KR20200068183A

KR20200068183A - 망간 농도 검출 시약 및 검출 키트

Info

Publication number: KR20200068183A
Application number: KR1020180154853A
Authority: KR
Inventors: 박종택
Original assignee: 주식회사 씨맥
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2020-06-15
Also published as: KR102189040B1

Abstract

본 발명은 망간(Manganese)농도 검출 시약 및 검출키트에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 측정하고자 하는 망간(Manganese)를 함유한 시료에 망간결합 발색제(Manganese Coloring Reagent)를 이용하여 망간(Manganese)농도를 산출하는 망간(Manganese)농도 검출 시약 및 검출 키트에 관한 것이다.
본 발명은 망간 농도를 측정하기 위한 시약으로,
소디움 포스페이트, 시트릭 애씨드, 소디움 설페이트를 혼합하여 조성한 망간 농도 측정 검출 시약을 제공한다.
또한 본 발명은 소디움 포스페이트 100중량부에 시트릭 애씨드 20~40중량부, 소디움 설페이트 40~70중량부를 혼합하여 조성한 망간 농도 측정 검출 시약을 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 검출 시약을 포함한 수질 측정 검출 키트를 제공한다.

Description

망간 농도 검출 시약 및 검출 키트{a manganese detecting agent and the detecting kit using thereof}

본 발명은 망간(Manganese)농도 검출 시약 및 검출키트에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 측정하고자 하는 망간(Manganese)를 함유한 시료에 망간결합 발색제(Manganese Coloring Reagent)를 이용하여 망간(Manganese)농도를 산출하는 망간(Manganese)농도 검출 시약 및 검출 키트에 관한 것이다.

최근 화학, 생명공학 및 환경공학적 공정에서의 중요성으로 인해 금속 이온을 검출할 수 있는 선택적인 검출제의 개발은 환경 및 생물학적 분야에서 큰 화두로 떠오르고 있다. 하나 이상의 금속이온을 검출할 수 있는 단일 화합물을 개발하려는 노력이 많이 이루어지고 있고, 여러 금속이온들을 형광이나 색 변화와 같이 다른 검출방법으로 검출할 수 있는 장치의 개발 역시 많이 연구되고 있다. 그 중에서도 형광센서는 높은 민감도와 선택성, 빠른 반응 속도 및 간단한 조작 방법 등의 장점을 가지므로 훌륭한 이온 검출 도구로 알려져 있다. 또한, 색 변화 화학센서 역시 가격이 저렴하고 육안으로 쉽게 표적 이온을 탐지할 수 있는 등 검출을 위한 별도의 기기를 필요로 하지 않는다는 장점으로 인해 상당한 관심을 받고 있는 추세이다.

여러 가지 금속 이온들 중에서 망간 이온(Mn2+)은 인체 내 필수 금속이고 신진대사와 다양한 생물학적 과정에서도 매우 중요한 역할을 한다.

그러나, 인체가 망간 이온에 과다 노출되면 특히 신경계에 매우 해로우며, 파킨슨병과 같이 중추신경계의 장애를 유발할 수도 있다. 이와 반대로, 망간 이온이 결핍되면 혈액응고 지연, 고콜레스테롤혈 유발 등의 문제가 발생한다. 따라서 망간 이온을 검출하여 적절한 농도를 유지할 수 있도록 하는, 사용이 쉬우며, 민감한(sensitive) 신규 검출제의 개발이 요구된다.

망간의 측정방법은 아래의 3가지 방법으로 측정하게 된다.

1. 원자흡광광도법

1.1 측정원리

망간을 원자흡광광도법에 따라 정량하는 방법이다.

정량범위는 사용하는 장치 및 측정조건에 따라 다르지만 279.5㎚에서 0.1～4㎎/ℓ이고 표준편차율은 10～2%이다. 이 방법에 따라 시험할 경우 유효측정농도는 0.005㎎/ℓ 이상으로 한다.

