환경수질시료의 생화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량 (COD), 그리고 유리염소를 측정하기 위한 전기화학 센서로 미생물 BOD 센서, 전기화학방식의 COD 센서, 전류법 유리염소 센서 그리고 유리염소 스트립 센서를 개발하였고 이를 현장시료에 적용하였다. BOD 센서는 용존산소(...
환경수질시료의 생화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량 (COD), 그리고 유리염소를 측정하기 위한 전기화학 센서로 미생물 BOD 센서, 전기화학방식의 COD 센서, 전류법 유리염소 센서 그리고 유리염소 스트립 센서를 개발하였고 이를 현장시료에 적용하였다. BOD 센서는 용존산소(DO) 전극에 미생물 막과 보호막을 장착하여 제작하였다. 하천의 활성슬러지에서 분리한 다양한 미생물들을 BOD 센서에 적용하여 그 감응특성을 조사한 결과 빠른 산소 호흡력과 회복력을 나타내는 미생물로 Bacillus 종인 HN24와 HN93을 선별하였다. 최종적으로 최적화한 BOD 센서는 Bacillus-HN24, Bacillus-HN93 그리고 Bacillus subtilis를 1:1:1로 혼합한 미생물 막과 DO 전극의 기체투과막을 silicon rubber(SR) 막으로 사용한 것이며, 측정조건은 완충용액에 50% 산소(질소와의 비율)를 주입하였다. 그 결과 고농도 검출한계가 100 mg/L BOD 농도 이상으로 향상 되었고 우수한 직선성(r2=0.9986)을 나타냈다. 탄소 반죽에 이산화납을 혼합한 탄소/이산화납 반죽을 이용하여 COD 센서를 제작하였다. 탄소/이산화납 반죽 전극은 제작이 용이하고 다양한 유기화합물을 산화시킬 수 있었다. 또한 0.01 M Na2SO4 전해질 용액 사용과 +1.25 V(vs. Ag/AgCl/sat. KCl)의 산화 인가전위 조건은 염화 이온과 제일철 이온의 방해와 반죽 전극의 변성을 최소화하여 6 개월 이상의 재현성 있는 COD 측정을 가능케 하였다. 이렇게 제작된 COD 센서를 on-line 자동분석기에 적용하여 현장시료의 측정에 사용하였다. 전류법 유리염소 센서는 전극구성 및 재질에 따른 최적화 연구를 통하여 3-전극계 백금 전극(작동전극과 보조전극)으로 제작하였다. 이렇게 제작된 유리염소 흐름계 측정 셀은 +400 mV(vs. Ag/AgCl/sat. KCl) 인가전위에서 차아염소산(HClO)에 대해 매우 우수한 감응특성을 나타냈다. 또한 pH 보상 알고리즘을 적용함으로써 잔류 유리염소의 농도를 일반적인 수질 pH(6~8)에서 전처리 없이 신뢰성 있게 연속 측정하는 것이 가능하였으며, on-line 모니터링 시스템에 적용하여 수돗물의 잔류 유리염소 농도변화 추이를 실시간으로 모니터링 할 수 있었다. 휴대용 잔류염소 측정기 개발을 위한 스트립 센서로 스크린 프린팅 기술을 이용한 탄소 반죽전극을 제작하였다. 탄소반죽 전극은 백금과 금 전극에 비해 결합염소에 대한 영향이 가장 작았으며, -300 mV(vs. Ag/AgCl) 인가전위에서 유리염소에 대해 안정한 감응성을 나타냈다. 이렇게 제작된 탄소반죽전극에 모세현상으로 일정량의 시료를 빨아들이는 유로구조를 부착하여 일회용 스트립 센서로 제작하였고, 잔류 유리염소의 분석에 적용하였다.
