KR20150083701A - Surface modified-nanoparticles, its preparation and the colorimetric detection method of ions of nitric oxide - Google Patents

Surface modified-nanoparticles, its preparation and the colorimetric detection method of ions of nitric oxide Download PDF

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KR20150083701A
KR20150083701A KR1020140003561A KR20140003561A KR20150083701A KR 20150083701 A KR20150083701 A KR 20150083701A KR 1020140003561 A KR1020140003561 A KR 1020140003561A KR 20140003561 A KR20140003561 A KR 20140003561A KR 20150083701 A KR20150083701 A KR 20150083701A
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Abstract

The present invention relates to a surface-modified nanoparticle which includes a nanoparticle having the diameter of 100 nm or smaller and a modifier bound to the surface of the nanoparticle. Therefore, the nanoparticle has high selectivity and sensitivity with respect to ion nitrogen oxide and exhibits a surface plasmon resonance phenomenon which can be seen by naked eyes. In addition, a chromogenic detection method of nitrogen oxide ions includes: an insertion step of inserting a sample for detection in a chromogenic sensor including the modified-nanoparticles; and a detection step of detecting whether 1 ppm or greater of the nitorgen oxide ion is included in the sample by using color change of the chromogenic sensor caused as nitrogen oxide ions, included in the sample, are bound with the modifier bound to the surface of the surface-modified nanoparticle. Therefore, the chromogenic method is simple and easy, is capable of direct detection at a site, uses a threshold detection concentration in accordance with a value of regulations, and is capable of rapid and accurate calibration.

Description

표면개질-나노입자, 이의 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물 이온의 비색 검출 방법{SURFACE MODIFIED-NANOPARTICLES, ITS PREPARATION AND THE COLORIMETRIC DETECTION METHOD OF IONS OF NITRIC OXIDE}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a surface modification-nanoparticle, a method for producing the same, and a method for detecting colorimetry of nitrogen oxide ions using the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 표면개질-나노입자, 이의 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물 이온의 비색 검출 방법에 관한 것으로, 나노입자의 표면에 질소산화물 이온과 선택성이 있고 감도가 높은 개질제를 결합시킨 표면개질-나노입자로 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 질소산화물 이온을 선택적으로 검출하는 방법에 관한 것이며, 또한 상기 나노입자의 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a surface modification-nanoparticle, a method for producing the same, and a method for detecting colorimetry of nitrogen oxide ions using the same. More particularly, the present invention relates to a surface modification- To a method for selectively detecting nitrogen oxide ions using a surface plasmon resonance phenomenon, and also to a method for producing the nanoparticles.

환경 모니터링을 위한 비색 센서 활용기술은, 크게 나노입자(nanoparticle), 유기염료(organic dye), 소포(vesicle), 어레이(array)를 이용하는 4 가지 분야에서 연구가 계속 진행 중에 있다. 구체적으로, Hg, Cd를 포함하는 중금속과 같은 인체 유해 물질이나, 농약 등을 포함하는 화학물질, 그리고 아미노산과 단백질 등의 바이오 물질을 검출하는 등의 다양한 부분에서 활용되고 있고 연구가 계속 진행 중에 있다. 구만복 등의 연구자들은 감염 치료용 옥시테트라사이클린을 엡타머를 이용한 금 나노입자 비색센서를 개발하였고 [Biosensors and bioelectronics 26(2010) 1644-1649], 리하이빙 등의 연구자들은 은나노 입자를 칼시파렌으로 개질하여 농약성분을 검출하는 센서로 개발하였다 [nanotechnology 19 (2008) 1-6]. 또한, 우유에 들어 있는 멜라민을 검출 할 수 있는 비색 센서를 류레후이 연구그룹에서 개발하여 고가의 분석 장비를 이용하지 않고도 간단하게 2.5 ppb 이하로 검출할 수 있게 되었다 [J. AM. CHEM. SOC. 131(2009) 9496-9497].Research on colorimetric sensor utilization technology for environmental monitoring is underway in four areas using nanoparticles, organic dyes, vesicles, and arrays. Specifically, it has been utilized in various fields such as detecting harmful substances such as heavy metals including Hg and Cd, chemical substances including pesticides, and biomaterials such as amino acids and proteins, and research is underway . Researchers such as Gwanmanbok have developed gold nanoparticle colorimetric sensors using oxytetracycline as an infectious agent [Biosensors and bioelectronics 26 (2010) 1644-1649], researchers at Lee Hiebing and others [ And developed as a sensor for detecting pesticide components [nanotechnology 19 (2008) 1-6]. In addition, a colorimetric sensor capable of detecting melamine in milk has been developed by the Ryuhei Research Group and can be easily detected at less than 2.5 ppb without using expensive analytical equipment [J. AM. CHEM. SOC. 131 (2009) 9496-9497.

이외에도 미국, 유럽, 일본, 중국 등 세계의 많은 연구자들이 비색센서를 이용하여 방향족 이성질체(aromatic isomers) [Acsnano, 4(2010) 6387-6394], 엡타머, 항체, 덴드리머, 유기염료 등의 고성능 리셉터 및 지지체의 연구개발에 매진하고 있으며, 식품 유해물질 검출, 유해 화학물질 검출 등을 탐지할 수 있는 각종 나노입자를 이용한 원천기술을 얻기 위해 연구를 진행하고 있다.In addition, many researchers in the United States, Europe, Japan, and China have used colorimetric sensors to produce high performance receptors such as aromatic isomers (Acsnano, 4 (2010) 6387-6394), epotherms, antibodies, dendrimers, And supports research and development. We are also conducting research to acquire source technology using various nanoparticles that can detect food harmful substances, hazardous chemical substances, and the like.

유해물질들을 측정하기 위한 센서 기술은, 오염사고 현장이나 유해물질에 의하여 오염된 환경 주변에서, 검출하고자 하는 다양한 유해 물질의 성분들을 신속하게 분석 및 검출하고, 환경오염 물질이나 유해 물질들이 확산되기 전에 모니터링 함으로써 유해물질들을 제거할 수 있도록 하며, 유해물질의 실시간 측정과 지속적 관리를 가능하게 하는 핵심 요소 기술이다.The sensor technology for measuring harmful substances quickly analyzes and detects the various harmful substances to be detected in the vicinity of the contaminated accident site or the environment contaminated by the harmful substances, It is a key element technology that enables the removal of harmful substances by monitoring and real time measurement and continuous management of harmful substances.

아질산 이온(Nitrite ion, NO2 -)은 암모니아가 산화되거나 질산염이 환원되어 생기는 질소 순환계의 중간단계의 물질로 불완전한 상태이다. 일반적으로 아질산 이온을 함유한 물은 최근에 인분, 생활하수, 축산폐수 등의 암모니아 성분이 유입되어 활발히 산화되는 상태를 나타내거나, 산업폐수가 유입되었음을 의미한다. Nitrite ion (NO 2 - ) is an imperfect state of the intermediate phase of the nitrogen circulation that occurs when ammonia is oxidized or nitrate is reduced. Generally, the water containing nitrite ions indicates that the ammonia component such as manure, domestic wastewater, livestock wastewater has recently been introduced and is actively oxidized, or industrial wastewater has been introduced.

아질산 이온(NO2 -)은 기도를 강하게 자극하고, 눈과 목에 자극, 가슴을 긴장, 두통, 구역질, 점차적인 무력함을 일으키며, 심각한 증상은 5~7시간 후 헤모글로빈과 결합하여 메트헤모글로빈(Methemoglobin)을 형성하여 청색증을 일으킬 수 있는 물질이다. 이러한 아질산 이온을 과량 흡수한 경우에는, 호흡곤란, 불규칙적인 호흡, 나른함이 발생할 수 있으며, 치료를 받지 않을 경우, 폐수종으로 인하여 사망할 수도 있다. Nitric acid ions (NO 2 - ) strongly stimulate the airways, stimulate the eyes and neck, cause tensions in the chest, headache, nausea and gradual weakness, and severe symptoms occur after 5-7 hours with hemoglobin in combination with methemoglobin Methemoglobin is a substance that can cause cyanosis. Excessive absorption of such nitrite ions can cause dyspnea, irregular breathing, lethargy, and death from lung diseases if not treated.

아질산 이온을 정량하는 방법은, UV 분광기에서의 흡광도를 측정하는 방법과 이온크로마토그래피를 이용하여 분석하는 방법이 있으나, 이들 방법은 모두 측정 시 필요한 분석 장비를 구축하여야 하고, 시간과 숙련된 인력이 필요하다. 이에 따라, 환경유해인자의 검출은 장치 위주의 기술로부터 탈피한, 환경 오염물질들에 대하여 현장 분석이 가능하도록 휴대가 간편하며 실시간 분석이 가능한 비색 센서의 개발에 대한 요구가 있다. The method of quantifying nitrite ions is to measure the absorbance in a UV spectrometer and to analyze it by using ion chromatography. However, all of these methods require the analysis equipment required for the measurement, need. Accordingly, there is a demand for the development of a colorimetric sensor which can be easily carried and real-time analyzed so as to be able to perform on-site analysis of environmental pollutants, which is deviated from device-oriented technology, in detecting environmental harmful factors.

본 발명의 목적은 질소산화물 이온에 대하여 선택성 및 감도가 높은 개질제를 나노입자에 연결시킨 표면개질-나노입자를 제공하고자 함이다. 또한, 이를 이용하여 휴대가 간편하고 현장에서 신속하게 특정 오염원을 선택적으로 검출할 수 있으며 장소적, 장치적 제한이 있는 이온크로마토그래피 검출법 등에 비하여 성능이 뒤지지 않는 표면개질-나노입자를 포함하는 비색센서를 통한 질소산화물 이온의 비색 검출 방법을 제공하고자 함이다. It is an object of the present invention to provide a surface modification-nanoparticle in which a modifier having high selectivity and sensitivity to nitrogen oxide ions is connected to nanoparticles. In addition, it is possible to carry out a simple portability and selectively detect a specific pollutant on the spot in the field, and it is superior in performance compared with the ion chromatographic detection method which has limitations in place and equipment, and a colorimetric sensor To provide a method for detecting colorimetry of nitrogen oxide ions.

