KR20140018752A - 색상 변화를 이용한 유해가스 및 유해화학물질 검출장치 및 그 검출방법 - Google Patents
색상 변화를 이용한 유해가스 및 유해화학물질 검출장치 및 그 검출방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20140018752A KR20140018752A KR1020120085415A KR20120085415A KR20140018752A KR 20140018752 A KR20140018752 A KR 20140018752A KR 1020120085415 A KR1020120085415 A KR 1020120085415A KR 20120085415 A KR20120085415 A KR 20120085415A KR 20140018752 A KR20140018752 A KR 20140018752A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- silica particles
- modified
- ions
- gas
- harmful
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 title abstract description 6
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 109
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 58
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 46
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- -1 sulfide ions Chemical class 0.000 claims abstract description 29
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims abstract description 23
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims abstract description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 22
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 25
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 18
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 10
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 9
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 9
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 claims description 9
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 claims description 7
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 231100000481 chemical toxicant Toxicity 0.000 abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 21
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 13
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 9
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 9
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000000724 energy-dispersive X-ray spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical group [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 3
- 229910052981 lead sulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229940056932 lead sulfide Drugs 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052946 acanthite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- QKSIFUGZHOUETI-UHFFFAOYSA-N copper;azane Chemical compound N.N.N.N.[Cu+2] QKSIFUGZHOUETI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 2
- XUARKZBEFFVFRG-UHFFFAOYSA-N silver sulfide Chemical compound [S-2].[Ag+].[Ag+] XUARKZBEFFVFRG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940056910 silver sulfide Drugs 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001273 sulfonato group Chemical group [O-]S(*)(=O)=O 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000000059 Dyspnea Diseases 0.000 description 1
- 206010013975 Dyspnoeas Diseases 0.000 description 1
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- BESJRHHIPGWPTC-UHFFFAOYSA-N azane;copper Chemical class N.[Cu] BESJRHHIPGWPTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 230000019771 cognition Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 210000004087 cornea Anatomy 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000002498 deadly effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N lead nitrate Chemical compound [O-][N+](=O)O[Pb]O[N+]([O-])=O RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N lead(2+) Chemical compound [Pb+2] RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XCAUINMIESBTBL-UHFFFAOYSA-N lead(ii) sulfide Chemical compound [Pb]=S XCAUINMIESBTBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000518 lethal Toxicity 0.000 description 1
- 230000001665 lethal effect Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000001473 noxious effect Effects 0.000 description 1
- 230000008816 organ damage Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- FSJWWSXPIWGYKC-UHFFFAOYSA-M silver;silver;sulfanide Chemical compound [SH-].[Ag].[Ag+] FSJWWSXPIWGYKC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000037380 skin damage Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L sulfate group Chemical group S(=O)(=O)([O-])[O-] QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
- G01N31/22—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
- G01N31/22—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators
- G01N31/223—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators for investigating presence of specific gases or aerosols
- G01N31/224—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators for investigating presence of specific gases or aerosols for investigating presence of dangerous gases
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0044—Sulphides, e.g. H2S
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
- G01N33/49—Blood
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0054—Ammonia
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Hematology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ecology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
본 발명은 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 색상변화를 이용하여 기체시료, 액체시료 및 혈액에서 유해가스 및 유해화학물질을 빠른 시간 안에 높은 감도로 효과적으로 검출하는 검출 장치 및 그 검출 방법을 제공하는 것이다.
Description
본 발명은 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 색상변화를 이용하여 기체시료, 액체시료 및 혈액에서 유해가스 및 유해화학물질을 빠른 시간 안에 높은 감도로 효과적으로 검출하는 검출 장치 및 그 검출 방법에 관한 것이다.
산업 또는 사고 현장의 환경에서 유해가스 및 유해화학물질을 신속하게 정성 및 정량 할 수 있는 분석법이 필요하다. 특히 현장에서는 밀폐된 공간이라 할지라도 현장을 보존하기 어려워 직접적인 분석법이 필수적이고, 지하공간, 산업적 공간 등에서는 다양하게 발생되는 유해가스를 검출하기 위해서 간단하고 이동성이 높은 분석법이 필요하다. 또한 의료, 법과학 및 산업영역에서 활용 가능성이 있도록 다양한 시료 즉, 기체상태, 용액상태 및 혈액 시료에 대해 적용할 수 있는 분석법이 필요하다. 이를 위해 현재까지 적정법, 분광학적 분석법, 전기화학적 분석법 및 크로마토그래피 등이 이용되고 있다. 적정법은 장치가 간단하지만 검출 감도가 낮다. 다른 방법들은 유해가스와 반응하여 검출하기 위해 복잡한 화학적 화합물 및 값 비싸고 복잡한 장치들로 구성되어 있다.
산업, 제조공정 및 사람의 인위적인 기술이 동원되는 공간 등에서 생성물 또는 부 생성물로 자주 발생되는 유해가스 중 하나로 황화수소, 암모니아 등이 있다. 황화수소는 산업, 공업 및 폐기물 처리 등의 과정에서 필수적으로 발생되는 무색의 맹독성 기체로 불쾌한 취향이 있다. 황화이온인 S2 -가 산성의 환경에 놓이게 되면 황화수소 가스가 발생하게 되는데, 기체상태로 발생되기 때문에 사람이 인식하기 어렵고, 미량의 농도에서도 강한 독성을 지니고 있으므로 취향을 통해 인지했을 때는 이미 치명적인 상황일 수 있다. 황화수소 가스를 사람이 흡입하였을 경우 혈중 중독을 일으키게 되는데 폐포 파열 및 물집 등의 현상이 나타나고 인지 및 후각 능력이 상실된다. 혈중 황화이온의 농도가 5 ppm 이상이면 치명적이며 결국 사망에 이르게 된다.
