KR20180121445A - 화학발광 검출 방법 및 장치 - Google Patents

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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 시료, 화학발광체, 산화제가 반응기로 이송되는 과정 중에 반응하여 감도가 낮아지는 것을 최소화하여 분석감도를 높인 화학발광 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 화학발광 검출 방법 및 장치는 금속이온이 함유된 시료, 화학발광체 및 산화제를 분절물질로 각각 분리시켜 반응기로 공급하므로 화학발광반응이 반응기에 도달하기 전에 진행되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 시약과 시료가 반응기로 이송되는 과정 중에 반응하여 감도가 낮아지는 것을 최소화할 수 있으므로 종래 장치에 비해 분석감도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 반응기에 투입되기 전에 킬레이트제인 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)와 시료의 혼합을 유도하여 시료 내에 방해금속을 선택적으로 제거하므로 화학발광반응에 기여한 크롬 3가의 농도를 보다 정확히 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 시료와 시약과의 혼합을 위한 혼합 채널이 필요하지 않고, 하나의 펌프와 밸브 사이에 공용채널으로 장치의 구성이 가능하다.

Description

화학발광 검출 방법 및 장치{Chemiluminescence Detection Method and Apparatus for Determination of Metal Ions}
본 발명은 화학발광 검출 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시료, 화학발광체, 산화제가 반응기로 이송되는 과정 중에 반응하여 감도가 낮아지는 것을 최소화하여 분석감도를 높인 화학발광 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.
급속한 산업발전에 따른 인구의 도시 집중화와 함께 유해독성물질(chemical hazardous)의 대량 방출은 자연, 생태계에 중대한 위협 요소가 되고 있다. 생체에 해로운 영향을 미치는 비소(As), 납(Pb), 카드뮴(Cd), 크롬(Cr), 셀레늄(Se), 수은(Hg) 등의 유해 중금속들은 물에 분해되거나 안정한 화합물로 되지 않고, 혼합 상태로 남아 수질과 토양을 오염시킨다. 상기 유해 중금속에 노출된 수중 동·식물은 먹이 연쇄에 따라 각종 음식물을 통하여 몸속으로 이동, 축적되며 생체 내로 흡수될 경우, 생체 내 물질과 결합하여 분해되지 않는 유기복합체를 형성하기 때문에 몸 밖으로 빨리 배출되지 않고 간장, 신장 등의 장기나 뼈에 축적되는 성질이 강한 물질로 낮은 농도에서도 건강장해를 유발할 가능성이 있다. 특히 한번 몸에 축적된 중금속은 쉽게 배출되지 않기 때문에 그로 인한 질병은 치유되기 어렵다.
수중 유해물질인 중금속은 삶의 질 향상 및 지속 가능한 발전을 위해 수질관리의 핵심으로 등장하고 있다. 수중 중금속의 농도를 측정하는 방법은 불꽃 또는 유도결합 플라즈마를 이용하여 시료를 기화하여 (원자화) 원자의 농도를 측정하는 원자분광법과 자외선-가시광선 흡광광도법, 형광광도법, 화학발광법 등이 있다. 수중 중금속 오염에 대한 효과적인 수질관리를 위해서는 자동측정장치를 많은 곳에 설치하여 모니터링하는 것이 바람직하다. 현장 적용의 측면에서 원자분광법을 적용한 측정장치는 크기가 크고, 가격이 비싸 모니터링용으로 적합하지 않다. 화학발광법은 화학반응에 의해 발생한 빛의 세기를 측정하는 방법으로 장치가 간단하며, 고감도의 넓은 농도범위의 중금속 분석이 가능하여 현장형 수질자동측정장치의 적용에 적합한 분석법이다.
수중 중금속 (크롬, 구리, 니켈, 코발트, 철, 주석, 마그네슘, 칼슘, 아연, 바륨, 스트론튬, 바나늄, 납, 망간, 알루미늄, 은, 수은 또는 카드뮴 이온 등)을 분석할 수 있는 화학발광법은 아래의 화학식 1과 같다.
