KR100634663B1 - 물질의 분석방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 기질 분석방법은 소액성 미립자보다 분산상이 높은 미립자를 소액성 미립자군을 둘러싸기에 충분한 농도로 소액성 미립자의 분산상에 공존시켜 분산복합체를 얻는 단계; 상기 분산복합체에 측정대상물질을 포함한 유체를 접촉시키는 단계; 광학적 계측수단을 이용해 측정대상물질을 분석하는 단계;를 포함하고, 상기 소액성 미립자가 분산상에서 군을 이루어 존재하여 표면증강효과를 발휘하는 것을 특징으로 한다. 이 방법은 미량물질 또는 저농도 물질의 분석에 유용하다.

Description

물질의 분석방법{METHOD FOR ANALYZING SUBSTANCE}
본 발명은 진동분광법에서 표면증강효과를 이용하는 모든 분석방법에 관한 것이다. 특히, 단백질 수용액 중에서의 기능해석 등 생체분석의 분석을 필요로 하는 생명과학 분야나 환경중의 유해물질 등의 분석을 필요로 하는 지구환경 분야에 관한 것이다.
단백질, 핵산 등 바이오 기능성 물질의 생리기능의 해명은 중요한 과제이지만, 그 물리화학적 성질의 제어와 설계는 바이오반응기, 바이오센서, DNA칩, 가까운 미래의 바이오소자 등의 실현에 불가결하다. 이 때문에, 바이오 기능성 물질의 생리화학적 성질의 측정방법과 측정을 위한 분석용시약의 발전이 기대되고 있다.
바이오기능성 물질은 생체 내에서 활성을 가지고, 생체는 물을 매체로 하고 있다. 따라서, 그 물리화학적 성질의 해명 또한 수용액 중에서 실시될 필요가 있다. 수중에서 바이오기능성 물질의 구조와 기질분자와의 상호작용을 조사하는 유용한 분석방법으로 진동분광법의 일종인 라만분광이 있다.
그러나, 통상의 라만분광에서는 얻을 수 있는 신호강도가 현저히 낮아 감도가 나쁘므로, 수% 이상의 시료농도를 필요로 하고 있다. 이 때문에 바이오 기능성 물질의 경우, 시료의 농축조작이 필수적이고, 비용과, 조작중에 시료의 소실이나 변성 위험이 문제가 되고 있다.
한편, 라만분광에 있어서도, 시료가 금속미립자와 상호작용할 때, 신호강도가 증폭하는 표면증강효과가 알려져 있다("Surface Enhanced Raman Scattering", ed. by R. K. Chang and T. E. Furtak, (Plenum Publishing, N. Y., 1982)). 그 증강 감도는 통상 1만배에서 100만배 라고 한다.
표면증강효과는 금속미립자가 응집상태로 이용될 때 크게 나타난다. 표면증강효과를 이용한 측정법은, 바이오테크널로지의 연구수단으로서도 중요하다(K. Kneipp, H. Kneipp, I. Itzkan, R.R. Dasari, and M. S. Feld, Biomedical Applications of Lasers, 77(7), 915-924(1999) ; Surface-enhanced Raman scattering : A new tool for biomedical spectroscopy).
귀금속미립자의 응집을 이용한 최근의 실험에서는, 분자검출을 가능하게 하는 100조배에나 달하는 표면증강효과가 확인되었다 (K. Kneipp, H. Kneipp, R. Manoharan, E. Hanlon, I. Itzkan, R.R. Dasari, and M. S. Feld, Applied Spectroscopy, 52(12), 1493-1497(1998): Extremely large enhancement factors in surface-enhanced Raman scattering for molecules on colloidal gold clusters). 이와 같은 금속미립자를 표면증강효과의 기질이라 한다. 갈륨과 갈륨비소 등의 반도체도 동일한 기질이 될 수 있다.