1.2 기구 및 기기

㈎ 원자흡광 분석장치

㈏ 램프:망간중공음극램프

㈐ 가스:가연성가스:아세틸렌

조연성가스:공기

1.3 시료의 전처리

㈎ 제2장 제4항 시료의 전처리 방법에 의한다.

㈏망간함유량이 미량일 경우에는 시료 적당량을 비커에 넣어 가열하여 액온을 90℃로 하고 황산제이철 용액(Fe³ ⁺, 2㎎/㎖) 5㎖와 과산화수소수(30%) 5～10㎖를 넣는다. 10% 수산화나트륨용액 또는 암모니아수(1+1)를 혼화하면서 넣어 생성된 수산화제이철 침전을 여과한다.

침전을 온수로 씻고 과산화수소수(3%) 소량을 넣은 염산(1+2) 소량으로 녹이고 거름종이를 온수로 씻어 준다. 이액 및 씻은 액을 합하여 0.1～1N의 염산산성으로 하여 일정량으로 한다.

㈐용해성 망간을 측정할 경우에는 시료채취 즉시 여과하여 여액을 ㈎ 또는 ㈏에 따라 전처리 한다.

1.4 시험방법

제3장 제2항 원자흡광광도법에 따라 279.5㎚에서 전처리한 시료용액의 흡광도를 측정하고 미리 작성한 검량선으로 부터 망간의 양을 구하고 농도(㎎/ℓ)를 산출한다.

바탕시험을 행하여 보정한다.

검량선의 작성

망간 표준액(0.01㎎ Mn/㎖) 1～40㎖를 단계적으로 취하여 100㎖ 용량플라스크에 넣고 시료와 같은 양의 산을 넣어 물로 표선을 채운 다음 이하 시료의 시험방법에 따라 시험하고 망간의 농도와 흡광도와의 관계선을 작성한다.

2. 흡광광도법(과요오드산 칼륨법)

2.1 측정원리

망간이온을 황산산성에서 과요오드산 칼륨으로 산화하여 생성된 과망간산 이온의 흡광도를 525㎚에서 측정하는 방법이다.

정량범위는 0.04～0.5㎎이고 표준편차율은 10～3%이다.

2.2 기구 및 기기

광전광도계 또는 광전분광광도계

2.3 시료의 전처리

㈎제2장 제4항 시료의 전처리 방법중 질산-황산에 의한 분해에 따른다.

㈏망간 함유량이 미량일 경우에는 1.3 ㈏에 따라 시험하여 여과한 침전을 온수로 씻은 다음 침전물을 주의하여 비커에 옮기고, 거름종이에 붙어 있는 침전물을 소량의 과산화수소수(1+10)를 넣은 황산(1+9) 50㎖로 씻어서 녹이고 물로 거름종이를 씻어준다.

여액과 씻은 액을 침전물이 들어 있는 비커에 넣고 가열하여 침전물을 녹인 다음 과산화수소수를 분해하기 위하여 액량 약 40㎖까지 가열 농축한다.

㈐용해성 망간을 측정할 경우에는 시료채취 즉시 여과하여 여액을 ㈎또는 ㈏에 따라 전처리 한다.

2.4 시험방법

시료(주1) 또는 전처리한 시료 적당량(망간으로서 0.5㎎ 이하)을 취하여 비커에 넣고 황산의 총량이 5㎖가 되도록 황산(1+1)을 넣어주고(주2) 가열하여 황산의 백연을 발생시킨다. 방냉한 다음 물 약 20㎖와 인산 1㎖를 넣고 가열하여 내용물을 녹인다. 불용물이 있을 경우에는 여과하여 온수로 씻어주고 여액과 씻은 액을 합하여 물을 넣어 약 45㎖로 한다. 여기에 과요오드산칼륨 0.5g을 넣고 끓는 물중탕 중에서 정확히 30분간 가열하여 발색시킨다.

