WO2019098563A1 - Device and method for qualitative and quantitative analysis of heavy metals utilizing rotary disc system - Google Patents

Device and method for qualitative and quantitative analysis of heavy metals utilizing rotary disc system Download PDF

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박병현
김병현
김동현
한수연
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Definitions

  • the present invention relates to a device and method for qualitative and quantitative analysis of heavy metals, and more particularly, to a device and method for qualitative and quantitative analysis of heavy metal samples using a rotary disk system.
  • spectroscopic analysis such as inductively coupled plasma mass spectrometry or atomic absorption / emission spectrometry.
  • Mass and spectrometric heavy metal detection methods are accurate and have high detection limits, but they are expensive and require skilled analytical techniques, making it difficult to perform heavy metal analysis on the spot quickly and simply.
  • a qualitative and quantitative analysis device comprising a rotatable platform according to the present invention and a plurality of microfluidic structures disposed radially symmetrically on the rotatable platform,
  • each of the plurality of microfluidic structures comprises:
  • a siphon channel which is a path through which the sample can move to the detection part and connects the sample injection part and one end of the detection part;
  • a detection unit coated with an organic substance capable of causing a color reaction with heavy metals in the sample the detection unit including a plurality of detection members;
  • Each of the plurality of microfluidic structures may receive different samples
  • the rotation of the device is controlled so that the sample moves from the sample injection unit to the microfluidic channel and then moves to the detection unit,
  • each of the plurality of detection members may be coated with different reagents.
  • each of the detection members may include a plurality of intervals coated with organic ligands having different concentrations from each other.
  • the detection unit may include a reserve region connecting one end of each of the plurality of detection members and the microfluidic channel.
  • each of the detection members includes a plurality of intervals coated with organic ligands having different concentrations from each other, and the organic ligands coated on the i- Is lower than the concentration of the organic ligand coated in the region located at the (i-1) -th position from the reserve region, and i may be a natural number from 1 to n.
  • the qualitative and quantitative analysis device further comprises an air circulation channel connecting between the sample injection part and the other end of the detection part, And it is possible to prevent moisture from being formed in the detection unit.
  • the sample injecting portion may include a space capable of accommodating the sample and an opening through which the sample can be injected.
  • the rotation of the device is controlled by:
  • the device is rotated first so that the sample injected into the sample injecting unit is moved to the microfluidic channel;
  • the device is rotated secondarily so that the sample moved to the microfluidic channel is moved to the reserve region;
  • the microfluidic channel includes a portion of a "U" -shaped tube, and is provided inside the microfluidic channel after the first rotation and the second rotation The sample can be accommodated.
  • the primary rotation is performed for less than 2000 to 4000 RP for 5 to 20 seconds
  • the secondary rotation is performed for 3 to 10 seconds at 4000 to 6000 RPM Lt; / RTI >
  • the rotary platform is a circular disk and may have a diameter of 12 cm to 20 cm.
  • the heavy metal which may be contained in the sample may be Fe 2+ , Zn 2+ , Hg 2+ , Cr 6+ , Ni 2+ , or Cu 2+ .
  • the organic substance previously coated on the detection member may be selected from the group consisting of Dimethylglyoxime, Bathophenanthroline, Dithiooxamide, Dithizone, Diphenylcarbazide, and 1-2-Pyridylazo-2-naphthol).
  • the step (S1) of injecting the sample into the sample injecting unit may include a step of injecting the sample into the sample injecting unit, Injecting fluid specimens, respectively, or injecting fluid samples each containing a heavy metal of the same type of concentration into each of the plurality of microfluidic structures.
  • the step (S2) of controlling the rotation of the device comprises:
  • At least one of qualitative and quantitative analysis of a sample may be performed through a color development reaction of a heavy metal of the sample developed in the detection unit Performing at least one of qualitative analysis (S3-1) and quantitative analysis (S3-2) by measuring the development distance of the color reaction.
  • the qualitative and quantitative analysis device and the method of analyzing the sample using the device according to the embodiment of the present invention it is possible to increase the detection limit of heavy metal through the control of the automated fluid and the control of the rotational force and the capillary force. It is possible to improve the detection limit of heavy metal ion by the torque control. That is, by adjusting the centrifugal force and the capillary force by the rotation control, it is possible to control the color reaction time and improve the detection limit by adjusting the coloring area.
  • qualitative analysis and quantitative analysis of a plurality of heavy metals can be performed by a single device.
  • economical and rapid multi-metal qualitative / quantitative analysis is possible. It is more economical than conventional expensive spectroscopy or mass spectrometry based heavy metal detector and can shorten analysis time.
  • the composition for qualitative analysis and the composition for quantitative analysis can be integrated into a single miniaturized device, enabling quick and convenient application in the field where heavy metal qualitative / quantitative analysis is required.
  • the flow path microfluidic flow path
  • the detection section are all patterned in one device, it is easy to manufacture the qualitative and quantitative analysis device.
  • the concentration gradient of each of the detection members is coated with the organic ligand so that the accuracy of the measurement is also improved in the quantitative analysis of heavy metals contained in the fluid sample .
  • the air circulation channel can be provided to prevent moisture from being formed in the detection part when the fluid sample is developed in the detection part,
  • the reservoir region is located at the end of the microfluidic channel so that one end of the detection portion is located within the reserve region and the fluid sample can move more uniformly when the fluid sample is developed in the detection portion.
  • FIG. 1A shows a qualitative and quantitative analysis device according to one embodiment of the present invention
  • FIGS. 1B and 1C show a microfluidic structure of the qualitative and quantitative analysis device of FIG. 1A.
  • FIG. 1D shows a qualitative and quantitative analysis device according to another embodiment of the present invention
  • FIGS. 1E and 1F show a microfluidic structure of the qualitative and quantitative analysis device of FIG. 1D.
  • FIG. 1G shows a qualitative and quantitative analysis device according to another embodiment of the present invention
  • FIGS. 1H and 1I show a microfluidic structure of the qualitative and quantitative analysis device of FIG. 1G.
  • FIG. 2A illustrates a qualitative and quantitative analysis device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 2B illustrates a microfluidic structure of the qualitative and quantitative analysis device of FIG. 2A.
  • Figures 3A-3C illustrate each layer of a rotatable platform comprising a microfluidic structure of a qualitative and quantitative analysis device according to Figures 1A, 1D and 1G, respectively.
  • Figures 4A-4D illustrate each layer of a rotatable platform comprising a microfluidic structure of the qualitative and quantitative analysis device according to Figure 2A.
  • FIG. 6 shows an example of simultaneous qualitative analysis of heavy metals using the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention.
  • 7A and 7B show an example of quantitative analysis of heavy metals using qualitative and quantitative analysis devices according to the present invention.
  • FIG. 8 shows a flowchart of a method of analyzing a sample using the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention.
  • Figure 9 shows a qualitative and quantitative analysis system that includes and can rotate a qualitative and quantitative analysis device according to the present invention.
  • a qualitative and quantitative analysis device comprising a rotatable platform according to the present invention and a plurality of microfluidic structures disposed radially symmetrically on the rotatable platform,
  • each of the plurality of microfluidic structures comprises:
  • a siphon channel which is a path through which the sample can move to the detection part and connects the sample injection part and one end of the detection part;
  • a detection unit coated with an organic substance capable of causing a color reaction with heavy metals in the sample the detection unit including a plurality of detection members;
  • Each of the plurality of microfluidic structures may receive different samples
  • the rotation of the device is controlled so that the sample moves from the sample injection unit to the microfluidic channel and then moves to the detection unit,
  • each of the plurality of detection members may be coated with different reagents.
  • each of the detection members may include a plurality of intervals coated with organic ligands having different concentrations from each other.
  • the detection unit may include a reserve region connecting one end of each of the plurality of detection members and the microfluidic channel.
  • each of the detection members includes a plurality of intervals coated with organic ligands having different concentrations from each other, and the organic ligands coated on the i- Is lower than the concentration of the organic ligand coated in the region located at the (i-1) -th position from the reserve region, and i may be a natural number from 1 to n.
  • the qualitative and quantitative analysis device further comprises an air circulation channel connecting between the sample injection part and the other end of the detection part, And it is possible to prevent moisture from being formed in the detection unit.
  • the sample injecting portion may include a space capable of accommodating the sample and an opening through which the sample can be injected.
  • the rotation of the device is controlled by:
  • the device is rotated first so that the sample injected into the sample injecting unit is moved to the microfluidic channel;
  • the device is rotated secondarily so that the sample moved to the microfluidic channel is moved to the reserve region;
  • the microfluidic channel includes a portion of a "U" -shaped tube, and is provided inside the microfluidic channel after the first rotation and the second rotation The sample can be accommodated.
  • the primary rotation is performed at 2000 to 4000 RPM for 5 to 20 seconds
  • the secondary rotation is performed at 4000 to 6000 RPM for 3 to 10 seconds .
  • the rotary platform is a circular disk and may have a diameter of 12 cm to 20 cm.
  • the heavy metal which may be contained in the sample may be Fe 2+ , Zn 2+ , Hg 2+ , Cr 6+ , Ni 2+ , or Cu 2+ .
  • the organic substance previously coated on the detection member may be selected from the group consisting of Dimethylglyoxime, Bathophenanthroline, Dithiooxamide, Dithizone, Diphenylcarbazide, and 1-2-Pyridylazo-2-naphthol).
  • the step (S1) of injecting the sample into the sample injecting unit may include a step of injecting the sample into the sample injecting unit, Injecting fluid specimens, respectively, or injecting fluid samples each containing a heavy metal of the same type of concentration into each of the plurality of microfluidic structures.
  • the step (S2) of controlling the rotation of the device comprises:
  • At least one of qualitative and quantitative analysis of a sample may be performed through a color development reaction of a heavy metal of the sample developed in the detection unit Performing at least one of qualitative analysis (S3-1) and quantitative analysis (S3-2) by measuring the development distance of the color reaction.
  • FIG. 1A shows a qualitative and quantitative analysis device 1 according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 1B shows a microfluidic structure 20 of the rotary disk system of FIG. 1A.
  • a qualitative and quantitative analysis device 1 includes a plurality of microfluidic structures 20 provided on a rotatable platform 10 and a rotatable platform 10.
  • the rotatable platform 10 may be, for example, a circular disk, and the size may be, for example, in one embodiment, 12 cm to 20 cm in diameter, and in another embodiment, less than 12 cm in diameter.
  • the rotating platform 10 includes a plurality of microfluidic structures 20.
  • a plurality of microfluidic structures (20) are positioned radially symmetrically on the rotatable platform (10).
  • the plurality of microfluidic structures 20 may comprise two, three, four, six, eight, ten, or twelve.
  • 1A shows a case in which three microfluidic structures 20 are arranged in a rotary platform 10. In FIG.
  • each microfluidic structure 20 of a plurality of microfluidic structures 20 is shown.
  • the microfluidic structure 20 includes a top layer (see FIG. 3A), a detection unit 120 coated with an organic substance capable of causing a color reaction with heavy metals in the fluid sample, and a bottom layer (see FIG. 3A)
  • a sample injecting unit 100 injecting a fluid sample containing heavy metals into the upper layer, a siphon channel 110 through which the fluid sample can move to the detecting unit, a part where the detecting unit 120 can be inserted, And a ruler 130 for measuring the color development reaction development distance.
  • the lower layer portion is a pressure-sensitive adhesive layer which is not patterned.
  • Each microfluidic structure 20 of a plurality of microfluidic structures 20 may receive fluid samples containing different heavy metals.
  • the heavy metal that can be included in the fluid sample include Fe 2+ , Zn 2+ , Hg 2+ , Cr 6+ , Ni 2+ , or Cu 2+ .
  • the sample injection unit 100 includes an opening 100a in which a space for accommodating a fluid sample containing heavy metals can be injected and a fluid sample can be injected into the space.
  • One end of the sample injecting unit 100 and the detecting unit 120 may be connected to the microfluidic channel 110.
  • the sample injecting unit 100 may include a blocking unit 100b and may be formed in the channel 100a so as to prevent the sample injected when the sample is injected through the opening 100a from flowing directly into the microfluidic channel 110. [ To the inner space of the sample injecting unit 100 by using the step of the sample injecting unit 100.
  • the vicinity of the rear end portion 100c of the sample injecting portion 100, that is, the portion where the microfluidic flow path 110 is connected, has a streamlined shape, for example, in the sample injecting portion 100,
  • the fluid sample injected into the sample injecting unit 100 can be moved to the microfluidic flow path 110 without leaving the resistance of the fluid sample moving to the microfluidic channel 110 as much as possible.
  • the channel of the microfluidic channel 110 may have a width of 1 mm and a depth of 100 m.
  • the microfluidic channel 110 may comprise, for example, a portion of a "U" shaped tube.
  • the fluid sample including the heavy metal after the first rotation and the second rotation of the qualitative and quantitative analysis device 1 is passed through the passage through which the fluid sample moves due to the hydrophilicity of the microfluidic channel 110, And as a result, the fluid sample can be accommodated in the channel of the microfluidic flow path 110.
  • the detection unit 120 may be made of a porous hydrophilic material.
  • the detection unit 120 may be a paper, a nitrocellulose, an anonymous, silica-based sol-gel matrix, Can be used.
  • the detection unit 120 includes a plurality of detection members 121, 122, and 123.
  • FIGS. 1A and 1B illustrate the case where three detection members 121, 122, and 123 are included in one detection unit 120, the present invention is not limited to the above description.
  • the number of detection members can be adjusted according to the environment.
  • Different reagents may be applied to each of the plurality of detection members 121, 122, and 123 of the detection unit 120. These pre-applied reagents each contain specific organic (organic ligands) that can cause a color reaction with the corresponding heavy metals of the fluid sample (see Figure 5 and Table 1).
  • the plurality of heavy metals may be detected in the plurality of detecting members 121, 122, and 123, can do.
  • PAN (2-Pyridylazo) -2-naphthol
  • Bphen Bathophenanthroline
  • DMG Dimethylglyoxime
  • the detection unit 120 includes a reserve region 124 connecting the microfluidic channel 110 and the plurality of detection members 121, 122 and 123.
  • An organic material may be coated on the reserve region 124 or may not be coated.
  • One end of each of the plurality of detecting members 121, 122, and 123 is connected to the reserve region 124.
  • the microfluidic channel 110 is connected to the reserve region 124. The fluid sample moved from the sample injection part 100 to the microfluidic channel 110 during the first rotation of the rotary platform 10 is moved from the microfluidic channel 110 to the microfluidic channel 110 during the secondary rotation of the rotary platform 10.
  • the ruler 130 is positioned adjacent to the detector 120 in the vicinity of the detector 120.
  • the ruler 130 may be, for example, scaled in millimeters (mm).
  • scale unit 130 may be scaled in terms of concentration units such as ppm, ppb, etc., in addition to length units such as mm.
  • the scale is expressed in terms of the concentration unit in the scale 130, it may be expressed in terms of a concentration unit obtained by substituting the development length of the heavy metal into the calibration curve (see FIGS. 6A and 6B).
  • FIG. 1C shows exemplary dimensions of a microfluidic structure 20 of the rotary disk system of FIG. 1B.
  • Exemplary dimensions of the microfluidic structure 20 are not limited to those shown in FIG. 1C, but may be modified or modified according to various environments embodied in the present invention.
  • FIG. 1D shows a qualitative and quantitative analysis device 1 'according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 1E shows a microfluidic structure 20' of the rotary disk system of FIG. 1D.
  • Each of the plurality of detecting members 121 ', 122', 123 'of the detecting unit 120' is not coated with the same concentration of the organic ligand, but the detecting members 121 'and 122' , 123 ') are coated with a different concentration of organic ligand for each of a plurality of (n, where n is a natural number of 2 or more) intervals with different concentrations.
  • the number n of sections may be, for example, 2 or more and 10 or less, or 5 or 6, for example.
  • a first section (121 detecting member 121 '1) is coated with the organic ligand in the highest concentration, and then the second section (121' adjacent to the 2), is coated with a lower concentration than the concentration of the organic ligand coatings in 1), and a subsequent section of the third section (121 "a first section (121 3) is coated on the second section (121 '2) an And the subsequent sections are also coated with an increasingly lower concentration of the organic ligand in a similar manner so that the nth section 121 ' n most distant from the reserve region 124 is the lowest Concentration of the organic ligand.
  • the concentration of the organic ligand coated on the i-th section 121 ' i from the reserve region 124 is lower than the concentration of the organic ligand coated on the ( i-1 ) -th section 121' i-1 .
  • i is a natural number from 1 to n.
  • the amount of the fluid sample developed from the n-th section 121 ' n farthest from the reserve section 124 toward the first section 121' 1 closest to the reserve section 124 increases.
  • the concentration of the coated organic ligand is increased from the n-th section 121 ' n farthest to the reserve region 124 to the first section 121' 1 closest to the reserve region 124. It is possible to prevent the speed at which the fluid sample is developed from the detection member 121 'from being increased faster than the rate at which the organic ligand coated on the detection member 121' reacts (color development reaction) with the heavy metal in the fluid sample, Even in the quantitative analysis of heavy metals, the accuracy of measurement can be further increased.
  • the detection member 122 'and the detection member 123' are also coated with the concentration gradient in the above-described manner with respect to the detection member 121 '.
  • PAN (1- (2-Pyridylazo) -2-naphthol
  • PAN (1- (2-Pyridylazo) -2-naphthol
  • the concentration of the organic ligand coated on each of the fourth section 121 ' 4 and the fifth section 121' 5 may be 50, 35, 20, 5, and 1 mM, respectively.
  • Bphen (Bathophenanthroline) as an organic substance may be added to any one of the plurality of detecting members 121 ', 122', 123 '(for example, the detecting member 121') to detect Fe 2+
  • the concentration of the organic ligand coated on the fifth section 121 ' 5 may be 10, 5, 1, 0.5, and 0.1 mM, respectively.
  • DMG Dimethylglyoxime
  • a concentration of the organic ligand coated on the fifth section 121 ' 5 may be 50, 10, 5, 1, and 0.5 mM, respectively.
  • DTO Dithiooxamide
  • a concentration of the organic ligand coated on each of the first section 121 ' 4 ' and the fifth section 121 ' 5 may be 10, 8, 6, 4 and 2 mM, respectively.
