KR20140101995A - Portable stick type amperometric ion sensor using liquid/gel interface - Google Patents

Portable stick type amperometric ion sensor using liquid/gel interface Download PDF

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KR20140101995A
KR20140101995A KR1020130015327A KR20130015327A KR20140101995A KR 20140101995 A KR20140101995 A KR 20140101995A KR 1020130015327 A KR1020130015327 A KR 1020130015327A KR 20130015327 A KR20130015327 A KR 20130015327A KR 20140101995 A KR20140101995 A KR 20140101995A
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Abstract

The present invention relates to a portable stick type ion sensor. According to the present invention, the portable stick type ion sensor comprises: a sensor head having the form of a cylinder or faceted cylinder whose lower part is closed by a lower side and upper part is opened to have a first inside space filled with an auxiliary electrolyte solution, and having the first inside space and a through hole for communicating with the outside in the lower part; a sensor body equipped in the form of a cylinder or faceted cylinder having a second inside space in the form of penetrating whose upper and lower parts are opened, and whose lower side is inserting-combined or screw-combined with the upper part of the sensor head; an ion-selective film consisting of a synthetic resin film material having holes of a micro-size, having an organic gel layer formed to fill the holes of a micro-size with organic gel in one side, and bonded to cover the through hole in the lower side of the first inside space; an inner electrode inserted into the first inside space through the second inside space from an upper part of the sensor body, and arranged to be in contact with the auxiliary electrolyte solution; and an outer electrode arranged along a longitudinal direction along the outside of the sensor head and the sensor body from the upper part of the sensor body to the lower part of the sensor head. According to the present invention, the portable stick type ion sensor has the advantage of being easily carried; improving the measure efficiency since sensing is easy; and measuring in real time anywhere an analyzing solution exists including a laboratory.

Description

액체/젤 계면을 이용한 전류법 기반의 휴대용 스틱형 이온센서{PORTABLE STICK TYPE AMPEROMETRIC ION SENSOR USING LIQUID/GEL INTERFACE} PORTABLE STICK TYPE AMPEROMETRIC ION SENSOR USING LIQUID / GEL INTERFACE <br> <br> <br> Patents - stay tuned to the technology PORTABLE STICK TYPE AMPEROMETRIC ION SENSOR USING LIQUID /

본 발명은 액체/젤 계면을 이용한 전류법 기반의 휴대용 스틱형 이온센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 액체/젤 계면을 이용한 전류법 기반의 센서로, 적은비용으로 간편하게 제조가 가능하며, 휴대가 용이하여 실시간으로 현장에서 센싱이 가능한 액체/젤 계면을 이용한 전류법 기반의 휴대용 스틱형 이온센서에 관한 것이다.The present invention relates to a current stick type portable stick type ion sensor using a liquid / gel interface, more specifically, a current sensor based on a liquid / gel interface, To a portable stick type ion sensor based on a current method using a liquid / gel interface capable of real-time sensing in the field.

일반적으로 이온센서는 분석시료 내의 특정한 이온에 감응하여 그 이온의 농도와 활성에 부응한 전압(또는 전위)을 감지하여 분석할 수 있는 센서를 말한다.In general, an ion sensor refers to a sensor capable of sensing and analyzing a voltage (or potential) in response to a specific ion in an analytical sample and responding to the concentration and activity of the ion.

이러한 이온센서는 이온선택성막(ion-selective membrane)에 발생되는 막전위를 측정하여 표시하게 된다. 상기 이온선택성 막은 분석시료에 직접적으로 접하여 특정이온을 감지함으로써 막을 경계로 하여 전위차를 발생시키는 막이다.These ion sensors measure and display the membrane potential generated on the ion-selective membrane. The ion-selective membrane is a membrane which directly contacts an analytical sample and detects a specific ion to generate a potential difference with the membrane as a boundary.

임상 및 환경분야의 분석기기에 사용되는 전위차 이온 센서는 액체 접촉형, 고체형 및 전기장 효과 트랜지스터형이 있다. 이들 중 전류측정법을 이용하는 센서에는 액체 접촉형 이온 센서가 일반적으로 사용된다.Potentiometric ion sensors used in clinical and environmental analytical instruments are liquid contact, solid and field effect transistor types. Among these, liquid contact type ion sensors are generally used for the sensors using the current measurement method.

상기 액체접촉형 이온 센서의 경우 일반적으로 혼합되지 않은 두 액체가 이온과의 접촉을 불러일으킬 때, 계면 사이에 Galvani potential의 차이를 발생시키는 용매화의 자유에너지 때문에 두 상의 분리가 일어나게 되므로, 한쪽 상에서 다른 쪽으로의 이동은 일어나지 않는다. 극성을 띈 계면은 한쪽 상에서 다른 상으로 이온이 이동하기 위해 요구되는 자유에너지를 제공하고, 이 가역적인 과정으로 산화-환원 불활성 화합물(redox inactive compound)과 같은 이온성 물질을 전류법에 의존하여 검출하는 센싱 플랫폼(sensing platform)을 만들 수도 있다. 계면에서 이온 이동 반응 특성을 조사하기 위해 수용액상에 기준 농도의 Tetramethyl ammonium(TMA+) 이온 등을 넣고 전압을 걸어주면 이 이온의 Gibbs 자유 이동에너지(Gibbs transfer Energy)에 해당하는 전압에서 이 이온은 수용액상에서 유기상으로 이동하고 또한 반대의 전압을 걸어주면 유기상에서 수용액상으로 이동하게 되는 것이다. 이때 이온이 이동하는 특정 전압에서 이동한 이온의 수 (또는 농도)에 따라 측정하는 전류값이 달라지게 되고, 특히 전류의 양과 이온의 농도가 정비례 관계를 유지하기 때문에 유용한 이온 센서로서 활용될 수 있다. In the case of the liquid-contact type ion sensor, when two unmixed liquids are brought into contact with ions, separation of two phases occurs due to the free energy of solvation, which causes a difference in Galvani potential between the interfaces. Movement to the other side does not occur. The polarized interface provides the free energy required for ions to migrate from one side to the other, and this reversible process allows ionic materials such as redox inactive compounds to be detected A sensing platform may be created. In order to investigate the ion transfer reaction characteristics at the interface, if a reference concentration of Tetramethyl ammonium (TMA +) ion is added to the aqueous solution and the voltage is applied, the ion at a voltage corresponding to the Gibbs transfer energy of the ion, The organic phase is moved to the organic phase and the opposite voltage is applied to the organic phase. In this case, the current value measured according to the number (or concentration) of ions moved at a specific voltage at which ions move is different. In particular, since the amount of current and the concentration of ions maintain a direct proportional relationship, they can be used as useful ion sensors .