속히 물로 냉각한 다음 50㎖ 용량플라스크에 옮겨 물로 표선을 채운다. 이 용액 일부를 층장 10㎜ 흡수셀에 옮겨 시료용액으로 하고, 따로 물 약 30㎖를 취하여 황산(1+1) 10㎖와 인산 1㎖를 넣어준 다음 시료의 시험방법에 따라 시험하여 바탕시험액으로 한다. 바탕시험액을 대조액으로 하여 525㎚에서 시료용액의 흡광도를 측정하고 미리 작성한 검량선으로 부터 망간의 양을 구하여 농도(㎎/ℓ)를 산출한다.

검량선의 작성

망간 표준액(0.02㎎ Mn/㎖) 2～25㎖를 단계적으로 취하여 비커에 넣고 물을 넣어 약 30㎖로 한 다음 황산(1+1) 10㎖ 및 인산 1㎖를 넣어 이하 시료의 시험방법에 따라 시험하고 망간의 양과 흡광도와의 관계선을 작성한다.

주1)시료중 이 시험방법에 영향이 큰 유기물질이나 기타 방해물질이 존재하지 않을 경우에는 전처리를 생략 할 수도 있다.

2)시료를 전처리 하지 않고 시험할 경우에는 황산(1+1) 10㎖를 넣어주며, 2.3 ㈏에 따라 전처리 한 시료로서 전처리 한 용액 전량을 취하여 시험할 경우에는 황산을 넣어주지 않는다.

3. 유도결합플라스마 발광광도법

3.1 측정원리

망간을 유도결합플라스마 발광광도법에 따라 정량하는 방법이다. 정량범위는 사용하는 장치 및 측정조건에 따라 다르지만 257.61㎚에서 0.002～50㎎/ℓ이다.

3.2 기구 및 기기

㈎ 유도결합플라스마 발광광도분석장치

㈏ 아르곤 가스:액화 또는 압축아르곤으로서 99.99V/V% 이상

3.3 시료의 전처리

㈎ 제2장 제4항 시료의 전처리 방법에 의한다.

㈏용해성 망간을 측정할 경우에는 시료채취 즉시 여과하여 여액을 ㈎에 따라 전처리하여 시료로 한다.

3.4 시험방법

제3장 제3항 유도결합플라스마 발광광도법에 따라 257.61㎚에서 시료용액의 발광강도를 측정하고 미리 작성한 검량선으로부터 망간의 양을 구하여 농도(㎎/ℓ)를 산출한다.

바탕시험을 행하여 보정한다.

검량선의 작성

망간 표준액(0.05㎎ Mn/㎖) 0, 2, 10, 20㎖를 정확히 취하여 100㎖ 용량플라스크에 넣고 질산(1+1) 2㎖, 염산(1+1) 10㎖ 및 물을 넣어 표선을 채운 다음 이하 시료의 시험방법에 따라 시험하여 망간의 농도와 발광광도와의 관계선을 작성한다.

본 발명과 관련된 기술로 등록특허(10-1618448호, 이하 선행기술)는 "줄로리딘계 화합물, 이를 이용한 망간이온, 아연이온 및 알루미늄 이온 검출제, 검출방법 및 검출장치"로서,

"8-하이드록시줄로리딘-9-카복스알데하이드 및 2,2'-옥시비스(에틸아민)을 반응시켜서 제조한 줄로리딘 화합물로 망간이온을 검출하는 방법"을 제공한바 있다.

상기한 종래기술 및 선행기술은 다양한 시약과 복잡한 절차로 측정과정이 매우 복잡하고 또한 다양한 시약을 사용함에 따라 그 비용면에서도 경제적이지 못할 뿐만 아니라 측정시간이 오래 걸리는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 본 발명은 다양한 시약과 복잡한 절차로 측정과정이 매우 복잡하고 또한 다양한 시약을 사용함에 따라 그 비용면에서도 비경제적인 면 그리고 측정시간이 오래 걸리는 단점을 해결하는 망간 농도를 측정할 수 있는 검출시약 및 검출키트를 제공하고자 한다.