황화수소에 중독되면 혈액에서 황화이온으로 존재하는데 혈액에서 황화이온을 검출하는 방법으로 종래에는 diffusion method를 이용하여 왔다. Diffusion method는 황화이온을 포함하는 혈액으로부터 강산을 이용하여 황화수소가스를 발생시키고 이를 강한 염기로 포집하는 과정을 거치게 되는 것으로 강산과 강염기를 과량으로 사용하기 때문에 황화이온의 포집과정에서 황화이온의 손실을 가져올 수 있고, 따라서 검출의 재현성을 떨어뜨리고 특히 미량의 경우 결과의 신뢰도를 잃게 되는 문제점이 있다. 또한 황화이온을 포함하는 혈액에 대한 검사방법으로 멤브레인 필터를 이용하여 혈장을 맑은 수용액 상태로 분리하여 얻은 시료에서 이온크로마토그래피를 이용하여 황화이온을 분석하는 방법이 있다. 이 방법은 정성 및 정량분석을 가능하게 하지만, 혈액 시료에 포함된 황화이온이 황화수소 형태 등으로 쉽게 휘발할 수 있어 실험적으로 정확한 정량분석을 하는데 어려움이 있다. 한편, 대한민국 등록특허 제 0305660 호에는 이중이온빔법을 이용하여 CuO를 첨가한 황화합물계 가스 센서에 대하여 개시되어 있으나, 장치가 고가이며, 복잡한 공정이 필요하다는 단점이 있다. 따라서, 황화수소에 대한 인위적인 감지 시스템 및 사람이 흡입하였을 경우 혈액 중 미량에서도 정확하고 신속하게 검출할 수 있는 방법이 필요하다.
사람이 높은 농도의 암모니아 가스에 노출될 경우 피부 손상, 각막 손상, 장기 손상 및 호흡곤란 등으로 사망에 이르게 된다. 현재 암모니아 가스를 검출하기 위해 금속 산화물 반도체를 이용하여 전기저항의 변화를 측정하는 센서가 이용되고 있고 유기화합물 등이 사용되고 있다. 그러나 이러한 방법은 높은 온도에서 작동되는 단점이 있고 또한 경제적으로 비싼 장치들이 갖추어져야 하는 문제점이 있다.
요컨대, 유해가스의 치명적인 독성 때문에 빠르고 높은 감도를 가지며, 이동이 용이하고, 간단한 조작으로 신뢰성 있는 결과를 제시해 줄 유해가스 및 유해화학물질 검출 장치 및 검출 방법이 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 유해가스 또는 유해화학물질에 대해 빠르고 높은 감도를 가지며, 이동이 용이하고, 간단한 조작으로 신뢰성 있는 결과를 제시해 줄 유해가스 검출 장치 및 검출 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 포함하는 유해가스 및 유해화학물질 검출장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 유해가스 및 유해화학물질에 대한 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 색상 변화를 이용하는 유해가스 및 유해화학물질 검출방법을 제공한다.
본 발명의 유해가스 및 유해화학물질 검출장치는 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용한 간단한 검출 장치로 손쉽게 제조할 수 있다는 장점이 있다. 본 발명의 유해가스 및 유해화학물질 검출장치는 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 색상변화를 이용하여 기체시료, 혈액 및 수용액 시료에서 황화수소 가스, 암모니아 가스, 황화이온 등의 유해가스 및 유해화학물질을 빠른 시간, 높은 감도로 검출할 수 있으므로, 다양한 분야에 응용될 수 있다. 또한, 다양한 환경에서 발생 할 수 있는 저농도 또는 고농도의 유해가스를 빠른 시간 내에 정량/정성 분석할 수 있고, 사람의 혈액에서 존재하는 유해화학물질을 미량의 농도부터 치사량 및 그 이상의 농도까지 간단한 전처리만으로도 용이하게 검출할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 검출장치는 시료의 복잡한 전처리, 특수한 화학반응 조건 및 고가의 복잡한 장치들을 필요로 하지 않고, 신속하고 정확하게 유해가스 및 유해화학물질을 검출할 수 있다. 또한 본 발명의 검출방법은 온도, 습도와 같은 환경적 요인에 영향을 받지 않으며 이동성 있는 실시간 검출법으로 직접 활용될 수 있다.
도 1은 금속 양이온과 결합이 가능한 표면 작용기들이 도입된 실리카 입자에 금속 양이온인 납, 은 및 구리 양이온을 화학적 결합시켜 표면 개질한 실리카 입자를 제조하는 단계를 나타낸 모식도이다.
도 2는 설포네이트 실리카 입자, 납 이온으로 표면 개질된 실리카 입자 및 황화수소를 검출한 황화납 실리카 입자의 SEM 사진이다.