그러나 이러한 이온센서는 실험실 내에 설치되어 휴대가 불가능하여 분석용액을 실험실로 가져와서 측정을 하여야 하는 불편함이 존재하였다. However, such an ion sensor is installed in a laboratory and can not be carried. Therefore, it is inconvenient to take an analysis solution to a laboratory for measurement.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 액체/젤 계면을 이용한 전류법 기반의 휴대용 스틱형 이온센서를 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a portable stick type ion sensor based on a current method using a liquid / gel interface capable of overcoming the above-described conventional problems.

본 발명의 다른 목적은 휴대가 용이하고, 센싱이 용이하여 측정효율을 높일 수 있는 액체/젤 계면을 이용한 전류법 기반의 휴대용 스틱형 이온센서를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a portable stick-type ion sensor based on a current method using a liquid / gel interface which is easy to carry and can be easily sensed to increase measurement efficiency.

본 발명의 또 다른 목적은 실험실을 포함하여 분석용액이 존재하는 곳이면 어느 곳에서나 측정이 가능한 액체/젤 계면을 이용한 전류법 기반의 휴대용 스틱형 이온센서를 제공하는 데 있다. It is still another object of the present invention to provide a current stick type portable stick type ion sensor using a liquid / gel interface capable of measuring at any place where an analysis solution exists, including a laboratory.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 휴대용 스틱형 이온 센서는, 보조전해질용액이 채워지는 제1내부공간을 가지도록 하부는 하부면에 의해 폐쇄되고 상부는 오픈되는 원통형 또는 다각기둥 형상을 가지며, 상기 하부면에는 상기 제1내부공간과 외부와의 소통을 위한 관통홀이 형성된 센서 헤드와; 상부 및 하부가 오픈되는 관통구조의 제2내부공간을 가지는 원통형 또는 다각기둥 형상으로 구비되며, 하부측이 상기 센서헤드의 상부측과 끼움결합 또는 나사결합되는 센서 몸체와; 마이크로 사이즈의 홀이 형성된 합성수지 필름 재질로 구성되고, 일면에는 상기 마이크로 사이즈의 홀에 유기성젤이 채워지도록 유기성젤층이 형성되며, 상기 제1내부공간의 하부면에 상기 관통홀을 덮도록 접착되는 이온선택성막과; 상기 센서 몸체의 상부쪽에서 상기 제2내부공간을 통해 상기 제1내부공간까지 삽입되어 상기 보조전해질 용액과 접촉되도록 배치되는 내부전극과; 상기 센서몸체의 상부쪽에서 상기 센서헤드의 하부 쪽까지 상기 센서몸체 및 상기 센서헤드의 외부면을 따라 길이방향으로 길게 배치되는 외부전극을 구비한다.According to an embodiment of the present invention, a portable stick type ion sensor according to the present invention has a first inner space filled with an auxiliary electrolyte solution, a lower portion thereof is closed by a lower surface, A sensor head having a cylindrical or polygonal columnar opening and having a through hole for communicating the first inner space with the outside on the lower surface; A sensor body having a cylindrical or polygonal prismatic shape having a second inner space having a through-hole with upper and lower openings, the lower side of which is fitted or screwed into an upper side of the sensor head; And an organic gel layer is formed on one surface of the micro-sized hole so as to fill the micro-sized hole with an organic gel, and ions bonded to the lower surface of the first internal space to cover the through- A selective film formation; An internal electrode inserted from the upper side of the sensor body through the second internal space to the first internal space and arranged to be in contact with the auxiliary electrolyte solution; And an external electrode extending in the longitudinal direction along the external surface of the sensor body and the sensor head from the upper side of the sensor body to the lower side of the sensor head.

상기 외부전극은, 상기 센서몸체의 상부쪽에서 상기 센서헤드의 하부 쪽까지 상기 센서몸체 및 상기 센서헤드의 외부면에 길이방향으로 길게 형성된 삽입홈에 삽입되는 구조를 가질 수 있다.The outer electrode may be inserted into an insertion groove formed in the longitudinal direction of the sensor body and the outer surface of the sensor head from the upper side of the sensor body to the lower side of the sensor head.

상기 내부전극은 상기 이온선택성막 및 상기 유기성젤층과 접촉되지 않도록 배치될 수 있다.The internal electrode may be disposed so as not to be in contact with the ion selective film and the organic gel layer.

상기 마이크로 사이즈의 홀은 반경이 5 내지 140㎛일 수 있다.The micro-sized hole may have a radius of 5 to 140 mu m.

상기 센서헤드 및 상기 센서 몸체는 투명 플라스틱 재질을 가질 수 있다.The sensor head and the sensor body may have a transparent plastic material.