  • any one for example of 1% H 2 SO 4 is added to a DCB (Diphenylcarbazide) a plurality of detection members (121 ', 122', 123 ') as the organic material to detect the Cr 6+ 'to be coated on) when the number of intervals of this detection member 5 individuals, the first interval (121, the detection member 121' 1), a second section (121 '2), the third section (121 "3) ,
  • the fourth section 121 ' 4 and the fifth section 121' 5 may be 20, 10, 5, 2 and 1 mM, respectively.
  • DTZ Dithizone
  • detection member 121' detection member 121'
  • the first section 121 ' 1 , the second section 121' 2 , the third section 121 ' 3 , the fourth section 121' 4 , and the fourth section 121 ' 4 , , And the concentration of the organic ligand coated on the fifth section 121 ' 5 may be 50, 25, 10, 5, and 1 mM, respectively.
  • FIG. 1F illustrates exemplary dimensions of the microfluidic structure 20 'of the rotating disk system of FIG. 1D.
  • Exemplary dimensions of the microfluidic structure 20 ' are not limited to those shown in FIG. 1F, but may be modified and modified according to various environments embodied in the present invention.
  • FIG. 1G shows a qualitative and quantitative analysis device 1 '' according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 1H shows a microfluidic structure 20 '' of the rotary disk system of FIG. 1G.
  • the qualitative and quantitative analysis device 1 '' of FIG. 1 h is similar to the qualitative and quantitative analysis device 1 of FIG. 1 a in that a plurality of microfluidic structures 20 '' provided in the rotary platform 10 and the rotary platform 10, .
  • the upper part of the rotary platform 10 of the rotary platform 10 includes a sample injection part 100 into which a fluid sample containing heavy metals is injected and a siphon channel 110 through which the fluid sample can move to the detection part. .
  • the upper portion of the upper layer may be provided with a concave portion in conformity with the shape of the detecting portion 120 " so that the detecting portion 120 " can be inserted, This is possible. Also, the height of the concave portion can be variously modified and changed according to the environment in which the present invention is actually implemented.
  • the lower layer portion includes a portion where the detection portion 120 " can be inserted (see FIG. 3C) and a ruler 130 for measuring the color reaction response.
  • the qualitative and quantitative analysis device 1 " of FIG. 1G includes an air circulation channel 140 at the upper level, unlike the qualitative and quantitative analysis devices 1 and 1 'of FIGS.
  • the air circulation channel 140 connects between the other end of each of the plurality of detecting members 121 ', 122', 123 'of the sample injecting unit 100 and the detecting unit 120'.
  • the air circulation channel 140 is connected to the sample injection unit 100 through the microfluidic channel 110, the detection unit 120, the air circulation channel 140, and the sample injection unit 100.
  • the vaporization rate of the fluid sample of the detection unit 120 ' is increased and the moisture detection of the detection unit 120' can be prevented.
  • the air circulation channel 140 is located at the center portion of the circular disk-shaped rotary platform 10 and the microfluidic flow path 110 is positioned toward the edge of the rotary platform 10,
  • the sample of the sample injection unit 100 moves to the microfluidic channel 110 due to the centrifugal force and does not move to the air circulation channel 140.
  • a hole having a thickness of about 1 mm and a diameter of about 0.8 mm is drilled at a point where the sample injecting section 100 and the air circulating channel 140 are connected to each other to form a capillary valve it is possible to prevent the sample injecting unit 100 from moving to the air circulating channel 140 by forming a capillary valve.
  • FIG. 1I illustrates exemplary dimensions of the microfluidic structure 20 " of the rotating disk system of FIG. 1G.
  • Exemplary dimensions of the microfluidic structure 20 " are not limited to those shown in FIG. 1I, but may be modified and modified in accordance with various environments embodied in the present invention.
  • Figure 2a shows a qualitative and quantitative analysis device 1 '' 'according to another embodiment of the present invention
  • Figure 2b shows a microfluidic structure 20' '' of the rotating disk system of Figure 2a.
  • the qualitative and quantitative analysis device 1 '' of FIG. 2a includes a plurality of microfluidic structures 20 '' provided on the rotary platform 10 and the rotary platform 10, similar to the qualitative and quantitative analysis device 1 of FIG. ').
  • the upper part of the rotary platform 10 of the rotary platform 10 includes a sample injection part 100 into which a fluid sample containing heavy metals is injected and a siphon channel 110 through which the fluid sample can move to the detection part. .
  • the lower surface of the upper layer may be provided as a concave portion corresponding to the shape of the detecting portion 120 " 'so that the detecting portion 120 "' may be inserted into the upper portion of the upper layer portion, Modification, and alteration. Also, the height of the concave portion can be variously modified and changed according to the environment in which the present invention is actually implemented.
  • the lower layer portion includes a portion into which the detection portion 120 " 'can be inserted (see FIG. 4D) and a ruler 130 for measuring the color development reaction development distance.
  • the qualitative and quantitative analysis device 1 '' 'of FIG. 2a includes an air circulation channel 140', similar to the qualitative and quantitative analysis device 1 "of FIG. 1g.
  • the air circulation channel 140 connects between the sample injection unit 100 and the other end of the detection unit 120 ".
  • the microfluidic channel 110, the detection unit 120, the air circulation channel 140, and the sample injection unit 100 are circulated.
  • the qualitative and quantitative analysis device 1 '' of FIG. 2A includes one detection member in the detection unit 120 ''. Also, as in the qualitative and quantitative analysis devices 1 and 1 'of FIGS. 1D and 1G, the concentrations of the organic ligands in the detection unit 120' 'are not different in each section.
  • the whole of the detection part 120' ' is coated with an organic material capable of causing a color reaction with heavy metals in the fluid sample so that the fluid sample can be developed, Quot;) and a reserved area 150 separately provided. One end of the detecting portion 120 " is accommodated in the reserved region 150.
  • the reservoir area 150 is a recessed patterned area on the upper surface of the upper platform and the upper surface of the lower platform of the rotary platform 10 of Fig. 4A so as to accommodate the fluid sample therein.
  • the fluid sample accommodated in the microfluidic channel 110 during the first rotation of the rotary platform 10 moves from the microfluidic channel 110 to the reserve region 150 during the second rotation of the rotary platform 10, (That is, trapped) in the reserve region 150 without being deployed to the detection unit 120 " by centrifugal force due to rotation.
  • the second rotation of the rotary platform 10 is stopped, the fluid sample moves from the reserve area 150 to the detection part 120 " and is developed in the detection part 120 ".
  • Figures 3a and 3b illustrate each layer of the rotatable platform 10 including the microfluidic structures 20, 20 'of Figures 1a and 1d, respectively.
  • the upper part includes a sample injection unit 100, a microfluidic channel 110, a space where the detection units 120 and 120 'can be inserted, and a ruler 130.
  • the thickness of the upper layer portion may be 1.0 mm, for example, and the material of the upper layer portion may include polycarbonate (PC) or polymethylmethacrylate (PMMA), for example.
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • the sample injection unit 100 and the microfluidic channel 110 are provided in the upper layer and the sample injection unit 100 and the microfluidic channel 110 are formed through a patterning process using micro- .
  • the lower surface of the upper layer may be provided as a concave portion corresponding to the shape of the detecting unit 120 or 120 'so that the detecting unit 120 or 120' It is possible to change and change variously. Also, the height of the concave portion can be variously modified and changed according to the environment in which the present invention is actually implemented.
  • the lower layer is not patterned but is a pressure sensitive adhesion layer that can be bonded to the upper layer.
  • the material may include, for example, a polyolefin series.
  • Fig. 3c illustrates each layer of the rotatable platform 10 including the microfluidic structure 20 " of Fig. Ig. 3C, the rotary platform 10 including the microfluidic structure 20 " 'is largely composed of three layers, each of which includes a sample injection unit 100 and a microfluidic channel 110, A bottom layer to which the detection part is inserted, and a PSA layer (pressure sensitive adhesion layer) that can bond the upper and lower layers.
  • the upper and lower layer materials include, for example, polycarbonate (PC) or polymethylmethacrylate (PMMA).
  • the sample injection unit 100 and the microfluidic channel 110 are provided in the upper layer and the sample injection unit 100 and the microfluidic channel 110 are formed through a patterning process using micro- .
  • a portion where the detection unit 120 'is located may be provided with a concave portion on the lower surface of the upper portion in conformity with the shape of the detection unit 120' so that the detection unit 120 'can be inserted. This is possible. Also, the height of the concave portion can be variously modified and changed according to the environment in which the present invention is actually implemented.
  • a hydrophilic material is coated on the inside of the microfluidic channel 110 to receive a fluid sample containing a heavy metal.
  • the bottom surface of the upper layer may be provided with a concave portion in conformity with the shape of the detecting portion 120 'so that a space into which the detecting portion 120' can be inserted is provided in the lower layer portion.
  • a ruler 130 is patterned on the lower layer.
  • the PSA layer portion is an adhesive layer serving to bond the upper layer portion and the lower layer portion, and can be made of, for example, an acryl-based double-sided adhesive tape.
  • a sample or the like having a viscous component corresponding to the size of the rotary platform 10 corresponds to the sample injection unit 100 of the upper layer and the detection unit 120 'of the lower layer corresponding to the region corresponding to the microfluidic channel 110 And then removing it by cutting or the like.
  • the upper layer portion and the PSA layer portion are made of a transparent material so that the development and the scale of the sample of the lower layer detection portion 120 " can be confirmed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes are possible, for example, the ruler 130 may be patterned on the upper layer.
  • Figures 4A-4D illustrate each layer of the rotatable platform 10 including the microfluidic structure 20 " 'of Figure 2A. 4A, a rotary platform 10 including a microfluidic structure 20 " 'is composed of three layers, each of which includes a sample injection unit 100 and a microfluidic channel 110, A bottom layer (see FIG. 4D) for inserting the detecting portion, and a pressure sensitive adhesion layer (see FIG. 4C) for bonding the upper and lower layers.
  • the qualitative and quantitative analysis device 1 '' of FIG. 1 (a) and the microfluidic structure 20 '' of FIG. 2 (b) 1 ") and the microfluidic structure 20 " and other overlapping descriptions for each stratum refer to the description of Figure 3C.
  • the rotation of the qualitative and quantitative analysis device 1 is controlled so that a fluid sample containing heavy metal is injected into the sample injection part 100 To the microfluidic channel 110 and then to the detectors 120, 120 ', 120 ".
  • the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1' ', 1' '' The fluid sample containing the heavy metal moves to the microfluidic channel 110.
  • the fluid sample containing the heavy metal in the upper microfluidic channel (110) When the rotation of the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1 "' is stopped, a fluid sample containing heavy metal is injected into the detection part 120, 120 ' And is developed on the detecting portions 120, 120 ', and 120 " by the capillary force.
  • the fluid sample including the heavy metal developed on the detection units 120, 120 ', 120 "reacts with the reagents previously coated on the detection units 120, 120', 120" to represent the color of the heavy metal.
  • an organic material that can be previously applied to the detection units 120, 120 ', 120 " for example, an organic complexing agent can be used.
  • a reaction list between heavy metal ions and an organic complexing agent can be used.
  • Figure 5 shows the color development reaction between heavy metal ions and organic complexing agents according to Table 1.
  • PAN 1- (2-Pyridylazo) -2-naphthol
  • Bphen Bathophenanthroline
  • DMG Dimethylglyoxime
  • DTO Dithiooxamide
  • DCB Diaphenylcarbazide
  • Cr 6+ was to be added to 1% H 2 sO 4 in the DCB to improve Cr 6+ ion-selective reaction and coloring reaction of DCB.
  • FIG. 6 is an example of a simultaneous qualitative analysis on six heavy metals (100 ppm). Simultaneous qualitative analysis is performed on six heavy metals using the qualitative and quantitative analysis device 1 '' ' One case is shown.
  • the degree of development of the fluid sample including heavy metals on the detection units 120, 120 ', 120 can be quantitatively analyzed using the scale 130. Referring to the example of FIG. 6, it can be seen that the degree of development of the fluid sample including heavy metal on the detection portion 120 " of each of the plurality of microfluidic structures 20 "'is different. It is also possible to measure the extent to which a fluid sample containing heavy metals is developed by using the respective rulers 130. The development distance of the corresponding fluid sample on the detection unit 120 '' is measured using the ruler 130, and the type of the heavy metal contained in the fluid sample is determined by the above-described qualitative analysis, and a calibration curve ) (See, for example, Figs.
  • FIG. 7A shows a case where Cr 6+ is quantitatively analyzed using the qualitative and quantitative analysis device 1 '''of FIG. 2A
  • FIG. 7B shows a case where quantitative analysis of Fe 2+ is performed Respectively.
  • the numbers 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, and 100 ppm described in FIG. 7A are the results of quantitative analysis of Cr 6+ .
  • Step 1 injecting a fluid sample into the sample injection unit 100 of the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1' ', 1' ''
  • Step 2 Controlling the rotation of the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ', 1 ", 1 "')
  • Step 3 Performing at least one of qualitative and quantitative analysis (S3)
  • Step 1 injecting a fluid sample into the sample injection unit 100 of the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1' ', 1' ''
  • a fluid sample is injected into each sample injection section 100 of a plurality of microfluidic structures 20 of the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1 "'.
  • a fluid sample is injected into each sample injection section 100 of a plurality of microfluidic structures 20 of the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1 "'.
  • about 40 ⁇ l of fluid sample can be injected.
  • the present invention is not limited to the above, and the amount of injection can be variously adjusted according to various environments in which the present invention is implemented.
  • Fluid samples containing different kinds of heavy metals are respectively injected into each of the plurality of microfluidic structures 20, 20 ', 20 ", 20 "' (S1-1) and subjected to qualitative analysis and / or quantitative analysis Or fluid samples containing heavy metals of the same kind or concentration are injected into each of the plurality of microfluidic structures 20, 20 ', 20 " and 20 "' (S1-2) Qualitative analysis and / or quantitative analysis as described above.
  • Step 2 Controlling the rotation of the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ') (S2)
  • a qualitative and quantitative analysis system 3 capable of rotating the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1 "', for example a rotary qualitative and quantitative analysis system 3 ), And then rotate the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ', 1 ", 1 "').
  • This step S2 includes the following detailed steps.
  • Step 2-1 Move the fluid sample including the heavy metal injected into the sample injecting unit 100 located in the upper part of the microfluidic structures 20, 20 ', 20' ', 20' '' to the microfluidic channel 110
  • the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1' ', 1' '' is first rotated for 5 to 20 seconds at 2000 to 4000 RPM and then stopped (S2-1).
  • Step 2-2 In step 2-1, the fluid sample including the heavy metal moved to the microfluidic channel 110 is stored in the reservoir areas 124 and 150 of the microfluidic structures 20, 20 ', 20' 'and 20' '' 1 ', 1 ", 1 "') is rotated at 4000 to 6000 RPM for 3 to 10 seconds (S2-2).
  • Step 2-3 The rotation of the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1 "' is stopped, so that a fluid sample containing heavy metal is detected on the detectors 120, 120 ' (S2-3).
  • Step 3 Performing at least one of qualitative and quantitative analysis (S3)
  • (S3-1) may be performed by a method of visually analyzing the color reaction on the detection units 120, 120 ', 120 "with respect to the fluid sample developed on the detection units 120, 120', 120"
  • the quantitative analysis may be performed by measuring the degree of development of the fluid sample developed on the detection units 120, 120 ', 120 "by using the scale 130 and substituting the measurement result into the calibration curve of the heavy metal (S3- 2), and both qualitative analysis and quantitative analysis may be performed (S3-1 and S3-2). Examples related to this are described above with reference to Figs. 6, 7A and 7B.
  • a qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1 "' includes a plurality of types (for example, Each of the microfluidic structures 20 having the same structure capable of detecting heavy metals is arranged radially symmetrically along the direction of rotation of the rotary platform 10, (120, 120 ', 120 ") coated with an organic substance capable of causing a color reaction with heavy metals.
  • the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ', 1', 1 '') and the analysis method (2) of the sample using the device according to the embodiment of the present invention, 1 '' and 1 ''
  • the centrifugal force acts on the opposite side of the capillary force, it is applied to control the solution development speed by the capillary force so that the color development reaction can be sufficiently performed on the detection part.
  • the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ', 1 ", 1"') and the analysis method (2) of the sample using the same according to the embodiment of the present invention, economical and rapid multi- And it is more economical than a conventional expensive spectral or mass spectrometry based heavy metal detector and can shorten the time required for analysis and can be applied quickly and conveniently in a field where heavy metal qualitative / quantitative analysis is required.

Abstract

The present invention relates to a device and a method for qualitative and quantitative analysis of heavy metals and more particularly provides a device and a method for qualitative and quantitative analysis of heavy metals utilizing a rotary disc system.

Description

회전식 디스크 시스템을 활용한 중금속 정성 및 정량 분석 디바이스 및 분석 방법 Heavy metal qualitative and quantitative analysis devices and analysis methods using a rotary disk system
본 출원은 2017.11.20. 출원된 한국특허출원 10-2017-0154395호 및 2018.05.10. 출원된 한국특허출원 10-2018-0053639호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.This application is a continuation-in- Korean Patent Application 10-2017-0154395 and 2018.05.10 filed. And claims the benefit of priority based on Korean Patent Application No. 10-2018-0053639, all of which are incorporated herein by reference.
본 발명은 중금속의 정성 및 정량 분석 디바이스 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 회전식 디스크 시스템을 활용한 중금속 시료의 정성 및 정량 분석 디바이스 및 분석 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a device and method for qualitative and quantitative analysis of heavy metals, and more particularly, to a device and method for qualitative and quantitative analysis of heavy metal samples using a rotary disk system.
일반적으로, 가장 보편적으로 시행하는 중금속 검출법은 유도결합 플라스마 질량분석이나 원자 흡광·방출광도계 등 분광학적 분석이다. 질량 및 분광학적 기반의 중금속 검출법은 정확하고 검출한계가 높지만, 고가이고 숙련된 분석 기술이 필요해 신속, 간단하게 현장에서 중금속 분석을 수행하기 어렵다. In general, the most widely used method for detecting heavy metals is spectroscopic analysis such as inductively coupled plasma mass spectrometry or atomic absorption / emission spectrometry. Mass and spectrometric heavy metal detection methods are accurate and have high detection limits, but they are expensive and require skilled analytical techniques, making it difficult to perform heavy metal analysis on the spot quickly and simply.