Figure pat00001
염기성 조건에서 화학발광체인 루미놀(3-aminophthalhydrazide)은 과산화수소 (산화제)에 의해 산화되어 425nm의 빛을 방출한다. 이때 상기한 금속 이온이 루미놀 산화반응에 참여하여 10초 이내의 짧은 시간에 화학발광을 측정할 수 있으며, 시료 내에 함유된 금속 이온(M, n: 산화가)의 농도에 비례함을 이용하여 정량이 가능하다.
등록특허 10-1466301호 (포항공대)는 화학발광반응에 필요한 시료, 환원제, 화학발광시약 (루미놀, 과산화수소)을 각각의 주입구에 연속으로 주입하여 화학발광을 검출하기 위한 미세유체칩 및 이를 포함하는 검출 장치에 관한 것이다. 상기 시료와 환원제 그리고 루미놀과 과산화수소는 각각 환원채널과 시약 혼합채널에서 혼합한 다음, 검출채널에서 만나 화학발광반응이 이루어진다. 상기 등록특허는 환원채널과 시약 혼합채널의 길이를 다르게 하여, 상기 시약 혼합채널에서 발생하는 화학발광의 손실을 최소화하는 크롬 검출 장치가 개시되어 있다 (본 발명자가 제출한 특허입니다). 그러나 시약 혼합채널에서 화학발광시약 간의 혼합에 의한 화학발광의 발생으로 인해 감도가 낮아지는 것의 개선과 반응에 사용되는 용액을 동시에 주입하기 위한 다수의 펌프 또는 다채널 펌프가 필요하다.
본 발명은 중금속이 함유된 시료, 화학발광체, 산화제가 반응기로 이송되는 과정 중에 반응하는 것을 방지할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 시료와 화학발광시약이 혼합되기 전에 시료 내의 방해금속만을 선택적으로 제거할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 고선택성 및 고감도로 수중 중금속의 농도를 측정하는 방법과 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상은
검출 대상 금속이온을 함유하는 시료, 화학발광체, 화학발광체와 반응하는 산화제를 공용채널에 흡입하고 이들 사이를 분절물질로 충진하는 분절 충진 단계 ;
상기 분절 충진된 충진물을 상기 공용채널에 연결된 반응기로 주입하여 화학발광반응을 수행하고 발광세기를 검출하는 반응 검출 단계를 포함하되, 상기 분절물질은 공용채널 내에서 화학발광체, 산화제 및 시료 사이의 혼합을 방지하는 화학발광 검출 방법에 관련된다.
다른 양상에서 본 발명은
광검출기를 포함하는 반응기 ;
*화학발광체, 상기 화학발광체와 반응하는 산화제 및 검출 대상 금속이온을 함유하는 시료를 각각 저장하는 저장부 ;
상기 각 저장부의 출구측에 연결된 밸브 ; 및
상기 밸브를 통해 각 저장부의 시약이나 시료를 흡입하여 공용채널에 충진한 후 이를 반응 검출기로 제공하는 펌프를 포함하되,
상기 공용채널은 밸브와 펌프 사이에 형성되고, 상기 공용채널 내부에 충진된 화학발광체, 산화제 및 시료는 서로 혼합되지 않도록 이들 사이에 분절물질이 충진되는 화학발광 검출 장치에 관련된다.
본 발명의 화학발광 검출 방법 및 장치는 금속이온이 함유된 시료, 화학발광체 및 산화제를 분절물질로 각각 분리시켜 반응기로 공급하므로 화학발광반응이 반응기에 도달하기 전에 진행되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 시약과 시료가 반응기로 이송되는 과정 중에 반응하여 감도가 낮아지는 것을 최소화할 수 있으므로 종래 장치에 비해 분석감도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 반응기에 투입되기 전에 킬레이트제인 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)와 시료의 혼합을 유도하여 시료 내에 방해금속을 선택적으로 제거하므로 화학발광반응에 기여한 크롬 3가의 농도를 보다 정확히 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 시료와 시약과의 혼합을 위한 혼합 채널이 필요하지 않고, 하나의 펌프와 밸브 사이에 공용채널으로 장치의 구성이 가능하다.