도 3은 설포네이트 실리카 입자, 은 이온으로 표면 개질된 실리카 입자 및 황화수소를 검출한 황화은 실리카 입자의 SEM 사진이다.
도 4는 설포네이트 실리카 입자, 구리 이온으로 표면 개질된 실리카 입자 및 암모니아 가스를 검출한 질산구리 실리카 입자의 SEM 사진이다.
도 5는 제조예 1에 제조한 은 이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 EDX 스텍트럼이다.
도 6은 제조예 2에서 제조한 납 이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 EDX 스펙트럼이다.
도 7은 혈액 및 수용액에서 황화수소 및 황화이온을 검출하는데 사용하는 기존분석법인 diffusion method의 실험장치 사진이다.
도 8은 도 7의 실험장치로 분석한 결과의 검량곡선이다.
도 9는 혈액 시료에 대해 이온크로마토그래피를 이용하여 분석하는 방법의 순서도이다.
도 10은 도 9의 방법으로 분석한 결과의 검량곡선이다.
도 11은 은 이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 공기 중 기체상태의 시료에서 황화수소 가스를 검출하였을 때 정량적으로 색상이 변화하는 것을 보여주는 결과 사진이다.
도 12는 도 11의 실험결과에 따른 황화수소 검출의 검량곡선이다.
도 13은 납 이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 수용액 상태의 시료에서 황화이온을 검출하였을 때 정량적으로 색상이 변화하는 것을 보여주는 결과 사진이다.
도 14는 도 13의 실험결과에 따른 황화이온 검출의 검량곡선이다.
도 15는 납 이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 혈액 시료에서 황화이온을 검출하였을 때 정량적으로 색상이 변화하는 것을 보여주는 결과 사진이다.
도 16은 도 15의 실험결과에 따른 황화이온 검출의 검량곡선이다.
도 17은 설포네이트 작용기가 도입된 실리카 입자 표면에 구리 이온을 결합시킨 다음 공기 중 시료에서 암모니아 가스를 검출하였을 때 정량적으로 색상이 변화하는 것을 보여주는 결과 사진이다.
도 18은 도 17의 실험결과에 따른 암모니아 가스 검출의 검량곡선이다.
도 19은 아민 작용기가 도입된 실리카 입자 표면에 구리 이온을 결합시킨 다음 공기 중 시료에서 암모니아 가스를 검출하였을 때 정량적으로 색상이 변화하는 것을 보여주는 결과 사진이다.
도 20은 도 19의 실험결과에 따른 암모니아 가스 검출의 검량곡선이다.
도 2는 설포네이트 실리카 입자, 납 이온으로 표면 개질된 실리카 입자 및 황화수소를 검출한 황화납 실리카 입자의 SEM 사진이다.
도 3은 설포네이트 실리카 입자, 은 이온으로 표면 개질된 실리카 입자 및 황화수소를 검출한 황화은 실리카 입자의 SEM 사진이다.
도 4는 설포네이트 실리카 입자, 구리 이온으로 표면 개질된 실리카 입자 및 암모니아 가스를 검출한 질산구리 실리카 입자의 SEM 사진이다.
도 5는 제조예 1에 제조한 은 이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 EDX 스텍트럼이다.
도 6은 제조예 2에서 제조한 납 이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 EDX 스펙트럼이다.
도 7은 혈액 및 수용액에서 황화수소 및 황화이온을 검출하는데 사용하는 기존분석법인 diffusion method의 실험장치 사진이다.
도 8은 도 7의 실험장치로 분석한 결과의 검량곡선이다.
도 9는 혈액 시료에 대해 이온크로마토그래피를 이용하여 분석하는 방법의 순서도이다.
도 10은 도 9의 방법으로 분석한 결과의 검량곡선이다.
도 11은 은 이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 공기 중 기체상태의 시료에서 황화수소 가스를 검출하였을 때 정량적으로 색상이 변화하는 것을 보여주는 결과 사진이다.
도 12는 도 11의 실험결과에 따른 황화수소 검출의 검량곡선이다.
도 13은 납 이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 수용액 상태의 시료에서 황화이온을 검출하였을 때 정량적으로 색상이 변화하는 것을 보여주는 결과 사진이다.
도 14는 도 13의 실험결과에 따른 황화이온 검출의 검량곡선이다.
도 15는 납 이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 혈액 시료에서 황화이온을 검출하였을 때 정량적으로 색상이 변화하는 것을 보여주는 결과 사진이다.
도 16은 도 15의 실험결과에 따른 황화이온 검출의 검량곡선이다.
도 17은 설포네이트 작용기가 도입된 실리카 입자 표면에 구리 이온을 결합시킨 다음 공기 중 시료에서 암모니아 가스를 검출하였을 때 정량적으로 색상이 변화하는 것을 보여주는 결과 사진이다.
도 18은 도 17의 실험결과에 따른 암모니아 가스 검출의 검량곡선이다.
도 19은 아민 작용기가 도입된 실리카 입자 표면에 구리 이온을 결합시킨 다음 공기 중 시료에서 암모니아 가스를 검출하였을 때 정량적으로 색상이 변화하는 것을 보여주는 결과 사진이다.
