KR20210023584A - Ion sensing system with adjustable sensitivity based on multilayer structure - Google Patents

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Abstract

Disclosed is an ion measurement system for measuring concentration of a target ion. According to one embodiment, the ion measurement system comprises: at least one ion selective membrane; at least one permeable membrane alternately arranged with the at least one ion selective membrane in one-way; a plurality of spaces divided by the at least one ion selective membrane and at least one permeable membrane; and two electrodes arranged at each of two spaces positioned at both ends in one-way among the plurality of spaces. A reference solution containing the target ion of preset concentration and a sample solution for measuring concentration of the target ion are alternately accommodated in the plurality of spaces in one-way.

Description

다중 멤브레인 구조를 기반으로 민감도를 조절할 수 있는 이온 측정 시스템{Ion sensing system with adjustable sensitivity based on multilayer structure}Ion sensing system with adjustable sensitivity based on multilayer structure

본 발명은 타겟 이온의 농도를 측정하기 위한 이온 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an ion measuring system for measuring the concentration of target ions.

종래의 이온 측정 시스템의 기본 구성 요소는 이온측정전극(Ion-selective electrode, ISE)과 기준전극(Reference electrode)이다. 이온측정전극은 Ag/AgCl 전극, 내부 충전용액, 및 이온선택성 막으로 구성되고, 기준전극은 Ag/AgCl 전극, 기준전해질, 완충전해질, 및 모세관으로 구성된다. 종래의 이온 측정 시스템에서는 이온측정전극 및 기준전극을 샘플 용액에 담근 후, 두 전극 사이의 기전력(Electromotive force, EMF)을 측정하여 이온의 농도를 측정한다.The basic components of a conventional ion measurement system are an ion-selective electrode (ISE) and a reference electrode. The ion measuring electrode is composed of an Ag/AgCl electrode, an internal filling solution, and an ion-selective membrane, and the reference electrode is composed of an Ag/AgCl electrode, a reference electrolyte, a buffer electrolyte, and a capillary tube. In a conventional ion measuring system, an ion measuring electrode and a reference electrode are immersed in a sample solution, and then an electromotive force (EMF) between the two electrodes is measured to measure the concentration of ions.

종래의 이온 측정 시스템은 이와 같이 여러 종류의 용액과 전극이 필요하며, 그 용액들 사이에 정교한 제어가 필요하다. 따라서 야외 및 현장에서 비숙련 작업자가 사용하기에 어려움이 있다. 또한 이온을 측정하는 민감도는 이론적으로 59mV/decade의 한계가 존재한다.Conventional ion measurement systems require various types of solutions and electrodes as described above, and precise control is required between the solutions. Therefore, it is difficult for unskilled workers to use it outdoors and in the field. In addition, there is a theoretical limit of 59mV/decade for the sensitivity to measure ions.

한국 등록특허 제10-1380926호Korean Patent Registration No. 10-1380926

이온을 측정하는 민감도 조절이 가능한 이온 측정 시스템을 제공하고자 한다.It is intended to provide an ion measurement system capable of controlling the sensitivity of measuring ions.

또한 간단한 구조로 휴대가 가능한 이온 측정 시스템을 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a portable ion measurement system with a simple structure.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 일 측면에 따른 타겟 이온의 농도를 측정하기 위한 이온 측정 시스템은, 적어도 하나의 이온선택성 막; 상기 적어도 하나의 이온선택성 막과 일방향으로 교대로 배치되는 적어도 하나의 투과성 막; 상기 적어도 하나의 이온선택성 막 및 상기 적어도 하나의 투과성 막에 의해 구획된 복수의 공간들; 및 상기 복수의 공간들 중, 상기 일방향으로 양 끝에 위치한 두 개의 공간들에 각각 배치되는 두 개의 전극들을 포함하고, 상기 복수의 공간들에는 미리 설정된 농도의 상기 타겟 이온을 포함하는 기준 용액 및 상기 타겟 이온의 농도를 측정하기 위한 샘플 용액이 상기 일방향으로 교대로 수용된다.As a means for solving the above-described technical problem, an ion measuring system for measuring a concentration of a target ion according to an aspect includes: at least one ion-selective membrane; At least one permeable membrane alternately disposed in one direction with the at least one ion-selective membrane; A plurality of spaces partitioned by the at least one ion-selective membrane and the at least one permeable membrane; And two electrodes respectively disposed in two spaces positioned at both ends of the plurality of spaces, wherein the plurality of spaces include a reference solution containing the target ions of a preset concentration and the target Sample solutions for measuring the concentration of ions are alternately accommodated in the one direction.