본 발명의 일 실시예에 따른 표면개질-나노입자는, 100 nm 이하의 직경을 가지는 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 연결된 개질제;를 포함한다.The surface modification-nanoparticle according to an embodiment of the present invention includes nanoparticles having a diameter of 100 nm or less and a modifier connected to the surface of the nanoparticle.

상기 나노입자는 금, 은, 티타늄옥사이드, 카드뮴텔러라이드, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노입자일 수 있고, 상기 개질제는 하기 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.The nanoparticles may be any one of nanoparticles selected from the group consisting of gold, silver, titanium oxide, cadmium telluride, copper, and combinations thereof, and the modifier may include a compound of the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, R1은 C1 내지 C3의 머캅토알킬, 아미노알킬, 하이드록시알킬, 할로겐알킬 및 카복시알킬로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.Wherein R < 1 > is any one selected from the group consisting of C1 to C3 mercaptoalkyl, aminoalkyl, hydroxyalkyl, halogenalkyl and carboxyalkyl.

상기 개질제는, 1-(2-머캅토메틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptomethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), 1-(2-머캅토에틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptoethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione; MTT), 1-(2-머캅토프로필)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptopropyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The modifier may be 1- (2-mercaptomethyl) -1,3,5-triazinane-2 , 4,6-trione), 1- (2-mercaptoethyl) -1,3,5-triazinene-2,4,6-trione 2-mercaptopropyl) -triazinane-2,4,6-trione (MTT), 1- (2-mercaptopropyl) -1,3,5-triazinene- -1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), and combinations thereof.

상기 표면개질-나노입자는, 790 nm와 535 nm에서의 흡광도 비(A790/A535) 값이 0.05 내지 0.2일 수 있다.The surface modifying-nanoparticle may have an absorbance ratio (A 790 / A 535 ) at 790 nm and 535 nm of 0.05 to 0.2.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표면개질-나노입자의 제조방법은, 나노입자가 분산된 제1용액을 마련하는 준비단계; 그리고 개질제를 포함하는 제2용액과 상기 제1용액을 혼합하여, 상기 나노입자의 표면에 상기 개질제가 연결되어 기능화된 표면개질-나노입자를 제조하는 기능화단계;를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for preparing a surface modification-nanoparticle, comprising: preparing a first solution in which nanoparticles are dispersed; And a functionalization step of mixing the second solution containing the modifier with the first solution to form functionalized surface modification-nanoparticles by connecting the modifier to the surface of the nanoparticles.

상기 나노입자는 금, 은, 티타늄옥사이드, 카드뮴텔러라이드, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노입자일 수 있고, 상기 개질제는 하기 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.The nanoparticles may be any one of nanoparticles selected from the group consisting of gold, silver, titanium oxide, cadmium telluride, copper, and combinations thereof, and the modifier may include a compound of the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, R1은 C1 내지 C3의 머캅토알킬, 아미노알킬, 하이드록시알킬, 할로겐알킬 및 카복시알킬로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.Wherein R < 1 > is any one selected from the group consisting of C1 to C3 mercaptoalkyl, aminoalkyl, hydroxyalkyl, halogenalkyl and carboxyalkyl.

상기 기능화단계에서 상기 제1용액과 상기 제2용액의 혼합은, 상기 제1용액을 30 내지 90 부피%, 상기 제2용액을 10 내지 70 부피%로 포함하여 진행될 수 있다.In the functionalization step, mixing of the first solution and the second solution may be carried out by mixing 30 to 90% by volume of the first solution and 10 to 70% by volume of the second solution.

상기 개질제는, 1-(2-머캅토메틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptomethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), 1-(2-머캅토에틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptoethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione; MTT), 1-(2-머캅토프로필)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptopropyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The modifier may be 1- (2-mercaptomethyl) -1,3,5-triazinane-2 , 4,6-trione), 1- (2-mercaptoethyl) -1,3,5-triazinene-2,4,6-trione 2-mercaptopropyl) -triazinane-2,4,6-trione (MTT), 1- (2-mercaptopropyl) -1,3,5-triazinene- -1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), and combinations thereof.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 질소산화물 이온의 비색 검출 방법은,표면개질-나노입자를 포함하는 비색센서에 검출대상시료를 투입하는 투입단계; 및 상기 검출대상시료 내에 포함된 질소산화물 이온과 표면개질-나노입자의 표면에 연결된 개질제가 결합함으로써 일어나는 비색센서의 색변화를 이용하여, 상기 검출대상시료 내에 질소산화물 이온이 1 ppm 이상 포함되어 있는지를 검출하는 감지단계;를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a colorimetric detection method of nitrogen oxide ions comprising the steps of: inputting a sample to be detected to a colorimetric sensor including surface modification-nanoparticles; And the color change of the colorimetric sensor caused by the combination of the nitrogen oxide ion contained in the sample to be detected and the modifying agent connected to the surface of the surface modifying-nanoparticle is used to determine whether or not the nitrogen oxide ion is contained in 1 ppm or more And a detecting step of detecting a signal.

상기 표면개질-나노입자는, 100 nm 이하의 직경을 가지는 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 연결된 개질제;를 포함할 수 있고, 상기 나노입자는 금, 은, 티타늄옥사이드, 카드뮴텔러라이드, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노입자일 수 있으며, 상기 개질제는 하기 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.The surface modification-nanoparticle may include nanoparticles having a diameter of 100 nm or less and a modifier connected to the surface of the nanoparticle, wherein the nanoparticle is selected from the group consisting of gold, silver, titanium oxide, cadmium telluride, Or a combination thereof, and the modifier may include a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, R1은 C1 내지 C3의 머캅토알킬, 아미노알킬, 하이드록시알킬, 할로겐알킬 및 카복시알킬로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.Wherein R < 1 > is any one selected from the group consisting of C1 to C3 mercaptoalkyl, aminoalkyl, hydroxyalkyl, halogenalkyl and carboxyalkyl.

상기 감지단계 이후, 감지단계에서의 상기 비색센서의 색변화를 분광계 또는 색도계로 측정하여, 검출대상시료 내의 질소산화물 이온의 농도를 검량하는 농도측정단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include a concentration measuring step of measuring a change in color of the colorimetric sensor in the sensing step using the spectrometer or a colorimeter to check the concentration of nitrogen oxide ions in the sample to be detected after the sensing step.

상기 감지단계에서의 상기 비색센서의 색변화는, 상기 질소산화물 이온과 상기 화학식 1의 화합물의 수소결합에 의하여 상기 표면개질-나노입자들이 응집되어, 비색센서의 색이 상기 검출대상시료를 투입하기 전의 비색센서의 색보다 옅어지거나 무색으로 변화하는 과정을 포함할 수 있다.The color change of the colorimetric sensor in the sensing step may be such that the surface modification-nanoparticles are aggregated by hydrogen bonding of the nitrogen oxide ion and the compound of formula 1, The color of the colorimetric sensor may be changed to a color that is lighter or more colorless than the color of the previous colorimetric sensor.

상기 질소산화물 이온은, 아질산 이온(NO2 -), 질산 이온(NO3 -) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 상기 개질제는, 1-(2-머캅토메틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptomethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), 1-(2-머캅토에틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptoethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione; MTT), 1-(2-머캅토프로필)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptopropyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 투입단계에서의 비색센서의 색은 암적색이고, 상기 감지단계에서의 비색센서의 색은 투명 또는 자색일 수 있다.
The nitrogen oxide ion may be any one selected from the group consisting of nitrite ions (NO 2 - ), nitrate ions (NO 3 - ), and combinations thereof, and the modifier is 1- (2-mercaptomethyl) (2-mercaptomethyl) -1,3,5-triazinane-2,4,6-trione, 1- (2- (2-mercaptoethyl) -1,3,5-triazinane-2,4,6-trione (MTT) , 1- (2-mercaptopropyl) -1,3,5-triazinane-2,4,6-triazine, 6-trione, and combinations thereof. The color of the colorimetric sensor in the applying step may be dark red, and the color of the colorimetric sensor in the sensing step may be transparent or purple .

본 명세서에서 사용되는 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.As used herein, the terms "comprise", "having", and the like are used to specify that there is a stated feature, number, step, component, or combination thereof, Does not preclude the presence or addition of one or more other features, steps, components, or combinations thereof.

본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 결합되어 있다는 것은 물리적인 연결 또는 결합일 수도 있고, 화학적인 연결 또는 결합일 수도 있다고 이해되어야 한다.When an element is referred to herein as being "connected" or "coupled" to another element, it may be directly connected or coupled to the other element, but there may be other elements in between And it is to be understood that any component connected to or coupled to another component may be a physical connection or a combination or a chemical connection or combination.

본 명세서에서 사용되는 단수 및 복수의 표현은 특정 재료에 있어서, 갯수를 제한하려는 표현은 아니고, 특정 재료 하나를 지칭하는 것이거나, 특정 재료로 이루어진 하나의 군을 지칭하는 것일 수 있다.As used herein, the singular and plural representations are not to be construed as limiting the number of materials for a particular material, but may refer to one particular material or to a group of specific materials.

