KR100270060B1 - 수용성 유체의 분석방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수용성 유체혼합물(예를들어 수용성 기계가공 유체혼합물)의 성분의 농도를 측정하는 간편한 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은: a)불활성지지대 위에 개별적으로 공간을 두고 떨어져 있는 다수개의 분석영역을 포함하고, 상기 각 분석영역은 상기 성분과 선택적으로 상호작용하는 시약 및 상기 성분과 시약사이에 상호작용으로 생기는 분석영역안의 변화에 대응하여 색으로 변화하는 색지시약이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 그리고, 상기 각각의 분석영역안에 시약의 양은 근접하는 분석영역들안에 시양의 양으로 부터 소정의 방식으로 달라지는 고형물분석기구를 수용성 유체 혼합물에 접촉하는 단계; 및
b) 상기와 같이 수용성 유체를 접촉한 다음 상기 고형물분석기구를 상기 동일한 시약, 색지시약과 성분에 대한 성분농도 색 검량척도에 비교하는 단계를 포함한다.

Description

수용성 유체의 분석방법
함유된 오염물질 뿐만 아니라, 다양한 성분들의 농도를 알고 있는 수용성 유체혼합물들이 다양한 환경과 일에 사용되고 있으며, 이러한 유체는 적당하고 효과적인 작용과 유체의 이용이 보장되는 것이 중요하다. 이러한 수용성 유체혼합물은 예를들면 냉각수 탑시스템, 세척공정, 기계가공공정, 수영장, 유압유체와 도금공정에서 사용되고 있다. 따라서, 오염물질들을 포함하고 있는, 성분농도를 간단하게 직접결정하는 방법과 기구는, 산업기술에서 중요하다. 직접적이고 간단한 수단에 의해 수용성에 기초하는 신체의 유체에 함유된 특별한 재료들의 농도결정과 검출은 의학기술에 있어 중요하며 그 예로는 소변검사가 있다.
산업기술에서 사용되는 수용성에 기초하는 기계가공유체(aqueous based maching fluids)는 물건을 생산하기 위해 기계가공에 사용되는 공구의 수명을 연장할 뿐만 아니라, 기계가공의 전공정(processes) 또는 각 공정(operations)의 생산성과 기계가공한 물건의 질에 중요하게 기여하고 있다. 수용성 기계가공유체의 이용과 효과를 극대화하기 위해서는 유체의 다양한 성분의 농도를 모니터링하고 결정하는 것이 중요하다.
여기에서 사용되는, "수용성 기계가공유체 " 라는 용어는 물리적인 수단에 의해 가공재(workpiece)를 성형하는 공정중 가공재와 공구사이의 접촉면에 적용되는 복잡한 수용성 유체를 의미한다. 상기 물리적수단은 주로 기계적인 수단으로 연삭, 기계가공, 선삭(turning), 압연, 펀칭, 압출가공, 스피닝가공, 인발가공, 아이어닝가공, 프레스가공과 드릴공정이 좋은 예가 된다.
수용성에 기초하는 기계가공유체는 저장고에서 나온 유체가 공구와 가공재사이의 접촉하는 부근에 적용되도록 공급된 다음, 다시 저장고로 돌아가는 전형적인 재순환 시스템으로 사용된다. 상기와 같이 금속가공 액체를 사용하고 재사용하면, 화학적 및/또는 물리적인 분해 및/또는 액체 성분의 하나 또는 그 이상의 물리적손실이 일어난다. 수용성 기계가공유체를 사용하고 저장하는 과정에서의 변화는 유체의 유용한 효과에 불리하게 일어날 수 있다. 예를들면, 열에 의해 야기되는 성분의 분해; 공기와 접촉하여 초래되는 산화; 유체를 오염시키는 금속칩과의 반응; 미생물 또는 균류에 의해 야기되는 변화; 물의 증발; 및 개별적이고 총체적으로 성분들이 없어지는 도금(plating out of constituents);들이 있다. 수용성에 기초하는 기계가공유체(즉, 액체)의 기능적인 성분들의 손실은, 하나 또는 그 이상의 특별한 기능 예를들어 윤활, 유화(emulsification), 부식억제와 미생물의 성장제어를 행하는 유체의 유용한 효과를 약화시킨다. 그래서 수용성 기계가공유체의 유용한 효과를 유지하고 제어하기 위해서는 성분의 농도를 모니터하는 것이 요구된다.
수용성에 기초하는 금속가공액체 혼합물의 사용과 저장중에 일어나는 변화의 부정적인 영향를 막기 위해서는, 유체의 물리적 및/또는 화학적인 상태를 계속적으로 모니터하는 것이 요구된다. 이와 같은 모니터링은 변화의 징후를 제공하는 것 뿐만 아니라, 유체의 유용한 효과를 회복함은 물론 그 사용수명을 확대하기 위한 정확한 측정치들을 알려주는 것이다. 상기와 같이 액체를 모니터링하는 과정중에 전형적으로 측정되는 화학적이고 물리적인 특성들로는 pH, 용존산소, 온도, 전도성, 미생물의 활동도, 계면활성제 또는 유화제의 활동도, 오일 오염물질, 금속칩 오염물질 및 총 알칼리성이 있다. 기기 및 젖음분석기술들은 수용성 기계가공유체의 다양한 특성들(예를들어 농도변화)의 측정기술에 적용된다. 이러한 기술들은 기계가공공정에서 사용되는 유체의 저장고 특히, 가공재(예를들어 금속)의 성형을 위한 다양한 기계공구들에 유체를 공급하는 저장고로 보통 "중앙시스템(central system)"으로 언급되는 저장고로 부터 취해진 샘플들에 사용될 수 있다. 상기 샘플들은 대개 실험실 또는 다른 손쉬운 장소 즉, 분석과 측정이 행해지는 장소에서 채취된다. 대개 측정은 금속가공 유체의 저장고에 가까운 또는 근접한 장소 특히, 기계공구에 유체를 공급하는 중앙시스템 저장고의 출구측에서 행해진다. 꽤 많은 측정들(예를들어 온도, 전도도, pH와 용존산소)이 금속가공 공구로 공급되는 수용성 금속가공유체의 흐름경로에 위치한 센서에 의해 행해진다. 이러한 경우에 상기 측정은 연속적으로 또는 간헐적으로 행해진다.
수용성 기계가공유체의 성분의 농도를 결정하기 위한 선행기술의 수동 또는 자동화시스템은 많은 기계가공공정들에는 적합하지 않다. 이는 개개의 기계공구에 수용성 기계가공유체 저장고를 사용하는 기계가공 공정과 적은 분량의 수용성 기계가공 유체 계통(formulation)을 하나 이상 사용하는 곳(예를들어, 여러개의 기계가공 공정으로 수용성 기계가공유체 계통들의 분리)에 특히 틀림없는 사실이다. 또한, 유체를 이용하는 장소에서 수용성 기계가공유체의 성분의 농도를 신속하고 적은 비용으로서 보다 편리한 방법으로 쉽고 간단하게 이용하는 것이 유리하므로 그러한 방법이 요구되고 있다.
특히, 분석적인 화학적원리들에 기초하여 간단히 사용할 수 있는 고형물분석기구들은 유체를 분석하는 기술에서 사용되고 있으며, 최근에는 수용성 유체의 성분(즉, 분석물(analyte))의 함유와 그 농도를 둘다 전부 알려주는 것 이상의 것을 제공할 정도로 중요한 발전이 이루어지고 있다. 상기 기구들에서는 분석물의 농도를 측정하여 제공하기 위해 색변화의 정도에 의존하고 있다. 이러한 고형물분석기구는 여러 가지 형태들을 취하는데 이중 하나가 분석스트립(test strip)으로 알려져 있다. 이러한 분석스트립은 전형적으로 반응시약이 주입된 종이매트리스(paper matrix)를 갖는 패드(pad)가 그 위 어디가에 위치한 기질(substrate)로 구성되어 있다. 선행기술방법들에서, 상기 패드는 분석물이 포함되어 있는 수용성 유체내로 침전되고 접촉하여 분석물의 존재 및 농도를 결정한다. 이와 같이 하면 패드내에서 색이 변화하고, 이러한 패드내의 색변화의 정도는 보통 색비교차트(color comparison chart)에 비교되거나 또는, 일종의 기기(instrument)에서 판별되는데, 이러한 기기로는 분석물의 농도를 결정하기 위한 반사율 광도계(reflectance photometer)가 있다. 유체가 있는 그 위치에서 사용하기에 가장 적합한 것이 상기한 분석스트립으로 이는 기기를 사용하기 않고 색변화의 정도를 판별할 수 있기 때문이다.
다양한 시약들이 수용성에 기초하는 유체들의 여러 가지 성분들의 존재와 농도를 결정할 수 있는 방법에 사용되는 고형물분석기구들(예를들어 분석스트립들)이 적용되는 기술에 사용되고 있다. 일반적으로, 특별한 시약들이 수용성에 기초하는 유체의 개개의 성분들의 존재와 농도를 결정하기 위하여 사용되고 있다.