도 20은 도 19의 실험결과에 따른 암모니아 가스 검출의 검량곡선이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 금속 양이온의 화학적 결합으로 표면 개질된 실리카 입자를 포함하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출장치를 제공한다. 보다 상세하게는 본 발명은 금속 양이온과 결합할 수 있는 표면 작용기가 도입된 실리카 입자에 금속 양이온을 첨가하여, 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 합성하고, 상기 입자를 지지체로 이용하였다. 본 발명은 실리카 입자를, 실리카 입자의 표면에 화학적으로 결합 가능하고 유해가스 및 유해화학물질의 종류에 따라 특정 색상을 나타낼 수 있는 물질로 개질시킴으로써 상기 색상변화를 이용하여 유해가스 및 유해화학물질을 정성 및 정량적으로 검출할 수 있는 장치를 제공한다. 즉, 금속 양이온의 화학적 결합으로 표면 개질된 실리카 입자의 색상의 변화를 이용하며 유해가스 및 유해화학물질의 종류를 확인하는 정성분석용 검출 장치로 이용할 수 있으며, 금속 양이온의 화학적 결합으로 표면 개질된 실리카 입자의 색상변화의 길이를 이용하여 유해가스 및 유해화학물질의 정량분석용 검출장치로 이용할 수 있다.
본 발명에서 "금속 양이온과 결합할 수 있는 표면 작용기"는 실리카 입자표면에 도입하여 금속이온과 결합할 수 있는 작용기를 말하는 것으로, 설페이드기, 카복실기, 아민기 및 히드록시기로부터 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자는
1) 금속 양이온과 결합할 수 있는 표면 작용기가 도입된 실리카 입자를 제조하는 단계;
2) 상기 제조된 금속 양이온과 결합할 수 있는 표면 작용기가 도입된 실리카 입자를 금속 양이온을 포함하는 용액에 첨가한 후, 20 ~25℃의 실온에서 2 내지 4 시간 동안 격렬히 교반하여 금속 양이온과 실리카 입자 표면의 표면 작용기를 반응시켜, 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 형성하는 단계;
3) 상기 2) 단계 후, 원심분리 및 물에 재분산하여 흡착되지 않은 금속 양이온을 제거하는 단계; 및
4) 상기 3) 단계 후, 진공 조건하에서 금속 양이온이 결합된 실리카 입자를 건조시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 금속 양이온과 결합할 수 있는 표면 작용기가 도입된 실리카 입자의 크기는 10 ㎛ 내지 500 ㎛인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10 ㎛ 내지 100 ㎛을 사용할 수 있으며, 40 ㎛ 내지 70 ㎛인 것을 사용하는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다. 모양 또한 구형인 것이 바람직하지만 불규칙한 것이라도 색 변화에 의한 검출법에 영향을 주지는 않는다.
본 발명의 검출장치는 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 튜브 또는 컬럼에 넣은 형태일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 튜브 또는 컬럼의 직경은 3 mm ~ 10 mm 일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 컬럼의 길이는 검출하려는 유해가스 또는 유해 화학 물질의 농도에 따라 임의로 제작변경이 가능하다.
상기 금속 양이온은 납 이온, 은 이온 및 구리 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 이용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 목표 물질인 유해가스 및 유해화학물질의 종류에 따라 선택하여 이용할 수 있다.
금속 양이온으로 납, 은 및 구리이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하는 경우에 대해 보다 자세히 설명하면, 유해가스인 황화수소 가스가 존재할 경우 납이온으로 표면 개질된 실리카 입자는 황화납(PbS)으로 침전반응을 일으켜 무색에서 진갈색(dark-brown)으로 색상이 변화되는 것을 알 수 있고, 이를 통해 황화수소 가스의 존재를 확인 할 수 있다. 은이온으로 표면 개질된 실리카 입자는 황화은(Ag2S)로 침전반응을 일으켜 무색에서 흑색(black)으로 색상변화가 일어나서 이를 통해 황화이온의 존재를 알 수 있다. 수용액 또는 혈액 중에 존재하는 황화이온의 경우도 동일하게 검출할 수 있다.
또는, 암모니아 가스가 존재할 경우 구리이온으로 표면 개질된 실리카 입자를이용하면 청색(blue)의 구리-암모니아 착물의 생성에 따른 색상 변화로 빠른 시간 안에 정확하고 높은 감도로 암모니아 가스의 존재여부를 확인할 수 있다.
본 발명의 유해가스 및 유해화학물질 검출 방법은, 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자가 특정 유해가스 성분과 결합했을 때 유해가스의 농도에 따라 실리카 입자의 색상변화의 길이 차이를 이용하여 정량분석 할 수 있다.
본 발명의 검출 방법에서 이용되는 색상변화를 유발하는 화학반응은 온도, 습도와 같은 환경적 요인에 영향을 받지 않으며 빠른 반응시간, 특정 유해가스와의 반응성 및 이동성의 장점을 이용하여 이동성 있는 실시간 검출방법으로 활용될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
본 발명은 상기 유해가스 및 유해화학물질을 분석하기 위하여, 설포네이트기, 아민기, 카복실기 또는 히드록시기와 같은 금속 양이온과 결합이 가능한 작용기들이 도입된 실리카 입자를 이용하여 다양한 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 합성하였다. (도 1 참조). 실리카 입자의 표면 개질 전과 표면 개질 후 그리고 유해가스 검출 후 SEM 사진을 얻었으며 상기 사진을 통하여 실리카 입자의 구형의 형태가 반응 전과 후에 변화가 없음을 확인하였다(도 2, 도 3, 및 도 4 참조). 납과 은의 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 EDX를 통하여 확인한 결과 표면에 도입된 납과 은이온 성분이 검출되었다(도 5 및 도 6 참조).
