수경재배를 위한 순환 전압전류법 기반의 인산염 농도 측정 기술

김용현 ( Yong-hyun Kim ),강민석 ( Minseok Gang ),김주신 ( Jooshin Kim ),김학진 ( Hak-jin Kim ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

토양재배 방식에서 벗어나 생장에 필요한 양분이 포함된 양액 기반의 수경재배는 작물의 생산성을 높일 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 수경재배 시 방출되는 폐양액은 다량의 비료가 포함되어 있어서 인근 하천이나 토양을 오염시킬 수 있다. 특히, 인산염은 식물 생장에 필수적이지만 하천과 호수의 부영양화를 초래하는 주요 원인이다. 만약 수경재배 양액 내의 인산염 농도를 정밀하게 측정할 수 있다면, 양액 사용의 효율성을 높이고 폐양액 내의 인산염 농도를 줄일 수 있다. 기존의 코발트 전극을 활용한 기전력 측정 방식의 인산염 농도 측정은 시간이 지남에 따라 신호 수집의 안정성이 떨어지는 등의 짧은 수명이 문제가 되었다. 본 연구에서는 코발트 전극과 정전위기 (potentiostat)을 활용하여 순환 전압전류법 (Cyclic Voltammetry) 방식으로 양액 내 인산염 농도를 측정하였다. 정전위기는 μStat-i 400s (Metrohm DropSens)을 사용했고, DropView 8400 프로그램을 통해 순환 전압 전류법으로 신호를 수집하였다. 측정 시료는 호글란드 (Hoagland) 양액 1배액 기반으로 10-⁴~10-²M NH₄H₂PO₄ 5개를 사용하였다. 시료 하나에 대하여 3번 측정한 결과 중 피크 전류의 평균값으로 검량식 (calibration curve)를 생성하였다. 그리고 미지 시료에 대한 인산염 농도 측정을 위해 이점정규화가 사용되었다. 이때 사용된 용액의 인산염 농도는 약 10, 100 ppm (mg/L)였고, 미지 시료는 10~100 ppm 사이의 농도였다. 측정 결과는 표준 분석실 결과와의 비교를 통해 측정 성능과 수명을 평가하였다. 검량식은 Y=-237.6log₁₀X-1806.7(μA)였고, 결정계수 (R²)는 0.98이었다.

폴리이미드와 인지질 혼합물의 나노 Langmuir-Blodgett막의 전기화학적 특성에 관한 연구

박근호 한국유화학회 2012 한국응용과학기술학회지 Vol.29 No.3

우리는 순환전압전류법에 의한 폴리이미드와 인지질혼합 나노LB 필름에 대한 전기화학적 특성을 조사하였다. polyamic acid와 인지질 단분자 LB막은 ITO glass에 Langmuir-Blodgett법을 사용하여 제막하였다. 전기화학적 특성은 KClO4 용액에서 3 전극 시스템 (Ag/AgCl 기준전극, 백금선 카운터 전극 및 LB 필름이 코팅된 ITO 작업 전극)으로 순환전압전류법을 사용하여 측정하였다. 측정 범위는 연속적으로 1650 mV로 산화시키고, 초기전위인 -1350 mV로 환원시켰다. 주사속도는 각각 50, 100, 150, 200 및 250 mV/s였다. 그 결과 polyamic acid와 인지질 혼합물의 LB 필름은 순환전압전류도표로부터 환원전류로 인한 비가역공정으로 나타났다. Polyamic acid와 인지질혼합 LB막에서 확산계수(D)효과는 LAPC를 사용한 경우가 LLPC를 사용한 것 보다 확산계수 값이 적었다. We investigated an electrochemical properties for Langmuir-Blodgett (LB) nano-films of polyimide and phospholipid mixture. LB films of polyamic acid and phospholipid monolayer were deposited by the Langmuir-Blodgett method on the indium tin oxide(ITO) glass. The electrochemical properties measured by cyclic voltammetry with three-electrode system(an Ag/AgCl reference electrode, a platinum wire counter electrode and LB film-coated ITO working electrode) in KClO4 solution. The current of reduction and oxidation range was measured from 1650 mV to -1350 mV, continuously. The scan rates were 50, 100, 150, 200 and 250 mV/s, respectively. As a result, monolayer LB films of polyamic acid and phospholipid mixture was appeared on irreversible process caused by the reduction current from the cyclic voltammogram. Diffusion coefficient (D) effect in the polyamic acid and phospholipid mixture was used in the LAPC with LLPC fewer than the diffusion coefficient values.