고가의 질량 및 분광학 기반의 중금속 분석 장비 대체를 위한 경제적이고 저렴한 발색 기반의 중금속 분석 시스템의 개발이 요구되며, 현장에서 편리하게 적용할 수 있는 소형화된 분석 시스템의 개발이 요구된다. 또한, 다중 중금속의 동시 검출 수행을 통한 분석시간을 단축시키면서도 중금속의 정성 분석뿐만 아니라 정량 분석 수행 가능한 시스템의 개발이 요구된다.It is required to develop economical and cost-effective color-based heavy metal analysis system for replacing expensive mass and spectroscopy-based heavy metal analysis equipment, and development of miniaturized analysis system that can be conveniently applied in the field is required. In addition, it is required to develop a system capable of quantitative analysis as well as qualitative analysis of heavy metals while shortening analysis time by performing simultaneous detection of multiple heavy metals.
또한, 하나의 유체 시료 내에 복수 개의 중금속이 존재하는 경우 이를 보다 간편하고 신속하게 분석을 수행할 수 있는 방안이 요구된다.In addition, when there are a plurality of heavy metals in a single fluid sample, it is required to implement a simple and quick analysis method.
또한, 검출부에 중금속을 포함하는 유체 시료를 전개시켜 이러한 전개 길이에 따라 정량 분석을 수행하는 경우에 있어서, 보다 측정의 정확도를 높일 수 있는 방안이 요구된다. 또한, 검출부에서 유체 시료가 전개될 때에 보다 균일하게 유체 시료가 이동하고, 검출부의 습기 맺힘 현상을 방지하는 방안이 요구된다.In addition, when a fluid sample containing a heavy metal is developed in a detection unit and quantitative analysis is performed according to such a developed length, a measure for further increasing the accuracy of measurement is required. In addition, there is a need for a method for preventing the detection part from becoming wet when the fluid sample is more uniformly moved in the detection part.
본 발명에 따른 회전식 플랫폼 및 상기 회전식 플랫폼 상에 방사 대칭으로 배치되는 복수 개의 미세 유체 구조물을 포함하는, 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서,A qualitative and quantitative analysis device comprising a rotatable platform according to the present invention and a plurality of microfluidic structures disposed radially symmetrically on the rotatable platform,
상기 복수 개의 미세 유체 구조물 각각은: Wherein each of the plurality of microfluidic structures comprises:
중금속을 포함하는 유체 시료가 주입되는 시료 주입부;A sample injection unit into which a fluid sample containing heavy metals is injected;
상기 시료가 검출부로 이동할 수 있는 통로이고 상기 시료 주입부와 상기 검출부의 일 단부를 연결하는 미세 유체 유로(siphon channel); A siphon channel which is a path through which the sample can move to the detection part and connects the sample injection part and one end of the detection part;
상기 시료의 중금속과 발색 반응을 일으킬 수 있는 유기물이 도포된 검출부로서, 복수 개의 검출부재들을 포함하는 상기 검출부; 및 A detection unit coated with an organic substance capable of causing a color reaction with heavy metals in the sample, the detection unit including a plurality of detection members; And
상기 발색 반응의 전개 거리의 측정을 위한 눈금자를 포함하고,And a ruler for measuring the development distance of the color reaction,
상기 복수 개의 미세 유체 구조물 각각은 서로 다른 시료들을 수용할 수 있고,Each of the plurality of microfluidic structures may receive different samples,
상기 디바이스의 회전이 제어됨으로써, 상기 시료가 상기 시료 주입부에서 상기 미세 유체 유로로 이동한 다음 상기 검출부로 이동하고, The rotation of the device is controlled so that the sample moves from the sample injection unit to the microfluidic channel and then moves to the detection unit,
상기 검출부에서의 중금속의 발색 반응을 통한 정성 분석 및 상기 발색 반응의 전개 거리 측정을 통한 정량 분석이 가능할 수 있다.It is possible to perform qualitative analysis through the coloring reaction of the heavy metal in the detection unit and quantitative analysis by measuring the development distance of the color reaction.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 복수 개의 검출부재들 각각에는 상이한 시약들이 각각 도포되어 있을 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, each of the plurality of detection members may be coated with different reagents.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 검출부재들 각각은 서로 농도가 상이한 유기 리간드로 코팅된 복수 개의 구간들을 포함할 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, each of the detection members may include a plurality of intervals coated with organic ligands having different concentrations from each other.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 검출부는 상기 복수 개의 검출부재들의 각각의 일단부와 상기 미세 유체 유로를 연결하는 리저브(reserve) 영역을 포함할 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the detection unit may include a reserve region connecting one end of each of the plurality of detection members and the microfluidic channel.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 검출부재들 각각은 서로 농도가 상이한 유기 리간드로 코팅된 복수 개의 구간들을 포함하고, 상기 리저브 영역으로부터 i 번째로 위치한 구간에 코팅된 유기 리간드의 농도는 상기 리저브 영역으로부터 i-1 번째로 위치한 구간에 코팅된 유기 리간드의 농도보다 낮고, i는 1부터 n까지의 자연수일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 시료 주입부와 상기 검출부의 타단부 사이를 연결하는 공기 순환 채널을 더 포함하고, 상기 공기 순환 채널은 상기 검출부에서의 유체 시료의 증발 속도를 증가시키고 상기 검출부의 습기 맺힘 현상을 방지할 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, each of the detection members includes a plurality of intervals coated with organic ligands having different concentrations from each other, and the organic ligands coated on the i- Is lower than the concentration of the organic ligand coated in the region located at the (i-1) -th position from the reserve region, and i may be a natural number from 1 to n. Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, it is preferable that the qualitative and quantitative analysis device further comprises an air circulation channel connecting between the sample injection part and the other end of the detection part, And it is possible to prevent moisture from being formed in the detection unit.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 시료 주입부는 상기 시료를 수용할 수 있는 공간 및 상기 시료가 주입될 수 있는 개구부를 포함할 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the sample injecting portion may include a space capable of accommodating the sample and an opening through which the sample can be injected.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 디바이스의 회전의 제어는:Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the rotation of the device is controlled by:
상기 시료 주입부에 주입된 시료가 상기 미세 유체 유로로 이동되도록, 상기 디바이스가 1차로 회전하였다가 정지하고;The device is rotated first so that the sample injected into the sample injecting unit is moved to the microfluidic channel;
상기 미세 유체 유로로 이동된 시료가 상기 리저브 영역으로 이동되도록, 상기 디바이스가 2차로 회전하고;The device is rotated secondarily so that the sample moved to the microfluidic channel is moved to the reserve region;
상기 리저브 영역으로 이동된 시료가 상기 검출부 상에서 전개되도록, 상기 디바이스가 정지하는 방식으로 이루어질 수 있다.And the device is stopped so that the sample moved to the reserve area is developed on the detection unit.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 미세 유체 유로는 “U”자 형의 관으로 된 부분을 포함하여 상기 1차 회전 이후 및 2차 회전 이전에 상기 미세 유체 유로의 내부에 상기 시료를 수용할 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the microfluidic channel includes a portion of a "U" -shaped tube, and is provided inside the microfluidic channel after the first rotation and the second rotation The sample can be accommodated.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 1차의 회전은 2000~4000 RP 미만으로 5~20초 동안 이루어지고, 상기 2차의 회전은 4000~6000 RPM 으로 3~10초 동안 이루어질 수 있다.Also, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the primary rotation is performed for less than 2000 to 4000 RP for 5 to 20 seconds, and the secondary rotation is performed for 3 to 10 seconds at 4000 to 6000 RPM Lt; / RTI >
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 회전식 플랫폼은 원형 디스크이고 직경이 12 cm 내지 20 cm 일 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the rotary platform is a circular disk and may have a diameter of 12 cm to 20 cm.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 시료에 포함될 수 있는 중금속은 Fe 2+, Zn 2+, Hg 2+, Cr 6+, Ni 2+, 또는 Cu 2+일 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the heavy metal which may be contained in the sample may be Fe 2+ , Zn 2+ , Hg 2+ , Cr 6+ , Ni 2+ , or Cu 2+ .
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 검출부재에 미리 도포되는 유기물은 디메칠글리옥심(Dimethylglyoxime), 바소페난트롤린(Bathophenanthroline), 디티오옥사마이드(Dithiooxamide), 디티존(Dithizone), 디페닐카바지드(Diphenylcarbazide), 및 1-2-피리딜아조-2-나프톨(1-(2-Pyridylazo)-2-naphthol)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.In addition, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the organic substance previously coated on the detection member may be selected from the group consisting of Dimethylglyoxime, Bathophenanthroline, Dithiooxamide, Dithizone, Diphenylcarbazide, and 1-2-Pyridylazo-2-naphthol).
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스를 이용한 중금속을 포함하는 유체 시료의 분석 방법에 있어서:In addition, a method for analyzing a fluid sample containing heavy metals using a qualitative and quantitative analysis device according to the present invention,
상기 시료 주입부에 상기 시료를 주입하는 단계(S1);Injecting the sample into the sample injecting unit (S1);
상기 디바이스의 회전을 제어하는 단계(S2); 및 Controlling the rotation of the device (S2); And
상기 검출부에 전개된 시료의 정성 및 정량 분석 중 적어도 하나를 수행하는 단계(S3)를 포함할 수 있다.And performing at least one of qualitative and quantitative analysis of the sample developed in the detection unit (S3).
또한, 본 발명에 따른 중금속을 포함하는 유체 시료의 분석 방법에 있어서, 상기 시료 주입부에 상기 시료를 주입하는 단계(S1)는, 상기 복수 개의 미세 유체 구조물들 각각에 상이한 종류의 중금속을 포함하는 유체 시료들을 각각 주입하는 단계 또는 상기 복수 개의 미세 유체 구조물들 각각에 동일한 종류의 농도를 달리하는 중금속을 포함하는 유체 시료들을 각각 주입하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the method of analyzing a fluid sample containing heavy metals according to the present invention, the step (S1) of injecting the sample into the sample injecting unit may include a step of injecting the sample into the sample injecting unit, Injecting fluid specimens, respectively, or injecting fluid samples each containing a heavy metal of the same type of concentration into each of the plurality of microfluidic structures.
또한, 본 발명에 따른 중금속을 포함하는 유체 시료의 분석 방법에 있어서,In the method of analyzing a fluid sample containing heavy metals according to the present invention,
상기 디바이스의 회전을 제어하는 단계(S2)는:The step (S2) of controlling the rotation of the device comprises:
상기 시료 주입부에 주입된 시료가 상기 미세 유체 유로로 이동되도록 상기 디바이스를 1차로 회전하였다가 정지하는 단계(S2-1);A step (S2-1) of first rotating the device so that the sample injected into the sample injecting part is moved to the microfluidic channel, and then stopping the device;
상기 미세 유체 유로로 이동된 시료가 상기 리저브 영역에 유입되도록 상기 디바이스를 2차로 회전하는 단계(S2-2); 및(S2-2) rotating the device in a second order so that a sample moved to the microfluidic channel flows into the reserve region; And
상기 디바이스의 회전을 정지하여 상기 리저브 영역에 유입된 시료가 상기 검출부 상에서 전개되는 단계(S2-3)를 포함할 수 있다.And a step (S2-3) of stopping the rotation of the device and developing the sample introduced into the reserve region on the detection unit.
또한, 본 발명에 따른 중금속을 포함하는 유체 시료의 분석 방법에 있어서, 시료의 정성 및 정량 분석 중 적어도 하나를 수행하는 단계(S3)는, 상기 검출부에 전개된 상기 시료의 중금속의 발색 반응을 통한 정성 분석(S3-1) 및 상기 발색 반응의 전개 거리 측정을 통한 정량 분석(S3-2) 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.Further, in the method of analyzing a fluid sample containing heavy metals according to the present invention, at least one of qualitative and quantitative analysis of a sample (S3) may be performed through a color development reaction of a heavy metal of the sample developed in the detection unit Performing at least one of qualitative analysis (S3-1) and quantitative analysis (S3-2) by measuring the development distance of the color reaction.
본 발명의 일 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스 및 이를 이용한 시료의 분석 방법에 의하면, 자동화된 유체 제어 및 회전력과 모세관력의 조절을 통한 중금속 검출 한계 증가가 가능하다. 회전력 제어를 통한 중금속 이온 검출 한계 향상이 가능하다. 즉, 회전 제어에 의한 원심력과 모세관력의 조절을 통한 발색 반응 시간 조절 및 발색 영역을 조절하여 검출 한계 향상이 가능하다. According to the qualitative and quantitative analysis device and the method of analyzing the sample using the device according to the embodiment of the present invention, it is possible to increase the detection limit of heavy metal through the control of the automated fluid and the control of the rotational force and the capillary force. It is possible to improve the detection limit of heavy metal ion by the torque control. That is, by adjusting the centrifugal force and the capillary force by the rotation control, it is possible to control the color reaction time and improve the detection limit by adjusting the coloring area.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스 및 이를 이용한 시료의 분석 방법에 의하면, 여러 개의 중금속에 대한 정성 분석과 정량 분석을 하나의 디바이스로 수행할 수 있다. 이러한 본 발명에 따르면, 경제적이며 신속한 다중 중금속 정성/정량 분석이 가능하다. 종래의 고가의 분광 혹은 질량 분석 기반 중금속 검출기에 비해 경제적이며 분석에 소요되는 시간도 단축시킬 수 있다. 또한, 정성 분석을 위한 구성과 정량 분석을 위한 구성이 하나의 소형화된 디바이스로 통합되어, 중금속 정성/정량 분석이 필요한 현장에서 신속하고 편리하게 응용될 수 있다. In addition, according to the qualitative and quantitative analysis device and the method of analyzing a sample using the device according to an embodiment of the present invention, qualitative analysis and quantitative analysis of a plurality of heavy metals can be performed by a single device. According to the present invention, economical and rapid multi-metal qualitative / quantitative analysis is possible. It is more economical than conventional expensive spectroscopy or mass spectrometry based heavy metal detector and can shorten analysis time. In addition, the composition for qualitative analysis and the composition for quantitative analysis can be integrated into a single miniaturized device, enabling quick and convenient application in the field where heavy metal qualitative / quantitative analysis is required.
또한, 유로(미세 유체 유로) 및 검출부가 하나의 디바이스에 모두 패터닝되어 있어 정성 및 정량 분석 디바이스의 제작이 간편하다.In addition, since the flow path (microfluidic flow path) and the detection section are all patterned in one device, it is easy to manufacture the qualitative and quantitative analysis device.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 하나의 유체 시료 내에 복수 개의 중금속이 존재하는 경우에도 이를 보다 간편하고 신속하게 분석을 수행할 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, even when a plurality of heavy metals exist in one fluid sample, analysis can be performed more simply and quickly.
또한, 검출부재들 각각의 전체에 걸쳐 동일한 농도의 유기 리간드로 코팅하는 것이 아니라, 검출부재들 각각에 농도 구배를 두어 유기 리간드로 코팅함으로써 유체 시료에 포함된 중금속의 정량 분석에 있어서도 측정의 정확도를 보다 높일 수 있다.Further, instead of coating all of the detection members with the same concentration of the organic ligand, the concentration gradient of each of the detection members is coated with the organic ligand so that the accuracy of the measurement is also improved in the quantitative analysis of heavy metals contained in the fluid sample .
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스 및 이를 이용한 시료의 분석 방법에 의하면, 공기 순환 채널을 두어, 검출부에서 유체 시료가 전개될 때에 검출부의 습기 맺힘 현상을 방지할 수 있고, 미세 유체 유로의 끝에 리저브 영역을 두고 검출부의 일단부가 리저브 영역 내에 위치하도록 하여 검출부에서 유체 시료가 전개될 때에 보다 균일하게 유체 시료가 이동할 수 있다. In addition, according to the qualitative and quantitative analysis device and the method of analyzing a sample using the device, the air circulation channel can be provided to prevent moisture from being formed in the detection part when the fluid sample is developed in the detection part, The reservoir region is located at the end of the microfluidic channel so that one end of the detection portion is located within the reserve region and the fluid sample can move more uniformly when the fluid sample is developed in the detection portion.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스를 도시하고, 도 1b 및 도 1c는 도 1a의 정성 및 정량 분석 디바이스의 미세 유체 구조물을 도시한다.FIG. 1A shows a qualitative and quantitative analysis device according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 1B and 1C show a microfluidic structure of the qualitative and quantitative analysis device of FIG. 1A.
도 1d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스를 도시하고, 도 1e 및 도 1f는 도 1d의 정성 및 정량 분석 디바이스의 미세 유체 구조물을 도시한다.FIG. 1D shows a qualitative and quantitative analysis device according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 1E and 1F show a microfluidic structure of the qualitative and quantitative analysis device of FIG. 1D.
도 1g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스를 도시하고, 도 1h 및 도 1i는 도 1g의 정성 및 정량 분석 디바이스의 미세 유체 구조물을 도시한다. FIG. 1G shows a qualitative and quantitative analysis device according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 1H and 1I show a microfluidic structure of the qualitative and quantitative analysis device of FIG. 1G.
도 2a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스를 도시하고, 도 2b는 도 2a의 정성 및 정량 분석 디바이스의 미세 유체 구조물을 도시한다.FIG. 2A illustrates a qualitative and quantitative analysis device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 2B illustrates a microfluidic structure of the qualitative and quantitative analysis device of FIG. 2A.
도 3a 내지 도 3c는 각각 도 1a, 도 1d, 도 1g에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스의 미세 유체 구조물을 포함하는 회전식 플랫폼의 각 층에 관하여 도시한다.Figures 3A-3C illustrate each layer of a rotatable platform comprising a microfluidic structure of a qualitative and quantitative analysis device according to Figures 1A, 1D and 1G, respectively.
도 4a 내지 도 4d는 도 2a에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스의 미세 유체 구조물을 포함하는 회전식 플랫폼의 각 층에 관하여 도시한다.Figures 4A-4D illustrate each layer of a rotatable platform comprising a microfluidic structure of the qualitative and quantitative analysis device according to Figure 2A.
도 5는 중금속 이온과 유기착화제 간의 발색 반응의 예시를 나타낸다.5 shows an example of a color development reaction between a heavy metal ion and an organic complexing agent.
