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May 28, 2023

나노복합체를 이용한 비소 검출용 전기화학 센서

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8816(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 연구의 목적은 전도성 고분자인 폴리아닐린과 양이온성 고분자인 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드)를 기반으로 아크릴산으로 기능화된 산화 그래핀 나노시트로 강화된 전기화학 센서를 개발하는 것입니다. 아크릴산으로 기능화된 산화 그래핀 나노시트와 전도성 고분자로 만들어진 클러스터 및 아크릴산으로 기능화된 산화 그래핀 나노시트의 2차원 특성이 현미경 테스트를 통해 확인되었습니다. 순환전압전류법과 차동펄스전압전류법을 이용한 비소 검출용 전기화학적 센서를 제조하기 위해 제조된 나노복합체를 유리탄소 전극 위에 증착하였다. 아크릴산 기능화된 산화 그래핀 나노시트의 존재는 나노 크기 효과로 인해 표면적을 증가시키고 이 나노물질인 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드)의 더 나은 분산을 통해 두 층 사이의 정전기적 상호작용으로 인해 분석물의 흡착 용량을 증가시킨다는 점을 언급해야 합니다. 음전하를 띤 분석물과 양전하를 띤 표면, 그리고 폴리아닐린은 우수한 전도성으로 인해 전하 이동 속도를 증가시킵니다. 결과는 제조된 전극이 0.12 μM을 검출 한계로 하여 1.79 A/M과 동일한 감도를 가짐을 보여줍니다. 제안된 센서는 As(III)를 As(V)로 변환하기 위한 1차 산화 전처리를 통해 총 무기 비소를 측정하는 데 사용될 수 있습니다.

인간과 동물에게 유해한 중금속 중 비소는 수백만 명의 생명을 위협하는 환경에 가장 위험한 금속 중 하나로 간주됩니다1. 비소의 다양한 화학종(비산염, 비산염 및 이 금속의 유기 유도체) 사이에서 비소의 광물 상태는 유기종보다 이온 이동성이 높기 때문에 자연적으로 더 독성이 있습니다. 세계보건기구(WHO)의 규정에 따르면 농도가 10ppb(0.14μM) 미만에 도달할 때까지 천연수와 식수에서 비소를 제거해야 합니다2.

수중 비소를 측정하는 분석 방법으로는 유도결합플라즈마-질량분석법, 흡수 및 방출 원자분광법, 원자형광분광법, 고성능 액체 크로마토그래피, 초기능 크로마토그래피법 등이 알려져 있으며 복잡하고 고가의 장비가 필요하므로 이러한 방법의 사용에는 제한이 있으며 현장 분석3,4,5,6,7,8에 적합할 수 없습니다.

최근 몇 년 동안 전기화학적 분석 방법은 유망한 접근법이며 비소의 정량적 및 정성적 검출을 위한 기존 방법을 대체할 수 있음을 보여주었습니다. 전기화학적 진단 시스템은 장비의 단순성, 고감도, 선택성, 편의성 등의 장점을 가지고 있습니다. 더욱이, 이러한 방법은 소형화할 수 있어 다른 시간과 장소에서 사용할 수 있습니다9. 전극 공정에 영향을 미치는 매개 변수 중 하나는 전극 표면 특성이므로 적절한 시약을 고정하여 전극 표면을 변경함으로써 화학 반응의 감도 및 선택성과 같은 분석 목표를 높일 수 있습니다. 환경에서 비소 광물종을 탐지하기 위한 전기화학 센서 개발에 대한 상당한 연구가 수행되었습니다. 이와 관련하여 전극을 수정하고 결과에서 원하는 개선을 달성하기 위한 다양한 방법이 제안되었습니다.

나노물질로 변형된 전극을 설계하고 제조하는 것이 주목을 받고 있으며 최근 몇 년 동안 이 분야에 대한 여러 과학 보고서가 발표되었습니다. 나노입자는 독특한 물리적, 화학적, 전자적, 광학적 특성을 갖고 있으며, 이를 전극 구조에 도입하면 전기화학 센서에서 이러한 특성을 유도할 수 있습니다. 전기화학적 목적과 중금속 검출을 위해 나노재료로 전극을 변형하면 표면 대 부피 비율이 높고 전도성이 향상되어 센서의 감도가 향상됩니다17.