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KR20150012072A - Hydrogen peroxide detection sensor and method for fabricating the working electrode of the same - Google Patents

Hydrogen peroxide detection sensor and method for fabricating the working electrode of the same Download PDF

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KR20150012072A
KR20150012072A KR1020130087455A KR20130087455A KR20150012072A KR 20150012072 A KR20150012072 A KR 20150012072A KR 1020130087455 A KR1020130087455 A KR 1020130087455A KR 20130087455 A KR20130087455 A KR 20130087455A KR 20150012072 A KR20150012072 A KR 20150012072A
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South Korea
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electrode
hydrogen peroxide
copper oxide
concentration
solution
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김정오
박정호
김지정
김효섭
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삼성전자주식회사
고려대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a hydrogen peroxide measuring sensor and a working electrode manufacture method thereof. Provided is the hydrogen peroxide measuring sensor measuring highly concentrated hydrogen peroxide included in industrial waste water without enzymes. The hydrogen peroxide measuring sensor comprises: a reference electrode; a counter electrode; and a working electrode including a copper oxide nanoflower electrode. The copper oxide nanoflower electrode includes a copper oxide electrode and a polyimide tape layer formed on one side of the copper oxide electrode.

Description

과산화수소 측정 센서 및 과산화수소 측정 센서의 작업 전극 제조 방법 {HYDROGEN PEROXIDE DETECTION SENSOR AND METHOD FOR FABRICATING THE WORKING ELECTRODE OF THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a hydrogen peroxide measurement sensor and a method for manufacturing a working electrode of a hydrogen peroxide measurement sensor.

본 발명은 과산화수소 측정 센서 및 과산화수소 측정 센서의 작업 전극 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen peroxide measurement sensor and a method of manufacturing a working electrode of a hydrogen peroxide measurement sensor.

과산화수소를 정량화하는 기술에는 과망간산을 이용한 적정법, 분광법, 전기화학적 방법 등이 있다. 이 중에서 전기화학적 방법은 높은 감도, 빠른 반응시간, 넓은 동적 범위 등의 이점을 가지고 있다. Techniques for quantifying hydrogen peroxide include titration with permanganic acid, spectroscopy, and electrochemical methods. Among these, electrochemical methods have advantages such as high sensitivity, fast response time, and wide dynamic range.

또한 과산화수소 농도 측정에 있어서, 효소 기반 센서들이 전기화학적 방법과 결합되어 연구되고 있다. 그러나 효소 기반 센서의 경우 안정성 문제가 있는바, 효소를 사용하지 않으면서, 높은 안정성 및 넓은 표면적의 특성을 가지는 산화구리 나노플라워 전극 기반의 과산화수소 측정 센서에 대한 연구가 진행되고 있다. In addition, in the measurement of hydrogen peroxide concentration, enzyme-based sensors are being studied in combination with electrochemical methods. However, in the case of an enzyme-based sensor, there is a problem of stability, and a hydrogen peroxide sensor based on a copper oxide nanoflower electrode having characteristics of high stability and large surface area without using an enzyme is being studied.

본 발명이 해결하려는 과제는, 효소 없이, 산업 폐수에 포함된 고농도의 과산화수소를 측정할 수 있는 과산화수소 측정 센서를 제공하는 것이다. A problem to be solved by the present invention is to provide a hydrogen peroxide measurement sensor capable of measuring hydrogen peroxide at a high concentration contained in industrial wastewater without enzymes.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 효소 없이, 산업 폐수에 포함된 고농도의 과산화수소를 측정할 수 있는 과산화수소 측정 센서의 작업 전극 제조 방법을 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a working electrode of a hydrogen peroxide measuring sensor capable of measuring a high concentration of hydrogen peroxide contained in industrial wastewater without enzymes.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 과산화수소 측정 센서의 일 실시예는, 기준 전극, 상대 전극 및 산화구리 나노플라워 전극을 포함하는 작업 전극을 포함하되, 산화구리 나노플라워 전극은 산화구리 전극과 산화구리 전극의 일면에 형성된 폴리이미드 테이프(polyimide tape) 층을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a hydrogen peroxide sensor comprising a reference electrode, a counter electrode, and a working electrode including a copper oxide nanoflow electrode, wherein the copper oxide nanoflow electrode comprises a copper oxide electrode, And a polyimide tape layer formed on one surface of the electrode.

상기 작업 전극을 통해 용액 내에 포함된 과산화수소 농도를 측정하는 측정부를 더 포함하고, 측정부 내에는 용액 내에 포함된 과산화수소의 농도별 전류값이 저장되고, 과산화수소의 농도는 100 ~ 1000ppm일 수 있다.And a measuring unit for measuring a concentration of hydrogen peroxide contained in the solution through the working electrode. The current value for each concentration of hydrogen peroxide contained in the solution is stored in the measuring unit, and the concentration of hydrogen peroxide may be 100 to 1000 ppm.

상기 측정된 전류값은, 과산화수소 농도에 비례할 수 있다.The measured current value may be proportional to the hydrogen peroxide concentration.

상기 용액은 효소를 미포함할 수 있다.The solution may contain an enzyme.