상기 이온선택성 막을 구성하는 상기 합성수지 필름은, 폴리염화비닐수지 (polyvinylchloride, PVC), 폴리염화비닐리덴(polyvinyllidene chloride, PVDC), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중에서 선택된 적어도 하나의 재질을 가질 수 있다.The synthetic resin film constituting the ion selective film may be made of polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC), low density polyethylene, polyethylene terephthalate (PET) And the like.

상기 유기성젤층은, 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC) 및 2-nitrophenyl octyl ether(NPOE)의 혼합 재질을 가질 수 있다.The organic gel layer may have a mixed material of polyvinylchloride (PVC) and 2-nitrophenyl octyl ether (NPOE).

상기 내부전극 및 상기 외부전극은 AgCl 로 코딩된 은(Ag) 재질을 가질 수 있다.The inner electrode and the outer electrode may have a silver (Ag) material coded with AgCl.

상기 유기성젤층은 이온선택성 막의 양면 중 상기 제1내부공간으로 노출된 면에 형성될 수 있다.  The organic gel layer may be formed on both surfaces of the ion selective membrane exposed to the first internal space.

본 발명에 따르면, 휴대가 용이하고, 센싱이 용이하여 측정효율을 높일 수 있으며, 실험실을 포함하여 분석용액이 존재하는 곳이면 어느 곳에서나 실시간으로 측정이 가능한 장점이 있다.According to the present invention, it is possible to carry out measurement easily in a portable manner, to increase the measurement efficiency by easy sensing, and to measure in real time at any place where an analysis solution including a laboratory exists.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스틱형 이온센서의 분해사시도이고,
도 2는 도 1의 결합사시도이고,
도 3은 도 1의 단면도이고,
도 4는 도 2의 단면도이고,
도 5는 도 1 내지 도 4의 스틱형 이온센서를 이용한 측정과정을 나타낸 도면이고,
도 6은 도 1 내지 도 4의 스틱형 센서를 이용한 퍼클로레이트(ClO4-) 농도 변화에 따른 CV 전류측정신호 변화를 나타낸 그래프이다.1 is an exploded perspective view of a portable stick type ion sensor according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a perspective view of FIG. 1,
Fig. 3 is a cross-sectional view of Fig. 1,
Fig. 4 is a cross-sectional view of Fig. 2,
FIG. 5 is a view showing a measurement process using the stick type ion sensor of FIGS. 1 to 4,
FIG. 6 is a graph showing changes in the CV current measurement signal according to the concentration of perchlorate (ClO 4 -) using the stick type sensor of FIGS. 1 to 4.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings without intending to intend to provide a thorough understanding of the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스틱형 이온센서(100)의 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 결합사시도이고, 도 3은 도 1의 단면도이고, 도 4는 도 2의 단면도이다. 1 is an exploded perspective view of a portable stick type ion sensor 100 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an assembled perspective view of FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view of FIG. 1, to be.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스틱형 이온센서(100)는 센서헤드(110), 센서몸체(120), 이온선택성막(130), 유기성젤층(140), 내부전극(150) 및 외부전극(160)을 구비한다.1 to 4, a portable stick type ion sensor 100 according to an embodiment of the present invention includes a sensor head 110, a sensor body 120, an ion selective film 130, an organic gel layer 140, an internal electrode 150, and an external electrode 160.

상기 센서헤드(110)는 하부는 하부면에 폐쇄되고 상부는 오픈되는 제1내부공간(112)을 가지는 원통형 또는 다각기둥 형상으로 형성되되, 상기 센서헤드(110)의 하부면에는 관통홀(116)이 형성된 구조를 가진다.  The sensor head 110 is formed in a cylindrical or polygonal shape having a first internal space 112 which is closed at a lower surface and opened at an upper portion. The sensor head 110 has a through hole 116 ) Are formed.

상기 관통홀(116)은 상기 제1내부공간(112)과 상기 센서헤드(110)와의 소통을 위한 것으로, 상기 제1내부공간(112)의 바닥면(또는 상기 센서헤드(110)의 내부 하부면)에서 상기 센서헤드(110)의 외부 하부면까지 관통하는 형태로 형성된다.The through hole 116 is for communication between the first internal space 112 and the sensor head 110. The through hole 116 is formed on the bottom surface of the first internal space 112 (I.e., the surface of the sensor head 110).

상기 제1내부공간(122) 내에는 상기 이온선택성막(130) 및 상기 유기성 젤층(140)이 형성되고, 보조전해질 용액(125)이 채워지게 된다. The ion selective film 130 and the organic gel layer 140 are formed in the first internal space 122 and the auxiliary electrolyte solution 125 is filled.

상기 보조전해질 용액(125)은 후술하는 상기 유기성젤층(140)을 안정하게 보조해주기 위한 유기 전해질 용액으로, TBACl 또는 BTPPACl 등이 사용될 수 있으나 이외에 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 통상의 기술자에게 잘 알려진 유기전해질 용액이 사용될 수 있다. The auxiliary electrolyte solution 125 is an organic electrolyte solution for stably assisting the organic gel layer 140 to be described later, and TBACl or BTPPACl may be used. In addition, the auxiliary electrolyte solution 125 may be an ordinary electrolyte solution having a common knowledge in the art. Organic electrolyte solutions well known to the skilled artisan may be used.

상기 보조전해질 용액(125)은 상기 제1내부공간(122) 전체 공간 모두를 채우도록 구비되는 것도 가능하고, 일부분을 채우도록 구비되는 것도 가능하다. 또한 상기 센서헤드(110)가 상기 센서몸체(120)와 결합되는 경우에, 상기 센서몸체(120)의 제2내부공간(122)의 일부까지 채워지는 것도 가능하다.The auxiliary electrolyte solution 125 may be filled to fill the entire space of the first internal space 122, or may be filled to fill a part thereof. It is also possible to fill up a part of the second internal space 122 of the sensor body 120 when the sensor head 110 is coupled to the sensor body 120.

