교실 밖 화학체험학습 프로그램의 개발 및 적용

조미애 부산대학교 2007 국내박사

The purpose of this work was to study the development of out-of-class Chemical Experience Learning(CEL) programs which are developed to make ‘the funny out-of-class chemistry' and ‘the exciting Scientific Experience Learning', applicable to an actual class, and to investigate the applied effects of out-of-class Chemical Experience Learning (CEL) Programs on scientific process skills and science-related attitude for middle school students. Therefore, the topics of this study are; 1) to investigate the situation on out-of-class Scientific Experience Learning (SEL) 2) to develop the out-of-class Chemical Experience Learning(CEL) programs 3) to study the propriety of developed out-of-class CEL programs 4) to investigate the applied effects of out-of-class CEL Programs First, we examined teachers' perceptions and the situation on out-of-class Scientific Experience Learning (SEL). We looked into the teachers' cognitions on out-of-class CEL. We could get the result that they used many chemical experiments for attention and motivation but thought chemistry area is not quite suitable to SEL. And they perceived the importance of SEL and had optimistic view to the increase SEL, but they considered CEL to be very difficult, they did few activities in chemical field because of lacked out-of-class CEL and experience activity material, complication of experimental arrangements and difficulty of introduction to concepts. Therefore it is very urgent to develop CEL materials for the activation of CEL and they demand that the contents of the program have to contain the method for various out-of-class experiments and teaching plans. Thus using the model of instruction system design and the development procedure of science education program, we have been developed out-of-class Chemical Experience Learning (CEL) programs that is suitable natural environment and composed of real-life experience. The out-of-class CLE Programs were composed of four chemical subjects that are related to chemical concepts in science textbook of 7th curriculum, which can be used in the mountain, the sea, the field, and the river. Each program is consisted four nature-friendly chemical experiments, and provided student worksheets and teacher guides. Chemistry teachers, who took part in workshop, estimated about the satisfaction, contents-suitability and application of the CEL programs, we get totally 86% affirmative evaluation on the programs. In the basis question and interview, 16 CEL programs have been completed through correction and repletion. To investigate the learning effects, the out-of-class Chemical Experience Learning (CEL) Programs applied to science club students on D middle school in Pusan Metropolitan City. The out-of-class CEL programs were applied to nature through all-day improvement activity. The science club students were selected as the objects of the study consisting of one experiment group and one control group. The out-of-class CEL programs were applied to the experiment group and traditional class method was applied to the control group. The change of scientific process skills and science-related attitude between two groups were completed and analyzed. And students' reaction on the out-of-class CEL programs was analyzed. As a result, there was significant differences between before and after the application. Accordingly, it is considered that the adaptive CEL programs is special activity provided is effective to foster scientific process skills and science-related attitude. Moreover, more than 70% of students' in the experimental group gave positive feedbacks to the out-of-class CEL programs. Also, out-of-class nature-friendly chemical experiments improved middle school students' scientific process skills and science-related attitude, and increased attention, interest, degree of self-participation. The CEL programs which are based on ‘nature' and ‘real life-centered science' will contribute to the revitalization of chemistry and publication of science. To make ‘the funny out-of-class chemistry' and ‘the exciting Scientific Experience Learning', the out-of-class CEL Programs should be introduced and supplied through teachers' training and workshop. For activation of out-of-class CEL, the development and study not only out-of-class chemical experiments but also various subjects like chemical games and role-playing should be continued.