상기 기준 전극은 Ag/Agcl 전극을 포함할 수 있다. The reference electrode may include an Ag / Agcl electrode.

상기 작업 전극의 전위는, 기준 전극의 전위를 기준으로 조절되고, 작업 전극 및 상대 전극 사이에서 전류가 흐르고, 상대 전극은 백금 전극을 포함할 수 있다.The potential of the working electrode is adjusted based on the potential of the reference electrode, the current flows between the working electrode and the counter electrode, and the counter electrode may include a platinum electrode.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 과산화수소 측정 센서의 다른 실시예는, Ag/Agcl 전극을 포함하는 기준 전극, 백금 전극을 포함하는 상대 전극, 산화구리 나노플라워 전극을 포함하는 작업 전극 및 작업 전극을 통해 용액 내에 포함된 과산화수소 농도를 측정하는 측정부를 포함하되, 측정부 내에는 용액 내에 포함된 과산화수소의 농도별 전류값이 저장되고, 과산화수소의 농도는 100 ~ 1000ppm이고, 산화구리 나노플라워 전극은 산화구리 전극과 산화구리 전극 상에 형성된 폴리이미드 테이프 층을 포함한다.Another embodiment of the hydrogen peroxide measurement sensor of the present invention for solving the above problems is a method for measuring a hydrogen peroxide solution, comprising: a reference electrode including an Ag / Agcl electrode; a counter electrode including a platinum electrode; a working electrode including a copper oxide nanoflow electrode; Wherein the concentration of hydrogen peroxide in the solution is in the range of 100 to 1000 ppm, and the copper oxide nanoflow electrode is a copper oxide And a polyimide tape layer formed on the electrode and the copper oxide electrode.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 과산화수소 측정 센서의 작업 전극 제조 방법의 일 실시예는, PFA(Perfluoroalkoxy) 용기에서 16시간 동안 구리 전극과 NaOH 용액 및

Figure pat00001
용액을 반응시키는 반응 공정을 수행하고, 반응 공정을 수행한 후 냉각 공정을 수행하고, 냉각 공정 후 세척 공정을 통해 산화구리 나노플라워 전극을 형성하는 것을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a working electrode for a hydrogen peroxide sensor, comprising: a) providing a copper electrode and a NaOH solution in a PFA (Perfluoroalkoxy)
Figure pat00001
And then performing a cooling process after performing a reaction process, and forming a copper oxide nanoflow electrode through a cleaning process after the cooling process.

상기 반응 공정 수행 시, PFA 용기의 온도는 41 ~ 42℃에서 유지될 수 있다.During the reaction process, the temperature of the PFA vessel can be maintained at 41 to 42 ° C.

상기 구리 전극의 일 면에 폴리이미드 테이프 층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.And forming a polyimide tape layer on one side of the copper electrode.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서의 회로도이다.
도 3은 도 1의 측정부를 설명하는 블록도이다.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서의 작업 전극 제조 방법을 설명하는 도면들이다.
1 is a conceptual diagram of a hydrogen peroxide measurement sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram of a hydrogen peroxide measurement sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating the measuring unit of Fig.
4 to 11 are views illustrating a method of manufacturing a working electrode of a hydrogen peroxide measurement sensor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 이용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 이용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, it is needless to say that these elements, components and / or sections are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, element or section from another element, element or section. Therefore, it goes without saying that the first element, the first element or the first section mentioned below may be the second element, the second element or the second section within the technical spirit of the present invention.

본 명세서에서 이용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 이용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 형성을 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the inclusion of a stated element, step, operation and / Or formation is not excluded.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 이용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 이용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 이용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. And commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서에 대해 설명한다.Hereinafter, a hydrogen peroxide sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서의 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서의 회로도이다. 도 3은 도 1의 측정부를 설명하는 블록도이다. 1 is a conceptual diagram of a hydrogen peroxide measurement sensor according to an embodiment of the present invention. 2 is a circuit diagram of a hydrogen peroxide measurement sensor according to an embodiment of the present invention. 3 is a block diagram illustrating the measuring unit of Fig.

도 1 및 도 2를 참조하면, 과산화수소 측정 센서(1)는 기준 전극(100), 작업 전극(110), 상대 전극(120), 측정부(200)를 포함한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서(1)는 기준 전극(100), 작업 전극(110), 상대 전극(120)을 포함하는 3 전극 시스템으로 구현될 수 있다. 1 and 2, the hydrogen peroxide measurement sensor 1 includes a reference electrode 100, a working electrode 110, a counter electrode 120, and a measurement unit 200. The hydrogen peroxide measurement sensor 1 may be implemented as a three-electrode system including a reference electrode 100, a working electrode 110, and a counter electrode 120.

기준 전극(100)은 예를 들어, Ag/Agcl 전극을 포함할 수 있다. Ag/Agcl 전극은 Ag 상에 Agcl을 증착시키는 것에 의해 형성될 수 있다. The reference electrode 100 may comprise, for example, an Ag / Agcl electrode. Ag / Agcl electrodes can be formed by depositing Agcl on Ag.