상기 센서헤드(110)의 내부하부면(상기 제1내부공간(112)의 하부면)은 후술하는 이온선택성막(150)이 접착되고 지지되어야 하므로, 상기 관통홀(116)은 상기 센서헤드(110)의 내부 하부면 전체를 차지하지 않도록 상기 센서헤드(110)의 내부 하부면 중심부분에 형성될 수 있다. Since the ion selectable film 150 to be described later is adhered and supported, the inner bottom surface of the sensor head 110 (the lower surface of the first inner space 112) 110 may be formed at the central portion of the inner lower surface of the sensor head 110 so as not to occupy the entire lower surface of the sensor head 110.

상기 센서몸체(120)와의 나사결합을 위해 상기 센서헤드(110)의 상부 외주면에는 나사산(114)이 형성될 수 있으며, 이에 대응하여 상기 센서몸체(120)의 하부쪽 내주면에도 나사산(124)이 형성되어, 상기 센서헤드(110)의 상부쪽과 상기 센서헤드(120)의 하부쪽이 나사결합방식으로 결합되도록 할 수 있다. 다른 실시예로, 상기 센서헤드(110)의 상부쪽의 직경을 하부의 직경보다 작게 하여, 상기 센서헤드(110)의 상부쪽이 상기 센서몸체(120)의 하부에 끼워지도록 하는 끼움결합방식으로 결합되도록 하여 상기 센서헤드(110)의 상부쪽 외주면이 상기 센서몸체(120)의 하부쪽 내주면과 밀착접촉하도록 할 수 있다.A thread 114 may be formed on the outer circumferential surface of the sensor head 110 for screw connection with the sensor body 120 and a thread 124 may be formed on the inner circumferential surface of the sensor body 120, So that the upper portion of the sensor head 110 and the lower portion of the sensor head 120 can be coupled in a screw-coupled manner. In another embodiment, the upper portion of the sensor head 110 may be inserted into the lower portion of the sensor body 120 while the upper portion of the sensor head 110 may be smaller in diameter than the lower portion. So that the upper outer peripheral surface of the sensor head 110 can be in intimate contact with the lower inner peripheral surface of the sensor body 120.

상기 센서몸체(120)는 상부 및 하부가 오픈되는 관통구조의 제2내부공간(122)을 가지는 원통형 또는 다각기둥 형상으로 구비될 수 있다. 즉 상부에서 하부까지 내부가 관통되는 관통구조의 원통형 또는 다각기둥 형상을 가질 수 있다. 상기 센서몸체(120)는 휴대가 용이해야 하므로, 사용자의 취급이 용이하도록 손으로 잡을 수 있을 정도의 직경을 가질 수 있다. The sensor body 120 may have a cylindrical shape or a polygonal shape with a second internal space 122 having a through-hole in which upper and lower portions are opened. That is, a cylindrical shape or a polygonal columnar shape with a through-hole penetrating from the upper part to the lower part. Since the sensor body 120 should be easy to carry, the sensor body 120 may have a diameter enough to be held by a hand for easy handling by a user.

상기 제2내부공간(122)의 상부쪽 입구(122a)는 상기 내부전극(150)이 삽입될 수 있을 정도의 사이즈를 가지면 되므로, 상기 제2내부공간(122)의 사이즈(폭 또는 직경)보다는 작게 형성될 수 있다. 또한 상기 제2내부공간(122)의 상부쪽 입구(122a)는 상기 내부전극(150)의 교체를 원활하게 하기 위해 상기 내부전극(150)의 직경보다는 더 크게 형성할 수 있다. Since the upper inlet 122a of the second internal space 122 has a size enough to allow the internal electrode 150 to be inserted therein, the size of the second internal space 122 (width or diameter) It can be formed small. An upper opening 122a of the second internal space 122 may be formed to be larger than a diameter of the internal electrode 150 to facilitate replacement of the internal electrode 150.

또한 상기 제2내부공간(122)은 상부쪽 입구(122a)를 제외하고, 상기 제1내부공간(112)의 폭이나 직경과 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다. 이는 상기 보조전해질용액이 상기 제2내부공간(122)까지 확장되어 채워질 수 있기 때문이다. 이와 달리, 상기 제2내부공간(122)이 상기 내부전극(150)의 삽입용도로만 이용되는 경우에는 상기 내부전극(150)의 삽입이 용이한 정도의 사이즈만 가지면 될 것이다.The second inner space 122 may be formed to be equal to or similar to the width or diameter of the first inner space 112, except for the upper inlet 122a. This is because the auxiliary electrolyte solution can be expanded to fill the second internal space 122. Alternatively, when the second internal space 122 is used only for inserting the internal electrode 150, the internal electrode 150 may have a size that facilitates insertion of the internal electrode 150.

이미 설명한 바와 같이, 상기 센서몸체(120)의 하부쪽 내주면(상기 제2내부공간(122)의 하부쪽 내주면)에는 상기 센서헤드(110)와의 나사결합을 위한 나사산(124)이 형성될 수 있다. A screw thread 124 for screw connection with the sensor head 110 may be formed on the lower inner circumferential surface of the sensor body 120 (the inner circumferential surface of the second inner space 122) .

상기 센서헤드(110) 및 상기 센서 몸체(120)는 내부관찰이 용이하도록 투명 플라스틱 재질을 가질 수 있다. The sensor head 110 and the sensor body 120 may have a transparent plastic material for easy observation.

상기 이온선택성막(130)은 마이크로 사이즈의 홀이 형성된 합성수지 필름 재질로 구성되어, 상기 센서헤드(110)의 내부 하부면(제1내부공간(112)의 바닥면(하부면))에 상기 관통홀(116)을 덥도록 접착된다.The ion selective film 130 is made of a synthetic resin film material having micro-sized holes. The ion selective film 130 is inserted into the inner bottom surface (the bottom surface (lower surface) of the first internal space 112) And is adhered to cover the hole 116.

