KR100631487B1 - 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한흡착트랩이 구비된 시료포집장치 - Google Patents

악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한흡착트랩이 구비된 시료포집장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치에 관한 것으로, 시료의 이물질에 대한 반응도를 낮추기 위해 저온 흡/탈착이 이루어지도록 하고, 금속성분이나 불순물에 대한 반응도를 낮추기 위한 처리를 행하며, 탄화수소에 의해 시료포집장치의 수명 저하를 방지할 수 있도록 별도의 가드흡착트랩을 전단에 구비함으로써 시료의 분석 농도를 향상시키고, 정확한 시료의 탈착이 이루어지도록 함으로써 대기중의 극 저농도의 악취물질에 대한 시료 분석도를 향상시키도록 한 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 각종 유해가스를 샘플링하기 위한 시료분석장치의 전단에 구비되어, 상기 시료포집부로부터 시료분석장치로 유입되는 시료를 흡착을 통해 농축시켜 미세 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 분석율을 향상시키고, 부가 반응을 억제하여 정확한 시료의 수득할 수 있도록 상기 스위칭밸브에 그 일단이 결합되고, 그 타단은 시료분석장치에 결합된 흡착관과; 상기 흡착관이 그 내부를 관통하게 장착되어 흡착관에 일정온도의 열을 발열시켜 내부에 흡착된 시료를 상기 시료분석장치로 탈착시키는 열탈착수단으로 이루어진 흡착트랩이 상기 시료포집장치에 포함된 것을 특징으로 한다.
본 발명을 적용하면, 시료의 샘플링시 분석도를 향상시키기 위해, 분석장치 전단에 흡착트랩을 더 구성함으로써 시료의 농축도 향상을 통한 흡착도를 증가시키 고, 그 탈착효과를 배가시키고, 각종 부가반응을 억제시켜 미세한 악취물질 및 휘발성 유기화합물질을 원상태로 보존하면서, 효과적으로 농축하여 정확한 분석이 이루어질 수 있게 한 잇점이 있다.

Description

악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치{SAMPLE GAS TRAP APPARATUS WITH A ADSORBENT TRAP FOR A ODOR AND VOC}
도 1은 종래의 실시예에 따른 악취가스 및 휘발성 유기화합물 분석을 위한 수분 전처리 수단이 구비된 시료 포집장치의 외형을 도시한 사시도,
도 2는 종래의 실시예에 따른 악취가스 및 휘발성 유기화합물 분석을 위한 수분 전처리 수단이 구비된 시료 포집장치의 구성을 도시한 모식도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치의 외형을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치의 구성을 도시한 모식도,
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩의 일례를 도시한 측단면도,
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩의 다른 예를 도시한 측단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
200:흡착트랩, 202:펠티어트랩,
204:흡착관, 206:가드흡착트랩,
208:실리카겔, 210:글라스울,
212:카보팩-C, 214:글라스비드.
본 발명은 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 시료의 이물질에 대한 반응도를 낮추기 위해 저온 흡/탈착이 이루어지도록 하고, 금속성분이나 불순물에 대한 반응도를 낮추기 위한 처리를 행하며, 탄화수소에 의해 시료포집장치의 수명 저하를 방지할 수 있도록 별도의 가드흡착트랩을 전단에 구비함으로써 시료의 분석 농도를 향상시키고, 정확한 시료의 탈착이 이루어지도록 함으로써 대기중의 극 저농도의 악취물질에 대한 시료 분석도를 향상시키도록 한 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 현재 휘발성유기화합물(VOC) 또는 악취물질 등을 포집하여 분석하기 위해서는 자동 분석기를 사용하는 바, 이러한 자동 분석기를 이용한 시료 분석으로는 대기중에 미세한 양으로 분포하는 휘발성유기화합물(VOC) 또는 악취물질을 정확하게 측정할 수 없었다.
따라서, 이러한 자동 분석기는 시료를 농축시키기 위한 시료농축수단이 필요하게 되었다. 하지만, 이러한 시료 포집단계에서 특히, 휘발성유기화합물(VOC) 또는 악취물질 등의 시료채취 및 분석단계에서 이러한 휘발성유기화합물(VOC) 또는 악취물질 등에 포함된 수분은 시료 분석에 커다란 오차를 제공하게 된다.