표면증강효과의 기질로 금속미립자를 이용할 때의 기능으로서는, 금속미립자의 콜로이드, 금속미립자를 표면에 섬모양으로 침적시킨 필름, 졸겔법으로 금속미립자를 내부에 분산시킨 글래스 매트릭스, 금속미립자를 내부에 분산시킨 폴리머매 트릭스 등이 지금까지 보고되고 있다. 또, 본 발명자도 일본국 특개평 11-61209호 공보에서, 팽윤성 층상규산염 등의 판상미립자를 분산시킨 분산액에서 귀금속미립자를 환원반응으로 생성시켜 안정적인 귀금속미립자의 분산체를 얻는 기술을 개시하였다.
이들 기질중, 수용액내의 나노 귀금속미립자의 콜로이드가 실용상 가장 편리하다. 그 이유로는, 1) 미립자가 액상법으로 합성될 수 있고, 취급이 간편하다. 2) 연속류 분석계에 적용이 가능하다. 3) 입자사이즈와 형상의 제어가 가능하다. 4) 간단하게 표면적을 정의할 수 있다. 5) 이론적해석을 위한 형태를 바꿀 수 있다. 등의 이점이 지적되고 있다 (M. Kerker, D. S. Wang, H. Chew. O. Siiman, and L. A. Bumm, "Surface Enhanced Raman Scattering", ed. by R. K. Chang and T. E. Furtak, (Plenum Publishing, N.Y., 1982), pp. 109-128 ; Enhanced Raman scattering by molecules adsorbed at the surface of colloidal particles).
결국 금속미립자를 표면증강효과의 기질로 이용하기 위해서는, 분산상태를 안정적으로 유지할 필요가 있다. 종래, 분산상태를 제어하는 방법으로는, 금속미립자가 소액성(疏液性) 미립자이므로, 1) 액상중에 안정제의 첨가, 2) 고상에 대한 디포지트(코팅을 포함한다), 3) 상기와 같은 글래스, 폴리머 등의 매트릭스로 둘러쌈, 4) 상기 일본국 특개평 11-61209호 공보와 같이 팽윤성 층상규산염을 금속미립자와 공존시키는 등이 제안되어 왔다.
이들 제어법 가운데 액상중에 사용되는 안정제로는 도데실 황산나트륨 등의 계면활성제, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피리딘, 폴리에틸렌글리콜, N-비닐피로리돈, 소혈청알부민, ｒ-글로블린, 젤라틴과 같은 보호콜로이드가 알려져 있다. 또, 일본국 특개평 09-070527 [콜로이드 응집의 방지방법]에는 트리히드록시메틸아미노메탄 등의 완충제의 안정화작용이 개시되어 있다.
또, 고상에 대한 디포지트로는, 유리판에 미립자를 디포지트하여 응집을 어느 정도의 단계에서 멈추는 방법이 흔히 이용되고 있다. 이에 따르면 액상법에서 합성된 나노 미립자를 유리에 침적시켜 사이즈와 형태가 다른 응집을 생성시키는 것이 가능하다.
그러나, 수용액의 나노 귀금속미립자의 콜로이드와 같이, 액체를 분산매로 하는 소액성 미립자의 분산상에서 미립자의 기능성을 유지한 채 응집상태를 침전시키지 않고 액체중에 유지시키는 것은 안정화제를 이용하여도 극히 곤란하였다. 그 결과, 소액성 미립자의 응집상태에 의존하는 표면증강효과의 기질 제법은 그 재현성과 안정성이 부족하고, 성능도 아직 불충분하였다.
또, 종래의 안정화제는 미립자의 표면에 부착하여 미립자끼리의 접근을 억제하여 응집을 방지하기 때문에, 금속미립자의 중요한 기능인 표면활성이 상실되었다. 금속미립자를 고상에 디포지트하여도, 응집사이즈 분포의 분산과 편차가 커서 제법의 재현성이 부족하고 불안정하여, 티올 등의 유기단분자층로 코팅하여도 수일정도밖에 안정성에 없었다. 매트릭스로 둘러싸면, 매트릭스에 의한 금속미립자의 표면활성의 상실과, 매트릭스 내에서의 물질이동속도의 저하가 발생하고, 뛰어난 표면증강효과의 기질은 얻을 수 없었다. 또, 일본국 특개평 11-61209호 공보에 기재된 기술은, 판상미립자를 분산시킨 분산액중에서 금속미립자를 생성하는데 장시 간을 요하고 고비용이 드는 데다가, 분산되기 쉬운 아세트디카르본산을 환원제로 이용하므로 취급이 불편하다.
