Tribenzylamine ionophore를 이용한 수소 이온 선택성 poly(aniline) solid contact electrode의 감응 Mechanism. 한원식*, 박면용*, 조동회*, 홍태기**, 정구춘*† 건국대학교 화학과, 한서대학교 화학과 Response Mechanism of Hydrogen Ion Selective Poly(Aniline) Solid Contact Electrode based on Tribenzylamine Ionophore. Won-Sik Han*, Myon-yong Park*, Dong-Hoe Cho*, Tae-Kee Hong**, Koo-Chun Chung*† * Dept. of Chemistry, Konkuk University, Seoul, 143-701, Korea ** Dept. of Chemistry, Hanseo University, Seosan, 356-820, Korea ABSTRACT Hydrogen ion selective solid contact electrode based on tribenzylamine have shown the best nernstian slope, selectivity and the widest response range in Tris buffered pH sample solutions. Their linear dynamic range was pH 2.48-11.21 and Nernstian slope showed 55.1 mV/pH (at 20±0.2℃). When it was directly applied to the human whole blood(in pH range 6.0-8.5), we could get the same satisfying results. This electrode continuously contacted Tris 7.47 buffered solutions, human whole blood and hydrofluoric acid solutions for one month without any loss of performance. The 90% response time of this electrodes was less than 8 sec. And we supposed the mechanism of this electrode that electroconductive poly(aniline) layer on platinum surface employing the electrochemical method increases adhesion between metal and electroconductive polymer, enables electron transfer and also increases adhesion between electroconductive polymer layer and PVC layer containing ionophore, enables anion exchange at the interface. Thus this anion exchange at the interface motivated electron transfer with platinum. Key word: solid contact electrode, tribenzylamine, hydrogen ion sensor, ISE, mechanism. ------------------------------------------------------------------------- † To whom correspondence should be addressed. Ⅰ. 서 론 수소 이온 선택성 전극1-14)에 대한 연구가 40년이 이상 진행되어 오면서도 ISE (Ion Selective Electrode)에 대한 많은 논문들은 전통적으로 유리관의 하부에 감응막을 부착하고, 그 내부에 액체 전해질을 첨가한 형태(conventional barrel configuration)에 대한 논문이 주종을 이루고 있지만, 약 10년 전부터 본격화되기 시작한 WTE (Wire Type Electrode)들이 조금씩 많은 연구의 범위를 넓혀 가고 있다. 이 WTE는 크게 CWE (Coated Wire Electrode)와 SCE (solid contact electrode)로 구별되어지는데, 이 두 형태는 모두 전통적인 전극의 내부에 액체 전해질이 제거된 형태로서 간단한 디자인과 적은 양의 운반체의 사용으로 제작비용이 저렴하고, 기계적 안정성이 있으며 의약이나 약학, 생체 분야에 적용이 가능한 소형화 등의 장점들을 가지고 있다. 이중 CWE는 금속 기질 바로 위에, 이온 선택성 운반체와 기타 첨가제들을 포함하는 고분자 막을 휘발 건고시켜 제조하는 방법과 금속 기질 위에 전기 화학적인 방법을 통하여 고분자체를 직접 형성시키는 방법 등으로 제조되어진 전극들이다. 이러한 전극들의 가장 큰 장점은 제조 과정에서도 알 수 있듯이 전극 크기의 소형화와 전극 구조의 단순화에 있다. 이 CWE는 수소 이온 이외에도 Ca2+ 15,16), NO3- 17), K+ 18,19), Cl- 20), Li+ 21), ClO4- 22) 등과 같은 다양한 다른 이온의 검출에 이미 많이 응용되어진바 있다. 이렇게 발표된 CWE의 결과들을 살펴보면 전통적으로 내부 용액을 포함하고 있는 형태의 전극들보다 훨씬 좋은 감응 범위와 선택성들을 나타내고 있는 경우도 많았다. 그러나 이러한 CWE들은 전극의 수명이 상당히 짧고, 전극 표준 전위가 불안정하며, 재현성이 저하되거나 동일 전극에서도 용액 내에 유지되는 시간에 따라서 표준 전위가 변화하는 등의 많은 문제점들을 또한 가지고 있다. 이런 원인을 Buck와 같은 선행 연구자들은 고분자 막의 이온 전도 층과 전자 전도의 금속 기질간의 전자 차폐 현상 때문으로 설명하고 있으며, 이로 인하여 이러한 구조를 가진 전극들을 재현성이 떨어지고 심지어는 폐쇄된 전극 구조로 보는 관점까지도 보고되고 있다.23) 이러한 문제점을 해결하기 위하여 많은 연구자들은 도핑된 이온들을 포함하는 도전성 고분자 층을 만들어 전자 전도나 이온 전도 등의 완충 층을 제공함으로서 이를 이용하여 전자의 차폐 현상을 줄이고자 하였는데, 이 전극이 바로 solid contact electrode였다.24) 즉, solid contact electrode는 금속의 기질 위에 도전성의 고분자<