특히 수분(H2O)은 극성이 매우 큰 물질이어서 H2S 또는 (CH3)2CCl2 와 같은 극성이 큰 악취 또는 VOC 물질의 분석에 커다란 장애를 주게 된다. 따라서 시료채취 또는 분석 전에 수분을 처리하여 주는 것은 매우 중요한 일이다.
기존에는 이러한 수분을 제거하여 주기 위하여 U자관을 액체질소와 같은 냉매에 담가 놓거나 Nafion Dryer와 같은 재료를 쓰기도 하였다. 그러나 이러한 장치들을 사용하였을 경우에는 U자관이 막히거나 수분제거의 효율 및 분석성분물질의 회수율이 떨어지는 등 많은 문제점이 노출되었다.
따라서, 최근에는 U자관의 막힘 현상을 방지하기 위해 관의 형태를 직선형태로 하고 일정온도(-30℃)에서 공기의 일정 선속도에서 직선관(Tube)의 내부 직경크기를 일정하게 유지시켜줌으로써 얼음 성에의 성장속도가 일정속도가 되도록 하였다.
그러나, 이러한 직선관을 이용하는 경우에도 U자관을 이용했을 때와 동일한 액체질소 등의 냉각방식을 통해 이루어진 수분응결을 통해서 수분을 제거하게 되므로 온도제어가 효율적으로 이루어지지 못한다는 문제점이 있었다. 따라서, 그 수분제거효과도 매우 미비한 수준에 그치게 되므로 정확한 시료의 분석이 이루어지지 못하였다.
따라서, 본 출원인은 "악취가스 및 휘발성 유기화합물 분석을 위한 수분 전처리 수단이 구비된 시료 포집장치"라는 명칭으로 이러한 종래기술을 해결하기 위 한 발명을 안출하여 특허출원한 바, 본 특허에 대해 도면을 참조하여 상세하게 기술한다.
종래의 발명인, 악취가스 및 휘발성 유기화합물 분석을 위한 수분 전처리 수단이 구비된 시료 포집장치(2)는 펠티어 트랩을 냉각관의 하부에 장착하여 정확한 온도제어가 가능하도록 함으로써 수분 제거와 시료포집이 용이하게 이루어지도록 함으로써 수분 제거효과가 극대화되도록 하여 안정된 시료를 신속하게 포집할 수 있게 한 장치이다.
이를 위해, 상기 시료 포집장치(2)는 크게 세가지 장비로 구성되어져 있다. 그중 한 장비는 토양, 수원, 대기 중에 존재하는 오염물질을 유입하여 그 오염물질에 포함된 수분을 제거하기 위한 전처리부(4)이며, 두 번째 장비는 상기 전처리부(4)의 후단에 구비되어 유로를 적정하게 스위칭하는 스위칭밸브(6)이고, 세 번째 장비는 상기 스위칭밸브(6)의 후단에 구비되어 상기 스위칭밸브(6)를 통해 유입되며 수분이 제거된 오염물질을 포집하기 위한 시료포집부(8)이다.
이때, 상기 전처리부(4)는 펠티어 소자가 그 내부에 내장된 펠티어 트랩(10)이 구성되고, 그 펠티어 트랩(10)의 상면에 장착되어 내부로 오염물질을 유통시키기 위한 글라스튜브(14)가 구비된 전처리장치(12)가 구비되어져 있다. 또한, 상기 글라스튜브(14)의 내부에는 그 전단 주입구(16)로부터 일정거리 이격된 위치에 면사층(18)이 구성되어져 있는 바, 그 면사층(18)은 1차적인 수분 제거를 위한 수단이다. 상기 전처리장치(12)의 내부에는 글라스 튜브(14)가 내장되어져 있으며, 그 하부에 구성된 펠티어 트랩(10)을 통해 -30℃의 저온챔버가 그 내부에 구성되게 된 다. 수분 제거를 위한 온도로는 -30℃ 정도면 충분하다.
상기 펠티어 트랩(10)은 펠티어 효과(Peltier effect)를 이용하여 특정 국소부위를 냉각하기 위한 장치로서, 두 개의 서로 다른 금속선의 양 끝을 접합한 다음 회로에 직류전기를 흘리면 한쪽 접합부에서 흡열, 다른 접합부에서는 발열이 일어나며, 전류의 방향을 반대로 하면 흡열과 발열이 반대로 일어나는 현상으로, 일종의 heat pumping 현상으로써 전자냉각의 원리이다. 따라서, 이러한 펠티어 트랩(10)은 특정 국소부위의 온도를 소망하는 온도로 정확하게 유지시킬 수 있다.