인지질 화합물의 나노 Langmuir-Blodgett막의 전기화학적 특성에 관한 연구

정아진 ( A Jin Jung ),박근호 ( Keun Ho Park ) 한국유화학회 2012 한국응용과학기술학회지 Vol.29 No.2

우리는 순환전압전류법에 의한 LB 필름에 대한 전기화학적 특성을 조사하였다. 인지질화합물은 ITO glass에 Langmuir-Blodgett법을 사용하여 제막하였다. 0.5, 1.0, 1.5 및 2.0 N NaClO4 용액에서 3 전극 시스템 (Ag/AgCl 기준전극, 백금선 카운터 전극 및 LB 필름이 코팅된 ITO 작업전극)으로 순환전압전류법을 사용하여 전기화학적 측정을 시도하였다. 측정 범위는 연속적으로 1650mV로 산화시키고, 초기전위인 -1350 mV로 환원시켰다. 그 결과, 인지질 화합물의 LB 필름은 순환전압전류도표로부터 오직 산화전류로 인한 비가역공정으로 나타났다. LB 필름의 확산계수(D) 효과는 인지질 화합물 양의 증가로 인하여 감소하였다. We are investigated to an electrochemical characteristic for Langmuir-Blodgett (LB) films by cyclic voltammetry method. The phospholipid compound was deposited by using the LB method on the Indium tin oxide(ITO) glass. We tried to measure the electrochemical by using cyclic voltammetry with three-electrode system(an Ag/AgCl reference electrode, a platinum wire counter electrode and LB film-coated ITO working electrode) in 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 N NaClO4 solution. A measuring range was reduced from initial potential -1350 mV, continuously oxidized to 1650 mV. As a result, LB films of the phospholipid compounds are appeared irreversible process caused by only the oxidation current from the cyclic voltammogram. The diffusivity(D) effect of LB films decreased with increasing of phospholipid compound amount.

L-${\alpha}$-Phosphatidylethanolamine 단분자층 LB막의 안정성에 관한 연구

박근호,Park, Keun-Ho 한국응용과학기술학회 2014 한국응용과학기술학회지 Vol.31 No.1

인지질(L-${\alpha}$-phosphatidylethanolamine, LAPE) 단분자층 LB막의 전기화학적 특성을 통하여 그 안정성을 순환전압전류법으로 조사하였다. LAPE 단분자층 LB막은 ITO glass에 LB법을 사용하여 제막하였다. 전기화학적특성은 0.5 N, 1.0 N, 1.5 N 및 2.0 N $KClO_4$ 용액에서 3 전극 시스템으로 순환전압전류법에 의해 측정하였다. 측정범위는 연속적으로 1650 mV로 산화시키고, 초기 전위인 -1350 mV로 환원시켰다. 주사속도는 각각 50, 100, 150, 200 및 250 mV/s로 설정하였다. 그 결과 LAPE LB막은 순환전압전류곡선으로부터 산화전류로 인한 비가역공정으로 나타났다. LAPE LB막은 전해질농도가 0.01 N, 0.05 N. 0.10 N, 0.15 N 과 0.20 N $KClO_4$ 용액에서 확산계수(D)는 각각 195, 15.9, 5.75, 1.38 및 $0.754cm^2s^{-1}{\times}10^{-9}$을 얻었다. We were investigated by cyclic voltammetry to the stability through the electrochemical characteristics of phospholipid(L-${\alpha}$-phosphatidylethanolamine, LAPE) monolayer LB films. LAPE monolayer LB films was deposited by the LB method on the indium tin oxide(ITO) glass. The electrochemical properties was measured by cyclic voltammetry with a three-electrode system in 0.5 N, 1.0 N, 1.5 N and 2.0 N $KClO_4$ solution. The measuring range is continuously oxidized to 1650 mV, with an initial potential of -1350 mV was reduced. Scanning rates of 50, 100, 150, 200, and 250 mV/s was set. As a result, LB monolayer films of LAPE was appeared on irreversible processes by the oxidation current from the cyclic voltammogram. Diffusion coefficient (D) of LAPE was calculated 195, 15.9, 5.75, 1.38 and $0.754cm^2s^{-1}{\times}10^{-9}$ at 0.01 N, 0.05 N, 0.10 N, 0.15 N and 0.20 N $KClO_4$ solutions, respectively.

