수정진동자를 이용한 프탈로시아닌 LB박막의 NO2 감지특성

Abstract

수정진동자(QCM)위에 네 종류의 프탈로시아닌($MPc(OEH)_8$, M ${\equiv}$ Cu, Co, Sn, H₂) LB박막을 여러 층 적층시킨 후 순수한 질소 분위기 하에서 $NO2에 노출시켜 그 농도를 정량화 하였다. 사용한 네 종류의 프탈로시아닌 중에서 중심위치에 금속 이온이 자리하지 않은 $H_2Pc(OEH)_8$ 감응막이 $NO2에 대하여 가장 민감한 것으로 나타났다. 그러나 이 박막은 $NO2에 노출된 후 질소로 퍼지해도 처음의 주파수를 회복하지 못하는 비가역적인 흡착 양상을 보였다. NMR과 FTIR 스펙트럼 조사 결과 비가역적인 흡착은 빙고링과 프탈로시아닌 곁가지의 결합부위인 ether 그룹에서 일어나는 것으로 판명되었다. 따라서 비가역적으로 흡착이 일어나는 부분을 미리 고농도에서 포화시키는 방법으로 박막을 전처리 한 후 반복실험에 사용하였다. $CuPc(OEH)_8$박막 사용 시 수십 ppm 수준부터 4 ppm의 $NO2 농도까지 정량화가 가능하였고 $H_2Pc(OEH)_8$ 박막의 경우에는 수 ppm부터 35 ppb까지의 낮은 농도까지 정량화가 가능하였다. 또한, 실제 대기 조건을 모사하기 위하여 운반기체를 순수한 질소 대신 공기로 교체하여 $H_2Pc(OEH)_8$ 감응막의 성능을 실험한 결과 산소의 영향으로 센싱 가능 한계가 수백 ppb 수준으로 증가하였다. 습기가 운반기체에 포함된 경우 감지 성능에 매우 큰 영향을 미쳤다.