KR100654950B1 - 다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치 - Google Patents

다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피분석 다수 시료들의 흡탈착과정을 자동으로 수행하기 위한 장치에 관한 것이며, 종래 흡착튜브 및 흡인펌프에 의하여 각각의 튜브를 준비하고, 탈착하는 과정에서 발생할 수 있었던 고 오염도 및 저 정밀도의 문제점을 해결하여, 분석효율을 증진시키는 다중채널 휘발성 유기화합물 시스템을 제공하는 것이다.
휘발성 유기화합물, VOC, 흡탈착, 다중채널

Description

다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치{An automated absorbing-desorbing apparatus for VOCs with multichannels}
도 1은 본 발명에 따른 다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치 블럭구성도이며,
도 2는 휘발성 유기화합물 시료를 제1 흡탈착트랩에 흡착하기 위한 유로 설명도이며,
도 3은 제1 흡탈착트랩 흡착 후, ST 밸브 유로변경에 따라 제2 흡탈착트랩으로의 흡착과정을 설명한 구성도이다.
도 4는 제1 흡탈착트랩에 포집된 휘발성 유기화합물 시료를 GC로 이송하기 위한 탈착동작을 설명한 구성도이며,
도 5는 제1 흡탈착트랩 탈착이 종료된 후, 연속하여 ST 밸브 유로변경에 따라 제2 흡탈착트랩의 탈착과정을 도시한 개략도이다.
본 발명은 휘발성 유기화합물(VOC) 분석을 위한 자동 흡탈착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 유로변경수단 및 다수의 흡탈착트랩을 이용하여 피분석 시료가스를 자동 포집하며, 순차적으로 열탈착하여 흡착된 피분석 시료가스를 분석장비로 자동 이송하여, 분석효율을 최적화할 수 있는 다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치에 관한 것이다.
현재 휘발성 유기화합물을 분석하는 데에는 통상 가스 크로마토그래피(Gas Chromatography, 이하, 'GC'로 약칭함)를 사용하는 바, 분석하고자 하는 휘발성 유기화합물 시료를 포집하여 그 포집된 시료를 GC에 일정량 만큼 주입함에 있어서는, 시료가 휘발성이 강하기 때문에 불활성족의 액체질소나 액체 아르곤을 사용하여 그 시료를 액화농축시킨 다음 주입하는 액화농축 시료주입법과, 기체시료를 액화농축시키지 않고 고체 흡착관에 포집한 뒤 그 흡착관에 열을 가하면서 GC에 직접주입하는 소위 열탈착방법이 사용되고 있다. 그러나, 상기 액화농축 시료주입법은 고가의 액화농축장비가 필요하므로 비경제적이라는 단점이 있어, VOC 분석에 있어서 열탈착방법이 상용된다. 피분석체인 VOC 시료는 흡인펌프에 의하여 흡착튜브에 흡착되며, 일단 포집된 VOC 시료는 고온으로 가열되면서 탈착되어 GC 등의 분석장치로 이동된다. 그러나, 피분석체가 복수 시료인 경우 각각 흡착튜브에 시료들을 샘플링하는 것은 비효율적이며 분석정밀도가 저하되어 이를 개선하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 제안된 것이며, 따라서 본 발명의 목적은 다수 휘발성 유기화합물 시료를 대상으로 흡착 및 탈착을 자동 수행할 수 있는 다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다수 휘발성 유기화합물 시료를 자동으로 샘플링함과 동시에 분석장치에 공급함으로써 저 오염도 및 고 정밀도를 달성할 수 있는 다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치를 개시하는 것이다.
상기 목적은,
피분석 시료가 공급되며, 분석측정수단 및 제2 유로제어수단과 유로 형성된 제1 유로제어수단 ;
제1유로제어수단과 유로형성되며, 흡탈착트랩장착부에 수용된 다수의 흡탈착트랩들 및 제3 유로제어수단과 유로 형성된 제2유로제어수단 ;
과잉 입수 VOC 시료가 벤트되며, 캐리어가스공급부 및 제2유로제어수단과 유로 형성된 제3유로제어수단 ; 및
상기 제1, 제2 및 제3 유로제어수단에 전기적 신호를 통하여 유로를 제어하는 제어부를 포함하는 다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치에 의하여 달성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 자동 흡탈착 장치 블럭구성도를 도시한 것이며, 이에 의거하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하고자 한다.
제1유로제어수단은 휘발성 유기화합물 시료 공급라인, 이후 설명되는 제2유로제어수단과의 연결라인, 및 분석측정수단으로의 연결라인과의 유로를 변경시키는 수단이며, 예시적으로 솔레노이드 밸브를 참조할 수 있다. 제1유로제어수단에 의하여 VOC 시료 공급과정(흡착과정)에서, 유로는 휘발성 유기화합물 시료 공급라인 및 이후 설명되는 제2유로제어수단과의 제1연결라인으로 연통되도록 절환되며, VOC 시료 분석과정(탈착과정)에서, 유로는 이후 설명되는 제2유로제어수단과의 제1연결라인 및 분석측정수단으로의 연결라인으로 탈착시료가 이송되도록 제어될 수 있다.