상기 이온선택성 막(130)을 구성하는 합성수지 필름은, 폴리염화비닐수지 (polyvinylchloride, PVC), 폴리염화비닐리덴(polyvinyllidene chloride, PVDC), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중에서 선택된 적어도 하나의 재질을 가질 수 있다. 대표적으로 친환경적 다공성 고분자 필름인 PET 필름이 이용될 수 있다.The synthetic resin film constituting the ion-selective membrane 130 may be made of polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC), low density polyethylene, and polyethylene terephthalate , PET). &Lt; / RTI &gt; Typically, a PET film which is an environmentally friendly porous polymer film may be used.

상기 이온선택성 막(130)은 적당한 사이즈의 합성수지 필름에 마이크로 사이즈의 홀을 형성하여 마이크로 계면을 형성하게 된다. 상기 마이크로 사이즈 홀(130a)은 반경이 5 내지 140㎛의 사이즈를 가질 수 있으며, 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다.The ion selective film 130 forms a micro-sized hole in a synthetic resin film of an appropriate size to form a micro interface. The micro-sized hole 130a may have a radius of 5 to 140 占 퐉 and may have a circular or elliptical shape.

상기 이온선택성 막(130)은 상기 마이크로 사이즈의 홀(130a)이 상기 관통홀(116)과 중첩되도록 상기 센서헤드(110)의 내부 하부면(제1내부공간(112)의 바닥면(하부면))에 접착될 수 있다.The ion selective membrane 130 is disposed on the bottom surface of the sensor head 110 so that the micro-sized hole 130a overlaps the through hole 116 ).

상기 유기성젤층(140)은 상기 이온선택성 막(130)의 일면에 형성되는 층으로, 상기 마이크로 사이즈의 홀(130a)을 덮도록 형성된다. 상기 유기성젤 층(140)은 이온선택성 막(130)의 양면 중 상기 제1내부공간(112)으로 노출된 면에 형성된다. The organic gel layer 140 is formed on one surface of the ion selective film 130 and covers the micro-sized hole 130a. The organic gel layer 140 is formed on both surfaces of the ion selective film 130 and exposed to the first internal space 112.

상기 유기성젤층(140)은 2-nitrophenyl octyl ether(NPOE)의 유기용매에 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC) 용액을 첨가한 재질로 형성될 수 있으나, 이외에 통상의 기술자에게 잘 알려진 물질을 이용하여 상기 유기성젤층(140)을 형성하는 것도 가능하다. 상기 유기성젤층(140)은 이외에 이온감지물질(ionophore)이나 보조전해질 용액이 더 혼합될 수 있다. The organic gel layer 140 may be formed by adding a polyvinylchloride (PVC) solution to an organic solvent of 2-nitrophenyl octyl ether (NPOE). Alternatively, the organic gel layer 140 may be formed using a material well- It is also possible to form the organic gel layer 140. The organic gel layer 140 may further include an ionophore or an auxiliary electrolyte solution.

상기 유기 용매는 니트로페닐옥틸에테르, 아디페이트류 (adipate group), 말리에이트류 (maleate group), 올리에이트류 (oleate group), 파라핀류 (paraffin group), 포스페이트류 (phosphate group), 프탈레이트류(phthalate group), 세바케이트류 (sebacate group) 및 스테아레이트류 (stearate group)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일수도 있으나, 대표적으로 2-nitrophenyl octyl ether(NPOE)이 사용될 수 있다.The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of nitrophenyl octyl ether, adipate group, maleate group, oleate group, paraffin group, phosphate group, phthalate group, sebacate group, and stearate group. Typically, 2-nitrophenyl octyl ether (NPOE) may be used.

상기 유기 용매는 가소제(plasticizer)의 역할을 하여 상기 유기성 젤층(140) 및 상기 이온선택성 막(130)이 유연성을 가지면서 경화되도록 한다. 상기 이온감지물질(ionophore)은 분석하고자 하는 이온과 공유결합, 배위결합 반응 또는 이온교환 반응 등을 일으키는 물질이다. 바람직하게는 상기 이온감지물질은 사급 암모늄염(quaternary ammonium salt), 발리노마이신(valinomycin), 발리노마이신 유도체, 모넨신(monensin), 노낙틴(nonactin), 노낙틴 유도체, 삼급아민(tertiary amine), 금속포피린(metal porphyrin), 금속프탈로시아닌 (metal phthalocyanine), 트리플루오로아 세토페논 (trifluoroacetophenone), 트리플루오로아세토페논 유도체, 크라운에테르(crown ether), 다이벤조-18-크라운-6 (dibenzo-18-crown-6), 유기인계 이온감지물질, 유기주석계 이온감지물질, ETH1778, ETH1062, ETH1001, ETH129, ETH149, ETH1644, ETH1117, ETH5214, ETH227 및 ETH157로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 사급암모늄염은 트리도데실메틸암모늄클로라이드(tridodecylmethylammonium chloride; TDMAC)이고, 상기 트리플루오로아세토페논 유도체는 트리플루오로아세틸-p-데실벤젠 (trifluoroacetyl-p-decylbenzene; TFADB)이다.The organic solvent acts as a plasticizer so that the organic gel layer 140 and the ion-selective membrane 130 are cured with flexibility. The ionophore is a substance causing a covalent bond, a coordination bond reaction, or an ion exchange reaction with an ion to be analyzed. Preferably, the ion sensing material is selected from the group consisting of quaternary ammonium salts, valinomycin, valenomycin derivatives, monensin, nonactin, novotine derivatives, tertiary amines, Metal porphyrin, metal phthalocyanine, trifluoroacetophenone, trifluoroacetophenone derivatives, crown ether, dibenzo-18-crown-6 -crown-6), organophosphorus ion sensing material, organic scintillation ion sensing material, at least one selected from the group consisting of ETH1778, ETH1062, ETH1001, ETH129, ETH149, ETH1644, ETH1117, ETH5214, ETH227 and ETH157 It is not. The quaternary ammonium salt is tridodecylmethylammonium chloride (TDMAC), and the trifluoroacetophenone derivative is trifluoroacetyl-p-decylbenzene (TFADB).

