KR102447224B1 - apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 시료관을 통해 유동하는 시료 유체에 광을 출사하는 광원과, 시료 유체에 포함된 미세 입자를 투과하거나 미세 입자에 반사된 광을 집속하는 제1 렌즈와, 제1 렌즈에 의해 집속된 광을 통과시키는 슬릿과, 슬릿을 통과한 광을 분산시키는 분산 소자와, 분산 소자에 의해 분산된 광을 결상하여 분광 스펙트럼을 생성하는 제1 카메라와, 미세 입자에 산란 또는 반사된 광을 집속하는 제2 렌즈와, 제2 렌즈에 의해 집속된 광을 결상하여 미세 입자의 유동 단면 영상을 생성하는 제2 카메라와, 분광 스펙트럼을 이용하여 미세 입자의 정성 분석을 수행하고, 유동 단면 영상을 이용하여 미세 입자의 정량 분석을 수행하는 분석부를 포함하는 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치를 제공한다.The present invention provides a light source for emitting light to a sample fluid flowing through a sample tube, a first lens for converging light transmitted through or reflected by fine particles included in the sample fluid, and focusing by the first lens A slit for passing the light that has passed through the slit, a dispersion element for dispersing the light that has passed through the slit, a first camera for generating a spectral spectrum by imaging the light dispersed by the dispersion element, and collecting the light scattered or reflected by the fine particles A second lens belonging to the second lens, a second camera for generating a flow cross-section image of the fine particles by imaging the light focused by the second lens, and performing qualitative analysis of the fine particles using the spectral spectrum, and using the flow cross-section image to provide an apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles including an analysis unit for performing quantitative analysis of fine particles.
Description
본 발명은 미세 입자의 분석 장치에 관한 것으로, 특히, 유동하는 유체에 포함된 미세 입자를 광학적 방법으로 정성 및 정량 분석하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for analyzing fine particles, and more particularly, to an apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles contained in a flowing fluid by an optical method.
미세 플라스틱은 5 mm 이하의 크기의 플라스틱 입자를 뜻하며, 조각, 파편, 알갱이, 섬유 등 다양한 형태를 가진다. 매년 수백만 톤의 플라스틱 쓰레기가 바다로 흘러 들어 해류에 의해 마모되고 물리적으로 분해되어 미세 플라스틱을 만들어내고 있다Microplastic refers to plastic particles with a size of 5 mm or less, and has various forms such as fragments, fragments, granules, and fibers. Millions of tons of plastic waste enter the ocean every year, worn out and physically broken down by ocean currents to create microplastics.
이러한 미세 플라스틱은 독성 물질들과 결합하여 바다에 축적되며, 최대 51조 개의 미세 플라스틱이 바다 속을 부유하고 있다고 보고되고 있다. 비교적 크기가 큰 플라스틱이 바닷새, 어류, 해양 포유류 등에 미치는 영향은 1960년대부터 연구가 활발하게 진행되었지만, 최근에는 이러한 큰 플라스틱과는 별개로 마이크로 혹은 나노 단위의 미세 플라스틱의 위험성이 새롭게 대두되고 있다. These microplastics combine with toxic substances and accumulate in the sea, and it is reported that up to 51 trillion microplastics are floating in the sea. Research on the effects of relatively large plastics on seabirds, fish, and marine mammals has been actively conducted since the 1960s, but recently, apart from such large plastics, the dangers of micro- or nano-scale microplastics are emerging.
미세 플라스틱은 작은 크기로 인해 플랑크톤 및 어패류가 쉽게 섭취할 수 있고 먹이 사슬을 따라 축적될 수 있어 인류에게는 플라스틱 독성이 증폭되어 적용될 가능성이 높다. 또한, 미세 플라스틱은, 독성 오염 물질을 흡착 및 탈착을 할 수 있어, 독성 물질을 전달하는 전달체로서 먹이 사슬을 따라 결국 인간의 건강에 치명적인 영향을 미치게 된다. Due to their small size, microplastics can be easily ingested by plankton and fish and shellfish and can be accumulated along the food chain, so there is a high possibility of amplifying plastic toxicity to humans. In addition, microplastics can adsorb and desorb toxic pollutants, and as a carrier for delivering toxic substances, they follow the food chain and ultimately have a fatal effect on human health.