본 명세서에서 사용되는 화학식의 화합물은, 해당 화학식의 화합물이 공명, 토토머화(tautomerization) 또는 이성질화(isomerization) 등이 일어난 상태의 화합물도 모두 포함하는 것을 의미하며, 기재된 해당 화학식의 화합물이 존재하거나 반응할 때 해당 화학식의 구조를 가진 화합물만으로 존재한다거나, 해당 화학식 구조의 상태에서 반응한다는 의미로 제한되지는 않는다.The compound of the formula used in the present specification means that the compound of the formula contains all of the compounds in which resonance, tautomerization or isomerization occurs, Is not limited to a compound having a structure of the formula when reacted, or to a compound in a state of the corresponding formula structure.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

본 발명에서는 표면이 특정 이온에 선택성이 높은 개질제가 연결된 표면개질-나노입자를 이용한 질소산화물 이온의 비색 검출 방법, 상기 표면개질-나노입자 및 상기 표면개질-나노입자의 제조방법에 관하여 제공하고자 하며, 이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.The present invention provides a method for detecting colorimetric detection of nitrogen oxide ions using surface modification-nanoparticles whose surface is modified with a highly selective modifier to specific ions, a method for producing the surface modification-nanoparticles and the surface modification-nanoparticles Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 이온의 비색 검출 방법은, 표면개질-나노입자를 포함하는 비색센서에 검출대상시료를 투입하는 투입단계; 및 상기 검출대상시료 내에 포함된 질소산화물 이온과 표면개질-나노입자의 표면에 연결된 개질제가 결합함으로써 일어나는 비색센서의 색변화를 이용하여, 상기 검출대상시료 내에 질소산화물 이온이 1 ppm 이상 포함되어 있는지를 검출하는 감지단계;를 포함한다.The colorimetric detection method of nitrogen oxide ions according to an embodiment of the present invention includes the steps of: inputting a sample to be detected to a colorimetric sensor including surface modification-nanoparticles; And the color change of the colorimetric sensor caused by the combination of the nitrogen oxide ion contained in the sample to be detected and the modifying agent connected to the surface of the surface modifying-nanoparticle is used to determine whether or not the nitrogen oxide ion is contained in 1 ppm or more And a detecting step of detecting a signal.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표면개질-나노입자는, 100 nm 이하의 직경을 가지는 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 연결된 개질제를 포함한다.Also, the surface modification-nanoparticle according to another embodiment of the present invention includes nanoparticles having a diameter of 100 nm or less and a modifier connected to the surface of the nanoparticle.

상기 비색 검출 방법에 있어서는, 나노입자의 크기를 어느 범위로 하는지, 제조된 나노입자의 형태는 균일한지, 나노입자의 표면에 연결되는 개질제는 어떠한 화합물인지가 중요한 사항일 수 있는데, 이는 비색 검출 방법에 이용되는 표면개질-나노입자의 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하기 때문이다.In the colorimetric detection method, it is important that the size of the nanoparticles is in the range, the shape of the prepared nanoparticles is uniform, and the kind of the modifier that is connected to the surface of the nanoparticles is important. Surface plasmon resonance phenomenon of the surface modification-nanoparticles used in the present invention.

상기 표면 플라즈몬 공명 현상은, 100 nm 이상의 나노입자는 일반 금속과 동일한 특성을 보이지만, 그 이하 크기의 나노입자는 광에 의하여 전자기파의 전기장과 반대방향으로 자유전자 구름이 이동하여 진동이 유발되고, 진동하는 모든 물체는 해당 진동에 따른 전자기파(광)를 방출한다는 멕스웰의 정의에 따라 일정 파장의 빛을 방출하여, 가시광선 파장 범위 내에서 나노입자가 색상을 나타내는 현상을 의미한다{[Chem. Eur. J., 10, 5570-5580, (2004)] 및 Kor. Chem. Eng. Res., 49(4), p.393-399, (2011)]}.In the surface plasmon resonance phenomenon, nanoparticles having a size of 100 nm or more exhibit the same characteristics as those of a common metal. However, nanoparticles of a size smaller than that of the ordinary nanoparticles have a free electron cloud moving in a direction opposite to the electric field of the electromagnetic wave due to light, All the objects emit light of a certain wavelength according to the definition of the mexwell that emits an electromagnetic wave (light) according to the vibration, and represents the phenomenon that the nanoparticles exhibit color within the wavelength range of visible light {Chem. Eur. J., 10, 5570-5580 (2004)] and Kor. Chem. Eng. Res., 49 (4), p.393-399 (2011)].

표면 플라즈몬 공명 현상을 이용한 질소산화물 이온의 비색 검출 방법에 관한 설명에 앞서, 상기 비색 검출 방법에 이용되는 나노입자로서, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표면개질-나노입자에 관하여 설명한다.Prior to a description of a method for detecting colorimetry of nitrogen oxide ions using a surface plasmon resonance phenomenon, the surface modification-nanoparticles according to another embodiment of the present invention will be described as nanoparticles used in the colorimetric detection method.

상기 표면개질-나노입자의 나노입자는, 크기가 100 nm 이하일 수 있고, 바람직하게 10 내지 100 nm 이하일 수 있다. 상기 나노입자의 크기가 100 nm 이하이면, 표면 플라즈몬 공명 현상이 100 nm를 초과하는 크기의 나노입자(금속의 종류가 동일하고 크기가 다른 나노입자를 의미한다)의 표면 플라즈몬 공명 현상과는 상이하게 나타나므로, 상기 공명 현상을 이용한 질소산화물 이온의 검출이 가능해질 수 있으며, 이렇게 크기가 100 nm 이하인 나노입자를 비색 검출 방법에 적용할 경우, 질소산화물 이온을 간편하고 신속하게 육안으로 검출이 가능할 수 있고, 나아가서는 질소산화물 이온의 농도까지 측정이 가능할 수도 있다.The nanoparticles of the surface modification-nanoparticles may have a size of 100 nm or less, and preferably 10 to 100 nm or less. When the size of the nanoparticles is 100 nm or less, the surface plasmon resonance phenomenon is different from the surface plasmon resonance phenomenon of nanoparticles having a size exceeding 100 nm It is possible to detect nitrogen oxide ions using the resonance phenomenon. When the nanoparticles having a size of 100 nm or less are applied to a colorimetric detection method, nitrogen oxide ions can be detected easily and quickly with the naked eye And further, it may be possible to measure up to the concentration of nitrogen oxide ions.

상기 나노입자의 형태는 구형, 타원구형 등의 구 유사체 형태일 수 있고 실질적으로 균일하며, 나노입자의 종류로는 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 색이 변화하는 나노입자라면 제한 없이 가능하며, 예컨대 금속의 나노입자 또는 금속산화물 등의 나노입자일 수 있다. 금속의 나노입자로는 예컨대, 금, 은 또는 구리 등의 나노입자일 수 있고, 금속산화물의 나노입자로는 예컨대, 티타늄옥사이드 등을 적용할 수 있으며, 그 외의 나노입자로 카드뮴텔러라이드 등을 적용시킬 수 있다. 나아가, 상기 금속을 조합한 것일 수도 있고, 바람직하게는 금의 나노입자를 적용할 수 있다. 상기 표면개질-나노입자의 개질제는, 하기 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.The nanoparticles may be in the form of spherical, ellipsoidal, or spherical analogs and are substantially uniform. Any kind of nanoparticles may be used without limitations as long as they are nanoparticles whose color changes by surface plasmon resonance. Nanoparticles, or metal oxides. The metal nanoparticles may be, for example, nanoparticles such as gold, silver or copper. As the metal oxide nanoparticles, for example, titanium oxide or the like may be used. Further, cadmium telluride or the like may be applied to other nanoparticles . Furthermore, it may be a combination of the above metals, preferably gold nanoparticles. The modifying agent for the surface modification-nanoparticle may include a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, R1은 C1 내지 C3의 머캅토알킬, 아미노알킬, 하이드록시알킬, 할로겐알킬 및 카복시알킬로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.Wherein R < 1 > is any one selected from the group consisting of C1 to C3 mercaptoalkyl, aminoalkyl, hydroxyalkyl, halogenalkyl and carboxyalkyl.

상기 개질제는, 일반적으로 시아누르산(cyanuric acid)으로 불리우는 물질의 유도체로서, 시아누르산의 정식 명칭(IUPAC name)은 1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온이다. 상기 시아누르산의 유도체는 1번 질소에 상기 R1에 해당하는 유기기가 결합된 것일 수 있으며, 상기 케톤형인 화학식 1의 화합물이 토토머화 하여 알코올형으로 전환된 화합물인 경우도 배제하지는 않는다.The modifier is generally a derivative of a substance called cyanuric acid, and the official name (IUPAC name) of cyanuric acid is 1,3,5-triazinein-2,4,6-trione . The cyanuric acid derivative may be a compound in which the organic group corresponding to R1 is bonded to the nitrogen atom at the first nitrogen atom, and the compound of the formula (1), which is the ketone type, is converted to an alcohol form by the tautomerization.

상기 개질제는, 예컨대 1-(2-머캅토메틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptomethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), 1-(2-머캅토에틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptoethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione; MTT) 또는 1-(2-머캅토프로필)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptopropyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione) 등을 포함할 수 있다.The modifier may be, for example, 1- (2-mercaptomethyl) -1,3,5-triazinane- 2,4,6-trione, 1- (2-mercaptoethyl) -1,3,5-triazine, 5-triazinane-2,4,6-trione (MTT) or 1- (2-mercaptopropyl) -1,3,5-triazinene- ) -1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), and the like.

이와 같은 개질제는 질소산화물 이온과의 선택적인 결합을 유도하고, 응집에 수소결합을 이용함으로써 감도를 향상시킬 수 있어 상기 질소산화물 이온의 비색 검출 방법에 사용되는 나노입자의 표면 개질제로서 적합하다. Such a modifier can improve the sensitivity by inducing selective bonding with nitrogen oxide ions and by using hydrogen bonds for aggregation, and is thus suitable as a surface modifier for nanoparticles used in the method for detecting colorimetry of nitrogen oxide ions.

