SiO2박막을 이온 감지막으로 이용한 pH농도센서를 제작하였다. 현재 많은 연구중인 pH센서, pH-ISFET(pH-Ion Sensitive Field Effect Transistor)는 용액과 기준전극간의 전기화학적 변위차를 이용하여 pH를 센싱한다. pH-ISFET는 기존 CMOS공정을 그대로 이용할 수 있고, 이온감지막의 변화만으로 다양한 센서를 제작할 수 있어 최근 많은 연구가 진행 중이다. 하지만 FET를 제작하기 위한 공정의 복잡성과 용액의 전위를 정해주고 FET에 바이어스를 인가해줄 기준전극이 반드시 필요하다는 제한성이 있다. 따라서 본 연구에서는 SOI 기판을 이용하여 간단한 구조의 pH센서를 제작하였다. 센서는 (100)결정면을 가지는 p-타입 SOI(Silicon On Insulator)기판을 사용하였으며 포토리소그래피 공정을 이용하여 back-gated MOSFET구조로 제작하였다. 이온감지막으로 사용할 SiO2박막은 RF 스퍼터링을 이용하여 $100{\AA}$ 증착하였다. 바이어스는 기존 pH-ISFET와는 다르게 기준전극 대신 기판을 backgate로 사용하여 FET에 바이어스를 인가해 주었다. pH 용액 주입을 위해 PDMS재질의 챔버를 제작하고 실리콘글루를 이용하여 센서에 부착하였다. pH12부터 pH4까지 단계적으로 누적시키며 챔버에 주입하였고, pH에 따른 드레인전류의 변화를 관찰하였다. pH용액을 챔버에 주입시, pH농도에 따라 제작된 센서의 문턱전압이 오른쪽으로 이동하는 결과를 관찰할 수 있었다. 결과적으로, 구조가 간단한 pseudo MOSFET을 이용하여 pH센서의 적용가능성을 확인하였으며 SiO2박막 역시 본 pH센서의 이온감지막의 역할과 센서의 안정성을 향상시킬 수 있다는 점을 확인하였다.
국내원자력 발전소중 고리 1호기 및 5,6호기의 LOCA 사고시 격납용기 살수용액과 썸프 용액의 pH값이 US NRC에서 요구하는 설계기준치를 만족하는가를 알아보기 위해 전산프로그램 “LOCAPH”를 개발하여 최대 pH경우와 최소 pH경우로 나누어 분석하였다. 고리 5,6호기의 경우, 썸프 용액의 pH는 설계기준(최소 8.5이상)을 잘 만족하고 있으며, 살수 용액의 pH는 설계기준(8.5에서 11.0사이)을 약간 벗어나고 있음을 볼 수 있었다. 그러나 고리 1호기의 경우를 보면 썸프 용액의 pH는 역시 설계기준을 잘 만족하고 있으나 살수 용액의 pH는 최대 pH 경우에 있어서 현재 설계에 반영되고 있는 설계기준을 상당히 벗어나고 있음을 알 수 있었다.(고리 1호기 설계시 살수 용액의 pH에 대한 설계 기준치는 없었음) 설계 기준을 만족시키기 위해 고리 1호기의 설계변수를 바꾸어가며 계산해 본 결과 격납용기 살수 용액의 공급원인 핵연료 재장전수 저장탱크(RWST)의 붕소 농도를 2750ppm에서 2850ppm 사이로 유지하거나, 격납용기 살수 용액에 첨가되는 NaOH의 유량을 10gpm에서 24gpm사이로 유지해야 함을 알 수 있었다.
NPPC 육색기준에 의한 PSE육과 정상육의 pH$_1$ 및 pH$_{u}$ 특성은 기준 전구간에서 유의한 차이가(p〈0.05)가 있었으며 중증 PSE, 경증 PSE, 정상육 및 경증 DFD 순으로 낮게 나타났으나, pH$_3$와 pH$_6$는 중증 PSE에서 정상육의 구간에서는 유의한 차이가 없었고 경중 DFD에서만 유의차(p〈0.05)가 있었다. 따라서 NPPC 육색기준에 의한 pH특성은 pH 측정시간에 따라 달라지는 것으로 사료되었다. CIE L$^{*}$은 중증 PSE에서 경증 DFD로 변화함에 따라 낮아지는 경향을 나타내었으며 측정부위에 관계없이 NPPC기준 전구간에서 유의차(p〈0.05)가 있었다. CIE a$^{*}$값은 제4~5늑골 직상부의 LD 근육절단면에서는 중증, 경증 PSE, 정상육과 경증 DFD간에는 유의한 차이(p<0.05)가 있으나 마지막 요추부위 절단면에서는 전구간에서 차이가 없었다. CIE b$^{*}$값은 제4~5늑골 직상부에서는 중증, 경증 PSE, 정상육과 경증 DFD 간에 유의한(p〈0.05) 결과를 나타내었다. 마지막 요추에서는 중증 PSE와 정상육 및 경증 DFD에서 유의차(p〈0.05)가 있어 측정위치에 따라 색차값의 특징이 달랐다. 보수성 및 가열감량은 NPPC 기준 전 구간에서 유의차(p〈0.05)가 있었다. 관능특성 중 다즙성은 중.경증 PSE와 정상육, 경증 DFD에서 유의한(p〈0.05) 차이가 있었고 연도와 향미에서는 차이가 없었다. NPPC 육색기준과 CIE L$^{*}$, 보수성, Cu 및 pH$^{u}$와의 단순회귀 상관계수(R$^2$)는 각각 0.77, 0.66, 0.59 및 0.54였다.