일 측면에 따른 타겟 이온의 농도를 측정하기 위한 이온 측정 방법은, 적어도 하나의 이온선택성 막 및 적어도 하나의 투과성 막을 일방향으로 교대로 배치하는 단계; 미리 설정된 농도의 상기 타겟 이온을 포함하는 기준 용액 및 상기 타겟 이온의 농도를 측정하기 위한 샘플 용액을, 상기 적어도 하나의 이온선택성 막 및 상기 적어도 하나의 투과성 막에 의해 구획된 복수의 공간들에, 상기 일방향으로 교대로 수용시키는 단계; 상기 복수의 공간들 중, 상기 일방향으로 양 끝에 위치한 두 개의 공간들에, 두 개의 전극들을 각각 배치하는 단계; 및 상기 두 개의 전극들 사이의 기전력을 측정하여 상기 샘플 용액이 포함하는 상기 타겟 이온의 농도를 측정하는 단계를 포함한다.An ion measuring method for measuring a concentration of a target ion according to an aspect includes the steps of alternately disposing at least one ion-selective membrane and at least one permeable membrane in one direction; A reference solution containing the target ions of a preset concentration and a sample solution for measuring the concentration of the target ions, in a plurality of spaces partitioned by the at least one ion-selective membrane and the at least one permeable membrane, Alternately accommodating in the one direction; Disposing two electrodes, respectively, in two spaces located at both ends of the plurality of spaces in the one direction; And measuring the concentration of the target ions contained in the sample solution by measuring the electromotive force between the two electrodes.

일 측면에 따른 이온 측정 시스템은 이론적 민감도보다 높은 민감도로 이온의 농도를 측정하는 것이 가능하다.The ion measurement system according to an aspect may measure the concentration of ions with a sensitivity higher than the theoretical sensitivity.

또한 일 측면에 따른 이온 측정 시스템은 종래의 이온 측정 시스템보다 구조가 간단하여, 소형화가 가능하므로 휴대가 가능하다.In addition, the ion measurement system according to an aspect has a simpler structure than a conventional ion measurement system and can be miniaturized and thus portable.

또한 일 측면에 따른 이온 측정 시스템은 멤브레인 유닛의 개수를 조정하여 민감도를 조절하는 것이 가능하다. 따라서 원하는 민감도로 샘플 용액의 이온의 농도를 측정하는 것이 가능하다.In addition, the ion measurement system according to an aspect may adjust the sensitivity by adjusting the number of membrane units. Therefore, it is possible to measure the concentration of ions in the sample solution with the desired sensitivity.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.The effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.

도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 이온 측정 시스템을 나타낸다.
도 3은 타겟 이온의 농도에 따른 측정된 기전력의 그래프를 나타낸다.
도 4는 세 개의 방해 이온이 존재하는 환경에서, 이온의 농도에 따라 측정된 기전력의 그래프를 나타낸다.
도 5는 및 도 6은 일 실시예에 따른 이온 측정 시스템을 나타낸다.
도 7은 멤브레인 유닛의 개수에 따른 측정된 기전력의 그래프를 나타낸다.
도 8은 멤브레인 유닛의 개수에 따른 산출된 민감도의 표를 나타낸다.
도 9는 멤브레인 유닛의 개수에 따른 측정된 기전력의 그래프를 나타낸다.
도 10은 일 실시예에 따른 이온 측정 방법을 나타낸다.1 and 2 show an ion measuring system according to an embodiment.
3 shows a graph of the measured electromotive force according to the concentration of target ions.
4 shows a graph of the electromotive force measured according to the concentration of ions in an environment in which three interfering ions are present.
5 and 6 show an ion measuring system according to an embodiment.
7 shows a graph of the measured electromotive force according to the number of membrane units.
8 shows a table of calculated sensitivity according to the number of membrane units.
9 shows a graph of the measured electromotive force according to the number of membrane units.
10 shows a method for measuring ions according to an exemplary embodiment.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.Hereinafter, embodiments for illustration only will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It goes without saying that the following description is only for specifying the embodiments and does not limit or limit the scope of the invention. What can be easily inferred by experts in the art from the detailed description and examples is construed as belonging to the scope of the rights.

본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.The terms “consisting of” or “comprising” as used herein should not be interpreted as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, and some components or some steps thereof. It should be construed that they may not be included, or may further include additional elements or steps.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.Terms used in the present specification have selected general terms that are currently widely used as possible while taking functions of the present invention into consideration, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 이온 측정 시스템을 나타낸다.1 and 2 show an ion measuring system according to an embodiment.

이온 측정 시스템(10)은 샘플 용액에 포함된 타겟 이온의 농도를 측정하기 위한 시스템이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 이온 측정 시스템(10)은 이온선택성 막(11), 투과성 막(12), 제1, 2 전극(21, 22), 및 용기(41)를 포함할 수 있다.The ion measurement system 10 is a system for measuring the concentration of target ions contained in a sample solution. 1 and 2, the ion measurement system 10 may include an ion-selective membrane 11, a permeable membrane 12, first and second electrodes 21 and 22, and a container 41. .

이온선택성 막(11) 및 투과성 막(12)은 한 쌍의 멤브레인 유닛을 이룬다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 이온 측정 시스템(10)은 한 쌍의 멤브레인 유닛을 포함한다.The ion-selective membrane 11 and the permeable membrane 12 form a pair of membrane units. That is, the ion measurement system 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes a pair of membrane units.