또한 종래기술 및 선행기술은 망간 농도를 검출하는 검출시약을 이용하여 망간 농도를 측정하는 경우 시료 중에 포함된 다른 종류의 이온에 의한 간섭(Interfere)의 영향이 많아 측정의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점 및 요구를 해결하기 위하여,

망간 농도를 측정하기 위한 시약으로,

소디움 포스페이트, 시트릭 애씨드, 소디움 설페이트를 혼합하여 조성한 망간 농도 측정 검출 시약을 제공한다.

또한 본 발명은 소디움 포스페이트 100중량부에 시트릭 애씨드 20~40중량부, 소디움 설페이트 40~70중량부를 혼합하여 조성한 망간 농도 측정 검출 시약을 제공한다.

또한 본 발명은 상기한 검출 시약을 포함한 수질 측정 검출 키트를 제공한다.

본 발명의 망간 농도 검출시약을 사용하는 경우 측정시에 발생할 수 있는 다른 종류의 이온에 의한 간섭의 영향을 현저히 배제할 수 있는 효과가 나타난다.

또한 본 발명의 망간 농도 검출시약을 사용하여 측정하는 경우 망간 농도 검출 시약의 반응시간을 획기적으로 단축하여 과도한 측정시간을 요하지 않고 그 절차도 매우 간단히 수행할 수 있는 효과가 나타난다.

또한 본 발명의 검출시약을 이용하여 망간 농도를 측정할 경우 기존의 측정방법과 대비하여 동등 이상의 정확도를 확보할 수 있는 효과를 나타낸다.

더불어, 본 발명의 망간 농도 검출시약은 제조가 간단하며 경제적인 특징이 있다.

또한 본 발명에 따른 망간 농도를 검출하는 검출시약을 이용하여 망간 농도를 측정하는 경우 시료 중에 포함된 다른 종류의 이온에 의한 간섭(Interfere)의 영향을 배제할 수 있는 현저한 효과가 나타난다.

도 1은 본 발명에 따른 표준액에 대한 검량선의 일 실시예.

아하 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 시료에 포함되어 있는 망간의 농도를 측정하기 위한 대표적인 방법인 흡광광도법 또는 비색대비법을 이용할 때 사용되는 검출시약 및 수질 측정 검출 키트에 관한 발명이다.

본 발명에서 검출키트라 함은 수질을 측정 또는 분석하기 위한 장비 또는 장치로서 검출시약을 사용하여 수질을 분석하는 장치 또는 장비를 의미하며, 보다 구체적으로는 상기한 흡광광도법, 비색표대조법 등과 같이 시료의 색의 변화 등과 같은 물리적 화학적 변화를 통하여 수질을 분석할 수 있는 장치 또는 장비를 의미한다.

본 발명은 소디움 포스페이트, 시트릭 애씨드, 소디움 설페이트를 혼합하여 조성한 망간 농도 검출 시약을 제공한다.

본 발명의 소디움 포스페이트(Sodium phosphate)는 제삼인산나트륨이라고도 한다. 넓은 의미로는, Na2HPO4ㆍ12H2O(인산수소이나트륨)를 포함하는 경우도 있다. 수화물 Na3HPO4ㆍNH2O에서는 n이 0.5, 6, 10, 12의 것이 있다. 인산수소이나트륨의 수용액에 적정량의 수산화나트륨을 가해 얻을 수 있는 생성물을 실온에서 재결정하면 십이수화물을 얻을 수 있다. 열수로부터는 육수화물을 얻을 수 있다. 또 가열(180℃)에 의해 무수염이 된다. 이들 모두 백색에서 무색의 고체, 수용액은 강알칼리성(수소염은 미알칼리성)을 띈다. 물 100g에 대한 용해도는, 14.5g(25℃ 무수염으로써), 도금에서는 탈지세정제, 주석도금 등의 도금피막의 변색 방지제로써 이용된다.