기존 분석법인 diffusion method(도 7)로 황화수소를 분석한 결과 검량선에서 0.933의 R2 값을 확인할 수 있었다(도 8). 그리고 혈액 상태의 시료를 이온크로마토그래피로 분석한 결과 검량선에서 0.919의 R2 값을 확인할 수 있었다(도 9 및 도 10).
기존 분석법과 본 발명에서 검출방법을 비교하였다. 먼저 공기 중 기체상태의 시료에서 황화수소 가스를 분석하기 위하여 은이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 특정 농도(2, 5, 10, 21, 37, 53, 79, 106 ppm)의 기체상태 시료를 분석한 결과 0.996의 R2 값을 확인할 수 있었다(도 11 및 도12). 특정 농도(0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 250, 500 ppm)의 황화이온 수용액을 제조하고 이를 납이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 분석한 결과 0.996의 R2 값을 확인할 수 있었다(도 13 및 도 14). 또한 혈액 시료 중 황화이온의 유해가스 성분을 검출하기 위하여 납이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 혈액의 혈장 층에 포함된 특정 농도의 황화이온(0.1, 0.3, 0.5, 0.8, 1, 1.5, 2, 3 ppm)을 분석한 결과 0.993의 R2 값을 확인할 수 있었다(도 15 및 도 16).
황화수소 가스뿐만 아니라 암모니아 가스 분석을 위하여 설포네이트 또는 아민 작용기가 도입된 실리카 입자 표면에 구리이온을 결합시킨 다음 기체 상태의 암모니아 가스(5, 10, 30, 75, 100 ppm)를 각각 분석한 결과 0.996의 R2 값을 확인할 수 있었다(도 17, 도 18, 도19 및 도 20).
상기 결과에 나타난 바와 같이, 기체상태의 시료에 대해 기존의 복잡한 화학반응과 장치들로 고안된 방법으로 분석한 결과와 본 발명의 검출 방법으로 분석한 결과를 비교할 때, 본 발명의 검출 방법은 유해가스에 대해 1 ppm부터 500 ppm에 이르는 농도까지 빠른 시간 안에 정확하게 정성 및 정량분석이 가능함을 보여준다. 또한 본 발명의 방법은 기존의 센서 등의 방법으로는 분석할 수 없었던 수용액 상태 시료에 포함된 유해화학물질에 대해 0.2 ppm의 낮은 농도부터 1,000 ppm 이상에 이르는 농도까지 신속하고 정확하게 정성 및 정량분석이 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한 본 발명의 방법은 혈액 시료에 포함된 유해화학물질에 대해 0.1 ppm의 낮은 농도부터 200 ppm 이상에 이르는 농도까지 신속하고 정확하게 정성 및 정량분석이 가능하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 상기 검출농도의 상한 값은 상기 값에 한정한 것이 아니며 컬럼의 길이에 따라 보다 고농도의 분석도 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
<
제조예
1> 은으로 표면
개질된
실리카 입자 합성
0.2 M의 질산은 수용액 50 mL에 설포네이트 실리카 겔(45 ~70 ㎛) 6 g을 첨가하여 20 ~25℃의 실온에서 격렬하게 교반시켰다. 3시간 이후 여러 번의 원심분리 및 물에 재 분산을 통해 흡착되지 않은 금속이온을 제거하였다. 이후 진공 조건하에서 은으로 표면 개질 된 설포네이트 실리카 겔을 말려 분말형태의 은으로 표면 개질된 실리카 입자를 합성하였다. 합성된 은으로 표면 개질된 실리카 입자의 EDX 스펙트럼(도 5)을 통하여 확인한 결과, 은 이온 성분이 검출되었다.
<
실시예
1> 은으로 표면
개질된
실리카 입자를 이용하여 황화수소 가스 검출
500 mL의 2구 둥근 바닥 플라스크에 특정양의 Na2S 9H2O 분말을 넣는다. 한쪽 구멍에는 제조예 1의 은으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 준비한 컬럼을 연결한다. 이 때, 컬럼은 직경 5 mm를 사용하였다. 한쪽 구멍은 고무 마개로 막은 뒤 1 mL의 묽은 황산을 첨가하여 특정 농도(2.125, 5.3125, 10.625, 21.25, 37.1875, 53.125, 79.6875, 106.25 ppm)의 황화수소 가스를 발생 시킨다. 이후 고무 마개로 막힌 부분으로 아르곤 가스를 흘려 보내 존재하는 황화 수소 가스가 모두 준비된 컬럼으로 흘러가도록 한다. 이후 컬럼에 생긴 황화은 침전 색(흑색)의 길이를 측정하였다. 그 결과를 도 11 및 도 12로 나타내었다.