도 1은 본 발명의 화학발광 검출 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일구현예이다.
도 3은 공용채널에 시료, 화학발광체, 산화제 및 분절물질이 충진되는 것을 보여준다.
도 4는 공용채널에 시료, 화학발광체(루미놀), 산화제(과산화수소), 킬레이트제(EDTA) 및 공기가 충진되는 것을 보여준다.
도 5는 본 발명의 화학발광 검출장치의 다른 구현예이다.
도 6은 도 1에 의해 수행된 분절 충진 단계의 실시예이다.
도 7은 상기 전처리 단계를 수행하는 순서와 흡입양, 흡입/배출 여부에 대한 것을 나타내는 표이다.
도 8은 비교예 1과 실시예 1의 발광세기를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 2 내지 4의 발광세기를 나타낸 것이다.
도 10은 실시예 1에서 크롬 농도를 변화시키면서 측정한 발광세기를 그래프로 표시한 검량 곡선이다.
도 11과 도 12는 비교예 2, 비교예 3, 실시예 5 및 실시예 6의 발광세기를 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 화학발광 검출 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일구현예이고, 도 3은 공용채널에 시료, 화학발광체, 산화제 및 분절물질이 충진되는 것을 보여주고, 도 4는 공용채널에 시료, 화학발광체(루미놀), 산화제(과산화수소), 킬레이트제(EDTA) 및 공기가 충진되는 것을 보여주고, 도 5는 본 발명의 화학발광 검출장치의 다른 구현예이다.
본 발명의 화학발광 검출 방법은 분절 충진 단계 및 반응 검출 단계를 포함한다. 본 발명의 금속 검출 방법은 분절 충진 단계 이전에 전처리 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 분절 충진 단계는 검출 대상 금속이온을 함유하는 시료, 화학발광체 및 상기 화학발광체와 반응하는 산화제를 공용채널에 흡입하고 이들 사이를 분절물질로 충진하는 단계이다.
상기 검출 대상 금속(이온)은 화학발광체(루미놀 등 시약)와 산화제가 반응하는 화학발광반응에 참여하는 모든 금속을 모두 포함할 수 있다. 예를 들면, 검출 대상 금속(이온)은 크롬, 구리, 니켈, 코발트, 철, 주석, 마그네슘, 칼슘, 아연, 바륨, 스트론튬, 바나늄, 납, 망간, 알루미늄, 은, 수은 또는 카드뮴 이온일 수 있다.
*좀 더 구체적으로, 상기 분절 충진 단계는
상기 시료, 화학발광체 및 산화제를 각각 보관하는 저장부로부터 어느 하나의 충진물(시료, 화학발광체 및 산화제 중 어느 하나)을 펌프로 흡입하여 상기 공용채널에 충진시킨 다음 상기 분절물질을 흡입하여 상기 공용채널에 충진시킨다. 예를 들면, 도 3과 같이, 공용채널에 시료를 흡입하여 충진시킨 다음 분절 물질로 공기를 흡입하는 경우이다.
이어서, 상기 분절 충진 단계는 나머지 두 개의 충진물 중에서 어느 하나를 펌프로 흡입하여 상기 공용채널에 충진시킨 다음, 상기 분절물질을 흡입하여 상기 공용채널에 충진시킨다. 예를 들면, 펌프로 산화제와 공기를 순차로 공용채널에 흡입하면 시료-공기-산화제-공기의 순서로 충진될 수 있다(도 3의 3).
이어서, 상기 분절 충진 단계는 나머지 충진물을 펌프로 흡입하여 상기 공용채널에 충진할 수 있다. 예를 들면, 펌프로 화학발광체 (예를 들면, 루미놀)를 공용채널에 흡입하면 시료-공기-산화제-공기-화학발광체-공기의 순서로 충진될 수 있다 (도 3의 4).
즉, 본 발명의 방법은 시료, 화학발광체 및 산화제가 공용채널 내에서 서로 혼합되지 않도록 이들 사이를 분절 물질로 충진한다.
본 발명의 방법은 상기 공용채널에 충진되는 충진물의 순서에 제한이 있는 것은 아니다. 다만, 본 발명의 방법은 충진물 사이에 분절물질을 충진한다.