본 발명의 시트릭 애씨드(citric acid)는 하이드록시기(-OH)를 가지는 다염기(多鹽基) 카복실산의 하나로 구연산(枸祁酸)이라고도 한다. 화학식 C6H8O7. 많은 식물의 씨나 과즙 속에 유리상태의 산으로 함유되어 있다. 구연이란 시트론 citron의 한자명이며, 시트론을 비롯하여 레몬이나 덜 익은 감귤 등 감귤류의 과일에 특히 많이 함유되어 있는 데에서 연유한다. 영어명인 citric acid의 citric도 감귤류를 뜻하는 그리스어인 citrus에서 유래한 것이다. 물에서 결정시키면 1분자의 결정수를 지닌 큰 주상 결정이 생긴다. 가열하면 무수물(無水物)이 되는데, 이것은 녹는점이 153℃이다. 온도를 더 올리면 175℃에서 아코니트산이 되고, 고온에서는 아이타콘산 무수물이나 전위 생성물인 시트라콘산 무수물 및 아세톤다이카복실산을 생성한다. 물·에탄올에 잘 녹는다. 당류를 기질로 하여 미생물을 배양했을 때, 배양액 속에 시트르산이 축적되는 현상을 볼 수 있는데 이것을 시트르산발효라 한다. 여러 배양 방법이 연구되어 지금은 세계에서 생산되는 시트르산 총량의 90%가 이 발효법에 의해서 만들어진다. 시트르산발효를 일으키는 미생물로는 보통 검정곰팡이가 사용되는데, 산성(pH 2∼3)에서 약 30℃, 7∼10일간 발효시키면 시트르산을 얻을 수 있다. 또, TCA 회로를 구성하는 한 요소로 시트르산은 고등동물의 물질대사에서 중요한 구실을 한다. 또한, 체내의 칼슘 흡수를 촉진시키는 작용도 알려져 있다. 용도로는 과즙·청량음료에 첨가하거나, 의약품·이뇨성 음료에 신맛을 내는 외에 분석 시약으로도 사용된다. 또, 혈액 응고에는 칼슘이온이 필요한데, 시트르산은 칼슘이온을 포착(捕捉)하므로 혈액응고저지제로 사용된다.

본 발명의 소디움 설페이트(Sodium sulphate)는 황산나트륨으로 나트륨의 황산염로 무색의 결정이다. 공업적으로 비스코스 인견(人絹) 제조 때에 사용되는 방사욕 속의 황산나트륨을 4∼7℃로 냉각하여 결정을 석출시키고 분리 ·탈수하여 제품화하며, 유리나 황화나트륨의 제조 등에 사용된다.

화학식 Na2SO4. 무수물은 무색 결정으로 분자량 142.02, 비중 2.698이다. 100g의 물에는 0℃에서 5g, 100℃에서 42g 녹으며, 알코올에는 녹지 않는다. 습한 공기 중에 방치하면 수분을 흡수하여 10수화물로 변한다. 10수화물 Na2SO4·10H2O는 비중 1.464이다. 건조한 공기 중에서는 풍해하여 무수물이 된다. 32.4℃로 가열하면 결정수에 녹아서 융해하고, 100℃로 가열하면 무수물이 된다. 100g의 물에 15℃에서 36g, 34℃에서 412g 녹으며, 무수물과 마찬가지로 알코올에는 녹지 않는다. 7수화물 Na2SO4·7H2O는 과포화 상태의 용액을 5℃ 이하로 냉각하거나 알코올을 가하면 얻는다.

본 발명은 바람직하게는 소디움 포스페이트 100중량부에 시트릭 애씨드 20~40중량부, 소디움 설페이트 40~70중량부를 혼합하여 조성한 망간 농도 측정 검출 시약이 측정 감도가 높고 측정 정확도가 높게 된다.