화학사고 유해화학물질 노출 유해성에 대한 소방공무원의 인식도 연구

이세나 고려대학교 보건대학원 2017 국내석사

Abstract Firefighters' Perception of the Risk of Exposure to Hazardous Chemical Substances during Chemical Accidents Sena Lee Supervising Professor : Eunil Lee, M.D., Ph.D. Department of Environmental and Global Health Graduate School of Public Health, Korea University Objectives : The number of chemical accidents has been steadily increasing as the amount of chemical substances that are used at a close distance in daily life and industrial society has increased. In the event of chemical accidents, large-scale casualties and property damage can occur, and the fire department is the organization where a notification is received and dispatched first. Firefighters are exposed to danger without recognizing the harmful effects of hazardous chemical substances at the disaster site, where a wide range of hazardous chemical substances are generated. Therefore, the purpose of this study is to investigate their recognition of harmfulness of exposure to toxic chemical substances, and to minimize the health damage in firefighters for ensuring their health and safety, by providing the basic data. Methods : Ten state fire organizations and three local fire organizations were selected, and questionnaire surveys were conducted to assess the recognition of exposure to hazardous chemical substances among 300 firefighters who respond to the scene. Results : This study analyzed whether there is a difference in the recognition of chemical accidents in a group of state civil servants and local civil servants. As a result, there were significant differences in the degree of attention to onsite activities, related to hazardous chemical substances. There was a recognition of the need for personal protective equipment and corresponding equipment, training participation, application of a manual, utilization of CARIS and ERG, percentage of firefighters wearing A-Class chemical protective clothing when entering a dangerous area, and performing decontamination after chemical accidents (p<0.001). In addition, these findings displayed a significant gap in health management after chemical accidents (p=0.003) and the level of awareness regarding behavior to help protect against exposure to hazardous chemical substances (p<0.001). Conclusion : As the number of chemical accidents increases and new risk areas such as hazardous chemical exposures are identified, the role and competence of firefighters are becoming crucial. However, there is a difference between the two groups in the perception of maleficence of chemical substances, possession of coping equipment, and coping capabilities. Ninety-nine percent of firefighters work in the local government, and since they are the first to be called the scene after chemical accidents, securing equipment, as well as the effort to minimize the difference in capability between the two groups is important. In addition, all firefighters should implement appropriate chemical accident response systems, and should raise their awareness of harmful chemical substances. They should also carry out their role effectively, and minimize health damage through institutional protection. 국문요약 화학사고 유해화학물질 노출 유해성에 대한 소방공무원의 인식도 연구 이 세 나 고려대학교 보건대학원 환경및국제보건학과 (지도교수: 이 은 일, M.D., Ph D.) 목적 : 일상생활 및 산업사회에 밀접하게 이용되고 있는 화학물질의 사용량이 증가함에 따라 화학사고도 꾸준히 증가하고 있다. 화학사고 발생 시 대규모 사상자 및 재산피해가 발생할 수 있으며 이러한 사고가 발생하면 가장 먼저 신고가 접수되어 출동하는 기관이 소방 조직이다. 광범위한 유해화학물질이 발생되는 재난 현장에서 소방공무원은 유해화학물질의 유해성을 인식하지 못하고 있고 위험에 노출되고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 소방공무원의 유해화학물질 노출 및 기타 위험에 대한 유해성 인식도를 조사하고 문제점을 도출하여 소방공무원의 건강피해를 최소화하고 소방공무원들의 보건 및 안전을 위한 기초자료를 제시하고자 한다. 방법 : 전국 10개의 국가직 소방기관과 3개의 지방직 소방기관을 선정하여 현장출동 업무를 담당하는 소방공무원 300명을 대상으로 유해화학물질 노출 유해성 인식도에 관한 설문조사를 실시하였다. 결과 : 국가직 소방공무원과 지방직 소방공무원 집단으로 구분하여 집단에 따라 화학사고 인식에 대한 차이가 있는지 분석하였다. 그 결과 유해화학물질의 유해성 우려로 인한 현장 활동의 주의정도, 개인보호장비 및 대응장비의 필요성 인식정도에 대해 유의한 차이를 보였으며 집단에 따른 교육 및 훈련, 매뉴얼 보유 및 활용 정도, CARIS와 ERG 활용여부, 위험지역(hot zone) 진입 시 A급 화학보호복 착용 여부, 제독시행여부에 대해서도 유의한 차이를 보였다(p<0.001). 또한 화학사고 현장 활동 이후 건강관리(p=0.003)에서도 유의한 차이를 보였고 유해화학물질 노출방어행위에 대한 자각정도에 대해서도 유의한 차이를 보였다(p<0.001). 결론 : 화학사고가 증가함에 따라 유해화학물질 노출과 같은 새로운 위험영역이 확장되면서 이에 대응하는 소방공무원들의 역량과 역할이 매우 중요하다. 그러나 둘로 나뉘어져 있는 국가직 소방공무원과 지방직 소방공무원의 인식정도 및 대응장비 보유정도, 대응력에 차이가 있다. 소방공무원의 99%는 지방직 소방공무원이고 화학사고 발생 시 현장에 가장 먼저 출동하여 대응하기 때문에 지방직 소방공무원의 대응장비 확보 및 두 기관의 역량 차이를 줄이기 위한 노력이 필수적이다. 또한 모든 소방공무원이 적절한 화학사고 대응 체계 구축 및 유해화학물질의 유해성에 대한 인식도를 높이고 제도적인 보호를 통하여 소방공무원의 건강피해를 최소화하고 본연의 역할을 효율적으로 수행할 수 있도록 해야 할 것이다.