상기 표면개질-나노입자는 790 nm와 535 nm에서의 흡광도 비(A790/A535) 값이 0.05 내지 0.2일 수 있다. 상기 흡광도 비는 나노입자와 개질제간의 연결이 매우 안정하고, 표면개질-나노입자간의 응집이 일어나지 않는다는 것을 나타내 주는 지표로, 흡광도 비가 상기 범위인 본 발명의 표면개질-나노입자는 상기 비색 검출 방법에 유용하다. The surface modification-nanoparticle may have an absorbance ratio (A 790 / A 535 ) at 790 nm and 535 nm of 0.05 to 0.2. The absorbance ratio is an index indicating that the connection between the nanoparticles and the modifier is very stable and that the surface modification-aggregation between the nanoparticles does not occur. The surface modification-nanoparticle of the present invention having the above- useful.

상기 투입단계에서의 비색센서의 색은 암적색이고, 상기 감지단계에서의 비색센서의 색은 투명 또는 자색일 수 있으며, 상기 감지단계에서의 상기 비색센서의 색변화는, 상기 질소산화물 이온과 상기 화학식 1의 화합물의 수소결합에 의하여 상기 표면개질-나노입자들이 응집되어, 비색센서의 색이 상기 검출대상시료를 투입하기 전의 비색센서의 색보다 옅어지거나 무색으로 변화하는 과정을 포함할 수 있다.Wherein the color of the colorimetric sensor in the applying step is dark red, the color of the colorimetric sensor in the sensing step may be transparent or purple, 1, the color of the colorimetric sensor changes to be less than or less than the color of the colorimetric sensor before the detection target sample is introduced.

즉, 상기 감지단계에서 비색센서의 색이 변화하는 원리는 다음과 같다. 먼저, 상기 비색센서 내에 포함된 표면개질-나노입자(구체적으로, 나노입자의 표면에 결합된 개질제)와 검출대상시료에 포함된 질소산화물 이온이 수소결합한다. 여기서의 수소결합은, 상기 화학식 1의 개질제의 3번 및 5번에 결합된 수소와 질소산화물 이온의 산소 및 질소간의 결합일 수 있고, 만일 상기 화학식 1이 토토머화 한 경우라면 수산화기의 수소와 질소산화물 이온의 산소 및 질소간의 결합일 수 있다.That is, the principle of the color change of the color sensor in the sensing step is as follows. First, the surface modification-nanoparticles (specifically, the modifier bound to the surface of the nanoparticles) contained in the colorimetric sensor and the nitrogen oxide ions contained in the detection target sample are hydrogen bonded. Here, the hydrogen bond may be a bond between oxygen bonded to the nitrogen oxide ion and nitrogen bonded to the hydrogen atoms bonded to the 3 and 5 of the modifier of the above formula (1). If the above formula (1) is tautomerized, And may be a bond between oxygen and nitrogen of oxide ions.

이어서, 상기 수소결합에 의하여 표면개질-나노입자들이 서로 응집하게 되고, 이러한 응집에 의하여 단일 입자로 존재하게 되는 나노입자의 외형적 크기가 증가한다. 이렇게, 응집된 나노입자의 크기가 100 nm를 초과하게 되면, 응집된 나노입자는, 응집 전의 나노입자가 최초에 표면 플라즈몬 공명 현상으로 나타내던 색과는 다른 색을 나타내게 된다.Subsequently, the surface modification-nanoparticles aggregate with each other due to the hydrogen bonding, and the external size of the nanoparticles existing as a single particle by the aggregation increases. Thus, when the size of agglomerated nanoparticles exceeds 100 nm, the agglomerated nanoparticles exhibit colors different from those initially exhibited by the surface plasmon resonance phenomenon.

위의 과정을 구체적으로 설명하면, 브라운 운동을 하면서 용액 내에 분산되어 있는 표면개질-나노입자는 여기에 연결된 개질제와 질소산화물 이온 사이의 강한 수소결합력으로 인하여 입자간 척력을 극복하여 입자간 가교(interparticle crosslinking) 결합이 진행되고, 이에 입자간의 응집이 발생하게 된다. 이러한 응집으로 인하여 단일 입자의 광산란 또는 광흡수 정도가 변화하여 나타내는 색이 변화하게 되는 것이다.Specifically, the surface modification-nanoparticles dispersed in the solution during the Brownian motion overcome the repulsive force between particles due to the strong hydrogen bonding force between the modifier and the nitrogen oxide ion connected thereto, crosslinking bond is progressed, so that agglomeration of particles occurs. As a result of such agglomeration, light scattering or degree of light absorption of a single particle changes, and the color represented thereby changes.

이와 같은 원리에 의하여 색이 변화하고 색의 변화로 인하여 질소산화물 이온이 1 ppm 이상 포함되어 있는지를 검출할 수 있으며, 수질오염공정시험법에 의한 규제치는 1 ppm으로서, 본 발명에 의한 질소산화물 이온의 검출한계농도와 동일하다. 이는 상기 비색 검출 방법이 질소산화물 이온의 검출에 유용하다는 것을 나타내며, 상기 비색 검출 방법은, 질소산화물 이온의 검출뿐만 아니라 질소산화물 이온의 농도가 어느 정도 되는지 검량도 가능할 수 있다.According to this principle, it is possible to detect whether or not the nitrogen oxide ion is contained in 1 ppm or more due to the color change and the color change, and the regulation value by the water pollution process test method is 1 ppm and the nitrogen oxide ion Is the same as the detection limit concentration. This indicates that the colorimetric detection method is useful for the detection of nitrogen oxide ions, and the colorimetric detection method can detect the concentration of nitrogen oxide ions as well as the detection of nitrogen oxide ions.

상기 검량은, 감지단계 이후에 감지단계에서의 비색센서의 색변화를 분광계 또는 색도계로 측정하여, 검출대상시료 내의 질소산화물 이온의 농도를 검량하는 농도측정단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 농도측정단계는 분광계나 색도계로 색의 변화, 즉 응집된 표면개질-나노입자가 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 방출하는 빛의 파장이 어느 정도인지, 또는 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 나타내는 색이 명확하게 색좌표상 어느 위치인지 측정하고, 이를 응집 전의 표면개질-나노입자가 방출하는 빛이나 나타내던 색과 비교하여 정량적으로 어느 정도로 변화하였는지 파악함으로써 질소산화물 이온이 어느 농도로 포함되어 있는지 측정할 수 있다.The calibration may further include a concentration measurement step of measuring the color change of the colorimetric sensor in the sensing step after the sensing step with a spectrometer or a colorimeter to calibrate the concentration of nitrogen oxide ions in the sample to be detected. That is, in the concentration measurement step, a change in color by the spectrometer or a colorimeter, that is, the wavelength of the light emitted by the surface plasmon resonance phenomenon of the coagulated surface modification-nanoparticles, or the color represented by the surface plasmon resonance phenomenon By measuring the position of the color coordinates clearly and comparing it with the color of the light emitted by the nanoparticles before the agglomeration, it is possible to measure the concentration of the nitrogen oxide ion have.

상기 비색 검출 방법으로 검출이 가능한 질소산화물 이온은, 아질산 이온(NO2 -), 질산 이온(NO3 -) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 질소산화물 이온은 전술한 바와 같이, 기도 자극, 두통, 구역질, 청색증 또는 폐수종 등을 일으킬 수 있는 위험한 유해물질로, 생활하수, 축산폐수 또는 산업폐수 등에 포함되어 있어 신속한 검출 및 후속 조치가 필수적인 유해물질이며, 상기 비색 검출 방법을 이용하면, 실시간으로 상기 질소산화물 이온을 선택적으로 검출할 수 있으며, 신속하고 간편하게, 높은 감도로 검출할 수 있어 친환경 녹색 기술로 유망한 기술이라고 할 수 있다.
The nitrogen oxide ions that can be detected by the colorimetric detection method may be any one selected from the group consisting of nitrite ions (NO 2 - ), nitrate ions (NO 3 - ), and combinations thereof. As described above, the nitrogen oxide ion is a dangerous harmful substance that can cause airway irritation, headache, nausea, cyanosis or pulmonary edema. It is contained in domestic sewage, livestock wastewater or industrial wastewater, and therefore, rapid detection and follow- By using the colorimetric detection method, it is possible to selectively detect the nitrogen oxide ions in real time, and it can be detected quickly and easily with high sensitivity, which is a promising technology for environmentally friendly green technology.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표면개질-나노입자의 제조방법은, 나노입자가 분산된 제1용액을 마련하는 준비단계; 그리고, 개질제를 포함하는 제2용액과 상기 제1용액을 혼합하여, 상기 나노입자의 표면에 상기 개질제가 연결되어 기능화된 표면개질-나노입자를 제조하는 기능화단계;를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for preparing a surface modification-nanoparticle, comprising: preparing a first solution in which nanoparticles are dispersed; And a functionalization step of mixing the second solution containing the modifier with the first solution to form functionalized surface modification-nanoparticles by connecting the modifier to the surface of the nanoparticles.

상기 표면개질-나노입자의 나노입자와 개질제에 관한 설명은 전술한 바와 중복되므로, 그 기재를 생략한다. The description of the nanoparticles of the surface modification-nanoparticles and the modifier is the same as that described above, and hence the description thereof will be omitted.

상기 기능화단계에서 상기 제1용액과 상기 제2용액의 혼합은, 상기 제1용액을 30 내지 90 부피%, 상기 제2용액을 10 내지 70 부피%로 포함하여 진행될 수 있다. In the functionalization step, mixing of the first solution and the second solution may be carried out by mixing 30 to 90% by volume of the first solution and 10 to 70% by volume of the second solution.