상기한 소디움 포스페이트 100중량부에 시트릭 애씨드 20~40중량부, 소디움 설페이트 40~70중량부를 혼합하여 조성하면 환원 분말(Reduction Powder)이 되고, 이 환원 분말(Cadmium Reduction Powder) 일정 양과 망간(Manganese)함유 시료 수와 반응시킨 후 흡광광도법 또는 비색표 대조를 이용하여 망간(Manganese)의 농도를 산출하게 된다.

본 발명은 상기한 망간 농도 측정 검출 시약을 포함한 검출 키트를 제공하게 된다.

<실시예>

1. 망간 농도 측정 검출 시약의 조성

<시약1>

Synonyms: Sodium phosphate

CAS No.: 7758-79-4

<시약2>

Synonyms: Citric acid

CAS No.: 77-92-9

<시약3>

Synonyms: Sodium sulfate

CAS No.: 7757-82-6

을 혼합하여 망간 농도 측정 검출 시약을 조성한다.

상기한 시약별 조합 구성비는 다음과 같다.

시약 #	시약1	시약2	시약3
무게비(%)	55	15	30

2. 검출 작용

(1) 상기한 본 발명의 검출시약이 시료에서의 망간 농도의 검출 작용을 아래와 같이 설명한다.

(2) 망간(Manganese)이 포함된 일정양의 용액에 본 발명의 검출시약 일정량을 첨가한 후 일정의 반응시간을 갖는다.

반응시간 동안 망간결합 발색제(Manganese Coloring Reagent)과 만난 망간(Manganese)은 상호작용을 통해 망간(Manganese)결합 화합물이 된다.

이 망간(Manganese)결합 화합물이 색깔의 변화를 일으키게 된다.

(3)표준액에 대한 검량선을 작성한다.

검량선은 단계별로 망간 농도가 제시되어 있는 시료에 혼합하여 본 발명의 검출시약을 첨가 혼합하여 작성한다.

표준액에 대한 대조액 검량선은 도 1에 나타난 바와 같다.

(4) 이와 같이 발색된 시료의 발색된 정도를 흡광광도법 또는 비색표 대조법 등을 통하여 시료의 망간 농도를 검출하게 된다.

상기한 바와 같이 흡광광도법 또는 비색표대비법에 이용되는 시약으로 혼합되어 조성된 망간 농도 검출 시약을 제공하게 된다.

또한 상기한 망간 농도 검출시약을 포함하는 수질측정 검출 키트를 제공한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 망간 농도를 검출하는 검출시약을 이용하여 망간 농도를 측정하는 경우 시료 중에 포함된 다른 종류의 이온에 의한 간섭(Interfere)의 영향을 배제할 수 있는 한계치를 조사한 결과 다음 표와 같은 현저한 효과가 있는 결과를 얻을 수 있었다.

방해물질	한계치(mg/l)
Calcium	100 mg/l
Chloride	100mg/l
Ferric ion	All levels
Nitrite	All levels
강산화/환원 물질	All levels

본 발명은 상기한 구성과 기능으로 이루어진 망간 농도 검출 시약 및 검출 키트를 제공한다.

본 발명은 수질환경기본법과 관련된 정수 및 하폐수처리사업, 공해방지업, 교육사업 등에 널리 사용가능하다.

또한 본 발명은 공해방지모니터링업, 국가 및 지방정부의 환경정책관련업 등에 널리 이용가능하다.

이와 더불어, 수질분석약품사업, 수질분석약품제조업, 환경감리업, 환경모델링업, 환경영향평가업 및 교육용 자료 제공업 등에 매우 유용한 발명이다.

본 발명은 특히 망간 농도를 측정하는 장치를 생산, 제조, 가공, 유통, 연구하는 산업에 매우 유용하다.

Claims

망간 농도를 측정하기 위한 시약으로,
소디움 포스페이트, 시트릭 애씨드, 소디움 설페이트를 혼합하여 조성한 망간 농도 검출 시약.
제1항의 검출 시약을 포함한 수질 측정 검출 키트.