KR20180066807A - 산성 가스 센서 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
산성 가스 센서 및 이의 제조방법을 제공한다. 기판의 적어도 일면에 도포되고, 화학식 1으로 표시되는 염료 및 암모늄 이온을 함유하되, 상기 암모늄 이온의 몰수는 상기 염료의 몰수의 두 배보다 많은 고형상의 염료 코팅층일 수 있다. 본 발명에 따르면, 복잡한 장비없이 색 변화만으로 산성 유해가스를 검출할 수 있는 센서를 제공함에 있다. 나아가, 역적정(back titration)의 원리를 이용하여 종전 염기성 가스에 대해 변색하던 염료를 산성 가스에 대해 변색하도록 조절한 센서를 제공함에 있다.
Description
본 발명은 센서에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 산성 유해 가스 센서에 관한 것이다.
현대 사회에서는, 급속한 산업화로 인하여 각종 유해 물질을 취급하는 다양한 산업 현장 또는 이들의 운송 과정에서의 유해물질 유출로 인한 인명과 재산상의 손실이 증가하고 있다. 특히, 산업 현장의 제조 공정에서 많이 사용하고 있는 염산, 황산, 플루오르화수소산, 질산, 아세트산 등의 산과 암모니아, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화바륨과 같은 염기와 산화망간, 산화나트륨과 같이 수분에 접촉 시 곧바로 강알칼리로 변하는 금속 산화물 등은 미량이라도 누출되었을 때 인체와 공정에 치명적인 손상을 준다.
이에 따라, 산, 염기 가스 누출을 감지하기 위한 다양한 방법들이 시도되어 왔는데, 가장 일반적인 방법으로는 산, 염기 가스의 누출을 감지하는 페인트를 산, 염기 가스가 누출되는 파이프 라인 등에 도포하는 방식을 사용해왔다. 그러나, 이러한 방법은 야외에 노출된 파이프 라인에서 적용하기는 쉬우나 실내 공정에 있는 파이프 라인이나 정밀 시설 등에 적용했을 때, 도포 화학물질 자체가 인체에 유해한 영향을 끼치거나, 산업용 정밀 기자재 등에 부분적으로 손상을 가져올 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 보다 안전한 형태의 산, 염기 가스 감지 장치의 개발을 위한 연구가 진행되었는데, 예를 들어, 전자식 화학감지 센서가 현재 산업계에서 산, 염기 가스 누출에 의한 사고를 예방하기 위해서 가장 보편적으로 사용되고 있다. 그러나, 전자식 화학 감지 센서는 가격이 비교적 고가이고 제한적인 공간에서 사용해야 하며, 특히, 산 염기 가스는 대부분 무색이라 누출부위를 조기에 찾기 어려운 단점이 있다. 이 밖에도, 기존의 산, 염기 가스 감지 장치들은 마이크로 초 이내의 빠른 시간 대와 가시광선 영역에서 바로 확인 가능하여야 함에도 불구하고 종래의 제품들은 반응 시간이 길고 누출부위가 선명하지 않은 단점이 있다.
따라서, 산, 염기 가스가 누출될 때, 빠른 시간 내에 화합물을 감응하여 즉시 발현될 수 있는 보다 효과적인 산, 염기 가스 검출 센서에 대한 연구의 필요성이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 색 변화를 통하여 가시적으로 검출이 가능한 산성 유해가스 센서를 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 산성 가스 센서를 제공한다. 본 발명에 따른 산성 가스 센서는, 기판의 적어도 일면에 도포되고, 하기 화학식 1로 표시되는 염료 및 암모늄 이온을 함유하되, 상기 암모늄 이온의 몰수는 상기 염료의 몰수의 두 배보다 많은 고형상의 염료 코팅층을 포함할 수 있다:
<화학식 1>
상기 화학식 1에서, R1 및 R4는 서로에 관계없이 C1 내지 C6의 알킬기, C2 내지 C6의 알케닐기, 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹이고, R2 및 R3는 서로에 관계없이 수소, 니트로기, 아미노기, 할라이드기, 하이드록시기, 카르복실기, 알데히드기, 에스터기, 아마이드기 및 케톤기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나이고, X1 및 X2는 서로에 관계없이, F, Cl, Br 및 I 중 어느 하나일 수 있다.