화학물질 취급 사업장의 위험성 평가를 위한 화학사고 위험지수 모델 제안

한태균 고려대학교 대학원 2018 국내석사

국내에서 사용하는 화학물질은 4만 여 종 이상으로 화학물질 사용량이 지속적으로 증가하고 있는 가운데 화학물질을 취급하는 과정에서 발생하는 화학사고는 현재까지 지속적으로 발생하고 있다. 2012년 발생한 불산 누출사고 이후 화학물질에 대한 국민의 관심이 증가하였고 국내에서는 화학물질 등록 및 평가 등에 관한 법률과 화학물질관리법을 시행하고 화학사고 통계자료를 공개하고 있지만, 화평법 및 화관법이 실시된 이후에도 화학물질을 취급하는 사업장에서는 매년 화학사고가 발생하고 있다. 화학사고 통계에 따르면 화학사고의 대부분이 화학물질을 제조하고 사용하는 사업장에서 발생하고 있고 화학물질 취급 사업장의 사고 발생을 예방하고 대응하기 위해 국외 및 국내에서는 화학물질을 취급하는 사업장의 위험성을 평가하는 다양한 위험성 평가 모델을 개발해왔다. 하지만 기 개발된 위험지수 모델은 많은 화학물질의 정보와 사업장의 공정 정보 등을 필요로 하여 과정이 복잡하고 많은 시간과 비용을 필요로 하였다. 이 연구에서는 화학물질을 취급하는 사업장의 위험성을 비교적 간결하고 빠르게 계산하여 각 사업장의 위험성을 평가하고 우선적으로 위험성 평가가 필요로 한 사업장을 파악하는 데 활용하고자 화학사고 위험지수 모델을 제시하고 일부 지역의 사업장을 대상으로 적합성을 판단하였다. 화학사고 위험지수를 제안하기 위해 이 연구에서는 국외 및 국내에서 기 개발된 위험지수들을 분석하고 위험성 평가의 기본 구조인 ‘영향 X 빈도’를 바탕으로 하여 화학물질의 물리화학적 특성 및 인체 독성 특성 가운데 기존 위험지수에서 공통적으로 사용된 인화성, 폭발·반응성, 독성 인자를 영향 지수의 세부 인자로 설정하였고, 국내에서 자료의 확보가 용이한 화학물질의 취급량(Inventory)를 빈도 지수로 하여 단일 화학사고 위험지수를 제시하였다. 각 사업장의 개별 화학물질마다 단일 화학사고 위험지수를 계산한 후 사업장에서 화학물질을 취급하는 종류를 등급화하여 사업장의 위험성을 보정하였고 최종적으로 화학사고 위험지수를 계산하는 위험성 평가 모델을 제안하였다. 제안된 화학사고 위험지수의 적합성을 판단하기 위하여 화학물질을 제조 및 사용하는 사업장 가운데 과거 사고 이력이 있는 사업장 5개소와 사고가 발생한 이력이 없는 사업장 5개소, 총 10개소를 대상으로 화학사고 위험지수를 계산하였고, 과거 화학사고가 발생한 사업장이 사고가 발생하지 않은 사업장에 비해 더 높은 화학사고 위험지수 값을 가짐에 따라 제안된 화학사고 위험지수가 사업장의 사고 발생 위험성을 계산하는 데 적합하다는 것을 파악하였다.