이온선택성 막(11)은 상용 양이온 교환막(Cation exchange membrane, CEM) 또는 상용 음이온 교환막(Anion exchange membrane, AEM)을 이용하여 제작될 수 있다. The ion-selective membrane 11 may be manufactured using a commercial cation exchange membrane (CEM) or a commercial anion exchange membrane (AEM).

예를 들어, 타겟 이온이 음이온인 경우, 이온선택성 막(11)은 상용 음이온 교환막(AEM) 위에 PVC를 이용하여 얇은 막을 도포하여 제작될 수 있다. For example, when the target ion is an anion, the ion-selective membrane 11 may be manufactured by coating a thin layer using PVC on a commercial anion exchange membrane (AEM).

예를 들어, 타겟 이온이 질산염 이온(nitrate ion)인 경우, 5.2mg의 질산염 이온운반체(nitrate ionophore), 47.0mg의 프탈산디부틸(dibutyl phthalate), 0.3mg의 테트라 옥틸 암모늄 클로라이드(tetraoctylammonium chloride), 및 47.2mg의 고분자량 PVC(high molecular weight PVC)를 5ml의 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran, THF)에 섞어주고, 끈적한 오일 형태가 될 때까지 상온에서 말린 뒤, 오일 형태의 용액에 상용 음이온 교환막(AEM)을 담갔다 뺀 후 건조시켜서 이온선택성 막(11)을 제작할 수 있다. 이온선택성 막(11)의 제작 방법은 기재된 실시예로 한정되지 않는다.For example, if the target ion is a nitrate ion, 5.2 mg of nitrate ionophore, 47.0 mg of dibutyl phthalate, 0.3 mg of tetraoctylammonium chloride, And 47.2mg of high molecular weight PVC (high molecular weight PVC) is mixed with 5ml of tetrahydrofuran (THF), dried at room temperature until a sticky oil form is formed, and then a commercial anion exchange membrane (AEM) ) Can be immersed and removed and dried to prepare an ion-selective membrane (11). The method of manufacturing the ion-selective membrane 11 is not limited to the described embodiment.

측정하고자 하는 타겟 이온이 양이온인 경우, 상용 양이온 교환 교환막(CEM)을 이용하여, 타겟 이온이 음이온인 경우와 유사한 방법으로 이온선택성 막(11)을 제작할 수 있다.When the target ion to be measured is a cation, a commercial cation exchange membrane (CEM) can be used to fabricate the ion-selective membrane 11 in a similar manner to the case where the target ion is an anion.

투과성 막(12)은 이온선택성이 없는 막일 수 있다. The permeable membrane 12 may be a membrane without ion selectivity.

투과성 막(12)은 상용 삼투용 막(Dialysis membrane, DM)을 이용하여 제작될 수 있다. 예를 들어, 상용 삼투용 막(DM)을 원하는 크기로 자르고, 증류수에 적신 뒤 완전히 건조시켜서 투과성 막(12)을 제작할 수 있다. 투과성 막(12)의 제작 방법은 기재된 실시예로 한정되지 않는다.The permeable membrane 12 may be manufactured using a commercial dialysis membrane (DM). For example, a commercial osmosis membrane (DM) may be cut to a desired size, soaked in distilled water, and then completely dried to prepare the permeable membrane 12. The manufacturing method of the permeable membrane 12 is not limited to the described embodiment.

이온선택성 막(11) 및 투과성 막(12)은 일방향으로 교대로 배치될 수 있다. 교대로 배치되는 이온선택성 막(11) 및 투과성 막(12)에 의해 용기(41)의 내부 공간이 복수의 공간들(31, 32, 33)로 구획될 수 있다.The ion-selective membrane 11 and the permeable membrane 12 may be alternately disposed in one direction. The inner space of the container 41 may be divided into a plurality of spaces 31, 32, 33 by the ion-selective membranes 11 and the permeable membranes 12 that are alternately arranged.

이온선택성 막(11) 및 투과성 막(12)은 서로 평행하도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The ion-selective layer 11 and the permeable layer 12 may be disposed parallel to each other, but are not limited thereto.

이온선택성 막(11) 및 투과성 막(12)은 동일한 크기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The ion-selective layer 11 and the permeable layer 12 may have the same size, but are not limited thereto.

복수의 공간들(31, 32, 33)은 동일한 부피일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The plurality of spaces 31, 32, and 33 may have the same volume, but are not limited thereto.

복수의 공간들(31, 32, 33) 중 일방향으로 양 끝에 위치한 두 개의 공간들(31, 33)은 동일한 부피이고, 중간에 위치한 공간(32)은 다른 부피일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Among the plurality of spaces 31, 32, 33, the two spaces 31 and 33 located at both ends in one direction have the same volume, and the space 32 located in the middle may have different volumes, but is not limited thereto. .

복수의 공간들(31, 32, 33)에는 미리 설정된 농도의 타겟 이온을 포함하는 기준 용액(Reference electrolyte, RE) 및 샘플 용액이 일방향으로 교대로 수용될 수 있다. 즉, 일방향으로 양 끝에 위치한 공간들(31, 33)에는 기준 용액이 수용되고, 중간에 위치한 공간(32)에는 샘플 용액이 수용될 수 있다.In the plurality of spaces 31, 32, 33, a reference electrolyte (RE) and a sample solution including target ions of a preset concentration may be alternately accommodated in one direction. That is, the reference solution may be accommodated in the spaces 31 and 33 located at both ends in one direction, and the sample solution may be accommodated in the space 32 located in the middle.

예를 들어, 타겟 이온이 질산염 이온(nitrate ion)인 경우 기준 용액(RE)은 미리 설정된 농도인 10mM의 질산염 이온(nitrate ion)을 포함할 수 있다. 또한 선택적으로 기준 용액(RE)은 1mM의 NaCl을 더 포함할 수 있다.For example, when the target ion is a nitrate ion, the reference solution RE may include a nitrate ion having a preset concentration of 10 mM. Also, optionally, the reference solution RE may further contain 1 mM NaCl.

전극들(21, 22)은 일방향으로 양 끝에 위치한 공간들(31, 33)에 각각 배치될 수 있다. 즉 전극들(21, 22)은 기준 용액을 수용하고 가장 바깥쪽에 위치한 공간들(31, 33)에 각각 배치될 수 있다.The electrodes 21 and 22 may be disposed in spaces 31 and 33 located at both ends in one direction, respectively. That is, the electrodes 21 and 22 may receive the reference solution and may be disposed in the outermost spaces 31 and 33, respectively.

전극들(21, 22)은 Ag/AgCl 전극일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The electrodes 21 and 22 may be Ag/AgCl electrodes, but are not limited thereto.

사용자는 전극들(21, 22) 사이의 기전력(EMF)을 측정하여, 샘플 용액에 포함된 타겟 이온의 농도를 측정할 수 있다. 사용자는 기전력을 측정하기 위하여 장비를 사용할 수 있다.The user may measure the electromotive force (EMF) between the electrodes 21 and 22 to measure the concentration of target ions included in the sample solution. The user can use the equipment to measure the electromotive force.

용기(41)는 내부에 이온선택성 막(11), 투과성 막(12), 기준 용액, 및 샘플 용액을 수용하는 내부 공간을 포함할 수 있다.The container 41 may include an internal space for accommodating the ion-selective membrane 11, the permeable membrane 12, the reference solution, and the sample solution therein.

용기(41)의 형상은 도 1 및 도 2에 도시된 형상으로 제한되지 않으며, 예를 들어 원통형, 구형, 환형 등의 형상일 수 있다. 용기(41)는 이온의 농도 측정에 간섭하지 않도록 비전도성 물질로 제작될 수 있다. 또한 용기(41)는 휴대가 가능한 크기로 제작될 수 있다.The shape of the container 41 is not limited to the shape shown in FIGS. 1 and 2, and may be, for example, a cylindrical shape, a spherical shape, or an annular shape. The container 41 may be made of a non-conductive material so as not to interfere with the measurement of the concentration of ions. In addition, the container 41 may be manufactured in a portable size.

도 1 및 도 2에 도시되지 않았지만, 용기(41)는 개폐가 가능하도록 뚜껑을 포함할 수 있다. 뚜껑은 용기(41)와 일체이거나 분리 가능할 수 있다. 뚜껑은 전극들(21, 22)이 통과할 수 있는 구멍을 포함할 수 있다.Although not shown in FIGS. 1 and 2, the container 41 may include a lid to enable opening and closing. The lid may be integral with the container 41 or may be detachable. The lid may include a hole through which the electrodes 21 and 22 can pass.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 이온 측정 시스템(10)은 구조가 간단하므로, 소형화가 가능하며, 휴대가 가능하도록 제작할 수 있다.As shown in Figs. 1 and 2, the ion measuring system 10 has a simple structure, so it can be miniaturized and manufactured to be portable.

도 3은 타겟 이온의 농도에 따른 측정된 기전력의 그래프를 나타낸다.3 shows a graph of the measured electromotive force according to the concentration of target ions.

한 쌍의 멤브레인을 포함하는 이온 측정 시스템(도 1 및 도 2의 10)에 대하여, 질산염 이온(nitrate ion)을 타겟 이온으로 하여, 기전력을 측정하는 실험을 수행하였다. 샘플 용액에 포함된 질산염 이온(nitrate ion)의 농도를 약 0.001mM ~ 약 10mM의 범위에서 변화시키며, 기전력의 세기를 측정하였다. For an ion measuring system (10 in FIGS. 1 and 2) including a pair of membranes, an experiment was performed to measure the electromotive force using a nitrate ion as a target ion. The concentration of nitrate ions included in the sample solution was changed in the range of about 0.001mM to about 10mM, and the intensity of the electromotive force was measured.

