초록 ▼

본 연구 개발은 수질내 먹는물 수질기준내의 미량의 중금속(ppb수준) 농도를 실시간으로 자동 측정할 수 있는 중금속 측정기 개발 기술로서 기존의 수은 전극이 갖는 한계를 극복하고 시료내의 중금속을 정확하고 연속적으로 측정할 수 있는 측정센서 및 측정시스템을 개발하는데 있다.
이를 위해 비스무트와 금전극을 이용하여 벗김전압전류법을 이용하여 동시에 여러 항목의 중금속 이온(Cd, Cu, Pb, Zn, As, Sb) 측정이 가능한 측정센서를 개발하였다. 측정 가능농도는 1ppb수준이하 이고, 개발된 시제품을 통해 표준 및 현장 시료

본 연구 개발은 수질내 먹는물 수질기준내의 미량의 중금속(ppb수준) 농도를 실시간으로 자동 측정할 수 있는 중금속 측정기 개발 기술로서 기존의 수은 전극이 갖는 한계를 극복하고 시료내의 중금속을 정확하고 연속적으로 측정할 수 있는 측정센서 및 측정시스템을 개발하는데 있다.
이를 위해 비스무트와 금전극을 이용하여 벗김전압전류법을 이용하여 동시에 여러 항목의 중금속 이온(Cd, Cu, Pb, Zn, As, Sb) 측정이 가능한 측정센서를 개발하였다. 측정 가능농도는 1ppb수준이하 이고, 개발된 시제품을 통해 표준 및 현장 시료를 이용하여 기기의 재현성, 정밀도를 평가하고 장기간의 측정을 통한 기기의 안정성 및 내구성을 평가하고 보완 및 개선하였으며, 실시간 원격측정 감시가 가능한 측정시스템을 개발하였다.
활용방안으로는 실시간으로 하천, 호수 및 중금속 오염지역내의 감시기능에 활용할 수 있으며 또한 상수, 하폐수 사업장등 중금속 취급 사업장내 배출되는 농도 감시와 이를 기반으로 국내 뿐 아니라 전세계적으로 국산제품을 출시함으로써 수입대체 및 수출확대 효과를 기대할 수 있다.

Abstract ▼

In the project, construction of a novel heavy metal ion analyser and measurement system using electrochemical technique were investigated. Anodic Stripping voltammetry(ASV), particularly with the use of pulsed potential waveforms, is one of the most sensitive, convenient, and cost effective analytic

In the project, construction of a novel heavy metal ion analyser and measurement system using electrochemical technique were investigated. Anodic Stripping voltammetry(ASV), particularly with the use of pulsed potential waveforms, is one of the most sensitive, convenient, and cost effective analytical method for detection and metal ions in rivers, lakes, process streams and drinking water etc.
The metals, as ions in solution, are plated onto an electrode by applying a negative potential(deposition potential) for a specific period of time. The deposition serves to concentrated the metal ions from the solution onto the electrode in the metallic form. After deposition, the potential is scanned toward positive potentials. Current peaks appear at potentials corresponding to the oxidation of metals as they are oxidized(stripped) from the electrode back into the solution. The peak height or area can be correlated with the metal ions concentration in the solution. It is necessary to calibrate the procedure with standard solutions containing known quantities of the metal ions.