즉, 소액성 미립자의 표면활성을 높이 유지하면서, 재현성이 좋게 제조할 수 있고 장기간 안정적이며, 신속한 응답을 주는 표면증강효과의 기질은 지금까지 알려져 있지 않다.
게다가, 본 발명의 목적은, 응집에 의해 집합체을 이루어 존재하는 소액성 미립자를 분산상으로서 유지하고, 얻어진 분산복합체를 실용적인 표면증강효과의 기질로서 이용하는 분석방법을 제공하는 데에 있다.
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상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 분석방법은 다음과 같은 특징을 갖는다. 즉, 응집되어 집합체로 존재하는 소액성 미립자의 분산상중에 소액성 미립자보다 분산성이 높은 미립자(이하, 「분산성 미립자」라 한다)를 소액성 미립자 집합체를 둘러싸기에 충분한 농도로 공존시켜 분산복합체를 얻는다. 이렇게 얻어진 분산복합체가 표면증강효과의 기질로서 이용된다. 그리고, 측정대상물질을 포함하는 유체와 분산복합체를 접촉시켜, 측정대상물질이 소액성 미립자 집합체에 근접하여 얻을 수 있는 표면증강효과를 이용하여, 측정대상물질의 농도 또는 성질을 광학적 측정수단으로 측정한다.
본 발명에 의하면, 소액성 미립자의 집단상태가 분산성 미립자에 의해 유지되므로, 응집이 필요 이상으로 진행하거나 침전되는 것을 억제 할 수 있다. 그 결과, 표면증강효과의 기질로서의 성능이 장기간 유지되며, 표면증강효과를 이용한 분석을 간편하게 실시할 수 있다.
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도 1은 금미립자 집합체 및 합성 스멕타이드를 포함하는 졸의 흡광 스펙트럼을 나타낸 그래프;
도 2는 동 졸의 20일후의 흡광 스펙트럼을 보여주는 그래프;
도 3은 금미립자 집합체 및 몬모리로나이트를 포함하는 졸의 흡광 스펙트럼을 보여주는 그래프;
도 4는 합성 스멕타이드 및 금미립자 집합체를 포함하는 졸의 스펙트럼을 보여주는 그래프;
도 6은 피리딘 및 금미립자 집합체를 포함하는 졸의 라만 신호강도의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프;
도 7은 분산복합체와 피리딘을 포함하는 수용액의 검량선.
본 발명에 있어서 분산복합체는 통상, 하기(a)~(d)의 공정을 포함하는 방법으로 제조된다.
(a) 소액성 미립자를 액상에 분산시키는 공정.
(b) 응집제를 첨가해 응집을 개시하여, 소액성 미립자 집합체를 얻는 공정.
(c) (b)의 공정 후에, 분산성 미립자가 소액성 미립자 집합체를 둘러싸도록 분산성 미립자를 충분한 농도가 되도록 가공하는 공정.
(d) 얻어진 소액성 미립자 집합체를 분산복합체로서 회수하는 공정.
소액성 미립자로서는 입경이 원자사이즈에 가까운 1~100nm의 금, 은, 동, 백금, 니켈, 인듐, 팔라듐에서 선택되는 적어도 하나 이상의 금속을 주성분으로 하는 금속미립자과 갈륨, 갈륨비소 등의 반도체 미립자를 이용하는 것이 좋지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또, 벌크와는 다른 기능을 발현하는 미립자라면 이용할 수 있다.
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이들 소액성 미립자는, 특별히 한정된 것은 아니지만, 액상법으로 합성하여 그대로 상기 (b)공정에 이용할 수도 있다. 또, 다른 방법으로 얻은 미립자를 액체에 첨가해 교반하여 액상에 분산시켜도 좋다.
응축을 개시해 소액성 미립자 집합체를 얻는 방법은, 특별히 한정된 것은 아니지만, 미립자농도를 상승시키고, 염화나트륨과 비소알루미늄 등과 같은 염석현상을 초래하는 전해질을 첨가해 이온강도를 상승시키며, 폴리머로 가교시켜 농도를 상승시키고, 분산매의 극성을 저하시키는 등의 수단을 선택할 수 있다.