좀 더 구체적으로, 본 발명의 방법은 펌프, 밸브를 이용하여 공용채널에 시료, 화학발광체, 산화제 및 분절물질을 충진할 수 있다.
상기 방법은 밸브로 2-way 밸브, 3-way 밸브, 멀티 포트 밸브 등을 제한없이 사용할 수 있다. 본 발명은 도 1에서는 멀티 포트 밸브를 사용하고, 도 5에서는 2-way 밸브를 사용하였다.
상기 방법은 유체를 정량하여 흡입과 배출할 수 있는 종류이면 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 방법은 시린지 펌프, 맥동펌프, 피스톤 펌프 등을 사용할 수 있다.
도 1과 도 5를 참고하면, 상기 공용채널(1)은 펌프(50, 150)와 밸브(40, 140) 사이의 배관(바람직하게는 붉은색으로 표시한 영역임)으로서, 반응기에 들어가는 시료, 화학발광체, 산화제 및 분절물질 등이 충진된다.
상기 화학발광체는 루미놀, 루시게닌(lucigenin) 또는 로핀(lophine)일 수 있다.
상기 산화제는 과산화수소 또는 산소일 수 있다.
상기 분절물질은 공기, 불활성 가스, 수용액과 섞이지 않는 용액 (예를 들어, 오일)일 수 있다. 예를 들면, 상기 불활성 가스는 질소일 수 있다.
화학발광시약인 상기 루미놀과 과산화수소는 완충용액에 각각 첨가되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 0.25M carbonate, 0.1M KBr, pH 10.9 완충용액에 루미놀과 과산화수소를 소정 농도로 각각 첨가하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 완충용액은 carbonate과 borate를 사용할 수 있다. 그리고 KBr은 화학발광을 증가시키기 위한 첨가제로 사용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 방법은 시료, 화학발광체와 산화제 사이에 분절물질이 충진되므로 공용채널 내에서 시료와 화학발광시약 그리고 화학발광시약 간의 혼합을 방지할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어인 분절은 시약, 시료, 산화제 등을 인접충진하는 것이 아니라 이들 사이에 분절물질을 채워 (이들이 혼합되지 못하도록) 분리 충진시키는 개념으로 이해할 수 있다.
상기 분절 충진 단계는 시료 내의 방해 금속이온과 착물을 형성하는 킬레이트제를 상기 시료 흡입 전 또는 후에 흡입 충진할 수 있다. 상기 킬레이트제는 시료 내의 방해물질인 금속이온 (철, 코발트, 구리, 니켈 등)과 착물을 형성하여 이들을 침전시키는 화합물일 수 있다. 상기 방해금속이온은 화학발광반응에 참여하는 금속 이온 중 크롬 3가를 제외한 나머지일 수 있다.
상기 분절 충진 단계는 상기 공용채널 내에서 상기 킬레이트제는 상기 시료의 혼합을 유도하여 시료 내의 방해 금속이온만을 선택적으로 제거할 수 있다.
상기 킬레이트제로서 EDTA를 사용할 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 상기 킬레이트제는 완충용액에 첨가되어 사용될 수 있다.
도 4를 참고하면, 상기 킬레이트제와 시료 내의 방해 금속 이온이 반응기에 도달하기 전에 반응하여 착물을 형성하여야 하므로, 킬레이트제(EDTA)와 시료를 인접하여 충진한다.
본 발명이 제안한 화학발광 검출 방법은 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 하기 명세서에서는 설명의 편의를 위해 검출 대상 금속(이온)의 일예로서 크롬을 사용하고, 도 1 내지 도 5의 장치를 사용할 수 있다. 다만, 본 발명의 금속 검출 방법은 본 발명의 기술적 사상이 적용된 크롬 이외의 화학발광법이 적용 가능한 모든 중금속 및 도 1, 2와 도 5 이외의 화학발광검출 장치에도 권리범위가 미칠 수 있다.