특히, 상기 펠티어 트랩(10)을 이용하여 수분을 응결시켜 제거하고, 그 제거된 수분을 순간 고온가열하여 제거하는 흡열 및 발열동작을 교번적으로 반복하게 된다.
또한, 상기 펠티어 트랩(10)의 후단에 구비되어 유로를 결정하는 스위칭밸브(6)는 Diaphragm valve(2-way 6-port), air actuator용 Solenoid valve로서, 본 발명은 2-way, 4-port(20a,20b,20c,20d)를 이용하여 유로를 결정한다.
제 1 포트(20a)는 상기 전처리부(4)의 글라스튜브(14)에 결합되어져 있으며, 제 2 포트(20b)는 상기 시료포집부(8)의 글라스튜브(26)에 결합되어져 있고, 제 3 포트(20c)는 에어펌프(50)와 결합되어져 있고, 제 4포트(20d)는 시료분석장치(40)와 결합되어져 있다.
한편, 상기 스위칭밸브(6)의 후단에 구비된 시료포집부(8)는 상기 전처리부(4)에서 수분이 제거된 시료를 포집하기 위한 수단으로, 하부에는 펠티어 트랩(22)이 구성되어져 있으며, 그 펠티어 트랩(22)의 상면에는 시료를 포집하기 위한 샘플 트랩(24)이 구비되어져 있다. 이때, 상기 펠티어 트랩(22)은 열탈착을 위한 구성이다.
또한, 상기 샘플 트랩(24)의 내부에는 글라스 튜브(26)가 내장되어져 있으며, 그 배출단(28)에는 에어펌프(60)가 결합되어져 있다. 또한, 상기 글라스 튜브(26)의 내부에는 활성탄 등의 시료포집용 흡착제층(30)이 마련되어져 있다.
하지만, 상기한 악취가스 및 휘발성 유기화합물 분석을 위한 수분 전처리 수단이 구비된 시료 포집장치(2)는 수분 제거에 있어서는 상당한 효율을 나타내기는 하나, 오염물질을 포집하기 위한 시료포집부(8)에 흡착된 시료를 열탈착하여 분석장치(40)로 보내게 되면 그 시료의 농도가 너무 낮기 때문에 정확한 시료분석이 어렵다는 문제점이 있었다. 특히, 대기중에 극히 미세한 농도로 분포하는 악취가스의 경우에는 일반적인 활성탄 등이 내장된 흡착트랩을 통한 농축방법으로 실행되는 시료분석장치로는 그 시료의 분석이 거의 불가능하다는 문제점이 있었다.
또한, 대기중에 포함된 특정한 시료 예컨대, 황화수소 등은 시료의 흡착후 탈착과정중에 탈착온도가 너무 높게 설정된 경우라면, 매트릭스 효과에 의해 시료가 분해될 가능성이 매우 높다는 문제점이 있었다. 또한, 흡착트랩에 포함된 금속성분이나 기타 불순물들이 촉매역할을 하여 흡착된 시료가 분해될 우려도 높으며, 탄화수소류 등은 특정 흡착제에 응착된 후에 탈착이 용이하지 않으므로 흡착제의 수명을 단축시키게 된다는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 시료의 이 물질에 대한 반응도를 낮추기 위해 저온 흡/탈착이 이루어지도록 하고, 금속성분이나 불순물에 대한 반응도를 낮추기 위한 처리를 행하며, 탄화수소에 의해 시료포집장치의 수명 저하를 방지할 수 있도록 별도의 가드흡착트랩을 전단에 구비함으로써 시료의 분석 농도를 향상시키고, 정확한 시료의 탈착이 이루어지도록 함으로써 대기중의 극 저농도의 악취물질에 대한 시료 분석도를 향상시키도록 한 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 각종 유해가스를 샘플링하기 위한 시료분석장치의 전단에 구비되어, 상기 시료포집부로부터 시료분석장치로 유입되는 시료를 흡착을 통해 농축시켜 미세 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 분석율을 향상시키고, 부가 반응을 억제하여 정확한 시료의 수득할 수 있도록 상기 스위칭밸브에 그 일단이 결합되고, 그 타단은 시료분석장치에 결합된 흡착관과; 상기 흡착관이 그 내부를 관통하게 장착되어 흡착관에 일정온도의 열을 발열시켜 내부에 흡착된 시료를 상기 시료분석장치로 탈착시키는 열탈착수단으로 이루어진 흡착트랩이 상기 시료포집장치에 포함된 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 열탈착수단은 100℃이하의 저온 열탈착을 수행하는 펠티어 트랩인 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착 트랩이 구비된 시료포집장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 