환경수질시료의 생화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량 (COD), 그리고 유리염소를 측정하기 위한 전기화학 센서로 미생물 BOD 센서, 전기화학방식의 COD 센서, 전류법 유리염소 센서 그리고 유리염소 스트립 센서를 개발하였고 이를 현장시료에 적용하였다. BOD 센서는 용존산소(DO) 전극에 미생물 막과 보호막을 장착하여 제작하였다. 하천의 활성슬러지에서 분리한 다양한 미생물들을 BOD 센서에 적용하여 그 감응특성을 조사한 결과 빠른 산소 호흡력과 회복력을 나타내는 미생물로 Bacillus 종인 HN24와 HN93을 선별하였다. 최종적으로 최적화한 BOD 센서는 Bacillus-HN24, Bacillus-HN93 그리고 Bacillus subtilis를 1:1:1로 혼합한 미생물 막과 DO 전극의 기체투과막을 silicon rubber(SR) 막으로 사용한 것이며, 측정조건은 완충용액에 50% 산소(질소와의 비율)를 주입하였다. 그 결과 고농도 검출한계가 100 mg/L BOD 농도 이상으로 향상 되었고 우수한 직선성(r2=0.9986)을 나타냈다. 탄소 반죽에 이산화납을 혼합한 탄소/이산화납 반죽을 이용하여 COD 센서를 제작하였다. 탄소/이산화납 반죽 전극은 제작이 용이하고 다양한 유기화합물을 산화시킬 수 있었다. 또한 0.01 M Na2SO4 전해질 용액 사용과 +1.25 V(vs. Ag/AgCl/sat. KCl)의 산화 인가전위 조건은 염화 이온과 제일철 이온의 방해와 반죽 전극의 변성을 최소화하여 6 개월 이상의 재현성 있는 COD 측정을 가능케 하였다. 이렇게 제작된 COD 센서를 on-line 자동분석기에 적용하여 현장시료의 측정에 사용하였다. 전류법 유리염소 센서는 전극구성 및 재질에 따른 최적화 연구를 통하여 3-전극계 백금 전극(작동전극과 보조전극)으로 제작하였다. 이렇게 제작된 유리염소 흐름계 측정 셀은 +400 mV(vs. Ag/AgCl/sat. KCl) 인가전위에서 차아염소산(HClO)에 대해 매우 우수한 감응특성을 나타냈다. 또한 pH 보상 알고리즘을 적용함으로써 잔류 유리염소의 농도를 일반적인 수질 pH(6~8)에서 전처리 없이 신뢰성 있게 연속 측정하는 것이 가능하였으며, on-line 모니터링 시스템에 적용하여 수돗물의 잔류 유리염소 농도변화 추이를 실시간으로 모니터링 할 수 있었다. 휴대용 잔류염소 측정기 개발을 위한 스트립 센서로 스크린 프린팅 기술을 이용한 탄소 반죽전극을 제작하였다. 탄소반죽 전극은 백금과 금 전극에 비해 결합염소에 대한 영향이 가장 작았으며, -300 mV(vs. Ag/AgCl) 인가전위에서 유리염소에 대해 안정한 감응성을 나타냈다. 이렇게 제작된 탄소반죽전극에 모세현상으로 일정량의 시료를 빨아들이는 유로구조를 부착하여 일회용 스트립 센서로 제작하였고, 잔류 유리염소의 분석에 적용하였다.
Researches on the development of electrochemical sensors for measuring biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD) and free chlorine are described. The BOD sensor was fabricated by covering a dissolved oxygen (DO) probe first with a microbial membrane containing the microbes and a ...