이러한 시약들과 분석들의 예들로는, 염화물의 측정에 적용되는 2크롬산 나트륨(sodiun dichromate), 시아누르산(cyanuric acid)의 측정에 적용되는 멜라민(melamine), 소변에 함유된 케톤들(ketones)의 측정에 적용되는 니트로프루사이드(nitroprusside), 항체분석에 적용되는 면역글로블린, 신체의 유체에 함유된 포도당의 결정에 적용되는 포도당 산화산소(oxidase)/과산화수소(peroxidase)/산화할 수 있는 지시약 혼합물, 소변에 함유된 빌리루빈(bilirubin)에 적용되는 2-메틸-5-아질산염-아닐린, 아질산나트륨, 2,4-디클로르아브니린(dichloroabniline)과 2,6-디클로르벤젠(dichlorobezene)등이 있다. 이와 같이, 단일화합물들, 화합물들의 혼합물들, 무기화합물들, 유기화합물들과 생물학적 약품들은 분석스트립과 같은 고형물분석기구에서 시약들로 사용된다.
고형물분석기구들의 기술에서는, pH를 교정하기 위하여 교정패드들(correction pads)을 구비하여 사용하는 경우 분석유체내에 있는 약품들이 윤색되고, 분석유체내에 함유된 성분들 또는 오염물질들이 손상되고, 패드내로 시약을 유지하기 위하여 사용되는 종이매트리스의 특성이 손상되는 것으로 알려져 있다. 동일한 수용성 유체에 함유된 서로 다른 성분들을 동시에 분석하기 위하여 다양한 패드들을 갖는 분석스트립 고형물기구와 상기 분석스트립을 사용하는 분석방법들이 당해 기술분야에 알려져 있다. 이러한 특징들에 동반하여, 패드를 갖는 비-기기(non-instrumental) 분석스트립 고형물분석기구는 일반적인 것으로 분석할 유체에 접촉할 때 생기는 색의 변화정도가 그 변화를 나타내는 유체에 함유된 성분의 농도를 결정하는 기반이 된다. 이와 같이, 선행기술에서 분석스트립들을 사용하는 비-기기 분석방법들은, 분석할 수용성 유체에 상기한 분석스트립을 접촉하는 단계, 분석하는 유체에 함유되어 색변화를 나타내는 성분의 농도에 비례하여 분석패드에 색변화가 나타내는 단계, 상기 패드위에 색변화를 성분의 농도들의 색변화가 표시된 색 검량척도(color calibration scale)와 비교하는 단계들이 사용되어 진다. 색변화의 평가는, 전형적으로 색차트 또는 척도와의 비교에 의해 이루어지므로, 색의 정도, 색조(shade), 또는 강도(intensity)를 식별하는 것이 요구된다. 이러한 방법은 보다 작게 변화하는 색의 정도, 색조 또는 강도를 육안으로 식별하는 것과 관련하여 본질적인 불이익이 있으며, 이에 따라 매우 주관적으로 상기 방법을 수행하게 된다.
수용성 분석유체의 성분의 농도를 결정하는데 적용되는 비-계기 방법은 알려진 바대로 사용하기가 편리하면서 쉽고도 간단하지만, 이 방법이 주관적인 특성을 수반하는데 따른 부정확한 문제가 있다. 특히, a)상기 방법에 따라 본래의 색들의 재생능력과, b)매우 어둡거나 또는 매우 짙은 색으로의 작은 변화를 식별할 때 수반되는 부정화함 및 c) 특히 색변화의 정도가 성분농도와 선형적으로 변화하지 않는 색 검량차트에서의 차이 또는 부정확한 문제가 있다. 따라서, 간단하고 편리하면서 쉽게 사용할 수 있음은 물론, 기기의 사용에 의존하지 않고 그리고 주관성을 최소화하면서 정확하게 수용성 유체의 성분농도를 측정하기 위한 분석스트립방법의 요구가 커지고 있다.
본 발명은 수용성 유체혼합물(aqueous fluid composition)의 성분의 농도를 측정하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세히는, 본 발명은 수용성 유체의 성분의 농도를 색의 변화로 측정하는 고형물측정기구(solid state measuring device)를 사용하는 방법에 속한다.
도 1은 기질과 그 위에 다수의 분석패드들을 보여주는 본 발명의 방법의 고형물분석기구를 구체화하는 분석스트립의 평면도.
도 2는 서로 분리된 분석패드를 보여주는 도 1의 분석스트립의 측면도.
도 3은 노출된 분석스트립 고형물분석기구의 평면도.
도 4a는 성분농도 색 검량척도.
도 4b는 도 4a의 성분농도 색 검량척도로 부터 얻어진 표제에 적합한 분석스트립의 평면도.
본 발명은 수용성에 기초하는 유체 혼합물(즉, 물이외의 적어도 하나의 화학성분(chemical constituent) 또는 원소(componnent)를 갖는 수용성 유체 혼합물)의 성분의 농도를 측정하기 위하여 선행기술의 고형물기구를 시각으로 판독하는 방법들에서 생기는 여러 가지 불이익들을 상기 선행기술방법들에 의해 수반되는 시각으로 판독하는 주관성을 축소하거나 제거함에 의해 극복하는 것이다.
본 발명의 목적은, 농도의 표시를 시각에 의해 명백하게 할 수 있는 고형물분사기구의 수단에 의해 수용성 유체 혼합물의 화학성분의 농도를 간단하면서도 쉽고 편리하게 사용할 수 있는 측정방법을 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명의 목적은 수용성에 기초하는 기계가공유체 혼합물의 화학성분의 농도를 시각적으로 명백하게 표시하여 측정할 수 있는 고형물분석기구 방법을 제공하는 것이다.
위에서 언급한 목적들은, 다음 이하의 설명에서 명백해질 것이며, 실시예들과 청구항들은 수용성 유체 혼합물의 성분의 농도를 측정하기 위한 본 발명의 방법에서 성취되는데, 본 발명은, a) 1)불활성 지재대와 2)이 지지대위에 개별적으로 공간을 두고 떨어져 있는 다수개의 분석영역(test regions)을 포함하고, 상기 각 분석영역은 상기 성분과 선택적으로 상호작용하는 시약(reagent) 및 상기 성분과 시약간에 상호작용으로 생기는 분석영역안의 변화에 대응하여 색으로 변화하는 색지시약(color indicator)이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 그리고, 상기 각각의 분석영역안에 시약의 양은 근접하는 분석영역들내부의 시양의 양으로 부터 소정의 방식으로 달라지는 고형물분석기구를 수용성 유체 혼합물에 접촉하는 단계 및
b)상기와 같이 수용성 유체를 접촉한 다음 상기 고형물분석기구를 성분농도 색 검량척도에 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명의 하나의 실시태양에 따라 수용성 기계가공유체 혼합물의 성분의 농도를 측정하는 방법이 제공되는데, 이러한 본 발명은,a)불활성지지대(inert support)와 이 지지대위에 개별적으로 공간을 두고 떨어져 있는 다수개의 분석영역을 포함하고, 상기 각 분석영역은 상기 성분과 선택적으로 상호작용하는 시약 및 상기 성분과 시약간에 상호작용으로 생기는 분석영역안의 변화에 대응하여 색으로 변화하는 색지시약이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 그리고, 상기 각 분석영역안에 시약의 양은 근접하는 분석영역들안에 시양의 양으로 부터 소정의 방식으로 달라지는 고형물분석기구를 수용성 기계가공유 혼합물에 접촉하는 단계 및
b)상기와 같이 수용성 기계가공유 혼합물을 접촉한 다음 고형물분석기구를 성분농도 색 검량척도에 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시태양에 따라 수용성 금속가공유체 혼합물의 성분농도를 측정하는 방법이 제공되는데, 이러한 본 발명은, a)불활성지지대와 이 지지대위에 개별적으로 공간을 두고 떨어져 있는 다수개의 분석영역을 포함하고, 상기 각 분석영역은 상기 성분과 선택적으로 상호작용하는 시약 및 상기 성분과 시약간에 상호작용으로 생기는 분석영역안의 변화에 대응하여 색으로 변화하는 색지시약이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 그리고, 상기 각 분석영역안에 시약의 양은 근접하는 분석영역들 내부의 시양의 양으로 부터 소정의 방식으로 달라지는 고형물분석기구를 수용성 금속가공에 접촉하는 단계로, 상기 성분농도는 수용성 금속가공 유체와 고형물분석기구의 직접접촉에 대응하는 색의 변화가 상기 고형물분석기구의 모든 분석영역들이 아니라 적어도 하나의 분석영역에 색변화로 나타나고,
b)상기와 같이 수용성 기계가공유체 혼합물을 접촉한 다음 고형물분석기구를 성분농도 색 검량척도에 비교하는 단계를 포함한다.