미리스트산과 스테아르산 혼합 LB막의 안정성에 관한 연구

박근호(Keun Ho Park) 한국유화학회 2017 한국응용과학기술학회지 Vol.34 No.2

지방산 혼합물 단분자층 LB막의 전기화학적 특성을 통하여 그 안정성을 순환전압전류법으로 조사하였다. 지방산혼합물 LB막은 ITO glass에 LB법을 사용하여 제막하였다. 전기화학적 특성은 0.01N KClO₄ 용액에서 3 전극 시스템으로 순환전압전류법에 의해 측정하였다. 측정범위는 연속적으로 1650mV로 산화시키고, 초기 전위인 -1350 mV로 환원시켰다. 주사속도는 각각 50, 100, 150, 200 및 250mV/s로 설정하였다. 그 결과 지방산혼합물 LB막은 순환전압전류곡선으로부터 산화전류로 인한 비가역 공정으로 나타났다. 지방산혼합물 LB막은 전해질농도가 0.01 N NaClO₄ 용액에서 확산계수(D)는 각각 7.9×10⁻² cm²s⁻¹을 얻었다. We were investigated by cyclic voltammetry to the stability through the electrochemical characteristics of Langmuir-Blodgett films mixed with myristic acid and stearic acid. Fatty acid mixture monolayer LB films was deposited by the LB method on the indium tin oxide(ITO) glass. The electrochemical properties was measured by cyclic voltammetry with a three-electrode system in 0.01 N NaClO₄ solution. The measuring range is continuously oxidized to 1650 mV, with an initial potential of -1350 mV was reduced. Scanning rates of 50, 100, 150, 200, and 250 mV/s was set. As a result, LB monolayer films of fatty acid mixture was appeared on irreversible processes by the oxidation current from the cyclic voltammogram. Diffusion coefficient (D) of fatty acid mixture was calculated 7.9×10⁻² cm²s⁻¹ at 0.01 N NaClO₄ solution.

포화지방산 단분자층 LB막의 안정성에 관한 연구

박근호 한국유화학회 2014 한국응용과학기술학회지 Vol.31 No.3

포화지방산(C12, C14, C16, C18) 단분자층 LB막의 전기화학적 특성을 통하여 그 안정성을 순환전압전류법으로 조사하였다. 포화지방산 단분자층 LB막은 ITO glass에 LB법을 사용하여 제막하였 다. 전기화학적 특성은 0.1 N NaClO4 용액에서 3 전극 시스템으로 순환전압전류법에 의해 측정하였다. 측정범위는 연속적으로 1650 mV로 산화시키고, 초기 전위인 -1350 mV로 환원시켰다. 주사속도는 각 각 50, 100, 150, 200 및 250 mV/s로 설정하였다. 그 결과 포화지방산 LB막은 순환전압전류곡선으로 부터 산화전류로 인한 비가역공정으로 나타났다. 포화지방산 LB막의 확산계수(D)를 산출한 결과 각각 라우르산, 2.223x10-3 cm2/s, 미리스트산, 2.461x10-4 cm2/s, 팔미트산, 7.114x10-4 cm2/s 및 스테아르 산, 2.371x10-4을 얻었다. We were investigated the stability through the electrochemical characteristics of saturated fatty acid(C12, C14, C16, C18) monolayer LB films by cyclic voltammetry. Saturated fatty acid monolayer LB films was deposited on the indium tin oxide(ITO) glass by the LB method. The electrochemical properties were measured by cyclic voltammetry with a three-electrode system in 0.1 N NaClO4 solution. The measuring range was continuously oxidized to 1650 mV, with an initial potential of -1350 mV was reduced. Scanning rates of 50, 100, 150, 200, and 250 mV/s were set. As a result, LB monolayer films of saturated fatty acid were appeared on irreversible processes by the oxidation current from the cyclic voltammogram. Diffusion coefficient(D) of saturated fatty acid(C12, C14, C16, and C18) was calculated 22.231, 2.461, 7.114 and 2.371 (cm2s-1×10-4) in 0.1 N NaClO4 solution, respectively..