최근 대두되고 있는 미세 플라스틱 등의 환경 오염 문제가 4차 산업 혁명에 쓰이는 각종 태그(Tag) 및 칩(Chip)의 사용과 폐기로 인하여 앞으로 크게 더욱 대두될 것으로 예상된다.Environmental pollution problems such as microplastics, which are emerging recently, are expected to become more prominent in the future due to the use and disposal of various tags and chips used in the 4th industrial revolution.
이와 같은 환경 오염 문제를 해결하기 위해, 흐르는 물에서 미세 플라스틱의 정성 및 정량 분석을 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.In order to solve the environmental pollution problem, there is a need for the development of a device capable of quickly and accurately performing qualitative and quantitative analysis of microplastics in flowing water.
한편, 미세 먼지는 10 ㎛ 이하의 입자 지름을 가진 먼지를 뜻하며, 대도시 지역의 체감 오염도와 밀접한 관련이 있다. 특히, 미세 먼지에 함유된 중금속 및 유해성 물질은 직접적인 인체 건강에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있어 대부분의 국가에서는 미세 먼지가 인체에 미치는 유해성을 고려하여 미세 먼지에 대한 대기 환경 기준을 설정하고 있다. On the other hand, fine dust refers to dust with a particle diameter of 10 μm or less, and is closely related to the perceived pollution level in metropolitan areas. In particular, heavy metals and harmful substances contained in fine dust are reported to directly affect human health, and most countries are setting air environment standards for fine dust in consideration of the harmful effects of fine dust on the human body.
최근 우리나라에서도 미세 먼지에 대한 관심이 증가함에 따라 대기 중 미세 먼지의 농도를 기상청에서 매일 발표하고 있다. 이와 같이 미세 먼지가 증가함에 따라 대기 중에 포함된 미세 먼지의 정성 및 정량 분석을 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.Recently, as interest in fine dust has increased in Korea, the concentration of fine dust in the atmosphere is announced daily by the Korea Meteorological Administration. As such, as the fine dust increases, there is a demand for the development of a device capable of quickly and accurately performing qualitative and quantitative analysis of fine dust contained in the atmosphere.
본 발명은, 유동하는 시료 유체에 포함된 미세 입자에 대한 정량 분석 및 정성 분석을 동시에 실시간으로 수행하는 분석 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an analysis apparatus that simultaneously performs quantitative analysis and qualitative analysis on fine particles included in a flowing sample fluid in real time.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 시료관을 통해 유동하는 시료 유체에 광을 출사하는 광원과, 시료 유체에 포함된 미세 입자를 투과하거나 미세 입자에 반사된 광을 집속하는 제1 렌즈와, 제1 렌즈에 의해 집속된 광을 통과시키는 슬릿과, 슬릿을 통과한 광을 분산시키는 분산 소자와, 분산 소자에 의해 분산된 광을 결상하여 분광 스펙트럼을 생성하는 제1 카메라와, 미세 입자에 산란 또는 반사된 광을 집속하는 제2 렌즈와, 제2 렌즈에 의해 집속된 광을 결상하여 미세 입자의 유동 단면 영상을 생성하는 제2 카메라와, 분광 스펙트럼을 이용하여 미세 입자의 정성 분석을 수행하고, 유동 단면 영상을 이용하여 미세 입자의 정량 분석을 수행하는 분석부를 포함하는 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치를 제공한다.In order to solve this problem, the present invention provides a light source for emitting light to a sample fluid flowing through a sample tube, and a first lens for converging light passing through or reflected by the fine particles included in the sample fluid and , a slit for passing the light focused by the first lens, a dispersing element for dispersing the light passing through the slit, a first camera for generating a spectral spectrum by imaging the light dispersed by the dispersing element; A second lens for focusing the scattered or reflected light, a second camera for generating a flow cross-sectional image of the fine particles by imaging the light focused by the second lens, and a spectral spectrum to perform qualitative analysis of the fine particles and an apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles including an analysis unit that performs quantitative analysis of fine particles using a flow cross-sectional image.