작업 전극(110)은 목적하는 반응을 일으키기 위해 사용되는 전극으로, 측정하고자 하는 전극이기도 하다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 작업 전극(110)은, 예를 들어, 산화구리 나노플라워 전극을 포함할 수 있다. The working electrode 110 is an electrode used for causing a desired reaction and is also an electrode to be measured. In addition, the working electrode 110 according to an embodiment of the present invention may include, for example, a copper oxide nanoflow electrode.

산화구리 나노플라워를 전극으로 사용하는 작업 전극(110)은, 구체적으로, 높은 화학적 안정성 및 넓은 표면적을 가지고 있으며, 전기 촉매 작용을 나타낼 수 있다. 따라서, 산화구리 나노플라워 전극을 작업 전극(110)으로 이용함으로써, 효소를 사용하지 않는 고농도 범위의 과산화수소 측정 센서(1)를 구현할 수 있다. The working electrode 110 using a copper oxide nanoflower as an electrode has a high chemical stability and a large surface area, and can exhibit electrocatalytic action. Therefore, by using the copper oxide nanoflower electrode as the working electrode 110, it is possible to realize the hydrogen oxide measuring sensor 1 in a high concentration range without using the enzyme.

작업 전극(110)은 산화구리 전극 및 산화구리 전극의 일면에 형성된 폴리이미드 테이프(polyimide tape) 층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 작업 전극(110)을 구리 전극으로부터 성장시킬 때, 작업 전극(110)의 앞면과 뒷면이 다르게 형성되는 것을 방지하기 위해 구리 전극의 일 면에 폴리이미드 테이프 층을 형성할 수 있다. The working electrode 110 may include a copper oxide electrode and a polyimide tape layer formed on one surface of the copper oxide electrode. Specifically, when the working electrode 110 is grown from the copper electrode, a polyimide tape layer may be formed on one side of the copper electrode to prevent the front and back sides of the working electrode 110 from being formed differently.

폴리이미드 테이프 층은 폴리이미드 테이프를 구리 전극의 일 면에 부착함으로써 형성될 수 있다. 폴리이미드 테이프 층을 형성함으로써, 작업 전극(110)이 불균형하게 형성되는 것을 방지할 수 있다. The polyimide tape layer may be formed by attaching a polyimide tape to one surface of a copper electrode. By forming the polyimide tape layer, it is possible to prevent the working electrode 110 from being formed unevenly.

상대 전극(120)은 예를 들어, 백금 전극을 포함할 수 있다. 또한 상대 전극(120)은 3 전극 시스템에서, 전기화학적 회로를 구성해주는 역할을 수행할 수 있다.The counter electrode 120 may comprise, for example, a platinum electrode. Also, the counter electrode 120 may function as an electrochemical circuit in the three-electrode system.

도 3을 참조하면, 측정부(200)는 포텐시오스탯 장치(205) 및 저장 장치(207)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the measuring unit 200 may include a potentiostat apparatus 205 and a storage apparatus 207.

구체적으로, 포텐시오스탯 장치(205)는 작업 전극(110)을 이용하여, 전기화학적 측정을 할 수 있다. 전기화학적 측정법은, 주어진 계에 전기적 자극을 가했을 때, 주어진 자극에 대한 계의 화학적 응답을 분석하는 것이라 할 수 있다. 즉, 전기적 자극에 대하여 물질이 수반하는 전자의 이동(산화 또는 환원)을 측정하는 것이라 할 수 있다. 이러한 산화 및 환원 반응을 레독스(redox) 반응이라 하며, 이들에 대한 연구는 활성종의 농도, 평형상수, 반응 매커니즘뿐만 아니라, 전극 표면에서 일어나는 전자이동반응, 흡착 등 일련의 현상에 대한 많은 정보를 가져다 줄 수 있다. 각 실험에서 주어진 계의 응답 형태는 어떠한 변수가 자극신호로 사용되었는가에 의존하기 때문에, 얻어지는 응답 형태를 다양한 변수를 사용하여 여러 가지 형태로 나타냄으로써 많은 정보를 얻을 수 있다. 전기화학적 측정법을 조절변수 및 관측하는 신호에 따라 분류해보면, 예를 들어, 선형주사전위법, 순환전압전류법, 시간대전류법, 시간대전하법, 시간대전위차법, 폴라로그래피 및 임피던스법을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 순환전압전류법을 예로 들어 설명할 것이나 이에 한정되는 것은 아니다. Specifically, the potentiostat apparatus 205 can perform the electrochemical measurement using the working electrode 110. Electrochemical measurements can be said to analyze the chemical response of a system to a given stimulus when an electrical stimulus is applied to a given system. In other words, it can be said to measure the movement (oxidation or reduction) of electrons accompanied by a substance in relation to electric stimulation. These oxidation and reduction reactions are referred to as redox reactions. Studies on these reactions are based on not only concentration of active species, equilibrium constant, reaction mechanism, but also a lot of information about a series of phenomena such as electron transfer reaction and adsorption on the electrode surface . Since the response type of a given system in each experiment depends on which variable is used as a stimulus signal, a lot of information can be obtained by representing the obtained response type in various forms using various variables. The electrochemical measurement can be classified according to the control variables and the signals to be observed, for example, the linear main prior method, the cyclic voltammetric method, the time zone current method, the time zone charge method, the time zone potential difference method, the polarography method and the impedance method . In an embodiment of the present invention, the cyclic voltammetric method will be described as an example, but the present invention is not limited thereto.