도 3은 측정된 기전력의 세기를 나타내는 결과 그래프이며, 결과 그래프로부터 이온 측정 시스템(도 1 및 도 2의 10)을 이용하여, 타겟 이온의 농도 측정이 가능한 것을 확인할 수 있다.3 is a result graph showing the intensity of the measured electromotive force, and it can be seen from the result graph that the concentration of target ions can be measured using an ion measuring system (10 in FIGS. 1 and 2 ).

도 4는 세 개의 방해 이온이 존재하는 환경에서, 이온의 농도에 따라 측정된 기전력의 그래프를 나타낸다.4 shows a graph of the electromotive force measured according to the concentration of ions in an environment in which three interfering ions are present.

한 쌍의 멤브레인을 포함하는 이온 측정 시스템(도 1 및 도 2의 10)에 대하여, 질산염 이온(nitrate ion)을 타겟 이온으로 하여, 기전력을 측정하는 실험을 수행하였다. 방해 이온으로는 탄산수소 이온(bicarbonate), 황산 이온(sulfate), 및 염소 이온(chloride)을 사용하였다. For an ion measuring system (10 in FIGS. 1 and 2) including a pair of membranes, an experiment was performed to measure the electromotive force using a nitrate ion as a target ion. As interfering ions, bicarbonate, sulfate, and chloride ions were used.

도 4는 측정된 기전력의 세기를 나타내는 결과 그래프이며, 결과 그래프로부터, 이온 측정 시스템(도 1 및 도 2의 10)을 이용하여, 방해 이온이 존재하는 환경에서도 타겟 이온의 농도 측정이 가능한 것을 확인할 수 있다.4 is a result graph showing the intensity of the measured electromotive force, and from the result graph, it is confirmed that the concentration of target ions can be measured even in an environment in which interfering ions are present using an ion measurement system (10 in FIGS. I can.

도 5 및 도 6은 일 실시예에 따른 이온 측정 시스템을 나타낸다.5 and 6 show an ion measuring system according to an embodiment.

도 5 및 도 6에 도시된 이온 측정 시스템(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 이온 측정 시스템(10)과 비교하여, 복수의 이온선택성 막 및 복수의 투과성 막을 포함하는 점이 다르며, 그 외의 특징은 동일하게 포함한다.The ion measurement system 100 shown in FIGS. 5 and 6 is different from the ion measurement system 10 shown in FIGS. 1 and 2 in that it includes a plurality of ion-selective membranes and a plurality of permeable membranes. Features include the same.

하나의 이온선택성 막 및 하나의 투과성 막은 한 쌍의 멤브레인 유닛을 이루므로, 이온 측정 시스템(100)은 두 쌍의 멤브레인 유닛들을 포함한다.Since one ion-selective membrane and one permeable membrane constitute a pair of membrane units, the ion measurement system 100 includes two pairs of membrane units.

이온 측정 시스템(100)이 포함하는 멤브레인 유닛의 개수는 제한되지 않는다. 즉 이온 측정 시스템(100)은 더 많은 쌍의 멤브레인 유닛들을 포함할 수 있다.The number of membrane units included in the ion measurement system 100 is not limited. That is, the ion measurement system 100 may include more pairs of membrane units.

이온선택성 막들(111, 113) 및 투과성 막들(112, 114)은 일방향으로 교대로 배치될 수 있다.The ion-selective layers 111 and 113 and the permeable layers 112 and 114 may be alternately disposed in one direction.

이온선택성 막들(111, 113) 및 투과성 막들(112, 114)이 이격된 거리는 일정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The distance between the ion-selective layers 111 and 113 and the permeable layers 112 and 114 may be constant, but is not limited thereto.

이온선택성 막들(111, 113) 및 투과성 막들(112, 114)은 서로 평행하도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The ion-selective layers 111 and 113 and the permeable layers 112 and 114 may be disposed parallel to each other, but are not limited thereto.

이온선택성 막들(111, 113) 및 투과성 막들(112, 114)은 동일한 크기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The ion-selective layers 111 and 113 and the permeable layers 112 and 114 may have the same size, but are not limited thereto.

용기(141)의 내부 공간은 이온선택성 막들(111, 113) 및 투과성 막들(112, 114)에 의해 복수의 공간들(131~135)로 구획될 수 있다.The inner space of the container 141 may be divided into a plurality of spaces 131 to 135 by the ion-selective films 111 and 113 and the permeable films 112 and 114.

용기(141)의 크기는 도 1 및 도 2에 도시된 용기(41)의 크기와 동일 할 수 있다. 동일한 맥락으로, 이온선택성 막들(111, 113) 및 투과성 막들(112, 114) 사이의 거리는 도 1 및 도 2에 도시된 이온선택성 막(11) 및 투과성 막(12) 사이의 거리보다 가까울 수 있다.The size of the container 141 may be the same as the size of the container 41 shown in FIGS. 1 and 2. In the same vein, the distance between the ion-selective membranes 111 and 113 and the permeable membranes 112 and 114 may be closer than the distance between the ion-selective membrane 11 and the permeable membrane 12 shown in FIGS. 1 and 2. .