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액체 중의 미립자분산상의 안정성은 DLVO이론으로 설명된다. 금미립자를 예로 DLVO 이론에 의한 설명을 이하 기술하지만, 다른 소액성 미립자에도 동일하게 적용된다. 화학적환원을 당하는 금미립자에는 환원제음이온과 착체금속음이온이 흡착되어 부전하를 띤다 (M. A. Hayat Ed. "Colloidal Gold" vol. 1 and vol. 2, Academic Press Inc., 1984). 이런 정전반발포텐셜과, 반데발스력에 의한 인력포텐셜과의 상대적 크기의 밸런스가 적당하면, 총 포텐셜 곡선에는 극대치가 나타난다. 미립자 운동에너지가 극대치보다도 커지면, 미립자는 극대치를 넘어 서로 접근하지 못하고 응집이 일어나지 않으므로 계가 안정화된다. 한편, 쌍이온의 흡착력과 이온 강도의 증가에 따라 정전반발포텐셜이 변하면, 총 포텐셜곡선의 극대치가 감소하고, 입자는 에너지장벽을 넘어 응집하게 된다. 한편, 복수의 미립자를 가교하여 얻는 폴리머 의존재에 의하여 가교응집이 발생한다.
소액성 미립자보다 분산성이 높은 미립자는, 응집을 개시한 상황에서, 전술한 DLVO 이론의 총 포텐셜 곡선에 나타나는 극대치의 위치가, 기능성미립자의 극대치의 위치가 보여주는 미립자간격보다 넓은 입자간격을 보이는 미립자이다. 또는, 소액성 미립자보다 분산성이 높은 미립자는, 소액성 미립자의 총 포텐셜 곡선의 극대치가 소멸되어 있는 상황에서 충분한 미립자간격을 보여주는 위치에서 충분히 큰 극대치가 나타나는 총 포텐셜 곡선을 가진 미립자이다. 총 포텐셜 곡선의 형상은주로 Hamaker 정수와 Stern 전위값에 따라서 결정되므로, 이 정의에 있어서 특히 소액성 미립자의 종류가 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 분산성 미립자의 구체적인 예로는, 스멕타이드(smectide) 등의 팽윤성 층상 규산염을 들 수 있다.
팽윤성 층상규산염을 특히 분산성 미립자의 예로 열거하는 이유는, 그 페이스면이 부전하를 띠고 있으며, 소액성 미립자가 응집하여 침적하는 상태에서도 충분히 분산을 계속하기 때문이다. 더욱이 가혹한 상황에서 침적하여도, 어느 정도까지는 부드러운 응집형태를 유지하며, 교반 등의 전단력으로 용이하게 재분산할 수 있기 때문이다. 또 입경이 작아, 작은 중량농도에서도 충분한 개수가 분산액 중에 존재하여 소액성 미립자를 둘러쌀 수 있기 때문이다. 또 형상이 평판상이기 때문에, 입자간 상호작용이 발생하기 쉽고, 분산매의 점도를 올리며, 입자의 확산속도 를 저하시켜 소액성 미립자의 응축진행을 방해하기 때문이다.
층상케이염산은 합성물, 천연물에 한정되지 않고 사용할 수 있지만, 합성물을 사용하는 것이 바람직하다. 천연물을 정제하여 얻을 수 있는 팽윤성 점토광물도 바람직하게 이용되고 있다. 합성물은 천연물과는 달리 화학적으로 균일하고 불순물이 적으며, 응집성 이온을 포함하지 않아 팽윤성이 높고, 또한 층 사이에 철 등의 유색 금속을 함유하지 않아 투명도가 높아, 광학적계측수단으로 적합하기 때문이다.
이와 같은 팽윤성 층상규산염은 시판되고 있다.
본 발명에 있어서 분산상의 분산매로는 물, 알콜, 탄화수소 등의 액체 또는 기체 등 특별히 한정되지 않지만, 물을 이용하는 것이 바람직하다. 이 때, 본 발명의 분산복합체는 물을 분산매로 하는 졸로서 회수된다. 또, 본 발명의 분산복합체는 건조 등에 의해 겔로서 회수된다.