나아가 본 발명의 또 다른 실시태양에 따라 수용성 기계가공유체 혼합물에 함유된 알칼리성분의 총 농도를 결정하는 방법이 제공되는데, 이러한 본 발명은, a) 불활성지지대 스트립과 이 스트립위에 개별적으로 공간을 두고 떨어져 있는 다수개의 분석영역을 포함하고, 상기 각 분석영역은 알칼리성분과 pH색지시약과 상호작용하는 유기산이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 그리고, 상기 각 분석패드들안에 유기산의 양은 근접하는 분석패드들안에 각 유기산의 양으로 부터 소정의 방식으로 달라지는 분석스트립 고형물분석기구를 수용성 기계가공유 혼합물에 접촉하는 단계 및
b)상기와 같이 수용성 기계가공유체를 접촉한 다음 분석스트립을 알칼리성분 색 검량척도에 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시태양에 있어 수용성 유체 혼합물은 수용성 세척유체혼합물 , 수용성 도금욕 혼합물, 수용성 냉각유체 혼합물, 수용성에 기초하는 수압혼합물, 수용성 공정유체, 수용성 부식유체, 수용성 급냉(quenching)유체, 수용성 농업용유체, 수용성 연삭유체로 고려된다.
본 발명의 방법은 농도의 결정을 위하여 기기가 요구되지 않음에 따라, 수용성 유체의 조건을 모니터링하고 측정하기 위한 측정위치에서 그리고 이러한 사용분야에 적합하다. 본 발명의 이러한 이용은 1)수용성 제조공정 유체를 맞추거나 모니터링하고 그리고, 생산 유체와 수용성공정에 대한 품질을 제어하는 산업분야, 2)냉각시스템, 수영장과 기계가공공정들에서 사용하는 수용성 유체혼합물의 제어 및 3)물시스템의 조건 예를들어 산업과 화학적 유출물 또는 방출물 뿐만 아니라, 호수, 강 및 개울(streams)의 조건을 평가하는데 도움이 된다.
수용성에 기초하는 유체 혼합물의 성분의 농도를 측정하는 선행기술방법에 있어 분석스트립 고형물분석기구의 분석패드안에 색변화의 정도를 주관적으로 평가하는 불이익은 본 발명의 방법에 의해 최소화되거나 또는 극복될 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 방법에 따라 측정되는 수용성 유체혼합물의 성분의 농도는, a) 1)불활성지지대와 2)이 지지대위에 개별적으로 공간을 두고 배열된 다수개의 분석영역들을 포함하고, 상기 각 분석영역은 수용성 유체혼합물과 선택적으로 상호작용하는 시약 및 색지시약이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 그리고, 상기 각각의 분석영역안에 시약의 양은 근접하는 분석영역들안에 시양의 양으로 부터 소정의 방식으로 달라져서 시각적으로 명백한 색의 패턴이 시약사이에 상호작용에 의해 분석영역들안에 나타나는 고형물분석기구를 수용성 유체 혼합물에 접촉하는 단계 및 b)상기와 같이 수용성 유체혼합물에 접촉된 상기 고형물분석기구를 상기 시약, 상기 색지시약과 상기 수용성 유체성분에 의해 준비된 성분농도 색 검량척도에 비교하는 단계를 포함한다.
본 명세서, 여기의 실시예들과 첨부된 청구항들에서 사용된 "지지대(support)"란 용어는 연속적인 고체부재로, 바람직하게는 분석영역을 지탱하기 위해 비다공질(non-porous)인 것이다; "불활성(inert)"이란 용어는 수용성 유체조성과 그 성분들, 시약과 색지시약과 접촉할 때 화학적이고 물리적인 저하에 저항하는 것을 의미한다; 그리고 "시약"이란 용어는 측정할 농도의 성분과 상호 작용하는 물질을 의미한다.
본 발명은 색변화를 시각에 의해서 주관적으로 결정하는 불이익의 전부는 아니라도 수용성유체 성분의 농도를 결정하기 위한 색변화의 사용에 따른 불이익들을 극복한다. 선행기술방법들과는 대조적으로, 본 발명의 방법은 도 1에 도시된 고형물분석기구를 사용하며 이 기구1은 도 2에 나타난 바와 같이 불활성 지지대2를 따라 일정한 간격을 두고 서로 분리되는 다수의 분석영역들(패드들) 3,4,5,와 6을 갖고 있다. 이러한 각각의 분석영역 3,4,5와 6(예를들어, 분석스트립위에 패드들)은 측정할 농도의 성분과 선택적으로 상호 작용하는 색지시약과 시약이 주입된 불활성 매트리스를 갖는다. 상기 색지시약은 수용성 유체성분과 시약간의 상호작용에 대응하여 색의 변화가 시각적으로 명백히 나타나도록 선택된다. 본 발명에 따라 각각의 분석영역 3,4,5와 6안에 시약의 양은 소정의 방식에 따라 다른 분석영역들 안에 시약의 양과는 달라진다. 상기 분석영역안에서 색변화의 유무는, 수용성 유체성분의 농도의 표시를 시각적으로 나타내는 각 분석영역안의 미리결정된 시약의 양 차이에 결부된다.
본 발명에 있어 고형물분석기구1은 수용성 유체에 의해(예를들면 침전에 의해) 접촉될 것이다. 이러한 접촉은 예를들면 분석패드들 3,4,5는 청색을 나타낼 수 있고, 분석패드6은 도 3에서 보여지는 분석영역의 정렬과 같이 그렇지 않을 수도 있다. 이와 같이 노출된 분석스트립2를 도 4a에 나타난 성분농도 색 검량척도와 비교하면 , 성분농도는 분석스트립의 색패턴이 농도 검량척도의 색패턴들과 결합에 의해 결정된다. 도 4a의 농도척도로 부터, 도 3에 도시된 분석스트립은 3%의 성분농도를 반영한다는 것을 알 수 있으며, 즉, 분석패드 8,9와 10(도 1의 분석패드 3,4와 5와 상응하여)의 색의 변화가 색 검량척도12의 15열에 의해 설명되는 색의 변화패턴를 갖는 것이다. 그러므로, 본 발명에 따르면 색변화 정도의 평가에 따른 주관성을 배제할 수 있고, 이에 따라 색변화 정도의 주관적인 평가에 따른 불이익이 제거된다.
고형물분석기구
본 발명의 실시에 있어 유용한 고형물분석기구는 다양한 형태와 구조를 갖을 수 있다. 하나의 형태로는, 불활성의 얇은 비다공질 플라스틱 스트립지지대 위에 서로 각각 분리되어 공간을 두고 놓여있는 분석영역을 갖는 고형물분석기구가 제공된다.
상기 플라스틱 스트립지지대는 단단하거나 또는 유연할 수 도 있다. 본 발명에서 유용한 분석스트립 고형물분석기구는 도 1과 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 분석스트립1은 얇은 직사각형 지지대2를 갖으며 이 지지대2는 비다공질 플라스틱으로 예를들어 폴리올레핀(polyolefin)(예를들어 폴리프로필렌)이고, 상기 지지대2 위에는 스트립의 길이에 따라 3에서 6까지의 4개의 분석영역이 근접해 있는 분석영역으로 부터 분리된 각 분석영역 또는 패드와 함께 부착되는 것이다. 분석영역들 3에서 6까지는 시약(예를들어 유기산)과 색지시약(예를들어 브롬페놀 블루(bromophenol blue))이 주입된 매트리스(예를들어 여과지)가 각각 구비되어 측정할 농도의 성분(예를들어 알칼리성분)이 충분히 있으면 색이 변화하는데, 이는 패드안의 시약(예를들어 산)과의 상호작용(예를들어 반응)의 결과로서, 조건(예를들어 pH)은 색지시약이 색변화가 일어나도록 유도하는 분석영역안에서 만들어진다. 분석패드 3에서 6까지 시약의 양은 패드에서 패드로 소정의 방식에 의해 달라지는데 예를들어 패드 3에서 패드 6으로 양을 증가시킬 수 있다. 그러므로 패드 4는 패드 3보다 더 많의 양의 시약을 갖으며, 패드5는 패드 4보다 더 많은 양의 시약을 갖고 그리고, 패드6은 패드 5보다 더 많은 양의 시약을 갖는다. 각각의 분석패드3,4,5와 6은 같은 양의 색지시약를 포함한다.
본 발명의 방법에 있어 분석영역안에 시약의 양은 고형물분석기구의 다수의 분석영역안에서 소정의 방식 및 알려진 방식에 의해 한 분석영역에서 그 다음 분석영역으로 달라지는 것이 요구된다. 따라서, 예를들면, 도 1의 고형물분석기구1에서 분석영역들 3,4,5와 6안에 시약의 양은 분석영역3에서 분석영역4, 분석영역4에서 분석영역5 그리고, 분석영역5에서 분석영역6으로의 2의 배수로 증가될 수 있다. 따라서, 패드3안에는 0.08g, 패드4안에는 0.16g, 패드5안에는 0.32g 그리고, 4번째 분석패드6안에는 0.64g의 시약이 양이 있게 된다. 반대로 분석영역3에서 6으로 시약의 양이 분석영역3에서 분석영역4, 분석영역4에서 분석영역5, 분석영역5에서 분석영역6으로 1/2의 배수로 감소할 수 있다. 아무튼간에 사전에 결정된 값의 범위로 성분농도를 결정하는 것이 요구되며, 각 분석영역안에 시약의 양은 알려지거나 예상되는 수용성 유체에 함유된 최대 및 최소 성분농도에 따라 결정될 수 있다. 이와 같이 함으로써, 성분농도가 고형물분석기구에 의해 검출되는 값들의 범위를 초과하지도 않고 그 이하로 나타나지 않을 것이다.