도 1, 도 2와 도 5를 참고하면, 본 발명의 화학발광 검출 장치는 전처리 반응기(10,110), 반응기(20,120), 저장부(30, 130), 밸브(40) 또는 복수개의 자동밸브(140) 및 펌프(50, 150)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 장치는 펌프와 밸브 내지 자동밸브를 제어하는 프로세서(60, 160)를 포함한다.
상기 반응기(20, 120)는 내부에서 화학발광반응이 수행되며, 광검출기를 포함한다.
상기 저장부(30, 130)는 화학발광체, 상기 화학발광체와 반응하는 산화제 및 검출 대상 금속이온을 함유하는 시료를 각각 저장한다.
상기 밸브(40, 140)는 저장부의 출구 측과 단일 채널 공급 사이에 위치한다.
펌프(50, 150)는 각 저장부의 시약이나 시료를 흡입하여 공용채널(1)에 충진한 후 이를 반응기로 제공한다.
상기 밸브는 멀티포트 밸브(40)나 2-way 자동밸브(140)일 수 있다. 펌프는 시린지 펌프일 수 있다. 한편, 도 5의 장치는 멀티 포트 벨브 대신에 각 저장부의 출구 측에 연결된 복수개의 자동밸브(140)를 구비한다.
앞에서 언급한 바와 같이, 본원발명의 방법은 검출 대상 금속에 따라 전처리 단계를 추가로 포함할 수 있다. 검출 대상 금속이 크롬인 경우, 상기 전처리 단계는 시료를 자외선 조사 또는 가열하여 입자성 물질에 고정되어 있는 금속이온을 용해하는 단계이거나, 시료에 산화제와 환원제를 주입하여 시료 내에 금속이온을 산화 또는 환원시키는 단계일 수 있다.
상기 전처리 단계는 공지된 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 전처리 단계는 시료에 산용액(예를 들면, 질산, 황산, 염산 등)과 환원제 (예를 들면, K2SO3) 넣어주어 반응을 수행할 수 있다.
분절 충진 단계는, 먼저, 프로세서(60, 콘트롤러로 표시할 수 있음)를 이용하여 멀티 포트 밸브(40) 중 8번 포트를 열고, 시린지 펌프(50)를 구동하여 공기(이하, 분절물질은 공기를 예를 들어 설명함)를 흡입하여 공용채널(1)에 채운다 (도 4의 1). 도 6을 참고하면, 흡입되는 공기의 부피가 제시되어 있고, 시린지 펌프는 상기 양을 정확히 공용채널으로 흡입할 수 있다.
다음으로, 상기 프로세서(60)는 멀티 포트 밸브(40) 중 1번 포트를 열고, 시린지 펌프(50)를 구동시켜 전처리된 시료를 흡입하여 공용채널(1)에 채운다 (도 4의 2). 도 4의 2와 같이, 시린지 펌프의 시료 흡입으로 공용채널은 공기와 시료가 순차로 충진된다.
계속해서, 도 6에 제시된 바와 같이, 상기 프로세서는 멀티 포트 밸브(40) 중 7번 포트를 열어 상기 시린지 펌프를 구동하여 EDTA를 흡입하고, 계속하여, 8번 포트의 공기, 6번 포트의 과산화수소, 8번 포트의 공기, 5번 포트의 루미놀을 순차적으로 흡입할 수 있다. 도 4의 3은 시린지 펌프로 흡입이 완료된 공용채널 내부를 도시한 것이다.
본 발명의 분절 충진은 시료, 산화제(과산화수소), 화학발광체(루미놀) 사이에 분절물질인 공기를 충진하는 것만으로 달성될 수 있으므로, 본 발명이 (도 6에 의한) 도 4의 3의 순서에 한정되는 것은 아니다.
즉, 앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 방법은 시료와 킬레이트제 (EDTA)의 순서를 바꾸어 충진할 수 있다. 또한, 도 4의 3에서 화학발광체(루미놀)과 산화제(과산화수소)의 위치가 상호 바뀔 수 있다. 또한, 본 발명은 화학발광체(루미놀) 또는 산화제(과산화수소)를 시료 전단에 충진하고, 시료와의 사이에 공기를 충진시킬 수 있다.
