Orthotolyte Method), which is a conventional residual chlorine measuring method, is a method using a slow reaction between orthotolyid and an interfering substance such as binding residual chlorine and iron and nitrite at a neutral pH, The DPD method (N, N-diethyl- p- phenylenediamine) using the colorimetric method was used to measure the SNORT The law and measurement principle are similar, and when the DPD reagent is added to a sample containing free residual chlorine, the reaction occurs immediately and a red color appears. It is possible to determine the concentration of free residual chlorine by measuring the chromaticity of red color developed at neutral pH of 6.2 ~ 6.5. However, both of these methods have long measurement time (about 180 sec) and it is difficult to monitor in real time. Even if it is possible, there is a problem such as the use of a reagent and waste liquid treatment, a considerable skill is required for operation of the apparatus, and even a measuring instrument using a current method other than the use of a reagent requires a high import cost.
현재 시중에는 상기와 같은 목적으로 각 정수장에서 사용할 수 있는 전량 수입에 의존하고 있는 여러 가지의 잔류염소센서가 시판되고 있다. 시료 용액에서 전극전위를 측정하려면, 두 개의 전극을 사용하여 두 점사이의 전위차를 측정하여야 한다. 측정하는 전극을 작동전극이라 하며, 여기에 따른 하나의 전극을 연결하여 전위차를 측정하여야 한다. 셀전압 V가 기전력 E와 같게 하기 위해선 전류 i=0의 조건(평형)이 성립하여야 한다. 이를 위한 상대되는 전극은 전위가 안정한 전극을 선택하여 사용하는데, 이를 기준전극이라 한다. 작동전극과 기준전극 사이의 실제 전류를 무시 할 수 있는 평형상태에서 전위차를 측정하여야 한다. At present, various residual chlorine sensors which are dependent on the import of all the available chlorine sensors at the respective water treatment plants are on the market for the above-mentioned purpose. To measure the electrode potential in the sample solution, the potential difference between two points should be measured using two electrodes. The electrode to be measured is referred to as working electrode, and the potential difference should be measured by connecting one electrode according to this. In order to make the cell voltage V equal to the electromotive force E, the condition (equilibrium) of the current i = 0 must be satisfied. For this purpose, an electrode with a stable potential is selected and used as a reference electrode. The potential difference should be measured in an equilibrium state in which the actual current between the working electrode and the reference electrode can be ignored.
이때 측정한 전위차는 두 전극사이의 기전력(EMF)에 해당되며, 이러한 조건 i=0 하에서는 전극사이의 내부 저항성분으로 인한 전압강하는 무시 할 수 있다. 전극사이에 외부전압이 걸리는 경우 전극사이에 저항전위강하(iR drop)가 생겨 기준전극전위가 평형값으로 벗어나는 문제점도 있다.
The measured potential difference corresponds to the electromotive force (EMF) between the two electrodes. Under this condition i = 0, the voltage drop due to the internal resistance component between the electrodes can be ignored. When an external voltage is applied between the electrodes, a resistance drop (iR drop) occurs between the electrodes, which may cause the reference electrode potential to deviate from the equilibrium value.
본 발명의 일 실시예는 이상과 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 분석 대상 물질에 대한 감응이 우수하고, 전기화학적인 성질이 우수한 3-전극계 방식의 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서를 제공한다. An embodiment of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a three-electrode type electrochemical gas permeation type residual chlorine sensor having excellent sensitivity to an analyte and having excellent electrochemical properties do.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 기체 투과막과 작동전극, 보조전극 그리고 기준전극이 셀몸통부에 장착되어 하나의 센서로 조립할 수 있는 것에 의하여, 산업 현장에서 용이하게 사용하도록 할 수 있는 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서를 제공한다.Further, according to an embodiment of the present invention, since the gas permeable membrane, the working electrode, the auxiliary electrode, and the reference electrode are mounted on the cell body and can be assembled with one sensor, The present invention provides a gas permeable residual chlorine sensor.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 초기 안정화 및 감응 시간이 빠르고 안정성이 우수하며 단순한 구조로 제작이 용이하며 우수한 전기 화학적 성질을 지닌 잔류염소센서를 저렴하게 생산할 수 있는 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서를 제공한다.
In addition, one embodiment of the present invention provides an electrochemical gas permeation type residual chlorine sensor capable of producing an inexpensive residual chlorine sensor having an excellent initial stability and response time, excellent stability, a simple structure and easy electrochemical properties, Lt; / RTI >
본 발명의 일 실시예에 의한 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서는, 유리잔류 염소만을 투과시키고 액상성분은 투과시키지 않는 선택적 잔류염소 투과막; 상기 선택적 잔류염소 투과막을 투과한 잔류염소의 양에 따라 전류변화를 일으키는 작동전극, 보조전극, 및 기준전극으로 이루어진 전극부; 및 상기 선택적 잔류염소 투과막, 작동전극, 보조전극, 및 기준전극이 장착되는 셀몸통부를 포함하되, 상기 작동전극, 보조전극, 및 기준전극은 3-전극계 구조를 이루도록 형성되고, 상기 셀몸통부는 호모 폴리프로필렌 75 내지 95 중량% 및 에틸렌 함량이 20 내지 50 중량%인 탄성 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5 내지 25 중량%로 이루어진 에틸렌-프로필렌 블록-폴리프로필렌 수지를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물로 성형되는 것을 특징으로 한다.An electroluminescent type transmission residual chlorine sensor according to an embodiment of the present invention includes a selective residual chlorine permeable membrane which permeates only free residual chlorine and does not permeate a liquid component; An electrode unit comprising an operation electrode, an auxiliary electrode, and a reference electrode which cause a current change according to an amount of residual chlorine permeated through the selective residual chlorine permeable membrane; And a cell body to which the selective residual chlorine permeable membrane, the working electrode, the auxiliary electrode, and the reference electrode are mounted, wherein the working electrode, the auxiliary electrode, and the reference electrode are formed to have a three-electrode structure, A polypropylene resin composition comprising an ethylene-propylene block-polypropylene resin consisting of 75 to 95% by weight of homopolypropylene and 20 to 50% by weight of an ethylene-propylene block copolymer having an ethylene content of 5 to 25% by weight .
상기 작동전극과 보조전극은 백금 디스크와 백금 선으로 이루어져 있고, 상기 기준전극은 난용성 은/염화은 전극으로 이루어지며, 상기 선택적 잔류염소 투과막은 테플론 재질의 미세 다공성 막을 사용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Wherein the working electrode and the auxiliary electrode are made of a platinum disk and a platinum wire, the reference electrode is made of an insoluble silver chloride / silver chloride electrode, and the selective residual chlorine permeable membrane is made of a Teflon microporous membrane .
