| 내용 |
최근 중국과학원 합비물질과학연구원 지능기계연구소 Xing-jiu Huang 연구원과 안휘광학정밀기계연구소 Nan-jing Zhao 연구원은 전기화학, 레이저유도 플라스마분광(laser induced breakdown spectroscopy, LIBS)으로 수용액의 Cr(VI)을 측정하는 과정에서 존재하는 문제에 기초하여 전기화학 방법과 레이저유도 플라스마분광(LIBS)을 연합사용하고 극소범위 액체배수장치와 결합시켜 수중 미세 오염물질 Cr(VI)에 대한 원위치 수중 측정을 실현하였다. 관련된 연구 성과는 이미 미국화학회 「분석화학」에 발표(Analytical Chemistry 2017, DOI:10.1021/acs.analchem.7b00629)되었다. 레이저유도 플라스마분광(LIBS)는 일종의 원소분석방법으로서 이미 환경 샘플에서 중금속 이온을 측정하는 연구에 응용하고 있다. 그러나 LIBS로 액체 샘플을 직접 측정할 때 용액이 레이저 에너지와 플라스마 신호를 흡수하고 레이저에 대한 난반사와 굴절 등 현상이 동반되어 측정 민감도가 낮고 측정 한계가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 일반적으로 집중방식으로 용액 샘플의 피측정물을 고체 기질에 이전하고 공기 환경에서 LIBS 측정을 진행한다. 그러나 이러한 샘플 전처리와 측정을 분리하여 진행하는 분석방식은 샘플 성분이 변화하여 측정의 정확성에 영향을 미치게 된다. 연구자들은 극소범위 액체 배수장치, 전기흡착 집중방법 및 전통적인 LIBS를 결합시켜 액체에서 Cr(VI)의 원위치 수중 측정을 실현하였다. LIBS로 수중 샘플을 측정할 때 존재하는 일련의 문제점을 해결하기 위해 연구자는 극소범위 액체 배수장치를 개발하였는데 작동원리는 아래와 같다. 시스템이 LIBS 신호를 수집할 때, 도입 기류를 통해 기기의 레이저 전송 통로와 플라스마 여기(excited state)와 집진장치 내 용액을 배출하고 이 두 지역 및 전극 표면에 일시적인 공기환경을 형성하는데 이를 통해 레이러 전송 과정에서의 에너지 소모, 플라스마 격화점에서의 용액 스퍼터링 등 수중 환경에서 초래하는 간섭문제를 해결하여 분광신호의 안정성을 향상하였다. LIBS의 측정 제한성을 개선하고 선택성을 향상하기 위해 전기흡착 방법은 집중 용액의 Cr(VI)에 응용하였고 키토산(chitosan)으로 수식(modification)한 그래핀을 흡착제로 사용하는 동시에 전기흡착 집중과정에서 형성하는 양(P) 전기장은 공존 양이온의 간섭을 피하게 한다. 뿐만 아니라 동 원위치 수중 LIBS체계는 진실 수중 샘플 환경에서 Cr(VI)도 우수한 측정 성능을 나타냈다. 동 연구 성과는 원위치 수중 환경에서 다른 이온성 오염물질을 정량적으로 측정하는 방향으로 확장시킬 수 있다. 동 연구는 분광-전기화학 방법을 연합사용하여 수중 원위치 중금속 이온에 대한 정밀 측정을 실현하는데 있어서 중요한 과학적 의미를 가진다. 그림(원문 그림 참조): 극소범위 액체 배수장치로 원위치 수중 전기흡착-LIBS체계를 보조하는 실험장치. (a) 원위치 분광-전기화학 LIBS설비 원리도, 극소범위 액체 배수장치 설비의 분해도(b)와 단면도(c) |