상기 제2용액이 70 부피%를 초과하여 과량 첨가될 경우, 분광계나 색도계를 이용하지 않고 육안으로 질소산화물 이온을 검출하려고 할 때에, 제1용액에서 나노입자가 나타내고 있던 표면 플라즈몬 공명 현상에 의한 색이 제2용액에 의해 희석되어 색변화의 육안 관찰이 어려울 수 있고, 상기 제2용액이 10 부피% 보다 소량으로 첨가될 경우에는 질소산화물 이온에 대한 감도가 저하되어 상기 비색 검출 방법상의 감지단계에서 색변화가 미미할 수 있다. 그러므로, 적절한 부피비로 혼합이 이루어질 경우에 질소산화물 이온에 대한 선택성 및 감도가 높은 표면개질-나노입자가 제조될 수 있다.When the second solution is added in an excess amount exceeding 70 vol%, when attempting to detect nitrogen oxide ions by the naked eye without using a spectrometer or a colorimeter, the color due to the surface plasmon resonance phenomenon represented by the nanoparticles in the first solution If the second solution is added in a smaller amount than 10 vol.%, The sensitivity to nitrogen oxide ions is lowered, so that the detection step on the colorimetric detection method The color change may be insignificant. Therefore, surface modification-nanoparticles with high selectivity and sensitivity to nitrogen oxide ions can be produced when mixing is carried out in an appropriate volume ratio.

본 발명의 표면개질-나노입자는 입자의 크기가 100 nm 이하이고, 형태가 실질적으로 균일하여 표면 플라즈몬 공명 현상이 현저하게 발현될 수 있다. 따라서, 나노입자 표면에 결합된 개질제에 의해 질소산화물 이온에 대하여 선택성이 있고, 감도가 높아 질소산화물 이온의 비색 검출 방법에 적합하며, 이를 이용한 질소산화물 이온의 비색 검출 방법은, 색변화를 통하여 질소산화물 이온을 검출하므로 단시간 및 실시간으로 검출이 가능하고, 휴대가 간편하여 현장에서 직접 검출이 가능하다.The surface modification-nanoparticles of the present invention have a particle size of 100 nm or less and the shape is substantially uniform, so that the surface plasmon resonance phenomenon can be remarkably expressed. Therefore, the present invention is suitable for a method for detecting colorimetry of nitrogen oxide ions because of its sensitivity to nitrogen oxide ions and selectivity for nitrogen oxide ions by a modifier bound to the surface of nanoparticles. In the method for detecting colorimetry of nitrogen oxide ions, Detection of oxide ions enables detection in a short time and in real time, and it is easy to carry and can be directly detected in the field.

또한, 규제치에 적합한 검출한계농도를 갖고 있어 이온크로마토그래피 검출법에 뒤지지 않는 성능을 가지며, 질소산화물 이온의 검출에 더하여 분광계 등을 이용하여 검량까지 가능한 방법을 제공한다.In addition, it has a detection limit concentration suitable for the regulated value and has a performance which is not inferior to the ion chromatography detection method. In addition to the detection of nitrogen oxide ions, a method capable of achieving calibration by a spectrometer or the like is provided.

도 1은 일 예로, (a) 나노입자에 개질제(MTT)가 기능화된 연결 상태와 표면개질-나노입자가 아질산 이온과 수소결합 한 상태를 화학 구조식으로 나타낸 것이고, (b) 수소결합에 의한 표면개질-나노입자와 아질산 이온의 응집으로 인하여 나타나는 색변화를 도시한 개념도이다.
도 2는 일 예로, (a) 표면개질-나노입자의 입자 크기의 분포도를 나타낸 그래프이고, (b) 표면개질-나노입자의 분산액(좌) 및 표면개질-나노입자와 아질산 이온이 결합한 후의 분산액(우)을 촬영한 이미지이며, (c) 표면개질-나노입자가 분산액 내에 분산되어 있는 상태를 투과전자현미경(TEM)(상) 및 원자간력현미경(AFM)(하)으로 촬영한 이미지이고, (d) 표면개질-나노입자와 아질산 이온이 결합하여 응집한 상태를 투과전자현미경(TEM)(상) 및 원자간력현미경(AFM)(하)으로 촬영한 이미지이다.
도 3은 일 예로 표면개질-나노입자의 분산액에 각종 이온을 첨가하였을 때에, (a) 나타나는 색변화를 촬영한 이미지이고, (b) 분광광도계(UV-vis spectrometer)를 이용하여 400 내지 800 nm 범위에서 스캔한 결과를 나타낸 그래프이며, (c) 790 nm 및 535 nm에서의 흡광도 비율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 일 예로 나노입자 용액(제1용액)에 개질제 용액(제2용액)의 양을 점점 증가시키면서 첨가하였을 때에, (a) 나타나는 색변화를 촬영한 이미지이고, (b) 분광광도계(UV-vis spectrometer)를 이용하여 400 내지 800 nm 범위에서 스캔한 결과를 나타낸 그래프이며, (c) 790 nm 및 535 nm에서의 흡광도 비율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 예로 표면개질-나노입자의 분산액에 아질산 이온의 양을 점점 증가시키면서 첨가하였을 때에, (a) 색변화를 촬영한 이미지이고, (b) 분광광도계(UV-vis spectrometer)를 이용하여 400 내지 800 nm 범위에서 스캔한 결과를 나타낸 그래프이며, (c) 790 nm 및 535 nm에서의 흡광도 비율을 이용하여 작성한 정량곡선을 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 shows, by way of example, (a) a state in which a modifier (MTT) is functionalized in nanoparticles and a state in which surface modification-nanoparticles are hydrogen bonded with a nitrite ion, Modification - This is a conceptual diagram showing the color change caused by aggregation of nanoparticles and nitrite ions.
FIG. 2 is a graph showing, for example, (a) a distribution diagram of the particle size of the surface modification-nanoparticles, (b) a surface modification- dispersion (left) of the nanoparticles and a surface modification- (C) Surface Modification - An image of nanoparticles dispersed in a dispersion liquid is photographed by transmission electron microscope (TEM) (phase) and atomic force microscope (AFM) (bottom) (d) Surface Modification - An image of the coagulated states of nanoparticles and nitrite bound to each other by transmission electron microscopy (TEM) and atomic force microscopy (AFM).
FIG. 3 is an image of a color change observed in (a) when various ions are added to a dispersion of surface-modified nanoparticles as an example, (b) 400 to 800 nm using a spectrophotometer (C) a graph showing absorbance ratios at 790 nm and 535 nm. FIG.
FIG. 4 is an image of a color change observed when (a) an increasing amount of a modifier solution (second solution) is added to a nanoparticle solution (first solution), (b) a spectrophotometer -vis spectrometer in the range of 400 to 800 nm, and (c) a graph showing the absorbance ratios at 790 nm and 535 nm.
FIG. 5 is an image of (a) color change photographed when (b) a UV-vis spectrometer is used as an example, when the amount of the nitrite ion added to the surface modification- (C) Scanning curves of absorbance at 790 nm and 535 nm, respectively.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

제조예Manufacturing example 1 내지 7:  1 to 7: 표면개질Surface modification -나노입자의 제조- Preparation of nanoparticles

제1용액으로 금나노입자 콜로이드를 사용하고, 제2용액으로 1-(2-머캅토에틸)-1,3,5-트리아지넌스-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptoethyl)-1,3,5-triazinance-2,4,6-trione; MTT)의 용액을 사용하였다. 제1용액 0.5 ml에 제2용액을 각각 0.08, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9 및 1.1 ml를 첨가하여, 금나노입자의 표면에 상기 개질제(MTT)가 결합된 제조예 1 내지 7의 표면개질-나노입자를 제조하였다.The gold nanoparticle colloid was used as the first solution, and 1- (2-mercaptoethyl) -1,3,5-triazine-2,4,6-trione (1- mercaptoethyl) -1,3,5-triazinance-2,4,6-trione (MTT). (MTT) was added to the surface of gold nanoparticles by adding 0.08, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9 and 1.1 ml of the second solution to 0.5 ml of the first solution, Modified nanoparticles were prepared.

도 2a에 제조예 5에서 제조된 나노입자의 입자 크기 분포를 나타내었다. 입자 크기는 10 내지 100 nm이고, 평균 입자 크기는 약 35 nm로 입자의 크기가 균일하다는 것을 확인할 수 있었다. FIG. 2A shows the particle size distribution of the nanoparticles prepared in Preparation Example 5. FIG. The particle size was 10 to 100 nm, and the average particle size was about 35 nm, which confirmed that the particle size was uniform.

도 4a에서 제조예 1 내지 7에서 제조된 표면개질-나노입자의 표면 플라스몬 공명 현상에 의한 색변화를 나타내었고, 도 4b에서 상기 제조예 1 내지 7에서 제조된 표면개질-나노입자의 400 내지 700 nm 영역의 스펙트럼을 나타내었으며, 또한, 도 4c에서는 790 nm에서와 535 nm에서의 흡광도 비(A790/A535)를 나타내었다.4A shows the color change due to the surface plasmon resonance of the surface modification-nanoparticles prepared in Preparation Examples 1 to 7. In FIG. 4B, the color change of the surface modification- (A 790 / A 535 ) at 790 nm and 535 nm in FIG. 4C. In addition, FIG. 4C shows the absorbance ratio at 790 nm and 535 nm (A 790 / A 535 ).