여기서, 정량 분석은 미세 입자의 개수 및 크기 분석을 포함하고, 정성 분석은 미세 입자의 성분 및 색상 분석을 포함할 수 있다.Here, quantitative analysis may include analysis of the number and size of fine particles, and qualitative analysis may include analysis of components and colors of fine particles.
또한, 시료 유체는 액체 또는 기체이고, 미세 입자는 미세 플라스틱 또는 미세 먼지일 수 있다.In addition, the sample fluid may be a liquid or gas, and the fine particles may be fine plastic or fine dust.
또한, 본 발명의 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치는, 복수의 미세 입자에 대한 성분 별 분광 스펙트럼을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.In addition, the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles of the present invention may further include a storage unit for storing spectral spectra for each component of a plurality of fine particles.
또한, 분석부는, 분광 스펙트럼을 저장부에 저장된 성분 별 분광 스펙트럼과 매칭하여 미세 입자의 성분을 결정할 수 있다.In addition, the analyzer may determine the component of the fine particle by matching the spectral spectrum with the spectral spectrum for each component stored in the storage unit.
또한, 시료관은, 미세 입자를 검출하기 위한 투명한 투과 튜브를 포함할 수 있다.In addition, the sample tube may include a transparent transparent tube for detecting fine particles.
또한, 시료관은, 희박한 농도의 미세입자를 농축시키기 위하여 전처리 시설로 다단 오리피스와, 다단 오리피스를 통과한 시료 유체 중에서 미세입자만을 통과시키는 수직 트랩(virtual trap) 구조를 포함할 수 있다.In addition, the sample tube may include a multi-stage orifice to the pretreatment facility to concentrate the fine particles with a dilute concentration, and a vertical trap structure for passing only the fine particles from the sample fluid that has passed through the multi-stage orifice.
또한, 시료관은 유동 속에 포함된 미세입자의 관찰을 용이하게 하기 위하여 유동제어를 통한 미세입자의 횡방향 집중(lateral focusing) 또는 축방향의 집중(axial focusing) 현상을 유도하는 유동 제어부를 구비할 수 있다. In addition, the sample tube may be provided with a flow control unit for inducing lateral focusing or axial focusing of the fine particles through flow control in order to facilitate observation of the fine particles included in the flow. can
여기서, 분석부는 수직 트랩을 통과한 시료 유체를 분석할 수 있다.Here, the analysis unit may analyze the sample fluid passing through the vertical trap.
또한, 분산 소자는 회절 격자 또는 프리즘일 수 있다.Further, the dispersing element may be a diffraction grating or a prism.
또한, 제1 카메라는, 미세 입자가 유동함에 따라 미세 입자의 면적 스캔 기능을 수행할 수 있다.Also, the first camera may perform an area scan function of the fine particles as they flow.
또한, 시료관은 사각관 형태로 이루어질 수 있다.In addition, the sample tube may be formed in the form of a square tube.
본 발명에 따르면, 유동하는 물에 포함되는 미세 플라스틱의 함유량 및 성분을 동시에 실시간으로 분석하여 수질을 관리할 수 있다.According to the present invention, it is possible to manage water quality by simultaneously analyzing the content and components of microplastics contained in flowing water in real time.
또한, 본 발명에 따르면, 유동하는 공기에 포함되는 미세 먼지의 함유량 및 성분을 동시에 실시간으로 분석하여 공기 질을 관리하는데 이용될 수 있다.In addition, according to the present invention, it can be used to manage air quality by simultaneously analyzing the content and components of fine dust included in the flowing air in real time.