도 6는 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스를 이용하여 중금속에 대한 동시 정성 분석의 일 예시를 보여준다.FIG. 6 shows an example of simultaneous qualitative analysis of heavy metals using the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스를 이용하여 중금속에 대한 정량 분석의 일 예시를 보여준다.7A and 7B show an example of quantitative analysis of heavy metals using qualitative and quantitative analysis devices according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스를 이용한 시료의 분석 방법의 순서도를 도시한다.FIG. 8 shows a flowchart of a method of analyzing a sample using the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention.
도 9은 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스를 포함하고 이를 회전시킬 수 있는 정성 및 정량 분석 시스템을 도시한다.Figure 9 shows a qualitative and quantitative analysis system that includes and can rotate a qualitative and quantitative analysis device according to the present invention.
본 발명에 따른 회전식 플랫폼 및 상기 회전식 플랫폼 상에 방사 대칭으로 배치되는 복수 개의 미세 유체 구조물을 포함하는, 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서,A qualitative and quantitative analysis device comprising a rotatable platform according to the present invention and a plurality of microfluidic structures disposed radially symmetrically on the rotatable platform,
상기 복수 개의 미세 유체 구조물 각각은: Wherein each of the plurality of microfluidic structures comprises:
중금속을 포함하는 유체 시료가 주입되는 시료 주입부;A sample injection unit into which a fluid sample containing heavy metals is injected;
상기 시료가 검출부로 이동할 수 있는 통로이고 상기 시료 주입부와 상기 검출부의 일 단부를 연결하는 미세 유체 유로(siphon channel); A siphon channel which is a path through which the sample can move to the detection part and connects the sample injection part and one end of the detection part;
상기 시료의 중금속과 발색 반응을 일으킬 수 있는 유기물이 도포된 검출부로서, 복수 개의 검출부재들을 포함하는 상기 검출부; 및 A detection unit coated with an organic substance capable of causing a color reaction with heavy metals in the sample, the detection unit including a plurality of detection members; And
상기 발색 반응의 전개 거리의 측정을 위한 눈금자를 포함하고,And a ruler for measuring the development distance of the color reaction,
상기 복수 개의 미세 유체 구조물 각각은 서로 다른 시료들을 수용할 수 있고,Each of the plurality of microfluidic structures may receive different samples,
상기 디바이스의 회전이 제어됨으로써, 상기 시료가 상기 시료 주입부에서 상기 미세 유체 유로로 이동한 다음 상기 검출부로 이동하고, The rotation of the device is controlled so that the sample moves from the sample injection unit to the microfluidic channel and then moves to the detection unit,
상기 검출부에서의 중금속의 발색 반응을 통한 정성 분석 및 상기 발색 반응의 전개 거리 측정을 통한 정량 분석이 가능할 수 있다.It is possible to perform qualitative analysis through the coloring reaction of the heavy metal in the detection unit and quantitative analysis by measuring the development distance of the color reaction.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 복수 개의 검출부재들 각각에는 상이한 시약들이 각각 도포되어 있을 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, each of the plurality of detection members may be coated with different reagents.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 검출부재들 각각은 서로 농도가 상이한 유기 리간드로 코팅된 복수 개의 구간들을 포함할 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, each of the detection members may include a plurality of intervals coated with organic ligands having different concentrations from each other.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 검출부는 상기 복수 개의 검출부재들의 각각의 일단부와 상기 미세 유체 유로를 연결하는 리저브(reserve) 영역을 포함할 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the detection unit may include a reserve region connecting one end of each of the plurality of detection members and the microfluidic channel.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 검출부재들 각각은 서로 농도가 상이한 유기 리간드로 코팅된 복수 개의 구간들을 포함하고, 상기 리저브 영역으로부터 i 번째로 위치한 구간에 코팅된 유기 리간드의 농도는 상기 리저브 영역으로부터 i-1 번째로 위치한 구간에 코팅된 유기 리간드의 농도보다 낮고, i는 1부터 n까지의 자연수일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 시료 주입부와 상기 검출부의 타단부 사이를 연결하는 공기 순환 채널을 더 포함하고, 상기 공기 순환 채널은 상기 검출부에서의 유체 시료의 증발 속도를 증가시키고 상기 검출부의 습기 맺힘 현상을 방지할 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, each of the detection members includes a plurality of intervals coated with organic ligands having different concentrations from each other, and the organic ligands coated on the i- Is lower than the concentration of the organic ligand coated in the region located at the (i-1) -th position from the reserve region, and i may be a natural number from 1 to n. Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, it is preferable that the qualitative and quantitative analysis device further comprises an air circulation channel connecting between the sample injection part and the other end of the detection part, And it is possible to prevent moisture from being formed in the detection unit.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 시료 주입부는 상기 시료를 수용할 수 있는 공간 및 상기 시료가 주입될 수 있는 개구부를 포함할 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the sample injecting portion may include a space capable of accommodating the sample and an opening through which the sample can be injected.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 디바이스의 회전의 제어는:Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the rotation of the device is controlled by:
상기 시료 주입부에 주입된 시료가 상기 미세 유체 유로로 이동되도록, 상기 디바이스가 1차로 회전하였다가 정지하고;The device is rotated first so that the sample injected into the sample injecting unit is moved to the microfluidic channel;
상기 미세 유체 유로로 이동된 시료가 상기 리저브 영역으로 이동되도록, 상기 디바이스가 2차로 회전하고;The device is rotated secondarily so that the sample moved to the microfluidic channel is moved to the reserve region;
상기 리저브 영역으로 이동된 시료가 상기 검출부 상에서 전개되도록, 상기 디바이스가 정지하는 방식으로 이루어질 수 있다.And the device is stopped so that the sample moved to the reserve area is developed on the detection unit.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 미세 유체 유로는 “U”자 형의 관으로 된 부분을 포함하여 상기 1차 회전 이후 및 2차 회전 이전에 상기 미세 유체 유로의 내부에 상기 시료를 수용할 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the microfluidic channel includes a portion of a "U" -shaped tube, and is provided inside the microfluidic channel after the first rotation and the second rotation The sample can be accommodated.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 1차의 회전은 2000~4000 RPM 으로 5~20초 동안 이루어지고, 상기 2차의 회전은 4000~6000 RPM 으로 3~10초 동안 이루어질 수 있다.Also, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the primary rotation is performed at 2000 to 4000 RPM for 5 to 20 seconds, and the secondary rotation is performed at 4000 to 6000 RPM for 3 to 10 seconds .
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 회전식 플랫폼은 원형 디스크이고 직경이 12 cm 내지 20 cm 일 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the rotary platform is a circular disk and may have a diameter of 12 cm to 20 cm.
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 시료에 포함될 수 있는 중금속은 Fe 2+, Zn 2+, Hg 2+, Cr 6+, Ni 2+, 또는 Cu 2+일 수 있다.Further, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the heavy metal which may be contained in the sample may be Fe 2+ , Zn 2+ , Hg 2+ , Cr 6+ , Ni 2+ , or Cu 2+ .
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서, 상기 검출부재에 미리 도포되는 유기물은 디메칠글리옥심(Dimethylglyoxime), 바소페난트롤린(Bathophenanthroline), 디티오옥사마이드(Dithiooxamide), 디티존(Dithizone), 디페닐카바지드(Diphenylcarbazide), 및 1-2-피리딜아조-2-나프톨(1-(2-Pyridylazo)-2-naphthol)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.In addition, in the qualitative and quantitative analysis device according to the present invention, the organic substance previously coated on the detection member may be selected from the group consisting of Dimethylglyoxime, Bathophenanthroline, Dithiooxamide, Dithizone, Diphenylcarbazide, and 1-2-Pyridylazo-2-naphthol).
또한, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스를 이용한 중금속을 포함하는 유체 시료의 분석 방법에 있어서:In addition, a method for analyzing a fluid sample containing heavy metals using a qualitative and quantitative analysis device according to the present invention,
상기 시료 주입부에 상기 시료를 주입하는 단계(S1);Injecting the sample into the sample injecting unit (S1);
상기 디바이스의 회전을 제어하는 단계(S2); 및 Controlling the rotation of the device (S2); And
상기 검출부에 전개된 시료의 정성 및 정량 분석 중 적어도 하나를 수행하는 단계(S3)를 포함할 수 있다.And performing at least one of qualitative and quantitative analysis of the sample developed in the detection unit (S3).
또한, 본 발명에 따른 중금속을 포함하는 유체 시료의 분석 방법에 있어서, 상기 시료 주입부에 상기 시료를 주입하는 단계(S1)는, 상기 복수 개의 미세 유체 구조물들 각각에 상이한 종류의 중금속을 포함하는 유체 시료들을 각각 주입하는 단계 또는 상기 복수 개의 미세 유체 구조물들 각각에 동일한 종류의 농도를 달리하는 중금속을 포함하는 유체 시료들을 각각 주입하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the method of analyzing a fluid sample containing heavy metals according to the present invention, the step (S1) of injecting the sample into the sample injecting unit may include a step of injecting the sample into the sample injecting unit, Injecting fluid specimens, respectively, or injecting fluid samples each containing a heavy metal of the same type of concentration into each of the plurality of microfluidic structures.
또한, 본 발명에 따른 중금속을 포함하는 유체 시료의 분석 방법에 있어서,In the method of analyzing a fluid sample containing heavy metals according to the present invention,
상기 디바이스의 회전을 제어하는 단계(S2)는:The step (S2) of controlling the rotation of the device comprises:
상기 시료 주입부에 주입된 시료가 상기 미세 유체 유로로 이동되도록 상기 디바이스를 1차로 회전하였다가 정지하는 단계(S2-1);A step (S2-1) of first rotating the device so that the sample injected into the sample injecting part is moved to the microfluidic channel, and then stopping the device;
상기 미세 유체 유로로 이동된 시료가 상기 리저브 영역에 유입되도록 상기 디바이스를 2차로 회전하는 단계(S2-2); 및(S2-2) rotating the device in a second order so that a sample moved to the microfluidic channel flows into the reserve region; And
상기 디바이스의 회전을 정지하여 상기 리저브 영역에 유입된 시료가 상기 검출부 상에서 전개되는 단계(S2-3)를 포함할 수 있다.And a step (S2-3) of stopping the rotation of the device and developing the sample introduced into the reserve region on the detection unit.
또한, 본 발명에 따른 중금속을 포함하는 유체 시료의 분석 방법에 있어서, 시료의 정성 및 정량 분석 중 적어도 하나를 수행하는 단계(S3)는, 상기 검출부에 전개된 상기 시료의 중금속의 발색 반응을 통한 정성 분석(S3-1) 및 상기 발색 반응의 전개 거리 측정을 통한 정량 분석(S3-2) 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.Further, in the method of analyzing a fluid sample containing heavy metals according to the present invention, at least one of qualitative and quantitative analysis of a sample (S3) may be performed through a color development reaction of a heavy metal of the sample developed in the detection unit Performing at least one of qualitative analysis (S3-1) and quantitative analysis (S3-2) by measuring the development distance of the color reaction.
이하, 본 발명에 따른 회전식 디스크 시스템을 활용한 중금속 정성 및 정량 분석 디바이스 및 방법을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, a heavy metal qualitative and quantitative analysis device and method using the rotary disk system according to the present invention will be described in detail. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.In addition, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. For convenience of explanation, the size and shape of each constituent member shown may be exaggerated or reduced have.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스(1)를 도시하고 및 도 1b는 도 1a의 회전식 디스크 시스템의 미세 유체 구조물(20)을 도시한다.FIG. 1A shows a qualitative and quantitative analysis device 1 according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a microfluidic structure 20 of the rotary disk system of FIG. 1A.
먼저 도 1a를 참조하면, 정성 및 정량 분석 디바이스(1)는 회전식 플랫폼(10) 및 회전식 플랫폼(10)에 구비되는 복수 개의 미세 유체 구조물(20)을 포함한다. 회전식 플랫폼(10)은 예를 들면, 원형 디스크일 수 있고, 크기는 예를 들면 일 실시양태로서, 직경이 12 cm 내지 20 cm 일 수 있고, 다른 실시양태로서, 직경이 12cm 미만일 수 있다.1A, a qualitative and quantitative analysis device 1 includes a plurality of microfluidic structures 20 provided on a rotatable platform 10 and a rotatable platform 10. The rotatable platform 10 may be, for example, a circular disk, and the size may be, for example, in one embodiment, 12 cm to 20 cm in diameter, and in another embodiment, less than 12 cm in diameter.
회전식 플랫폼(10)은 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들을 포함한다. 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들은 회전식 플랫폼(10)에 방사 대칭으로 위치한다. 예를 들어, 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들은 2 개, 3 개, 4 개, 6 개, 8 개, 10 개 또는 12 개 등으로 이루어질 수 있다. 도 1a에서는 3 개의 미세 유체 구조물(20)들이 회전식 플랫폼(10)에 배치된 경우를 도시한다. The rotating platform 10 includes a plurality of microfluidic structures 20. A plurality of microfluidic structures (20) are positioned radially symmetrically on the rotatable platform (10). For example, the plurality of microfluidic structures 20 may comprise two, three, four, six, eight, ten, or twelve. 1A shows a case in which three microfluidic structures 20 are arranged in a rotary platform 10. In FIG.
도 1b를 참조하면, 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들의 각각의 미세 유체 구조물(20)을 도시한다. 미세 유체 구조물(20)은 상층부(top layer, 도 3a 참조)와 유체 시료의 중금속과 발색 반응을 일으킬 수 있는 유기물이 도포된 검출부(120), 하층부(bottom layer, 도 3a 참조)로 이루어져 있고, 상층부에는 중금속을 포함하는 유체 시료가 주입되는 시료 주입부(100), 유체 시료가 검출부로 이동할 수 있는 통로인 미세 유체 유로(siphon channel)(110), 검출부(120)가 삽입될 수 있는 부분, 및 발색 반응 전개 거리 측정을 위한 눈금자(130)를 포함한다. 하층부는 패터닝이 되어 있지 않은 감압 점착층으로 되어 있다.Referring to FIG. 1B, each microfluidic structure 20 of a plurality of microfluidic structures 20 is shown. The microfluidic structure 20 includes a top layer (see FIG. 3A), a detection unit 120 coated with an organic substance capable of causing a color reaction with heavy metals in the fluid sample, and a bottom layer (see FIG. 3A) A sample injecting unit 100 injecting a fluid sample containing heavy metals into the upper layer, a siphon channel 110 through which the fluid sample can move to the detecting unit, a part where the detecting unit 120 can be inserted, And a ruler 130 for measuring the color development reaction development distance. And the lower layer portion is a pressure-sensitive adhesive layer which is not patterned.
복수 개의 미세 유체 구조물(20)들의 각각의 미세 유체 구조물(20)은 서로 다른 중금속을 포함하는 유체 시료들을 수용할 수 있다. 유체 시료에 포함될 수 있는 중금속으로는, 예를 들면 Fe 2+, Zn 2+, Hg 2+, Cr 6+, Ni 2+, 또는 Cu 2+ 등을 포함할 수 있다. Each microfluidic structure 20 of a plurality of microfluidic structures 20 may receive fluid samples containing different heavy metals. Examples of the heavy metal that can be included in the fluid sample include Fe 2+ , Zn 2+ , Hg 2+ , Cr 6+ , Ni 2+ , or Cu 2+ .
시료 주입부(100)는 중금속을 포함하는 유체 시료를 수용할 수 있는 공간이 있고 상기 공간에 유체 시료가 주입될 수 있는 개구부(100a)를 포함한다. 시료 주입부(100)와 검출부(120)의 일 단부는 미세 유체 유로(110)로 연결될 수 있다. 또한, 시료 주입부(100)는 막음부(100b)를 포함할 수 있고, 개구부(100a)를 통해 시료를 주입할 때 주입되는 시료가 곧바로 미세 유체 유로(110)로 흘러가는 것을 방지하도록, 채널의 단차를 이용해 시료 주입부(100)의 내부 공간에 가두는 역할을 한다. 시료 주입부(100)중에서, 시료 주입부의 후단부(100c) 즉, 미세 유체 유로(110)가 연결되는 곳의 부근은, 예를 들어 유선형의 형상을 하고 있어, 시료 주입부(100)에 주입된 유체 시료가 미세 유체 유로(110)로 이동할 때 저항을 최대한 적도록 하여, 시료 주입부(100)에 주입된 유체 시료가 남김없이 미세 유체 유로(110)로 이동될 수 있도록 하였다. The sample injection unit 100 includes an opening 100a in which a space for accommodating a fluid sample containing heavy metals can be injected and a fluid sample can be injected into the space. One end of the sample injecting unit 100 and the detecting unit 120 may be connected to the microfluidic channel 110. The sample injecting unit 100 may include a blocking unit 100b and may be formed in the channel 100a so as to prevent the sample injected when the sample is injected through the opening 100a from flowing directly into the microfluidic channel 110. [ To the inner space of the sample injecting unit 100 by using the step of the sample injecting unit 100. The vicinity of the rear end portion 100c of the sample injecting portion 100, that is, the portion where the microfluidic flow path 110 is connected, has a streamlined shape, for example, in the sample injecting portion 100, The fluid sample injected into the sample injecting unit 100 can be moved to the microfluidic flow path 110 without leaving the resistance of the fluid sample moving to the microfluidic channel 110 as much as possible.
미세 유체 유로(110)의 채널의 너비(width)는 1mm 이고 깊이(depth)는 100μm 일 수 있다. 미세 유체 유로(110)는 예를 들어 “U”자 형의 관으로 된 부분을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 정성 및 정량 분석 디바이스(1)의 1차 회전 이후 및 2차 회전 이전에 중금속을 포함하는 유체 시료는 미세 유체 유로(110)의 친수성(hydrophilicity)에 의해 유체 시료가 이동하는 통로인 채널을 따라 이동할 수 있고, 결과적으로 미세 유체 유로(110)의 채널에 유체 시료가 수용될 수 있다.The channel of the microfluidic channel 110 may have a width of 1 mm and a depth of 100 m. The microfluidic channel 110 may comprise, for example, a portion of a "U" shaped tube. As will be described later, the fluid sample including the heavy metal after the first rotation and the second rotation of the qualitative and quantitative analysis device 1 is passed through the passage through which the fluid sample moves due to the hydrophilicity of the microfluidic channel 110, And as a result, the fluid sample can be accommodated in the channel of the microfluidic flow path 110. [0044] FIG.
