휴대용 중금속 검출 시스템 개발…진동 장치로 검출 효율 높여

박진성 성균관대 교수 연구팀

낙동강 상류와 하류에서 물을 채취하여 측정한 결과와 기존 검출 장치 데이터와의 비교 그래프./성균관대

박진성 성균관대 바이오메카트로닉스학과 교수 연구팀이 세계 최초로 진동 장치를 탑재한 휴대용 전기화학 중금속 검출 시스템을 개발했다. 현장에서 환경 독성 물질을 신속하게 검출할 수 있는 장치다.

연구팀은 기존 탄소 전극 위에 그라파이트-비스무스 나노 판을 배치하고 양성자 전도체 나피온(Nafion) 막을 코팅한 후 진동 장치를 추가했다. 이렇게 만들어진 검출 시스템은 진동을 통해 중금속 이온의 확산이 촉진돼 더 많은 이온이 전극 표면에 붙게 되고, 결과적으로 중금속 이온 검출 신호를 크게 높였다. 납 이온은 최대 540%, 카드뮴 이온은 511% 검출 효율이 향상됐다.

연구팀이 만든 검출 장비는 휴대폰에 연결해 즉석에서 검출 결과도 확인할 수 있다. 기존 검출 장비는 현장에서 바로바로 결과를 확인하는 게 어려웠지만, 연구팀이 만든 검출 장비는 크기를 줄여서 휴대폰에 연결한 뒤 결과를 바로 확인할 수 있게 했다.

연구팀은 금속 제련소를 기점으로 낙동강 상류와 하류에서 물을 채취해 센서를 이용해 검출 실험도 진행했다. 실험 결과 카드뮴 이온은 검출되지 않았지만, 납 이온은 상류에서 1.66nM, 하류에서는 18.88nM이 검출됐다. 실제 현장에서 사용되는 중금속 분석 장비와 비슷한 결과다.

박 교수는 “기존 연구에서 개발한 센서는 실제 현장에서 여러 이물질로 인해 정확한 측정이 어려웠지만, 이번에 개발한 센서는 실제 환경에서도 중금속을 신속하고 민감하게 검출할 수 있어 새로운 시스템의 기초 기술이 될 가능성이 크다”며 “향후 환경 모니터링과 공공 보건 분야에 적용되기를 기대한다”고 밝혔다.

참고 자료

Sensors and Actuators B-Chemical(2024), DOI : https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136796

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -