Heavy metal ions pollution has become of worldwide critical concern, thus, it is particularly important to monitor it in the environment and food for ensuring human health. In this study, p-phenylenediamine and 2-mercaptothiazoline were used to prepare nitrogen (N) and sulfur (S) co-doped carbon dots (N/SCDs) for fluorescent and colorimetric detection of Cu2+. The fabricated N/SCDs with bright green fluorescence showed excellent optical characteristics and favorable water solubility. In an aqueous system, a significant fluorescence quenching of N/SCDs at 512 nm is obtained in the presence of Cu2+. It also caused a significant colorimetric response with the color of prepared N/SCDs solution changed from colorless to yellow. Under optimal conditions, the analytical results showed that the linear range spanning from 5 to 400 μM, with a detection limit of 0.215 μM in fluorescence and 0.225 μM in colorimetric detection. In addition, N/SCDs displayed high selectivity toward Cu2+. No obvious interference was observed over other metal ions. Furthermore, we have also used N/SCDs to monitor Cu2+ in tap and lake water. The recovery of Cu2+ ranged between 89.6% and 113.1%. Exhibiting remarkable sensitivity and selectivity, the designed sensor offers a promising detection method for Cu2+ detection in the real sample.

As the demand for the monitoring of VOCs increases, various unpowered colorimetric sensors are being developed, but the performance evaluation method of the developed sensors has not been systematically established. In this study, the device, experimental process, and data calculation methods for the performance evaluation of the colorimetric sensors were proposed. An aluminum chamber (70W× 128 L × 40 mm H) was designed to expose the sensor to a constant concentration of VOCs. In addition, an experimental apparatus was devised to evaluate the effect of environmental factors (temperature and humidity) affecting the ability of the sensor to detect VOCs. To calculate the color change value of the sensor corresponding to the concentration of VOCs, the ‘peak wavelength method’ that analyzes the wavelength of the highest intensity for high-concentration VOCs and the ‘spectral centroid method’ using a weighted arithmetic average for low-concentration VOCs were used. As a result of evaluating the ability of the colorimetric sensor to detect VOCs, which was made of polydimethylsiloxane (PMDS) by the method proposed in this study, the wavelength change values (bandgap shift) of the sensor for 1,000 ppm of benzene, toluene, oxylene, and acetone were 0.898 nm, 2.304 nm, 5.775 nm, and 0.249 nm, respectively. The precision was calculated by repeatedly measuring the sensing ability of the sensor 5 times for each type of VOCs. The precision of the sensor responses to benzene, toluene, o-xylene, and acetone were 15.23%, 7.84%, 4.14%, and 30.00% RSD, respectively. The method proposed in this study can be used to evaluate the performance of various types of VOCs colorimetric sensors.

급격한 산업화와 인구수 증가로 인한 환경 수질 오염이 발생하고 있다. 더불어 날씨 패턴의 변화로 인해 빗물이 부족해지자, 폐수를 깨끗한 물로 재활용하기 위한 요구가 나날이 늘어나고 있다. 색변화를 이용한 수중 속 중금속 검출은 아주 간단하고 효과적인 기술이다. 본 논문에는 멤브레인을 이용한 수은 이온 색검출에 대해 자세하게 논의되어 있다. 셀룰로 스, 폴리카프로락톤, 키토산, 폴리설폰 등의 멤브레인이 금속 이온 검출을 지지체로서 사용되었다. 지지체로서 사용된 멤브레 인들은 나노 섬유를 기반으로 하며 표면적이 크며, 중금속 검출의 활성 부위로 사용하기에 탁월하다. 나노 섬유를 기반으로 한 재료는 에너지, 환경, 그리고 바이오메디컬 연구에서 다양하게 응용될 수 있다. 나노 섬유로 이루어진 멤브레인들은 폴리머에 있는 적용기를 많이 받아들일 수 있으며, 표면적이 넓고 다공성이라는 장점이 있다. 이로 인해 멤브레인의 표면 구조를 변화시키거나 리간드를 섬유 표면에 부착해 나노 입자 결합을 더 쉽게 해준다.

최근 오염물질 수위의 급격한 상승세와 더불어 가속화되는 자연환경 파괴로 인해 다양한 환경 속에 쌓이는 오염 물질의 검출 및 모니터링은 현대 사회의 중요한 미션 중 하나로 자리 잡았다. 본 논문에는 멤브레인 기반의 광학 센서를 활용한 미량 오염물질 검출에 대한 최근 연구 동향이 요약되어 있다. 본 논문에 포함된 연구들은 섬유소로 이루어진 멤브레인을 검출을 위한 플랫폼으로 사용하였으며, 금속 나노 입자나 형광단을 색 변화 검출을 위해 이용하였다. 제조된 광학 센서들은 모두 적절하거나 특출한 수준의 감도를 보였고, 대부분의 센서에서 타겟 물질이 아닌 이온이나 물질에는 반응하지 않는 정확성 또한 확인되었다. 검출 플랫폼으로 이용된 섬유소 멤브레인의 물리적, 화학적 특성들은 멤브레인 합성 방법이나 색 변화를 위한 광학 물질 등을 바꾸는 방법을 통해 각 연구의 목적에 맞추어 최적화될 수 있었다. 또한, 멤브레인을 기반으로 하여 제조 된 센서들은 운반이 편리하고 기계적 성질이 강해 현장에서 바로 오염물질을 검출할 수도 있다는 사실이 제시되었다. 이러한 장점 덕분에 멤브레인 기반 센서들은 식용수에서 검출된 중금속의 정량화와 자연 수질환경에서 발견되는 미량 중금속 및 유독성 항생제의 감지 등 다양한 목적을 위해 활용될 수 있었다. 몇몇의 연구에서 제조된 센서들은 항균성이나 재활용성 또한 나타내었다. 대부분의 센서들이 타겟 물질을 감지한 후 육안으로도 식별 가능한 색 변화를 보였으나, 본 논문에 포함된 많은 연구들은 형광 발산, UV-vis 분광학, RGB 색 강도 차이 등을 비교 분석한 더 상세한 검출 결과를 제시하였다.