검출부(120)는 다공성 친수성 재질로 된 것이고, 예를 들면, 종이, 니트로 셀룰로오스, 무명, 실리카(Silica) 계열의 졸-겔 매트릭스(sol-gel matrix) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 종이를 사용할 수 있다. The detection unit 120 may be made of a porous hydrophilic material. For example, the detection unit 120 may be a paper, a nitrocellulose, an anonymous, silica-based sol-gel matrix, Can be used.
한편, 검출부(120)는 복수 개의 검출부재(121, 122, 123)들을 포함한다. 도 1a 및 도 1b에서는, 하나의 검출부(120) 당 세 개의 검출부재(121, 122, 123)들을 포함하는 경우를 도시하고 있지만, 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 본 발명이 구현되는 다양한 환경에 따라, 검출부재들의 개수를 조절하여 구현할 수 있다. 검출부(120)의 복수 개의 검출부재(121, 122, 123)들 각각에는 상이한 시약들이 각각 도포되어 있을 수 있다. 이러한 미리 도포된 시약들은 각각 유체 시료의 해당 중금속과 발색 반응을 일으킬 수 있는 특정한 유기물(유기 리간드)을 포함한다(도 5 및 표 1 참조). 따라서, 시료 주입부(100)에 주입되는 하나의 유기 시료가 복수 개의 중금속들을 포함하는 경우, 이러한 복수 개의 중금속들을 상이한 시약들이 각각 도포된 복수 개의 검출부재(121, 122, 123)들 각각에서 검출할 수 있다. 예를 들면, 검출부재(121)에는 Zn 2+을 검출하기 위한 PAN(1-(2-Pyridylazo)-2-naphthol), 검출부재(122)에는 Fe 2+을 검출하기 위한 Bphen(Bathophenanthroline), 검출부재(123)에는 Ni 2+을 검출하기 위한 DMG(Dimethylglyoxime)이 각각 도포되어 있을 수 있다.Meanwhile, the detection unit 120 includes a plurality of detection members 121, 122, and 123. Although FIGS. 1A and 1B illustrate the case where three detection members 121, 122, and 123 are included in one detection unit 120, the present invention is not limited to the above description. The number of detection members can be adjusted according to the environment. Different reagents may be applied to each of the plurality of detection members 121, 122, and 123 of the detection unit 120. These pre-applied reagents each contain specific organic (organic ligands) that can cause a color reaction with the corresponding heavy metals of the fluid sample (see Figure 5 and Table 1). Therefore, when one organic sample injected into the sample injecting unit 100 includes a plurality of heavy metals, the plurality of heavy metals may be detected in the plurality of detecting members 121, 122, and 123, can do. For example, PAN (1- (2-Pyridylazo) -2-naphthol) for detecting Zn 2+ is contained in the detecting member 121, Bphen (Bathophenanthroline) for detecting Fe 2+ is contained in the detecting member 122, DMG (Dimethylglyoxime) for detecting Ni 2+ may be applied to the detecting member 123, respectively.
또한, 검출부(120)는 미세 유체 유로(110)와 복수 개의 검출부재(121, 122, 123)들을 연결하는 리저브(reserve) 영역(124)을 포함한다. 리저브(reserve) 영역(124)에는 유기물이 코팅되어 있을 수도 있고, 코팅되어 있지 않을 수도 있다. 리저브 영역(124)에는 복수 개의 검출부재(121, 122, 123)들 각각의 일단부가 연결되어 있다. 또한, 리저브 영역(124)에는 미세 유체 유로(110)가 연결되어 있다. 회전식 플랫폼(10)의 1차 회전 시에 시료 주입부(100)로부터 미세 유체 유로(110)로 이동하였던 유체 시료는, 회전식 플랫폼(10)의 2차 회전 시에 미세 유체 유로(110)로부터 미세 유체 유로(110)에 연결된 검출부(120)의 리저브 영역(124)으로 이동하고 이 때 회전에 의한 원심력으로 검출부(120)의 복수 개의 검출부재(121, 122, 123)들로는 전개되지 않고 리저브 영역(124)에 머무르게 된다. 회전식 플랫폼(10)의 2차 회전이 멈추게 되면, 유체 시료가 리저브 영역(124)으로부터 복수 개의 검출부재(121, 122, 123)들로 각각 전개된다. 이에 관한 더욱 상세한 설명은 도 8과 관련하여 후술하는 바를 참조한다.The detection unit 120 includes a reserve region 124 connecting the microfluidic channel 110 and the plurality of detection members 121, 122 and 123. An organic material may be coated on the reserve region 124 or may not be coated. One end of each of the plurality of detecting members 121, 122, and 123 is connected to the reserve region 124. [ In addition, the microfluidic channel 110 is connected to the reserve region 124. The fluid sample moved from the sample injection part 100 to the microfluidic channel 110 during the first rotation of the rotary platform 10 is moved from the microfluidic channel 110 to the microfluidic channel 110 during the secondary rotation of the rotary platform 10. [ 122 and 123 of the detection unit 120 due to the centrifugal force due to the rotation of the reservoir unit 120 without moving to the reservoir region 124 of the detection unit 120 connected to the fluid channel 110, 124). When the secondary rotation of the rotary platform 10 is stopped, the fluid sample is developed from the reserve region 124 to the plurality of detecting members 121, 122, 123, respectively. A more detailed description thereof will be given later with reference to FIG.
눈금자(130)는 검출부(120) 부근에 검출부(120)와 나란하게 위치한다. 눈금자(130)는 예를 들면, 밀리미터(mm) 단위로 스케일된 것일 수 있다. 또는, 눈금자(130)에 mm와 같은 길이 단위 이외에도 ppm, ppb 등과 같은 농도 단위로 환산되어 스케일 된 것일 수 있다. 눈금자(130)에 농도 단위로 환산되어 표기된 것인 경우, 해당 중금속의 전개 길이를 캘리브레이션 커브(Calibration curve, 도 6a 및 도 6b 참조)에 대입함으로써 얻어지는 농도 단위로 환산하여 표기되는 것일 수 있다. The ruler 130 is positioned adjacent to the detector 120 in the vicinity of the detector 120. The ruler 130 may be, for example, scaled in millimeters (mm). Alternatively, scale unit 130 may be scaled in terms of concentration units such as ppm, ppb, etc., in addition to length units such as mm. In the case where the scale is expressed in terms of the concentration unit in the scale 130, it may be expressed in terms of a concentration unit obtained by substituting the development length of the heavy metal into the calibration curve (see FIGS. 6A and 6B).
도 1c는 도 1b의 회전식 디스크 시스템의 미세 유체 구조물(20)의 예시적인 치수를 도시한다. 미세 유체 구조물(20)의 예시적인 치수는 도 1c에 도시된 것에 한정되지 않고, 본 발명에 구현되는 다양한 환경에 따라 변형, 변경하여 구현될 수 있다.1C shows exemplary dimensions of a microfluidic structure 20 of the rotary disk system of FIG. 1B. Exemplary dimensions of the microfluidic structure 20 are not limited to those shown in FIG. 1C, but may be modified or modified according to various environments embodied in the present invention.
도 1d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스(1')를 도시하고, 도 1e는 도 1d의 회전식 디스크 시스템의 미세 유체 구조물(20')을 도시한다. FIG. 1D shows a qualitative and quantitative analysis device 1 'according to another embodiment of the present invention, and FIG. 1E shows a microfluidic structure 20' of the rotary disk system of FIG. 1D.
검출부(120')의 복수 개의 검출부재(121', 122', 123')들 각각은 동일한 농도의 유기 리간드로 코팅되는 것이 아니라, 도 1e에 도시된 바와 같이, 검출부재(121', 122', 123')들 각각에 농도 구배를 두어, 서로 농도가 상이한 복수 개(n 개, 여기서 n은 2이상의 자연수)의 구간별로 다른 농도의 유기 리간드로 코팅되어 있다. 구간의 개수(n)는 예를 들면, 2 이상 10개 이하 일 수 있고, 또는 예를 들면 5 또는 6개일 수 있다. Each of the plurality of detecting members 121 ', 122', 123 'of the detecting unit 120' is not coated with the same concentration of the organic ligand, but the detecting members 121 'and 122' , 123 ') are coated with a different concentration of organic ligand for each of a plurality of (n, where n is a natural number of 2 or more) intervals with different concentrations. The number n of sections may be, for example, 2 or more and 10 or less, or 5 or 6, for example.
보다 구체적으로, 검출부재(121')를 살펴보면, 리저브 영역(124)에 가장 인접한 제 1 구간(121' 1)은 가장 높은 농도의 유기 리간드로 코팅되고, 그 다음으로 인접한 제 2 구간(121' 2)은 제 1 구간(121' 1)에 코팅된 유기 리간드의 농도보다 낮은 농도로 코팅되고, 그 다음 구간인 제 3 구간(121' 3)은 제 2 구간(121' 2)에 코팅된 유기 리간드의 농도보다 낮은 농도로 코팅되고, 그 다음 구간들도 마찬가지의 방법으로 점점 더 낮은 농도의 유기 리간드로 코팅되어, 리저브 영역(124)에 가장 멀리 떨어진 제 n 구간(121' n)은 가장 낮은 농도의 유기 리간드로 코팅된다. 즉, 리저브 영역(124)으로부터 i번째 구간(121' i)에 코팅된 유기 리간드의 농도는 i-1 번째 구간(121' i-1)에 코팅된 유기 리간드의 농도보다 낮다. 여기서, i는 1부터 n까지의 자연수이다. More specifically, "Looking at the most adjacent to the reserved area 124, a first section (121 detecting member 121 '1) is coated with the organic ligand in the highest concentration, and then the second section (121' adjacent to the 2), is coated with a lower concentration than the concentration of the organic ligand coatings in 1), and a subsequent section of the third section (121 "a first section (121 3) is coated on the second section (121 '2) an And the subsequent sections are also coated with an increasingly lower concentration of the organic ligand in a similar manner so that the nth section 121 ' n most distant from the reserve region 124 is the lowest Concentration of the organic ligand. That is, the concentration of the organic ligand coated on the i-th section 121 ' i from the reserve region 124 is lower than the concentration of the organic ligand coated on the ( i-1 ) -th section 121' i-1 . Here, i is a natural number from 1 to n.
리저브 영역(124)에 가장 멀리 떨어진 제 n 구간(121' n)부터 리저브 영역(124)에 가장 인접한 제 1 구간(121' 1)으로 갈수록 전개되는 유체 시료의 양이 많아지는데, 본 발명에 의하면 리저브 영역(124)에 가장 멀리 떨어진 제 n 구간(121' n)부터 리저브 영역(124)에 가장 인접한 제 1 구간(121' 1)으로 갈수록, 코팅된 유기 리간드의 농도가 높아지도록 하였다. 검출부재(121')에 코팅된 유기 리간드와 유체 시료 내의 중금속이 반응(발색 반응)하는 속도보다 검출부재(121')에서 유체 시료가 전개되는 속도가 빠르게 되는 것을 방지함으로써, 유체 시료에 포함된 중금속의 정량 분석에 있어서도 측정의 정확도를 보다 높일 수 있다. 한편, 검출부재(122') 및 검출부재(123')에서도 검출부재(121')에 관하여 상술한 바와 같은 방식으로 농도 구배를 두어 코팅되어 있다. The amount of the fluid sample developed from the n-th section 121 ' n farthest from the reserve section 124 toward the first section 121' 1 closest to the reserve section 124 increases. According to the present invention, The concentration of the coated organic ligand is increased from the n-th section 121 ' n farthest to the reserve region 124 to the first section 121' 1 closest to the reserve region 124. It is possible to prevent the speed at which the fluid sample is developed from the detection member 121 'from being increased faster than the rate at which the organic ligand coated on the detection member 121' reacts (color development reaction) with the heavy metal in the fluid sample, Even in the quantitative analysis of heavy metals, the accuracy of measurement can be further increased. On the other hand, the detection member 122 'and the detection member 123' are also coated with the concentration gradient in the above-described manner with respect to the detection member 121 '.
예를 들어, Zn 2+를 검출하기 위하여 유기물로서 PAN(1-(2-Pyridylazo)-2-naphthol)이 복수 개의 검출부재(121', 122', 123') 중 어느 하나(예를 들어, 검출부재(121'))에 코팅되고 이러한 검출부재의 구간의 개수가 5 개인 경우에, 제 1 구간(121' 1), 제 2 구간(121' 2), 제 3 구간(121' 3), 제 4 구간(121' 4), 제 5 구간(121' 5) 각각에 코팅된 유기 리간드의 농도는 각각 50, 35, 20, 5, 1 mM일 수 있다.For example, in order to detect Zn 2+ , PAN (1- (2-Pyridylazo) -2-naphthol) may be detected as any one of a plurality of detecting members 121 ', 122', 123 ' The first section 121 ' 1 , the second section 121' 2 , the third section 121 ' 3 , and the third section 121' 3 when the number of sections of the detecting member is 5, The concentration of the organic ligand coated on each of the fourth section 121 ' 4 and the fifth section 121' 5 may be 50, 35, 20, 5, and 1 mM, respectively.
또는, 예를 들어, Fe 2+를 검출하기 위하여 유기물로서 Bphen(Bathophenanthroline)이 복수 개의 검출부재(121', 122', 123') 중 어느 하나(예를 들어, 검출부재(121'))에 코팅되고 이러한 검출부재의 구간의 개수가 5 개인 경우에, 제 1 구간(121' 1), 제 2 구간(121' 2), 제 3 구간(121' 3), 제 4 구간(121' 4), 제 5 구간(121' 5) 각각에 코팅된 유기 리간드의 농도는 각각 10, 5, 1, 0.5, 0.1 mM 일 수 있다.Alternatively, for example, Bphen (Bathophenanthroline) as an organic substance may be added to any one of the plurality of detecting members 121 ', 122', 123 '(for example, the detecting member 121') to detect Fe 2+ The first section 121 ' 1 , the second section 121' 2 , the third section 121 ' 3 , the fourth section 121' 4 , and the fourth section 121 ' 4 , , And the concentration of the organic ligand coated on the fifth section 121 ' 5 may be 10, 5, 1, 0.5, and 0.1 mM, respectively.
또는, 예를 들어, Ni 2+를 검출하기 위하여 유기물로서 DMG(Dimethylglyoxime)이 복수 개의 검출부재(121', 122', 123') 중 어느 하나(예를 들어, 검출부재(121'))에 코팅되고 이러한 검출부재의 구간의 개수가 5 개인 경우에, 제 1 구간(121' 1), 제 2 구간(121' 2), 제 3 구간(121' 3), 제 4 구간(121' 4), 제 5 구간(121' 5) 각각에 코팅된 유기 리간드의 농도는 각각 50, 10, 5, 1, 0.5 mM일 수 있다.Alternatively, DMG (Dimethylglyoxime) as an organic substance may be added to any one of the plurality of detecting members 121 ', 122', 123 '(for example, the detecting member 121') to detect Ni 2+ The first section 121 ' 1 , the second section 121' 2 , the third section 121 ' 3 , the fourth section 121' 4 , and the fourth section 121 ' 4 , , And the concentration of the organic ligand coated on the fifth section 121 ' 5 may be 50, 10, 5, 1, and 0.5 mM, respectively.
또는, 예를 들어, Cu 2+를 검출하기 위하여 유기물로서 DTO(Dithiooxamide)이 검출부(120)의 복수 개의 검출부재(121', 122', 123') 중 어느 하나(예를 들어, 검출부재(121'))에 코팅되고 이러한 검출부재의 구간의 개수가 5 개인 경우에, 제 1 구간(121' 1), 제 2 구간(121' 2), 제 3 구간(121' 3), 제 4 구간(121' 4), 제 5 구간(121' 5) 각각에 코팅된 유기 리간드의 농도는 각각 10, 8, 6, 4, 2 mM일 수 있다.Alternatively, for example, in order to detect Cu 2+ , DTO (Dithiooxamide) as an organic substance may be detected as any one of a plurality of detecting members 121 ', 122', 123 '(for example, 121 '), and when the number of sections of the detecting member is 5, the first section 121' 1 , the second section 121 ' 2 , the third section 121' 3 , The concentration of the organic ligand coated on each of the first section 121 ' 4 ' and the fifth section 121 ' 5 may be 10, 8, 6, 4 and 2 mM, respectively.
또는, 예를 들어, Cr 6+를 검출하기 위하여 유기물로서 1% H 2SO 4가 첨가된 DCB(Diphenylcarbazide)이 복수 개의 검출부재(121', 122', 123') 중 어느 하나(예를 들어, 검출부재(121'))에 코팅되고 이러한 검출부재의 구간의 개수가 5 개인 경우에, 제 1 구간(121' 1), 제 2 구간(121' 2), 제 3 구간(121' 3), 제 4 구간(121' 4), 제 5 구간(121' 5) 각각에 코팅된 유기 리간드의 농도는 각각 20, 10, 5, 2, 1 mM일 수 있다.Or, for example, any one (for example of 1% H 2 SO 4 is added to a DCB (Diphenylcarbazide) a plurality of detection members (121 ', 122', 123 ') as the organic material to detect the Cr 6+ 'to be coated on) when the number of intervals of this detection member 5 individuals, the first interval (121, the detection member 121' 1), a second section (121 '2), the third section (121 "3) , The fourth section 121 ' 4 and the fifth section 121' 5 may be 20, 10, 5, 2 and 1 mM, respectively.
또는, 예를 들어, Hg 2+를 검출하기 위하여 유기물로서 DTZ(Dithizone)이 복수 개의 검출부재(121', 122', 123') 중 어느 하나(예를 들어, 검출부재(121'))에 코팅되고 이러한 검출부재의 구간의 개수가 5 개인 경우에, 제 1 구간(121' 1), 제 2 구간(121' 2), 제 3 구간(121' 3), 제 4 구간(121' 4), 제 5 구간(121' 5) 각각에 코팅된 유기 리간드의 농도는 각각 50, 25, 10, 5, 1 mM일 수 있다.Alternatively, for example, when DTZ (Dithizone) as an organic substance is detected on any one of the plurality of detection members 121 ', 122', 123 '(for example, detection member 121') to detect Hg 2+ The first section 121 ' 1 , the second section 121' 2 , the third section 121 ' 3 , the fourth section 121' 4 , and the fourth section 121 ' 4 , , And the concentration of the organic ligand coated on the fifth section 121 ' 5 may be 50, 25, 10, 5, and 1 mM, respectively.