상기 기준전극은 팔라듐 약 5중량%가 포함된 은을 염화철 수용액에 침지시켜 난용성 금속층을 형성한 염화은이 사용되는 것을 특징으로 한다.The reference electrode is characterized in that silver chloride containing about 5% by weight of palladium is immersed in an aqueous solution of iron chloride to form a refractory metal layer.
상기 기준전극을 기준으로 작동전극에 400 mV의 인가전위를 인가하여 잔류염소량을 전기화학적으로 검출하는 것을 특징으로 한다.And an application potential of 400 mV is applied to the working electrode based on the reference electrode to electrochemically detect the residual chlorine amount.
상기 호모 폴리프로필렌 대 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 점도비(dl/g)는 0.5 내지 2.5이고, 상기 에틸렌-프로필렌 블록-폴리프로필렌 수지의 용융지수(230℃, 2.16kg 하중)는 1 내지 50g/10분인 것을 특징으로 한다.
The viscosity ratio (dl / g) of the homo polypropylene to ethylene-propylene block copolymer is 0.5 to 2.5, and the melt index (230 ° C., 2.16 kg load) of the ethylene-propylene block-polypropylene resin is 1 to 50 g /. It is characterized by 10 minutes.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서는, 초기 안정화 및 감응 시간이 빨라서 짧은 시간 안에 현장에서의 즉시 사용이 가능하며, 안정성이 뛰어나 오랜 시간 동안의 시료 용액 속 잔류염소 측정에도 안정하다. 더욱이, 종래의 상용화된 잔류염소센서에 비해서 재현성이 뛰어나며, 제조가 용이하여 시료 당 분석료가 저렴할 뿐 아니라, 센서의 보관 및 관리가 용이하다는 등의 효과가 있다.The electrochemical gas permeation type residual chlorine sensor according to an embodiment of the present invention can be used immediately in the field in a short time due to the initial stabilization and the quick response time and is excellent in stability and can measure long term residual chlorine in the sample solution It is stable. In addition, it has an excellent reproducibility as compared with the conventional commercialized residual chlorine sensor, and is easy to manufacture, and thus has low analytical cost per sample and easy storage and management of the sensor.
또한, 시약 사용이 없어 2차 오염의 문제에 대해 안정적이며, 실시간 지속적인 모니터링이 가능하여 공정제어에 유효한 효과가 있다.
In addition, since there is no use of a reagent, it is stable against the problem of secondary contamination and can be continuously monitored in real time, which is effective for process control.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서의 분해된 상태를 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서의 0 ~ 1 mg/L 잔류염소농도 변화에 대한 감응 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서의 0 ~ 5 mg/L 잔류염소농도 변화에 대한 감응 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서 및 상용화된 잔류염소센서의 0 ~ 3 mg/L 잔류염소농도 상관관계 곡선을 나타낸 그래프이다.1 is a side view illustrating an electrolytic gas permeation type residual chlorine sensor according to an embodiment of the present invention in a decomposed state.
FIG. 2 is a graph showing the response curves of 0 to 1 mg / L residual chlorine concentration change of the electroactive type gas permeation type residual chlorine sensor according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a graph showing the response curves of 0 to 5 mg / L residual chlorine concentration change of an electroactive type gas permeation type residual chlorine sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a correlation curve of 0 to 3 mg / L residual chlorine concentration of an electrochemical gas permeation type residual chlorine sensor and a commercialized residual chlorine sensor according to an embodiment of the present invention.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which those skilled in the art can readily implement the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서의 분해된 상태를 나타낸 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서의 0 ~ 1 mg/L 잔류염소농도 변화에 대한 감응 곡선을 나타낸 그래프이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서의 0 ~ 5 mg/L 잔류염소농도 변화에 대한 감응 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서 및 상용화된 잔류염소센서의 0 ~ 3 mg/L 잔류염소농도 상관관계 곡선을 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a side view showing a decomposed state of an electrochemical gas permeation type residual chlorine sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing the electrochemical gas permeation type residual chlorine sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a graph showing the response curves of residual chlorine concentration of 0-5 mg / L of the electrogalic gas permeation type residual chlorine sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 4 is a graph showing a correlation curve of 0 to 3 mg / L residual chlorine concentration of an electroactive type gas permeation type residual chlorine sensor and a commercialized residual chlorine sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서는, 기체 투과막(110)과 작동전극(130), 보조전극(135) 및 기준전극(140)을 포함하고, 상기 기체 투과막(110)과 작동전극(130), 보조전극(135) 및 기준전극(140)이 셀몸통부(160)에 장착되어 하나의 센서로 조립되는 구조를 가진다. 본 발명에서는 작동전극(130), 보조전극(135) 및 기준전극(140)이 3-전극구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것으로서, 작동전극(130), 보조전극(135) 및 기준전극(140)을 전극부(150)라 통칭하기로 한다.1, an electroactive gas permeation type residual chlorine sensor according to an embodiment of the present invention includes a gas permeable membrane 110, a working electrode 130, an auxiliary electrode 135, and a reference electrode 140 And the structure is such that the gas permeable membrane 110, the working electrode 130, the auxiliary electrode 135, and the reference electrode 140 are mounted on the cell body 160 and assembled with one sensor. The working electrode 130, the auxiliary electrode 135, and the reference electrode 140 are formed in a three-electrode structure. In the present invention, the working electrode 130, the auxiliary electrode 135, Will be collectively referred to as an electrode unit 150.
이러한 기체투과형 잔류염소센서는, 상기 작동전극(130)이 시료 용액 중에 존재하는 잔류염소 농도에 따라 전위가 변하게 되고, 기준전극(140)이 시료의 조건에 관계없이 항상 일정한 전위가 유지되도록 하여, 시료 용액 중 잔류염소 농도에 따른 작동전극(130)에서의 전류 변화를 측정함으로써, 시료 용액 중 잔류염소 농도를 측정할 수 있게 된다. In such a gas permeable residual chlorine sensor, the potential of the working electrode 130 changes according to the residual chlorine concentration present in the sample solution, and the reference electrode 140 maintains a constant potential at all times regardless of the conditions of the sample, The residual chlorine concentration in the sample solution can be measured by measuring the current change in the working electrode 130 according to the residual chlorine concentration in the sample solution.