복수의 공간들(131~135) 중 일방향으로 양 끝에 위치한 두 개의 공간들(131, 135)에는 기준 용액(RE)이 수용될 수 있다. 또한 복수의 공간들(131~135)에는 기준 용액 및 샘플 용액이 일방향으로 교대로 수용될 수 있다.The reference solution RE may be accommodated in the two spaces 131 and 135 located at both ends of the plurality of spaces 131 to 135 in one direction. In addition, the reference solution and the sample solution may be alternately accommodated in one direction in the plurality of spaces 131 to 135.

전극들(121, 122)은 일방향으로 양 끝에 위치한 공간들(131, 135)에 각각 배치될 수 있다. 즉 전극들(121, 122)은 기준 용액을 수용하고 가장 바깥쪽에 위치한 공간들(131, 135)에 각각 배치될 수 있다.The electrodes 121 and 122 may be disposed in the spaces 131 and 135 located at both ends in one direction, respectively. That is, the electrodes 121 and 122 may accommodate the reference solution and may be disposed in the outermost spaces 131 and 135, respectively.

도 7은 멤브레인 유닛의 개수에 따른 측정된 기전력의 그래프를 나타낸다. 도 8은 멤브레인 유닛의 개수에 따른 산출된 민감도의 표를 나타낸다.7 shows a graph of the measured electromotive force according to the number of membrane units. 8 shows a table of calculated sensitivity according to the number of membrane units.

한 쌍 내지 일곱 쌍(1stack~7stack)의 멤브레인 유닛을 포함하는 이온 측정 시스템에 대하여, 질산염 이온(nitrate ion)을 타겟 이온으로 하여, 기전력을 측정하는 실험을 수행하였다. 또한 측정된 기전력으로부터 이온을 측정하는 민감도를 산출하였다.For an ion measuring system including one to seven pairs (1 stack to 7 stack) of membrane units, an experiment was performed to measure the electromotive force using nitrate ions as target ions. In addition, the sensitivity for measuring ions was calculated from the measured electromotive force.

도 8의 표에 따르면, 멤브레인 유닛이 한 쌍(1stack)인 경우, 57.1mV/decade의 민감도가 산출되었으며, 이는 이론적 민감도인 59mV/decade와 유사한 수준의 민감도이다.According to the table of FIG. 8, when the membrane unit is a pair (1 stack), a sensitivity of 57.1 mV/decade was calculated, which is a sensitivity similar to the theoretical sensitivity of 59 mV/decade.

또한 도 7의 그래프 및 도 8의 표로부터, 멤브레인 유닛의 개수가 증가할수록 이온 측정 민감도가 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 멤브레인 유닛이 두 쌍(2stack)인 경우, 멤브레인 유닛이 한 쌍(1stack)인 민감도의 약 2배에 달하는 116.2mV/decade의 민감도가 산출되었고, 멤브레인 유닛이 일곱 쌍(7stack)인 경우, 한 쌍(1stack)인 경우의 민감도의 약 7배에 달하는 388.1mV/decade의 민감도가 산출되었다.In addition, from the graph of FIG. 7 and the table of FIG. 8, it can be seen that the ion measurement sensitivity linearly increases as the number of membrane units increases. Specifically, when the membrane unit is two pairs (2 stack), a sensitivity of 116.2 mV/decade was calculated, which is about twice the sensitivity of the membrane unit as a pair (1 stack), and when the membrane unit is seven pairs (7 stack) , A sensitivity of 388.1 mV/decade was calculated, which is about 7 times the sensitivity of a pair (1 stack).

도 7의 그래프 및 도 8의 표로부터, 이온 측정 시스템의 멤브레인 유닛의 개수를 조정하여 민감도를 조절하는 것이 가능하고, 이론적 민감도보다 높은 민감도로 타겟 이온의 농도를 측정하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있다. 즉, 이온 측정 시스템을 이용하여, 원하는 민감도로 타겟 이온의 농도를 측정하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있다.From the graph of FIG. 7 and the table of FIG. 8, it is possible to adjust the sensitivity by adjusting the number of membrane units of the ion measuring system, and it can be confirmed that it is possible to measure the concentration of the target ion with a sensitivity higher than the theoretical sensitivity. That is, it can be confirmed that it is possible to measure the concentration of target ions with a desired sensitivity by using the ion measurement system.

도 9는 멤브레인 유닛의 개수에 따른 측정된 기전력의 그래프를 나타낸다.9 shows a graph of the measured electromotive force according to the number of membrane units.