저장 장치(207)에는 과산화수소의 농도별 전류값이 저장될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소의 농도 범위는 100 ~ 1000ppm을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 저장 장치(207)에 저장된 과산화수소의 농도별 전류값은 예를 들어, 과산화수소의 농도별 환원 전류값을 포함할 수 있다. The storage device 207 may store a current value for each concentration of hydrogen peroxide. The concentration range of hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention may include 100 to 1000 ppm, but is not limited thereto. The current value by concentration of hydrogen peroxide stored in the storage device 207 may include, for example, a reduction current value by concentration of hydrogen peroxide.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서(1)의 작업 전극(110)의 전위는, 기준 전극(100)을 기준으로 조절될 수 있다. 즉, 전위조절기(VA)에 의해 기준 전극(100)과 작업 전극(110) 사이의 전위가 조절될 수 있다. 이 때, 작업 전극(110)과 기준 전극(100) 사이의 전위차는, 전극 반응에 의해 흐르는 전류값에 관계없이 정확하게 측정될 수 있다.Referring again to FIGS. 2 and 3, the potential of the working electrode 110 of the hydrogen peroxide measurement sensor 1 according to an embodiment of the present invention can be adjusted based on the reference electrode 100. That is, the potential between the reference electrode 100 and the working electrode 110 can be adjusted by the potential adjuster VA. At this time, the potential difference between the working electrode 110 and the reference electrode 100 can be accurately measured regardless of the current value flowing by the electrode reaction.

또한, 2전극 시스템과 달리, 전류(i)가 기준 전극(100)이 아닌 상대 전극(120)으로 유입됨으로써, 기준 전극(100)의 분극 또는 용액의 저항으로 인한 전압강하를 방지할 수 있다.In addition, unlike the two-electrode system, the current i flows into the counter electrode 120 rather than the reference electrode 100, thereby preventing a voltage drop due to polarization of the reference electrode 100 or resistance of the solution.

포텐시오스탯 장치(205)는 작업 전극(110)을 통해 용액 내의 전류값을 측정할 수 있다. 여기에서, 전기 촉매 작용을 하는 산화구리 나노플라워 전극을 작업 전극(110)으로 사용하기 때문에, 용액은 효소를 포함하지 않을 수 있다. 또한 전류값은 예를 들어, 환원전류값을 포함할 수 있다.The potentiostat apparatus 205 can measure the current value in the solution through the working electrode 110. Here, since the electrocatalytic copper oxide nanoflow electrode is used as the working electrode 110, the solution may contain no enzyme. The current value may also include, for example, a reduction current value.

포텐시오스탯 장치(205)을 통해 측정된 전류값은 저장 장치(207)에 저장되어 있는 과산화수소의 농도별 전류값과 비교되고, 비교 과정을 통해 해당되는 과산화수소의 농도가 도출될 수 있다. The current value measured through the potentiostat apparatus 205 is compared with the current value of the hydrogen peroxide concentration stored in the storage device 207, and the concentration of the corresponding hydrogen peroxide can be derived through the comparison process.

본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서(1)는, 표면적이 넓고 화학적 안정성이 뛰어난 나노플라워 형태의 산화구리 전극을 작업 전극(110)으로 사용함으로써, 산업 폐수에 포함된 고농도의 과산화수소(100 ~ 1000ppm)를 효소 없이 측정할 수 있다. 또한 과산화수소 측정 센서(1)에 의해 측정된 전류값은, 과산화수소 농도가 증가함에 따라 (100 ~ 1000ppm의 농도 범위), 선형적으로 비례하여 증가할 수 있고, 이에 대한 실험예는 후술하기로 한다.The hydrogen peroxide measurement sensor 1 according to an embodiment of the present invention uses a copper oxide electrode in the form of a nanoflower having a wide surface area and excellent chemical stability as the working electrode 110 to measure the concentration of hydrogen peroxide 100 To 1000 ppm) can be measured without enzyme. Also, the current value measured by the hydrogen peroxide measurement sensor 1 can increase linearly in proportion to the concentration of hydrogen peroxide (concentration range of 100 to 1000 ppm), and an experimental example thereof will be described later.

도 4 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서의 작업 전극 제조 방법을 설명하는 도면들이다. 4 to 11 are views illustrating a method of manufacturing a working electrode of a hydrogen peroxide measurement sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서의 작업 전극 제조 방법의 순서도이다. 도 5는 도 4의 S300을 설명하는 도면이다. 도 6 및 도 7은 도 5의 PFA(Perfluoroalkoxy) 용기의 위치에 따른 변화를 설명하는 도면들이다. 도 8 내지 도 10은 도 4의 S300에서의 반응시간에 따른 산화구리 나노플라워를 도시한 도면이다. 도 11은 도 9의 산화구리 나노플라워 전극을 이용하여, 과산화수소의 농도별 전류값을 측정한 그래프이다. 4 is a flowchart of a method of manufacturing a working electrode of a hydrogen peroxide measurement sensor according to an embodiment of the present invention. 5 is a view for explaining S300 of FIG. 6 and 7 are views for explaining a change in position of the PFA (perfluoroalkoxy) container in FIG. FIGS. 8 to 10 are diagrams showing copper oxide nanoflowers according to the reaction time at S300 in FIG. 11 is a graph showing a current value of hydrogen peroxide concentration measured using the copper oxide nanoflower electrode of FIG.