이를 통해, 개질제 용액(제2용액)의 첨가량이 증가할수록 나노입자 용액(제1용액)이 희석되는 효과로 인해 점점 엷은 색을 나타내었지만, 나노입자들의 응집으로 인한 색변화는 나타나지 않았으며, 개질제 용액의 첨가량과 무관하게, 스펙트럼의 형태는 동일하였고 흡광도 비는 일직선으로 표시되었다. 즉, 나노입자와 상기 개질제의 연결 상태는 상호간에 매우 안정되어 있고, 이로 인해 응집 현상이 발생하지 않음을 확인하였다.
As a result, as the addition amount of the modifier solution (second solution) was increased, the nanoparticle solution (first solution) was thinned due to the effect of dilution, but the color change due to agglomeration of the nanoparticles was not exhibited. Regardless of the amount of solution added, the form of the spectra was identical and the absorbance ratio was linear. That is, it was confirmed that the connection states of the nanoparticles and the modifier were very stable to each other, and that the coagulation phenomenon did not occur.

실시예Example 1: 질소산화물 이온의 검출 실험 1: Detection experiment of nitrogen oxide ion

표면개질-나노입자로 질소산화물 이온을 검출할 수 있는지 확인하기 위해, 제조예 5에서 제조된 표면개질-나노입자를 포함하는 비색센서에 아질산 이온이 포함된 검출대상시료를 투입하였다. 이어서, 비색센서의 색변화를 육안으로 관찰하고, 반응 전과 후의 표면개질-나노입자를 투과전자현미경(Transmission electron microscopy, TEM)과 원자간력 현미경(Atomic force microscopy, AFM)으로 촬영하여, 도 2에 나타내었다. Surface Modification - In order to confirm whether or not nitrogen oxide ions could be detected with nanoparticles, a sample to be detected containing a nitrite ion was added to a colorimetric sensor including the surface modification-nanoparticles prepared in Production Example 5. Next, the color change of the color gamut sensor was visually observed, and the surface modification-nanoparticles before and after the reaction were photographed by a transmission electron microscopy (TEM) and an atomic force microscopy (AFM) Respectively.

도 1a 및 도 1b는 표면개질-나노입자로 아질산 이온을 검출하는 원리를 도식적으로 나타낸 것으로서, 표면개질-나노입자와 아질산 이온이 만나면 나노입자의 표면에 연결된 개질제상의 질소에 결합된 수소가 아질산 이온의 산소 또는 질소와 강한 수소결합을 하게 되는데, 이에 의하여 표면개질-나노입자는 응집하여 집합체를 형성함으로써 입자 크기가 커지고, 따라서 나노 입자의 표면 플라스몬 공명 현상에 의해 색변화를 유발하게 되며, 이 때의 색은 암적색(red wine)에서 자색(violet)으로 변화한다.FIGS. 1A and 1B schematically illustrate the principle of detecting nitrite ions as surface modification-nanoparticles. When surface modification-nanoparticles and nitrite ions meet, hydrogen bonded to the nitrogen on the modifier surface connected to the surface of the nanoparticles reacts with nitrite ions The surface modification nanoparticles aggregate to form an aggregate, thereby increasing the particle size. Therefore, the surface plasmon resonance phenomenon of the nanoparticles causes color change. The color of the time changes from red wine to violet.

또한, 도 2c를 보면, 입자는 모두 응집 없이 균일한 크기로 분포되어 있고, 스케일바를 참조하면 그 크기가 도 2a에서 확인한 평균 입자 크기인 35 nm와 일치함을 확인할 수 있고, 도 2d를 보면, 표면개질-나노입자에 아질산 이온이 결합하여 나노입자의 응집으로 인해 나노입자의 크기가 확대되었음을 알 수 있으며, 크기의 확대로, 나노입자의 플라스몬 공명현상이 발생하였으며, 그에 상응하는 색변화가 일어났고, 이는 도 2b에 암적색(red wine)을 나타내는 표면개질-나노입자와, 자주색(violet)을 나타내는 아질산 이온과 결합하여 응집된 표면개질-나노입자를 육안으로 관찰한 사진을 보면 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 2C, it can be seen that all of the particles are uniformly distributed without agglomeration, and that the size of the particles is equal to the average particle size of 35 nm as shown in FIG. 2A. Referring to FIG. 2d, Surface modification - It can be seen that the nanoparticles are enlarged due to the aggregation of the nanoparticles due to the binding of the nitrite ions to the nanoparticles. Plasmon resonance phenomenon of the nanoparticles occurs due to the enlargement of the size, and the corresponding color change This can be confirmed by the naked eye observation of the surface modification-nanoparticles showing red wine in FIG. 2b and the surface modification-nanoparticles aggregated in association with the nitrite ions showing violet .

실시예Example 2: 질소산화물 이온의 검량 실험 2: Calibration of nitrogen oxide ions

질소산화물 이온의 정량적인 감지가 가능한지 확인하기 위해, 제조예 5에서 제조된 표면개질-나노입자를 포함하는 비색센서에, 각각 아질산 이온이 1, 2, 3, 4 및 5 ppm으로 포함된 검출대상시료를 투입하고, 이를 각각 실시예 2-1 내지 2-5로 하여 비색센서의 색변화에 대해 방출되는 파장의 변화를 분광광도계(UV-vis spectrometer)를 이용하여 그 변화 정도를 측정하였다.To confirm whether quantitative detection of nitrogen oxide ions was possible, the colorimetric sensor comprising the surface modification-nanoparticles prepared in Production Example 5 was subjected to the detection target containing nitrite ions at 1, 2, 3, 4 and 5 ppm, respectively The samples were put in the same manner as in Examples 2-1 to 2-5, and the changes in the wavelengths emitted to the color change of the color gamut sensor were measured using a spectrophotometer (UV-vis spectrometer).

도 5a를 참조하면, 아질산 이온의 양이 증가함에 따라 암적색에서 점차 자주색으로 변화함을 확인할 수 있으며, 이후 나노입자들의 응집으로 인하여, 색이 투명하게 변화됨을 알 수 있다. 농도에 따른 반응시간은, 실시예 2-1(아질산 이온 1 ppm)의 경우 약 100분, 실시예 2-5(아질산 이온 5 ppm)의 경우 약 30분, 그 이상의 고농도의 경우 약 16분으로 확인되었고, 농도가 높을수록 반응 시간이 단축되며 응집이 빠르게 된다는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 5A, it can be seen that the color changes gradually from dark red to purple as the amount of nitrite ions increases, and then the color changes transparently due to agglomeration of the nanoparticles. The reaction time according to the concentration was about 100 minutes for Example 2-1 (1 ppm of nitrite ion), about 30 minutes for Example 2-5 (nitrite ion 5 ppm), and about 16 minutes for higher concentrations The higher the concentration, the shorter the reaction time and the faster the aggregation.

도 5b를 참조하면, 아질산 이온의 양이 증가함에 따라 400 내지 800 nm의 스펙트럼이 점차 증가하여 가시광의 흡광도가 커진 것을 확인할 수 있으며, 우측 상단의 작은 그래프를 통하여, 800 nm 이상의 파장에서도 같은 현상이 일어난다는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5B, as the amount of the nitrite ions increases, the spectrum of 400 to 800 nm gradually increases to show that the absorbance of visible light increases, and the same phenomenon occurs at a wavelength of 800 nm or more Can be confirmed.

도 5c는 흡광도의 비율(A790/A535)을 이용하여 정량 곡선을 도시한 것으로, 회귀 직선식 Y= 0.2329X + 0.0517으로 표시되었으며, 상관계수(R2)가 0.9736인 것으로 보아 아질산 이온의 양과 흡광도 비 사이에는 높은 상관성이 있음을 알 수 있다. 즉, 분광 광도계로 측정되는 흡광도 비를 이용하면 아질산 이온의 농도를 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다.
FIG. 5C shows a quantitative curve using the ratio of absorbance (A 790 / A 535 ), which is represented by the regression linear equation Y = 0.2329X + 0.0517 and the correlation coefficient R 2 is 0.9736. It can be seen that there is a high correlation between the amount and the absorbance ratio. That is, it was confirmed that the concentration of the nitrite ion can be measured by using the absorbance ratio measured by the spectrophotometer.

실시예Example 3:  3: 표면개질Surface modification -나노입자의 질소산화물 이온에 대한 선택성 실험- Selectivity test for nitrogen oxide ion of nanoparticles

표면개질-나노입자로 질소산화물 이온을 다른 이온들과 비교하여 선택적으로 감지할 수 있는지에 대한 이온 선택성을 확인하기 위해, 제조예 5에서 제조된 표면개질-나노입자를 포함하는 비색센서에, 각각 3 ppm의 불소 이온(F-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-), 인산 이온(PO4 2 -), 황산 이온(SO4 2 -), 아질산 이온(NO2 -) 및 질산 이온(NO3 -)을 투입하였다. 이를 각각 실시예 3-1 내지 3-7로 하여, 색변화 여부를 육안으로 확인하고, 분광광도계(UV-vis spectrometer)를 이용하여 파장의 변화 정도를 측정하였다. Surface Modification-To confirm ion selectivity for selectively detecting nitrogen oxide ions as compared with other ions as nanoparticles, a colorimetric sensor including the surface modification-nanoparticles prepared in Production Example 5 3 ppm of fluoride ion (F -), chloride ion (Cl -), bromide ion (Br -), phosphate ion (PO 4 2 -), sulfate ion (SO 4 2 -), nitrite ion (NO 2 -) and Nitrate ion (NO 3 - ) was added. Each of Examples 3-1 to 3-7 was checked visually for color change, and the degree of change in wavelength was measured using a spectrophotometer (UV-vis spectrometer).