화학공장 내 화학사고 예방을 위한 위험지수 개발에 관한 연구

류자현 고려대학교 대학원 2017 국내석사

유해화학물질을 생산, 취급 또는 저장하는 과정에서 누출, 화재, 폭발사고가 발생할 경우 이를 화학사고라 칭하고 있으며 국내 화학사고가 증가하는 추세에서 화학사고를 예방하기 위하여 화학사고 분석과 위험관리에 대한 연구는 지속적으로 이루어져 왔다. 국내 화학사고 분석에 대한 연구로는 주로 이전의 화학사고 자료를 사용하여 사고발생 특성을 분석하는 연구가 있고 위험관리에 관한 연구로는 위험도를 표현하는 시스템 개발 연구가 대부분이다. 화학공장에서 위험관리를 위해서는 위험을 수치화하여 평가할 수 있는데 위험을 수치화하는 방법에는 위험지수, 개인 위험, 사회적 위험의 형태로 구분된다. 위험지수는 단일 값을 산출하여 위험을 수치화하며 다른 수치화 방법과 비교해 볼 때 위험지수는 단순하고 빠르게 위험을 평가하므로 주로 화학공장 내에서 발생할 수 있는 화재, 폭발 그리고 누출 등의 화학사고를 예방하기 위한 목적으로 사용된다. 그러나 우리나라에서는 화학공장에서의 화학사고 예방 목적을 가지는 위험지수에 관한 연구는 미흡하며 진행된 연구는 주로 기존에 외국에서 개발된 위험지수를 이용하여 국내 실정에 맞게 변경하거나 그대로 사용하고 있기 때문에 이를 위한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 위험지수를 개발하여 유해화학물질 또는 위험물로 발생할 수 있는 화재, 폭발, 또는 누출로 인한 화학사고를 예방하고 대응하기 위해 간편하고 빠른 위험평가로 효율적인 위험관리를 수행하여 궁극적으로 화학사고 발생률 감소에 기여하고자 하였다. 위험지수 산정을 위한 연구대상물질로는 화학공장 내 사고예방, 위험관리방법 제시인 본 연구의 목적에 따라 「화학물질관리법」제 39조에 따른 사고대비물질로 선정하여 계산하고자 하였고 기 개발된 위험지수 문헌 분석을 통해 문헌 상 위험지수 도출 수식에 고려된 변수들을 추출하여 전체 참고문헌에서의 변수의 사용 빈도를 바탕으로 심각도와 발생가능성에 해당하는 구성변수를 도출하였다. 세부지수에 대한 구성변수를 점수화하기 위해 1-5점을 부여하여 기 개발된 위험지수의 점수화 방법을 사용하거나 우선순위선정기법 등을 활용하여 이를 지수산정에 적용하였다. 구성변수의 가중치 산정을 위해 계층화 분석과정의 실행 단계를 바탕으로 위험지수를 이루는 두 요소인 발생가능성과 심각도를 분석과정 목표로 설정하여 계층 각 단계의 요소를 비교하면서 이원비교행렬표를 작성하여 계층요소에 대한 설문지를 개발하고, 10명의 전문가에게 배포하여 MS Exel 코딩작업을 거쳐 통계 처리하였다. 가중치 도출 결과 심각도 구성변수에서는 급성독성, 폭발성, 인화성 순으로 가중치가 높았고 발생가능성에 대해서는 사고이력과 취급량에서 높은 가중치 값이 도출되었다. 이를 반영한 위험지수 수식에 69종의 사고대비물질을 적용하여 위험도를 계산한 결과 위험 상위 물질로는 암모니아, 산화에틸렌, 톨루엔, 질산 순으로 나타났다. 본 연구에서 개발한 위험지수를 사고대비물질 69종에 대해 적용하였을 때 최근 발생한 사고에서 빈도가 높은 물질이 모두 위험지수 도출 결과 상위 20위 내로 계산되었다. 또한 위험을 수치화한 값에 대해 등급을 나누어 해당 유해화학물질에 대한 위험도를 평가하여 관리할 수 있는 방안을 제시하였다. 따라서 본 연구에서는 화학공장 내에서의 위험관리 관점에서 화학사고 예방을 위한 목적을 가진 위험지수를 개발하여 초기위험관리 도구를 제시하고자 한다.

엑셀 기반 화학물질 규제대상 판단 프로그램 개발

성해준 울산대학교 산업대학원 2021 국내석사

우리나라 화학물질 관련 법규에는 산업안전보건법, 위험물안전관리법, 고압가스안전관리법, 화학물질관리법, 화학물질 평가에 관한 법, 물환경보전법, 대기환경보전법 등 다양한 법령이 제정되어 운영되고 있다. 안전·보건·환경 실무자들은 사업장에서 취급 및 저장하는 화학물질에 대해 법적 규제 여부를 우선적으로 판단해야 하며, 법령에 따라 인허가 및 안전·보건·환경 시설 기준을 준수해야 한다. 법규 준수를 하지 못하게 될 경우 행정처분과 사법처분이 따르게 되므로 화학물질 법적 규제 판단 업무는 중요한 업무이다. 일반적으로 화학물질을 취급하는 사업장에서 사용중인 화학물질의 종류는 수십에서 수천 종에 달하며 이를 수작업으로 판단하기는 어려우면서 비효율적인 작업이다. 따라서, 본 연구에서는 화학물질 규제 판단을 편리하고 정확하게 할 수 있는 프로그램 개발에 목적을 두고 연구한다. 프로그램 개발 연구은 크게 두 가지로 구성된다. 첫 번째 연구는 화학물질과 관련된 법령과 학술 문헌을 분석하여 화학물질 database가 구축된다. 정부기관에서 제공하는 자료와 안전·보건·환경 분야의 연구 논문 자료를 검색 및 취합하여 database를 구축한다. 두 번째 연구는 사용자들에 대한 요구 조건을 파악한 다음 프로그램에 반영하여 개발한다. 정부기관에서 제공하는 프로그램은 한번에 화학물질(CAS No; Chemical Abstract Service Register Number) 한 개씩만 검색이 가능한 제약이 있으나, 본 연구에서 개발된 프로그램은 화학물질과 함량기준을 대량으로 판단할 수 있는 프로그램 개발에 초점을 두었다. 본 연구를 통해 개발된 엑셀 기반 규제대상 화학물질 분석 프로그램은 공장, 학교, 병원, 판매업 등 화학물질 법규를 준수하는 기업과 기관에서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