도 4 및 도 5를 참조하면, 먼저 구리 전극(230)을 NaOH 용액 및

Figure pat00002
용액과 반응시킨다(S300). 예를 들어, 열수 조건(hydrothermal condition) 하에 별도의 압력 인가 장치를 사용하지 않은 상태에서 NaOH 용액 및
Figure pat00003
용액과 반응시킬 수 있다. 구체적으로, 10M 농도의 NaOH 용액과 1M 농도의
Figure pat00004
용액, 그리고 정제수(DI water)가 S300의 반응을 위해 사용될 수 있다. (이하부터, 10M 농도의 NaOH 용액과 1M 농도의
Figure pat00005
용액, 그리고 정제수(DI water)의 혼합 용액을 반응 용액이라 하겠다.) 4 and 5, first, the copper electrode 230 is immersed in an NaOH solution and /
Figure pat00002
(S300). For example, under a hydrothermal condition, a solution of NaOH and < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00003
Lt; / RTI > solution. Specifically, a 10M NaOH solution and a 1M concentration
Figure pat00004
Solution, and DI water may be used for the reaction of S300. (Hereinafter, referred to as a 10M concentration NaOH solution and a 1M concentration
Figure pat00005
Solution, and purified water (DI water) is called the reaction solution.)

구리 전극(230)은 예를 들어, 순도가 매우 높은 구리 호일 조각을 포함할 수 있다. 또한 구리 전극(230)을 반응 용액과 반응시, 구리 전극(230)의 일 면에만 폴리이미드 테이프 층을 형성함으로써, 구리 전극의 타 면만이 반응 용액과 반응하도록 할 수 있다. 즉, 이를 통해, 산화구리 나노플라워 전극의 형성시, 앞면과 뒷면이 다르게 형성되는 것을 방지할 수 있다. The copper electrode 230 may comprise, for example, a copper foil piece having a very high purity. In addition, when the copper electrode 230 is reacted with the reaction solution, a polyimide tape layer is formed only on one side of the copper electrode 230, so that only the other side of the copper electrode can react with the reaction solution. That is, it is possible to prevent the front surface and the back surface from being formed differently when the copper oxide nanoflow electrode is formed.

위의 반응 용액이 준비되면, 구리 전극(230)을 정제수 및 NaOH 혼합 용액에 넣고, 여기에 산화제인

Figure pat00006
용액을 추가할 수 있다. When the above reaction solution is prepared, the copper electrode 230 is put into a mixed solution of purified water and NaOH,
Figure pat00006
Solution can be added.

반응 용기(220)는 예를 들어, PFA(Perfluoroalkoxy) 용기를 포함할 수 있다. The reaction vessel 220 may include, for example, a PFA (Perfluoroalkoxy) vessel.

PFA(Perfluoroalkoxy) 용기(220)는 컵(220a) 및 캡(220b)을 포함할 수 있고, PFA 재질의 용기는 -200℃ ~ 260℃에서 내열이 가능하다. PFA 물질의 분자 구조를 살펴보면 다음과 같다.The PFA (Perfluoroalkoxy) vessel 220 may include a cup 220a and a cap 220b, and the PFA vessel may be capable of heating at -200 ° C to 260 ° C. The molecular structure of the PFA material is as follows.

<PFA 분자 구조>&Lt; PFA Molecular Structure >

Figure pat00007
Figure pat00007

<PFA 분자 구조>를 통해, PFA는 PTFE(polytetrafluoroethylene)와 유사한 특성을 가지는 플루오로폴리머(fluoropolymer)의 한 종류라는 것을 알 수 있다.Through the PFA molecular structure, it can be seen that PFA is a kind of fluoropolymer having properties similar to PTFE (polytetrafluoroethylene).

또한 컵(220a)과 캡(220b)은 상호 간에 나사 형태로 돌려 닫을 수 있는 형태이기 때문에, 전극 제작 시 일정한 반응 압력이 유지될 수 있도록 한다. 즉, 반응이 진행되는 동안 반응 용기(220) 내의 압력이 일정하게 유지되고, 반응 용액이 외부로 빠져나가는 현상을 방지할 수 있다.  Further, since the cup 220a and the cap 220b can be turned by turning each other in the form of a screw, a constant reaction pressure can be maintained when the electrode is manufactured. That is, the pressure in the reaction vessel 220 can be kept constant during the reaction, and the reaction solution can be prevented from escaping to the outside.