도 1f는 도 1d의 회전식 디스크 시스템의 미세 유체 구조물(20')의 예시적인 치수를 도시한다. 미세 유체 구조물(20')의 예시적인 치수는 도 1f에 도시된 것에 한정되지 않고, 본 발명에 구현되는 다양한 환경에 따라 변형, 변경하여 구현될 수 있다.FIG. 1F illustrates exemplary dimensions of the microfluidic structure 20 'of the rotating disk system of FIG. 1D. Exemplary dimensions of the microfluidic structure 20 'are not limited to those shown in FIG. 1F, but may be modified and modified according to various environments embodied in the present invention.
도 1g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스(1”)를 도시하고, 도 1h는 도 1g의 회전식 디스크 시스템의 미세 유체 구조물(20”)을 도시한다. 도 1h의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”)는 도 1a의 정성 및 정량 분석 디바이스(1)와 마찬가지로, 회전식 플랫폼(10) 및 회전식 플랫폼(10)에 구비되는 복수 개의 미세 유체 구조물(20”)을 포함한다. 회전식 플랫폼(10)의 회전식 플랫폼(10)의 상층부는 중금속을 포함하는 유체 시료가 주입되는 시료 주입부(100) 및 유체 시료가 검출부로 이동할 수 있는 통로인 미세 유체 유로(siphon channel)(110)를 포함한다. 상층부 중에서 검출부(120”)가 위치하는 부분은 검출부(120”)가 삽입될 수 있도록 검출부(120”)의 형상과 일치하게 상층부의 아래면이 오목부로 구비되어 있을 수도 있는 등 다양하게 변형, 변경이 가능하다. 또한, 이러한 오목부의 높이도 본 발명이 실제 구현되는 환경에 따라 다양하게 변형, 변경이 가능하다. 하층부는 검출부(120”)가 삽입될 수 있는 부분(도 3c 참조) 및 발색 반응 전개 거리 측정을 위한 눈금자(130)를 포함한다.FIG. 1G shows a qualitative and quantitative analysis device 1 '' according to another embodiment of the present invention, and FIG. 1H shows a microfluidic structure 20 '' of the rotary disk system of FIG. 1G. The qualitative and quantitative analysis device 1 '' of FIG. 1 h is similar to the qualitative and quantitative analysis device 1 of FIG. 1 a in that a plurality of microfluidic structures 20 '' provided in the rotary platform 10 and the rotary platform 10, . The upper part of the rotary platform 10 of the rotary platform 10 includes a sample injection part 100 into which a fluid sample containing heavy metals is injected and a siphon channel 110 through which the fluid sample can move to the detection part. . The upper portion of the upper layer may be provided with a concave portion in conformity with the shape of the detecting portion 120 " so that the detecting portion 120 " can be inserted, This is possible. Also, the height of the concave portion can be variously modified and changed according to the environment in which the present invention is actually implemented. The lower layer portion includes a portion where the detection portion 120 " can be inserted (see FIG. 3C) and a ruler 130 for measuring the color reaction response.
한편, 도 1g의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”)는 도 1a 및 도 1d의 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1')와 달리, 상층부에 공기 순환 채널(140)을 포함한다. 공기 순환 채널(140)은 시료 주입부(100)와 검출부(120')의 복수 개의 검출부재(121', 122', 123') 각각의 타단부 사이를 연결한다. 그에 따라, 시료 주입부(100) - 미세 유체 유로(110) - 검출부(120') - 공기 순환 채널(140) - 시료 주입부(100)로 순환되도록 연결이 된다.공기 순환 채널(140)을 도입함으로써, 검출부(120')의 유체 시료의 증발 속도가 증가되는 한편 검출부(120')의 습기 맺힘 현상이 방지될 수 있다. 한편, 시료 주입부(100)를 기준으로 공기 순환 채널(140)은 원형 디스크 형상의 회전식 플랫폼(10)의 중앙부 쪽에 위치하고, 미세 유체 유로(110)는 회전식 플랫폼(10)의 가장자리 쪽으로 위치하므로, 회전식 플랫폼(10)이 회전할 때, 원심력에 의하여 시료 주입부(100)의 시료가 미세 유체 유로(110)로 이동하고 공기 순환 채널(140)로는 이동하지 않는다. 추가적으로, 만약의 이동 가능성을 대비하여, 시료 주입부(100)와 공기 순환 채널(140)이 연결된 지점에 약 1mm의 두께 및 지름이 약 0.8mm 정도인 구멍을 뚫어 공기압에 의한 캐필러리 밸브(capillary valve)를 형성함으로써, 시료 주입부(100)로부터 공기 순환 채널(140)로의 이동을 방지 할 수 있다.On the other hand, the qualitative and quantitative analysis device 1 " of FIG. 1G includes an air circulation channel 140 at the upper level, unlike the qualitative and quantitative analysis devices 1 and 1 'of FIGS. The air circulation channel 140 connects between the other end of each of the plurality of detecting members 121 ', 122', 123 'of the sample injecting unit 100 and the detecting unit 120'. The air circulation channel 140 is connected to the sample injection unit 100 through the microfluidic channel 110, the detection unit 120, the air circulation channel 140, and the sample injection unit 100. The vaporization rate of the fluid sample of the detection unit 120 'is increased and the moisture detection of the detection unit 120' can be prevented. On the other hand, the air circulation channel 140 is located at the center portion of the circular disk-shaped rotary platform 10 and the microfluidic flow path 110 is positioned toward the edge of the rotary platform 10, When the rotary platform 10 rotates, the sample of the sample injection unit 100 moves to the microfluidic channel 110 due to the centrifugal force and does not move to the air circulation channel 140. Additionally, in order to prevent the possibility of movement, a hole having a thickness of about 1 mm and a diameter of about 0.8 mm is drilled at a point where the sample injecting section 100 and the air circulating channel 140 are connected to each other to form a capillary valve it is possible to prevent the sample injecting unit 100 from moving to the air circulating channel 140 by forming a capillary valve.
도 1i는 도 1g의 회전식 디스크 시스템의 미세 유체 구조물(20”)의 예시적인 치수를 도시한다. 미세 유체 구조물(20”)의 예시적인 치수는 도 1i에 도시된 것에 한정되지 않고, 본 발명에 구현되는 다양한 환경에 따라 변형, 변경하여 구현될 수 있다.FIG. 1I illustrates exemplary dimensions of the microfluidic structure 20 " of the rotating disk system of FIG. 1G. Exemplary dimensions of the microfluidic structure 20 " are not limited to those shown in FIG. 1I, but may be modified and modified in accordance with various environments embodied in the present invention.
도 2a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스(1”')를 도시하고, 도 2b는 도 2a의 회전식 디스크 시스템의 미세 유체 구조물(20”')을 도시한다. 도 2a의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”')는 도 1a의 정성 및 정량 분석 디바이스(1)와 마찬가지로, 회전식 플랫폼(10) 및 회전식 플랫폼(10)에 구비되는 복수 개의 미세 유체 구조물(20”')을 포함한다. 회전식 플랫폼(10)의 회전식 플랫폼(10)의 상층부는 중금속을 포함하는 유체 시료가 주입되는 시료 주입부(100) 및 유체 시료가 검출부로 이동할 수 있는 통로인 미세 유체 유로(siphon channel)(110)를 포함한다. 상층부 중에서 검출부(120”')가 위치하는 부분은 검출부(120”')가 삽입될 수 있도록 검출부(120”')의 형상과 일치하게 상층부의 아래면이 오목부로 구비되어 있을 수도 있는 등 다양하게 변형, 변경이 가능하다. 또한, 이러한 오목부의 높이도 본 발명이 실제 구현되는 환경에 따라 다양하게 변형, 변경이 가능하다. 하층부는 검출부(120”')가 삽입될 수 있는 부분(도 4d 참조) 및 발색 반응 전개 거리 측정을 위한 눈금자(130)를 포함한다. Figure 2a shows a qualitative and quantitative analysis device 1 '' 'according to another embodiment of the present invention, and Figure 2b shows a microfluidic structure 20' '' of the rotating disk system of Figure 2a. The qualitative and quantitative analysis device 1 '' of FIG. 2a includes a plurality of microfluidic structures 20 '' provided on the rotary platform 10 and the rotary platform 10, similar to the qualitative and quantitative analysis device 1 of FIG. '). The upper part of the rotary platform 10 of the rotary platform 10 includes a sample injection part 100 into which a fluid sample containing heavy metals is injected and a siphon channel 110 through which the fluid sample can move to the detection part. . The lower surface of the upper layer may be provided as a concave portion corresponding to the shape of the detecting portion 120 " 'so that the detecting portion 120 "' may be inserted into the upper portion of the upper layer portion, Modification, and alteration. Also, the height of the concave portion can be variously modified and changed according to the environment in which the present invention is actually implemented. The lower layer portion includes a portion into which the detection portion 120 " 'can be inserted (see FIG. 4D) and a ruler 130 for measuring the color development reaction development distance.
도 2a의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”')는 도 1g의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”)와 마찬가지로, 공기 순환 채널(140')을 포함한다. 공기 순환 채널(140)은 시료 주입부(100)와 검출부(120”)의 타단부 사이를 연결한다. 그에 따라, 시료 주입부(100) - 미세 유체 유로(110) - 검출부(120”) - 공기 순환 채널(140') - 시료 주입부(100)로 순환되도록 연결이 된다. The qualitative and quantitative analysis device 1 '' 'of FIG. 2a includes an air circulation channel 140', similar to the qualitative and quantitative analysis device 1 "of FIG. 1g. The air circulation channel 140 connects between the sample injection unit 100 and the other end of the detection unit 120 ". The microfluidic channel 110, the detection unit 120, the air circulation channel 140, and the sample injection unit 100 are circulated.
한편, 도 2a의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”')에서는 검출부(120”)에서 하나의 검출부재를 포함한다. 또한, 도 1d 및 도 1g의 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1')에서처럼 검출부(120”)에 유기 리간드의 농도가 구간 별로 다르게 되어 있지는 않다. 또한, 도 2a의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”')에서는 검출부(120”)의 전체가 유체 시료의 중금속과 발색 반응을 일으킬 수 있는 유기물로 코팅되어 유체 시료가 전개될 수 있고, 검출부(120”)와 별개로 마련된 리저브 영역(150)을 포함한다. 검출부(120”)의 일단부는 리저브 영역(150) 안에 수용되어 있다. 리저브 영역(150)은 유체 시료를 내부에 수용할 수 있도록, 도 4a의 회전식 플랫폼(10)의 상층부의 하면과 하층부의 상면 각각에 오목하게 패터닝된 영역이다. 회전식 플랫폼(10)의 1차 회전 시에 미세 유체 유로(110)에 수용되었던 유체 시료가 회전식 플랫폼(10)의 2차 회전 시에 미세 유체 유로(110)로부터 리저브 영역(150)으로 이동하고 이 때 회전에 의한 원심력으로 검출부(120”)로는 전개되지 않고 리저브 영역(150)에 머무르게(즉, 갇혀 있게) 된다. 회전식 플랫폼(10)의 2차 회전이 멈추게 되면, 리저브 영역(150)으로부터 검출부(120”)로 유체 시료가 이동하여 검출부(120”)에서 전개된다. 이에 관한 더욱 상세한 설명은 도 8과 관련하여 후술하는 바를 참조한다..On the other hand, the qualitative and quantitative analysis device 1 '' of FIG. 2A includes one detection member in the detection unit 120 ''. Also, as in the qualitative and quantitative analysis devices 1 and 1 'of FIGS. 1D and 1G, the concentrations of the organic ligands in the detection unit 120' 'are not different in each section. In the qualitative and quantitative analysis device 1 " 'of FIG. 2A, the whole of the detection part 120' 'is coated with an organic material capable of causing a color reaction with heavy metals in the fluid sample so that the fluid sample can be developed, Quot;) and a reserved area 150 separately provided. One end of the detecting portion 120 " is accommodated in the reserved region 150. [ The reservoir area 150 is a recessed patterned area on the upper surface of the upper platform and the upper surface of the lower platform of the rotary platform 10 of Fig. 4A so as to accommodate the fluid sample therein. The fluid sample accommodated in the microfluidic channel 110 during the first rotation of the rotary platform 10 moves from the microfluidic channel 110 to the reserve region 150 during the second rotation of the rotary platform 10, (That is, trapped) in the reserve region 150 without being deployed to the detection unit 120 " by centrifugal force due to rotation. When the second rotation of the rotary platform 10 is stopped, the fluid sample moves from the reserve area 150 to the detection part 120 " and is developed in the detection part 120 ". A more detailed description thereof will be given later with reference to FIG.
도 2a의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”') 및 도 2b의 미세 유체 구조물(20”')에 관한 설명에서 도 1a 내지 도 1h의 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”) 및 미세 유체 구조물(20, 20', 20”)과 중복되는 구성요소에 관한 기타 설명은 도 1a 내지 도 1h에 관한 설명을 참조한다.In the description of the qualitative and quantitative analysis device 1 '' 'of FIG. 2a and the microfluidic structure 20' 'of FIG. 2b, the qualitative and quantitative analysis devices 1, 1', 1 ' Other descriptions of components that overlap with the microfluidic structures 20, 20 ', 20 " refer to the description of FIGS. IA through 1H.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 1a 및 도 1d의 미세 유체 구조물(20, 20')을 포함하는 회전식 플랫폼(10)의 각 층에 관하여 도시한다. 미세 유체 구조물(20, 20')을 포함하는 회전식 플랫폼(10)은 크게 2가지 층으로 구성될 수 있다. 상층부에는 시료 주입부(100), 미세 유체 유로(110), 검출부(120, 120')가 삽입될 수 있는 공간이 마련된 부분, 및 눈금자(130)가 마련되어 있다. 상층부의 두께는 예를 들면, 1.0mm일 수 있고, 상층부의 재질로는 예를 들면 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate; PMMA) 등을 포함할 수 있다. 상층부의 내부에는 시료 주입부(100), 미세 유체 유로(110)가 구비되어 있고, 시료 주입부(100) 및 미세 유체 유로(110)는 마이크로 밀링(micro-milling)을 이용한 패터닝 공정을 통해 생성될 수 있다. 상층부 중에서 검출부(120, 120')가 위치하는 부분은 검출부(120, 120')가 삽입될 수 있도록 검출부(120, 120')의 형상과 일치하게 상층부의 아래면이 오목부로 구비되어 있을 수도 있는 등 다양하게 변형, 변경이 가능하다. 또한, 이러한 오목부의 높이도 본 발명이 실제 구현되는 환경에 따라 다양하게 변형, 변경이 가능하다. 하층부는 패터닝은 되어 있지 않고, 상층부와 접합될 수 있도록 된 감압 점착층(pressure sensitive adhesion layer)이며, 재질로는 예를 들면 Polyolefin 계열 등을 포함할 수 있다.Figures 3a and 3b illustrate each layer of the rotatable platform 10 including the microfluidic structures 20, 20 'of Figures 1a and 1d, respectively. The rotatable platform 10 including the microfluidic structures 20, 20 'can be largely composed of two layers. The upper part includes a sample injection unit 100, a microfluidic channel 110, a space where the detection units 120 and 120 'can be inserted, and a ruler 130. The thickness of the upper layer portion may be 1.0 mm, for example, and the material of the upper layer portion may include polycarbonate (PC) or polymethylmethacrylate (PMMA), for example. The sample injection unit 100 and the microfluidic channel 110 are provided in the upper layer and the sample injection unit 100 and the microfluidic channel 110 are formed through a patterning process using micro- . The lower surface of the upper layer may be provided as a concave portion corresponding to the shape of the detecting unit 120 or 120 'so that the detecting unit 120 or 120' It is possible to change and change variously. Also, the height of the concave portion can be variously modified and changed according to the environment in which the present invention is actually implemented. The lower layer is not patterned but is a pressure sensitive adhesion layer that can be bonded to the upper layer. The material may include, for example, a polyolefin series.