제2유로제어수단은 제1유로제어수단과의 제1연결라인, 흡탈착트랩과의 트랩라인, 및 이후 설명되는 제3유로제어수단과의 제2연결라인과의 유로를 변경시키는 수단이며, 예시적으로 제어밸브를 언급할 수 있다. 제어밸브는 흡탈착트랩의 수에 따라 선택적으로 4 포지션 ST 밸브(4개의 트랩을 사용할 경우), 10 또는 12 ST 밸브를 적용할 수 있다. 주지하는 바와 같이, 1개의 트랩에는 2 트랩라인이 요구되므로, 4 포지션 ST 밸브에는 4개의 트립과 연결되는 8 트랩라인이 설정된다. 바람직하게는 흡탈착트랩은 흡탈착트랩장착부에 일렬 고정 배치되며, 상기 흡탈착트랩과 이격되어 에어액추에이터에 의해 작동되는 이동자재한 탈착용 가열수단이 구비된다. 탈착과정에서 상기 가열수단은 이후 설명되는 제어부에 의해 제어되어 각각의 흡탈착트랩 일측으로 이동되어 열탈착트랩 내부 시료 탈착을 촉진할 수 있다. 흡탈 착트랩은 분석하고자 하는 시료에 의거하여 주지 흡착제가 내장될 수 있음은 물론이다. 상기 제2유로제어수단에 의하여, VOC 시료 흡착과정에서, 유로는 시료공급부로부터 제1유로제어수단을 매개하여 트랩라인을 따라 흡탈착트랩 및 이후 설명되는 제3유로제어수단을 매개하여 외부 벤트되도록 절환되며, VOC 시료 분석과정(탈착과정)에서, 유로는 이후 설명되는 제3유로제어수단과의 제2연결라인 및 트랩라인을 따라 흡탈착트랩 및 제1유로제어수단을 매개하여 분석수단으로 캐리어가스 및 탈착시료가 이송되도록 제어될 수 있다.
제3유로제어수단은 캐리어가스 공급라인, 제2유로제어수단과의 제2연결라인, 및 외부벤트라인과의 유로를 변경시키는 수단이며, 예시적으로 제1유로제어수단과 유사한 솔레노이드 밸브를 적용할 수 있다. 제3유로제어수단에 의하여 VOC 시료 흡착과정에서, 유로는 흡탈착트랩 내부 잉여 시료를 제2유로제어수단을 매개하여 외부벤트라인과 연통되도록 절환되며, VOC 시료 분석과정(탈착과정)에서, 유로는 캐리어가스공급라인 및 제2유로제어수단과의 제2연결라인으로 캐리어가스가 이송되도록 제어될 수 있다.
상기 각 유로제어수단의 밸브 제어는 마이크로프로세서가 내장된 제어부를 통하여 달성되며, 상기 시퀀스를 제어하기 위한 구성은 공지된 기술이다.
도 2는 본 발명에 의한 일 실시예를 도시한 것이다. 도 2에서 설명되는 실시예는 편의상 4 포지션 ST 밸브를 중심으로 예시되나, 이에 국한되는 것은 아니며 흡탈착트랩의 수에 따라 ST 밸브는 변경되며, 예를들면 12개의 트랩을 장착하는 흡 탈착장치에 있어서는 12 포지션 ST 밸브가 적용될 것이다.
4 포지션 ST 밸브(200)는 시료공급측 3-way 솔레노이드 밸브(100) 및 캐리어가스공급측 3-way 솔레노이드 밸브(300)와 가스이송이 가능한 연결라인과 연통된다. ST 밸브(200)와 시료공급측 밸브(100)간 연통 연결라인은 제1연결라인(107)으로 정의되고, ST 밸브(200)와 캐리어가스공급측 밸브(300)간 연결라인은 제2연결라인(307)으로 정의되며, 이들 ST 밸브, 솔레노이드 밸브 및 연결라인은 당업계에서 공지된 부품으로 시중에서 용이하게 입수될 수 있다. 특히 ST 밸브는 제어부 전기적 신호에 의한 회전수단(도시되지 아니함)에 의하여 상단이 회전되면서 유로를 변경할 수 있는 장치이며 ST 밸브 구성, 기능, 작동 및 시퀀스 제어는 공지사항이다.
4 포지션 ST 밸브에는 각각 트랩와 유통될 수 있는 각각 입출포트들이 형성되며, 이때 각각의 입출포트들로부터 흡탈착트랩들(201~204)간 연결라인들은 트랩라인이라고 정의된다. 예를들면 트랩라인(207,208)을 통하여 ST 밸브(200) 및 흡탈착트랩(201)간 시료가스 또는 캐리어가스가 이송될 수 있다.