한편, 시료 용액인 음용수의 정수처리나 방류수에 가장 많이 사용되고 있는 살균제는 염소이다. 이러한 염소는 수중에서 다음과 같이 대부분 가수분해된다.On the other hand, chlorine is the most commonly used bactericide for water treatment and effluent of drinking water. These chlorines are mostly hydrolyzed in water as follows.
Cl2 + H2O →HOCl + H+ + Cl- (pK1 = 4.6)Cl 2 + H 2 O → HOCl + H + + Cl - (pK 1 = 4.6)
HOCl 은 물의 수소이온농도 (pH)에 따라 다음과 같이 이온화한다.HOCl ionizes according to the hydrogen ion concentration (pH) of water as follows.
HOCl → H+ + OCl- (pK2 = 7.5)HOCl -> H + + OCl - (pK 2 = 7.5)
본 발명에 의한 잔류염소의 측정은 차아염소산(HOCl)의 환원반응에 의해 흐르는 전자이동(전류)을 측정한 것으로, 차아염소산의 환원반응을 유도하기 위하여 약 400 mV의 정전압(applied potential)을 가한다. The measurement of the residual chlorine according to the present invention is a measurement of the electron movement (current) flowing by the reduction reaction of hypochlorous acid (HOCl), and the application potential of about 400 mV is applied to induce the reduction reaction of hypochlorous acid do.
이때, 전극 반응은 다음과 같다.At this time, the electrode reaction is as follows.
작동전극: HOCl + H+ + 2e- → Cl- + H2O Working electrodes: HOCl + H + + 2e - → Cl - + H 2 O
시료수: H2O → (1/2)O2 + 2H+ + 2e- Number of samples: H 2 O → (1/2) O 2 + 2H + + 2e -
또한, 본 발명에서는 잔류염소센서를 산업 현장에서 직접 사용하도록 하기 위한 기체투과형 잔류염소센서를 제공한다.In addition, the present invention provides a gas permeable residual chlorine sensor for directly using a residual chlorine sensor in an industrial field.
상기 셀몸통부(160)는 기체 투과막(110)과 작동 전극(130), 보조전극(135) 및 기준전극(140)을 장착할 수 있어 그 내부에 시료가 계속적으로 흐르면서 전극을 통해 연속적으로 잔류염소를 측정할 수 있는 역할을 한다. 상기 셀몸통부(160)의 일단부에 결합되는 기체 투과막(110)은 오링(O-ring)(120)에 의하여 셀몸통부(160)에 탄성결합된다.The cell body 160 can be mounted with the gas permeable membrane 110, the working electrode 130, the auxiliary electrode 135, and the reference electrode 140 so that the sample can continuously flow through the electrode, It plays a role in measuring residual chlorine. The gas permeable membrane 110 coupled to one end of the cell body 160 is elastically coupled to the cell body 160 by an O-ring 120.
또한, 상기 셀몸통부(160)는 폴리프로필렌 수지 조성물로 성형되어 내충격성을 향상시킬 수 있다. 이는, 상기 셀몸통부(160)에 대한 내충격성을 강화하여 장치의 수명을 연장하기 위함이다. 여기서, 상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 호모 폴리프로필렌 75 내지 95 중량% 및 에틸렌 함량이 20 내지 50 중량%인 탄성 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5 내지 25 중량%로 이루어진 에틸렌-프로필렌 블록-폴리프로필렌 수지를 포함하여 형성된다. In addition, the cell body 160 may be formed of a polypropylene resin composition to improve impact resistance. This is to enhance the impact resistance of the cell body 160 to prolong the life of the device. Here, the polypropylene resin composition includes an ethylene-propylene block-polypropylene resin composed of 75 to 95% by weight of homopolypropylene and 5 to 25% by weight of an elastic ethylene-propylene block copolymer having an ethylene content of 20 to 50% by weight .
여기서, 상기 호모 폴리프로필렌 대 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 점도비(dl/g)는 0.5 내지 2.5일 수 있다. 상기 절대 점도비가 0.5 미만이면 중합된 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 분자량이 연속상인 호모 폴리프로필렌 보다 상대적으로 낮아 충격 흡수에 어려움이 있으며, 2.5를 초과하면 성형후 블록 폴리프로필렌 수지 중 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 분자상 크기가 증가해 낙구 충격이 저하될 수 있다.Here, the viscosity ratio (dl / g) of the homopolypropylene to the ethylene-propylene block copolymer may be 0.5 to 2.5. If the absolute viscosity ratio is less than 0.5, the molecular weight of the polymerized ethylene-propylene block copolymer is lower than that of homopolypropylene, which is a continuous phase, so that it is difficult to absorb the impact. If the absolute viscosity ratio is more than 2.5, The molecular size of the aggregate increases, and the drop impact may be reduced.
또한, 상기 에틸렌-프로필렌 블록-폴리프로필렌 수지의 용융지수(230℃, 2.16kg 하중)는 1 내지 50g/10분일 수 있다. 상기 용융 지수가 1g/10분 미만이면 압출 가공 공정에서 수지 흐름 특성이 저하되며, 절대 점도비를 최적의 조건인 0.5~2.5으로 유지하는데 어려움이 있고, 50g/10분을 초과하면 최종 제품의 분자량이 낮아져 내충격 특성이 저하될 수 있다.The ethylene-propylene block-polypropylene resin may have a melt index (230 ° C, 2.16 kg load) of 1 to 50 g / 10 min. If the melt index is less than 1 g / 10 min, the resin flow characteristics in the extrusion process are lowered, and it is difficult to maintain the absolute viscosity ratio at the optimum condition of 0.5 to 2.5. When the melt index exceeds 50 g / 10 min, The impact resistance may be deteriorated.
상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 구성성분들을 교반-혼합장치[예:Hens 혼합기, 슈퍼 혼합기 또는 텀블러 혼합기]에 충전시키고, 상기 혼합물을 1~30분 동안 교반-혼합시켜 180~230℃의 온도에서 압연기 또는 압출기를 사용하여 용융 및 혼련시켜 제조될 수 있고, 이와 같이 제조된 폴리프로필렌 수지 조성물을 사출성형, 압출성형 등 임의의 성형법으로 본 잔류염소센서의 셀몸통부(160)를 제조할 수 있다.The polypropylene resin composition is prepared by charging the components into a stirring-mixing apparatus (e.g. a Hens mixer, a super mixer or a tumbler mixer), stirring the mixture for 1 to 30 minutes and mixing it at a temperature of 180 to 230 ° C in a mill or And the cell body portion 160 of the present residual chlorine sensor can be manufactured by any molding method such as injection molding, extrusion molding or the like by using the polypropylene resin composition thus produced.