또한, 본 발명에 따르면, 미세 플라스틱 또는 미세 입자를 유동방향에 대하여 횡방향 또는 축방향으로 집중(lateral focusing or axial focusing)시켜 정성 및 정량 분석을 수행함으로써, 분석 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, qualitative and quantitative analysis can be performed by focusing microplastics or microparticles in a lateral or axial direction with respect to the flow direction, thereby improving analysis accuracy.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. will be.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치를 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치에 있어서 미세 입자를 시료관 내에서 수평 방향으로 집중시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic block diagram of an apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram specifically illustrating an apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the operation of the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a method of concentrating fine particles in a horizontal direction in a sample tube in the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that there is, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and examples.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement them.
본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치는, 유동하는 유체에 포함되는 미세 입자를 광학적 방법으로 분석하는 장치이다.An apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention is an apparatus for optically analyzing fine particles included in a flowing fluid.
여기서, 유체는 액체 또는 기체일 수 있으며, 미세 입자는 미세 플라스틱 또는 미세 먼지일 수 있다.Here, the fluid may be a liquid or gas, and the fine particles may be fine plastic or fine dust.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치는, 하수 처리 시설 및 정수 처리 시설 등에 구비되어 유동하는 물에 포함되는 미세 플라스틱의 함유량 및 성분을 분석하여 수질을 관리하는데 이용될 수 있다.For example, the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention is provided in sewage treatment facilities and water purification facilities to analyze the content and components of microplastics contained in flowing water to manage water quality. can be used
또한, 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치는, 연소 장치의 배기 시설 또는 공기 정화 시설 등에 구비되어 공기에 포함되는 미세 먼지의 함유량 및 성분을 분석하여 공기 질을 관리하는데 이용될 수 있다.In addition, the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention is provided in an exhaust facility or an air purification facility of a combustion device and is used to manage air quality by analyzing the content and components of fine dust contained in air can be
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치의 개략적인 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치를 구체적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic block diagram of an apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram specifically illustrating an apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention. , FIG. 3 is a view for explaining the operation of the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치는, 광원(100), 제1 검출부(200), 제2 검출부(300) 및 분석부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1 , the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention includes a
제1 검출부(200)는, 광원(100)이 미세 입자(1)로 광을 출사하면, 미세 입자(1)를 투과하거나 미세 입자(1)에 반사된 광을 입력 받아 미세 입자(1)의 분광 스펙트럼을 생성한다. 여기서, 제1 검출부(200)는 영상 분광기와 카메라가 결합된 초분광 카메라일 수 있다.The
제2 검출부(300)는, 광원(100)이 미세 입자(1)로 광을 출사하면, 미세 입자(1)에 의하여 산란 또는 반사된 광을 입력 받아 미세 입자(1)의 유동 단면 영상을 생성한다. 여기서, 제2 검출부(300)는 현미경 카메라일 수 있다.When the
분석부(400)는 제1 검출부(200)가 생성한 분광 스펙트럼을 이용하여 시료 유체에 포함된 미세 입자(1)의 정성 분석을 수행하고, 제2 검출부(300)가 생성한 유동 단면 영상을 이용하여 시료 유체에 포함된 미세 입자(1)의 정량 분석을 수행한다. The
여기서, 정량 분석은 미세 입자(1)의 개수 및 크기 분석을 포함하고, 정성 분석은 미세 입자(1)의 성분 및 색상 분석을 포함한다.Here, quantitative analysis includes analysis of the number and size of the fine particles (1), and qualitative analysis includes analysis of components and colors of the fine particles (1).