암모니아 산화용 DSA (Dimensionally Stable Anodes) 제작에서의 전구체 분산용 용매 영향 연구

전다래,박대원 대한환경공학회 2022 대한환경공학회지 Vol.44 No.9

Objectives: An economical DSA that can be used for a longer period of time and reduce the amount of precious Ru metal required in preparing the electrode was tried to be developed by using an ionic liquid instead of the alcohols as a solvent for electrode catalyst coating when preparing the DSA and comparing the performance. Methods: 1, 2 and 3 ㎎/㎠ RuO2 electrodes were prepared using butanol and imidazolium-based ionic liquid (HMIM)HSO4 as a solvent for electrode coating. To optimize conditions, the electrodes prepared using butanol and ionic liquid were compared by evaluating physical and electrochemical properties. SEM-EDS and XRD were used for evaluating physicochemical properties and Cyclic Voltammetry was used for electrochemical properties. Results and Discussion: Through SEM-EDS can find an easily different point in the coating of Solvent for Electrodes. In XRD, the Butanol solvent electrode’s crystallinity is smaller than the Ionic liquid. Butanol solvent electrode’s average crystallinity is 69.9%, Ionic liquid electrode’s average crystallinity is 73.3%. The accelerated Lifetime tests in 0.5 M H2SO4 and applying 1 A/㎠ showed that Ionic liquid 1 ㎎/㎠ RuO2 maintained its potential for 16 hours, and the latest is about 201 hours, Butanol solvent 3 ㎎/㎠ RuO2. Calculated for Voltammetric charge values by Cyclic Voltammetry, Butanol electrodes gain the higher values. Conclusions: The smaller the crystallinity of the electrode, the longer the lifespan of the electrode, the greater the number of active sites on the electrode surface, the better the electrochemical reactivity, and it can be confirmed in a large area on the cyclic voltammetry graph. 목적: DSA 전극 제조시 전극 촉매 코팅을 위한 용매로 기존의 알코올류 대신 이온성 용액을 이용하여 전극을 제작하고 성능을 비교함으로써 소요되는 Ru 귀금속 양을 줄이고 보다 오래 사용 할 수 있는 경제성 있는 DSA 전극을 개발하고자 하였다. 방법: 기존의 부탄올과 imidazolium 계열의 이온성 용액 (HMIM)HSO4을 전극의 코팅을 위한 용매로 하여 각 1, 2, 3 ㎎/㎠ RuO2 전극을 제작하여 물리화학적 성능 비교와 전기화학적 성능 비교를 통해 최적의 조건을 도출하였다. SEM-EDS, XRD 를 통해 표면분석, 결정화도를 비교하였고 0.5 M H2SO4를 전해질로 가속수명시험을 통해 전극의 수명을 비교하고자 하였다. 또한 순환전압전류법 (Cyclic Voltammetry; CV)을 시행하여 전기화학적 활성을 비교하였다. 결과 및 토의: 가속수명시험 전, 후 SEM-EDS 를 측정을 통해 용매에 따른 차이가 있지만 모든 전극에서 가속수명시험 전 표면에 있었던 크랙이 시험 후 코팅된 Ru의 탈착으로 전극의 모체가 드러난 것을 확인하였다. XRD 분석을 통해 부탄올 전극의 평균 결정화도는 69.9% 이온성 용액 이용 전극은 73.3%로 용매 물질로 인한 전극의 결정화도의 차이를 확인하였다. 용매별 1, 2, 3 ㎎/㎠ RuO2 전극을 대상으로 가속수명시험을 통해 이온성 용액을 이용하여 제작한 전극 1 ㎎/㎠ RuO2 이 16시간 만에 종료되어 가장 짧았고, 부탄올 이용하여 제작한 전극 3 ㎎/㎠ RuO2 이 201 시간에 종료되어 가장 긴 수명을 보였다. 순환전압전류법을 통해 부탄올 이용 제작한 전극의 활성 면적이 이온성 용액 이용 제작한 전극보다 더 넓은 것을 확인하였다. 결론: 전극의 결정화도가 작을수록 전극의 수명이 길고, 전극 표면의 Active site 가 상대적으로 많아져 전기화학적 반응성이 좋고, 순환전압전류 그래프의 넓은 면적으로 확인이 가능하다.