상기 암모늄 이온은 4차 암모늄 이온일 수 있다. 상기 4차 암모늄 이온은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다:
<화학식 2>
상기 화학식 2에서, R5, R6, R7 및 R2은 서로에 관계없이, 서로에 관계없이, C1 내지 C6의 알킬기, C2 내지 C6의 알케닐기, 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹일 수 있다. 상기 암모늄 이온은 테트라부틸암모늄 이온일 수 있다. 상기 염료와 상기 암모늄 이온의 몰비는 1:4.5 내지 1:5.5일 수 있다.
상기 염료 코팅층은 HnXn -를 더 포함하고, n은 1 내지 3의 정수이고, X-는 할로겐 이온, 하이드록사이드, 아세테이트, 나이트레이트, 바이카보네이트, C1 내지 C15의 알킬 설페이트, 하이드로젠 설페이트, 테트라플루오르 보레이트, 또는 헥사플루오르 알세네이트(hexafluoroarsenate)이고, X2-는 카보네이트, 하이드로젠 포스파이트(hydrogen phosphite), 또는 옥살레이트이고, X3-는 포스페이트일 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 산성 가스 센서 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 산성 가스 센서 제조방법은, 하기 화학식 4의 염료 및 암모늄 염이 용매에 용해되되, 상기 염료는 상기 암모늄 염에 의해 역적정된 상태인 혼합 용액을 준비하는 단계 및 상기 혼합 용액을 기판 상에 도포하고 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
<화학식 4>
상기 화학식 4에서, R1 및 R4는 서로에 관계없이 C1 내지 C6의 알킬기, C2 내지 C6의 알케닐기, 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹이고, R2 및 R3는 서로에 관계없이 수소, 니트로기, 아미노기, 할라이드기, 하이드록시기, 카르복실기, 알데히드기, 에스터기, 아마이드기 및 케톤기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나이고, X1 및 X2는 서로에 관계없이, F, Cl, Br 및 I 중 어느 하나이다.
상기 암모늄 염은 4차 암모늄 염일 수 있다. 상기 4차 암모늄 염은 (NR5R6R7R8 +)nXn-이고, 상기 R7, R8, R9 및 R10은 서로에 관계없이, 서로에 관계없이, C1 내지 C6의 알킬기, C2 내지 C6의 알케닐기, 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹이고, n은 1 내지 3의 정수이고, X-는 할로겐 이온, 하이드록사이드, 아세테이트, 나이트레이트, 바이카보네이트, C1 내지 C15의 알킬 설페이트, 하이드로젠 설페이트, 테트라플루오르 보레이트, 또는 헥사플루오르 알세네이트(hexafluoroarsenate)이고, X2-는 카보네이트, 하이드로젠 포스파이트(hydrogen phosphite), 또는 옥살레이트이고, X3-는 포스페이트일 수 있다.
상기 암모늄 염은 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAH), 테트라부틸암모늄 플로라이드(TBAF), 테트라부틸암모늄 클로라이드(TBAC), 테트라부틸암모늄 브로마이드(TBAB) 및 테트라부틸암모늄 아이오다이드(TBAI)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 염료와 상기 암모늄 염의 몰비는 1:4.5 내지 1:5.5일 수 있다.
본 발명에 따르면, 복잡한 장비없이 색 변화만으로 산성 유해가스를 검출할 수 있는 센서를 제공함에 있다. 나아가, 역적정(back titration)의 원리를 이용하여 종전 염기성 가스에 대해 변색하던 염료를 산성 가스에 대해 변색하도록 조절한 센서를 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산성 가스 센서를 나타낸 모식도이다.
도 2는 브로모크레졸 퍼플 염료와 테트라부틸암모늄 하이드록사이드를 1:0, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 및 1:5로 변화시키되 제조예 1과 같은 과정으로 형성한 염료 코팅층을 촬영한 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 비교예 및 제조예 1에 따른 염료 코팅층을 산성 및 염기성 가스에 노출시킨 결과를 나타낸 사진들이다.