흡착관의 내부에는 시료를 포집하는 흡착제층과; 그 흡착제층의 전단에 위치되어 흡착제층으로 유입되는 고분자 탄화수소를 제거하기 위한 가드흡착트랩으로 이루어진 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 흡착제층은 메쉬 사이즈 35 내지 60인 실리카겔로 구성된 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 가드흡착트랩은 실리카겔과 카보팩-C를 7:1의 비율로 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 가드흡착트랩은 실리카겔과 카보팩-C, 글라스비드가 7:1:3의 비율로 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 가드흡착트랩과 흡착관의 갭에는 글라스울이 덮혀지게 구성되어 가드흡착트랩과 흡착관의 갭을 통해 탄화수소가 유출되는 것을 차단하게 된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 실라카겔은 일정시간 산(Acid)에 침지처리되어 시료가 실리카겔에 포함된 금속성분이나 불순물과 반응하는 것을 방지하도록 처리된 것을 특 징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치가 제공된다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치의 외형을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치의 구성을 도시한 모식도이다.
이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치(102)는 시료의 이물질에 대한 반응도를 낮추기 위해 저온 흡/탈착이 이루어지도록 하고, 금속성분이나 불순물에 대한 반응도를 낮추기 위한 처리를 행하며, 탄화수소에 의해 시료포집장치의 수명 저하를 방지할 수 있도록 별도의 가드흡착트랩을 전단에 구비함으로써 시료의 분석 농도를 향상시키고, 정확한 시료의 탈착이 이루어지도록 함으로써 대기중의 극 저농도의 악취물질에 대한 시료 분석도를 향상시키도록 한 장치이다.
이에, 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치(102)는 본 출원인이 "악취가스 및 휘발성 유기화합물 분석을 위한 수분 전처리 수단이 구비된 시료 포집장치"라는 명칭으로 기출원한 발명과 비교하여 일부 동일한 구성을 갖지만, 동일한 구성이라 할지라도 재차 설명하고 본 발명의 흡착트랩이 구비된 시료포집장치(102)에 대해 상세하게 기술하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치(102)는 크게 네가지 장비로 구성되어져 있다. 그중 한 장비는 토양, 수원, 대기 중에 존재하는 오염물질을 유입하여 그 오염물질에 포함된 수분을 제거하기 위한 전처리부(4)이며, 두 번째 장비는 상기 전처리부(4)의 후단에 구비되어 유로를 적정하게 스위칭하는 스위칭밸브(6)이고, 세 번째 장비는 상기 스위칭밸브(6)의 후단에 구비되어 상기 스위칭밸브(6)를 통해 유입되며 수분이 제거된 오염물질을 포집하기 위한 시료포집부(8)이며, 네 번째 장비는 상기 스위칭밸브(6)를 통해 상기 시료포집부(8)로부터 열탈착되어 이송된 시료를 재차 흡착 및 탈착하여 농축함으로써 미세 농도의 악취물질 및 휘발성 유기화합물질을 농축시키기 위한 흡착트랩(200)이다.
이때, 상기 전처리부(4)는 펠티어 소자가 그 내부에 내장된 펠티어 트랩(10)이 구성되고, 그 펠티어 트랩(10)의 상면에 장착되어 내부로 오염물질을 유통시키기 위한 글라스튜브(14)가 구비된 전처리장치(12)가 구비되어져 있다. 또한, 상기 글라스튜브(14)의 내부에는 그 전단 주입구(16)로부터 일정거리 이격된 위치에 면사층(18)이 구성되어져 있는 바, 그 면사층(18)은 1차적인 수분 제거를 위한 수단이다. 상기 전처리장치(12)의 내부에는 글라스 튜브(14)가 내장되어져 있으며, 그 하부에 구성된 펠티어 트랩(10)을 통해 -30℃의 저온챔버가 그 내부에 구성되게 된다. 수분 제거를 위한 온도로는 -30℃ 정도면 충분하다.