또한, 상기 셀몸통부(160)는 그 외면에 도장 밀착성 및 우수한 내충격성을 가지는 보호코팅층(미도시)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 보호코팅층은 (A)결정성 폴리프로필렌, (B)에틸렌부틸아크릴레이트 중합체, (C)스틸렌계 수첨 블록공중합체 및 (D)무기충전제를 포함할 수 있다.In addition, the cell body 160 may have a protective coating layer (not shown) having paint adhesion and excellent impact resistance on its outer surface. The protective coating layer may include (A) a crystalline polypropylene, (B) an ethylene butyl acrylate polymer, (C) a styrene-based hydrogenated block copolymer, and (D) an inorganic filler.
상기 (A)결정성 폴리프로필렌은 결정성 폴리프로필렌 단독중합체, 및 C2 내지 C20(C3 제외)의 알파-올레핀 단량체를 포함하는 프로필렌-알파 올레핀 결정성 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The crystalline polypropylene (A) may comprise at least one selected from a crystalline polypropylene homopolymer and a propylene-alpha olefin crystalline copolymer comprising C2 to C20 (excluding C3) alpha-olefin monomers .
상기 알파-올레핀 단량체의 구체적인 예로서는 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-데센 등일 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌일 수 있다. 상기 프로필렌-알파 올레핀 결정성 공중합체는 블록공중합체 또는 랜덤공중합체 등 일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.Specific examples of the alpha-olefin monomers may be ethylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 4-methylpentene, 1-heptene, 1-octene and 1-decene and preferably ethylene. The propylene-alpha olefin crystalline copolymer may be, but is not limited to, a block copolymer or a random copolymer.
상기 프로필렌-알파 올레핀 결정성 공중합체에서 프로필렌 중합단위의 함량은 특별히 제한하지 않으나, 공중합체 내에서 50중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다.The content of the polymerization unit of propylene in the propylene-alpha-olefin crystalline copolymer is not particularly limited, but is preferably 50 wt% or more in the copolymer.
상기 (A)결정성 폴리프로필렌은 입체규칙성에 관련해서 특별히 제한하지 않으나, 본 발명의 목적을 달성시킬 수 있는 결정성 폴리프로필렌이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로, C-NMR(핵자기 공명 스펙트럼)로 측정한 아이소탁틱 펩타드 분율이 0.80~0.99일 수 있고, 바람직하게는 0.85~0.99일 수 있다.The crystalline polypropylene (A) is not particularly limited in terms of stereoregularity, but any crystalline polypropylene that can achieve the object of the present invention can be used without limitation, and more specifically, C-NMR (nuclear magnetic resonance Spectrum) may be from 0.80 to 0.99, and preferably from 0.85 to 0.99.
상기 (A)결정성 폴리프로필렌의 용융흐름지수(MFI, 230℃, 2.16kg 하중)는 20~60g/10분일 수 있으며, 바람직하게는 20~50g/10분일 수 있다.The melt flow index (MFI, 230 ° C, 2.16 kg load) of the crystalline polypropylene (A) may be 20 to 60 g / 10 min, preferably 20 to 50 g / 10 min.
상기 (A)결정성 폴리프로필렌은 상기 수지 조성물에 대해 44~57중량% 포함될 수 있다. 상기 (A)결정성 폴리프로필렌의 함량이 44중량% 미만으로 포함되면 도장부착력이 저하될 수 있고, 57 중량%를 초과하면 굴곡탄성율 및 도장부착력이 저하될 수 있어 바람직하지 않다. The crystalline polypropylene (A) may be contained in an amount of 44 to 57% by weight based on the resin composition. If the content of the crystalline polypropylene (A) is less than 44% by weight, the coating adhesion may be deteriorated. If the content of the crystalline polypropylene is more than 57% by weight, the flexural modulus and the coating adhesion may be lowered.
상기 (B)에틸렌부틸아크릴레이트 중합체에서 부틸아크릴레이트는 중합단위 비율로 20~40중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 25~40중량%일 수 있다.In the ethylene butyl acrylate polymer (B), butyl acrylate may be contained in an amount of 20 to 40% by weight, preferably 25 to 40% by weight, based on the polymerization unit.
상기 (B)에틸렌부틸아크릴레이트 중합체는 상기 폴리프로필렌 수지조성물에 대해 9~21중량% 포함될 수 있다. 상기 (B)에틸렌부틸아크릴레이트 중합체의 함량이 9중량% 미만이면 도장밀착성이 열세하고 21중량%를 초과하면 굴곡탄성율이 현저히 저하될 수 있어 바람직하지 않다.The ethylene butyl acrylate polymer (B) may be contained in an amount of 9 to 21% by weight based on the polypropylene resin composition. When the content of the ethylene butyl acrylate polymer (B) is less than 9% by weight, the coating adhesion is poor, and when the content is more than 21% by weight, the flexural modulus may remarkably decrease.
상기 (B)에틸렌부틸아크릴레이트 공중합체의 용융지수(190℃, 2.16kg하중)는 5~250g/10분일 수 있고, 바람직하게는 10~200g/10분일 수 있다.The melt index (190 ° C, 2.16 kg load) of the ethylene butyl acrylate copolymer (B) may be 5 to 250 g / 10 min, preferably 10 to 200 g / 10 min.
상기 (C)스틸렌계 수첨 블록공중합체는 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 도장 밀착성 및 내충격성을 보다 개선시킬 수 있다. 상기 (C)스틸렌계 수첨 블록공중합체는 스틸렌-에틸렌-부텐-스틸렌 블록공중합체(SEBS), 스틸렌-에틸렌-프로필렌-스틸렌 블록공중합체(SEPS), 스티렌-부타디엔-부틸렌-스티렌 블록공중합체, 스틸렌-에틸렌-이소플렌-스틸렌 블록공중합체, 아크릴로니트릴-부틸렌-스틸렌 블록공중합체 등 중에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 스틸렌-에틸렌-부텐-스틸렌 블록공중합체(SEBS) 및 스틸렌-에틸렌-프로필렌-스틸렌 블록공중합체(SEPS)일 수 있다.The styrene-based hydrogenated block copolymer (C) can further improve paint adhesion and impact resistance to the polypropylene resin composition. The styrene-based hydrogenated block copolymer (C) is preferably a styrene-ethylene-butene-styrene block copolymer (SEBS), a styrene-ethylene-propylene- , Styrene-ethylene-isoprene-styrene block copolymer, acrylonitrile-butylene-styrene block copolymer and the like, preferably styrene-ethylene-butene-styrene block copolymer (SEBS) and Styrene-ethylene-propylene-styrene block copolymer (SEPS).