본 발명의 방법에 따르는 고형물분석기구의 본질적인 특징은 불활성 지지대, 상기 지지대위에 서로 분리되는 분석영역과 함께 공간을 두고 배열되는 다수의 개별적인 분석영역들, 예를들어 도 2에 보이는 것과 같이, 그리고, 상기 각각의 분석영역은 시약과 색지시약이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 상기 분석영역안에 시약의 양은 분석영역에서 분석영역으로 소정의 방식에 의해 달라진다.
본 발명의 방법에 따르는 고형물분석기구는 다수의 분석영역들을 지탱하는 불활성 지지대를 사용한다. 상기 불활성 지지대는 연속적인 고체부재로 다양한 형태와 형상을 갖을 수 있는데, 예를들어 밴드 또는 스트립, 원형 그리고 다양한 다른 기학학적 형상을 포함한다. 다양한 재료들이 상기 지지대를 만드는데 사용될 수 있고, 지지대의 본질적인 특징은 연속적인 고체이고 그리고 불활성으로 바람직하게는 비다공질이다.
개개의 미립자로 이루어지는 지지대들은 본 발명에 포함하지 않는다.
지지대를 만드는데 사용될 수 있는 재료들의 예로는 , 유리, 금속, 세라믹 그리고 플라스틱을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 플라스틱은 폴리올레핀(예를들어 폴리에틸렌과 폴리프로필렌), 폴리스티렌, 폴리에스터(예를들어 Mylar), 폴리아크릴레이트, 폴리아미드(예를들어 나일론) 폴리비닐 크로라이드와 폴리카보네이트를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 상기 지지대는 불활성이고, 비다공질 플라스틱으로 만드는 것인데, 이는 다루기가 쉽고 다양한 지지대 형상으로 만들기가 쉽고, 사용할 수 있는 플라스틱이 다양하고, 내구력 및 비용이 저렴하기 때문이다. 전형적으로 본 발명의 방법에 있어 고형물분석기구는 불투명체 또는 반투명체의 지지대를 사용한다.
본 발명의 방법에 따라 요구되는 고형물분석기구는 불활성 지지대위에 일정한 간격을 두고 개별적으로 떨어져 있는 다수의 분석영역들을 갖는다. 이러한 분석영역들은 현실적으로 다공질이고 다양한 형상 또는 형태를 취할 수 있다. 이러한 형태의 하나는 정사각형, 직사각형, 원형 또는 다른 적합한 기하학적 형상을 갖는 패드일 수 있다. 분석영역의 기학학적 형상은 본 발명의 방법에 있어 제한되는 인자가 아니다. 분석영역들은 본 발명의 방법에 따라 고형물분석기구의 지지대 위에 또는 내부에 수용될 수 있다. 불활성 지지대위에 수용되는 분석영역은 접착, 기계적인 또는 다른 적합한 수단들에 의해 지지대와 결합될 수 있다.
본 발명에 따르는 분석영역은 측정할 농도의 성분과 상호작용하는 색지시약과 시약이 주입된 불활성 매트리스를 포함한다. 다양한 매트리스 재료들이 불활성 및 흡수성물질로 요구되는 매트리스로서 본 발명의 실시예에 사용될 수 있다. 이러한 매트리스는 직물(woven) 또는 비직물(non-woven) 재료로 종이(예를들어 여과지), 암면(glass wool), 폴리프로필렌 강화 매트, 다공질 세라믹, 다공질 프라스틱, 포접화합물(clathrate compound)과 비석(zeolites)를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 불활성 매트리스는 시약과 색지시약를 흡수하여 유지할 정도의 충분한 구멍이 있는 재료이다. 본 발명의 일부의 실시예들에서는 얇은 판(sheet) 또는 필름(film)의 구조 또는 형태일 수도 있고, 다른 실시예에서는 매트리스가 개개의 미립자료된 형태 또는 구조를 갖을 수도 있다. 바람직하게는 매트리스가 약간의 색을 갖거나 또는 무색인 것이다.
다양한 기술이 본 발명의 방법에 따라 고형물분석기구를 만드는데 사용될 수 있다. 예를들어, 불활성 매트리스(예를들어 여과지)들에는 다양한 양의 시약이 주입되고(예를들어 다른 농도의 유기산과 색시약을 갖는 물가용성 고체유기산의 수용액과 함께 주입되어) 상기와 같이 시약이 주입된 불활성 매트리스들은 그 안에 고용된 시약을 건조한다. 시약과 색지시약이 주입되어 건조된 매트리스들은 패드(예를들어 분석영역)내로 끼어 들어가고, 이러한 패드들은 불활성 지지대에 결합되는데, 예를들어 플라스틱 필름의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 시약의 양을 감소하는 순서로 플라스틱 필름의 스트립을 따라 패드가 배열되도록 결합되는 것이다.
일정량의 시약을 갖는 분석영역은 : 일정한 크기와 무게의 매트리스 스트립을 시약(예를들어 정해진 시약의 농도)의 용액(예를들어 수용액)에 정해진 시간동안 침전하고: 상기 침전된 매트리스 스트립을 배출하고: 건조(즉, 매트리스로 부터 용매를 제거), 바람직하게는 최소한 일정한 무게로 건조하여 제조된다.
매트리스 스트립에 주입되어 건조된 시약은 그 무게로 누르다가 일정한 크기의 분석영역안으로 균일하게 끼어 들어간다. 이와 같이 준비된 분석영역안에 시약의 양은 일정한 크기의 분석영역과 매트리스 스트립안으로 주입된 일정량의 시약의 양으로 부터 간단히 구분되어 결정될 수 있다. 이러한 공정은 그 안의 시약의 양에 따라 다양하게 변화하는 연속적인 분석영역들을 만드는데 사용될 수 있으며 이에 따라 본 발명의 고형물분석기구에 다수개의 분석영역들을 만들 수 있다.
분석영역의 매트리스안으로 주입된 상기 시약은 측정할 농도를 갖는 수용성 유체혼합물의 성분과 상호작용하는 재료이다. 시약과 성분사이에 다양한 상호작용이 본 발명의 방법의 실시예에서 사용될 수 있다. 이러한 상호작용은 화학반응, 복합체 형성, 상호작용의 교환을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 따라서, 넓은 범위의 다양한 시약들이 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 이러한 시약들은 산, 염기, 유기할로겐 화합물(organic halides), 황화물, 설폰산염, 질산염등, 포접화합물 (clathrate compound), 킬레이트 약품(chelating agent)과 이온 교환약품(ion exchange agent)을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 산은 유기(예를들어 구연산(citric), 호박산(succinic), 벤젠슐폰(benzenesulfonic), 수산(oxalic), 말레인(maleic), 푸릴(fumaric), 올레인(oleic), 프탈(phthalic), 아세트(acetic))산일 수 있다. 염기는 비유기 염기(예를들어 수산화나트륨(sodium hydroxide), 탄산나트륨(sodium carbonate), 수산화 칼륨(potassium hydroxide), 수산화칼슘(calcium hydroxide))와 아민(amines)과 같은 염기성 유기화합물(예를들어, C6에서 C36까지의 지방족 모노(aliphatic mono)와 디아민(diamines), 폴리옥시알킬렌 모노(polyxoyalkylene mono), 폴리아민(polyamines), 지방아민(fatty amines)) 및 아미드(amides)를 포함한다. 상기 시약은 유기알콜 또는 예를들어 C6에서 C36까지의 지방족 모노 알콜(aliphatic mono alcohol), 지방알콜(fatty alcohol), 지방족 폴욜(aliphatic polyols)(예를들어 디올(diol)), 방향족 알콜(예를들어 페놀) 및 폴리옥시알킬렌 폴욜(polyoxyalkylene polyols)와 같은 폴욜(polyols)일 수 있다.
안정하고 신뢰할 수 있는 분석영역을 제공하기 위해서는 시약이 대기에서 화학적으로 안정하고 그리고 정상적인(예를들어 실온) 환경조건하에서 약간의 휘발성 또는 무휘발성을 갖는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명의 실시에 적용하기 적합한 시약들은 대기에서 화학적으로 안정하고 실온조건에서 휘발성이 낮거나 없는 것이다.
본 발명에서 사용하는데 적합한 시약들은 실온(예를들어 20에서 40℃까지)에서 액체일 수 있고 또는 고체인 것이다. 액체 시약들은 매트리스내로 흡수되어 매트리스로 부터 배출 및 방출되지 않는다. 고체 시약들은 매트리스 내부로 주입하기 위해 용액(예를들어 수용성, 알콜 또는 수용성/알콜)형태로 사용될 수 있다. 고체 시약들이 바람직하다.