구리 전극(230)을 반응 용액과 반응시킨 상태에서, 16시간 동안 핫 플레이트(210)로 가열해준다. 핫 플레이트(210)를 100℃로 유지하는 경우, 반응 용기(220)의 내부 온도는 41 ~ 42℃를 유지할 수 있다. The copper electrode 230 is reacted with the reaction solution and heated by the hot plate 210 for 16 hours. When the hot plate 210 is maintained at 100 ° C, the internal temperature of the reaction vessel 220 can be maintained at 41 to 42 ° C.

다만, 도 6 및 도 7을 보면, 핫 플레이트(210) 상에서의 PFA 용기(220)의 위치에 따라 PFA 용기(220)에 가해지는 온도가 달라지는바(핫 플레이트(210)에 동일하게 100℃의 온도를 가했을 때, 1번 위치는 74℃, 3번 위치는 99℃, 5번 위치는 76℃를 나타냄), 이에 따른 과산화수소 농도별 전류값의 변화를 살펴보면 다음과 같다.6 and 7, the temperature applied to the PFA container 220 varies depending on the position of the PFA container 220 on the hot plate 210 When the temperature is applied, the first position is 74 ° C, the third position is 99 ° C, and the fifth position is 76 ° C), and the change of the current value according to the concentration of hydrogen peroxide is as follows.

도 7을 참조하면, 먼저, 그래프의 가로축은 과산화수소 농도(ppm)를 나타내고, 세로축은 측정된 전류값(μA)을 나타낸다는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the abscissa of the graph represents the concentration of hydrogen peroxide (ppm), and the ordinate represents the measured current value (A).

구체적으로, 그래프를 살펴보면, 핫 플레이트(210)의 1번, 4번, 5번 위치에서 가열시킨 구리 전극(도 5의 230)에서 측정된 과산화수소 농도에 따른 전류값들은 서로 비슷한 양상을 띈다는 것을 알 수 있다. 다만, 핫 플레이트(210)의 3번 위치에서 가열시킨 구리 전극(도 5의 230)의 경우, 과산화수소 농도와 전류값이 거의 선형적으로 비례하고, 1, 4, 5번 위치에서 가열시켰을 때와 다른 양상을 띈다는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 핫 플레이트(210) 상에서의 구리 전극(도 5의 230)의 위치에 따라, 과산화수소 농도별 전류값이 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. Specifically, the graphs show that the current values according to the hydrogen peroxide concentration measured at the copper electrodes (230 in FIG. 5) heated at the first, fourth and fifth positions of the hot plate 210 are similar to each other Able to know. However, in the case of the copper electrode (230 in FIG. 5) heated at the third position of the hot plate 210, the hydrogen peroxide concentration and the current value are almost linearly proportional, and when heated at positions 1, 4 and 5 It can be seen that it is different. Thus, it can be seen that the current value per hydrogen peroxide concentration is influenced by the position of the copper electrode (230 in FIG. 5) on the hot plate 210.

다시 도 4를 참조하면, 구리 전극(230)을 S300에 따라 반응시킨 후, 냉각 공정을 수행한다(S310).Referring again to FIG. 4, after the copper electrode 230 is reacted according to S300, a cooling process is performed (S310).

구체적으로, 구리 전극(230)은, 16시간 동안 41 ~ 42℃의 온도에서 가열되는바, 이를 다시 냉각시키는 공정을 통해, 산화구리 나노플라워 전극을 결정화시킬 수 있다. 즉, 냉각 공정을 통해 검은색 필름 형태의 산화구리 나노플라워 전극을 획득할 수 있다.Specifically, the copper electrode 230 is heated at a temperature of 41 to 42 ° C. for 16 hours, and the copper oxide nanoflow electrode can be crystallized through a process of cooling the copper electrode 230 again. That is, a copper oxide nanoflow electrode in the form of a black film can be obtained through a cooling process.

냉각 공정 후, 세척 공정을 수행한다(S320). 구체적으로, 세척 공정을 수행함으로써, 냉각 공정에서 생성된 불순물이 제거될 수 있다.After the cooling process, a cleaning process is performed (S320). Specifically, by performing the cleaning process, the impurities generated in the cooling process can be removed.

세척 공정이 완료되면, 검은색 필름 형태의 산화구리 나노플라워 전극이 형성된다(S330). When the cleaning process is completed, a black film-like copper oxide nanoflow electrode is formed (S330).

구체적으로, 산화구리 나노플라워 전극은, 넓은 표면적을 가지고 있고, 화학적으로 안정성이 높기 때문에, 산화구리 나노플라워 전극에서 측정된 전류값은 과산화수소의 농도 범위(100~1000ppm)에 대해 선형적으로 비례할 수 있고, 이에 대한 실험예는 후술하기로 한다. Specifically, since the copper oxide nanoflow electrode has a large surface area and is chemically stable, the current value measured at the copper oxide nanoflow electrode is linearly proportional to the hydrogen peroxide concentration range (100 to 1000 ppm) Experimental examples thereof will be described later.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 도 4의 S300에서의 반응시간에 따른 산화구리 나노플라워 전극의 변화를 관찰할 수 있다. Referring to FIGS. 8 to 11, the change of the copper oxide nanoflow electrode according to the reaction time in S300 of FIG. 4 can be observed.