도 3a를 참조하면, 대조군(control)은 기준 물질로 표면개질-나노입자만 포함된 것으로, 이것과 비교하였을 때, 각 이온의 첨가에 따라 색이 변화한 것은 아질산 이온 (NO2 -)과 질산 이온(NO3 -)이 첨가된 실시예 3-6 및 3-7의 경우라는 것을 확인할 수 있었다. 실시예 3-6의 경우 육안으로 보기에도 암적색(red wine)에서 자색(violet)으로 색변화가 일어났음을 확인할 수 있었지만, 실시예 3-7의 경우에는 색의 변화가 미미하여 육안으로 확인하기에는 다소 어려움이 있었다. Referring to FIG. 3A, the control group includes only the surface modification-nanoparticles as a reference material. When compared with the reference, the change in color due to the addition of each ion indicates that nitrite ions (NO 2 - ) and nitrate (NO 3 < - >) was added in Examples 3-6 and 3-7. In Example 3-6, it was confirmed that the color change was observed from dark red to violet when viewed from the naked eye. In the case of Example 3-7, however, the change of color was slight, There was difficulty.

도 3b는 분광광도계 장비를 이용하여 400 내지 800 nm 범위 내에서, 상기 실시예 3-1 내지 3-7을 스캔한 결과로서, 대조군을 포함한 음이온들은 모두 535 nm에서 최대의 흡광도를 갖고 있었으며, 이후 800 nm까지 흡광도가 증가함을 알 수 있다. 이 역시도 실시예 3-6 및 3-7을 제외하면 플라스몬 공명현상에 의한 흡광도의 변화가 거의 없음을 알 수 있다. FIG. 3B is a result of scanning the above Examples 3-1 to 3-7 within the range of 400 to 800 nm using a spectrophotometer, and all the anions including the control group had the maximum absorbance at 535 nm, It can be seen that the absorbance increases to 800 nm. It can also be seen that, except for Examples 3-6 and 3-7, there is almost no change in absorbance due to the plasmon resonance phenomenon.

도 3c는 790 nm 와 535 nm에서의 흡광도 비율인 A790/A535를 나타낸 것으로, 대상 물질의 선택성과 감도를 나타낸다. 대조군과 실시예 3-1 내지 3-5는 A790/A535의 흡광분배계수가 거의 동일한 0.14 값을 보여주고 있으나, 실시예 3-6의 아질산 이온(NO2 -)과 실시예 3-7의 질산화 이온(NO3 -)의 A790/A535 흡광도비는 각각 0.86, 0.25의 값을 나타내었다. 이를 통해, 질산 이온은 다른 이온들에 비해 1.5배의 선택성과 감도를 가지고 있으며, 아질산 이온은 6배의 선택성과 감도를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. Figure 3c shows A 790 / A 535 , the absorbance ratio at 790 nm and 535 nm, indicating the selectivity and sensitivity of the subject material. The control group and Examples 3-1 to 3-5 show values of 0.14 which are almost the same as those of A 790 / A 535 , but the nitrite ion (NO 2 - ) of Example 3-6 and the 3-7 The absorbance ratio of A 790 / A 535 of nitrate ion (NO 3 - ) was 0.86 and 0.25, respectively. It was confirmed that nitrate ion has 1.5 times selectivity and sensitivity compared to other ions, and nitrite ion has 6 times selectivity and sensitivity.

즉, 본 발명의 검출시스템은 다른 이온들에 비해 아질산 이온에 대한 감도가 육안으로도 분별이 가능할 정도로 높고, 질산 이온에 대한 감도는 육안으로는 구분이 어려웠으나, 흡광도 비의 분석을 통해 선택성이 있다는 것을 알 수 있어서, 개질제(MTT)로 표면이 개질된 나노입자는 아질산 이온의 검출에 우수하고 적합하며, 아질산 이온의 검출뿐만 아니라, 질산 이온의 검출도 가능하다는 것을 확인 할 수 있다.
That is, in the detection system of the present invention, the sensitivity to nitrite ions was higher than that of other ions so that they could be discriminated by the naked eye, and the sensitivity to nitrate ions was difficult to be distinguished from the naked eye. However, It can be seen that the nanoparticles modified with surface modifier (MTT) are excellent and suitable for the detection of nitrite ions, and it is possible to detect not only nitrite ions but also nitrate ions.

실시예Example 4:  4: 표면개질Surface modification -나노입자를 포함하는 검출 시스템의 유효성 평가- Evaluation of effectiveness of detection system containing nanoparticles

1. 아질산 이온의 검출한계 농도 평가1. Evaluation of detection limit concentration of nitrite ion

유해물질에 대한 표면개질-나노입자의 유효성을 평가하기에 앞서, 수돗물과 연못물을 검출대상시료로서, 본 발명의 질소산화물 이온의 비색 검출 방법의 검출한계농도를 확인하기 위해, 표면개질-나노입자를 포함하는 비색센서와 이온크로마토그래피에 상기 시료들을 주입하고, 상기 검출시스템의 비색센서로 측정되는 농도와 이온크로마토그래피로 측정되는 농도를 비교 확인하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Surface Modification for Hazardous Substances-Prior to evaluating the effectiveness of nanoparticles, in order to confirm the detection limit concentration of the method for detecting colorimetry of nitrogen oxide ions of the present invention using tap water and pond water as detection target samples, The above samples were injected into a colorimetric sensor including particles and ion chromatography, and the concentration measured by the colorimetric sensor of the above detection system and the concentration measured by ion chromatography were compared and the results are shown in Table 1 below.

시료sample 아질산의 이온 양 (μg/ml)The amount of ions of nitrite (μg / ml) 본 발명의 비색센서The colorimetric sensor 이온크로마토그래피Ion chromatography 수돗물tap water <1<1 <0.01<0.01 연못물Pond water <1<1 <0.01<0.01

상기 표 1에서와 같이, 이온크로마토그래피를 이용한 아질산 이온의 검출한계농도는 10 ppb 이하로, 본 발명의 비색센서에 의한 검출한계농도 1 ppm 보다 훨씬 낮은 값을 나타내었다. 이는 상기 비색센서를 이용한 것보다 100배 이상의 감도를 가지고 있으나, 상기 비색센서의 검출한계농도 1 ppm은 수질오염 공정 시험법에 의한 규제치인 1 ppm에 적합한 것으로, 본 발명의 표면개질-나노입자를 이용한 비색센서는 환경대상 유해물질인 질소산화물 이온의 검출에 적용할 수 있음을 확인하였다.
As shown in Table 1, the detection limit concentration of nitrite ions by ion chromatography was 10 ppb or less, which was much lower than the detection limit concentration 1 ppm by the colorimetric sensor of the present invention. The detection limit concentration 1 ppm of the colorimetric sensor is suitable for 1 ppm which is the regulation value by the water pollution process test method, and the surface modification-nanoparticle of the present invention It is confirmed that the colorimetric sensor can be applied to the detection of nitrogen oxide ion which is a harmful substance in the environment.

2. 아질산 이온에 대한 2. For nitrite ions 표면개질Surface modification -나노입자의 유효성 평가- Evaluation of the effectiveness of nanoparticles

먼저 검출대상시료로 아질산 이온을 3 ppm 첨가한 수돗물과, 5 ppm 첨가한 연못물을 준비하고, 상기 검출대상시료를 표면개질-나노입자를 포함하는 비색센서와 이온크로마토그래피에 투입하였다. 그리고, 분광 광도계와 상기 비색센서를 이용하여 측정되는 아질산 이온의 농도 및 농도의 오차값과, 이온크로마토그래피로 측정되는 아질산 이온의 농도 및 농도의 오차값을 비교 확인하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.First, tap water containing 3 ppm of nitrite ions and 5 ppm of pond water were added to the sample to be detected, and the sample to be detected was introduced into a colorimetric sensor including ionic surface-modified nanoparticles and ion chromatography. The error values of the concentration and concentration of the nitrite ions measured by the spectrophotometer and the colorimetric sensor were compared with the error values of the concentration and concentration of the nitrite ions measured by the ion chromatography. Respectively.

시료
(아질산 이온 농도)
sample
(Nitrite ion concentration)
아질산의 이온 양(μg/ml)The amount of ions of nitrite (μg / ml)
본 발명의 비색센서The colorimetric sensor 이온크로마토그래피Ion chromatography 수돗물(3 ppm)Tap water (3 ppm) 2.63±0.312.63 ± 0.31 2.99±0.332.99 ± 0.33 연못물(5 ppm)Pond water (5 ppm) 4.77±0.374.77 ± 0.37 4.97±0.604.97 ± 0.60

상기 표 2를 참조하면, 이온크로마토그래피 검출법으로는 수돗물과 연못물에서 각각 2.99±0.33 ppm, 4.97±0.60 ppm 검출되었고, 본 발명의 비색센서로는 각각 2.63±0.31 ppm, 4.77±0.37 ppm 값이 검출되었다. 이는 상기 검출시스템으로 실제 유해물질에 포함된 아질산 이온을 검출할 수 있다는 것을 확인해 주는 결과로, 유효성을 넘어, 이온크로마토그래피의 결과값과 비교하여 오차 범위 역시 상당히 좁은 것으로 나타나, 장소적, 장치적 제한이 있는 이온크로마토그래피 분석법에 비해 성능이 떨어지지 않음을 확인할 수 있었다.
2.99 ± 0.33 ppm and 4.97 ± 0.60 ppm were detected in the tap water and the pond water by the ion chromatography detection method, respectively, and the values of 2.63 ± 0.31 ppm and 4.77 ± 0.37 ppm were measured for the colorimetric sensor of the present invention, respectively Respectively. As a result of confirming that the detection system can detect the nitrite ions contained in the actual harmful substances, the error range is also narrow compared with the result of ion chromatography, It was confirmed that the performance was not lowered compared with the ion chromatography method with limitation.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (10)

100 nm 이하의 직경을 가지는 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 연결된 개질제;를 포함하고,
상기 나노입자는 금, 은, 티타늄옥사이드, 카드뮴텔러라이드, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노입자이며,
상기 개질제는 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것인, 표면개질-나노입자.
[화학식 1]
Figure pat00005