특히 유익하게는, 시약과 성분의 비율이 상대적으로 작게 변화하면 색지시약에 의해 검출되는 조건은 상대적으로 크게 변화하도록 상기 시약과 유체 성분사이의 상호작용에 의해 성분이 결정되는 것이다.
따라서, 예를들면, 수용성 유체의 총 알칼리성은 검출되고, 수용성 유체의 알칼리 성분들과 분석영역안으로 주입된 산성 시약간의 반응과 관련한 적정곡선은 급격한 경사를 갖고, 즉, 알칼리성분들과 산성시약의 비에 있어 상대적으로 작은 변화가 분석영역내의 pH로서 상대적으로 큰 변화를 나타낸다.
금속가공유체의 농도결정을 위해 사용하는 경우, 유체의 총 알칼리성은 낮은 pKa를 갖는 유기산을 사용하여 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 색지시약은 고형물분석기구의 분석영역안으로 넣는 것이다. 색지시약은 분석영역안에 시약과 수용성 유체혼합물의 측정할 농도의 성분사이에 상호작용에 대응하여 색의 변화를 일으키는 물질이다. 색의 변화는 하나의 색에서 또 다른 색으로(예를들어 적색에서 청색으로, 청색에서 흰색으로), 유색(color)에서 무색(no color)으로, 또는 무색에서 유색으로 되는 것이다.
바람직하게는 색지시약은 성분과 시약의 상호작용에 의해 초래되는 변화에 대응하여 시각적으로 명백한 변화를 일으키는 것이다. 본 발명의 하나의 바람직한 구현에 있어, 색지시약은 분석영역안에 모든 시약과 상호작용하고 남는 분석영역안의 과잉여성분에 대응하여 색을 변화시키는 것이다. 본 발명의 또 다른 바람직한 구현에 있어, 색지시약은 성분과 상호작용하고 남은 과잉시약의 존재를 특별한 색으로 나타낼 수 있으며, 즉 분석영역안에 과잉시약이 없으면 무색 또는 다소 다른 색으로 나타는 것이다. 바람직한 것은, 본 발명에 의하면 색지시약에 의한 색의 변화가 기기에 의존하지 않고 즉석에서 검출될 수 있다는 것이다.
넓은 범위에 걸치는 다양한 색지시약들이 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 상기 색 지시약은 시약의 조성, 성분의 조성, 수용성 유체혼합물의 조성과 조성비 그리고 시약과 성분사이에 상호작용의 유형에 따르는 인자들을 고려하여 선택될 수 있다. 색 지시약은 측정할 농도의 성분과 시약사이의 상호작용을 명확히 하도록 선택되는 것이다. 본 발명의 실시에서 유용한 색 지시약은 메틸오렌지, 브로모페놀 블루, 4,4'-비스(2아미노-1-나프탈아조-2, 2'-스틸벤즈디술폰산, 2-2(2,4-디니트로페닐아조)-1-나프톨-3, 6-디술폰산 디소디움염, 페놀프탈레인, 나트라진 엘로우, 브로모크레졸 그린, 페놀술폰프탈레인, 트리몰술폰프탈레인 및 레조르신 블루를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
만일 색민감성이 있는 색지시제가 분석영역의 조건중 협대역값에 걸쳐 색변화를 수행하고, 시약과 수용성 유체성분간의 상호반응이 시약과 성분의 상대적인 비율을 변화시키는 상태의 고속변화를 낳는다면 특히 유익하다.
이와 같이 색지시약과 성분/시약의 선택된 상호작용은 유체의 상태를 표시하는 색을 즉석에서 시각적으로 구별하도록 해준다. 예를들어 상기 시약은 성분과 상호작용하여 수용성 유체의 pH를 변화시키기 위해 선택되는 것으로, 상기 시약과 성분의 비율이 상대적으로 작게 변화하면 pH는 상대적으로 크게 변화하게 되며, 그리고, pH색지시약은 pH의 작은 범위 예를들어 1-1.5를 넘으면 그 전영역의 색이 변화하도록 선택된다. 이러한 색지시약과 시약의 화합은 상기 pH 색지시약이 색변화를 일으키는 범위만큼 또는 더 크게 pH의 변화를 일으키기 위하여 시약과 성분의 비율이 상대적으로 작게 변화하도록 한다. 상기 시약과 색 지시약이 다른 양으로 주입된 다수의 분석영역들을 제공하기 위해, 분석영역들은 pH 색지시약의 색극도(color extreme)를 효과적으로 나타내는 성분농도가 단계적으로 분리되는 특징이 있다. 상기 하나의 분석영역에서 다른 분석영역까지의 시약의 양에 있어 차이는 농도를 미리 결정하여 하나의 분석영역에서 다른 분석영역까지 농도의 분리된 단계로 진행하도록 선택되는 특징이 있다.
선택적인 색들의 패턴들은 상기 분리된 단계로 결정되어 성분의 농도를 밝히는 다수의 분석영역들사이에서 pH 색지시약에 의해 나타나는 것이다.
본 발명에 따라, 분석영역안에 색의 변화는 수용성 유체와 분석영역의 접촉에서 생기는 직접적이 결과이다. 본 발명의 방법의 하나의 실시에 있어 색의 변화는 성분과 색지시약의 상호작용으로 생기는 것으로, 색의 변화는 분석영역안에 존재하는 성분의 양이 분석영역내의 시약의 전부를 반응 또는 상호작용을 통하여 합성 또는 그 반대로 소비, 고정하는데 요구되는 양을 초과하는 조건하에서 일어난다.
따라서, 여기에서는 분석영역안에 성분의 양을 C로, 분석영역안에 시약의 양을 R로, 분석영역안에 색지시약를 X로 나타내는 경우, 수용성유체 성분과 반응 또는 상호작용후에 분석영역안에 가능한 조건들은 다음이하의 두 방응식으로 나타낼 수 있다.
1)C + R + X(무색) -- CR +CX(유색)
2)C + R + X(무색) -- CR + R + X(무색)
상기 방응식 1에서, 분석영역안에 성분C의 양은 분석영역안에 존재하는 시약R의 전부와 상호작용하여 CR을 형성하고도 남는다. 상기 과잉의 성분은 색 지시약X와 상호작용하여 CX를 형성하고, 지시약X의 색변화를 일으킨다. 상기 방응식2에서 분석영역안에 성분C의 양은 분석영역내 시약R의 전부와 상호작용하기에 충분하지 않아 성분C와 상호작용하지 못하는 시약R과 지시약X은 남고, 이에 따라 색의 변화는 일어나지 않는다. 색은 무색에서 유색으로, 유색에서 무색 또는 하나의 색에서 다른 색으로, 흰색에서 다소 다른색(예를들어 검정색, 청색 또는 적색)으로 변화를 포함하여 본 질적으로 변화한다. 상기와 같은 변화는 사용하는 색지시약에 의존한다. 물론 상기 색지시약의 양은 분석영역안에 시각적인 색의 변화가 생기도록 사용될 것이라고 예측된다. 또한, 상기 시약과 색 지시약은 색이 나타나도록 상호작용하고, 분석영역안에서 색의 변화는 성분과 모든 시약사이에 상호작용으로 생길것이라 예상된다.
농도의 결정
본 발명에서는 수용성 유체혼합물의 성분농도를 측정하는 방법이 제공된다. 비록 본 발명의 방법이 수용성 유체혼합물에 특별히 유용하지만 수용성 유체혼합물에 함유된 성분들에 제한되지 않으며, 측정할 농도의 성분은 고형물분석기구의 분석영역의 시약과 상호작용에 의해 측정되는 것으로, 상기 성분과 시약사이에 상호작용은 분석영역안에 색지시약의 색의 변화를 일으키는 것이 요구된다.
따라서, 다양한 수용성 유체화합물들이 본 발명의 방법의 구현에 사용될 수 있다. 이들 수용성 유체혼합물은 물외에도 적어도 하나의 성분을 포함하며 많은 수용성 유체들은 물이외에 여러개의 성분들을 포함한다. 따라서, 수용성 유체화합물은 다수의 성분들의 복합혼합물일 수 있다. 이러한 수용성 유체들은 종종 그들의 기능, 용도 또는 출처에 의해 확인되거나 알려지며, 이에 따라 당업자에게 수용성 유체에 함유된 성분의 종류를 알려줄 수 있다. 예를들어 냉수 공기조화시스템(cold water air conditioning system) 또는 냉각탑에 적용되는 냉각수는 부식억제제, 생물독(biocides), 살균제 및 조류독(algaecides)을 포함할 수 있다. 본 발명의 구현에 유용한 수용성 유체혼합물은 금속가공욕, 수용성에 기초하는 수압유체, 냉각탑 수, 수용성 세척유체 및 수용성에 기초하는 기계가공유체와 같은 산업용 수용성 유체를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 방법에 따라서, 여기에서 기술되고 한정되는, 고형물분석기구를 수용성 유체혼합물에 접촉하는 단계가 요구된다. 이러한 접촉단계는 다양한 기술들로서 예를들어 수용성 유체속으로 분석기구의 침전, 분석기구위로 수용성유체의 방울의 적하(滴下), 분석기구내부로 수용성유체의 흡입(wicking), 분석기구내부로 수용성유체의 주입(pouring), 및 분석기구위로 수용성 유체의 도포(coating)방법에 의해 실행되는데, 본 발명은 이러한 접촉방법들을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 고형물분석기구의 접촉단계는 고형물분석기구의 전 분석영역과 수용성유체를 균일하고도 완전한 접촉을 확실히 하는 방식으로 이루어진다. 상기 균일하고도 완전한 접촉은 본 발명의 방법을 적절히 실행하여 신뢰할 수 있는 분석결과를 얻기 위한 것이다. 당업자들은 본 발명의 방법의 접촉단계를 실행하기 위한 다양한 다른 기술을 예측할 수 있으나 이는 본 발명의 사상, 목적과 영역를 벗어나지 않는 것이다.