본 발명에 있어서 분산성 미립자의 농도는, 제어해야할 소액성 미립자를 둘러싸기에 충분한 농도이기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 여기서 둘러싼다는 개념은, 단위공간 내에 존재하는 소액성 미립자의 개수보다 분산성이 높은 미립자의 개수가 훨씬 많다는 것을 의미하고, 그 결과 제어해야할 소액성 미립자의 응축 진행과 침전을 억제할 수 있으면 좋다. 예를 들어, 소액성 미립자의 개수농도가 1000cc중에서 1012개이면, 분산성 미립자는 1015개 이상이면 충분하다고 본다. 구체적인 예를 들면, 분석의 실시에 필요한 소액성 미립자의 바람직한 농도는 0.01mM~4M, 이 범위농도의 소액성 미립자를 둘러싸는데 필요한 분산성 미립자의 농도는 팽윤성 층상규산염의 경우 통상 0.1g/L 이상이다. 한편, 팽윤성 층상규산염으로 된 분산성 미립자의 조정가능한 최고농도는 통상 250g/L로서, 농축한 경우 300g/L이다. 그러나 이에 한정된 것이 아니고, 소액성 미립자의 종류와 농도, 응축을 개시하는 수단, 그리고 분산성 미립자 자체의 성질에 따라 다르다.
본 발명에 따라 소액성 미립자의 분산상태를 제어할 수 있다. 본 발명과 같이 집단상태의 소액성 미립자를 제어하고 안정화한 예는 지금까지 알려져 있지 않다. 또 본 발명과 같이, 일개월 이상 안정화 된 예도 알려져 있지 않다. 본 발명에 따르면 분산상태가 제어된 소액성 미립자의 분산복합체를 얻을 수 있다. 이 분산복합체에는 기능발현에 바람직한 상태로 소액성 미립자 집단이 존재하고 있으며, 광학소자, 센서, 촉매 등의 이용을 고려할 수 있다.
본 발명에 있어서, 측정대상물질로는 수용액 중의 아미노산, 염기, 단백질, 핵산을 들 수 있다. 또 환경 중의 방향족 염소화합물 등을 들 수 있다. 그러나 이에 한정된 것은 아니다.
본 발명의 광학적 계측수단으로는, Raman 분광법, 적외선분광법 등의 진동분광법을 이용할 수 있다. 표면증강효과를 이용한 광학적 계측수단은 RAS(Reflection absorption spectroscopy), SEWS(Surface electromagnetic wave spectroscopy), SEIRA(Surface-enhanced infrared spectroscopy), SERS(Surface-enhanced Raman spectroscopy), SERRS(Sufacs-enhanced resonance Raman spectroscopy), SEHRS(Surface-Enhanced hyper Raman scattering) 등이 알려져 있다.
본 발명의 분석방법에 있어서, 소액성 미립자로는, 진동분광에 이용되는 파장범위에서 표면증강효과를 나타나는 것이 확인된 금, 은, 동, 백금, 니켈, 인듐, 팔라듐 등의 금속미립자, 또 갈륨, 갈륨비소 등의 반도체미립자를 바람직하게 이용할 수 있다. 본 발명의 분석방법에 있어서, 분산성 미립자로는 투광성이 좋은 합성 스멕타이드를 바람직하게 이용할 수 있다.
본 발명에 분산복합체에서는 유동계의 관벽과 용기벽에 금속미립자가 흡착하지 않아, 적어도 수개월간 동안 표면증강효과의 기질로서 반응하므로, 유동계에서의 분석을 실시할 수 있다. 분산복합체가 졸일 경우, 표면증강효과의 기질로서 유동계에서 흘러 측정대상물질을 포함한 시료용액과 접촉하여, 광학적 계측수단으로 측정할 수 있다. 이와 같은 유동계의 예로는 캐필러리 전기영동, 각종 크로마토그래피가 알려져 있다.
또, 분산복합체가 겔일 경우, 센서와 같은 측정대상물질을 포함한 시료용액과 접촉시켜 이용할 수 있다. 바람직하게는, 이 분산복합체를 일회용 센서로 이용할 수 있다. 물론 이 센서는 유동계의 일부를 구성하여도 좋다.