목차 Contents

• 환경기술개발사업 최종보고서.초록...1
• 표지...2
• 제출문...4
• 보고서 초록...5
• 요약문...6
• Summary...9
• CONTENTS...11
• 목차...15
• 표목차...19
• 그림목차...19
• 제1장 연구개발과제의 개요...23
• 제1절 연구 개발의 배경 및 목적...23
• 제2절 기술 개발의 내용 및 범위...27
• 제2장 국내외 기술 개발 현황...29
• 제1절 국내외 관련 기술의 현황...29
• 제2절 기술개발 결과의 파급 효과...30
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...32
• 제1절 금속 이온 측정용 센서...32
• 1. 양극벗김 분석법과 비스무트(Bismuth) 전극 제조...32
• 2. 기기 및 시약...36
• 3. 지지 전해질의 영향...37
• 4. 전압 주사 방법의 비교...39
• 5. 농축 전위 및 농축 시간의 영향...40
• 6. 단일 금속의 분석...42
• (1) Pb의 분석...42
• (2) Cd의 분석...43
• (3) Zn의 분석...44
• (4) Cu의 분석...45
• 7. 혼합 금속의 분석...47
• 8. 재현성 측정결과...48
• 9. Bi rod 전극을 이용한 분석...49
• 10. 비소(As)와 안티몬(Sb)의 분석...52
• 11. Au rod 전극을 이용한 분석...56
• 12. In-situ와 Ex-situ 비교...58
• 13. 농도 범위별 정량 분석...60
• 14. 최적 분석 조건...63
• 15. 실 폐수 분석 방법 및 결과...64
• 15-1 분석 방법...64
• 15-2 분석 결과...65
• (1) 옥동 침출수, 옥동 갱내수, 우진 (국창)갱내수...65
• (2) 삼보광산...75
• (3) 현장 폐수...76
• (4) 지하수 시료...78
• 제2절 분석 장치의 개발...79
• 1. 하드웨어 개발...79
• 1-1. 1차년도 하드웨어...79
• 가. 장치의 구성...79
• 나. 측정기 전체 유로도...81
• 다. 장치의 제어 설계...82
• 라. 전기화학 반응셀의 설계 및 제작...84
• 마. 센서의 연마 시스템의 설계...86
• 1-2. 2차년도 하드웨어...89
• 가. 장치의 구성...89
• 나. 측정기 전체 유로...92
• 다. 하드웨어 구성...93
• (1) 전기화학 반응셀 및 항온 장치의 설계 및 제작...93
• (2) 전처리조 설계 및 제작...98
• (3) 마이크로 펌프...98
• (4) 기타 부품 테스트...99
• 라. 하드웨어의 제어 설계...101
• (1) 통합 보드 설계 및 제작...101
• (2) 제어 보드의 구성 및 결선도...106
• 마. 정전압기의 개발...109
• 2. 소프트웨어 개발...115
• 2-1. 1차년도 소프트웨어...115
• 가. 시스템 구성...115
• 나. 소프트 웨어 구성...116
• (1) 구동 프로그램...116
• (2) 소프트웨어 설계...117
• (3) 소프트웨어 화면 구성...123
• 2-2. 2차년도 소프트웨어 개발...132
• 가. 소프트웨어 설계...132
• (1) 하드웨어 제어 로직...132
• (2) 정전압기 통신...140
• (3) 데이터 연산...140
• 나. 소프트웨어 화면 구성...141
• (1) 메인화면...141
• (2) 측정 화면...142
• (3) 측정 변수...143
• (4) 기타...151
• 다. 통신...152
• 3. 장비의 운전...153
• 3-1. 1차년도 장비의 운전...153
• 가. 온라인 중금속 연속자동 측정기...153
• 나. 현장 시료 (지하수) 연속운전...156
• 다. 현장 시료 (현장폐수)...157
• 3-2. 2차년도 장비의 운전...159
• 가. 장비 운전 조건...159
• (1) 전처리 조건...159
• (2) 시료 준비...159
• (3) 표준물 첨가법...160
• (4) 벗김 분석법 조건...161
• 나. 표준물 테스트...162
• (1) 검량 곡선...162
• (2) 미지 농도 실험...164
• (3) 재현성 테스트...165
• 다. 현장 시료 테스트...166
• (1) 하천수...166
• 4. 자체시험성적서...167
• 5. 결론...168
• 제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도...170
• 제1절 연구개발목표의 달성도...170
• 제2절 관련분야의 기술발전에의 기여도...172
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...174
• 제1절 연구개발결과 활용...174
• 제2절 타연구에의 응용...175
• 제3절 기업화 추진방안...176
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술 정보...179
• 1. 해외 중금속 계측기 개발 현황...179
• 제7장 참고문헌...181
• 연구성과 활용계획서...187
• 기술개발성과 확약서...192