상기 반응 검출 단계는 상기 분절 충진된 충진물을 상기 공용채널에 연결된 반응기로 주입하여 화학발광반응을 수행하고 발광세기를 검출하는 단계이다.
상기 반응 검출 단계는 광검출기를 구비하는 반응기(20)를 사용할 수 있다. 상기 광검출기는 반응기에서 발생된 발광세기를 가공 처리하여 프로세서(60, 160)나 디스플레이부(70, 170)에 제공할 수 있다.
상기 반응 검출단계는 화학발광반응에 적합한 pH를 제공할 수 있다.
루미놀 화학발광반응인 경우 pH 10 이상의 염기성 조건을 제공할 수 있다.
본 발명의 장치는 공용채널(1)의 일부를 감아서 관의 길이를 연장시킨 루프(loop)(80)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 공용채널은 플렉시블 튜브 형태일 수 있다.
도 1, 2의 멀티 포트 밸브(40)는 중앙의 홀(포트)에 공용채널(1)이 연결되고, 측면의 형성된 복수의 홀(포트)에 상기 저장부(30, 시약, 시료 등)와 연결되는 튜브(배관)가 설치된다.
본 발명은 상기 밸브(40)와 시린지 펌프(50), 공용채널(1)을 사용한다.
본 발명의 프로세서(60)는 입력된 값에 따라 상기 장치들을 제어할 수 있다.
본 발명은 상기 전처리 단계를 도 1의 장치를 이용하여 분절 충진 단계와 같은 방법으로 수행할 수 있다. 도 7은 상기 전처리 단계를 수행하는 순서와 흡입양, 흡입/배출 여부에 대한 것을 나타내는 표이다.
본 발명의 장치는 분절 충진, 반응 검출 단계뿐만 아니라 크롬 등 금속 전처리 반응도 수행할 수 있으므로 효율적이다.
도 5의 장치는 도 1의 멀티 포트 밸브 대신 제어가 가능한 자동밸브(140, 140')를 사용한다. 도 5의 장치를 이용하여도 도 3과 같이 공용채널(1) 내부에 공기, 시약, 화학발광시약을 충진할 수 있다. 예를 들면, 공기 전단에 위치하는 자동밸브만을 열어주고 나머지 자동밸브를 닫힘 상태로 유지하여 시린지 펌프로 공기를 흡입할 수 있다. 이러한 과정을 수회 반복하여, 도 4의 3과 같이, 공기-시료-EDTA-공기-과산화수소-공기-루미놀을 흡입 충진한 후, 반응 검출기 전단의 자동밸브를 열어 반응 검출기로 주입할 수 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 실시예 및 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 그러나 첨부된 실시예는 본 발명의 구체적인 실시태양을 예시할 뿐, 본 발명의 권리범위를 이에 한정하려는 의도는 아니다.
실시예 1
도 7에 기재된 순서와 함량으로 전처리를 수행하고, 도 6에 기재된 순서와 함량으로 도 1 의 공용채널에 시료, 시약 및 공기를 충진하였다(도 3의 3과 같이 충전시킴). 2번 포트를 열어 충진된 내용물을 반응 검출기로 보낸 후 발광 세기를 조사하였다. 표 1은 사용된 시약의 함량을 나타낸다.
시약명 농도 부피
표준시료 Cr(NO3)3·9H2O 0.005~1ppm 0.3mL
화학발광시약 루미놀 1mM 1mL
과산화수소 0.1M 1mL
킬레이트제 EDTA 10mM 0.3mL
화학발광시약: 0.25M carbonate, 0.1M KBr, pH 10.9 완충용액에 제조함 EDTA: 증류수에 제조함
실시예 2 내지 4
시료와 킬레이트제를 하기 표 2와 같이 달리한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 발광세기를 조사하였다.
시료 킬레이트제
실시예 2 1ppm 크롬 3가 증류수로 대체
실시예 3 1ppm 크롬 3가+10ppm 철 2가 증류수로 대체
실시예 4 1ppm 크롬 3가+10ppm 철 2가 EDTA
비교예 1도 7에 기재된 순서와 함량으로 전처리를 수행하고, 전처리된 시료, EDTA, 과산화수소, 루미놀을 분절 없이 공용채널에 충진한 후 반응기에 주입하여 발광세기를 측정하였다.