상기 펠티어 트랩(10)은 펠티어 효과(Peltier effect)를 이용하여 특정 국소부위를 냉각하기 위한 장치로서, 두 개의 서로 다른 금속선의 양끝을 접합한 다음 회로에 직류전기를 흘리면 한쪽 접합부에서 흡열, 다른 접합부에서는 발열이 일어나며, 전류의 방향을 반대로 하면 흡열과 발열이 반대로 일어나는 현상으로, 일종의 heat pumping 현상으로써 전자냉각의 원리이다. 따라서, 이러한 펠티어 트랩(10)은 특정 국소부위의 온도를 소망하는 온도로 정확하게 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치(102)의 전처리부(4), 시료포집부(8) 및 보조흡착부(200)에 상기 펠티어 트랩(10)이 장착되어 수분전처리 및 시료 열탈착을 위한 흡열 및 발열기능을 수행하게 된다.
특히, 본 발명에서는 상기 펠티어 트랩(10)을 이용하여 수분을 응결시켜 제거하고, 그 제거된 수분을 순간 고온가열하여 제거하는 흡열 및 발열동작을 교번적으로 반복하게 된다.
또한, 상기 펠티어 트랩(10)의 후단에 구비되어 유로를 결정하는 스위칭밸브(6)는 Diaphragm valve(2-way 6-port), air actuator용 Solenoid valve로서, 본 발명은 2-way, 4-port(20a,20b,20c,20d)를 이용하여 유로를 결정한다.
제 1 포트(20a)는 상기 전처리부(4)의 글라스튜브(14)에 결합되어져 있으며, 제 2 포트(20b)는 상기 시료포집부(8)의 글라스튜브(26)에 결합되어져 있고, 제 3 포트(20c)는 에어펌프(50)와 결합되어져 있고, 제 4포트(20d)는 시료분석장치(40)와 흡착트랩(200)을 매개하여 결합되어져 있다.
한편, 상기 스위칭밸브(6)의 후단에 구비된 시료포집부(8)는 상기 전처리부(4)에서 수분이 제거된 시료를 포집하기 위한 수단으로, 하부에는 펠티어 트랩(22) 이 구성되어져 있으며, 그 펠티어 트랩(22)의 상면에는 시료를 포집하기 위한 샘플 트랩(24)이 구비되어져 있다. 이때, 상기 펠티어 트랩(22)은 열탈착을 위한 구성이다.
또한, 상기 샘플 트랩(24)의 내부에는 글라스 튜브(26)가 내장되어져 있으며, 그 배출단(28)에는 에어펌프(60)가 결합되어져 있다. 또한, 상기 글라스 튜브(26)의 내부에는 활성탄 등의 시료포집용 흡착제층(30)이 마련되어져 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치(102)는 상기 스위칭밸브(6)의 제 4포트(20d)가 직접 상기 시료분석장치(40)와 결합되는 경우, 먼저 설명한 다양한 문제점들에 의해 대기중에 포함된 미세 악취물질 및 휘발성 유기화합물질을 효과적으로 분석할 수 없게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치(102)는 상기 스위칭밸브(6)의 제 4포트(20d)와 상기 시료분석장치(40)의 사이에 흡착트랩(200)이 장착되는 바, 그 흡착트랩(200)은 상기 시료분석장치(40)의 전단에 장착되어 상기 시료포집부(8)로부터 포집/탈착되어 상기 스위칭밸브(6)를 통해 제공된 시료를 2차적으로 흡착함으로써 농축하여 재차 열탈착을 통해 상기 시료분석장치(40)로 제공하는 장치로서, 미세 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축도를 효과적으로 증가시키게 된다.
이때, 상기 흡착트랩(200)은 글라스 튜브 등으로 이루어진 흡착관(204)이 구비되고, 그 흡착관(204)의 일단은 상기 스위칭밸브(6)의 제 4포트(20d)에 결합되어 져 있으며, 그 타단은 상기 시료분석장치(40)와 결합되어져 있다.