상기 이온감지물질은 주로 친수성의 이온이 계면을 이동할 때 필요한 Gibbs 자유 이동에너지를 낮아지게 하므로 반응이 아주 빠르게 진행되기 때문에 계면의 이온 교차 신호가 가시적으로 드러나게 할 뿐 아니라 특정 이온만 선택적으로 전이시킬 수 있는 역할을 한다. Since the ion sensing material mainly lowers the Gibbs free movement energy required when the hydrophilic ion moves at the interface, the reaction proceeds very rapidly, so that not only the ion crossing signal at the interface is visible, but also the selective ion can be selectively transferred .

지지체 역할을 하는 고분자인 상기 폴리염화비닐은 1 내지 5중량%의 반고체화 용액인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The polyvinyl chloride, which is a polymer serving as a support, is preferably a semi-solidifying solution of 1 to 5% by weight, but is not limited thereto.

상기 폴리염화비닐을 유기 용매에 함께 넣고 용해시키면 유기성 젤이 제조된다. 제조된 유기성 젤을 가열하여 액체로 만든 뒤 상기 센서헤드(110)에 접착된 상기 이온선택성막(130) 위에다가 올려놓고 8시간 이상 굳히게 되면, 상기 유기성젤층(140)이 완성되게 된다. The polyvinyl chloride is dissolved in an organic solvent to prepare an organic gel. The prepared organic gel is heated to be made into a liquid, and then placed on the ion selective film 130 bonded to the sensor head 110. After the organic gel is hardened for 8 hours or more, the organic gel layer 140 is completed.

상기 유기성 젤을 상기 이온선택성 막(130) 위에 올려놓고 응고시키게 되면, 응고되는 동안에, 유기성 젤이 상기 마이크로 사이즈의 홀(130a) 안으로 스며들어 응고되게 되고, 응고되면서 젤화(gelation)되게 된다. 젤화 과정에서 입자가 응집하거나 서로 엉켜 젤화됨으로써 삼차원적 그물 구조의 고분자 물질을 형성한다. 생성된 삼차원적 그물 구조의 고분자물질은 이온선택성 막의 지지체가 되고, 상기 이온감지물질은 상기 삼차원적 그물구조를 갖는 지지체 내부에 포획되게 된다. 상기 지지체 내부에 포획된 이온감지물질은 막 활성물질로서의 기능을 한다.When the organic gel is placed on the ion selective membrane 130 and solidified, the organic gel seeps into the micro-sized hole 130a during solidification, and is solidified and gelated. During the gelation process, the particles aggregate or become entangled with each other to form a gel, thereby forming a polymer material having a three-dimensional network structure. The resulting polymer material having a three-dimensional net structure serves as a support for the ion selective membrane, and the ion sensing material is captured inside the support having the three-dimensional net structure. The ion sensing material captured inside the support functions as a membrane active material.

상술한 젤화과정을 거쳐 상기 유기성젤층(140)이 형성된 이온선택성막(130)이 완성되게 된다.The ion selective film 130 on which the organic gel layer 140 is formed is completed through the above-described gelation process.

상기 보조전해질용액(125)은 상기 이온선택성막(130) 및 상기 유기성 젤층(140)이 형성된 이후에 상기 제1내부공간(112)에 채워지게 된다. The auxiliary electrolyte solution 125 is filled in the first internal space 112 after the ion selective film 130 and the organic gel layer 140 are formed.

상기 내부전극(150)은 상기 센서몸체(120)와 상기 센서헤드(110)가 결합된 상태에서, 상기 센서 몸체(120)의 상부쪽의 입구(122a)을 통해 상기 제2내부공간(122)으로 삽입되고, 상기 제2내부공간(122)를 통해 상기 제1내부공간(112)까지 삽입되어 상기 보조전해질 용액(125)과 접촉되도록 배치되게 된다.The internal electrode 150 is connected to the second internal space 122 through an inlet 122a on an upper side of the sensor body 120 in a state where the sensor body 120 and the sensor head 110 are coupled, And inserted into the first internal space 112 through the second internal space 122 to be in contact with the auxiliary electrolyte solution 125.

상기 내부전극(150)은 AgCl 로 코딩된 은(Ag) 와이어 재질을 가질 수 있다. The internal electrode 150 may have a silver (Ag) wire material coded with AgCl.

상기 내부전극(150)은 상기 유기성젤층(140) 및 이온선택성막(130)과 접촉하지 않도록 배치되어야 하며, 상기 내부전극(150)의 길이가 길 경우에는 끝부분을 구부리는 방법이 사용될 수 있다. The internal electrode 150 should be disposed so as not to contact the organic gel layer 140 and the ion selective film 130 and the end portion may be bent when the internal electrode 150 is long .

상기 외부전극(160)은 상기 센서몸체(120)와 상기 센서헤드(110)가 결합된 상태에서, 상기 센서 몸체(120)의 상부쪽에서 상기 센서헤드(110)의 하부 쪽까지 상기 센서몸체(120) 및 상기 센서헤드(110)의 외부면을 따라 길이방향으로 길게 배치되게 된다.The external electrode 160 is connected to the sensor body 120 from the upper side of the sensor body 120 to the lower side of the sensor head 110 in a state where the sensor body 120 and the sensor head 110 are coupled, And the sensor head 110 in the longitudinal direction.