도 4는 제조예 1의 과정 중 얻어진 브로모크레졸 퍼플과 테트라부틸암모늄 하이드록사이드의 혼합액과 이를 염화수소 가스에 노출시킨 후의 자외선 분광광도계(UV-vis spectrophotometer) 분석 그래프이다.
도 5는 제조예 1의 과정 중 얻어진 브로모크레졸 퍼플과 테트라부틸암모늄 하이드록사이드의 혼합액, 이를 염화수소 가스에 노출시킨 후, 그리고 비교예의 과정 중 얻어진 브로모크레졸 퍼플 용액에 대한 푸리에 변환 적외선 분광광도계(FT-IR) 분석 그래프이다.
도 6은 비교예 및 제조예 1에 따른 염료 코팅층을 다양한 가스에 노출시킨 후 색변화를 나타낸 사진이다.
도 2는 브로모크레졸 퍼플 염료와 테트라부틸암모늄 하이드록사이드를 1:0, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 및 1:5로 변화시키되 제조예 1과 같은 과정으로 형성한 염료 코팅층을 촬영한 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 비교예 및 제조예 1에 따른 염료 코팅층을 산성 및 염기성 가스에 노출시킨 결과를 나타낸 사진들이다.
도 4는 제조예 1의 과정 중 얻어진 브로모크레졸 퍼플과 테트라부틸암모늄 하이드록사이드의 혼합액과 이를 염화수소 가스에 노출시킨 후의 자외선 분광광도계(UV-vis spectrophotometer) 분석 그래프이다.
도 5는 제조예 1의 과정 중 얻어진 브로모크레졸 퍼플과 테트라부틸암모늄 하이드록사이드의 혼합액, 이를 염화수소 가스에 노출시킨 후, 그리고 비교예의 과정 중 얻어진 브로모크레졸 퍼플 용액에 대한 푸리에 변환 적외선 분광광도계(FT-IR) 분석 그래프이다.
도 6은 비교예 및 제조예 1에 따른 염료 코팅층을 다양한 가스에 노출시킨 후 색변화를 나타낸 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서 내에서 Cx 내지 Cy라고 기재한 경우에는, x 내지 y의 범위 내에 속하는 모든 정수들이 기재된 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산성 가스 센서를 나타낸 모식도이다.
도 1을 참조하면, 기판(100)이 준비될 수 있다. 상기 기판(100)의 재질에 대하여는 크게 제한이 있지 않으며, 구체적으로 상기 기판(100)은 예를 들어, 종이(paper) 또는 부직포(non-woven fabric) 등의 수분 흡수성(absorbable property)을 갖는 재질이거나, 예를 들어, 유리(glass), 석영 또는 고분자 필름 등의 수분 난흡수성 또는 수분 비흡수성인 재질일 수 있다. 일 예로, 상기 기판(100)은 다공성 페이퍼(paper)일 수 있다.
상기 기판(100) 상에 염료 코팅층(200)이 형성될 수 있다. 상기 기판(100)이 흡수성 재질일 경우에는 상기 염료 코팅층(200)이 상기 기판(100)의 표면 내에 흡수된 형태로 형성될 수 있으며, 상기 기판(100)이 비흡수성 재질인 경우에는 상기 기판(100)의 표면 상에 상기 염료 코팅층(200)이 얇은 막의 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 염료 코팅층(200)은 고형상일 수 있다.
상기 염료 코팅층(200)은 하기 화학식 1의 염료와 암모늄 이온의 혼합물을 포함할 수 있다.
<화학식 1>
상기 화학식 1에서, R1 및 R4는 서로에 관계없이, C1 내지 C6의 알킬기, C1 내지 C6의 알케닐기, 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹일 수 있다. R2 및 R3는 서로에 관계없이 수소이거나, 니트로기, 아미노기, 할라이드기, 하이드록시기, 카르복실기, 알데히드기, 에스터기, 아마이드기 및 케톤기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. X1 및 X2는 서로에 관계없이, F, Cl, Br 및 I 중 어느 하나일 수 있다.