PRTR 자료를 활용한 트리클로로에틸렌의 위해도 결정

강민지 아주대학교 2020 국내석사

우리나라 화학산업은 세계5위 규모의 최대 수출 분야 중 하나로 국내 화학산업의 규모는 전체 제조업의 14%를 차지하고 있다(KPIA, 2019). 하지만 급격한 발달 과정에서 많은 공업단지가 조성되었고 다양한 대기오염물질이 환경으로 배출되면서 화학물질로 인한 주변지역과 인명에 대한 피해 우려도 커지고 있는 실정이다. 1999년부터 실시하고 있는 화학물질 배출량 조사(PRTR, Pollutant Release and Transfer Registers)는 이러한 우려 속에 화학물질 배출로부터 국민의 건강과 환경을 보호하고 사업장의 자발적인 화학물질 배출의 저감을 유도하기 위해 도입된 제도이다. ‘화학물질 배출량 조사’란 화학물질을 제조 및 사용하는 업체에서 화학물질이 대기, 수계, 토양 등의 환경으로 배출되거나, 폐수, 폐기물로 이동된 양을 파악하여 환경부에 보고하고, 환경부는 보고된 자료를 취합하여 관련 자료를 업체와 국민에게 공개하는 제도를 말한다. 화학물질 배출량 조사 및 자발적 협약을 통해 화학물질 배출저감을 위한 노력을 하고 있으나, 관련 산업의 규모는 점점 커지고 있어, 대규모 산업단지를 중심으로 발생하는 발암물질의 양은 점점 늘어나고 있다. 발암물질 등 유해성 높은 화학물질의 배출은 주민 건강권에 직접 영향을 미치는 사안으로 환경보건에 대한 국민적 관심 증대와 함께 지속적으로 이슈화되고 있다. 2016년도 화학물질 배출량 조사결과 보고서에 따르면 트리클로로에틸렌은 651.045톤을 배출하여 1급 발암물질 중 가장 많은 배출량을 차지하였다. 트리클로로에틸렌은 1908년 상업적으로 합성된 이후 뛰어난 탈지작용으로 인해 사용량의 80% 가량이 자동차 산업, 금속 산업에서 금속부품의 탈지(degreasing) 용매로 활용되어 왔으며 그 외에도 희석제, 세척제로도 사용되고 있다(KIHA, 2014). 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)에서는 인체의 신장세포암에 대하여 트리클로로에틸렌을 발암물질로 구분(1그룹)하고 있으며, 최근 위험성이 발견되면서 대기업의 경우 대체물질로 바꾸고 있으나, 국내 유통도 꾸준히 이루어지고 있는 상황이다.(임성국, 2014) 본 논문은 1급 발암물질로 널리 알려진 트리클로로에틸렌에 대해 화학물질 배출량(PRTR) 자료를 기반으로 위해성에 관한 자료 작성 시 활용되는 한국형 다매체 동태모형(Simple Box Korea)를 활용하여 최근 5년간 대기 중 트리클로로에틸렌의 농도를 예측하고 노출량을 산정하여 위해성평가를 실시하여 위해도를 결정하였다. 그 결과 비발암 또는 발암 위해도 결정비가 규제 기준을 초과하는 지역을 확인하였다. 즉, 화학물질이 실제적으로 인체에 영향을 미치는 가는 명확하게 확인할 수 있는 것은 단순한 배출량 결과가 아닌 위해도 결정이라는 사실을 확인할 수 있었다.