본 발명의 분산복합체에 있어서는, 합성 스멕타이드에 배위자화합물, 항체, 항원, 효소, 효소기질, 핵산, 핵산 보조체로 이루어진 군에서 선택되는 하나이상의 물질을 개질하고, 측정대상물질을 인식 또는 배향시키는 기능을 갖게 할 수 있다. 이 경우, 표면증강효과는 소액성 미립자의 표면으로부터 떨어질수록 증감도가 현저하게 저하되기 때문에, 인식된 물질 또는 배향에 의한 일부 관능기만이 표면증강효과에 주어질 수가 있어, 선택적인 물질의 측정방법에 이용할 수 있다.
삭제
실시예
- 분산복합체 졸의 조제예 -
0.6mM의 염화금산 수용액 120cc에 구연산나트륨을 1.6mM이 되도록 가하는 화학환원법에 따라 금미립자를 수용액중에서 합성하였다. 금미립자의 평균입경은 소각 X선 산란법으로 측정한 결과 약 40nm이였다. 얻어진 금미립자 함유수용액에 대하여 흡광도를 측정한 후, 4개의 용기에 나누고, 각 용기에 응집제로서 염화나트륨을 50mM/L이 되도록 넣어 응집을 개시하였다.
그러자 제 1 용기내의 금미립자액의 색조는 당초의 적색에서 적자색, 청자색, 적갈색, 갈색 흑색으로 변화하고, 최후에는 침전하였다. 제 2~제 4의 용기에는 각각 소정시간 경과후에 합성 스멕타이드(Laporte사 제조) 슬러리를 첨가하였다. 그러자, 색조의 변화는 정지하고, 합성스멕타이드의 점화시기에 따라 각각 다른 색조를 나타내는 분산복합체를 얻을 수 있었다. 염화나트륨 첨가시부터 합성스멕타이드 첨가시까지의 경과시간은, 제 2 용기(이하, 응집상태 A) ＜ 제 3 용기(이하, 응집상태 B) ＜ 제 4 용기(이하, 응집상태 C)의 순으로 하였다. 도 1에 염화나트륨 첨가전(=응집전), 응집상태 A, 응집상태 B 및 응집상태 C의 흡광스펙트럼을 나타낸다. 또한, 대조로서 합성스멕타이드만의 흡광도를 측정하였다.
입경이 동일한 경우, 금콜로이드의 색조는 입자의 응집상태에 의존하므로(N.G. Khlebtsov, V. A. Bogatyrev, L. A. Dykman, and A. G. Melnikov, J. Colloid Interface Sci., 180(2), 436-445(1996) ; Spectral Extinction of Colloidal Gold and Its Biospecific Conjugates.), 도 1에 나타난 결과로부터, 본 발명의 방법으로 금미립자의 집단상태을 제어한 분산복합체를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
- 분산복합체 졸의 안정성평가 1 -
상기 조제예에 있어서 제 1 용기 내의 용액의 흡광스펙트럼, 및 응집상태 A~C의 분산복합체의 20일 경과후의 흡광스펙트럼을 각각 도 2에 나타내었다. 도 2에서 보는 바와 같이, 합성스멕타이드를 포함하는 분산복합체에서는 금미립자의 집단이 제어된 상태를 유지하고 장시간에 걸쳐 안정화된 것을 알 수 있다.
- 분산복합체 졸의 안정성평가 2 -
합성스멕타이드 대신에 몬모리로나이트(구니미에 공업주식회사 제조)를 이용한 이외에는, 상기 조제예의 응집상태 A와 동일하게 분산복합체를 조제하였다. 온실에 방치해 두어도 수분간은 색조변화가 나타나지 않았지만, 수일이 걸쳐 서서히 갈색으로 변화하였다. 단, 침전은 일어나지 않았다. 조제직후, 1분후 및 20일 경과후의 흡광스펙트럼을 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타난 바와 같이, 몬모리로나이트를 포함하는 분산복합체에서도 금미립자 집단이 제어된 상태를 유지하여 안정된 것을 알 수 있다.