상기 (C)스틸렌계 수첨 블록공중합체는 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 대해 7 ~ 21중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 10 ~ 18중량%일 수 있다. 상기 상기 (C)스틸렌계 수첨 블록공중합체의 함량이 7중량% 미만이면 도장밀착성이 저하되고, 21중량%를 초과하면 강성 등과 같은 기계적 물성 및 도장밀착성 등이 저하될 수 있어 바람직하지 않다. 상기 무기충전제는 상기 폴리프로필렌 수지 조성물의 강성을 보강하기 위해서 사용될 수 있으며, 상기 무기충전제는 활석(Talc), 황산바륨 및 칼슘카보네이트 중에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 활석일 수 있다.The styrene-based hydrogenated block copolymer (C) may be contained in an amount of 7 to 21% by weight, preferably 10 to 18% by weight, based on the polypropylene resin composition. When the content of the styrene-based hydrogenated block copolymer (C) is less than 7% by weight, the coating adhesion is decreased. When the content is more than 21% by weight, mechanical properties such as rigidity and coating adhesion may be lowered. The inorganic filler may be used to reinforce the rigidity of the polypropylene resin composition. The inorganic filler may be at least one selected from the group consisting of talc, barium sulfate and calcium carbonate, preferably talc.
본 발명에 의한 잔류염소센서의 셀몸통부(160)는 상기와 같이 구성된 폴리프로필렌 수지 조성물을 사출성형, 압출성형 등 임의의 성형법으로 제조될 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
The cell body 160 of the residual chlorine sensor according to the present invention can be manufactured by any molding method such as injection molding, extrusion molding, etc., but the present invention is not limited thereto.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.The electrochemical gas permeation type residual chlorine sensor according to the present invention will be described in detail as follows.
본 발명에서는 전극사이에 외부전압이 걸리는 경우 전극사이에 저항전위강하(iR drop)가 생겨 기준전극(140)의 전위가 평형값으로 벗어나게 되는바, 이러한 오차를 피하기 위해 전기화학측정에서는 3-전극계 센서를 사용한다. In the present invention, when an external voltage is applied between the electrodes, a resistance drop (iR drop) occurs between the electrodes and the potential of the reference electrode 140 deviates from the equilibrium value. In order to avoid such an error, System sensor is used.
상기 작동전극(130)과 기준전극(140)사이의 전위차는 전극반응에 의해 흐르는 전류값에 관계없이 정확하게 측정할 수 있다. The potential difference between the working electrode 130 and the reference electrode 140 can be accurately measured regardless of the current value flowing through the electrode reaction.
상기 작동전극(130)의 전위는 기준전극(140)을 기준으로 하여 전위조절기 (potentiostat)로 조절되며, 사실상 전류는 기준전극(140)을 통하여 흐르지 않으며, 기준전극(140)의 전위는 일정(영전류 전위값)하게 유지된다. 따라서, 전류는 작동전극(130)과 보조전극(135)사이에서 흐른다. The potential of the working electrode 130 is adjusted to a potentiostat with reference to the reference electrode 140 so that the current does not flow through the reference electrode 140 and the potential of the reference electrode 140 is maintained at a constant Zero current potential value). Therefore, a current flows between the working electrode 130 and the auxiliary electrode 135. [
한편, 전해액 충진구(170)를 통하여 충진되는 전해용액에 녹여진 특정한 화학종의 산화-환원반응을 측정하는 경우, 어떤 작동전극과 보조전극을 사용하는 것이 우수한 가를 결정해야 한다. 이러한 기준으로는 사용하는 전극이 어떤 전위영역의 산화환원반응을 조사하기에 적당한가를 나타내는 전위창(potential window)이 있다. 이 전위창의 전극범위에서 전극은 거의 이상분극 전극으로 거동한다. 상기 전위창은 전극뿐만 아니라 사용하는 용매나 지지전해질에 따라서도 변한다. 이 전위창을 결정하는 요인으로는 (1)수소과전압(hydrogen overvoltage), (2)산소과전압(oxygen overvoltage), (3)전극의 용해전위, (4)지지전해질의 분해, (5)용매의 분해전위, 그리고 (6)불순물이 반응하는 전위 등이 있다. 이러한 전극범위는 수소이온농도에 따라 변하지만 수소발생의 환원전위는 전극재료의 종류에 따라서도 달라질 수가 있다. 이것은 수소과전압으로 나타나는데 수소과전압의 값이 작은 전극재질로는 백금, 금 등이 있다. 또한 수용액에서는 산소발생전위에 따라 산화반응영역이 제한된다. 그러므로, 백금이나 금은 산소발생에 대한 최소과전압(산소과전압)이 매우 크다. 이러한 연유로 백금(Pt)이나 금(Au)이 유기화합물이나 무기화합물의 전해산화에 작동전극과 보조전극으로 매우 유용한 전극 재질로 사용되고 있다. On the other hand, when measuring the oxidation-reduction reaction of a specific chemical species dissolved in the electrolytic solution filled through the electrolyte filling port 170, it is necessary to determine which working electrode and the auxiliary electrode are superior to each other. These criteria include a potential window in which the electrode used is suitable for examining the redox reaction of a certain potential region. In the electrode range of this potential window, the electrode almost behaves as a polarization electrode. The potential window varies not only with the electrode but also with the solvent or supporting electrolyte used. (1) hydrogen overvoltage, (2) oxygen overvoltage, (3) dissolution potential of electrode, (4) decomposition of supporting electrolyte, (5) And (6) potential to which impurities react. Such an electrode range varies depending on the hydrogen ion concentration, but the reduction potential of the hydrogen generation may vary depending on the kind of the electrode material. This appears as hydrogen overvoltage, but platinum and gold are the electrode materials with small hydrogen overvoltage. Also, in an aqueous solution, the oxidation reaction zone is limited by the oxygen generating potential. Therefore, the platinum or gold has a very large minimum overvoltage (oxygen overvoltage) for oxygen generation. As a result, platinum (Pt) and gold (Au) have been used as working electrodes and auxiliary electrodes as electrode materials for the electrolytic oxidation of organic compounds and inorganic compounds.