도 3c는 도 1g의 미세 유체 구조물(20”)을 포함하는 회전식 플랫폼(10)의 각 층에 관하여 도시한다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 미세 유체 구조물(20”')을 포함하는 회전식 플랫폼(10)은 크게 3가지 층으로 구성되며, 각각은 시료 주입부(100) 및 미세 유체 유로(110)가 위치하는 상층부(top layer), 검출부가 삽입되는 하층부(bottom layer), 상층부와 하층부를 접합할 수 있는 PSA층부(Pressure sensitive adhesion layer)이다. 상층부 및 하층부 재질은 예를 들면 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate; PMMA) 등을 포함한다. 상층부의 내부에는 시료 주입부(100), 미세 유체 유로(110)가 구비되어 있고, 시료 주입부(100) 및 미세 유체 유로(110)는 마이크로 밀링(micro-milling)을 이용한 패터닝 공정을 통해 생성될 수 있다. 상층부 중에서 검출부(120')가 위치하는 부분은 검출부(120')가 삽입될 수 있도록 검출부(120')의 형상과 일치하게 상층부의 아래면이 오목부로 구비되어 있을 수 있는 등 다양하게 변형, 변경이 가능하다. 또한, 이러한 오목부의 높이도 본 발명이 실제 구현되는 환경에 따라 다양하게 변형, 변경이 가능하다. 미세 유체 유로(110)의 내부(즉, 채널)에는 중금속을 포함하는 유체시료를 수용할 수 있도록 친수성(hydrophilic) 물질이 코팅되어 있다. 하층부에는 검출부(120')가 삽입될 수 있는 공간이 마련 도록, 검출부(120')의 형상과 일치하게 상층부의 아래면이 오목부로 구비되어 있을 수 있다. 또한, 하층부에는 눈금자(130)가 패터닝되어 있다. PSA층부는 상층부와 하층부를 접합시켜주는 역할을 하는 점착층으로서, 예를 들면, 아크릴(acryl) 계열의 양면 점착 테이프로 제작될 수 있다. 회전식 플랫폼(10)의 크기에 대응하는 점착 성분을 갖는 재질의 테이프나 판 등에서, 상층부의 시료 주입부(100)와 미세 유체 유로(110)에 대응하는 영역 및 하층부의 검출부(120')에 대응하는 영역을 컷팅(cutting) 등으로 제거하여, 제작할 수 있다. 한편, 하층부의 검출부(120”)의 시료의 전개 및 눈금자를 확인할 수 있도록, 상층부 및 PSA층부는 투명한 재질로 되어 있다. 그러나, 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 눈금자(130)가 상층부에 패터닝되어 있을 수 있는 등, 다양한 변형, 변경이 가능하다. Fig. 3c illustrates each layer of the rotatable platform 10 including the microfluidic structure 20 " of Fig. Ig. 3C, the rotary platform 10 including the microfluidic structure 20 " 'is largely composed of three layers, each of which includes a sample injection unit 100 and a microfluidic channel 110, A bottom layer to which the detection part is inserted, and a PSA layer (pressure sensitive adhesion layer) that can bond the upper and lower layers. The upper and lower layer materials include, for example, polycarbonate (PC) or polymethylmethacrylate (PMMA). The sample injection unit 100 and the microfluidic channel 110 are provided in the upper layer and the sample injection unit 100 and the microfluidic channel 110 are formed through a patterning process using micro- . A portion where the detection unit 120 'is located may be provided with a concave portion on the lower surface of the upper portion in conformity with the shape of the detection unit 120' so that the detection unit 120 'can be inserted. This is possible. Also, the height of the concave portion can be variously modified and changed according to the environment in which the present invention is actually implemented. A hydrophilic material is coated on the inside of the microfluidic channel 110 to receive a fluid sample containing a heavy metal. The bottom surface of the upper layer may be provided with a concave portion in conformity with the shape of the detecting portion 120 'so that a space into which the detecting portion 120' can be inserted is provided in the lower layer portion. A ruler 130 is patterned on the lower layer. The PSA layer portion is an adhesive layer serving to bond the upper layer portion and the lower layer portion, and can be made of, for example, an acryl-based double-sided adhesive tape. A sample or the like having a viscous component corresponding to the size of the rotary platform 10 corresponds to the sample injection unit 100 of the upper layer and the detection unit 120 'of the lower layer corresponding to the region corresponding to the microfluidic channel 110 And then removing it by cutting or the like. On the other hand, the upper layer portion and the PSA layer portion are made of a transparent material so that the development and the scale of the sample of the lower layer detection portion 120 " can be confirmed. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes are possible, for example, the ruler 130 may be patterned on the upper layer.
도 4a 내지 도 4d는 도 2a의 미세 유체 구조물(20”')을 포함하는 회전식 플랫폼(10)의 각 층에 관하여 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 미세 유체 구조물(20”')을 포함하는 회전식 플랫폼(10)은 크게 3가지 층으로 구성되며, 각각은 시료 주입부(100) 및 미세 유체 유로(110)가 위치하는 상층부(top layer)(도 4b 참조), 검출부가 삽입되는 하층부(bottom layer)(도 4d 참조), 상층부와 하층부를 접합할 수 있는 PSA층부(Pressure sensitive adhesion layer)(도 4c 참조)이다. 도 4a 내지 도 4d에서 도 2a의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”') 및 도 2b의 미세 유체 구조물(20”')에 관한 설명 및 각 층부에 관한 설명에서 도 1g의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”) 및 미세 유체 구조물(20”)에 관한 구성요소 및 각 층부에 관한 중복되는 기타 설명은 도 3c에 관한 설명을 참조한다.Figures 4A-4D illustrate each layer of the rotatable platform 10 including the microfluidic structure 20 " 'of Figure 2A. 4A, a rotary platform 10 including a microfluidic structure 20 " 'is composed of three layers, each of which includes a sample injection unit 100 and a microfluidic channel 110, A bottom layer (see FIG. 4D) for inserting the detecting portion, and a pressure sensitive adhesion layer (see FIG. 4C) for bonding the upper and lower layers. The qualitative and quantitative analysis device 1 '' of FIG. 1 (a) and the microfluidic structure 20 '' of FIG. 2 (b) 1 ") and the microfluidic structure 20 " and other overlapping descriptions for each stratum refer to the description of Figure 3C.
본 발명의 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')에 따르면, 정성 및 정량 분석 디바이스(1)의 회전을 제어하여, 중금속을 포함하는 유체 시료가 시료 주입부(100)에서 미세 유체 유로(110)로 이동한 다음 검출부(120, 120', 120”)로 이동할 수 있다. 예를 들면, 시료 주입부(100)에 중금속을 포함하는 유체 시료가 주입된 다음, 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')가 3000 RPM 으로 10 초 동안 1차로 회전하였다가 정지되면, 중금속을 포함하는 유체 시료가 미세 유체 유로(110)로 이동한다. 다시, 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')가 5000 RPM 으로 5 초 동안 2차로 회전하면 상층부의 미세 유체 유로(110)에 있던 중금속을 포함하는 유체 시료가 원심력에 의하여 하층부에 삽입되어 있는 검출부(120, 120', 120”)에 주입되고, 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')의 회전을 멈추면 중금속을 포함하는 유체 시료가 모세관력에 의하여 검출부(120, 120', 120”)상에서 전개된다. According to the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ', 1 ", 1 "') of the present invention, the rotation of the qualitative and quantitative analysis device 1 is controlled so that a fluid sample containing heavy metal is injected into the sample injection part 100 To the microfluidic channel 110 and then to the detectors 120, 120 ', 120 ". For example, after a fluid sample containing heavy metal is injected into the sample injector 100, the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1' ', 1' '' The fluid sample containing the heavy metal moves to the microfluidic channel 110. When the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ', 1' ', 1' '') is rotated at 5000 rpm for 5 seconds, the fluid sample containing the heavy metal in the upper microfluidic channel (110) When the rotation of the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1 "' is stopped, a fluid sample containing heavy metal is injected into the detection part 120, 120 ' And is developed on the detecting portions 120, 120 ', and 120 " by the capillary force.
검출부(120, 120', 120”)상에 전개된 중금속을 포함하는 유체 시료는 검출부(120, 120', 120”)에 미리 도포된 시약과 반응하여 해당 중금속에 관한 색상을 나타낸다. 검출부(120, 120', 120”)에 미리 도포될 수 있는 유기물로는, 예를 들면 유기착화제를 사용할 수 있고, 일 실시양태로서 하기의 표 1과 같이 중금속 이온과 유기착화제 간의 반응 리스트와 같은 유기착화제를 사용할 수 있다. The fluid sample including the heavy metal developed on the detection units 120, 120 ', 120 "reacts with the reagents previously coated on the detection units 120, 120', 120" to represent the color of the heavy metal. As an organic material that can be previously applied to the detection units 120, 120 ', 120 ", for example, an organic complexing agent can be used. In one embodiment, as shown in Table 1 below, a reaction list between heavy metal ions and an organic complexing agent Can be used.
Figure PCTKR2018012738-appb-img-000001
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도 5는 표 1에 따른 중금속 이온과 유기착화제 간의 발색 반응을 나타낸다. 도 5의 예시에서 유기착화제로서 PAN(1-(2-Pyridylazo)-2-naphthol), Bphen(Bathophenanthroline), DMG(Dimethylglyoxime), DTO(Dithiooxamide), DCB(Diphenylcarbazide), 및 DTZ(Dithizone)을 사용하였고, Cr 6+의 경우 DCB 에 1% H 2SO 4 첨가하여 DCB의 Cr 6+ 이온 반응 선택성 및 발색 반응 향상 시킬 수 있도록 하였다.Figure 5 shows the color development reaction between heavy metal ions and organic complexing agents according to Table 1. In the example of FIG. 5, PAN (1- (2-Pyridylazo) -2-naphthol), Bphen (Bathophenanthroline), DMG (Dimethylglyoxime), DTO (Dithiooxamide), DCB (Diphenylcarbazide) and DTZ was used, in the case of Cr 6+ was to be added to 1% H 2 sO 4 in the DCB to improve Cr 6+ ion-selective reaction and coloring reaction of DCB.
이와 같은, 본 발명에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1')를 이용하여 Fe 2+, Zn 2+, Hg 2+, Cr 6+, Ni 2+, 또는 Cu 2+ 등의 복수 개의 중금속에 대하여 25 ppm의 수준까지 동시에 정성 분석이 15 분 내에 가능하다. This, qualitative and quantitative analysis in accordance with the present invention a device (1, 1 ') by using the Fe 2+, Zn 2+, Hg 2+ , Cr 6+, Ni 2+, or a plurality of heavy metals such as Cu 2+ At the same time, up to a level of 25 ppm.
검출부(120, 120', 120”)상의 발색 반응에 따른 색상으로 유체 시료에 포함된 중금속에 대하여 정성 분석을 할 수 있으며, 예를 들면, 발색 반응에 따른 색상을 육안으로 보아 해당 유체 시료에 포함된 중금속의 종류를 식별할 수 있다. 이와 관련하여, 도 6은 6개의 중금속(100 ppm)에 대한 동시 정성 분석의 일 예시로서, 도 2a의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”')를 이용하여 6개의 중금속에 대하여 동시 정성 분석을 수행한 경우를 보여준다.Qualitative analysis can be performed on the heavy metal contained in the fluid sample with the color corresponding to the color reaction on the detection units 120, 120 ', 120 ". For example, the color according to the color reaction can be visually observed and included in the fluid sample It is possible to identify the kind of the heavy metal. In this regard, FIG. 6 is an example of a simultaneous qualitative analysis on six heavy metals (100 ppm). Simultaneous qualitative analysis is performed on six heavy metals using the qualitative and quantitative analysis device 1 '' ' One case is shown.
또한, 검출부(120, 120', 120”)상의 중금속을 포함하는 유체 시료의 전개된 정도를 눈금자(130)를 이용하여 정량 분석을 할 수 있다. 도 6의 예시를 참조하면, 복수 개의 미세 유체 구조물(20”')들의 각각의 검출부(120”)상에 중금속을 포함하는 유체 시료의 전개된 정도가 각각 상이함을 알 수 있다. 이를 각각의 눈금자(130)를 이용하여 중금속을 포함하는 유체 시료가 전개된 정도를 측정할 수도 있다. 눈금자(130)를 이용하여 검출부(120”)상의 해당 유체 시료의 전개거리를 측정하는 한편, 상술한 정성 분석으로 해당 유체 시료에 포함된 중금속의 종류를 알아내어 해당 중금속에 대한 캘리브레이션 커브(calibration curve)(예를 들면 도 7a 및 도 7b 참조)에 전개 거리를 대입하여, 해당 중금속의 정량 분석을 할 수 있다. 정량 분석의 일 예시들로서, 도 7a는 도 2a의 정성 및 정량 분석 디바이스(1”')를 이용하여 Cr 6+를 정량 분석하는 경우를 도시하고, 도 7b는 Fe 2+를 정량 분석하는 경우를 도시한다. 예를 들면, 도 7a에 기재된 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 100 ppm의 숫자는 모두 Cr 6+의 정량 분석 결과이다. 이는 6 개의 검출부(120”) 상의 Cr 6+에 해당하는 보라색의 전개 정도를 눈금자(130)를 측정한 다음 Cr 6+의 캘리브레이션 커브에 대입하여 캘리브레이션 커브의 y 축 상의 전개 정도에 해당하는 x 축 상의 농도를 얻는 방식으로 정량 분석을 수행할 수 있다. 도 7b의 Fe 2+의 경우 동일한 방식으로 정량 분석을 수행할 수 있다. 이 때, Cr 6+의 경우에는, 정성분석의 검출 하한(limit of detection)이 1ppm 이고 정량분석의 검출 하한(limit of quantification)이 5 ppm 이다. 또한, Fe 2+의 경우에는, 정성분석의 검출 하한(limit of detection)이 25 ppm 이고 정량분석의 검출 하한(limit of quantification)이 50 ppm 이다.Also, the degree of development of the fluid sample including heavy metals on the detection units 120, 120 ', 120 "can be quantitatively analyzed using the scale 130. Referring to the example of FIG. 6, it can be seen that the degree of development of the fluid sample including heavy metal on the detection portion 120 " of each of the plurality of microfluidic structures 20 "'is different. It is also possible to measure the extent to which a fluid sample containing heavy metals is developed by using the respective rulers 130. The development distance of the corresponding fluid sample on the detection unit 120 '' is measured using the ruler 130, and the type of the heavy metal contained in the fluid sample is determined by the above-described qualitative analysis, and a calibration curve ) (See, for example, Figs. 7A and 7B), the quantitative analysis of the heavy metal can be performed. As one example of quantitative analysis, FIG. 7A shows a case where Cr 6+ is quantitatively analyzed using the qualitative and quantitative analysis device 1 '''of FIG. 2A, and FIG. 7B shows a case where quantitative analysis of Fe 2+ is performed Respectively. For example, the numbers 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, and 100 ppm described in FIG. 7A are the results of quantitative analysis of Cr 6+ . This is because the degree of development of the purple color corresponding to Cr 6+ on the six detection units 120 "is measured by the ruler 130 and then substituted into the calibration curve of Cr 6+ to calculate the x-axis corresponding to the degree of development of the calibration curve on the y- Quantitative analysis can be performed in such a manner that the concentration of the phase is obtained. In the case of Fe 2+ in FIG. 7B, quantitative analysis can be performed in the same manner. At this time, in the case of Cr 6+, the limit of detection of qualitative analysis is 1 ppm and the detection limit of quantitative analysis is 5 ppm. In the case of Fe 2+, the limit of detection of qualitative analysis is 25 ppm and the detection limit of quantitative analysis is 50 ppm.
이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')를 이용하여 중금속을 포함하는 유체 시료에 대한 시료의 분석 방법(2)을 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 분석 방법(2)에서의 각 단계들은 다음과 같다.Hereinafter, with reference to FIG. 8, a method of analyzing a sample for a fluid sample containing heavy metals using the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1' '' according to an embodiment of the present invention 2) will be described. The steps of the method (2) for analyzing a sample according to an embodiment of the present invention are as follows.
단계 1: 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')의 시료 주입부(100)에 유체 시료를 주입하는 단계(S1)Step 1: injecting a fluid sample into the sample injection unit 100 of the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1' ', 1' ''
단계 2: 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')의 회전을 제어하는 단계(S2)Step 2: Controlling the rotation of the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ', 1 ", 1 "')
단계 3: 정성 및 정량 분석 중 적어도 하나를 수행하는 단계(S3)Step 3: Performing at least one of qualitative and quantitative analysis (S3)
단계 1: 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')의 시료 주입부(100)에 유체 시료를 주입하는 단계(S1)Step 1: injecting a fluid sample into the sample injection unit 100 of the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1' ', 1' ''
정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')의 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들의 각각의 시료 주입부(100)에 유체 시료를 각각 주입한다. 예를 들어 유체 시료를 약 40 ㎕씩 주입할 수 있다. 그러나, 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 본 발명이 구현되는 다양한 환경에 따라 주입량을 다양하게 조절할 수 있다. 복수 개의 미세 유체 구조물(20, 20', 20”, 20”')들 각각에 상이한 종류의 중금속을 포함하는 유체 시료들을 각각 주입하여(S1-1) 후술하는 바와 같이 정성 분석 및/또는 정량 분석을 할 수도 있고, 복수 개의 미세 유체 구조물(20, 20', 20”, 20”')들 각각에 동일한 종류이나 농도를 달리하는 중금속을 포함하는 유체 시료들을 각각 주입하여(S1-2) 후술하는 바와 같이 정성 분석 및/또는 정량 분석을 할 수도 있다.A fluid sample is injected into each sample injection section 100 of a plurality of microfluidic structures 20 of the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1 "'. For example, about 40 μl of fluid sample can be injected. However, the present invention is not limited to the above, and the amount of injection can be variously adjusted according to various environments in which the present invention is implemented. Fluid samples containing different kinds of heavy metals are respectively injected into each of the plurality of microfluidic structures 20, 20 ', 20 ", 20 "' (S1-1) and subjected to qualitative analysis and / or quantitative analysis Or fluid samples containing heavy metals of the same kind or concentration are injected into each of the plurality of microfluidic structures 20, 20 ', 20 " and 20 "' (S1-2) Qualitative analysis and / or quantitative analysis as described above.
단계 2: 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1')의 회전을 제어하는 단계(S2)Step 2: Controlling the rotation of the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ') (S2)
정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')를 회전시킬 수 있는 정성 및 정량 분석 시스템(3), 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같은 회전식 정성 및 정량 분석 시스템(3) 위에 장착한 다음, 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')를 회전시킨다. 본 단계(S2)은 다음과 같은 세부적인 단계들을 포함한다. A qualitative and quantitative analysis system 3 capable of rotating the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1 "', for example a rotary qualitative and quantitative analysis system 3 ), And then rotate the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ', 1 ", 1 "'). This step S2 includes the following detailed steps.
단계 2-1: 미세 유체 구조물(20, 20', 20”, 20”')의 상층부에 위치한 시료 주입부(100)에 주입된 중금속을 포함하는 유체 시료가 미세 유체 유로(110)로 이동하도록 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')를 2000~4000 RPM 으로 5~20초 동안 1차로 회전하였다가 정지한다(S2-1).Step 2-1: Move the fluid sample including the heavy metal injected into the sample injecting unit 100 located in the upper part of the microfluidic structures 20, 20 ', 20' ', 20' '' to the microfluidic channel 110 The qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1' ', 1' '' is first rotated for 5 to 20 seconds at 2000 to 4000 RPM and then stopped (S2-1).
단계 2-2: 단계 2-1에서 미세 유체 유로(110)로 이동된 중금속을 포함하는 유체 시료가 미세 유체 구조물(20, 20', 20”, 20”')의 리저브 영역(124, 150)에 유입되도록 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')를 4000~6000 RPM 으로 3~10초 동안 2차로 회전한다(S2-2).Step 2-2: In step 2-1, the fluid sample including the heavy metal moved to the microfluidic channel 110 is stored in the reservoir areas 124 and 150 of the microfluidic structures 20, 20 ', 20' 'and 20' '' 1 ', 1 ", 1 "') is rotated at 4000 to 6000 RPM for 3 to 10 seconds (S2-2).
단계 2-3: 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')의 회전을 정지하여 중금속을 포함하는 유체 시료가 모세관력에 의하여 검출부(120, 120', 120”)상에서 전개되도록 한다(S2-3). Step 2-3: The rotation of the qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1 "' is stopped, so that a fluid sample containing heavy metal is detected on the detectors 120, 120 ' (S2-3).