바닐린 유도체를 가지는 형광과 색변화 화학센서의 합성과 응용

김민선 서울과학기술대학교 대학원 2019 국내석사

선택적이고 민감한 화학센서는 생물학적 그리고 환경적으로 매우 중요한 금속이온과 아미노산들을 인지할 수 있기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 화학센서의 다양한 방법 중, 형광과 색변화 기술이 두드러지게 보여지고, 그것들은 높은 민감도, 저렴한 비용 그리고 상대적으로 단순한 처리과정으로 인하여 널리 사용되어질 수 있다. 따라서, 우리는 가치있는 화학센서들을 개발하기 위해 상당한 노력을 수행해왔고, 전자 주개 그룹을 가진 바닐린 유도체를 가지는 새로운 화학센서를 보고했다. 바닐린 유도체를 가진 화학센서들은 합성되었고, NMR, 원소분석, FT-IR, ESI-Mass 분광기에 의해 성질을 증명하였다. MK-1은 아연과 구리 이온을 검출하기 위해 합성되어졌다. 이 센서는 수용액 상에서 형광 증가를 통해 아연이온을 선택적으로 검출하였다. 11.9 μM의 검출 한계를 가지며, 살아있는 세포에서 아연이온 검출에 성공하였다. 또한, 이 센서는 구리이온을 무색에서 분홍색으로의 색변화를 통해 검출한다. 추가적으로, 육안으로 관찰할 수 있는 종이 키트를 이용해 구리이온을 쉽게 검출하였다. 그리고 구리이온과 아연이온의 검출 메커니즘은 계산화학을 통해 증명하였다. MK-2는 구리이온과 그 착물을 이용한 글루타티온을 색변화로 검출하기 위해 합성되어졌다. 이 센서는 무색에서 노란색으로의 색변화를 통해 구리이온을 검출한다. 중요하게도 0.14 μM의 매우 낮은 검출한계를 가지기 때문에 음용수와 수돗물에서 구리이온을 효과적으로 검출하였다. 또한, 구리 착물은 글루타티온을 선택적으로 검출하며 노란색에서 무색으로의 변화를 보여주었다. 이것은 구리이온과 글루타티온이 결합하면서 원래의 리간드 상태로 돌아오는 것을 통해 글루타티온을 선택적으로 검출할 수 있음을 보였다. Development of chemosensors with high sensitivity and selectivity has received great interest because they can sense environmentally and biologically vital metal ions and amino acids. In this study, among the various methods of chemosensors, the technique using colorimetric and fluorescence appeared to be the most appealing, which could be widely used due to their high sensitivity, low cost and relatively simple handling. Therefore, we have carried out significant efforts to develop valuable chemosensors, and reported new chemosensors based on vanillin derivative including electron donating group. Chemosensors were synthesized and characterized by elemental analysis, 1H NMR, ESI-mass spectrometry, 13C NMR, and FT-IR. MK-1, as a novel Schiff base chemosensor, have been designed and synthesized. MK-1 showed a particular selectivity to Zn2+ through fluorescence response, which could sense Zn2+ with the detection limit (11.9 μM) in aqueous solution. Importantly, MK-1 could be used to image zinc ion in live cells. Detection mechanism of zinc ion by MK-1 was suggested to be an effect of CHEF (chelation-enhanced fluorescence) by theoretical calculations. Moreover, MK-1 could detect Cu2+ with a change of color from clear to pink. The selective sensing mechanism of copper ion by MK-1 was demonstrated to be the promotion of ICT (intramolecular charge transfer) band by theoretical calculations. Additionally, MK-1 could be operated as a naked-eye colorimetric test kit for Cu2+. MK-2, as a new sensitive and selective colorimetric chemosensor, was developed for the sequential detection of Copper ion and glutathione (GSH) in aqueous solution. MK-2 detected Cu2+ ion by an obvious color change from colorless to pale yellow. Importantly, the sensor could be used to detect and quantify Cu2+ ion in water samples, and the detection limit (0.14 μM) for Cu2+ was even lower than the WHO guideline (31.5 μM) in drinking water. Also, Cu2+-2·(MK-2) complex could be applied as a colorimetric chemosensor for glutathione via naked-eye. The detection limit for glutathione was founded to be 2.98 μM. Moreover, the sensing ability of MK-2 for Cu2+ was supported by theoretical calculations.