따라서, 본 발명에서는 백금 혹은 금을 기체투과형 잔류염소센서 작동전극(130)과 보조전극(135)의 금속 재질로 택하여 전기화학적 성질을 조사하여 최적, 최상의 잔류염소센서를 제작하였다. Therefore, in the present invention, platinum or gold is selected as a metal material of the gas permeable residual chlorine sensor operating electrode 130 and the auxiliary electrode 135, and electrochemical properties are investigated to produce an optimal residual chlorine sensor.
또한, 상기 기준전극(140)은 은 (Ag), 팔라듐 (Pd), 구리 (Cu) 및 백금(Pt) 등의 금속선으로 구성될 수 있으며, 또는 은/염화은, 수은/산화수은 등과 같이 금속층/난용성 금속층으로 구성 될 수도 있다.The reference electrode 140 may be formed of metal wires such as silver (Ag), palladium (Pd), copper (Cu), and platinum (Pt), or may be formed of a metal layer / Or a soluble metal layer.
본 발명에서는 전위의 재현성이 좋고 취급이 용이하고 가장 많이 사용되고 있는 은/염화은(Ag/AgCl) 전극을 사용하였다. 상기 은/염화은 전극은 온도에 대한 히스테리시스가 적고 고온까지 전위가 안정하므로, 고온에서도 사용이 가능하다 .이때, 전극의 수명을 증가시키기 위하여 순수 은을 사용하는 대신 팔라듐 약 5 중량 %를 포함한 은을 사용하여 일정 농도의 염화철 수용액에 수 분에서 수십 분 동안 담가두어 은 금속층위에 염화은 층의 난용성 금속층을 형성시켜 사용하였다.
In the present invention, a silver / silver chloride (Ag / AgCl) electrode which has good reproducibility of dislocation and is easy to handle and which is most widely used is used. The silver / silver chloride electrode can be used at a high temperature since the silver / silver chloride electrode has a low hysteresis to temperature and a stable potential up to a high temperature. In order to increase the lifetime of the electrode, instead of pure silver, silver containing about 5% Was immersed in a constant aqueous solution of iron chloride for several minutes to several minutes to form a refractory metal layer of a silver chloride layer on the silver metal layer.
상기와 같은 기체투과형 잔류염소센서를 이용하여 시료수 속에 들어있는 총 유리 잔류염소를 측정하기 위한 측정기는 케이스를 규격화하여 CPU 보드, 출력/파워보드, 센서신호 변환회로로 구성하고, 상기 CPU 보드 및 출력/파워보드는 수질 측정기에서 공동으로 사용 가능하도록 표준화하며, 센서 변환회로는 측정범위와 센서 보정이 용이하도록 개발하고, 상기 CPU 보드는 LCD, 키 패드(Key pad), LED 인디케이터(indicator), 통신인터페이스, 변환기(ADC) 및 설정자료를 보관하는 메모리를 포함하며, 출력/파워보드는 경보출력, 측정값 아나로그 출력, CPU용 파워, 변환회로용 파워, 출력회로용 파워를 포함하고 사용전원을 110, 220 V 겸용이 가능하게 구성한다. 또한, 측정된 잔류염소의 값에 의해 외부에 알람 등의 신호를 줄 수 있도록 릴레이 출력회로도 부가한다. 더욱 범용성을 높이기 위해 5개 정도의 범용 고체상 릴레이(Solid-State Relay: SSR) 회로를 추가한다. The measuring device for measuring the total free chlorine contained in the sample water using the gas permeable residual chlorine sensor as described above comprises a CPU board, an output / power board, and a sensor signal converting circuit by standardizing the case, The output / power board is standardized to be jointly usable in a water quality measuring instrument. The sensor conversion circuit is developed to facilitate measurement range and sensor calibration. The CPU board includes an LCD, a key pad, an LED indicator, The output / power board includes the alarm output, the measured analog output, the power for the CPU, the power for the conversion circuit, and the power for the output circuit. Can be used for both 110 and 220V. In addition, a relay output circuit is added so that a signal such as an alarm can be given to the outside depending on the measured residual chlorine value. To further increase versatility, we add about five solid-state relay (SSR) circuits.
또한, 변환회로는 전위조절계를 구성하고 기준전극에서 측정된 전압에 의거하여 전압을 부여하도록 회로를 구성하며, 이 부분은 다른 디지털회로와 전원을 분리하여 외부 노이즈의 영향을 최소화하도록 설계한다. 이와 더불어 외부 노이즈를 제거하는 필터회로와 온도 및 pH를 측정하는 회로를 포함시켜 최적의 측정조건을 구비한다.In addition, the converting circuit constitutes a potential adjusting system and a circuit for giving a voltage on the basis of the measured voltage at the reference electrode, which is designed to minimize the influence of external noise by separating the power from the other digital circuit. In addition, a filter circuit for removing external noise and a circuit for measuring temperature and pH are included to provide optimum measurement conditions.
본 발명에 의한 잔류염소센서는 상기 잔류염소센서를 산업 현장에서 직접 용이하게 사용 할 수 있도록 하였다. 본 잔류염소센서는 광범위한 잔류염소농도에 이르기까지 다양한 시료 조건에 대해 사용 할 수 있으며 전기 화학적 성질은 통상의 잔류염소센서와 동일 또는 보다 향상된 것으로서, 본 발명에 의한 잔류염소센서는 구조가 단순하여 대량 생산 뿐만 아니라 가격이 저렴함으로 산업 현장에서 잔류염소 농도 측정을 위한 잔류염소센서로서 종래의 잔류염소센서를 대체하여 유용하게 사용될 수 있다. The residual chlorine sensor according to the present invention makes it possible to easily use the residual chlorine sensor directly in the industrial field. The present residual chlorine sensor can be used for various sample conditions up to a wide range of residual chlorine concentration, and the electrochemical properties are the same as or better than those of conventional residual chlorine sensor. The residual chlorine sensor according to the present invention has a simple structure, As a result, it can be usefully used as a residual chlorine sensor for measuring the concentration of residual chlorine in an industrial field instead of a conventional residual chlorine sensor.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
단, 하기 실시예는 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples illustrate the invention, and the contents of the present invention are not limited by the examples.