본 발명의 방법에 따라서, 상기와 같이 고형물분석기구와 수용성 유체를 접촉한 다음 고형물분석기구를 성분농도 색 검량척도와 비교하는 단계가 요구된다. 성분농도 색검량척도는 상술한 시약, 성분과 색 지시약으로 부터 얻어지거나 만들어진다. 즉, 상기 척도는 고형물분석기구의 분석영역안에 사용된 동일한 매트리스, 동일한 시약과 동일한 색 지시약을 동일한 양으로 사용하여 만들어진다.
상기 성분농도 색 검량척도는 검량이 요구되는 연속적인 고형물분석기구로 부터 얻어지거나 만들어진다. 예를들면, 상기 연속적인 고형물분석기구는 알고있는 성분의 농도를 갖는 연속적인 수용성 유체에 의해 노출된 것이다. 이와 같이 노출된 고형물분석기구들은 연속적인 수용성 유체들의 알고 있는 성분의 농도에 따라서 나란히 배열되어 라벨이 붙는다.
여기에서는 명료함을 위해, 성분농도를 측정하기 위하여 고형물분석기구에 접촉하는 수용성 유체혼합물을 분석용 수용성 유체혼합물로 칭하고, 성분농도 색 검량척도를 만들기 위해 사용되는 수용성 유체혼합물을 검량용 수용성 유체혼합물이라 칭한다. 분석 및 검량용 수용성 유체혼합물들은 단지 검량용 수용성 유체혼합물에서는 분석성분의 농도를 알고 있는 것이며, 분석용 수용성 유체혼합물에서는 그렇지 않다는 점이 다르다.
a)상기 검량용 수용성 유체혼합물은 물과 알고 있는 수용성 유체성분의 농도 및 측정할 그 농도를 포함하고, b) 성분농도 색 검량척도는 상기 검량용 수용성 유체혼합물을 사용하여 준비된 것으로 이때의 검량용 수용성 유체혼합물에는 물과 알고 있는 수용성 유체성분의 농도들 및 측정할 농도를 포함하는 것이다.
상기 성분농도 색 검량척도는, 각각의 연속적인 고형물분석기구를 다른 분석성분의 농도를 알고 있는 검량용 수용성 유체혼합물에 접촉하여 제조되는 것이다. 이와 같이 하여 다양한 분석영역의 색 지시약이 검량용 수용성 유체의 농도에 따라 색으로 변화하는 연속적인 고형물분석기구를 만든다. 분석영역안에 시약의 양의 차이는, 분석영역안의 색발생 변화가 그 주변의 색변화에 근접하도록 분석기구의 길이에 따라 균일하게 진행하는 것이 바람직하고, 즉 상기 시약들이 시약들에 의해 분리되지 않아 색발생 변화가 없도록 하는 것이다.
이러한 환경하에, 색의 변화패턴은 분석스트립의 길이에 따라 시약에서 시약으로 점차 변화하는 지수를 포함하는 표제(legend)에 의해 나타나는 특징이 있다.
도 4a에서는 4개의 열 13,14,15와 16을 갖는 성분농도 색 검량척도를 보여주고 있다. 각 열은 하나의 추가된 분석영역을 포함하는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 기구와 유사한 고형물분석기구에서 얻어지거나 만들어진 것이다. 상기 열 13,14,15와 16은 시약, 성분과 색 지시약에 따라 특정된 것으로 즉, 고형물분석기구1과 같은 시약, 색 지시약으로 부터 얻어지거나 만들어진 것이며, 분석영역6과 다른 시약의 양(예를들어 그 이상)을 갖는 하나의 추가된 분석영역을 제외하고는 동일하게 사전에 결정된 다양한 시약의 양을 갖는 분석영역3부터 분석영역6을 갖으며, 알고 있는 성분의 농도를 갖는 검량용 수용성 유체로 부터 준비된 것이다. 농도색 검량척도를 만들기 위해 사용된 매트리스와 지지재료들은 상기 분석기구에서와 같이 방식으로 농도 색 검량척도에서 시약과 수용성 유체성분의 존재로 색지시약에 의해 색변화를 나타나도록 한다.
성분 색 검량척도는, 농도를 결정할 성분과 동일한 성분을 함유하며서 성분의 농도가 다양하면서 알고 있는 수용성 유체조성물에 각각의 연속적인 고형물분석기구를 접촉하여 만들어진다. 이에 따라 내부에서 색지시약이 색변화를 일으킨 분석영역의 패턴은 알고 있는 성분농도의 농도범위에 따라 만들어진다.
알고 있는 농도들에 대하여 분석영역내부에 만들어진 색의 패턴을 갖으면, 농도 색 검량척도는 생생하게 재현되거나 나타날 수 있다는 것이 예측된다. 착색과 단색의 표시들 둘다 사용될 수 있고, 간단히 숫자로 표시된 척도는 위에서 얻어진 색 검량척도의 성분평가를 위해 분석영역과 관련하여 지시되는 농도를 나타낼 수 있다. 상기 색 검량척도의 수치로 표시된 척도는 연속적인 농도값(예를들어 1%, 2%, 3%등) 또는 설명한 것처럼 농도값에 따른 연속적인 평가의 수들을 열거한다. 이러한 수치로 표시된 척도는 도 4b에 도시된 바와 같이 본 발명의 방법의 각 고형물분석기구위에 표제로서 포함되거나 또는 분리된 차트위에 제공될 수 있다.
본 발명의 방법에 있어 분석용 수용성 유체혼합물과 접촉하는 고형물분석기구는, 성분농도 색 검량척도에 시각에 의해 비교된다. 예를들어 도 3의 고형물분석기구7를 도 4a의 성분농도 색 검량척도12에 대응하여 비교하는 경우, 색 교정 척도12의 15열의 색변화 패턴이 도 3의 분석영역들(분석영역11 보다 다양한 색을 갖는 분석영역 8,9와 10)의 색변화패턴에 대응하는 것을 알 수 있다. 색 검량척도 12의 15열이 3%의 성분농도에 대응함에 따라, 분석유체의 성분농도는 3%라는 것이 분석스트립7로 부터 알 수 있는 것이다.
수용성기계 유체의 농도
본 발명의 방법의 바람직한 실시예 있어 수용성 유체 혼합물로서 수용성에 기초하는 기계가공유체혼합물이 사용된다. 수용성에 기초하는 기계가공유체혼합물은 고체 가공재의 성형에 사용되고, 이러한 예로는 유용한 물품으로서 금속이 있다. 이러한 성형공정 또는 방법에 있어 절삭 혹은 비절삭공구는 물품을 성형하기 위해 가공재를 기계적으로 가공한다. 이러한 공구 및/또는 상기 가공재는 서로 관계되어 대개 고속에서 회전한다. 이와 같이 고속은 금속과 다른 고체재료를 성형하기 위하여 선반과 연삭공정에서 전형적으로 행해진다. 다른 경우에서 공구와 가공재는 서로 미끄러지듯이 접촉을 일으키는데 그 예로는 펀칭공정이 있다. 다른 성형공정들에서 공구는 가공재를 절삭가공하지 않고 큰 가공력으로 가공재를 가공하는데 그 예로는 금속압연, 인발과 아이어닝(ironing)이 있다. 높은 열과 마찰이 이러한 성형공정중에서 발생하여 공구마모, 마무리재의 비틀림, 열악한 겉마무리와 제품의 치수정밀도 저하와 같은 문제를 일으킨다. 높은 스크랩 비율, 공구마모와 비용의 증가는 상기 문제들로 부터 초래되는 것이다. 이러한 문제들을 극복하기 위하여 공구와 가공재사이의 접촉면에 수용성 기계가공유체를 공급하는 기술이 알려져 있다.