또한, 상기 흡착관(204)의 내부에는 흡착층이 형성되는 바, 본 발명에서는 그 흡착층을 구성하는 물질로 실리카겔(Silica-gel; 208)이 사용된다. 이때, Mesh size가 큰 물질의 경우, 흡착은 용이하지만 탈착이 쉽게 이루어지지 못하고, 반면에 Mesh size가 작은 물질은 흡착과 탈착이 용이하므로 실리카겔 자체의 성질을 변화시키지 않으면서 탈착이 용이하게 이루어지도록 하기 위해서는 저온에서의 흡착과 탈착이 이루어져야만 한다.
따라서, 본 발명에서 제공하는 상기 실리카겔(208)은 이러한 조건을 만족시킬 수 있도록 Mesh size가 35 내지 60인 실리카겔을 이용함으로써 흡착 및 탈착이 용이하게 이루어지도록 한다.
또한, 상기한 바와 같이 상기 실리카겔(208)의 흡착 및 탈착조건은 저온탈착시 용이한 탈착성을 나타내므로, 입경이 큰 실리카겔을 사용하면서도 탈착온도가 100℃이하에서 이루어지도록 함이 바람직하다.
한편, 상기 실리카겔(208)의 제조시에는 일반적으로 금속성분 및 기타 불순물 등이 포함되게 된다. 하지만, 이러한 물질들은 시료성분을 분해하는 촉매 역할을 수행하게 되므로, 본 발명에서 제공하는 상기 실리카겔(208)은 일정시간 산(Acid)에 침지하는 전처리를 행하여 제조함으로써 금속성분 및 기타 불순물을 제거함으로써 상기 흡착트랩(200)의 흡착관(204)에 포집된 시료가 실리카겔(208) 내에서 분해되는 것을 방지하도록 하였다.
또한, 상기 흡착관(204)은 시료분석장치(40)의 전단에서 시료를 흡착함으로 써 농축시키고 이를 열탈착시키기 위해 펠티어트랩(202)의 내부를 통과하도록 장착하는 바, 이때 본 발명의 흡착관(204)에 흡착된 시료의 탈착을 위해 반드시 펠티어트랩(202)을 사용해야만 하는 것은 아니며, 종래의 다양한 열탈착수단을 적용하여도 전혀 무관하다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩의 일례를 도시한 측단면도이며, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩의 다른 예를 도시한 측단면도이다.
이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩(200)의 경우, 상기 실리카겔(208)이 주재료로 이루어진 흡착제층을 가지는 바, 이때 대기중에 존재하는 다종의 고분자 탄화수소(Hydrocarbon)가 직접 상기 실리카겔(208)로 유입될 경우에는 실리카겔(208)의 세공에 흡착되게 된다.
그 과정중에 상기 실리카겔(208)의 세공에 흡착된 고분자의 탄화수소는 쉽게 탈착되지 않고 누적되어 결국, 상기한 흡착트랩(200)의 수명을 급격하게 저하시키게 된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩(200)의 경우에는 상기 흡착관(204)의 유로중에 상기 실리카겔(208)로 이루어진 흡착층의 전단에 가드흡착트랩(Guard Adsorbent Trap: 206)을 형성한다.
상기 가드흡착트랩(206)은 황화합물 예컨대, 황화수소 등의 화합물은 흡착하지 않고 통과시키면서 분자량이 큰 탄화수소만 선택적으로 흡착하도록 함으로써 그 후단에 구비된 실리카겔(208)은 미세 악취물질 및 휘발성 유기화합물질을 효과적으로 농축할 수 있도록 하는 트랩이며, 종국에는 상기 실리카겔(208)의 수명을 연장시켜 전체 장치의 내구성을 향상시키게 된다.
이러한 가드흡착트랩(206)은 실리카겔과 카보팩-C(Carbopack-C; 212)의 혼합으로 이루어지는 바, 실리카겔(208)과 카보팩 C(212)를 7:1의 비율로 혼합하여 가드흡착트랩(206)을 형성한다.
또한, 이러한 실리카겔(208)과 카보팩 C(212)의 혼합물은 상기 흡착관(204)의 내부에 구비된 글라스 울(Glass wool; 210)로 덥혀져 있도록 하여, 상기 실리카겔(208)과 카보팩 C(212)의 혼합물과 흡착관(204)의 갭을 통해 고분자의 탄화수소가 빠져나가는 것을 방지토록 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 실리카겔(208)과 카보팩 C(212)의 혼합물에 일정비율의 글라스비드(214)가 함께 혼합되는 경우 바람직하게, 실리카겔(208)과 카보팩 C(212), 글라스비드(214)가 7:1:3의 비율로 혼합하여 가드흡착트랩(206)을 형성한다.