자극을 받는 펄스-짝지음 들뜸 화학 계의 동력학 연구

이일희 연세대학교 대학원 2001 국내박사

맥박 조정 세포(pacemaker cell)이나 뉴런과 같은 생물학적 진동자들은 서로 짝지어져 망을 이루며 이들은 집합적 행동은 펄스-짝지음 진동자를 통해 잘 묘사되는 것으로 알려져 있다. 펄스-짝지음 진동자들은 역치에 도달했을 때 펄스를 발생시키며 아주 짧은 시간 내에 서로 상호 작용하게 된다. 비선형 화학계는 그 보편적이며 생물계와의 유사한 특성 때문에 생명계에 대한 원형(prototype) 모델로써 사용되어 왔다. 들뜸 화학계는 생물학적 뉴런과 그 들뜸 현상에 있어 매우 유사한 특성을 가지고 있다. 그러나 들뜸 화학계는 진동성을 가지고 있지 않기 때문에 펄스-짝지음 진동자로 사용될 수는 없었다. 본 연구에서는 들뜸 화학계에 지속적인 섭동을 가함으로써 진동성과 들뜸성 모두를 가지는 들뜸 화학 진동자를 구성하였으며 펄스-짝지음 들뜸 화학 진동자들의 동력학을 조사하였다. 들뜸 화학 계의 모델로써 amplified Oregonator를 사용하였다. Amplified Oregonator는 외부로부터 지속적으로 섭동을 가할 경우 주기적으로 들뜸이 일어나며 이로써 진동성을 획득한다. 들뜸 화학 진동자의 진동 주기는 지속적 섭동과 간단한 관계를 보이는 것으로 나타났다. 들뜸 화학 진동자의 특성을 알아보기 위해 주기적인 펄스 형태의 추가적인 섭동을 가함으로써 자극 받는 계를 구성하였으며 그 동력학을 조사하였다. 자극 받는 들뜸 화학 진동자가 보여주는 공명도표는 화학 진동자의 그것과 같은 구조를 가지는데 이로써 들뜸 화학 진동자가 가지는 진동성의 화학진동자와의 유사성을 확인 할 수 있었다. 다만 그 구조의 대칭성에 있어서는 다른 점을 보이는데 그것은 자극이 들뜸 화학 진동자에 대해 여기적 효과만을 가지기 때문이다. 짝지음 계는 두 들뜸 화학진동자를 서로 짝지음으로써 이루어지며 짝지음은 선택적인 선형 확산 형태로 이루어진다. 짝지음 계는 다양한 상고정(phase-locking)을 넓은 범위의 매개 변수에 대해 보여 준다. 공명 도표상의 각 상고정 모드에 대응하는 영역들은 띠 형태를 가지며 짝지음 강도가 커질수록 조밀해지는 경향을 가지고 있다. 이와 같은 공명 도표의 구조는 들뜸 진동자의 특성과 짝지음이 가지는 효과를 통해 이해 할 수 있다. It is known that the biological oscillators such as pacemakers and synchronized neural oscillators are coupled to establish their networks, and such collective behaviors from the networks can be described in terms of pulse-coupled oscillators. The pulse-coupled oscillators provide a pulse when they reach a certain threshold value and the fast pulse induces the interaction among the pulse-coupled oscillators in a short period of time. Nonlinear chemical systems have been used as a prototype model for living systems since they show dynamical behaviors which are universal and similar to biological systems. Excitable chemical systems exhibit very similar features to neurobiological neurons. However the excitable chemical systems have no rhythmicity and therefore cannot be used as a element of pulse-coupled oscillator. In the present work, an excitable chemical oscillator which possesses both of excitability and rhythmicity is constructed by applying continuous perturbation to the excitable chemical system. The dynamics of pulse-coupled excitable chemical oscillators is investigated. The amplified Oregonator is used as a model for the excitable chemical oscillator. The amplified Oregonator gives pulses(excitation) periodically when continuous perturbation is applied, and obtains rhythmicity from the continuous forcing. The period of the excitable chemical oscillator shows simple relationship with the strength of the continuous perturbation. To investigate the features of excitable chemical oscillator, the dynamics of the oscillator forced periodically by additional pulse-like perturbation is studied. The forced excitable chemical oscillator exhibits a resonance diagram which has same structure as one of chemical oscillators forced periodically. It is found that the excitable chemical oscillator has rhythmicity similar to the chemical oscillators. But the resonance diagram lacks symmetry of the structure of the chemical oscillators because the perturbation has only excitatory effect. The coupled excitable chemical oscillators are constructed by coupling two excitable chemical oscillators The coupling between the excitable oscillators is accomplished by the selective linear diffusion. The coupled systems show various phase-locking in broad range of parameters. It is found that regimes corresponding to each phase-locking mode in the resonance diagram are band-shaped and tends to accumulate as the coupling strength increase. The structure of the resonance diagram can be described by the features of the excitable chemical oscillator and the effect of coupling between them.