수용성에 기초하는 기계가공유체는 물, 윤활유와 첨가제가 복잡하게 혼합된 것으로, 상기 첨가제로는 계면활성제, 극한(extreme) 압력제, 부식억제제, 살균제(bactericides 와 fungicides)를 예로 들수 있다. 수용성에 기초하는 기계가공유체의 화학적인 조건은 이러한 성분들의 농도에 영향을 받고, 각각의 성분은 하나 또는 그 이상의 특별한 기능을 수행한다. 수용성에 기초하는 기계가공유체의 윤활제와 많은 다른 성분들은 종합적 또는 자연적으로 유기화합물 또는 화합물의 혼합물로 나타난다. 수용성에 기초하는 기계가공유체에서 유용한 윤활제로는 에스테르, 아미드, 폴리에스테르, 아민 및 황산화 오일을 예로들 수 있다. 상기 윤활제 성분은 물이 금속가공공정중에 발생하는 열을 분산시키는 동안 공구와 가공재사이에 마찰을 줄여준다. 부식억제제는 공구에 가해지는 화학적인 공격을 막거나 줄이는 것은 물론, 가공재와 마무리물품의 부식을 막거나 줄이는데 사용된다. 살균제(bacterialcides와 fungicides)는 액체의 성분에 미생물과 균류에 의한 공격을 막거나 줄이는데 사용되고, 윤활제는 액체의 물상태에서 물 불용성 성분들의 안정한 현탁액을 형성하기 위해 사용된다.
따서 각 성분은 기계가공유체의 종합적인 실용성과 효과에 기여하는 기능을 갖는다. 수용성 유체의 성분의 농도를 결정하기 위한 본 발명의 방법은 성분농도를 표시하는 위치에서 금속가공 유체의 성분의 농도를 적시에 모니터링하는데 아주 적합하다.
수용성 기계가공유체의 총 알칼리성을 측정하기 위한 본 발명의 방법의 실시에 유용한 성분농도 색 검량척도는 아래와 같이 준비될 수 있다. 명목상 1/4인치와 2인치의 거친 여과지의 개별적인 스트립들을 아래 표1과 같이 혼합한 용액이 주입된 5개의 에탄올에 일정시간(예를들어 5초)동안 침전하고, 배출한 후 유리위에 놓은 다음, 다른 양의 말레인산을 갖는 5개의 주입된 스트립을 얻기 위해 3분동안 130。F의 오븐에서 건조하였다.
침전용액(No) 침전용액 조성
5%말레인산 용액*(gm.) 0.3% 브롬페놀 블루 용액**(gm.) 에탄올(gm.)
1 2 1 17
2 4.2 1 14.8
3 6.6 1 12.4
4 8.4 1 10.6
5 10 1 9.0
* 에탄올내의 5%말레인산**에탄올내의 0.3%브롬페놀 블루
상기와 같이 주입되어 건조된 각각의 여과지의 스트립들을 4mm내로 절단하고 5개의 주입용액에 대응하여 1에서 5까지 번호가 붙은 밴드들을 만들었다.
내부에 다른 말레인산의 양을 갖는 각각 5개의 밴드(즉 1에서 5까지 번호가 붙은 주입용액에 대응하여 1에서 5까지 번화가 붙은 밴드)는 폴리비닐 염화물(PVC)필름한장의 길이를 따라 공간을 두고 서로 평행하게 배열되어 말레인산 함량을 상승하는 방식으로 부착되었다. 주입된 여과지의 5개밴드가 부착된 상기 PVC필름은 새롭게 준비된 검량용 수용성 기계가공유체의 2%, 4%, 6%, 8%의 희석도(즉, 중량%로 유체/물이 2%/98%, 4%/96%, 6%/94%, 8%/92%와 10%/90% )와 관련하여 사용된 5개의 분석영역패드들 또는 분석영역들을 그 위에 갖는 검량스트립들을 만들기 위해 상기 스트립내 밴드의 길이에 따라 가로 방향으로 4-5mm로 절단되었다. 상기 각각의 검량척도의 분석패드들 또는 분석영역은 노란색이다. 상기 검량척도들은 검량용 수용성 기계가공유체안에 침적되어 각 검량유체에 대한 검량스트립을 얻는다. 상기 스트립들을 수초동안 배출하거나 또는 과잉의 유체를 제거하기 위해 흔든다. 이와 같이 노출된 검량스트립중, 다른 많은 분석패드들 또는 분석영역들이 희석된 검량용 수용성 기계가공유체내 알칼리성 성분들의 농도에 대응하여 노란색에서 청색으로 변화한다.
각 스트립이 아래의 성분농도 색 검량척도로 침전되고, 검량용 수용성 기계가공유체의 희석도가 증가하는 순서로 5개의 침전된 검량 스트립들이 나란히 배열되고, 수용성 기계가공유체의 알칼리성분들이 존재한다.
수용성 기계가공 유체 희석도 노란패드들의 수 파란패드들의 수
0 5 0
2% 4 1
4% 3 2
6% 2 3
8% 1 4
10% 0 5
색패턴의 대표적이고 사실적인 묘사는 위에 설명된 성본농도 색 검량척도로 부터 얻어질 수 있다. 이에 따라, 생생한 표시는 묘사된 바와 같이, 성분 농도 색 검량척도로서 사용될 수 있고, 대표적으로 묘사되는 분석영역의 색의 변화패턴들은 도 4a에서 설명되는 것처럼 노출된 검량척도의 색패턴과 연결되는 색의 패턴을 농도%로 대응하여 라벨을 붙을 수 있다. 또한, 라벨 또는 표시는 도 4b에 도시된 바와 같이, 검량스트립들에 의해 결정되는 농도와 색의 변화 진행에 일치하는 농도%를 갖는 분석스트립의 길이에 따라 분석영역과 관련하여 생각해낼 수 있다.
본 발명의 방법에 따라서 성분농도 색검량척도는 설명한 바와 같이 다음에서 사용된다: 고형물분석기구(즉, 분석스트립)는 상술한 바와 같이 검량척도와 같은 방식으로 준비되어 분석스트립이 충분히 젖도록 상기 검량용 수용성 기계가공유체와 같은 성분을 갖는 분석용 수용성 기계가공 유체에 오래동안 침전되고, 전형적으로 1초보다 짧게 침전된다. 상기 분석기구를 분석유체로 부터 꺼낸후 과잉의 분석유체를 제거하기 위해 흔든 다음, 성분농도색 검량척도와 비교한다.
알칼리성 성분의 농도는 분석스트립의 분석영역내 색의 패턴를 성분색 검량척도와 연관하여 평가된다. 분석스트립의 모든 분석영역은 파란색이고 알칼리성 성분의 농도는 적어도 9%로 밝혀진다.
물, 모노(mono) 및 트리알카놀아민류, 단쇄 모노 및 디카르복시산, 아민붕산염류, 트리아졸류 및 트리아진류를 포함하는 사용(즉, 분석)된 수용성 기계가공 유체의 총 알칼리성(즉 전체 알칼리 성분)은, 본 발명의 방법에 따라, 위에서 설명한 말레인산 브롬페놀 청색 분석스트립과 같은 방식으로 준비된 고형물분석기구를 분석용 수용성 기계가공유체내에 수초동안 침적하고, 유체로부터 상기 분석기구를 제거한 후, 과잉 검사유체를 제거하기 위해 분석기구를 흔든 다음, 총 알칼리성 농도 색 검량척도 분석기구에 따라 침전된 분석기구에 비교하여 측정였다. 총 알킬리성 농도 색 검량척도는 여기에서 설명한 방식처럼 검량용 수용성 유체를 사용하여 준비되었는데 이는 새롭게 준비된 수용성 기계가공유체로 부터 만들어진 전술한 수용성 기계가공유체의 희석도를 다르게 한 것이다.
본 발명의 방법에 따라, 물, 모노(mono) 및 트리알카놀아민류, 단쇄 모노 및 디카르복시산, 수용성 윤활제, 트리아졸류 및 트리아진류를 포함하는 사용(즉, 분석)된 수용성 기계가공유체의 총 알칼리성(즉, 전체알칼리 성분)은 위에서 설명한 말레인산 브롬페놀 청색 분석스트립들과 같은 방식으로 준비된 고형물분석기구를 분석용 수용성 기계가공유체내에 수초동안 침적하고, 상기 분석용 유체로부터 상기 분석기구를 꺼낸 후, 과잉 검사유체를 제거하기 위해 분석기구를 흔든 다음, 총 알칼리성 농도 색 검량척도 분석기구와 침전된 분석기구를 비교하여 측정하였다. 총 알킬리성 농도 색 검량척도 는 여기에서 설명한 방식처럼 검량용 수용성 유체를 사용하여 준비되었는데 이는 새롭게 준비된 수용성 기계가공유체로 부터 만들어진 전술한 수용성 기계가공유체의 희석도를 다르게한 것이다.
본 발명의 방법에 따라, 물, 광물류, 음이온성 표면활성제, 알카놀아민류, 장쇄 지방산 아민드류, 트리아졸류 및 트리아진류를 포함하는 사용(즉, 분석)된 수용성 기계가공유체의 총 알칼리성(즉, 전체알칼리 성분)은 위에서 설명한 말레인산 브롬페놀 청색 분석스트립들과 같은 방식으로 준비된 고형물분석기구를 분석용 수용성 기계가공유체내에 수초동안 침적하고, 상기 분석용 유체로부터 상기 분석기구를 꺼낸 후, 과잉 검사유체를 제거하기 위해 분석기구를 흔든 다음, 총 알칼리성 농도 색 검량척도 분석기구와 침전된 분석기구를 비교하여 측정하였다. 총 알킬리성 농도 색 검량척도 는 여기에서 설명한 방식처럼 검량용 수용성 유체를 사용하여 준비되었는데 이는 새롭게 준비된 수용성 기계가공유체로 부터 만들어진 전술한 수용성 기계가공유체의 희석도를 다르게한 것이다.