그러면, 상기 글라스 비드(214)의 외표면에 탄화수소가 흡착되게 되므로 시료의 흡착 및 탈착 효과가 더욱 높아지게 된다.
도 5b는 도 5a와 동일한 혼합비를 갖는 구성으로 이루어져 있는 흡착관(204)의 구조를 도시한 것이나, 그 혼합물의 배치에 있어서 다른 예를 도시한 것이다. 즉, 카보팩-c(212)를 글라스비드(214)의 후단에 정렬하여 배치할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩(200)이 구비된 시료포집장치(102)는 대기중의 샘플링시 75㎖/min으로 20분간 샘플링을 실행하여 총 부피가 1.5ℓ가 되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩(200)이 구비된 시료포집장치(102)는 트랩의 회수율을 증가시키기 위해 반드시 시료 샘플링전에 장치의 컨디셔닝(Conditioning) 과정이 필요하다. 흡착관(204)은 흡착제의 가열온도인 220℃∼230℃에서 비활성 기체(에컨대, N2 또는 He)가 흐르는 상태에서 3시간 내지 5시간동안 Conditioning을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치(102)는 단지 본 발명의 주요 구성인 흡착트랩(200)에 대한 이해를 돕기 위해, 상기 전처리부(4), 스위칭밸브(6), 시료포집부(8)의 구성을 일례로서 제시한 것에 불과하며, 본 발명은 직접 상기 시료분석장치(40)의 전단에 독립적으로 장착되어 사용하는 것도 가능하며, 이러한 구성만으로도 본 발명의 권리에 포함됨을 미리 밝힌다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치는 시료의 샘플링시 분석도를 향상시키기 위해, 분석장치 전단에 흡착트랩을 더 구성함으로써 시료의 농축도 향상을 통한 흡착도를 증가시키고, 그 탈착효과를 배가시키고, 각종 부가반응을 억제시켜 미세한 악취물질 및 휘발성 유기화합물질을 원상태로 보존하면서, 효과적으로 농축하여 정확한 분석이 이루어질 수 있게 한 잇점이 있다. 또한, 본 발명은 저렴한 흡착트랩을 구성할 수 있으므로 경제적으로 매우 유리하다는 장점도 있다.

Claims (8)

  1. 각종 유해가스를 샘플링하기 위한 시료분석장치의 전단에 구비되어, 상기 시료포집부로부터 시료분석장치로 유입되는 시료를 흡착을 통해 농축시켜 미세 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 분석율을 향상시키고, 부가 반응을 억제하여 정확한 시료의 수득할 수 있도록 상기 스위칭밸브에 그 일단이 결합되고, 그 타단은 시료분석장치에 결합된 흡착관과;
    상기 흡착관이 그 내부를 관통하게 장착되어 흡착관에 일정온도의 열을 발열시켜 내부에 흡착된 시료를 상기 시료분석장치로 탈착시키는 열탈착수단으로 이루어진 흡착트랩이 상기 시료포집장치에 포함된 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열탈착수단은 100℃이하의 저온 열탈착을 수행하는 펠티어 트랩인 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착관의 내부에는 시료를 포집하는 흡착제층과; 그 흡착제층의 전단에 위치되어 흡착제층으로 유입되는 고분자 탄화수소를 제거하기 위한 가드흡착트랩으로 이루어진 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 흡착제층은 메쉬 사이즈 35 내지 60인 실리카겔로 구성된 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 가드흡착트랩은 실리카겔과 카보팩-C를 7:1의 비율로 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 가드흡착트랩은 실리카겔과 카보팩-C, 글라스비드가 7:1:3의 비율로 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 가드흡착트랩과 흡착관의 갭에는 글라스울이 덮혀지게 구성되어 가드흡착트랩과 흡착관의 갭을 통해 탄화수소가 유출되는 것을 차단하게 된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 실라카겔은 일정시간 산(Acid)에 침지처리되어 시료가 실리카겔에 포함된 금속성분이나 불순물과 반응하는 것을 방지하도록 처리된 것 을 특징으로 하는 악취물질 및 휘발성 유기화합물질의 농축을 위한 흡착트랩이 구비된 시료포집장치.
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