이와 같은 본 발명에 따르면, 유동하는 시료 유체에 포함된 미세 입자에 대한 정량 분석 및 정성 분석을 동시에 실시간으로 수행할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention as described above, there is an advantage that quantitative analysis and qualitative analysis of fine particles included in a flowing sample fluid can be simultaneously performed in real time.
도 2를 참조하면, 본 발명의 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치는, 시료관(20)을 통해 유동하는 시료 유체(10)에 포함된 미세 입자(1)를 광학적 방법으로 검출한다. Referring to FIG. 2 , the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to the present invention detects the
이를 위해, 시료관(20)은 얇은 사각관의 형태를 취하거나 원형관의 형태를 취할 수 있으며, 두께 또는 직경 방향으로 광이 투과될 수 있는 투명한 재질의 투과 튜브(21)를 포함한다. 여기서, 시료관(20)이 얇은 사각관 형태인 경우 미세 입자(1)의 횡방향 집중(lateral focusing)이 가능하여 미세 입자(1) 관찰 시 최적의 조건이 형성될 수 있다.To this end, the
광원(100)은 시료관(20)의 투과 튜브(21)에 대응하는 위치에 배치되어 투과 튜브(21)를 통과하는 시료 유체(10)에 광을 출사한다.The
여기서, 투과 튜브(21)의 직경 및 길이는 각각 10㎜로 이루어질 수 있으며, 이 경우 미세 입자(1)의 측정 면적은 10㎟일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.Here, the diameter and length of the
제1 검출부(200)는 제1 렌즈(210), 슬릿(220), 분산 소자(230) 및 제1 카메라(240)를 포함하여 구성될 수 있다. The
이와 같은 제1 검출부(200)는, 도 2에 도시한 바와 같이 미세 입자(1)를 투과한 광을 검출하거나(투과형), 도 2와 달리 미세 입자(1)에 반사된 광을 검출할 수 있다(반사형).As shown in FIG. 2 , the
구체적으로, 제1 렌즈(210)는, 시료 유체(10)에 포함된 미세 입자(1)를 투과하거나 미세 입자(1)에 반사된 광을 집속한다.Specifically, the
여기서, 제1 렌즈(210)는 복수의 오목 렌즈와 복수의 볼록 렌즈로 이루어질 수 있으며, 등배율을 가질 수 있다. 그리고, 이들 렌즈들은 대칭 구조로 설계될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Here, the
슬릿(220)은, 라인 형상의 투과 영역을 구비하며, 제1 렌즈(210)에 의해 집속된 광을 투과 영역을 통해 통과시킨다.The
분산 소자(230)는, 슬릿(220)을 통과한 광을 분산시키는 소자로서, 회절 격자 또는 프리즘일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.The dispersing
분산 소자(230)가 프리즘인 경우 프리즘은 하부로 갈수록 그 폭이 좁아지는 쐐기 형태로 형성될 수 있다.When the
그리고, 분산 소자(230)가 회절 격자인 경우, 회절 격자는, 반사형 회절 격자로서, 정밀도 높은 유리 평면에 알루미늄 등의 금속을 증착하고 동일한 간격으로 홈을 파서 형성될 수 있다.In addition, when the
제1 카메라(240)는 분산 소자(230)에 의해 분산된 광을 결상하여 분광 스펙트럼을 생성한다. 여기서, 분광 스펙트럼의 X축은 미세 입자(1)의 공간 좌표(spatial axis)에 해당하고, Y축은 파장 좌표(spectral axis)에 해당한다.The
제1 카메라(240)는 CCD 카메라(Charge Coupled Device Camera) 또는 CMOS 카메라가 적용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 또한, 제1 카메라(240)는, 0.2 내지 0.3nm의 파장 분해능을 가지며, 1분에 6회 이상 측정 가능할 수 있다.The
제1 카메라(240)는, 광축 결상을 수행할 수 있으며, 미세 입자(1)가 유동함에 따라 라인 별로 미세 입자(1)의 분광 스펙트럼을 검출하기 때문에 미세 입자(1)의 면적 스캔 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제1 검출부(200)는 미세 입자(1)를 구성하는 한 라인(line)에서 발산되는 빛의 파장에 따른 밝기 정보를 분석하지만, 미세 입자(1)가 투과 튜브(21)의 내부에서 유동을 따라 이동하기 때문에 미세 입자(1)의 전체 면적에 대한 분광 스펙트럼 정보를 얻을 수 있다.The
