Article
  • Development of Water-soluble Rhodamine and Cationic Polyacrylate-supported Chemosensor for Selective Cu(II) Sensing

  • Sungjin Ahn*, Sang Bin Shin**, Hyeok-yi Jo**, and Jung Yun Do*,**,†

  • *Chemical Materials, Pusan National University
    **Department of Chemistry Education, Pusan National University, 2, Busandaehak-ro, 63beon-gil, Geumjeong-gu, Busan 46241, Korea

  • 양이온 아크릴고분자에 결합된 로다민 화학센서 개발과 구리(II)이온의 선택적 검출

  • 안성진* · 신상빈** · 조혁이** · 도정윤*,**,†

  • *부산대학교 화학소재학과, **부산대학교 화학교육과

Abstract

Water-soluble rhodamine and polymeric chemosensors were developed for copper detection. A new rhodamine derivative was synthesized through imine formation of rhodamine-hydrazide and a ketone carrying sulfonium salt, and a sulfide linkage for selective Cu2+ sensing in water. A copolymer of a ketone-acrylate with methacrylatoethyl trimethylammonium chloride was synthesized, which was treated with rhodamine-hydrazide to generate a polymeric sensor. The viscosity average molecular weight of the polymer was 6.5×104 g/mol. The polymer has a rhodamine content of ca. 5 mol% through 1H NMR analysis. Amide bonds caused to decrease the metal sensitivity of the rhodamine sensor because they are capable of absorbing metal ions. The Cu2+ sensing of the polymeric rhodamine sensor was examined with light absorption intensity at 560 nm. The slow Cu2+ binding of the polymeric sensor was observed over 10 days. Additionally, Hg2+ sensing activity of the polymer sensor was enhanced compared to the rhodamine sensor.


금속의 선택적 검출을 위한 수용성 로다민 발색제와 수용성 고분자결합에 결합된 발색제를 개발하였다. 술폰염을 포함하는 알킬케톤과 로다민의 하이드라자이드의 이민형성 반응으로 수용성 발색물질이 합성되었다. 알킬사슬에 황원자가 도입된 로다민 발색제는 구리(II)이온에 강한 선택성을 보였다. 알킬케톤으로 유도된 아크릴 단분자와 양이온 아크릴 단분자 methacrylatoethyl trimethylammonium chloride(AETMA)로부터 공중합 고분자를 합성하였고, 이에 로다민을 도입하여 로다민 결합 수용성 고분자를 제조하였다. 고분자의 점도측정을 통한 평균분자량은 6.5×104 g/mol이었으며 약 5 mol%의 로다민을 함유하였다. 고분자에 결합된 아마이드 작용기는 금속과 결합하는 성질 때문에 금속 발색제 로다민의 검출능력을 저하시킨다. 로다민결합 고분자의 구리(II)이온에 대한 높은 선택성을 흡수분광분석을 통해 관찰하였다. 구리(II)이온 검출에서 흡광도는 10일 이상 동안 지속적으로 상승하는 특성을 보였다. 로다민유도체의 수은에 대한 약한 감응특성은 고분자 결합을 통해서 부분적으로 향상되었다.


Keywords: chemosensor, water-soluble rhodamine, cationic polyacrylate, metal sensing

서 론

미량의 금속이온을 검출하기 위한 고감도의 화학센서로 활발히 연구진행 중인 물질로는 쿠마린,1,2 플루오레세인,3 나프탈렌,4 안트라센,5 퀴놀린6 및 로다민7-10 유도체 등이 있다. 로다민의 경우 분자의 명확한 구조로부터 감응 메카니즘이 대부분 밝혀져 있고, 뚜렷한 색상변화와 강한 발광특성, 그리고 구조변화를 통한 금속의 선택성 조절이 용이하다. 특히, 스피로-락탐의 안정된 구조의 로다민 유도체에 대한 연구는 매우 활발하게 진행되고 있으며 저농도의 금속에도 강한 형광을 보이는 많은 유도체가 개발되었다.11,12 이 유도체들의 공통된 특징은, 특정 금속에 배위결합을 할 수 있는 리간드를 락탐작용기 주위에 도입하여 강한 배위결합을 유도하는 구조를 갖고 있다. 도입된 리간드와 결합된 로다민 유도체는 중성의 유기분자로 물에 대한 용해도가 낮은 단점이 있다. 이러한 이유로 검출특성은 주로 극성 유기용매나 물 혹은 알코올과 혼합된 유기용매를 사용하여 측정된 결과가 보고되고 있다. 본 연구에서는 이러한 로다민의 낮은 수용성 문제를 극복하고 검출물질로서 활용성을 높이기 위해 수용성 고분자에 로다민을 결합시키고자 한다.
수용성 고분자는 아크릴아마이드를 기본 단위체로 양이온 또는 음이온 단위체와 공중합된 이온성 고분자,13 고흡수성고분자로 잘 알려진 폴리아크릴산염14 등이 있으며 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈과 같은 중성고분자 등 많은 종류의 고분자가 개발되어 에너지, 의약, 보건 및 산업적으로도 널리 사용되고 있다.15 고분자 결합된 로다민에 대한 기존연구는 비닐피롤리돈, 아크릴아마이드, 무수말레산, 히드록시에틸아크릴레이트 등의 라디칼 중합반응에 소량의 로다민아크릴 단 분자를 첨가하여 합성되었다.14 그러나 로다민 유도체의 열적 안정성 및 미량의 금속에 대한 민감성 등으로 라디칼 반응을 억제하는 작용을 보임으로써 단순 라디칼 공중합체 합성법은 한계를 보였다. 이를 극복하고자 공중합된 고분자에 부분적으로 로다민을 도입하는 새로운 합성방법을 개발하고 이로부터 얻어진 로다민결합 고분자의 금속 선택성 연구를 진행하고자 하였다.

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  • Polymer(Korea) 폴리머
  • Frequency : Bimonthly(odd)
    ISSN 0379-153X(Print)
    ISSN 2234-8077(Online)
    Abbr. Polym. Korea
  • 2022 Impact Factor : 0.4
  • Indexed in SCIE

This Article

  • 2018; 42(5): 888-894

    Published online Sep 25, 2018

  • 10.7317/pk.2018.42.5.888
  • Received on Jun 22, 2018
  • Revised on Aug 2, 2018
  • Accepted on Aug 16, 2018

Correspondence to

  • Jung Yun Do*,**

  • *Chemical Materials, Pusan National University
    **Department of Chemistry Education, Pusan National University, 2, Busandaehak-ro, 63beon-gil, Geumjeong-gu, Busan 46241, Korea

  • E-mail: jydo@pusan.ac.kr
  • ORCID:
    0000-0003-4348-727X