초록 ▼

수질오염물들 중에서 무기물질들은 이온 선택 전극(ISE)을 이용한 전위차 측정방법은 일반적으로 $10^5 {\sim} 10^6$ M 사이의 농도를 측정할 수 있다. 본 연구에서는 무기 이온의 농도를 측정할 수 있는 전기화학적 센서를 개발하고 더 나아가 상용화를 목적으로 연구하였다. 이온 선택 전극을 이용한 방법은 시료에서 전극에 감응하는 이온의 활동도가 기준전극과 감응전극 사이의 전위차로 나타나고, 이때 전위차와 활동도 나이에는 일정한 비례 관계가 형성되고 이를 Nernst 방정식을 이용하여 무기이온의 농도를 측

수질오염물들 중에서 무기물질들은 이온 선택 전극(ISE)을 이용한 전위차 측정방법은 일반적으로 $10^5 {\sim} 10^6$ M 사이의 농도를 측정할 수 있다. 본 연구에서는 무기 이온의 농도를 측정할 수 있는 전기화학적 센서를 개발하고 더 나아가 상용화를 목적으로 연구하였다. 이온 선택 전극을 이용한 방법은 시료에서 전극에 감응하는 이온의 활동도가 기준전극과 감응전극 사이의 전위차로 나타나고, 이때 전위차와 활동도 나이에는 일정한 비례 관계가 형성되고 이를 Nernst 방정식을 이용하여 무기이온의 농도를 측정할 수 있다. 이온 선택 전극은 저 농도에서도 우수한 성능을 얻기 위해 다양한 방법으로 전극을 제조하여 측정실험을 수행하였다. Cl 의 경우 $10^5$ M, F의 경우는 $10^6$ M, $Cu^{2+},/;Cd^{2+}$ 등은 $10^6$ M까지 검출이 가능하도록 전극제조 방법을 확립하였다. 또한 유입수에 포함되어 있는 독성물질의 영향을 확인하기 위해서 mini-F plasmid와 발광유전자를 결합시킨 재조합 발광미생물의 안정성 향상을 위한 방법을 도출하였고, 기존의 해양발광미생물과의 중금속 이온, 유기용매에 대한 독성도를 비교하여 중금속 및 toluene, bezene에 대해 훨씬 민감함을 확인하였다. 그리고 미생물 발광 측정 장치의 개발 및 연속 배양 Biosensor system을 고안하였다. 이와 함께 폐수의 복합독성과 다수의 미지 화합물의 영향을 평가하기 위하여 폐수중 독성을 나타내는 원인물질의 탐색과 처리효과를 적절히 평가 할 수 있는 기법을 개발하였다. Dehydrogenase에 의한 활성 측정은 INT를 사용하여 전자가 유기물질로부터 최종전자수용체인 산소로 이동되는 전자 전달계에서 산소와 경쟁적으로 전자를 수용하여 환원된 염료(formazan)의 농도를 측정함으로써 가능하다. 본 연구에서는 Dehydrogenase assay 이용한 미생물활성측정 및 특정 시약을 이용하여 질산화 미생물과 종속영양미생물을 각 단계별로 구분하여 암모니아 저해도 실험을 수행하였다. 이러한 enzyme assay와 specific inhibitor를 이용한 방법은 다양한 분야의 실험에도 응용될 수 있는 유용한 방법으로 판단된다.

Abstract ▼

Inorganic pollutants can be measured by using ISE (Ion Selective Electrode). ISE Is able to measure inorganic pollutants as low as $10^5 -- 10^6$ mole. The electrochemical sensor able to detect inorganic ions was developed in this study. ISE measures the potential difference between work

Inorganic pollutants can be measured by using ISE (Ion Selective Electrode). ISE Is able to measure inorganic pollutants as low as $10^5 -- 10^6$ mole. The electrochemical sensor able to detect inorganic ions was developed in this study. ISE measures the potential difference between working and reference electrode acoording to ion activity. Inorganic ions are measured by using Nernst equation. ISE was tried to be developed to lower detection limit. ISEs able to detect chloride, fluoride, copper, and cadmium ion were tested in this study. To detect the toxicity of pollutant in the influent, genetically engineered photobacteria was tested and compared with the wild type. The activity toward organic solvent and heavy metals was compared between two photobacteria. The biosensor system was developed to detect the light emitting from the bacteria. The methodology was developed to estimate the toxicity of multi-substrate. Dehydrogenase was used to estimate the activity of INT. In thls study, dehydrogenase activity was used to measure microbial activity. Heterotrophic and autotrophic bacterial activity toward ammonium ion was monitored by using enzyme assay and specific inhibitor.