<
제조예
2> 납으로 표면
개질된
실리카 입자 합성
0.2 M의 질산납 수용액 50 mL에 설포네이트 실리카 겔(45 ~70 ㎛) 6 g을 첨가하여 20 ~25℃의 실온에서 격렬하게 교반시켰다. 3시간 이후 여러 번의 원심분리 및 물에 재 분산을 통해 흡착되지 않은 금속이온을 제거하였다. 이후 진공 조건하에서 납으로 표면 개질 된 설포네이트 실리카 겔을 말려 분말형태의 납으로 표면 개질된 실리카 입자를 합성하였다. 합성된 납으로 표면 개질된 실리카 입자의 EDX 스펙트럼(도 6)을 통하여 확인한 결과, 납 이온 성분이 검출되었다.
<
실시예
2> 납으로 표면
개질된
실리카 입자를 이용하여 수용액 내 황화 이온 검출
3 mm의 내부구경의 유리 컬럼 바닥을 솜으로 막은 뒤 표면처리 하지 않은 실리카 겔 (63 ~ 200 ㎛)로 바닥부분을 채우고 제조예 2로부터 합성된 납으로 표면 처리된 실리카겔을 충분히 컬럼 내부를 채운 뒤 다시 표면처리 되지 않은 실리카겔로 컬럼 위쪽을 채운다. 증류수 40 mL의 용액에 30 mg의 Na2S 9H2O를 녹여 100 ppm의 S2 - 이온이 녹아 있는 표준용액을 제조한다. 이후 표준용액을 희석하여 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 250, 500 ppm의 용액을 제조한 후 제조예 2의 납으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 준비한 컬럼에 넣어 준 뒤 질소가스의 압력을 이용하여 용액이 모두 컬럼을 흘러 내려가도록 한다. 이때 형성된 흑색의 황화납 침전의 길이를 측정한다. 모든 실험은 황화이온의 산화를 방지하기 위해 30분 이내에 수행한다. 그 결과를 도 13 및 도 14에 나타내었다.
<
실시예
3> 납으로 표면
개질된
실리카 입자를 이용하여 혈액 내 황화 이온 검출
3 mm의 내부구경의 유리 컬럼 바닥을 솜으로 막은 뒤 표면처리 하지 않은 실리카 겔 (63 ~ 200 ㎛)로 바닥부분을 채우고 제조예 2로부터 합성된 납으로 표면 처리된 실리카겔을 충분히 컬럼 내부를 채운 뒤 다시 표면처리 되지 않은 실리카겔로 컬럼 위쪽을 채운다. 혈장과 증류수를 1:16의 부피 비율로 섞은 40 mL의 용액에 30 mg의 Na2S 9H2O를 녹여 100 ppm의 S2 - 이온이 녹아 있는 표준용액을 제조한다. 이후 표준용액을 희석하여 0.1, 0.3, 0.5, 0.8, 1, 1.5, 2, 3ppm의 용액을 제조한 후 제조예 2의 납으로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 준비한 컬럼에 넣어 준 뒤 질소가스의 압력을 이용하여 용액이 모두 컬럼을 흘러 내려가도록 한다. 이때 형성된 흑색의 황화납 침전의 길이를 측정한다. 모든 실험은 황화이온의 산화를 방지하기 위해 30분 이내에 수행한다. 그 결과를 도 15 및 도 16에 나타내었다.
<
제조예
3> 구리로 표면
개질된
실리카 입자 합성
0.2 M의 질산구리 수용액 50 mL에 설포네이트 실리카 겔 (45 ~70 ㎛) 6 g을 첨가하여 20 ~25℃의 실온에서 격렬하게 교반시킨다. 3시간 이후 여러 번의 원심분리 및 물에 재 분산을 통해 흡착되지 않은 금속이온을 제거 한다. 이후 진공 조건하에서 구리로 표면 개질 된 설포네이트 실리카 겔을 말려 분말형태의 구리로 표면 개질된 실리카 입자를 합성하였다.
<
실시예
4> 구리로 표면
개질된
실리카 입자를 이용하여 암모니아 가스 검출
특정양의 암모니아수를 500 mL 크기의 2구 둥근 바닥 플라스크에 넣는다. 한 쪽 구멍에는 제조예 3의 구리로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 준비한 컬럼을 연결한다. 이 때 컬럼은 직경 5 mm인 것을 사용하였다. 한쪽 구멍은 고무 마개로 막은 뒤 섭씨 85 ~ 90 도로 가열하여 암모니아 가스를 발생 시킨다. 이후 고무 마개로 막힌 부분으로 아르곤 가스를 흘려 보내 존재하는 암모니아 가스가 모두 준비된 컬럼으로 흘러가도록 한다. 이후 컬럼에 생기는 청색의 구리-암모니아 착물 색의 길이를 측정한다. 그 결과를 도 17 및 도 18에 나타내었다.
<
제조예
4> 구리로 표면
개질된
실리카 입자 합성
0.2 M의 질산구리 수용액 50 mL에 아민 실리카 겔 (45 ~70 ㎛) 6 g을 첨가하여 20 ~25℃의 실온에서 격렬하게 교반시킨다. 3시간 이후 여러 번의 원심분리 및 물에 재 분산을 통해 흡착되지 않은 금속이온을 제거 한다. 이후 진공 조건하에서 구리로 표면 개질 된 아민 실리카 겔을 말려 분말형태의 구리로 표면 개질된 실리카 입자를 합성하였다.