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치는, 복수의 미세 입자(1)에 대한 성분 별 분광 스펙트럼을 저장하는 저장부(500)를 더 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention may further include a
여기서, 도 3을 참조하면, 분석부(400)는 제1 카메라(240)가 생성한 분광 스펙트럼을 저장부(500)에 저장된 성분 별 분광 스펙트럼과 매칭하여 미세 입자(1)의 성분을 결정할 수 있다.Here, referring to FIG. 3 , the
또한, 분석부(400)는 측정된 분광 스펙트럼으로부터 미세 입자(1)의 색상 즉, 색좌표를 계산할 수 있다.In addition, the
도 2를 참조하면, 제2 검출부(300)는 제2 렌즈(310) 및 제2 카메라(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같은 제2 검출부(300)는 미세 입자(1)에서 산란되거나 반사된 광을 검출할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
구체적으로, 제2 렌즈(310)는, 시료 유체(10)에 포함된 미세 입자(1)에서 산란되거나 반사된 광을 집속한다.Specifically, the
여기서, 제2 렌즈(310)는 복수의 오목 렌즈와 복수의 볼록 렌즈로 이루어질 수 있다.Here, the
제2 카메라(320)는 제2 렌즈(310)에 의해 집속된 광을 결상하여 미세 입자(1)의 유동 단면 영상을 생성한다.The
제2 카메라(320)는 CCD 카메라(Charge Coupled Device Camera) 또는 CMOS 카메라가 적용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.The
특별히 산란광을 결상하는 경우에는 제2 카메라(320)로 광민감도가 매우 높은 고감도 카메라가 적용될 수 있으며, 이에 따라 어두운 배경 속에서 미세 입자의 작은 변화도 관측할 수 있는 이점이 있다.In particular, in the case of imaging scattered light, a high-sensitivity camera with very high light sensitivity may be applied as the
도 3을 참조하면, 분석부(400)는 제2 카메라(320)가 생성한 미세 입자(1)의 유동 단면 영상을 이용하여 미세 입자(1)의 개수 및 크기를 결정할 수 있다. 즉, 영상 분석 알고리즘을 이용해 유동 단면 영상을 이미징 처리하여 미세 입자(1)의 개수 및 크기를 결정할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치는, 하수 처리 시설 및 정수 처리 시설 등에 구비되어 유동하는 물에 포함되는 미세 플라스틱의 함유량 및 성분을 동시에 실시간으로 분석하여 수질을 관리하는데 이용될 수 있다.Accordingly, the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention is provided in sewage treatment facilities and water purification facilities, etc., and simultaneously analyzes the content and components of microplastics contained in flowing water in real time to improve water quality can be used to manage.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치는, 공기에 포함되는 미세 먼지의 함유량 및 성분을 동시에 실시간으로 분석하여 공기 질을 관리하는데 이용될 수 있다.In addition, the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention may be used to manage air quality by simultaneously analyzing content and components of fine dust included in air in real time.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치에 있어서 미세 입자를 시료관 내에서 수평 방향으로 집중시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a method of concentrating fine particles in a horizontal direction in a sample tube in the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention.