수용성 유체 혼합물의 성분의 농도를 측정하기 위한 고형물분석기구는, 불활성지지대와 이 지지대위에 개별적으로 공간을 두고 떨어져 놓여있는 다수개의 분석영역들을 포함하고, 상기 분석영역들은 측정할 농도를 갖는 성분과 선택적으로 상호작용하는 시약 및 상기 측정할 농도를 갖는 성분과 시약사이에 상호작용 및 수용성 유체의 직접적인 접촉으로 생기는 분석영역안의 변화에 대응하여 색으로 변화하는 색지시약이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 그리고, 상기 각각의 분석영역안에 시약의 양은 근접하는 분석영역들안에 시양의 양과 소정의 방식으로 달라진다.
나아가, 본 발명은 수용성 유체혼합물의 성분의 농도를 측정하기 위한 분석도구를 발견한 것이라 인정된다. 상기 분석도구는, a) 불활성지지대와 이 지지대위에 개별적으로 공간을 두고 떨어져 놓여있는 다수개의 분석영역들을 포함하고, 상기 분석영역들은 성분과 선택적으로 상호작용하는 시약 및 상기 성분과 시약사이에 상호작용 및 수용성 유체의 직접적인 접촉으로 생기는 분석영역안의 변화에 대응하여 색으로 변화하는 색지시약이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 그리고, 상기 각각의 분석영역안에 시약의 양은 근접하는 분석영역들안에 시양의 양과 소정의 방식으로 달라지는 고형물분석기구를 포함하고, b) 상기 고형물분석기구와 측정하려는 미지의 농도를 갖는 성분의 알려진 농도를 함유하는 복수의 수용성 유체 조성물로 제조되며, 측정하려는 미지의 농도를 갖는 성분의 알려진 농도를 함유하는 수용성 유체조성물에 노출시킨 복수의 고형물분석기구로 이루어지거나 또는 그 기구로 부터 유도되는 성분농도 색 검량척도로 이루어진다.
한편, 본 발명과 본 발명의 실시가 다양한 구체화측면에서 기술되었으나 당업자는 본 발명의 정신 및 범위의 이탈함 없이 본 발명을 한층더 구체화 할 수 있다.

Claims (20)

  1. 수용성 유체 성분의 농도를 측정하는 방법에 있어서,
    a)불활성지지대와 이 지지대위에 개별적으로 공간을 두고 떨어져 있는 다수개의 분석영역을 포함하고, 상기 각 분석영역은 상기 성분과 선택적으로 상호작용하는 시약 및 상기 성분과 시약사이에 상호작용으로 생기는 분석영역안의 변화에 대응하여 색으로 변화하는 색지시약이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 그리고, 상기 각각의 분석영역안에 시약의 양은 근접하는 분석영역들안에 시양의 양으로 부터 소정의 방식으로 달라지는 고형물분석기구를 수용성 유체 혼합물에 접촉하는 단계 및
    b) 상기와 같이 수용성 유체를 접촉한 다음 고형물분석기구를 성분농도 색 검량척도에 비교하는 단계를 포함하는 수용성 유체의 분석방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 성분 색 검량척도는 상기 시약, 상기 색지시약과 상기 성분으로 특정되는 분석방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 성분농도 색 검량척도는 수용성 유체와 접촉한 다음, 색변화가 분석영역의 전부가 아니라 적어도 하나에 나타나는 분석방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 시약은 고체인 분석방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 수용성 유체 혼합물에 고형물분석기구의 접촉은 수용성 유체 혼합물내로 고형물분석기구를 침전하는 분석방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 시약은 또한 색지시약인 분석방법.
  7. 제 1항에 있어서, 시약과 성분사이에 상기한 상호작용은 분석영역안에 pH를 변경하고 그리고, 상기 색지시약은 pH 색지시약인 분석방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 시약은 pH의 상대적인 큰 변화가 시약과 성분의 비에 있어 상대적인 작은 변화에 의해 가져오도록 선택되고, 그리고, pH 색지시약은 색변화에 대한 pH의 대역 상대적으로 좁아지도록 선택되는 분석방법.
  9. 제 1항에 있어서, 수용성 유체 혼합물에 접촉한 다음 고형물분석기구를 성분농도 색 검량척도에 비교하는 상기 단계는 상기 고형물분석기구를 성분농도 색 검량척도에 시각에 의해 비교하는 단계인 분석방법.
  10. 수용성 기계가공유의 성분의 농도를 측정하는 방법에 있어서,
    a)불활성지지대와 이 지지대위에 개별적으로 공간을 두고 떨어져 있는 다수개의 분석영역을 포함하고, 상기 각 분석영역은 상기 성분과 선택적으로 상호작용하는 시약 및 상기 성분과 시약사이에 상호작용으로 생기는 분석영역안의 변화에 대응하여 색으로 변화하는 색지시약이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 그리고, 상기 각 분석영역안에 시약의 양은 근접하는 분석영역들 안에 시양의 양으로 부터 소정의 방식으로 달라지는 고형물분석기구를 수용성 기계가공유 혼합물에 접촉하는 단계 및
    b)상기와 같이 수용성 기계가공유 혼합물을 접촉한 다음 고형물분석기구를 성분농도 색 검량척도에 비교하는 단계를 포함하는 수용성 기계가공유 혼합물의 분석방법.
  11. 제 10항에 있어서, 시약과 성분사이에 상기 상호작용은 분석영역내 pH를 변경하고 그리고, 색지시약은 pH 색지시약인 분석방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 시약은 pH의 상대적인 큰 변화가 시약과 성분의 비에 있어 상대적인 작은 변화에 의해 가져오도록 선택되고, 그리고, pH 색지시약은 색변화에 대한 pH의 대역이 상대적으로 좁아지도록 선택되는 분석방법.
  13. 제 10항에 있어서, 성분농도 색 검량척도는 상기 시약, 상기 색지시약과 상기 성분에 의해 특정되는 분석방법.
  14. 제 10항에 있어서, 수용성 기계가공유에 접촉한 다음 상기 성분농도는, 분석영역내의 전부가 아니라 적어도 하나의 색변화인 분석방법.
  15. 제 10항에 있어서, 수용성 기계가공유 혼합물에 접촉한 다음 고형물분석기구를 성분농도 색 검량척도에 비교하는 상기 단계는 상기 고형물분석기구를 성분농도 색 검량척도에 시각에 의해 비교하는 단계인 분석방법.
  16. 수용성 기계가공유의 총 알칼리성을 측정하는 방법에 있어서,
    a)불활성지지대와 이 지지대위에 개별적으로 공간을 두고 떨어져 있는 다수개의 분석영역을 포함하고, 상기 각 분석영역은 상기 수용성 기계가공유의 알칼리성분과 선택적으로 상호작용하는 산시약 및 상기 수용성 기계가공유의 알칼리성분과 산시약사이에 상호작용으로 생기는 분석영역안의 변화에 대응하여 색으로 변화하는 산염기지시약이 주입된 불활성 매트리스를 포함하고 그리고, 상기 각 분석영역안에 산시약의 양은 근접하는 분석영역들 안에 산시약의 양으로 부터 소정의 방식으로 달라지는 고형물분석기구를 수용성 기계가공유 혼합물에 접촉하는 단계 및
    b)상기와 같이 수용성 기계가공유를 접촉한 다음 고형물분석기구를 총 알칼리성 색 검량척도에 비교하는 단계를 포함하는 수용성 기계가공유 혼합물의 분석방법.
  17. 제 16항에 있어서, 사이 산시약은 pH의 상대적인 큰 변화가 산시약과 수용성 기계가공유의 알칼리성분의 비에 있어 상대적인 작은 변화에 의해 가져오도록 선택되고, 그리고, 산염기 색지시약은 색이 상대적으로 pH의 협소대역에 걸쳐 변화하도록 선택되는 분석방법.
  18. 제 16항에 있어서, 총 알칼리성 색 검량척도는 상기 산시약, 상기 산염기 색지시약과 수용성 기계가공유 혼합물의 총 알칼리성으로 특정되는 분석방법.
  19. 제 16항에 있어서, 접촉한 다음 수용성 기계가공유 혼합물의 총 알칼리성은, 분석영역내의 전부가 아니라 적어도 하나의 분석영역안에 색변화로 나타나는 분석방법.
  20. 제 16항에 있어서, 수용성 기계가공유 혼합물에 접촉한 다음 고형물분석기구를 총 알칼리성 성분농도 색 검량척도에 비교하는 상기 단계는 상기 고형물분석기구를 총 알칼리성 성분농도 색 검량척도에 시각에 의해 비교하는 단계인 분석방법.
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