<
실시예
5> 구리로 표면
개질된
실리카 입자를 이용하여 암모니아 가스 검출
특정양의 암모니아수를 500 mL 크기의 2구 둥근 바닥 플라스크에 넣는다. 한 쪽 구멍에는 제조예 4의 구리로 표면 개질된 실리카 입자를 이용하여 준비한 컬럼을 연결한다. 이 때 컬럼은 직경 5 mm인 것을 사용하였다. 한쪽 구멍은 고무 마개로 막은 뒤 섭씨 85 ~ 90 도로 가열하여 암모니아 가스를 발생시킨다. 이후 고무 마개로 막힌 부분으로 아르곤 가스를 흘려 보내 존재하는 암모니아 가스가 모두 준비된 컬럼으로 흘러가도록 한다. 이후 컬럼에 생기는 청색의 구리-암모니아 착물 색의 길이를 측정한다. 그 결과를 도 19 및 도 20으로 나타내었다.
Claims (13)
- 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 검출장치는 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 색상의 변화를 이용하는 유해가스 및 유해화학물질의 정성분석용인 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 검출장치는 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 색상의 길이 변화를 이용하는 유해가스 및 유해화학물질의 정량분석용인 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 장치는 기체상태의 시료에서 유해가스를 검출하는 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 장치는 수용액 상태 또는 혈액 상태의 시료에서 음이온 형태의 유해화학물질을 검출하는 것 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 유해가스 및 유해화학물질은 황화수소, 암모니아, 및 황화이온 중 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 금속 양이온은 납 이온, 은 이온 및 구리 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자는
1) 금속 양이온과 결합할 수 있는 표면 작용기가 도입된 실리카 입자를 제조하는 단계;
2) 상기 제조한 금속 양이온과 결합할 수 있는 표면 작용기가 도입된 실리카 입자를 금속 양이온을 포함하는 용액에 첨가한 후, 20 ~25℃의 실온에서 2 내지 4 시간 동안 교반하여 금속 양이온과 실리카 입자 표면의 표면 작용기를 반응시켜, 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 형성하는 단계;
3) 상기 2) 단계 후, 원심분리 및 물에 재분산하여 흡착되지 않은 금속 이온을 제거하는 단계; 및
4) 상기 3) 단계 후, 진공 조건하에서 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자를 건조시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출장치. - 유해가스 및 유해화학물질에 대한, 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 색상 변화를 이용하는 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출방법.
- 청구항 9에 있어서, 상기 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 색상의 변화를 이용하여 정성 분석을 하는 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출방법.
- 청구항 9에 있어서, 상기 금속 양이온으로 표면 개질된 실리카 입자의 색상 변화의 길이를 이용하여 정량 분석을 하는 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출방법.
- 청구항 9에 있어서, 상기 유해가스 및 유해화학물질은 황화수소, 암모니아, 및 황화이온 중 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출방법.
- 청구항 9에 있어서, 상기 금속 양이온은 납 이온, 은 이온 및 구리 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 유해가스 및 유해화학물질 검출방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120085415A KR101426820B1 (ko) | 2012-08-03 | 2012-08-03 | 색상 변화를 이용한 유해가스 및 유해화학물질 검출장치 및 그 검출방법 |
| PCT/KR2012/008170 WO2014021500A1 (ko) | 2012-08-03 | 2012-10-09 | 색상 변화를 이용한 유해가스 및 유해화학물질 검출장치 및 그 검출방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120085415A KR101426820B1 (ko) | 2012-08-03 | 2012-08-03 | 색상 변화를 이용한 유해가스 및 유해화학물질 검출장치 및 그 검출방법 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130148588A Division KR101522866B1 (ko) | 2013-12-02 | 2013-12-02 | 색상 변화를 이용한 암모니아 검출장치 및 그 검출방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140018752A true KR20140018752A (ko) | 2014-02-13 |
| KR101426820B1 KR101426820B1 (ko) | 2014-08-08 |
Family
ID=50028154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120085415A KR101426820B1 (ko) | 2012-08-03 | 2012-08-03 | 색상 변화를 이용한 유해가스 및 유해화학물질 검출장치 및 그 검출방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101426820B1 (ko) |
| WO (1) | WO2014021500A1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017155189A1 (ko) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 한국과학기술원 | 고온교반 및 급랭과정을 통해 얻어진 미세 아세트산 납 입자들이 결착된 황화수소가스 지시용 1차원 고분자 나노섬유 색변화 센서용 부재 및 그 제조방법 |
| KR20180088312A (ko) * | 2017-01-26 | 2018-08-03 | 주식회사 아모그린텍 | 가스센서용 섬유웹, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 가스센서 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101749734B1 (ko) | 2015-07-09 | 2017-06-22 | (주)옵토레인 | 유해가스 감지장치 및 그 방법 |
| KR101681630B1 (ko) | 2015-07-09 | 2016-12-01 | (주)옵토레인 | 유해가스 감지장치용 색차 데이터의 정량화 방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100385149B1 (ko) * | 2000-07-25 | 2003-05-22 | 박승국 | 알코올성 음료의 황화수소 측정기구 및 그 기구를이용하여 잔류유황원소를 측정하는 방법 |
| US7438875B2 (en) * | 2003-10-16 | 2008-10-21 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Method for reducing odor using metal-modified silica particles |
| US7959864B2 (en) * | 2007-10-26 | 2011-06-14 | Schlumberger Technology Corporation | Downhole spectroscopic hydrogen sulfide detection |
| US9052289B2 (en) * | 2010-12-13 | 2015-06-09 | Schlumberger Technology Corporation | Hydrogen sulfide (H2S) detection using functionalized nanoparticles |
-
2012
- 2012-08-03 KR KR1020120085415A patent/KR101426820B1/ko active IP Right Grant
- 2012-10-09 WO PCT/KR2012/008170 patent/WO2014021500A1/ko active Application Filing