도 8에서, 반응시간이 12시간인 경우, 산화구리 나노플라워 전극의 형태가 균일하지 않고, 밀도가 떨어진다는 것을 알 수 있다. In FIG. 8, when the reaction time is 12 hours, it can be seen that the shape of the copper oxide nanoflow electrode is not uniform and the density is low.

이에 반해, 도 9에서, 반응시간이 16시간인 경우, 반응시간이 12시간일 때보다 산화구리 나노플라워 전극의 균일성(uniformity) 및 밀도(density)가 현저하게 개선되었음을 알 수 있다. In contrast, in FIG. 9, when the reaction time is 16 hours, the uniformity and density of the copper oxide nanoflow electrode are remarkably improved as compared with when the reaction time is 12 hours.

또한 도 10에서, 반응시간이 20시간 이상으로 증가했을 때(20시간, 28시간, 48시간) 역시, 반응시간이 12시간일 때보다 산화구리 나노플라워 전극의 균일성 및 밀도가 개선되었음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 산화구리 나노플라워 전극은, 반응시간이 16시간 이상으로 증가될 때부터 균일성 및 밀도가 이전에 비해 현저하게 개선되는바, 임계적의의를 가진다는 것을 알 수 있다.In FIG. 10, it was also found that the uniformity and density of the copper oxide nanoflow electrode were improved when the reaction time was increased to 20 hours or more (20 hours, 28 hours, 48 hours) have. That is, since the copper oxide nanoflow electrode according to the embodiment of the present invention has remarkably improved uniformity and density from the time when the reaction time is increased to 16 hours or more, it has a critical value have.

도 11은 도 9의 산화구리 나노플라워 전극을 이용하여, 과산화수소의 농도별 전류값을 측정한 그래프이다.11 is a graph showing a current value of hydrogen peroxide concentration measured using the copper oxide nanoflower electrode of FIG.

도 11을 참조하면, 구체적으로, 각각의 농도에서 환원 전류값이 안정화되는데 소요되는 시간이 최대 300초이기에, 각각의 농도에서 300초가 소요되었을 때의 환원 전류값을 그래프로 도출하였고, 전위는 -0.3V로 고정시킨 상태에서 실험을 진행하였다. 또한 도 11의 그래프의 가로축은 과산화수소 농도(ppm)를 나타내고, 세로축은 전류값(μA)을 나타낸다.Referring to FIG. 11, in detail, since the time required for the reduction current value to stabilize at each concentration is maximum 300 seconds, a reduction current value when 300 seconds is consumed at each concentration is drawn as a graph, And the test was carried out in a state where it was fixed at 0.3V. 11, the abscissa of the graph represents the concentration of hydrogen peroxide (ppm), and the ordinate represents the current value (A).

도 11의 그래프를 살펴보면, 100ppm, 200ppm, 400ppm, 600ppm, 800ppm, 1000ppm에서 측정된 전류값은 과산화수소 농도가 증가함에 따라, 선형적으로 비례하여 증가한다는 것을 확인할 수 있다. 물론 완전히 비례하여 증가하는 것은 아니지만, 거의 일직선에 가깝게 비례하여 증가한다는 것을 알 수 있다. 100ppm 미만 또는 1000ppm 초과의 농도 범위에서는 이러한 선형성이 관찰되지 않는바, 이를 통해, 100 ~ 1000ppm의 농도 범위에서 임계적 의의를 가진다는 것을 확인할 수 있다. 또한 각각의 농도에서 측정된 전류값은, 각각의 농도에서 300초가 경과되었을 때 측정된 전류값으로, 15 ~ 70 μA의 환원전류값을 나타낸다는 것을 알 수 있다.11, the current values measured at 100 ppm, 200 ppm, 400 ppm, 600 ppm, 800 ppm, and 1000 ppm increase linearly with increasing hydrogen peroxide concentration. It can be seen that, of course, it does not increase in proportion but increases almost linearly. This linearity is not observed in a concentration range of less than 100 ppm or more than 1000 ppm, thereby confirming that the concentration has a critical value in a concentration range of 100 to 1000 ppm. In addition, the current value measured at each concentration shows a reduction current value of 15 to 70 μA, which is a current value measured when 300 seconds elapsed at each concentration.

본 발명의 경우, 도 11의 실험이 위의 한정된 조건(시간 = 300초, 전위 = -0.3V) 하에서 진행되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 시간 혹은 전위가 위의 조건과 다른 조건 하에서 진행될 수 있다. In the case of the present invention, the experiment of FIG. 11 was conducted under the above limited conditions (time = 300 seconds, potential = -0.3 V), but the present invention is not limited thereto. That is, the time or potential can be conducted under conditions different from the above conditions.