- 분산복합체 졸의 제조예와 안정성 평가 -
자외선조사에 의해 표면을 친수화한 폴리스틸렌제 플레이트를 준비하고, 상기 졸 제조예에서 제조한 응집상태 A~C의 분산복합체를 그 플레이트 위에 떨어뜨린 다음 건조하여 겔화시켰다. 비교를 위하여, 합성스멕타이드를 포함하지 않는 금미립자 함유용액도 동일하게 플레이트 위에 떨어뜨렸다. 합성스멕타이드를 포함하는 겔에서 금미립자는 적갈색 내지 갈색의 색조를 유지한채 플레이트 상에 균일하게 퍼져갔다. 이 상태는 적어도 6개월간 안정되었다. 한편, 합성스멕타이드를 포함하지 않는 용액에서 유래하는 금미립자는 흑갈색 침전물로서 플레이트 상에 균일하게 퍼져나갔다. 확인을 위해, 플레이트에서 얻어진 고체 분산복합체의 흡광스펙트럼을 도 4에 나타낸다. 도 4에서 나타난 바와 같이, 합성스멕타이드의 존재에 의해 금미립자 집단은 제어된 상태를 유지하여 안정화 된 것을 알 수 있다.
- 실시예 1 -
상기 졸 조제예의 분산복합체(응집상태 B)를 조제 후, 570㎕를 채취하여 0.05M의 피리딘 수용액 30㎕와 잘 혼합해 제 1 혼합액으로 하였다. 별도로, 순수 570㎕를 채취하고 0.05M의 피리딘 수용액 30㎕와 잘 혼합해 제 2 혼합액으로 하였다. 이들 2종의 혼합액에 관하여, Raman 모듈을 구비한 퓨리에변환 적외선분광장치 Nicolet magna650을 이용하여, 여기파장 1064nm에서 라만스펙트럼을 측정하였다.
그 결과, 제 1 혼합액에서는 2.5mM의 피리딘의 환호흡진동(약 1010 ㎝-1)이 강하게 나타났다. 한편, 제 2 혼합액(통상의 Raman분광)에서는 이 농도의 피리딘을 전혀 관찰할 수 없었다. 따라서, 상기 분산복합체는, 시판되는 라만분광기를 이용하여 간편하게 표면증강효과를 이용한 분석을 가능케하는 표면증강효과의 기질로 됨을 알 수 있다.
또한, 스멕타이드 등 규산합물에서는 통상,
485cm-1 수화규산염의 Si-0-Si 진동/굴곡
809cm-1 Si02 규산염 체인모드
976cm-1 벌크체인의 Si-0 스트레치
등으로 Raman 피크가 나타나지만, 제 1 혼합액에서는 이것이 출현하지 않았다. 따라서, 규산화화합물의 간섭이 없는 것으로 판명되었다. 이 점, 예를 들면 종래의 졸겔 글라스의 라만스펙트럼에서 규산화합물 유래 라만피크가 나타나 있으며, 백그라운드가 되어있던 보고( F. Akbarian, B. S. Dunn, and J. I. Zink, J. Raman Spectrosc., 27 (10), 775-783 (1996) : Porous sol-gel silicates containing gold particles as matrixes for surface-enhanced Raman spectroscopy)와 현저하게 상이하였다.
- 실시예 2 -
상기 졸 조제예의 분산복합체(응집상태 B)를 조제 후 1일 경과한 후 570㎕를 채취해 0.05M의 피리딘 수용액 30㎕와 잘 혼합하여 제 3 혼합액으로 하였다. 마찬가지로, 합성스멕타이드를 포함하지 않는 금미립자 응집액을 조제 후 1일 경과한 후 570㎕를 채취하고 0.05M의 피리딘 수용액 30㎕와 잘 혼합하여 제 4 혼합액으로 하였다. 이들 2종의 혼합액에 관하여, Raman 모듈을 구비한 퓨리에변환 적외선분광장치 Nicolet magna650을 이용하여, 여기파장 1064nm에서 라만스펙트럼을 측정한 결과를 도 5에 나타낸다.