단계 3: 정성 및 정량 분석 중 적어도 하나를 수행하는 단계(S3)Step 3: Performing at least one of qualitative and quantitative analysis (S3)
검출부(120, 120', 120”)상에서 전개된 유체 시료에 대하여 검출부(120, 120', 120”)상에서의 발색 반응을 육안으로 분석하는 방식 등으로 정성 분석을 할 수도 있고(S3-1), 검출부(120, 120', 120”)상에서 전개된 유체 시료의 전개 정도를 눈금자(130)를 이용하여 측정한 다음 해당 중금속의 캘리브레이션 커브에 대입하는 방식 등으로 정량 분석을 할 수도 있고(S3-2), 정성 분석과 정량 분석 모두를 수행할 수도 있다(S3-1 및 S3-2). 이에 관련한 예시들은 도 6, 도 7a 및 도 7b와 관련하여 상술한 바를 참조한다.(S3-1) may be performed by a method of visually analyzing the color reaction on the detection units 120, 120 ', 120 "with respect to the fluid sample developed on the detection units 120, 120', 120" The quantitative analysis may be performed by measuring the degree of development of the fluid sample developed on the detection units 120, 120 ', 120 "by using the scale 130 and substituting the measurement result into the calibration curve of the heavy metal (S3- 2), and both qualitative analysis and quantitative analysis may be performed (S3-1 and S3-2). Examples related to this are described above with reference to Figs. 6, 7A and 7B.
정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')는 회전식 플랫폼(10, 예를 들어 원형 디스크) 상에 복수 개의 종류의(예를 들어 6종)의 중금속을 검출할 수 있는 동일한 구조를 갖는 각각의 미세 유체 구조물(20)이 회전식 플랫폼(10)의 회전 방향을 따라 방사 대칭으로 배치되어 있으며, 각각의 미세 유체 구조물(20)은 중금속과 발색 반응을 일으킬 수 있는 유기물이 도포된 검출부(120, 120', 120”)를 포함한다. In summary, a qualitative and quantitative analysis device 1, 1 ', 1 ", 1 "' according to an embodiment of the present invention includes a plurality of types (for example, Each of the microfluidic structures 20 having the same structure capable of detecting heavy metals is arranged radially symmetrically along the direction of rotation of the rotary platform 10, (120, 120 ', 120 ") coated with an organic substance capable of causing a color reaction with heavy metals.
본 발명의 일 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”') 및 이를 이용한 시료의 분석 방법(2)에 의하면, 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')의 회전 시 발생하는 원심력을 이용하여 중금속이 포함된 유체를 검출부(120, 120', 120”)에 이동시킬 수 있으며 발색 반응을 통해 정성 분석을 수행할 수도 있고, 회전이 멈췄을 때의 종이 모세관력에 의한 유체 전개를 통해 발색 영역의 길이를 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”')에 패터닝된 눈금자(130)로 확인하여 정량 분석을 수행 할 수도 있다. 자동화된 유체 제어 및 회전력과 모세관력의 조절을 통한 중금속 검출 한계 증가가 가능하다. 회전력 제어를 통한 중금속 이온 검출 한계 향상이 가능하다. 즉, 회전 제어에 의한 원심력과 모세관력의 조절을 통한 발색 반응 시간 조절 및 발색 영역을 조절하여 검출 한계 향상이 가능하다. 구체적으로는, 검출부상에서, 모세관력에 의한 중금속 포함 시료의 전개속도가 중금속과 유기착화제가 반응하는 속도에 비해 빠르게 되면 중금속 포함 시료가 충분히 유기착화제와 발색 반응하지 못하고, 검출부 전체에 전개되는 상황이 발생한다. 농도가 높은 중금속 시료의 경우에는, 발색이 나타나므로 검출에 문제가 되지 않지만 정량성이 떨어질 가능성이 있다. 농도가 낮은 중금속 시료의 경우에는, 검출부의 유기착화제와 충분히 반응을 못해 발색이 일어나지 않아 검출 감도 및 한계가 떨어질 가능성이 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 원심력은 모세관력과 반대반향으로 작용하기 때문에 이를 가하여 모세관력에 의한 용액 전개 속도를 제어하고 이를 통해 발색반응이 검출부상에서 충분히 이루어지도록 하여 검출한계가 높아 질 수 있도록 한다. According to the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ', 1', 1 '') and the analysis method (2) of the sample using the device according to the embodiment of the present invention, 1 '' and 1 ''), it is possible to move the fluid containing the heavy metal to the detectors 120, 120 'and 120 ", perform the qualitative analysis through the color reaction, (1, 1 ', 1 ", 1 "') with a patterned ruler (130) to measure the length of the coloring region through the fluid development by the paper capillary force at the stop . It is possible to increase the detection limit of heavy metal through automatic fluid control and control of torque and capillary force. It is possible to improve the detection limit of heavy metal ion by the torque control. That is, by adjusting the centrifugal force and the capillary force by the rotation control, it is possible to control the color reaction time and improve the detection limit by adjusting the coloring area. Specifically, when the development speed of the sample containing heavy metals due to the capillary force becomes faster than the speed at which the heavy metal and the organic complexing agent react with each other on the detection unit, the sample containing heavy metals fails to sufficiently react with the organic complexing agent, Lt; / RTI > In the case of a heavy metal sample having a high concentration, there is no problem in detection because the color appears, but there is a possibility that the quantitative property is lowered. In the case of a heavy metal sample of low concentration, there is a possibility that the coloring does not occur due to insufficient reaction with the organic complexing agent of the detection part, and thus the sensitivity and limit of detection may be lowered. However, according to the present invention, since the centrifugal force acts on the opposite side of the capillary force, it is applied to control the solution development speed by the capillary force so that the color development reaction can be sufficiently performed on the detection part.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 정성 및 정량 분석 디바이스(1, 1', 1”, 1”') 및 이를 이용한 시료의 분석 방법(2)에 의하면, 경제적이며 신속한 다중 중금속 정성/정량 분석이 가능하고, 종래의 고가의 분광 혹은 질량 분석 기반 중금속 검출기에 비해 경제적이며 분석에 소요되는 시간도 단축시킬 수 있으며, 중금속 정성/정량 분석이 필요한 현장에서 신속하고 편리하게 응용 될 수 있다.According to the qualitative and quantitative analysis device (1, 1 ', 1 ", 1"') and the analysis method (2) of the sample using the same according to the embodiment of the present invention, economical and rapid multi- And it is more economical than a conventional expensive spectral or mass spectrometry based heavy metal detector and can shorten the time required for analysis and can be applied quickly and conveniently in a field where heavy metal qualitative / quantitative analysis is required.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구 범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. In addition, the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description. Also, all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
[부호의 설명][Description of Symbols]
1, 1', 1”, 1”': 정성 및 정량 분석 디바이스 2: 시료 분석 방법1, 1 ', 1 ", 1"': qualitative and quantitative analysis device 2: sample analysis method
3: 정성 및 정량 분석 시스템 10: 회전식 플랫폼3: Qualitative and Quantitative Analysis System 10: Rotary Platform
20, 20', 20”, 20”': 미세 유체 구조물 100: 시료 주입부20, 20 ', 20 ", 20"': microfluidic structure 100:
110: 미세 유체 유로 110: microfluidic channel
120, 120', 120”: 검출부120, 120 ', 120' ':
130: 눈금자 130: Ruler

Claims (15)

  1. 회전식 플랫폼 및 상기 회전식 플랫폼 상에 방사 대칭으로 배치되는 복수 개의 미세 유체 구조물을 포함하는, 정성 및 정량 분석 디바이스에 있어서,A qualitative and quantitative analysis device comprising a rotatable platform and a plurality of microfluidic structures disposed radially symmetrically on the rotatable platform,
    상기 복수 개의 미세 유체 구조물 각각은: Wherein each of the plurality of microfluidic structures comprises:
    중금속을 포함하는 유체 시료가 주입되는 시료 주입부; A sample injection unit into which a fluid sample containing heavy metals is injected;
    상기 시료가 검출부로 이동할 수 있는 통로이고 상기 시료 주입부와 상기 검출부의 일단부를 연결하는 미세 유체 유로(siphon channel); A microfluidic channel for allowing the sample to move to the detection unit and connecting the sample injection unit to one end of the detection unit;
    상기 시료의 중금속과 발색 반응을 일으킬 수 있는 유기물이 도포된 검출부로서, 복수 개의 검출부재들을 포함하는 상기 검출부; 및 A detection unit coated with an organic substance capable of causing a color reaction with heavy metals in the sample, the detection unit including a plurality of detection members; And
    상기 발색 반응의 전개 거리의 측정을 위한 눈금자를 포함하고,And a ruler for measuring the development distance of the color reaction,
    상기 복수 개의 미세 유체 구조물 각각은 서로 다른 시료들을 수용할 수 있고,Each of the plurality of microfluidic structures may receive different samples,
    상기 디바이스의 회전이 제어됨으로써, 상기 시료가 상기 시료 주입부에서 상기 미세 유체 유로로 이동한 다음 상기 검출부로 이동하고, The rotation of the device is controlled so that the sample moves from the sample injection unit to the microfluidic channel and then moves to the detection unit,
    상기 검출부에서의 중금속의 발색 반응을 통한 정성 분석 및 상기 발색 반응의 전개 거리 측정을 통한 정량 분석이 가능한, 정성 및 정량 분석 디바이스. A qualitative analysis by the coloring reaction of the heavy metal in the detection unit, and a quantitative analysis by measuring the development distance of the color reaction.
  2. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 복수 개의 검출부재들 각각에는 상이한 시약들이 각각 도포되어 있는, 정성 및 정량 분석 디바이스.Wherein different reagents are respectively applied to each of the plurality of detection members.
  3. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 복수 개의 검출부재들 각각은 서로 농도가 상이한 유기 리간드로 코팅된 복수 개의 구간들을 포함하는, 정성 및 정량 분석 디바이스.Wherein each of the plurality of detection members comprises a plurality of intervals coated with an organic ligand having a different concentration from each other.
  4. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 검출부는 상기 복수 개의 검출부재들의 각각의 일단부와 상기 미세 유체 유로를 연결하는 리저브(reserve) 영역을 포함하는, 정성 및 정량 분석 디바이스.Wherein the detection unit includes a reserve region connecting one end of each of the plurality of detection members to the microfluidic channel.
  5. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4,
    상기 검출부재들 각각은 서로 농도가 상이한 유기 리간드로 코팅된 복수 개의 구간들을 포함하고, 상기 리저브 영역으로부터 i 번째로 위치한 구간에 코팅된 유기 리간드의 농도는 상기 리저브 영역으로부터 i-1 번째로 위치한 구간에 코팅된 유기 리간드의 농도보다 낮고, i는 1부터 n까지의 자연수인, 정성 및 정량 분석 디바이스.Wherein each of the detection members includes a plurality of intervals coated with organic ligands having different concentrations from each other, and the concentration of the organic ligand coated in the i-th region located from the reserve region is in a region Wherein i is a natural number from 1 to n, and i is a natural number from 1 to n.
  6. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 시료 주입부와 상기 검출부의 타단부 사이를 연결하는 공기 순환 채널을 더 포함하고,Further comprising an air circulation channel connecting the sample injecting section and the other end of the detecting section,
    상기 공기 순환 채널은 상기 검출부에서의 유체 시료의 증발 속도를 증가시키고 상기 검출부의 습기 맺힘 현상을 방지하는, 정성 및 정량 분석 디바이스.Wherein the air circulation channel increases the rate of evaporation of the fluid sample in the detector and prevents moisture from forming in the detector.
  7. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4,
    상기 디바이스의 회전의 제어는:Controlling the rotation of the device comprises:
    상기 시료 주입부에 주입된 시료가 상기 미세 유체 유로로 이동되도록, 상기 디바이스가 1차로 회전하였다가 정지하고;The device is rotated first so that the sample injected into the sample injecting unit is moved to the microfluidic channel;
    상기 미세 유체 유로로 이동된 시료가 상기 리저브 영역으로 이동되도록, 상기 디바이스가 2차로 회전하고;The device is rotated secondarily so that the sample moved to the microfluidic channel is moved to the reserve region;
    상기 리저브 영역으로 이동된 시료가 상기 검출부로 전개되도록, 상기 디바이스가 정지하는 방식으로 이루어지는, 정성 및 정량 분석 디바이스.And the device is stopped in such a manner that a sample moved to the reserve region is developed in the detection section.
  8. 제 7 항에 있어서,8. The method of claim 7,
    상기 미세 유체 유로는 “U”자 형의 관으로 된 부분을 포함하여 상기 1차 회전 이후 및 2차 회전 이전에 상기 미세 유체 유로의 내부에 상기 시료를 수용할 수 있는, 정성 및 정량 분석 디바이스.Wherein the microfluidic channel includes a portion of a " U " -shaped tube and is capable of receiving the sample inside the microfluidic channel after the first rotation and the second rotation.
  9. 제 7 항에 있어서,8. The method of claim 7,
    상기 1차의 회전은 2000~4000 RPM 미만으로 5~20초 동안 이루어지고,The primary rotation is performed for 5 to 20 seconds at less than 2000 to 4000 RPM,
    상기 2차의 회전은 4000~6000 RPM 으로 3~10초 동안 이루어지는, 정성 및 정량 분석 디바이스.Wherein the secondary rotation takes place at 4000 to 6000 RPM for 3 to 10 seconds.
  10. 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 시료에 포함될 수 있는 중금속은 Fe 2+, Zn 2+, Hg 2+, Cr 6+, Ni 2+, 또는 Cu 2+인, 정성 및 정량 분석 디바이스. Wherein the heavy metals that may be included in the sample are Fe 2+ , Zn 2+ , Hg 2+ , Cr 6+ , Ni 2+ , or Cu 2+ .
  11. 제 10 항에 있어서, 11. The method of claim 10,
    상기 검출부재에 미리 도포되는 유기물은 디메칠글리옥심(Dimethylglyoxime), 바소페난트롤린(Bathophenanthroline), 디티오옥사마이드(Dithiooxamide), 디티존(Dithizone), 디페닐카바지드(Diphenylcarbazide), 및 1-2-피리딜아조-2-나프톨(1-(2-Pyridylazo)-2-naphthol)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나를 포함하는, 정성 및 정량 분석 디바이스. The organic substance previously applied to the detecting member may be at least one selected from the group consisting of Dimethylglyoxime, Bathophenanthroline, Dithiooxamide, Dithizone, Diphenylcarbazide, and 1- (2-pyridylazo) -2-naphthol). 2. The device according to claim 1,
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 디바이스를 이용한 중금속을 포함하는 유체 시료의 분석 방법에 있어서:11. A method of analyzing a fluid sample comprising heavy metals using a device according to any one of claims 1 to 11,
    상기 시료 주입부에 상기 시료를 주입하는 단계(S1);Injecting the sample into the sample injecting unit (S1);
    상기 디바이스의 회전을 제어하는 단계(S2); 및 Controlling the rotation of the device (S2); And
    상기 검출부에 전개된 시료의 정성 및 정량 분석 중 적어도 하나를 수행하는 단계(S3)를 포함하는, 시료의 분석 방법.And performing (S3) at least one of qualitative and quantitative analysis of the sample developed in the detection unit.
  13. 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12,
    상기 시료 주입부에 상기 시료를 주입하는 단계(S1)는, 상기 복수 개의 미세 유체 구조물들 각각에 상이한 종류의 중금속을 포함하는 유체 시료들을 각각 주입하는 단계 또는 상기 복수 개의 미세 유체 구조물들 각각에 동일한 종류의 농도를 달리하는 중금속을 포함하는 유체 시료들을 각각 주입하는 단계를 포함하는, 시료의 분석 방법.The step (S1) of injecting the sample into the sample injecting unit may include injecting fluid samples containing different kinds of heavy metals into the plurality of microfluidic structures, respectively, or injecting fluid samples containing different heavy metals into the plurality of microfluidic structures The method comprising injecting fluid samples each containing heavy metals of different concentrations.
  14. 제 4 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 디바이스를 이용한 중금속을 포함하는 유체 시료의 분석 방법에 있어서:11. A method of analyzing a fluid sample comprising heavy metals using a device according to any one of claims 4 to 11,
    상기 시료 주입부에 상기 시료를 주입하는 단계(S1);Injecting the sample into the sample injecting unit (S1);
    상기 디바이스의 회전을 제어하는 단계(S2); 및 Controlling the rotation of the device (S2); And
    상기 검출부에 전개된 시료의 정성 및 정량 분석 중 적어도 하나를 수행하는 단계(S3)를 포함하고,And performing (S3) at least one of qualitative and quantitative analysis of the sample developed in the detection unit,
    상기 디바이스의 회전을 제어하는 단계(S2)는:The step (S2) of controlling the rotation of the device comprises:
    상기 시료 주입부에 주입된 시료가 상기 미세 유체 유로로 이동되도록 상기 디바이스를 1차로 회전하였다가 정지하는 단계(S2-1);A step (S2-1) of first rotating the device so that the sample injected into the sample injecting part is moved to the microfluidic channel, and then stopping the device;
    상기 미세 유체 유로로 이동된 시료가 상기 리저브 영역에 유입되도록 상기 디바이스를 2차로 회전하는 단계(S2-2); 및(S2-2) rotating the device in a second order so that a sample moved to the microfluidic channel flows into the reserve region; And
    상기 디바이스의 회전을 정지하여 상기 리저브 영역에 유입된 시료가 상기 검출부 상에서 전개되는 단계(S2-3)를 포함하는, 시료의 분석 방법.And a step (S2-3) of stopping the rotation of the device and developing the sample introduced into the reserve region on the detection unit.
  15. 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12,
    시료의 정성 및 정량 분석 중 적어도 하나를 수행하는 단계(S3)는, 상기 검출부에 전개된 상기 시료의 중금속의 발색 반응을 통한 정성 분석(S3-1) 및 상기 발색 반응의 전개 거리 측정을 통한 정량 분석(S3-2) 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함하는, 시료의 분석 방법.(S3) of performing at least one of qualitative and quantitative analysis of a sample is performed by qualitative analysis (S3-1) through color development reaction of the heavy metal of the sample developed in the detection section and quantitative determination And performing at least one of the analysis (S3-2).
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