진동 유도 확산층 박막화를 이용한 휴대형 망간 이온의 광범위 고감도 전기화학 검출

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확장요약문

본 연구에서는 복잡한 수계 환경에서 망간 이온(Mn2+)을 고감도·선택적으로 검출하기 위한 진동 보조 전기화학 센서를 개발하였다. 산업 배출로 수계에 유입되는 망간은 과도한 노출 시 신경계 및 생태계에 악영향을 미칠 수 있어 신속한 현장 모니터링이 필요하다. 기존 분석법의 높은 비용과 현장 적용 한계를 극복하기 위해 흑연, 전기화학적으로 환원된 산화그래핀(ErGO), Nafion으로 개질한 스크린 인쇄 탄소 전극(SPCE)에 소형 진동 모터를 결합하였다. 진동에 의한 수직 운동은 확산층을 얇게 하고 이온 전달을 촉진하여 망간의 전극 축적과 음극 박리 전압전류법(CSV) 신호를 향상시켰으며, 이를 실험과 COMSOL 시뮬레이션으로 검증하였다. 최적화된 센서는 10 nM–250 μM의 검출 범위와 489 pM의 검출한계를 달성하였으며, 공존 이온 및 유기물에 대한 높은 선택성과 1 μM에서 2.88%의 상대표준편차를 나타냈다. 수돗물, 방류수 및 하천수에서도 나노몰 수준의 검출 성능을 확인하였다. 본 센서는 간단한 구조와 대량 제작 가능성을 바탕으로 현장 망간 모니터링에 활용될 수 있으며, 다른 중금속 이온 검출로의 확장도 기대된다.