도 5에 나타난 바와 같이, 합성스펙트럼을 포함하는 제3 혼합액에서는, 2.5mM의 저농도 피리딘의 환호흡진동(약1010cm-1)이 강하게 나타났다. 한편, 합성스 펙트럼을 포함하지 않는 제 4 혼합액에서는 이것을 거의 관찰 할 수 없었다. 따라서, 상기 분산복합체는, 1일 경과후에도 시판중인 라만분광기를 이용해 간편하게 표면증강효과를 이용한 분석을 가능케 하는 표면증강효과의 기질인 것을 알 수 있었다.
- 실시예 3 -
상기 졸 조제예의 분산복합체(응집상태 B)를 온실에서 보존하고, 소정기일 경과후 실시예 1의 방법으로 피리딘의 라만스펙트럼을 측정하여, 환호흡진동의 신호강도의 추이를 분산복합체의 보존기간에 대한 플로우차트로 하여(도면의 ●) 도 6을 얻었다. 대조로서 실시예 2의 제 4 혼합액을 이용하였다(도면의 x). 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 분산복합체는 2개월에 결친 장기간 표면증강효과의 기질로서 반응함을 알 수 있다.
- 실시예 4 -
실시예 1과 동일한 방법으로, 피리딘 수용액의 농도를 바꿔, 본 발명의 분산복합체를 표면증강효과의 기질로하는 피리딘 수용액을 분석하였다. 분석결과로부터 검량선을 작성한 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7에서 본 발명에 관한 분산복합체는 농도측정에 대응할 수 있는 표면증강효과의 기질로서 작용함을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 물질분석방법은, 미량물질 또는 저농도 물질의 분석에 유용하다.

Claims (13)

  1. 물질의 분석방법에 있어서:
    소액성 미립자보다 분산상이 높은 미립자를 소액성 미립자 집합체를 둘러싸기에 충분한 농도로 소액성 미립자의 분산상에 공존시켜 분산복합체를 얻는 단계;
    상기 분산복합체에 측정대상물질을 포함한 유체를 접촉시키는 단계;
    광학적 계측수단을 이용해 측정대상물질을 분석하는 단계;를 포함하고,
    상기 소액성 미립자가 분산상에서 집합체로 존재하여 표면증강효과를 발휘하는 것을 특징으로 하는 분석방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소액성 미립자가 응집제의 작용으로 집합하는 것을 특징으로 하는 분석방법.
  3. 제 1항에 있어서, 광학적 계측수단이 Raman 분광법, 적외선분광법중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 분석방법.
  4. 제 3항에 있어서, 소액성 미립자가, 금, 은, 동, 백금, 니켈 인듐, 팔라듐에서 선택되는 적어도 하나 이상의 금속을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 분석방법.
  5. 제 4항에 있어서, 소액성 미립자보다 분산성이 높은 미립자가 합성스멕타이드 등의 팽윤성 층상규산염 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 분석방법.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 분산복합체의 성상이 물을 주된 매질로 하는 졸이며, 상기 소액성 미립자 집합체를 둘러싸기에 충분히 분산성이 높은 미립자농도가 0.1g/L 이상 300g/L 이하인 것을 특징으로 하는 분석방법.
  8. 제 1항에 있어서, 분산복합체의 성상이 물을 주된 매질로 하는 졸에서 얻은 겔인 것을 특징으로 하는 분석방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 분산복합체를 측정대상물질을 포함한 유체와 접촉시켜 측정대상물질을 분석하는 계가 유동계인 것을 특징으로 하는 분석방법.
  10. 제 5항에 있어서, 팽윤성 층상규산염이 배위자화합물, 항체, 항원, 효소, 효소기질, 핵산, 핵산 보조제로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 개질하는 것을 특징으로 하는 분석방법.
  11. 액상중에서 집합체로서 존재하는 소액성 미립자; 및
    상기 소액성 미립자보다 분산성이 높은 미립자로서, 소액성 미립자 집합체의 주위를 덮기에 충분한 농도로 소액성 미립자와 액상중에 공존하는 분산성 미립자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산복합체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 소액성 미립자가 금, 은, 동, 백금, 니켈, 인듐, 팔라듐중에서 선택되는 금속을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 분산복합체.
  13. 제11항에 있어서, 상기 분산성 미립자가 팽윤성 층상규산염의 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 분산복합체.
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