Researches on the development of electrochemical sensors for measuring biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD) and free chlorine are described. The BOD sensor was fabricated by covering a dissolved oxygen (DO) probe first with a microbial membrane containing the microbes and a dialysis membrane. Microorganisms isolated from the activated sludge have been used for sensing biochemical oxygen demand (BOD). Bacillus species such as HN 24 and HN 93 were selected by experiment result. They showed rapid oxygen consumption and good recovery. Good BOD sensing characteristic was obtained by using mixed microbes (Bacillus subtilis, Bacillus HN 24 and Bacillus NH 93) and silicon rubber gas permeable membrane for DO probe, and by bubbling 50% O2 (N2 valence) through background buffer solution. This system exhibited excellent emulsifying activities while resulting in good linearity (r2=0.9941) from 0 to 100 mg/L level of BOD. A paste composed of carbon and lead dioxide (PbO2) has been developed for the fabrication of COD sensor. The carbon/PbO2 composite paste electrode was easy to manufacture, capable of oxidizing various organic compounds. The COD sensors based on the carbon/PbO2 paste electrode were operated at an optimized applied potential, +1.25 V vs. Ag/AgCl/sat. KCl, in 0.01 M Na2SO4 solution, and reduced the effect of interference (Cl- and Fe2-) and an expended life time (more than 6 months). The COD sensors were installed in on-line auto-analyzers, and used to analyze real samples. Amperometric free chlorine sensor has been developed with platinum (Pt)-based electrode. The 3-electrode free chlorine sensor whose working and counter electrodes were Pt exhibited excellent response to HClO at +400 mV vs. Ag/AgCl/sat. KCl. In addition, the use of a pH error correction algorithm provided a reliable measurement of residual free chlorine in water sample without any pretreatment in the normal pH range (pH 6~8) of municipal water supply. The free chlorine sensor installed in on-line monitoring system could be used to continually monitor the level of residual free chlorine in real samples (e.g., tap water). The portable free chlorine sensor was prepared as a disposable by screen printing method. The strip sensors fabricated with carbon paste exhibited less interfering responses to combined chlorine than the sensors prepared with other metal electrode (Au, Pt). Free chlorine was determined chronoamperometrically with carbon paste-based electrode at an applied potential of -300 mV vs. Ag/AgCl. A channel was built on the strip-type electrode for easy sampling and the resulting structure was used as a disposable residual free chlorine sensor.
Researches on the development of electrochemical sensors for measuring biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD) and free chlorine are described. The BOD sensor was fabricated by covering a dissolved oxygen (DO) probe first with a microbial membrane containing the microbes and a dialysis membrane. Microorganisms isolated from the activated sludge have been used for sensing biochemical oxygen demand (BOD). Bacillus species such as HN 24 and HN 93 were selected by experiment result. They showed rapid oxygen consumption and good recovery. Good BOD sensing characteristic was obtained by using mixed microbes (Bacillus subtilis, Bacillus HN 24 and Bacillus NH 93) and silicon rubber gas permeable membrane for DO probe, and by bubbling 50% O2 (N2 valence) through background buffer solution. This system exhibited excellent emulsifying activities while resulting in good linearity (r2=0.9941) from 0 to 100 mg/L level of BOD. A paste composed of carbon and lead dioxide (PbO2) has been developed for the fabrication of COD sensor. The carbon/PbO2 composite paste electrode was easy to manufacture, capable of oxidizing various organic compounds. The COD sensors based on the carbon/PbO2 paste electrode were operated at an optimized applied potential, +1.25 V vs. Ag/AgCl/sat. KCl, in 0.01 M Na2SO4 solution, and reduced the effect of interference (Cl- and Fe2-) and an expended life time (more than 6 months). The COD sensors were installed in on-line auto-analyzers, and used to analyze real samples. Amperometric free chlorine sensor has been developed with platinum (Pt)-based electrode. The 3-electrode free chlorine sensor whose working and counter electrodes were Pt exhibited excellent response to HClO at +400 mV vs. Ag/AgCl/sat. KCl. In addition, the use of a pH error correction algorithm provided a reliable measurement of residual free chlorine in water sample without any pretreatment in the normal pH range (pH 6~8) of municipal water supply. The free chlorine sensor installed in on-line monitoring system could be used to continually monitor the level of residual free chlorine in real samples (e.g., tap water). The portable free chlorine sensor was prepared as a disposable by screen printing method. The strip sensors fabricated with carbon paste exhibited less interfering responses to combined chlorine than the sensors prepared with other metal electrode (Au, Pt). Free chlorine was determined chronoamperometrically with carbon paste-based electrode at an applied potential of -300 mV vs. Ag/AgCl. A channel was built on the strip-type electrode for easy sampling and the resulting structure was used as a disposable residual free chlorine sensor.
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