처짐

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15789(2022) 이 기사 인용

884 액세스

1 인용

측정항목 세부정보

인체에 극도로 유독한 H2S 농도 수준의 심각한 위험과 H2S 농도의 독성 수준을 감지하는 후각 시스템의 장애로 인해 H2S 검출을 위한 신뢰할 수 있고 민감하며 선택적이고 신속한 방법은 다음과 같습니다. 제안하고 시뮬레이션을 통해 그 유효성을 분석한다. 제안된 시스템은 경로의 온도 변화에 따라 레이저 빔이 편향되는 현상을 기반으로 합니다. 선택성을 제공하고 감도를 향상시키기 위해 금 나노구조가 시스템에 사용되었습니다. 선택성은 티올-금 상호작용을 기반으로 도입되었으며, 가스 흡착에 반응하는 금 나노구조의 플라즈몬 공명 거동의 변형으로 인해 시스템의 감도가 향상되었습니다. 분석 결과에 따르면 Au 및 SiO2-Au와 비교하여 Au 나노마트료시카 구조(Au-SiO2-Au)는 레이저 빔의 더 높은 편향을 촉진하여 가장 높은 감도를 나타냈습니다.

황화수소(H2S)는 무색의 수용성, 부식성, 가연성 및 독성이 매우 강한 가스이며 "썩은 계란" 냄새로 식별됩니다. H2S는 온천, 화산 가스, 원유, 석유화학 산업, 제지 제조, 폐기물 처리 등 자연이나 산업에서 널리 생산됩니다1,2,3,4,5. 많은 조사에서 비정상적인 농도 수준의 H2S가 인간 건강에 심각한 악영향을 미친다는 사실이 입증되었습니다. 허혈성 뇌졸중, 알츠하이머병, 파킨슨병, 다운증후군과 같은 수많은 신경 장애가 H2S2,3,6의 비정상적인 수준으로 인해 발생할 수 있습니다. 또한 H2S는 ATP에 민감한 칼륨 채널의 개방으로 인해 심혈관계에 영향을 미쳐 혈관 평활근 이완 및 혈압 감소로 이어질 수 있습니다3. 또한 H2S는 눈, 피부, 호흡기 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있으며 점막이 파괴되거나 염증을 일으킬 수 있습니다7,8. 250ppm보다 높은 농도의 H2S는 혈액 중독 및 심지어 사망으로 이어질 수 있습니다1. 이와 관련하여 인간과 환경의 안전을 고려하여 미국 국립산업안전보건연구소(NIOSH)에서 발표한 H2S의 안전한 노출 기준치는 8시간9당 10ppm입니다.

인간의 후각 기관은 썩은 계란 냄새와 유사한 특성을 지닌 130ppb 농도의 H2S를 느낄 수 있으며, 83ppb 농도에서는 혈액 헤모글로빈과 상호 작용하여 인간의 건강에 파괴적인 영향을 미칩니다5. 또한 H2S 수준이 약간 증가하거나 낮은 농도에 장기간 노출되면 후각상실증이 발생할 수 있습니다3. 따라서 높은 선택성과 감도를 갖춘 ppm 농도의 H2S를 현장에서 실시간으로 감지하기 위한 신속하고 안정적인 감지 플랫폼을 설계하고 제작하는 것이 주요 과제입니다1,3,8.

지금까지 세 가지 주요 범주로 분류될 수 있는 H2S 검출을 위한 많은 전략이 개발되었습니다. 반도체 금속 산화물(SMO)(예: ZnO, SnO2, In2O3)10, 전기화학11 및 광학 기반 센서3,12. 다양한 유형의 광학 기반 센서 중에서 형광 기반 감지13, 비색법14, 표면 강화 라만 분광법(SRES)15 및 UV-가시광선 흡수 분광법16이 잘 알려져 있습니다. 지난 몇 년 동안 H2S 감지의 발전에도 불구하고 이러한 기술에는 특정 제한 사항이 있습니다. 예를 들어 SMO 기반 센서를 통한 H2S 모바일 모니터링의 주요 제한 사항은 전력 소비입니다. 전기화학 센서의 경우 주변 습도와 온도의 영향은 잠재적인 제한 사항입니다18. 전기화학 기반 센서는 온도 및 습도 의존성의 한계를 어느 정도 극복할 수 있지만 높은 온도는 이러한 센서의 성능을 방해합니다. 형광 기반 센서의 높은 감도와 선택성에도 불구하고 태그 합성의 어려움과 내구성으로 인해 적용이 제한됩니다6. 더욱이 비색법 기반 감지 기술은 H2S 가스에 대한 감도가 부족합니다2.