상기 화학식 1에서, C1 내지 C6의 알킬기는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 아이소프로필, 또는 t-부틸일 수 있다. C2 내지 C6의 알케닐기는 비닐기일 수 있다. C4 내지 C20의 아로마틱 그룹은 티오펜, 바이티오펜, 피리딘, 페닐, 나프틸, 또는 안트라세닐(anthracenyl)일 수 있다. 또한, C1 내지 C6의 알킬기 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹의 수소들 중 일부는 서로에 관계없이 C1 내지 C6의 알킬기, C4 내지 C20의 아로마틱 그룹, 니트로기, 아미노기, 할라이드기, 하이드록시기, 카르복실기, 알데히드기, 에스터기, 아마이드기, 또는 케톤기로 치환될 수 있다.
일 예로, 상기 화학식 1에서 R1 및 R4는 메틸기일 수 있으며, 상기 R2 및 R3은 수소일 수 있다. 상기 X1 및 X2는 Br일 수 있다.
상기 암모늄 이온은 4차 암모늄 이온일 수 있다. 예를 들어, 상기 암모늄 이온은 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
<화학식 2>
상기 화학식 2에서, R5, R6, R7 및 R8는 서로에 관계없이, C1 내지 C6의 알킬기, C2 내지 C6의 알케닐기, 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹일 수 있다.
상기 화학식 2에서, C1 내지 C6의 알킬기는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 아이소프로필, 또는 t-부틸일 수 있다. C2 내지 C6의 알케닐기는 비닐기일 수 있다. C4 내지 C20의 아로마틱 그룹은 티오펜, 바이티오펜, 피리딘 페닐, 나프틸, 또는 안트라세닐(anthracenyl)일 수 있다. 또한, C1 내지 C6의 알킬기 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹의 수소들 중 일부는 서로에 관계없이 C1 내지 C6의 알킬기, C4 내지 C20의 아로마틱 그룹, 니트로기, 아미노기, 할라이드기, 하이드록시기, 카르복실기, 알데히드기, 에스터기, 아마이드기, 또는 케톤기로 치환될 수 있다.
일 예로, 상기 화학식 2에서, 상기 R5, R6, R7 및 R8는 부틸기(butyl), 구체적으로 선형 부틸기일 수 있다. 상기 화학식 2로 표시된 암모늄 이온은 테트라부틸암모늄 이온일 수 있다.
상기 염료 코팅층(200) 내에서 상기 암모늄 이온은 상기 염료의 몰수의 두배보다 더 많은 몰수로 함유될 수 있다. 구체적으로, 상기 염료와 상기 암모늄 이온의 몰비는 1:3 내지 1:7 구체적으로, 1:4.5 내지 1:5.5, 일 예로 1:5일 수 있다.
상기 염료 코팅층(200)은 HnXn - (화학식 3)를 더 포함할 수 있다. 이 때, n은 1 내지 3의 정수일 수 있다. 상기 n이 1인 경우, X-는 F-, Cl-, Br- 및 I- 인 할로겐 이온 중 어느 하나이거나, 하이드록사이드, 아세테이트, 나이트레이트, 바이카보네이트, C1 내지 C15의 알킬 설페이트, 하이드로젠 설페이트, 테트라플루오르 보레이트 및 헥사플루오르 알세네이트(hexafluoroarsenate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 C1 내지 C15의 알킬 설페이트는 도데실 설페이트일 수 있다. 상기 n이 2인 경우, X2-는 카보네이트, 하이드로젠 포스파이트(hydrogen phosphite), 또는 옥살레이트일 수 있다. 상기 n이 3인 경우, X3-는 포스페이트일 수 있다. 예를 들어, n은 1이고, 상기 X-은 하이드록사이드(OH-)이거나, F-, Cl-, Br- 또는 I-의 할로겐 이온일 수 있다.
하기의 반응식 1은 상기 염료 코팅층(200)에 산성 가스를 노출시켰을 때의 염료의 화학적 변화를 나타낸 것이다.
<반응식 1>
반응식 1을 참조하면, 상기 염료 코팅층(200)을 산성 가스를 노출시키면, 염료는 산성 가스의 수소 이온과 결합하여 오른쪽의 화학식으로 변화하게 된다. 일 예로서, 파란색을 나타내는 상기 염료 코팅층(200)은 산성 가스에 노출되어 노란색으로 색 변화를 일으킬 수 있다. 이로써, 상기 염료 코팅층(200)은 산성 가스의 검출이 가능할 수 있다.