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017155189A1 (ko) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 한국과학기술원 | 고온교반 및 급랭과정을 통해 얻어진 미세 아세트산 납 입자들이 결착된 황화수소가스 지시용 1차원 고분자 나노섬유 색변화 센서용 부재 및 그 제조방법 |
| US10613068B2 (en) | 2016-03-11 | 2020-04-07 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Colorimetric sensor material for detecting hydrogen sulfide gas, which includes one-dimensional polymer nanofiber coupled to lead acetate particles obtained by high temperature stirring and quenching, and method of the same |
| KR20180088312A (ko) * | 2017-01-26 | 2018-08-03 | 주식회사 아모그린텍 | 가스센서용 섬유웹, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 가스센서 |
| US11740184B2 (en) | 2017-01-26 | 2023-08-29 | Amogreentech Co., Ltd. | Fiber web for gas sensor, method for manufacturing same, and gas sensor comprising same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101426820B1 (ko) | 2014-08-08 |
| WO2014021500A1 (ko) | 2014-02-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kar | Pharmaceutical drug analysis | |
| Peng et al. | Flow injection microfluidic device with on-line fluorescent derivatization for the determination of Cr (III) and Cr (VI) in water samples after solid phase extraction | |
| Nyaba et al. | Speciation of inorganic selenium in environmental samples after suspended dispersive solid phase microextraction combined with inductively coupled plasma spectrometric determination | |
| KR101730801B1 (ko) | 크기가 제어된 비표지 금 나노입자를 이용한 6가 크롬 이온 검출용 선택적 비색검출센서 및 비색검출방법 | |
| KR20140018752A (ko) | 색상 변화를 이용한 유해가스 및 유해화학물질 검출장치 및 그 검출방법 | |
| Jamshidi et al. | Determination of some metal ions by flame-AAS after their preconcentration using sodium dodecyl sulfate coated alumina modified with 2-hydroxy-(3-((1-H-indol 3-yle) phenyl) methyl) 1-H-indol (2-HIYPMI) | |
| KR101522866B1 (ko) | 색상 변화를 이용한 암모니아 검출장치 및 그 검출방법 | |
| Shirkhanloo et al. | A lead analysis based on amine functionalized bimodal mesoporous silica nanoparticles in human biological samples by ultrasound assisted-ionic liquid trap-micro solid phase extraction | |
| Shen et al. | Xanthate decomposition in ore pulp under flotation conditions: Method development and effects of minerals on decomposition | |
| Muzikar et al. | A preconcentration system using polyamine Metalfix-Chelamine resin for the on-line determination of palladium (II) and platinum (IV) by inductively coupled plasma optical emission spectrometry | |
| Eilami et al. | Effective determination of trace residues of glibenclamide in urine samples using dispersive micro solid-phase extraction and its final detection by chromatographic analysis | |
| Wu et al. | Sol‐gel zirconia coating capillary microextraction on‐line hyphenated with inductively coupled plasma mass spectrometry for the determination of Cr, Cu, Cd and Pb in biological samples | |
| Zare-Dorabei et al. | Lanthanum (III) ion determination by a new design optical sensor | |
| Afkhami et al. | Indirect determination of sulfide by cold vapor atomic absorption spectrometry | |
| KR101681110B1 (ko) | 표면 개질 나노 입자, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 구리 이온(ii)의 비색 검출 센서 및 비색 검출 방법 | |
| Ghodake et al. | Mechanistic study of colorimetric and absorbance sensor developed for trivalent yttrium (Y3+) using chlortetracycline-functionalized silver nanoparticles | |
| CN103424388B (zh) | 一种tnt比色荧光检测探针及其应用方法 | |
| CN101169389A (zh) | 一种快速测定溶液中三硝基甲苯或黑索金的方法 | |
| KR101708746B1 (ko) | 티오글리콜산으로 표면개질된 금 나노입자를 이용한 3가 크롬 및 6가 크롬 이온의 분별검출용 비색센서용액 및 비색검출방법 | |
| Chirila et al. | Analytical approaches for sampling and sample preparation for heavy metals analysis in biological materials | |
| Rezaei et al. | Preconcentration of thallium (III) with 2, 6-bis (N-phenyl carbamoyl) pyridine on microcrystalline naphthalene prior to its trace determination in human serum spectrophotometrically | |
| Beiraghi et al. | A selective optical sensor for beryllium determination based on incorporating of 1, 8-dihydroxyanthrone in a poly (vinyl chloride) membrane | |
| Tora et al. | Screening of some transition metal ions and quantitative determination of copper, cadmium and zinc by solid phase derivative spectrophotometry | |
| Morosanova et al. | Length-of-stain indicator tubes for the determination of metals in water and solutions | |
| JP5255062B2 (ja) | 化学物質または生物学的物質の検出のための装置、ならびに該機器を洗浄するための方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180731 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200130 Year of fee payment: 6 |