실시예 5, 비교예 2
10ppm 철 2가 이온이 함유된 용액을 시료로 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 비교예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 단, 킬레이트제를 증류수로 대체하였다.
실시예 6, 비교예 3
10ppm 코발트 2가 이온이 함유된 용액을 시료로 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 비교예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 단, 킬레이트제를 증류수로 대체하였다.
도 8은 비교예 1과 실시예 1의 발광세기를 나타낸 것이다. 도 8을 참고하면, 비교예 1에 비해 실시예 1의 발광세기가 매우 크게 증가하였음을 확인할 수 있다.
도 9는 실시예 2 내지 4의 발광세기를 나타낸 것이다. 도 9를 참고하면, 실시예 4는 실시예 3보다는 발광세기가 낮은 반면 실시예 2와는 거의 유사한 발광세기를 보여주고 있다. 즉, 실시예 4에 사용된 EDTA가 반응기 도달 전에 철과 착물을 형성하여 화학발광반응에 참여하지 못하였음을 확인할 수 있다.
도 10은 실시예 1에서 크롬 농도를 변화시키면서 측정한 발광세기를 그래프로 표시한 검량 곡선이다, 도 10을 참고하면, 크롬 농도에 따른 발광세기가 선형적으로 증가하므로 본 발명의 방법이나 장치가 크롬 센서로 사용될 수 있음을 보여준다.
도 11과 도 12는 비교예 2, 비교예 3, 실시예 5 및 실시예 6의 발광세기를 나타낸 것이다. 도 11과 도 12를 참고하면, 크롬 대신 철과 코발트 함유 시료를 사용하였음에도 분절 충진하지 않은 비교예 2(발광세기값 0.839V), 비교예3(발광세기값 0.37V)에 비해 실시예 5(발광세기값 0.951V)와 실시예 6(발광세기값 0.437V)이 높은 발광세기를 보여준다. 즉, 본 발명은 화학발광반응에 참여하는 대부분의 금속을 보다 정밀하게 측정할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 화학발광체, 상기 화학발광체와 반응하는 산화제 및 검출대상 금속이온을 함유하는 시료를 각각 저장하는 저장부, 중앙의 홀(포트)에 공용채널이 연결되고 상기 저장부와 연결되는 배관과 채널을 형성하는 복수의 홀(포트)을 구비하는 멀티포트 밸브, 상기 멀티포트 밸브를 통해 각 저장부의 시약이나 시료를 흡입하여 상기 공용채널에 충진한 후 이를 반응기로 제공하는 펌프를 포함하는 화학발광장치를 이용한 금속 검출 방법에 있어서,
    상기 시료, 화학발광체 및 산화제를 상기 공용채널에 흡입하고 이들 사이를 분절물질로 충진하는 분절 충진 단계 ; 및
    상기 분절 충진된 충진물을 상기 공용채널에 연결된 반응기로 주입하여 화학발광반응을 수행하고 발광세기를 검출하는 반응 검출 단계를 포함하되,
    상기 공용채널은 상기 멀티포드 밸브와 펌프 사이에 형성되고,
    상기 시료 내의 검출 대상 금속이온은 구리, 니켈, 코발트, 철, 주석, 마그네슘, 칼슘, 아연, 바륨, 스트론튬, 바나늄, 납, 망간, 알루미늄, 은, 수은 또는 카드뮴 이온이고,
    상기 분절물질은 공용채널 내에서 화학발광체, 산화제 및 시료 사이의 혼합을 방지하는 것을 특징으로 하는 화학발광을 이용한 금속 검출 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 분절물질은 공기, 불활성 가스 또는 수용액과 섞이지 않는 용액인 것을 특징으로 하는 화학발광을 이용한 금속 검출 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 화학발광체는 루미놀, 루시게닌(lucigenin) 또는 로핀(lophine)인 것을 특징으로 하는 화학발광을 이용한 금속 검출 방법.

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