상기 외부전극(160)은 AgCl 로 코딩된 은(Ag) 와이어 재질을 가질 수 있다. The external electrode 160 may have a silver (Ag) wire material coded with AgCl.

상기 휴대용 스틱형 이온센서(100)는 하부쪽을 분석용액에 담그어 센싱을 수행하므로, 상기 외부전극(160)은 분석용액에 접촉이 가능하도록, 상기 센서헤드(110)의 하부면까지 연장 배치되어야 한다. Since the portable stick type ion sensor 100 performs sensing by immersing the lower side in the analysis solution, the external electrode 160 is extended to the lower surface of the sensor head 110 so as to be in contact with the analysis solution do.

상기 외부전극(160)의 원활한 배치를 위해, 상기 센서몸체(120) 및 상기 센서헤드(110)의 외부면에는 길이방향으로 길게 삽입홈(170)이 형성될 수 있다. 상기 삽입홈(170)은 상기 센서몸체(120)의 상부쪽에서 상기 센서헤드(110)의 하부 쪽까지 연장되어 형성되고, 상기 삽입홈(170)에 상기 외부전극(160)이 삽입되어 끼워져 고정될 수 있다. An insertion groove 170 may be formed on the outer surface of the sensor body 120 and the sensor head 110 in the longitudinal direction for smooth disposition of the external electrode 160. The insertion groove 170 is formed to extend from the upper side of the sensor body 120 to the lower side of the sensor head 110 and the external electrode 160 is inserted into the insertion groove 170, .

상기 내부전극(150) 및 상기 외부전극(160)은 상기 센서몸체(120)의 상부에 분리가능하도록 결합되는 전극지지체(180)와 연결되는 구조를 가질 수 있다.The internal electrode 150 and the external electrode 160 may be connected to an electrode support 180 detachably coupled to the upper portion of the sensor body 120.

상기 전극지지체(180)의 상부에는 상기 내부전극(150)의 외부연결을 위한 내부단자(150a) 및 상기 외부전극(160)의 외부연결을 위한 외부단자(160a)가 배치되고, 상기 내부전극(150)은 상기 내부단자(150a)에서 연장되어 상기 전극지지체(180)를 관통하여, 상기 센서몸체(120)의 상부쪽 입구(122a)를 통해 상기 제2내부공간(122)로 삽입되는 구조를 가질 수 있으며, 상기 외부전극(160)은 상기 외부단자(160a)에서 상기 전극지지체(180)를 관통하거나 상기 전극지지체(180)의 표면에 형성된 가이드홈(미도시)에 삽입되어 상기 센서몸체(120) 및 상기 센서헤드(110)의 외부면에 형성된 상기 삽입홈(170)에 삽입되는 구조로 상기 센서헤드(110)의 하부면까지 연장되어 배치될 수 있다.An internal terminal 150a for external connection of the internal electrode 150 and an external terminal 160a for external connection of the external electrode 160 are disposed on the electrode support 180, 150 extends from the internal terminal 150a and penetrates the electrode support 180 and is inserted into the second internal space 122 through the upper inlet 122a of the sensor body 120 And the external electrode 160 is inserted into a guide groove (not shown) formed on the surface of the electrode support 180 through the electrode support 180 at the external terminal 160a, 120 and the insertion groove 170 formed on the outer surface of the sensor head 110. The sensor head 110 may be extended to the lower surface of the sensor head 110. [

상기 전극지지체(180)가 구비되는 경우에는, 전극 교체가 용이하고, 휴대시 전극들의 손상을 방지할 수 있으며, 측정이 용이할 수 있다.When the electrode support 180 is provided, the electrodes can be easily replaced, the electrodes can be prevented from being damaged during carrying, and measurement can be facilitated.

도 5는 상술한 휴대용 스틱형 이온센서(100)를 이용한 측정과정을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a measurement process using the portable stick type ion sensor 100 described above.

도 5에 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 4를 통해 설명한 구조를 가지는 상기 스틱형 이온센서(100)를 통해 분석용액을 측정하고자 하는 경우, 상기 스틱형 이온센서(100)의 하부쪽을 상기 분석용액에 잠기도록 한 상태에서, 상기 내부단자(150a)와 상기 외부단자(160a)를 전위차계 등의 측정기(190)에 연결하게 되면, 측정이 이루어지게 된다.As shown in FIG. 5, when the analytical solution is to be measured through the stick type ion sensor 100 having the structure described with reference to FIGS. 1 to 4, When the internal terminal 150a and the external terminal 160a are connected to the measuring device 190 such as a potentiometer while being immersed in the analysis solution, measurement is performed.

즉 상기 스틱형 이온센서(100)를 휴대하고 다니면서, 분석용액이 있는 곳에 상기 스틱형 이온센서(100)를 꽂아서 실시간으로 분석 및 센싱이 가능하게 된다. That is, while carrying the stick type ion sensor 100, the stick type ion sensor 100 can be inserted into the analysis solution and analyzed and sensed in real time.

도 6은 본 발명에 따른 스틱형 센서를 이용한 퍼클로레이트(ClO4-) 농도 변화에 따른 CV 전류측정신호 변화를 나타낸 그래프로, 도 6에 도시된 바와 같이, 순환전류전압 곡선에서 정상 상태 전류가 이온 농도가 선형적(linear)관계가 성립하여 본 발명에 따른 이온 센서가 센서로서 적합하다는 것을 확인할 수 있었다.FIG. 6 is a graph showing changes in the CV current measurement signal according to the concentration of perchlorate (ClO 4 -) using the stick-type sensor according to the present invention. As shown in FIG. 6, It can be confirmed that the ion sensor according to the present invention is suitable as a sensor.

상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다. The foregoing description of the embodiments is merely illustrative of the present invention with reference to the drawings for a more thorough understanding of the present invention, and thus should not be construed as limiting the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the basic principles of the present invention.