화학물질 관리현황 및 인식도 조사에 관한 연구-수입업체 중심으로-

최병길 고려대학교 대학원 2016 국내석사

2011년 가습기 살균제 사고, 2012년 구미 불화수소 누출사고 등에 따라 정부에서는 화학 사고를 예방하기 위해 기존 ‘유해화학물질관리법’을 전면 제·개정하여 2015년 1월부터 ‘화평법’, ‘화관법’을 시행하게 되었다. 다양한 화학물질을 수입하여 제조업에 공급하고 있는 중소규모 수입업체 60개 사업장을 대상으로 화학물질 관리현황(30개 사업장) 및 인식도 설문조사(43개 사업장)를 실시하여 화학물질 규제에 대한 지원방안을 제시하고자 하였다. 화학물질 관리현황 조사 결과 ‘화평법’ 규제대상은 등록대상 기존화학물질 172개, 신규화학물질 253개를 수입하고 있었다. 그 중 위해우려제품에 해당하는 생활화학제품은 ‘세정 및 세척제’ 19종, ‘표백제’ 5종, ‘접착제·결합제’ 142종 이었다. ‘화관법’의 규제대상 유해화학물질 수입현황은 유독물질 215개, 제한물질 8개, 금지물질 26개, 사고대비물질 22개 물질을 수입하고 있었다. 이들 중소규모 수입업체에서는 ‘화평법’, ‘화관법’ 의 ‘화학물질 등록’, ‘화학물질 보고’, ‘유해화학물질 함유제품 신고’ 등의 법규를 이행하는데 있어 전문 인력 부족, 정보 부족 등으로 나타나 전문성 확보를 위한 실무위주의 맞춤형 교육 및 환경부 등 관련기관(화학물질관리협회)의 업무지원 컨설팅이 필요한 것으로 나타났다.

고효율 과산화수소 및 수소 생산을 위한 비스무스 바나데이트 소재의 나노구조체 디자인 및 특성 향상 연구

김빛나 아주대학교 대학원 2019 국내석사

대부분의 많은 화학 물질들은 화석 연료를 에너지 자원을 바탕으로 생산되며 다양한 분야에 사용되고 있다. 그 중, high-value-added chemicals이 소량으로 상품의 품질을 높일 수 있어 여러 산업 분야에 적용되면서 이에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 그러나 제한된 화석 연료의 양과 그를 에너지 자원으로 이용하면서 발생하는 기후 문제, 유독성 부산물 등 환경적인 문제점과 또한 대두되고 있다. 하지만 꾸준히 증가하는 여러 화학 물질들의 수요를 채우기 위해, 지속가능한 신재생 에너지 자원을 이용한 high-value-added chemicals 합성 연구가 진행되고 있다. 이러한 신재생 에너지 자원을 이용하여 수소와 과산화수소를 만드는 방법 중 하나로 전기화학적 (Electrochemical, EC), 광전기화학적 방법 (Photoelectrochemical, PEC) method가 가장 이상적인 기술 중 하나로 떠오르고 있다. EC / PEC method는 산화극 (anode)과 환원극 (cathode)과 전해질로 구성된 cell에서 화학 물질을 생산하는 방법이다. 전압 혹은 태양빛을 cell 에 공급하여 전자/정공 쌍을 생성하고, 이들이 각각의 전극 (electrode)로 이동하여 산화/환원 반응을 통해 high-value-chemicals을 생산한다. EC / PEC method에 공통적으로 사용되는 산화극 소재로 산화물 반도체 물질이 주로 연구되고 있으며, 그 중 단사정계 (monoclinic) 비스무스 바나데이트 (Bismuth Vanadate, BiVO4)가 과산화수소/수소 생산에 적합한 밴드 준위를 가지고 있어 이를 이용한 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 용액공정인 Chemical Bath Deposition (CBD)을 통해 BiVO4 를 합성하고, CBD 변수 조절을 통해 BiVO4 전극의 두께, 모양, exposed facet, 후열처리 등 조건을 설정하였다. 각 변수 조절을 통해 각 high-value-added chemicals인 과산화수소/수소 생산에 필요한 최적의 조건을 설정하고 확인하였다. 과산화수소 생산의 경우, 전기화학적 반응이 노출된 결정면 (exposed facet) 에 따라 박막/전해질 계면에서의 화학적 반응을 엔지니어링하여 최종 과산화수소 생산량을 조절 할 수 있음을 밝혔다. 그리고 수소 생산의 경우, BiVO4 물질의 낮은 전하 이동도 (mobility)를 극복하기 위해 CBD를 통해 만들어진 박막을 후열처리 공정으로 bulky crystalline 박막으로 만들어 전하의 이동 (transport) 을 유리하게 디자인하였다. 본 연구는 CBD 를 통해 각각 high-value-added chemicals의 생산에 맞게 디자인 된 나노구조체 BiVO4 산화극은 기존에 많이 연구된 솔젤 (sol-gel) BiVO4 산화극과 성능을 비교했고, 맞춤형 디자인이 궁극적인 high-value-added chemicals 생산에 유리함을 증명하였다.