순환 전압전류법 타입의 MEMS 수질센서 칩

김정호(Jeongho Kim),강현성(Hyungsung Kang),임시형(Si-Hyung Lim) 대한기계학회 2014 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2014 No.11

Sphingomyelin과 Polyamic Acid의 농도 변화에 대한 단분자 LB막의 전기화학적 특성에 관한 연구

박근호 한국유화학회 2013 한국응용과학기술학회지 Vol.30 No.4

순환전압전류법에 의한 인지질(sphingomyelin, SP)과 polyamic acid(PAA) 혼합물의 농도(몰비 1:1, 2:1 및 3:1)를 변화시켜 혼합단분자 LB막에 대한 전기화학적 특성을 조사하였다. SP과 PAA 혼합물의 단분자 LB막은 ITO glass에 LB법을 사용하여 제막하였다. 전기화학적 특성은 KClO₄ 용액에서 3 전극 시스템으로 측정하였다. 측정 범위는 연속적으로 1650 mV로 산화시키고, 초기 전위인 -1350 mV로 환원시켰다. 주사속도는 각각 50∼250 mV/s로 설정하였다. 그 결과 SP와 PAA 혼합물의 LB막은 순환전압전류도표로부터 환원전류로 인한 비가역공정으로 나타났다. 혼합물 LB막의 혼합(SP:PAA) 몰비가 1:1, 2:1 및 3:1에서 확산계수(D)는 각각 2.670x10-5, 3.562x10-5 및 1.005x10-5 cm²s-¹을 얻었다. We investigated an electrochemical properties for Langmuir-Blodgett (LB) monolayer films of sphingomyelin(SP) and polyamic acid(PAA) mixture(1:1, 2:1 and 3:1 molar ratio). LB monolayer films of mixture was deposited by the LB method on the indium tin oxide(ITO) glass. The electrochemical properties measured by cyclic voltammetry with three-electrode system in 0.1N KClO₄ solution. As a result, LB monolayer films of SP and PAA mixture was appeared on irreversible process caused by the reduction current from the cyclic voltammogram. Diffusion coefficient(D) in the SP and PAA mixture was calculated 2.670x10-5, 3.562x10-5 and 1.005x10-5 cm2s-1 at 1:1, 2:1 and 3:1 molar ratio, respectively.

인지질(Sphingomyelin)과 Polyamic Acid 혼합물의 단분자 LB막의 전기화학적 특성에 관한 연구

박근호 ( Keun Ho Park ) 한국유화학회 2013 한국응용과학기술학회지 Vol.30 No.1

우리는 순환전압전류법에 의한 인지질(sphingomyelin)과 polyamic acid 혼합물의 단분자 LB 막에 대한 전기화학적 특성을 조사하였다. Sphingomyelin과 polyamic acid 혼합물의 단분자 LB막은 ITO glass에 LB법을 사용하여 제막하였다. 전기화학적 특성은 KClO4 용액에서 3 전극 시스템으로 측정 하였다. 측정 범위는 연속적으로 1650 mV로 산화시키고, 초기 전위인 -1350 mV로 환원시켰다. 주사 속도는 각각 50, 100, 150, 200 및 250 mV/s로 설정하였다. 그 결과 sphingomyelin과 polyamic acid 혼합물의 LB막은 순환전압전류도표로부터 환원전류로 인한 비가역공정으로 나타났다. Sphingomyelin과 polyamic acid 혼합물 LB막에서 전해질농도가 0.1N과 0.2N에서 확산계수(D)는 각각 (2.67㎠s-1)×105과 (5.23㎠s-1)×106을 얻었다. We investigated an electrochemical properties for Langmuir-Blodgett (LB) monolayer films of sphingomyelin and polyamic acid(1:1 molar ratio) mixture. LB monolayer films of mixture was deposited by the LB method on the indium tin oxide(ITO) glass. The electrochemical properties measured by cyclic voltammetry with three-electrode system in KClO4 solution. The current of reduction and oxidation range was measured from 1650 mV to -1350 mV, continuously. The scan rates were 50, 100, 150, 200 and 250 mV/s, respectively. As a result, LB monolayer films of sphingomyelin and polyamic acid mixture was appeared on irreversible process caused by the reduction current from the cyclic voltammogram. Diffusion coefficient (D) in the sphingomyelin and polyamic acid mixture was calculated (2.67㎠s-1)×105, (5.23㎠s-1)×106 at 0.1 N and 0.2 N KClO4 solutions, respectively.