일반적으로 미세 입자(1)는 시료 유체(10) 내에 불균일하게 분포되어 시료관(20) 내부를 유동하며, 미세 입자(1)의 개수는 시료 유체(10) 대비 상당히 적다. 즉, 미세 입자(1)의 농도는 매우 희박하기 때문에, 이와 같은 상태에서는 미세 입자(1)의 정성 및 정량 분석을 정확히 수행할 수 없다.In general, the
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치는, 미세 입자(1)를 시료관(20) 내에서 유동방향에 수직한 횡방향(길이 방향)으로 집중(lateral focusing)시켜 미세 입자(1)의 정성 및 정량 분석을 수행함으로써, 분석 정확도를 향상시킬 수 있다.Accordingly, the apparatus for qualitative and quantitative analysis of fine particles according to an embodiment of the present invention concentrates the
이를 위해, 도 4를 참조하면, 시료관(20)은, 그 내부에 형성되는 다단 오리피스(multi-step orifices)(23)와, 다단 오리피스(23)를 통과한 시료 유체(10) 중 일부를 수직 방향으로 배출하는 수직 트랩(virtual trap)(25)을 포함하여 구성될 수 있다.To this end, referring to FIG. 4 , the
다단 오프리스(23)가 구비된 시료관(20) 내부의 면적은 그 이외의 면적 보다 좁다. 따라서, 시료 유체(10)가 시료관(20) 내부에서 고속으로 유동되면, 오프리스(23)를 통과할 때 마다 시료 유체(10) 내부에 포함된 미세 입자(1)는 압력차와 관성에 의해 시료관(20) 중앙으로 점차 이동하여 수평 방향으로 집중된다.The inner area of the
그리고, 수직 트랩(25)은 다단 오리피스(23)를 통과한 시료 유체(10) 중 일부(예컨대. 90% 이상)를 수직 방향(직경 방향)으로 배출한다. 이에 따라, 미세 입자(1)는 수평 방향으로 관성 이동하여 투과 튜브(21)에 도달하게 된다.In addition, the
이와 같이, 시료관(20)에 다단 오리피스(23) 및 수직 트랩(25)이 구비됨에 따라, 미세 입자(1)는 유동의 중심부에 농축(concentration)됨으로써, 제1 검출부(200) 및 제2 검출부(300)가 투과 튜브(21)를 통과하는 미세 입자(1)를 정확히 검출할 수 있게 된다.As described above, as the
또한, 수직 트랩(25)을 통과하여 농축된 미세입자 유동은 유속과 시료관(20)의 단면형상을 조절하여 횡방향 집중(lateral focusing) 또는 축방향(axial focusing) 집중 현상을 유도할 수 있다.In addition, the flow of fine particles concentrated through the
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the foregoing is merely illustrative of preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications are possible within the scope of the concept of the invention disclosed herein, the scope equivalent to the written disclosure, and/or within the scope of skill or knowledge in the art. The above-described embodiments are intended to illustrate the best state for carrying out the present invention, and to use other inventions such as the present invention, implementations in other states known in the art, and specific applications and uses of the present invention. Various changes are also possible. Accordingly, the detailed description of the present invention is not intended to limit the present invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other embodiments as well.
1: 미세 입자
100: 광원
200: 제1 검출부
300: 제2 검출부
400: 분석부
500: 저장부1: fine particles
100: light source
200: first detection unit
300: second detection unit
400: analysis unit
500: storage
Claims (11)
상기 시료 유체에 포함된 미세 입자를 투과하거나 상기 미세 입자에 반사된 광을 집속하는 제1 렌즈;
상기 제1 렌즈에 의해 집속된 광을 통과시키는 슬릿;
상기 슬릿을 통과한 광을 분산시키는 분산 소자;
상기 분산 소자에 의해 분산된 광을 결상하여 분광 스펙트럼을 생성하는 제1 카메라;
상기 미세 입자에 의하여 산란 또는 반사된 광을 집속하는 제2 렌즈;
상기 제2 렌즈에 의해 집속된 광을 결상하여 상기 미세 입자의 유동 단면 영상을 생성하는 제2 카메라; 및
상기 분광 스펙트럼을 이용하여 상기 미세 입자의 정성 분석을 수행하고, 상기 유동 단면 영상을 이용하여 상기 미세 입자의 정량 분석을 수행하는 분석부를 포함하고,
상기 시료관은
희박한 농도의 미세 입자를 농축시키는 다단 오리피스; 및
상기 다단 오리피스를 통과한 상기 시료 유체 중에서 상기 미세 입자만 통과시키는 수직 트랩을 포함하는
미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치.