수용액에 포함된 수소이온$(H^+)$의 농도를 측정하는 유리 전극형 수소이용 농도(pH) 센서의 기본 구조를 bulk micromachining 기술로 구현하여 소형의 pH 센서를 제작하였다. 박막 증착이 가능한 경사 식각으로 개방된 2개의 기본 구조물을 형성하고, 일정 전위를 유지하기 위한 기준전극은 식각된 구조물 경사면에 박막형 Ag/AgCl으로 확보하였다. $H^+$과 교환 반응으로 전위를 발생시키는 감응부는 Na이 20%이상 포함된 glass로 $100{\mu}m$ 내외로 미세 연마하여 기본 구조물에 접합하여 완성하였다. 또한 외부 용액과 기준 용액의 혼합을 방지하면서 전류 도통 역할을 하는 액간 접촉부는 $50{\mu}m{\times}50{\mu}m$ 크기의 Si 이방성 식각 부분에 한천을 삽입하고 난 다음 기존의 구조물에 접합하여 형성하였다. 각 구조물을 완성한 다음 2M 농도의 KCI 기준 용액을 구조물에 채우고, 상용 에폭시로 센서 구조물을 밀봉하여 센서를 완성하였다. 제작된 pH 센서들은 표준 pH 용액에 대하여 약 90mV/pH의 전위값이 측정되었다.
우리나라 상수도 기반시설 설비에 관련된 기존의 인증평가는 경제적 측면과 내구성 등 물리적 측면에 초점을 맞추어 사용되어 왔다. 그러나 경제수준이 상승하면서 상수도에 대한 위생, 보건, 안전성, 삶의 질에 대한 국민의식이 향상됨에 따라 상수도 서비스의 위생보건학적 품질향상이 요구되고 있다. 지난 5년간 국내 497개 정수장의 수질분석 자료를 고찰한 결과 pH는 5.8~8.5의 범위로 나타났다. 하지만, 현재 우리나라 수도용 자재 및 제품의 위생안전기준 공정시험방법(위생안전시험법)은 pH 7.0에서만 평가하고 있어, 실제 상수도 pH 조건에서 관내 중금속용출에 대한 기초정보가 부족하다. 이러한 배경으로 본 연구에서는 국내에서 대표적으로 사용되는 관에 대하여 pH변화가 중금속용출에 미치는 영향을 실험적으로 분석연구하였다. 본 연구 결과, pH가 낮아질수록 일부 금속의 용출정도가 증가하는 것을 확인하였다. 특히 pH 5.8일 경우, 구리재질의 관에서 Cu가 보정계수(Normalization Factor) 적용 후에도 위생안전기준을 상회하였다. 스테인레스 재질의 관에서는 Cr, Cu가, 구리재질의 이음관에서는 Cd, Pb, Cu, Zn이, 아연재질의 이음관에서는 Zn이 기준치를 각각 상회하였으나 보정계수를 적용하면 기준치를 만족하였다. 본 연구의 결과로 현행 위생안전시험법에서 pH조건을 7.0 이외의 낮은 pH 조건을 포함하는 개정의 필요성이 제안되었다. 추후 상수도관으로 사용되는 다른 종류의 관에 대한 추가 연구의 필요성도 제시되었다. 본 연구는 차후 우리나라 위생안전기준의 개정연구에 필요한 기초자료 제시에 기여를 하였다.
Bacillus sp. 유래의 Bacillus polyfermenticus SCD를 Bisroo $t^{ⓡ}$라고 부르고, 이것은 생균제로서 산업적으로 매우 유용하다. 본 연구에서는 B. polyfermenticus SCD를 산업적으로 활용성을 증대시키기 위해 three layer coating법을 사용하여 인공위액의 pH 변화에 대한 안정성과 열안정성, glucose 농도에 따른 안정성을 연구하였다. 그 결과 코팅한 B. polyfermenticus SCD가 인공위액에 대한 내성에서는 배양 4시간을 기준으로 pH 2는 30%, pH 4는 20%, pH 6은 14% 상승효과가 있었음을 알 수 있었고, 온도변화에 대한 안정성에서는 코팅한 B. polyfermenticus SCD가 8$0^{\circ}C$에서 2시간 기준으로 안정성이 약 40% 증진됨을 확인할 수 있었다. 고농도 (30%)의 glucose에서 코팅한 B. polyfermenticus SCD는 안정하였으며, 코팅하지 않은 것보다 약 50% 안정성이 증대됨을 확인할 수 있었다. 그리고 pH 4.0에서는 코팅한 B. polyfermenticus SCD는 코팅을 하지 않은 B polyfermenticus SCD보다 전체적으로 생존율이 40% 이상, pH 6.0에서는 생존율이 42% 이상 증진됨을 알 수 있었다.