상기 염료 코팅층(200)을 형성하는 방법으로는, 상기 기판(100)의 적어도 일면 상에 하기 화학식 4의 염료 및 암모늄 염이 용매에 용해된 혼합 용액을 도포한 다음, 건조시켜 용매를 제거할 수 있다.
<화학식 4>
상기 화학식 4에서, R1, R2, R3, R4, X1, 및 X2는 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다.
상기 암모늄 염은 화학식 2의 암모늄 이온과 Xn -의 염, 구체적으로 (NR5R6R7R8 +)nXn-일 수 있다. 이 때, R5, R6, R7, 및 R8은 상기 화학식 2에서 정의된 바와 같을 수 있고, Xn -는 상기 화학식 3에서 정의된 바와 같을 수 있다. 상기 암모늄염은 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(TBAH), 테트라부틸암모늄 플로라이드(TBAF), 테트라부틸암모늄 클로라이드(TBAC), 테트라부틸암모늄 브로마이드(TBAB) 및 테트라부틸암모늄 아이오다이드(TBAI)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다. 일 예로, 상기 암모늄계 염은 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAH)일 수 있다.
상기 혼합 용액 내에서 상기 염료는 상기 암모늄 염에 의해 역적정된 상태일 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합 용액 내에서 상기 암모늄 염에 함유된 암모늄 이온은 상기 염료의 몰수의 두 배보다 더 많은 몰수를 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 염료 및 상기 암모늄 이온의 몰비는 1:4 내지 1:7, 구체적으로 1:4.5 내지 1:5.5, 일 예로 1:5일 수 있다.
상기 용매는 유기 용매일 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 케톤계 용매, 예컨대, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸부틸케톤 및 메틸이소부틸케톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 일 예로, 상기 유기 용매는 아세톤일 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실험예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
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제조예
1: 산성 가스 센서 제조>
브로모크레졸 퍼플(Bromocresol purple) 염료와 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(tetrabutylammonium hydroxide, TBAH)를 1:5의 몰비로 혼합하여 아세톤 1 ml에 녹인 용액을 제조하였다. 이 후, 상기 용액을 다공성 페이퍼에 스팟팅하고 건조시켜 용매를 제거하여 고형상의 염료 코팅층을 제조하였다. 이때, 상기 염료 코팅층은 역적정으로 인하여 파란색을 나타낸다.
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제조예
2: 산성 가스 센서 제조>
테트라부틸암모늄 하이드록사이드 대신, 테트라부틸암모늄 클로라이드(tetrabutylammonium chloride, TBAC)을 사용한 것을 제외하고는, 전술된 제조예 1과 동일한 방법으로 산성 가스 센서를 제조하였다.
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비교예
: 가스 센서 제조>
테트라부틸암모늄 하이드록사이드를 사용하지 않은 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로, 0.046M의 브로모크레졸 퍼플-아세톤 용액을 제조하고 고형상의 염료 코팅층을 제조하였다.
도 2는 브로모크레졸 퍼플 염료와 테트라부틸암모늄 하이드록사이드를 1:0, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 및 1:5로 변화시키되 제조예 1과 같은 과정으로 형성한 염료 코팅층을 촬영한 사진이다.
도 2를 참조하면, 브로모크레졸 퍼플 염료와 테트라부틸암모늄 하이드록사이드가 1:5의 몰비로 혼합될 경우, 역적정에 의한 염료 코팅층의 색변화가 가장 뚜렷하게 관찰되는 것을 확인할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 비교예 및 제조예 1에 따른 염료 코팅층을 산성 및 염기성 가스에 노출시킨 결과를 나타낸 사진들이다. 구체적으로, 염료 코팅층을 구비하는 샘플을 반응용기에 넣고, 상기 반응용기 내에 염화수소 가스 또는 암모니아 가스를 1분간 공급한 후, 반응용기를 비활성기체인 질소로 환기하고, 샘플을 반응용기에서 꺼내 색 변화를 관찰하였다.