여기서, R1은 C1 내지 C3의 머캅토알킬, 아미노알킬, 하이드록시알킬, 할로겐알킬 및 카복시알킬로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.
A nanoparticle having a diameter of 100 nm or less and a modifier connected to the surface of the nanoparticle,
Wherein the nanoparticles are nanoparticles selected from the group consisting of gold, silver, titanium oxide, cadmium telluride, copper, and combinations thereof,
Wherein the modifier comprises a compound of formula (I): &lt; EMI ID = 6.1 &gt;
[Chemical Formula 1]
Figure pat00005

Wherein R &lt; 1 &gt; is any one selected from the group consisting of C1 to C3 mercaptoalkyl, aminoalkyl, hydroxyalkyl, halogenalkyl and carboxyalkyl.
제1항에 있어서,
상기 개질제는, 1-(2-머캅토메틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptomethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), 1-(2-머캅토에틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptoethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione; MTT), 1-(2-머캅토프로필)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptopropyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는, 표면개질-나노입자.
The method according to claim 1,
The modifier may be 1- (2-mercaptomethyl) -1,3,5-triazinane-2 , 4,6-trione), 1- (2-mercaptoethyl) -1,3,5-triazinene-2,4,6-trione 2-mercaptopropyl) -triazinane-2,4,6-trione (MTT), 1- (2-mercaptopropyl) -1,3,5-triazinene- -1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), and combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 표면개질-나노입자는, 790 nm와 535 nm에서의 흡광도 비(A790/A535) 값이 0.05 내지 0.2인, 표면개질-나노입자.
The method according to claim 1,
Wherein the surface modifying-nanoparticle has an absorbance ratio (A 790 / A 535 ) value at 790 nm and 535 nm of 0.05 to 0.2.
나노입자가 분산된 제1용액을 마련하는 준비단계; 그리고
개질제를 포함하는 제2용액과 상기 제1용액을 혼합하여, 상기 나노입자의 표면에 상기 개질제가 연결되어 기능화된 표면개질-나노입자를 제조하는 기능화단계;를 포함하고,
상기 나노입자는 금, 은, 티타늄옥사이드, 카드뮴텔러라이드, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노입자이고,
상기 개질제는 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것인, 표면개질-나노입자의 제조방법.
[화학식 1]
Figure pat00006

여기서, R1은 C1 내지 C3의 머캅토알킬, 아미노알킬, 하이드록시알킬, 할로겐알킬 및 카복시알킬로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.
Preparing a first solution in which nanoparticles are dispersed; And
And a functionalizing step of mixing the first solution with a second solution containing a modifier to prepare functionalized surface modification-nanoparticles by connecting the modifier to the surface of the nanoparticles,
Wherein the nanoparticles are any one selected from the group consisting of gold, silver, titanium oxide, cadmium telluride, copper, and combinations thereof,
Wherein the modifier comprises a compound represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
Figure pat00006

Wherein R &lt; 1 &gt; is any one selected from the group consisting of C1 to C3 mercaptoalkyl, aminoalkyl, hydroxyalkyl, halogenalkyl and carboxyalkyl.
제4항에 있어서,
상기 기능화단계에서 상기 제1용액과 상기 제2용액의 혼합은, 상기 제1용액을 30 내지 90 부피%, 상기 제2용액을 10 내지 70 부피%로 포함하여 진행되는, 표면개질-나노입자의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Mixing the first solution and the second solution in the functionalization step comprises mixing the first solution and the second solution in an amount of 30 to 90% by volume and the second solution in an amount of 10 to 70% Gt;
제4항에 있어서,
상기 개질제는, 1-(2-머캅토메틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptomethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), 1-(2-머캅토에틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptoethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione; MTT), 1-(2-머캅토프로필)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptopropyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는, 표면개질-나노입자의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The modifier may be 1- (2-mercaptomethyl) -1,3,5-triazinane-2 , 4,6-trione), 1- (2-mercaptoethyl) -1,3,5-triazinene-2,4,6-trione 2-mercaptopropyl) -triazinane-2,4,6-trione (MTT), 1- (2-mercaptopropyl) -1,3,5-triazinene- -1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), and a combination thereof.
표면개질-나노입자를 포함하는 비색센서에 검출대상시료를 투입하는 투입단계; 및
상기 검출대상시료 내에 포함된 질소산화물 이온과 표면개질-나노입자의 표면에 연결된 개질제가 결합함으로써 일어나는 비색센서의 색변화를 이용하여, 상기 검출대상시료 내에 질소산화물 이온이 1 ppm 이상 포함되어 있는지를 검출하는 감지단계;를 포함하고,
상기 표면개질-나노입자는, 100 nm 이하의 직경을 가지는 나노입자 및 상기나노입자의 표면에 연결된 개질제;를 포함하며,
상기 나노입자는 금, 은, 티타늄옥사이드, 카드뮴텔러라이드, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노입자이고,
상기 개질제는 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것인, 질소산화물 이온의 비색 검출 방법.
[화학식 1]
Figure pat00007

여기서, R1은 C1 내지 C3의 머캅토알킬, 아미노알킬, 하이드록시알킬, 할로겐알킬 및 카복시알킬로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.
A step of injecting a sample to be detected into a colorimetric sensor including surface modification-nanoparticles; And
Using the color change of the colorimetric sensor caused by the combination of the nitrogen oxide ions contained in the sample to be detected and the modifying agent connected to the surface of the surface modifying-nanoparticle, to determine whether or not the nitrogen oxide ion is contained in 1 ppm or more in the sample to be detected And a detecting step of detecting the signal,
Wherein the surface modification-nanoparticle comprises nanoparticles having a diameter of 100 nm or less and a modifier connected to a surface of the nanoparticle,
Wherein the nanoparticles are any one selected from the group consisting of gold, silver, titanium oxide, cadmium telluride, copper, and combinations thereof,
Wherein the modifier comprises a compound represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
Figure pat00007

Wherein R &lt; 1 &gt; is any one selected from the group consisting of C1 to C3 mercaptoalkyl, aminoalkyl, hydroxyalkyl, halogenalkyl and carboxyalkyl.
제7항에 있어서,
상기 감지단계 이후, 감지단계에서의 상기 비색센서의 색변화를 분광계 또는 색도계로 측정하여, 검출대상시료 내의 질소산화물 이온의 농도를 검량하는 농도측정단계를 더 포함하는, 질소산화물 이온의 비색 검출 방법.
8. The method of claim 7,
Further comprising a concentration measuring step of measuring the color change of the colorimetric sensor in the sensing step with a spectrometer or a colorimeter in the sensing step and then measuring the concentration of nitrogen oxide ions in the sample to be detected, .
제7항에 있어서,
상기 감지단계에서의 상기 비색센서의 색변화는, 상기 질소산화물 이온과 상기 화학식 1의 화합물의 수소결합에 의하여 상기 표면개질-나노입자들이 응집되어, 비색센서의 색이 상기 검출대상시료를 투입하기 전의 비색센서의 색보다 옅어지거나 무색으로 변화하는 과정을 포함하는 것인, 질소산화물 이온의 비색 검출 방법.
8. The method of claim 7,
The color change of the colorimetric sensor in the sensing step may be such that the surface modification-nanoparticles are aggregated by hydrogen bonding of the nitrogen oxide ion and the compound of formula 1, Wherein the color of the colorimetric sensor is changed to a color that is lighter or more colorless than the color of the previous colorimetric sensor.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 질소산화물 이온은, 아질산 이온(NO2 -), 질산 이온(NO3 -) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 개질제는, 1-(2-머캅토메틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptomethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), 1-(2-머캅토에틸)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptoethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione; MTT), 1-(2-머캅토프로필)-1,3,5-트리아지네인-2,4,6-트리온(1-(2-mercaptopropyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하며,
상기 투입단계에서의 비색센서의 색은 암적색이고, 상기 감지단계에서의 비색센서의 색은 투명 또는 자색인 것인, 질소산화물 이온의 비색 검출 방법.
9. The method according to claim 7 or 8,
The nitrogen oxide ion is any one selected from the group consisting of nitrite ions (NO 2 - ), nitrate ions (NO 3 - ), and combinations thereof,
The modifier may be 1- (2-mercaptomethyl) -1,3,5-triazinane-2 , 4,6-trione), 1- (2-mercaptoethyl) -1,3,5-triazinene-2,4,6-trione 2-mercaptopropyl) -triazinane-2,4,6-trione (MTT), 1- (2-mercaptopropyl) -1,3,5-triazinene- -1,3,5-triazinane-2,4,6-trione), and combinations thereof.
Wherein the color of the colorimetric sensor in the applying step is dark red and the color of the colorimetric sensor in the sensing step is transparent or violet.
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KR20210012441A (en) * 2019-07-25 2021-02-03 서울시립대학교 산학협력단 Optical detection methods for quantitative and qualitative analyses of CMIT/MIT using metal nanoparticles
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10928326B2 (en) 2015-08-03 2021-02-23 Korea Institute Of Science And Technology Selective colorimetric detection sensor and selective colorimetric detection method for detecting hexavalent chromium ions using size controlled label-free gold nanoparticles
KR20190135334A (en) * 2018-05-28 2019-12-06 한국기계연구원 Substrate structure for improved adsorption of NOx, and NOx sensor using the same
KR20210012441A (en) * 2019-07-25 2021-02-03 서울시립대학교 산학협력단 Optical detection methods for quantitative and qualitative analyses of CMIT/MIT using metal nanoparticles
KR20210032131A (en) 2019-09-16 2021-03-24 한국과학기술연구원 Colorimetric sensor for detecting mercury(ⅱ) ion comprising surface modification-nanoprticles, a method for producing the same and mercury(ⅱ) ion detection method using the same

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