<< 실시예Example > >
기체투과형 잔류염소 센서의 제작Fabrication of gas permeable residual chlorine sensor
본 발명에서 이루고자하는 전기화학적 방식의 3-전극계 잔류염소센서는 일반적으로 잔류염소만을 선택적으로 투과시키는 기체 투과막은 테플론 재질의 미세 다공성 막을, 작동전극(working electrode)(130)으로 Pt(백금)이나 Au(금)을 사용하고, 보조전극(counter electrode)(135)으로는 Pt등의 귀금속을, 기준전극(reference electrode)(140)으로 난용성 은/염화은 전극(Ag/AgCl electrode)을 사용하여 도 1과 같이 셀몸통부를 구성한다. In the electrochemical type three-electrode system residual chlorine sensor of the present invention, a gas permeable membrane that selectively permeates only residual chlorine generally comprises a Teflon microporous membrane as a working electrode 130, Pt (platinum) Ag or AgCl electrode is used as the reference electrode 140 and a noble metal such as Pt is used as the counter electrode 135 and Au / AgCl electrode is used as the reference electrode 140 Thereby forming a cell body portion as shown in Fig.
시료수 용액에서 전극전위를 측정하려면, 두 개의 전극을 사용하여 두 점사이의 전위차를 측정하여야 한다. 이때, 측정하는 전극을 작동전극(130)이라하며, 여기에 따른 하나의 전극을 연결하여 전위차를 측정하여야 한다. 또한, 셀전압 V가 기전력 E와 같게 하기 위해서는 전류 i=0의 조건(평형)이 성립하여야 한다. 이를 위한 상대되는 전극은 전위가 안정한 전극을 선택하여 사용하는데, 이를 기준전극(140)이라 한다. 따라서, 작업전극(130)과 기준전극(140) 사이의 실제전류를 무시할 수 있는 평형상태에서 전위차를 측정하여야 한다. 이때, 측정한 전위차는 두 전극 사이의 기전력(EMF)에 해당되며, 이러한 조건 i=0 하에서는 전극사이의 내부 저항성분으로 인한 전압강하는 무시할 수 있다.To measure electrode potential in a sample water solution, the potential difference between two points should be measured using two electrodes. At this time, the electrode to be measured is called the working electrode 130, and one electrode according to the electrode is connected to measure the potential difference. In order to make the cell voltage V equal to the electromotive force E, the condition (equilibrium) of the current i = 0 must be established. For this purpose, an electrode having a stable potential is selected and used as a reference electrode 140. Therefore, the potential difference should be measured in an equilibrium state in which the actual current between the working electrode 130 and the reference electrode 140 can be ignored. At this time, the measured potential difference corresponds to the electromotive force (EMF) between the two electrodes. Under this condition i = 0, the voltage drop due to the internal resistance component between the electrodes can be ignored.
또한, 전극 사이에 외부전압이 걸리는 경우 전극 사이에 저항전위강하 (iR drop)가 생겨 기준전극(140) 전위가 평형값으로 벗어나게 되는바, 이러한 오차를 피하기 위해 전기화학 측정에서는 3-전극계 측정을 사용한다. 이때, 셀 전류가 작동전극(130)과 보조전극(135)사이에서 흐르고, 작동전극(130)과 기준전극(140)사이에서는 거의 흐르지 않는다. 상기 작동전극(130)과 기준전극(140)사이의 전위차는 전극반응에 의해 흐르는 전류값에 관계없이 정확하게 측정할 수 있다. In addition, when an external voltage is applied between the electrodes, a resistance drop (iR drop) occurs between the electrodes and the potential of the reference electrode 140 deviates from the equilibrium value. To avoid such an error, in the electrochemical measurement, Lt; / RTI > At this time, a cell current flows between the working electrode 130 and the auxiliary electrode 135 and hardly flows between the working electrode 130 and the reference electrode 140. The potential difference between the working electrode 130 and the reference electrode 140 can be accurately measured regardless of the current value flowing through the electrode reaction.
따라서, 본 발명에서는 일반적으로 산소과전압이 높기 때문에 산화반응용의 산화전극으로 백금 혹은 금 등의 귀금속을 잔류염소센서의 작동전극(130)과 보조전극(135)의 금속 재질로 택하여 전기화학적 성질을 조사하여 최적, 최상의 기체투과형 잔류염소센서를 제작하였다. Therefore, in the present invention, since the oxygen overvoltage is generally high, a noble metal such as platinum or gold is selected as the oxidation electrode for the oxidation reaction as the metal material of the working electrode 130 and the auxiliary electrode 135 of the residual chlorine sensor, To obtain an optimal gas permeation type residual chlorine sensor.
<< 실험예Experimental Example 1> 1>
잔류염소센서의 Of the residual chlorine sensor 감응성Sensitivity
실시예에서 제작된 기체투과형 잔류염소센서의 잔류염소에 대한 감응성을 평가해 보았다.The susceptibility of the gas permeable residual chlorine sensor fabricated in the examples to residual chlorine was evaluated.
제작된 잔류염소센서를 0 - 5 mg/L의 농도를 가진 잔류염소농도 변화에 따른 센서신호의 변화를 측정하였다. The residual chlorine sensor was measured and the change of the sensor signal according to the residual chlorine concentration with the concentration of 0 - 5 mg / L was measured.
잔류염소센서는 총 유리잔류염소 중에서 일반적 수질 pH에서 가장 많이 존재하는 차아염소산(HOCl)을 측정하는 것이다. 이러한 유리잔류염소들은 pH에 따라 그 존재비율을 달리하므로, 차아염소산 측정을 통한 총 유리잔류염소의 농도 환산을 위해서는 센서신호에 pH에 따른 차아염소산의 존재비를 고려하여 환산해야 한다.The residual chlorine sensor is to measure hypochlorous acid (HOCl), which is the most abundant in the total water quality pH, among total free chlorine. Since the free residual chlorine varies depending on the pH, the concentration of hypochlorous acid should be converted into the concentration of hypochlorous acid according to the pH of the sensor signal in order to convert the concentration of total free chlorine by measuring hypochlorous acid.
농도변화에 대한 총 유리잔류염소의 양으로 환산된 신호값을 도 2와 도3에 나타내었다. The signal values converted into the amount of free residual chlorine with respect to the concentration change are shown in FIG. 2 and FIG.
도 2와 도3에 도시된 바와 같이, 잔류염소 농도변화에 따른 환산 센서 신호값이 매우 우수한 직선성과 감응성을 나타내었다. 즉, 0 - 1 mg/L 까지의 직선성은 0.9996이고 0 - 5 mg/L 까지의 직선성은 0.9998임을 알 수 있다.
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the conversion sensor signal value according to the change in residual chlorine concentration shows excellent linearity and sensitivity. That is, the linearity from 0 to 1 mg / L is 0.9996 and the linearity from 0 to 5 mg / L is 0.9998.