한 쌍 멤브레인 유닛을 포함하는 제1 이온 측정 시스템 및 두 쌍의 멤브레인 유닛을 포함하는 제2 이온 측정 시스템에 대하여, 질산염 이온(nitrate ion)을 타겟 이온으로 하여, 기전력을 측정하는 실험을 수행하였다. 0.1mM의 질산염 이온(nitrate ion)을 포함하는 샘플 용액 및 0.12mM의 질산염 이온(nitrate ion)을 포함하는 샘플 용액에 대하여 기전력을 각각 60회 측정하는 실험을 수행하였다.For a first ion measurement system including a pair of membrane units and a second ion measurement system including two pairs of membrane units, an experiment was performed to measure the electromotive force using nitrate ions as target ions. An experiment was performed in which the electromotive force was measured 60 times with respect to the sample solution containing 0.1 mM nitrate ions and the sample solution containing 0.12 mM nitrate ions.

도 9의 상측에 도시된 그래프는 제1 이온 측정 시스템에 대한 결과 그래프를 나타내고, 하측에 도시된 그래프는 제2 이온 측정 시스템에 대한 결과 그래프를 나타낸다.The graph shown on the upper side of FIG. 9 represents a result graph for the first ion measurement system, and the graph shown on the lower side represents a result graph for the second ion measurement system.

도 9의 그래프를 참조하면, 멤브레인 유닛을 두 쌍 포함하는 제2 이온 측정 시스템이 제1 이온 시스템보다, 0.1mM에 대한 그래프와 0.12mM에 대한 그래프가 겹치는 영역이 작다. 이로부터 멤브레인 유닛의 개수가 더 많은 이온 측정 시스템을 이용할 경우 더 정밀하게 타겟 이온의 농도를 측정 가능한 것을 확인할 수 있다.Referring to the graph of FIG. 9, the second ion measuring system including two pairs of membrane units has a smaller area where the graph for 0.1mM and the graph for 0.12mM overlap than the first ion system. From this, it can be seen that when an ion measuring system with a larger number of membrane units is used, the concentration of target ions can be more accurately measured.

도 10은 일 실시예에 따른 이온 측정 방법을 나타낸다.10 shows a method for measuring ions according to an embodiment.

단계 S1에서 적어도 하나의 이온선택성 막 및 적어도 하나의 투과성 막을 일방향으로 교대로 배치할 수 있다. 하나의 이온선택성 막 및 하나의 투과성 막은 한 쌍의 멤브레인 유닛을 이루므로, 사용자의 선택에 따라 복수개의 멤브레인 유닛을 배치할 수 있다. 이때 사용자는 원하는 민감도를 고려하여 적정 개수의 멤브레인 유닛을 배치할 수 있다.In step S1, at least one ion-selective membrane and at least one permeable membrane may be alternately disposed in one direction. Since one ion-selective membrane and one permeable membrane constitute a pair of membrane units, a plurality of membrane units may be disposed according to a user's selection. At this time, the user may arrange an appropriate number of membrane units in consideration of the desired sensitivity.

단계 S2에서 기준 용액 및 샘플 용액을 복수의 공간들에 일방향으로 교대로 수용시킬 수 있다. 이때 복수의 공간들 중 일방향으로 양 끝에 배치된 공간들에는 기준 용액이 수용될 수 있다.In step S2, the reference solution and the sample solution may be alternately accommodated in a plurality of spaces in one direction. At this time, the reference solution may be accommodated in spaces disposed at both ends in one direction among the plurality of spaces.

단계 S3에서 복수의 공간들 중, 일방향으로 양 끝에 위치한 두 개의 공간들에, 두 개의 전극들을 각각 배치할 수 있다. 단계 S3는 단계 S2와 실행 순서가 바뀔 수 있다.In step S3, two electrodes may be respectively disposed in two spaces located at both ends of the plurality of spaces in one direction. Step S3 may be changed in execution order from step S2.

단계 S4에서 두 개의 전극들 사이의 기전력을 측정하여 샘플 용액이 포함하는 타겟 이온의 농도를 측정할 수 있다. 사용자는 기전력을 측정 가능한 장비를 사용하여 두 개의 전극들 사이의 기전력을 측정하고, 이로부터 타겟 이온의 농도를 산출할 수 있다.In step S4, the electromotive force between the two electrodes may be measured to measure the concentration of target ions contained in the sample solution. The user can measure the electromotive force between the two electrodes using a device capable of measuring the electromotive force, and calculate the concentration of the target ions from this.

이상에서 실시예들에 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 속한다.Although the embodiments have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also included in the scope of the present invention. Belongs to.