본 발명의 일 실시예에 따른 과산화수소 측정 센서의 작업 전극 제조 방법(2)을 통해, 16시간 이상의 반응시간 및 100 ~ 1000ppm의 과산화수소 농도 범위에서 임계적 의의를 가지는 산화구리 나노플라워 전극을 제조할 수 있다. Through the method (2) of manufacturing a working electrode of a hydrogen peroxide measurement sensor according to an embodiment of the present invention, a copper oxide nanoflower electrode having a critical value within a reaction time of 16 hours or more and a hydrogen peroxide concentration of 100 to 1000 ppm have.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (10)

기준 전극;
상대 전극; 및
산화구리 나노플라워 전극을 포함하는 작업 전극을 포함하되,
상기 산화구리 나노플라워 전극은, 산화구리 전극과 상기 산화구리 전극의 일면에 형성된 폴리이미드 테이프(polyimide tape) 층을 포함하는 과산화수소 측정 센서.
A reference electrode;
A counter electrode; And
And a working electrode comprising a copper oxide nanoflow electrode,
Wherein the copper oxide nanoflow electrode comprises a copper oxide electrode and a polyimide tape layer formed on one surface of the copper oxide electrode.
제 1항에 있어서,
상기 작업 전극을 통해 용액 내에 포함된 과산화수소 농도를 측정하는 측정부를 더 포함하고,
상기 측정부 내에는 상기 용액 내에 포함된 과산화수소의 농도별 전류값이 저장되고,
상기 과산화수소의 농도는 100 ~ 1000ppm인 과산화수소 측정 센서.
The method according to claim 1,
And a measuring unit for measuring the concentration of hydrogen peroxide contained in the solution through the working electrode,
In the measurement unit, a current value for each concentration of hydrogen peroxide contained in the solution is stored,
Wherein the concentration of the hydrogen peroxide is 100 to 1000 ppm.
제 2항에 있어서,
상기 측정된 전류값은, 상기 과산화수소 농도에 비례하는 과산화수소 측정 센서.
3. The method of claim 2,
Wherein the measured current value is proportional to the hydrogen peroxide concentration.
제 2항에 있어서,
상기 용액은 효소를 미포함하는 과산화수소 측정 센서.
3. The method of claim 2,
Wherein the solution contains an enzyme.
제 1항에 있어서,
상기 기준 전극은 Ag/Agcl 전극을 포함하는 과산화 수소 측정 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the reference electrode comprises an Ag / Agcl electrode.
제 1항에 있어서,
상기 작업 전극의 전위는, 상기 기준 전극의 전위를 기준으로 조절되고,
상기 작업 전극 및 상기 상대 전극 사이에서 전류가 흐르고,
상기 상대 전극은 백금 전극을 포함하는 과산화수소 측정 센서.
The method according to claim 1,
The potential of the working electrode is adjusted based on the potential of the reference electrode,
A current flows between the working electrode and the counter electrode,
Wherein the counter electrode comprises a platinum electrode.
Ag/Agcl 전극을 포함하는 기준 전극;
백금 전극을 포함하는 상대 전극;
산화구리 나노플라워 전극을 포함하는 작업 전극; 및
상기 작업 전극을 통해 용액 내에 포함된 과산화수소 농도를 측정하는 측정부를 포함하되,
상기 측정부 내에는 상기 용액 내에 포함된 과산화수소의 농도별 전류값이 저장되고,
상기 과산화수소의 농도는 100 ~ 1000ppm이고,
상기 산화구리 나노플라워 전극은 산화구리 전극과 상기 산화구리 전극 상에 형성된 폴리이미드 테이프 층을 포함하는 과산화수소 측정 센서.
A reference electrode including an Ag / Agcl electrode;
A counter electrode including a platinum electrode;
A working electrode comprising a copper oxide nanoflow electrode; And
And a measuring unit for measuring the concentration of hydrogen peroxide contained in the solution through the working electrode,
In the measurement unit, a current value for each concentration of hydrogen peroxide contained in the solution is stored,
The concentration of the hydrogen peroxide is 100 to 1000 ppm,
Wherein the copper oxide nanoflow electrode comprises a copper oxide electrode and a polyimide tape layer formed on the copper oxide electrode.
PFA(Perfluoroalkoxy) 용기에서 16시간 이상 구리 전극과 NaOH 용액 및
Figure pat00008
용액을 반응시키는 반응 공정을 수행하고,
상기 반응 공정을 수행한 후 냉각 공정을 수행하고,
상기 냉각 공정 후 세척 공정을 통해 산화구리 나노플라워 전극을 형성하는 것을 포함하는 과산화수소 측정 센서의 작업 전극 제조 방법.
In a PFA (Perfluoroalkoxy) vessel, copper electrode and NaOH solution for 16 hours or more,
Figure pat00008
A reaction process in which a solution is reacted is carried out,
After the reaction process is performed, a cooling process is performed,
And forming a copper oxide nanoflow electrode through a cleaning process after the cooling process.
제 8항에 있어서,
상기 반응 공정 수행 시, 상기 PFA 용기의 온도는 41 ~ 42℃에서 유지되는 과산화수소 측정 센서의 작업 전극 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the temperature of the PFA vessel is maintained at 41 to 42 DEG C during the reaction process.
제 8항에 있어서,
상기 구리 전극의 일 면에 폴리이미드 테이프 층을 형성하는 것을 더 포함하는 과산화수소 측정 센서의 작업 전극 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Further comprising forming a polyimide tape layer on one side of the copper electrode.
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