<< 실험예Experimental Example 2> 2>
잔류염소센서의 Of the residual chlorine sensor 감응성Sensitivity 비교 compare
본 발명에 의해 잔류염소센서에 대한 감응성을 객관적으로 평가해 보기 위하여 DPD 발색법을 사용하는 자동측정기로 상용화된 잔류염소분석기(Hach사 CL17 기기)를 동일한 조건에서 시료의 잔류염소농도를 변화시켜 연속적으로 측정 비교하여 잔류염소 감응성 상관 관계를 구하였다.In order to objectively evaluate the sensitivity to the residual chlorine sensor according to the present invention, a residual chlorine analyzer (Hach's CL17 instrument) commercialized as an automatic measuring instrument using the DPD coloring method was continuously tested under the same conditions by changing the residual chlorine concentration of the sample And the residual chlorine sensitivity correlations were obtained.
여러 가지 다양한 잔류염소 농도를 가진 동일 시료를 대상으로 각각의 잔류염소센서를 사용하여 잔류염소 농도를 측정하였다. 실험을 통해 산출된 두 잔류염소센서의 잔류염소에 대한 감응성의 상관 관계곡선을 도 4에 나타내었다. Residual chlorine concentrations were measured for each of the same samples with various residual chlorine concentrations using the respective residual chlorine sensors. Fig. 4 shows the correlation curve of the sensitivity of the two residual chlorine sensors calculated from the experiment to the residual chlorine.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 기체투과형 잔류염소센서는 상용화된 잔류염소센서와의 상관관계가 일치함을 나타내었다. 따라서, 상기 기체투과형 잔류염소센서와 측정기기는 측정방법과 측정값이 일반적으로 널리 인정되는 상용화된 잔류염소분석기와의 비교실험을 통하여 대등한 잔류염소 측정 능력을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
As shown in FIG. 4, the gas-permeable residual chlorine sensor according to the present invention has a correlation with a commercialized residual chlorine sensor. Therefore, it was confirmed that the gas permeable residual chlorine sensor and the measuring instrument have comparable residual chlorine measuring ability through a comparative experiment with a commercially available residual chlorine analyzer, which is generally widely used in measurement methods and measurement values.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 기체투과형 잔류염소센서를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be applied to a gas permeable residual chlorine sensor according to the present invention, It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.
100: 보호캡 110: 기체 투과막
120: 오링 130: 작동전극
135: 보조전극 140: 기준전극
150: 전극부 160: 셀몸통부
170: 전해질 충진구100: protective cap 110: gas permeable membrane
120: O-ring 130: Working electrode
135: auxiliary electrode 140: reference electrode
150: electrode part 160: cell body part
170: Electrolyte filler
Claims (5)
상기 선택적 잔류염소 투과막(110)을 투과한 잔류염소의 양에 따라 전류변화를 일으키는 작동전극(130), 보조전극(135) 및 기준전극(140)으로 이루어진 전극부(150); 및
상기 선택적 잔류염소 투과막(110), 작동전극(130), 보조전극(135) 및 기준전극(140)이 장착되는 셀몸통부(160)를 포함하되,
상기 작동전극(130), 보조전극(135) 및 기준전극(140)은 3-전극계 구조를 이루도록 형성되고,
상기 셀몸통부(160)는 호모 폴리프로필렌 75 내지 95 중량% 및 에틸렌 함량이 20 내지 50 중량%인 탄성 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5 내지 25 중량%로 이루어진 에틸렌-프로필렌 블록-폴리프로필렌 수지를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물로 성형되는 것을 특징으로 하는 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서.A selective residual chlorine permeable membrane 110 that transmits only free residual chlorine and does not transmit liquid components;
An electrode unit 150 including a working electrode 130, an auxiliary electrode 135, and a reference electrode 140 that cause a current change according to the amount of residual chlorine that has passed through the selective residual chlorine permeable membrane 110; And
Including the cell body portion 160, the selective residual chlorine permeable membrane 110, the working electrode 130, the auxiliary electrode 135 and the reference electrode 140 is mounted,
The working electrode 130, the auxiliary electrode 135, and the reference electrode 140 are formed to have a three-electrode structure,
The cell body 160 includes an ethylene-propylene block-polypropylene resin composed of 75 to 95% by weight homopolypropylene and 5 to 25% by weight of an elastic ethylene-propylene block copolymer having an ethylene content of 20 to 50% by weight. Electrochemical gas permeable residual chlorine sensor, characterized in that molded into a polypropylene resin composition.
상기 작동전극(130)과 보조전극(135)은 백금 디스크와 백금 선으로 이루어져 있고,
상기 기준전극(140)은 난용성 은/염화은 전극으로 이루어지며,
상기 선택적 잔류염소 투과막(110)은 테플론 재질의 미세 다공성 막을 사용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서.The method of claim 1,
The working electrode 130 and the auxiliary electrode 135 is composed of a platinum disk and a platinum line,
The reference electrode 140 is made of a poorly soluble silver / silver chloride electrode,
The selective residual chlorine permeable membrane 110 is an electrochemical gas permeable residual chlorine sensor, characterized in that using a microporous membrane made of Teflon material.
상기 기준전극(140)은 팔라듐 5중량%가 포함된 은을 염화철 수용액에 침지시켜 난용성 금속층을 형성한 염화은이 사용되는 것을 특징으로 하는 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서.The method of claim 1,
The reference electrode 140 is an electrochemical gas-permeable residual chlorine sensor, characterized in that the silver chloride is formed by immersing silver containing palladium 5% by weight in an aqueous iron chloride solution to form a poorly soluble metal layer.
상기 기준전극(140)을 기준으로 작동전극(130)에 400 mV의 인가전위를 인가하여 잔류염소량을 전기화학적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서.The method of claim 1,
Wherein an applied potential of 400 mV is applied to the working electrode (130) based on the reference electrode (140) to electrochemically detect the amount of residual chlorine.
상기 호모 폴리프로필렌 대 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체의 점도비(dl/g)는 0.5 내지 2.5이고, 상기 에틸렌-프로필렌 블록-폴리프로필렌 수지의 용융지수(230℃, 2.16kg 하중)는 1 내지 50g/10분인 것을 특징으로 하는 전기화학식 기체투과형 잔류염소센서.
The method of claim 1,
The viscosity ratio (dl / g) of the homo polypropylene to ethylene-propylene block copolymer is 0.5 to 2.5, and the melt index (230 ° C., 2.16 kg load) of the ethylene-propylene block-polypropylene resin is 1 to 50 g /. Electrochemical gas permeable residual chlorine sensor, characterized in that 10 minutes.
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