10: 이온 측정 시스템 11: 이온선택성 막
12: 투과성 막 21, 22: 전극
31, 32, 33: 공간 41: 용기
100: 이온 측정 시스템 111, 113: 이온선택성 막
112, 114: 및 투과성 막 121, 122: 전극
131~135: 공간 141: 용기10: ion measurement system 11: ion selective membrane
12: permeable membrane 21, 22: electrode
31, 32, 33: space 41: courage
100: ion measurement system 111, 113: ion selective membrane
112, 114: and permeable membrane 121, 122: electrode
131-135: space 141: courage

Claims (8)

타겟 이온의 농도를 측정하기 위한 이온 측정 시스템에 있어서,
적어도 하나의 이온선택성 막;
상기 적어도 하나의 이온선택성 막과 일방향으로 교대로 배치되는 적어도 하나의 투과성 막;
상기 적어도 하나의 이온선택성 막 및 상기 적어도 하나의 투과성 막에 의해 구획된 복수의 공간들; 및
상기 복수의 공간들 중, 상기 일방향으로 양 끝에 위치한 두 개의 공간들에 각각 배치되는 두 개의 전극들을 포함하고,
상기 복수의 공간들에는 미리 설정된 농도의 상기 타겟 이온을 포함하는 기준 용액 및 상기 타겟 이온의 농도를 측정하기 위한 샘플 용액이 상기 일방향으로 교대로 수용되는, 이온 측정 시스템.In the ion measurement system for measuring the concentration of target ions,
At least one ion-selective membrane;
At least one permeable membrane alternately disposed in one direction with the at least one ion-selective membrane;
A plurality of spaces partitioned by the at least one ion-selective membrane and the at least one permeable membrane; And
Among the plurality of spaces, it includes two electrodes respectively disposed in two spaces located at both ends in the one direction,
In the plurality of spaces, a reference solution including the target ions of a preset concentration and a sample solution for measuring the concentration of the target ions are alternately accommodated in the one direction. 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 이온선택성 막 및 상기 적어도 하나의 투과성 막의 개수를 조정하여 상기 타겟 이온의 농도를 측정하는 민감도를 조절할 수 있는, 이온 측정 시스템.The method of claim 1,
The ion measurement system capable of adjusting the sensitivity of measuring the concentration of the target ion by adjusting the number of the at least one ion-selective membrane and the at least one permeable membrane. 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 이온선택성 막 및 상기 적어도 하나의 투과성 막 중, 하나의 이온선택성 막 및 상기 하나의 이온선택성 막과 인접한 하나의 투과성 막은 한 쌍의 멤브레인 유닛을 이루고,
상기 멤브레인 유닛의 개수를 조정하여 상기 민감도를 조절할 수 있는, 이온 측정 시스템.The method of claim 2,
Of the at least one ion-selective membrane and the at least one permeable membrane, one ion-selective membrane and one permeable membrane adjacent to the one ion-selective membrane constitute a pair of membrane units,
The sensitivity can be controlled by adjusting the number of membrane units. 제3항에 있어서,
상기 멤브레인 유닛의 개수에 비례하여 상기 민감도가 증가하는, 이온 측정 시스템.The method of claim 3,
The ion measurement system, wherein the sensitivity increases in proportion to the number of membrane units. 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 이온선택성 막 및 상기 적어도 하나의 투과성 막의 개수는 동일한, 이온 측정 시스템.The method of claim 1,
The number of the at least one ion-selective membrane and the at least one permeable membrane are the same. 제1항에 있어서,
상기 일방향으로 양 끝에 위치한 두 개의 공간들에는 상기 기준 용액이 수용되는, 이온 측정 시스템.The method of claim 1,
The reference solution is accommodated in two spaces located at both ends in the one direction. 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 이온선택성 막, 상기 적어도 하나의 투과성 막, 상기 기준 용액, 및 상기 샘플 용액을 수용하는 내부 공간을 포함하는 용기를 더 포함하는, 이온 측정 시스템.The method of claim 1,
The ion measuring system further comprises a container including an inner space accommodating the at least one ion-selective membrane, the at least one permeable membrane, the reference solution, and the sample solution. 타겟 이온의 농도를 측정하기 위한 이온 측정 방법에 있어서,
적어도 하나의 이온선택성 막 및 적어도 하나의 투과성 막을 일방향으로 교대로 배치하는 단계;
미리 설정된 농도의 상기 타겟 이온을 포함하는 기준 용액 및 상기 타겟 이온의 농도를 측정하기 위한 샘플 용액을, 상기 적어도 하나의 이온선택성 막 및 상기 적어도 하나의 투과성 막에 의해 구획된 복수의 공간들에, 상기 일방향으로 교대로 수용시키는 단계;
상기 복수의 공간들 중, 상기 일방향으로 양 끝에 위치한 두 개의 공간들에, 두 개의 전극들을 각각 배치하는 단계; 및
상기 두 개의 전극들 사이의 기전력을 측정하여 상기 샘플 용액이 포함하는 상기 타겟 이온의 농도를 측정하는 단계를 포함하는, 이온 측정 방법.In the ion measurement method for measuring the concentration of the target ion,
Alternately disposing at least one ion-selective membrane and at least one permeable membrane in one direction;
A reference solution containing the target ions of a preset concentration and a sample solution for measuring the concentration of the target ions, in a plurality of spaces partitioned by the at least one ion-selective membrane and the at least one permeable membrane, Alternately accommodating in the one direction;
Disposing two electrodes, respectively, in two spaces located at both ends of the plurality of spaces in the one direction; And
Measuring the electromotive force between the two electrodes to measure the concentration of the target ions contained in the sample solution.
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