110 : 센서헤드 120 : 센서몸체
130 : 이온선택성 막 140 : 유기성젤층
150 : 내부전극 160 : 외부전극 110: sensor head 120: sensor body
130: ion selective membrane 140: organic gel layer
150: internal electrode 160: external electrode

Claims (9)

휴대용 스틱형 이온 센서에 있어서:
보조전해질용액이 채워지는 제1내부공간을 가지도록 하부는 하부면에 의해 폐쇄되고 상부는 오픈되는 원통형 또는 다각기둥 형상을 가지며, 상기 하부면에는 상기 제1내부공간과 외부와의 소통을 위한 관통홀이 형성된 센서 헤드와;
상부 및 하부가 오픈되는 관통구조의 제2내부공간을 가지는 원통형 또는 다각기둥 형상으로 구비되며, 하부측이 상기 센서헤드의 상부측과 끼움결합 또는 나사결합되는 센서 몸체와;
마이크로 사이즈의 홀이 형성된 합성수지 필름 재질로 구성되고, 일면에는 상기 마이크로 사이즈의 홀에 유기성젤이 채워지도록 유기성젤층이 형성되며, 상기 제1내부공간의 하부면에 상기 관통홀을 덮도록 접착되는 이온선택성막과;
상기 센서 몸체의 상부쪽에서 상기 제2내부공간을 통해 상기 제1내부공간까지 삽입되어 상기 보조전해질 용액과 접촉되도록 배치되는 내부전극과;
상기 센서몸체의 상부쪽에서 상기 센서헤드의 하부 쪽까지 상기 센서몸체 및 상기 센서헤드의 외부면을 따라 길이방향으로 길게 배치되는 외부전극을 구비함을 특징으로 하는 휴대용 스틱형 이온센서.A portable stick type ion sensor comprising:
The lower portion has a cylindrical shape or a polygonal columnar shape in which the lower portion is closed by the lower surface and the upper portion is opened so as to have a first inner space filled with the auxiliary electrolyte solution, A sensor head having a hole formed therein;
A sensor body having a cylindrical or polygonal prismatic shape having a second inner space having a through-hole with upper and lower openings, the lower side of which is fitted or screwed into an upper side of the sensor head;
And an organic gel layer is formed on one surface of the micro-sized hole so as to fill the micro-sized hole with an organic gel, and ions bonded to the lower surface of the first internal space to cover the through- A selective film formation;
An internal electrode inserted from the upper side of the sensor body through the second internal space to the first internal space and arranged to be in contact with the auxiliary electrolyte solution;
And an external electrode extending in the longitudinal direction along the external surface of the sensor body and the sensor head from the upper side of the sensor body to the lower side of the sensor head. 청구항 1에 있어서,
상기 외부전극은, 상기 센서몸체의 상부쪽에서 상기 센서헤드의 하부 쪽까지 상기 센서몸체 및 상기 센서헤드의 외부면에 길이방향으로 길게 형성된 삽입홈에 삽입되는 구조를 가짐을 특징으로 하는 휴대용 스틱형 이온센서.The method according to claim 1,
Wherein the external electrode is inserted into an insertion groove formed in a lengthwise direction on an outer surface of the sensor body and the sensor head from an upper side of the sensor body to a lower side of the sensor head, sensor. 청구항 1에 있어서,
상기 내부전극은 상기 이온선택성막 및 상기 유기성젤층과 접촉되지 않도록 배치됨을 특징으로 하는 휴대용 스틱형 이온센서.The method according to claim 1,
Wherein the internal electrode is disposed so as not to be in contact with the ion selective film and the organic gel layer. 청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 사이즈의 홀은 반경이 5 내지 140㎛임을 특징으로 하는 휴대용 스틱형 이온센서.The method according to claim 1,
Wherein the micro-sized hole has a radius of 5 to 140 占 퐉. 청구항 1에 있어서,
상기 센서헤드 및 상기 센서 몸체는 투명 플라스틱 재질을 가짐을 특징으로 하는 휴대용 스틱형 이온센서.The method according to claim 1,
Wherein the sensor head and the sensor body have a transparent plastic material. 청구항 1에 있어서,
상기 이온선택성 막을 구성하는 상기 합성수지 필름은, 폴리염화비닐수지 (polyvinylchloride, PVC), 폴리염화비닐리덴(polyvinyllidene chloride, PVDC), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중에서 선택된 적어도 하나의 재질을 가짐을 특징으로 하는 휴대용 스틱형 이온센서.The method according to claim 1,
The synthetic resin film constituting the ion selective film may be made of polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC), low density polyethylene, polyethylene terephthalate (PET) Wherein the at least one material is selected from the group consisting of: 청구항 1에 있어서,
상기 유기성젤층은, 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC) 및 2-nitrophenyl octyl ether(NPOE)의 혼합 재질을 가짐을 특징으로 하는 휴대용 스틱형 이온센서.The method according to claim 1,
Wherein the organic gel layer has a mixed material of polyvinylchloride (PVC) and 2-nitrophenyl octyl ether (NPOE). 청구항 1에 있어서,
상기 내부전극 및 상기 외부전극은 AgCl 로 코딩된 은(Ag) 재질을 가짐을 특징으로 하는 휴대용 스틱형 이온센서.The method according to claim 1,
Wherein the inner electrode and the outer electrode have a silver (Ag) material cemented with AgCl. 청구항 1에 있어서,
상기 유기성젤층은 이온선택성 막의 양면 중 상기 제1내부공간으로 노출된 면에 형성됨을 특징으로 하는 휴대용 스틱형 이온센서. The method according to claim 1,
Wherein the organic gel layer is formed on a surface exposed to the first internal space on both sides of the ion selective membrane.
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