목차 Contents

• 제 1 장 이온 선택성 전극을 이용한 수질오염물질 모니터링...25
• 제 1 절 서 론...25
• 1. 이온 선택성 전극...27
• 2. 수질 분석용 이온 선택 전극의 적용...29
• 제 2 절 국내외 수질 모니터링 기술 개발 현황 및 전망...33
• 1. 수질 모니터링 및 이온 선택성 전극 기술개발의 현황...33
• (1) 국내의 경우...33
• (2) 국외의 경우...34
• ① 미 국...34
• ② 독 일...35
• ③ 일 본...36
• 2. 수질모니터링 시스템을 위한 센서 시장전망...36
• 제 3 절 연구 결과 및 고찰...38
• 1. 실험 목적 및 배경...38
• 2. 이론적 배경...39
• 3. 실험 방법...40
• (1) 염소 이온 전극의 제조...40
• (2) 불소 이온 전극의 제조...41
• (3) 구리 이온 전극의 제조...42
• (4) 카드뮴 전극의 제조...43
• (5) 잔류염소 측정 센서의 제조...44
• (6) 이온 선택성 전극의 영향인자...44
• 4. 실험 결과...47
• (1) 이온 선택성 전극의 형태...47
• (2) 염소 이온 선택성 전극...47
• (3) 불소 이온 선택성 전극...52
• (4) 구리 이온 선택성 전극...52
• (5) 카드뮴 이온 선택성 전극...52
• (6) 잔류염소 센서...56
• 제 4 절 결 론...58
• 제 5 절 Reference...59
• 제 2 장 환경 독성 물질 측정 기법 개발...61
• 제 1 절 서 론...61
• 1. 생물 지표종을 이용한 방법...61
• 2. 미생물학적 생시험법 (Bacterial Bioassay)...62
• 3. Bioluminescence Assay...62
• 제 2 절 실험방법 및 재료...68
• 1. 재 료...68
• (1) 균주 및 plasmid...68
• (2) 시 약...68
• (3) 기 구...69
• 2. 방법...69
• (1) 배지 및 배양조건...69
• (2) DNA 조작 및 Transformation...69
• ① DNA 분리...69
• ② DNA 조작과 전기영동...70
• ③ Transformation...70
• (3) 생균수 측정 및 세포 농도 측정...70
• (4) E.coli DH5α(pSB311:lux operon), E.coli DH5α(pBS1:lux operon)의 Bioluminescence의 측정...71
• (5) 온도변화에 따른 Bioluminescence의 변화...71
• (6) Plasmid 안정화 실험...71
• (7) 발광미생물의 활성화...71
• (8) 중금속 이온에 대한 독성도 실험...72
• (9) 유기용매에 대한 독성도 실험...72
• (10) 독성도 분석...72
• 제 3 절 결과 및 고찰...73
• 1. Lux operon의 stable plasmid pKLJ12 에로의 Cloning...73
• 2. DH5α/pSB311과 DH5α/pBS1과의 plasmid 안정성 측정...75
• 3. 온도에 따른 E.coli와 Lumistox의 Bioluminescence의 변화...75
• 4. 재조합 미생물과 기존 발광미생물과의 중금속 이온에 대한 독성도 측정...78
• 5. 재조합 미생물과 기존 발광미생물과의 유기 용매에 대한 독성도 측정...80
• 6. 미생물의 발광 측정 장치 개발...81
• 7. Biosensor system의 고안...83
• 제 4 절 결 론...84
• 제 5 절 참고문헌...85
• 제 3 장 Enzyme assay를 이용한 미생물 활성 및 처리장 진단 기술...89
• 제 1 절 서 론...89
• 1. 연구배경??...90
• (2) 국외의 경우...91
• 3. 기존 biomonitoring 기법...91
• (1) 조류독성시험...91
• (2) 토양 미생물 독성 시험...91
• (3) 물벼룩 독성시험...91
• (4) 어류 독성시험...91
• 4. 첨단 biomonitoring 기법...92
• 5. 효소반응을 이용한 수처리 시스템에서의 미생물 활성 및 진단기법...93
• (1) 탈수소 효소의 활성을 이용한 방법...93
• (2) DEFT (Direct Epifluorescent Filter Technique)...93
• (3) ELISA (Enzyme Linked Immunosorbant Assay)...94
• 6. Dehydrogenase를 이용한 미생물활성 및 독성평가...95
• (1) 이론적 배경...95
• (2) 탈수소화 반응(Dehydrogenation)...96
• (3) Tetrazolium salts와 formazan의 특성...96
• (4) 산소농도가 formazan 형성에 미치는 영향...97
• (5) Formazan extraction...97
• 7. DHA(Dehydrogenase) 측정의 응용사례...100
• 제 2 절 실험방법 및 재료...102
• 1. 원리...102
• 2. 재료 및 장치...103
• (1) SBR 반응장치...103
• (2) 재료...103
• ① 인산완충액...103
• ② Tris-HCl buffer (상품명 : Trizma base, sigma chemical)...103
• 제 3 절 결과 및 고찰...105
• 제 4 절 결 론...115
• 제 5 절 참고문헌...116