도 3a를 참조하면, 비교예, 즉, 역적정 되지 않은 브로모크레졸 퍼플 염료의 경우, 산성 가스 노출 시에는 색 변화를 나타내지 않고, 염기성 가스 노출 시에 색 변화를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제조예 1, 즉, 역적정 된 염료의 경우, 염기성 가스에는 색 변화를 나타내지 않고, 산성 가스 노출 시 색 변화를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 제조예 1의 가스 센서는, 역적정을 이용하여 산성 가스를 검출할 수 있음을 보여준다.
도 4는 제조예 1의 과정 중 얻어진 브로모크레졸 퍼플과 테트라부틸암모늄 하이드록사이드의 혼합액과 이를 염화수소 가스에 노출시킨 후의 자외선 분광광도계(UV-vis spectrophotometer) 분석 그래프이다.
도 4를 참조하면, 브로모크레졸 퍼플(bromocresol purple) 염료와 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(tetrabutylammonium hydroxide)가 혼합되었을 때, 약 600nm 부근의 영역대에 흡수 피크(peak)가 존재하므로 가시적으로 푸른색을 나타내고 여기에 산성 가스인 염산(HCl) 가스를 노출시키면 흡수 피크가 400nm 부근으로 청색 이동(blue shift)를 하면서 가시적으로 노란색을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 5는 제조예 1의 과정 중 얻어진 브로모크레졸 퍼플과 테트라부틸암모늄 하이드록사이드의 혼합액, 이를 염화수소 가스에 노출시킨 후, 그리고 비교예의 과정 중 얻어진 브로모크레졸 퍼플 용액에 대한 푸리에 변환 적외선 분광광도계(FT-IR) 분석 그래프이다.
도 5를 참조하면, 브로모크레졸 퍼플 (비교예)은 1200 cm-1 영역에서 S=O 피크(peak)를 구비하고, 이 피크는 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(tetrabutylammonium hydroxide)를 첨가하였을 때 (제조예 1) 사라졌다가, 염산(HCl) 가스를 노출시켰을 때 (제조예 + HCl) 다시 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 비교예 및 제조예 1에 따른 염료 코팅층을 다양한 가스에 노출시킨 후 색변화를 나타낸 사진이다. 사용된 가스는 불산(HF), 염산(HCl), 브롬산(HBr), 암모니아(NH3), 메틸 암모늄(MA), 디메틸 암모늄(DA), 트리메틸암모늄(TA), 알데히드(CHO), 이산화질소(NO2) 및 이산화황(SO2)이었다.
도 6을 참조하면, 비교예, 즉, 브로모크레졸 퍼플 염료의 경우, 염기성 가스, 즉, 암모니아, 메틸 암모늄 및 디메틸 암모늄을 노출시켰을 때 보라색으로 색변화를 나타내는 것을 알 수 있다. 반면, 제조예 1, 즉, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드로 역적정된 염료 코팅층의 경우, 산성 가스, 즉, 불산, 염산, 브롬산 및 이산화질소를 노출시켰을 때, 노란색으로 색변화를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 기판
200: 염료 코팅층
Claims (11)
- 기판의 적어도 일면에 도포되고, 하기 화학식 1로 표시되는 염료 및 암모늄 이온을 함유하되, 상기 암모늄 이온의 몰수는 상기 염료의 몰수의 두 배보다 많은 고형상의 염료 코팅층을 포함하는, 산성 가스 센서:
<화학식 1>
상기 화학식 1에서,
R1 및 R4는 서로에 관계없이 C1 내지 C6의 알킬기, C2 내지 C6의 알케닐기, 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹이고,
R2 및 R3는 서로에 관계없이 수소, 니트로기, 아미노기, 할라이드기, 하이드록시기, 카르복실기, 알데히드기, 에스터기, 아마이드기 및 케톤기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나이고,
X1 및 X2는 서로에 관계없이, F, Cl, Br 및 I 중 어느 하나이다. - 제1항에 있어서,
상기 암모늄 이온은 4차 암모늄 이온인, 산성 가스 센서. - 제2항에 있어서,
상기 4차 암모늄 이온은 하기 화학식 2로 표시되는 산성 가스 센서:
<화학식 2>
상기 화학식 2에서,
R5, R6, R7 및 R2은 서로에 관계없이, 서로에 관계없이, C1 내지 C6의 알킬기, C2 내지 C6의 알케닐기, 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹이다. - 제3항에 있어서,
상기 암모늄 이온은 테트라부틸암모늄 이온인 산성 가스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 염료와 상기 암모늄 이온의 몰비는 1:4.5 내지 1:5.5인 산성 가스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 염료 코팅층은 HnXn -를 더 포함하고,