논토양의 화학적 특성은 경작지대 및 재배방법에 따라 차이가 나타났다. 토양 pH는 전라남도 간척지의 관행재배지를 제외하고 대체적으로 적정기준(pH 5.5~6.5) 범위로 나타났다. EC는 이모작재배지에서 다소 높게 나타나긴 하였으나 우려할 수준은 아니었고, 이모작재배지에서 유효인산(avail. $P_2O_5$) 함량이 매우 높게 나타나 담수상태에서 유효인산의 하천 유출로 인한 2차 오염이 우려된다. 토양유기물(SOM) 함량은 전라북도 지역 논토양에서는 대체적으로 적정기준 ($25{\sim}30g\;kg^{-1}$) 보다 낮게 나타났으나, 전라남도 지역 논토양은 적정범위 이거나 초과하는 것으로 나타났다. CEC는 일부 재배지를 제외하고는 적정기준($10{\sim}15cmol_c\;kg^{-1}$) 범위로 나타났고, 유효규산 (avail. $SiO_2$) 함량은 적정기준($157{\sim}180mg\;kg^{-1}$)보다 매우 높게 나타나는 경우도 있었으나, 대체로 경작 지대 및 재배방법에 따라 특이적 함량차이가 나타났다. 토양 화학성 상관성 분석에서 EC와 치환성 K, Ca, Mg, Na 이온은 유의성 있는 정의 상관관계로 나타났다. SOM 함량과 CEC는 유의성 있는 정의상관관계가 나타났고,avail. $SiO_2$는 pH, EC, 치환성 양이온(exch. K, Ca, Mg, Na), CEC와 유의성 있는 정의 상관관계를 보였다. 그러나 T-N은 치환성 K 및 Mg 이온과는 유의한 부의 상관관계를 나타내었다. 이러한 결과를 토대로 비옥도의 기준이 되는 대표적인 논토양을 설정하는데 귀중한 자료가 될 것으로 판단된다.
본 연구는 제주지역 지하수의 수질 특성 중 pH에 주목하여 공간적 분포특성을 파악하였다. 먹는 물 수질기준의 경우 pH는 5.8∼8.5의 범위를 요구하고 있다. 제주지하수의 대부분은 이 범위 내에 속하나 특정지역의 경우 상한선을 초과하는 경우도 있다. 이의 원인을 규명키 위한 기초적 조사로서 우선 공간적 분포 특성을 조사하였고 조사결과 지하수위 구성암질 및 오염원과의 명확한 상관성은 판단하기 어려우나 추후 연속적인 측정과 자료분석을 토대로 검토예정이다.
본 연구에서는 축산폐수와 하수의 연계처리 가능성을 연구하였다 축산폐수와 하수를 2:1로 혼합하고 응집제인 BF02와 응집보조제인 양이온 polymer인 C-210EL를 각각 2 mL, 100 mL씩 주입시 SS 97.6%, T-P 95%로 최적 제거효율을 보였다. Phanerochaete chrysosporium PSBL-1의 처리 특성을 살펴보기 위해서 전처리수를 축산폐수 원수에 대해 10배 희석되도록 하수와 혼합($\fallingdotseq$전처리수:하수=3:17)하였다. 이렇게 혼합된 폐수의 NBDCOD, $NH_3-N$, T-N의 제거율은 pH가 증가할수록 증가하였다. 즉, T-N 농도는 pH 6.7(5일 경과시), pH 8.0(3일 경과시), pH 10.0(1일 경과시)에서 각각 35 mg/L, 51 mg/L, 33 mg/L으로 축산폐수공공처리시설의 방류수허용기준 60 mg/L을 만족하였다. 또한 모든 pH(1일 경과시)에서 $COD_{Mn}$의 방류수허용기준 40 mg/L을 만족했다. V.A.(veratryl alcohol) 첨가시 V.A.를 첨가하지 않은 조건보다 유출수의 유기물 및 질소농도가 높게 측정되었다. $COD_{Mn}$은 C/N비(3:1)를 조절하지 않은 경우 1일 이후, T-N은 C/N비를 $4{\sim}6$으로 조절한 경우 2일 후에 축산폐수공공처리시설 방류수수질기준을 만족하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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