인천대학교 과학영재교육원

Incheon Science Elite Program

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화학교실

인천과학영재교육센터

중등 사사과정 지도 개요
제 목	스마트폰을 이용하여 화학물질을 검출하고 분석할 수 있을까?
지도교수	성 명	정병서	직 위	교수
	소 속	인천대학교 화학과	전 공	화학
탐구분야	물리화학		학년도	2020학년도
탐구 개요
1. 탐구 필요성 스마트폰은 매우 빠른 CPU와 카메라, LED 광원, GPS 등의 첨단 기술의 집약체이며, 이들을 활용하기 위한 다양한 앱들이 개발되어 있다. 스마트폰의 이러한 구성 요소들은 화학 분석 기기에 사용되는 요소들과 상당한 공통점이 있으므로, 스마트폰을 화학물질의 분석에 응용해 볼 수 있지 않을까?하는 아이디어가 떠오른다. 스마트폰을 이용하여 물질의 화학 분석을 구현할 수 있다면 장소에 구애받지 않고 현장에서, 예를 들어 하천이나 대기 등의 환경 오염 물질을 검출하고 분석할 수 있게 되어 그 유용성이 매우 클 것으로 기대된다.
2. 탐구 목적 본 탐구의 목적은 스마트폰을 활용하여 장소에 상관없이, 현장에서 시료 물질을 검출하고, 분석할 수 있는 방법을 구현하는 것이다. 좀 더 구체적으로는 스마트폰의 카메라를 이용하여 시료 물질에 적절한 시약을 가하였을 때 나타나는 색의 변화를 촬영하고, 이때 얻은 시료의 컬러 사진 이미지를 분석하여 해당 물질의 존재 여부나 농도를 알아내는 방법에 대한 탐구가 이루어질 것이다. 우리가 일상적으로 사용하고 있는 스마트폰을 물질의 화학적 분석을 위하여 활용해 보는 것은 매우 특이하며 흥미로운 탐구가 될 것이다.
3. 탐구 내용 탐구 내용은 크게 두 가지를 생각할 수 있다. 먼저 분석하려는 물질과 반응하여 색의 변화를 나타낼 수 있는 시약들을 탐색하고, 선별된 반응을 스마트폰 카메라를 이용한 사진 촬영에 최적화하기 위한 탐구가 이루어질 것이다. 둘째로는 스마트폰의 컬러 사진 이미지에 나타난 시료 물질의 색의 농도나 색조에 이미지 분석 테크닉을 적용하여 물질의 존재 여부를 판단하거나 농도를 결정하기 위한 탐구가 이루어질 것이다.
4. 탐구 방법 스마트폰을 이용한 물질의 분석 방법의 정확도는 기존의 UV/Vis 흡수 분광법이나 다른 화학 분석 방법과 비교하여 판단할 수 있을 것이다. 스마트폰을 이용한 물질의 분석 방법이 효과적으로 응용될 수 있는 분야로 수질이나 대기 등에서 중금속 이온을 비롯한 여러 오염 물질의 검출과 같은 환경 모니터링을 생각할 수 있다. 본 탐구에서는 이를 염두에 두고 현장에서 활용이 가능한 환경 분석법으로의 가능성을 타진한다.
5. 기대 효과 본 탐구를 통하여 여러 화학 분석법들의 원리와 실제에 대하여 좀 더 깊이 이해할 수 있을 것이며, 물질의 화학 분석에 대한 실질적인 경험을 쌓을 수 있을 것이다. 또한 이미지 파일에 저장된 색 정보를 처리, 분석해 보며, 최근 병원이나 여러 과학 분야에서 응용 범위가 날로 증가하고 있는 디지털 이미지 분석을 실제로 경험해 보는 기회를 가질 것이다.