n은 1 내지 3의 정수이고,
X-는 할로겐 이온, 하이드록사이드, 아세테이트, 나이트레이트, 바이카보네이트, C1 내지 C15의 알킬 설페이트, 하이드로젠 설페이트, 테트라플루오르 보레이트, 또는 헥사플루오르 알세네이트(hexafluoroarsenate)이고, X2-는 카보네이트, 하이드로젠 포스파이트(hydrogen phosphite), 또는 옥살레이트이고, X3-는 포스페이트인 산성 가스 센서. - 하기 화학식 4의 염료 및 암모늄 염이 용매에 용해되되, 상기 염료는 상기 암모늄 염에 의해 역적정된 상태인 혼합 용액을 준비하는 단계; 및
상기 혼합 용액을 기판 상에 도포하고 건조하는 단계를 포함하는 산성 가스 센서 제조방법:
<화학식 4>
상기 화학식 4에서,
R1 및 R4는 서로에 관계없이 C1 내지 C6의 알킬기, C2 내지 C6의 알케닐기, 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹이고,
R2 및 R3는 서로에 관계없이 수소, 니트로기, 아미노기, 할라이드기, 하이드록시기, 카르복실기, 알데히드기, 에스터기, 아마이드기 및 케톤기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나이고,
X1 및 X2는 서로에 관계없이, F, Cl, Br 및 I 중 어느 하나이다. - 제7항에 있어서,
상기 암모늄 염은 4차 암모늄 염인 산성 가스 센서 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 4차 암모늄 염은 (NR5R6R7R8 +)nXn -이고,
상기 R7, R8, R9 및 R10은 서로에 관계없이, 서로에 관계없이, C1 내지 C6의 알킬기, C2 내지 C6의 알케닐기, 또는 C4 내지 C20의 아로마틱 그룹이고,
n은 1 내지 3의 정수이고,
X-는 할로겐 이온, 하이드록사이드, 아세테이트, 나이트레이트, 바이카보네이트, C1 내지 C15의 알킬 설페이트, 하이드로젠 설페이트, 테트라플루오르 보레이트, 또는 헥사플루오르 알세네이트(hexafluoroarsenate)이고, X2-는 카보네이트, 하이드로젠 포스파이트(hydrogen phosphite), 또는 옥살레이트이고, X3-는 포스페이트인 산성 가스 센서 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 암모늄 염은 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(Tetrabutylammonium hydroxide, TBAH), 테트라부틸암모늄 플로라이드(TBAF), 테트라부틸암모늄 클로라이드(TBAC), 테트라부틸암모늄 브로마이드(TBAB) 및 테트라부틸암모늄 아이오다이드(TBAI)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 산성 가스 센서 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 염료와 상기 암모늄 염의 몰비는 1:4.5 내지 1:5.5인 산성 가스 센서 제조방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20160165488 | 2016-12-07 | ||
| KR1020160165488 | 2016-12-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180066807A true KR20180066807A (ko) | 2018-06-19 |
Family
ID=62790746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170078503A KR20180066807A (ko) | 2016-12-07 | 2017-06-21 | 산성 가스 센서 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180066807A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109470813A (zh) * | 2018-11-11 | 2019-03-15 | 华东理工大学 | 塑料中氯和溴含量的测定方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090081983A (ko) | 2008-01-25 | 2009-07-29 | 한국기계연구원 | 유해가스처리장치 |
-
2017
- 2017-06-21 KR KR1020170078503A patent/KR20180066807A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090081983A (ko) | 2008-01-25 | 2009-07-29 | 한국기계연구원 | 유해가스처리장치 |
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| CN109470813A (zh) * | 2018-11-11 | 2019-03-15 | 华东理工大学 | 塑料中氯和溴含量的测定方法 |
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