a light source emitting light to the sample fluid flowing through the sample tube;
a first lens that transmits the fine particles included in the sample fluid or focuses the light reflected by the fine particles;
a slit for passing the light focused by the first lens;
a dispersing element for dispersing the light passing through the slit;
a first camera for generating a spectral spectrum by imaging the light dispersed by the dispersing element;
a second lens for focusing the light scattered or reflected by the fine particles;
a second camera for generating a flow cross-sectional image of the fine particles by imaging the light focused by the second lens; and
and an analysis unit that performs qualitative analysis of the fine particles using the spectral spectrum and performs quantitative analysis of the fine particles using the flow cross-section image,
The sample tube is
a multi-stage orifice for concentrating a sparse concentration of fine particles; and
and a vertical trap for passing only the fine particles from the sample fluid that has passed through the multi-stage orifice.
A device for qualitative and quantitative analysis of fine particles.
상기 정량 분석은 상기 미세 입자의 개수 및 크기 분석을 포함하고, 상기 정성 분석은 상기 미세 입자의 성분 및 색상 분석을 포함하는
미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치.
The method of claim 1,
The quantitative analysis includes analysis of the number and size of the fine particles, and the qualitative analysis includes analysis of components and colors of the fine particles.
A device for qualitative and quantitative analysis of fine particles.
상기 시료 유체는 액체 또는 기체이고, 상기 미세 입자는 미세 플라스틱 또는 미세 먼지인
미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치.
The method of claim 1,
The sample fluid is a liquid or gas, and the fine particles are fine plastic or fine dust.
A device for qualitative and quantitative analysis of fine particles.
복수의 미세 입자에 대한 성분 별 분광 스펙트럼을 저장하는 저장부
를 더 포함하는 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치.
The method of claim 1,
A storage unit that stores spectral spectra for each component for a plurality of fine particles
A device for qualitative and quantitative analysis of fine particles further comprising a.
상기 분석부는
상기 분광 스펙트럼을 상기 저장부에 저장된 상기 성분 별 분광 스펙트럼과 매칭하여 상기 미세 입자의 성분을 결정하는
미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치.
5. The method of claim 4,
The analysis unit
determining the component of the fine particle by matching the spectral spectrum with the spectral spectrum for each component stored in the storage unit
A device for qualitative and quantitative analysis of fine particles.
상기 시료관은
상기 미세 입자를 검출하기 위한 투명한 투과 튜브를 포함하는
미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치.
The method of claim 1,
The sample tube is
comprising a transparent permeable tube for detecting the fine particles
A device for qualitative and quantitative analysis of fine particles.
상기 분석부는
상기 수직 트랩을 통과한 상기 시료 유체를 분석하는
미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치.
The method of claim 1,
The analysis unit
Analyzing the sample fluid passing through the vertical trap
A device for qualitative and quantitative analysis of fine particles.
상기 분산 소자는
회절 격자 또는 프리즘인
미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치.
The method of claim 1,
The dispersion element is
diffraction grating or prism
A device for qualitative and quantitative analysis of fine particles.
상기 제1 카메라는
상기 미세 입자가 유동함에 따라 상기 미세 입자의 면적 스캔 기능을 수행하는
미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치.
The method of claim 1,
the first camera
As the fine particles flow, performing an area scan function of the fine particles
A device for qualitative and quantitative analysis of fine particles.
상기 시료관은
사각관 형태로 이루어지는
미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치.
The method of claim 1,
The sample tube is
made in the form of a square tube
A device for qualitative and quantitative analysis of fine particles.
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