한편, 흡탈착트랩(201~204)은 흡탈착트랩장착부에 고정 배치되며,바람직하게는 흡탈착트랩장착부와 이격되어 이동가능한 가열장치가 구비된다. 흡탈착트랩장착부는 설계 형태에 따라 일자형 또는 원형으로 배치될 수 있으며, 이는 바람직하게는 가열장치 이동성을 확보하기 유리한 일자형 배치가 소망된다. 탈착과정에서 가열장치는 제어부 신호에 따라 흡탈착트랩장착부에 배치된 각각의 흡탈착트랩으로 에어액추에이터의 작동으로 이동되어 그 내부에 포집된 휘발성 유기화합물의 시료의 탈착을 조장한다. 가열장치에 의하여 가열될 수 있는 온도는 시료의 종류에 따라 차이가 있지만, 대략 200~350℃이나, 이에 국한되지 아니함은 물론이다.
시료공급측 3-way 솔레노이드 밸브(100) 유로는, 흡착과정시 입력측은 시료공급라인과 연결되며, 출력측은 ST 밸브(200)로의 이송을 위한 제1연결라인(107)으로 설정되며, 탈착과정시 입력측은 ST 밸브(200) 제1연결라인(107)과 연통되고, 출력측은 분석측정장치, 본 예시에 있어서는 GC(105) 시료주입부로 유로 변경될 수 있다. 한편, 캐리어가스공급측 3-way 솔레노이드 밸브(300)는 흡착작동시, 입력측은 ST 밸브(200)로부터의 이송을위하여 제2연결라인(307)으로 설정되며, 출력단은 외부벤트라인으로 연통되어 흡탈착트랩 내부 흡착제 포화로 인하여 과잉 플로우되는 휘발성 유기화합물 시료가스를 외부로 방출하며, 탈착작동시, 입력측은 캐리어가스공급부(305) 라인과 연결되며, 출력단은 ST 밸브(200) 제2연결라인(307)으로 설정되어, 캐리어가스를 이송시켜 흡착제에 내포된 휘발성 유기화합물을 GC(105)로 이송시킬 수 있는 유로 제어가 수행된다. 캐리어가스는 헬륨 등이 선택될 수 있으나, 캐리어가스의 물성에 따른 선택은 본 발명의 범위에 속하지 아니한다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작동을 단계별로 상세히 설명한다. 도 2는 휘발성 유기화합물 시료를 흡탈착트랩(201)에 흡착하는 단계이며, 도 3은 흡탈착트랩(201) 흡착이 종료된 후, ST 밸브 유로변경에 따라 흡탈착트랩(202)로의 흡착과정을 설명한 구성도이다. 한편, 도 4는 흡탈착트랩(201)에 흡착된 휘발성 유기화합물 시료를 GC로 이송하기 위한 탈착동작을 설명한 구성도이며, 도 5는 흡탈착트랩(201) 탈착이 종료된 후, 연속하여 ST 밸브 유로변경에 따라 흡탈착트랩 (202)의 탈착과정을 도시한 개략도이다.
장착과정:
흡탈착트랩장착부에 4개의 흡탈착트랩들(201,202,203,204)을 고정 배치하고, 각각의 트랩라인들을 상기 트랩들 상하부와 연결하며, 시료공급라인 및 GC 라인(108)을 3-way 솔레노이드 밸브(100)와 연통시키고, 외부벤트라인 및 캐리어가스공급라인(308)을 3-way 솔레노이드 밸브(300)와 연결하여 분석 시스템을 준비한다.
흡착과정:
제어부는 3-way 솔레노이드밸브들(100, 300) 및 ST 밸브(200) 유로를 다음과 같이 설정한다. 밸브(100) 유로는 시료공급라인 및 제1연결라인(107)으로 연결되며(이때, GC라인(108)은 폐쇄), ST 밸브(200)은 제1연결라인(107)과 트랩라인(207,208)과 연통되도록 유로변경하여 입수된 휘발성 유기화합물 시료가 흡탈착트랩(201) 내부 흡착제에 유통되도록 설정된다. 한편, 밸브(300) 유로는 트랩라인(208) 연결된 제2연결라인(207)이 외부벤트라인과 연결되도록 변경되며, 이때 캐리어가스공급라인(308)은 폐쇄된다. 따라서, 흡탈착트랩(201)을 통과한 과잉 시료가스는 상기 설정 라인들을 따라 외부로 방출된다.
소정시간이 경과하면, 제어부는 ST 밸브(200) 상단을 회전시켜 유로를 변경하며, 이로써 제1연결라인은 다른 흡탈착트랩(202) 입력 트랩라인과 연결되어 흡착단계가 연속된다. 이러한, 흡착과정은 소정 흡탈착트랩들(203, 204) 내부 포집이 완료될 때까지 반복적으로 수행되며, 시퀀스 제어는 제어부를 통하여 조절된다.
탈착과정:
제어부는 3-way 솔레노이드밸브들(100, 300) 및 ST 밸브(200) 유로를 다음과 같이 설정한다. 밸브(100) 유로는 1연결라인(107) 및 GC라인(108)로 연결되며(이때, 시료공급라인은 폐쇄), ST 밸브(200)는 제2연결라인(307)과 트랩라인(208,207)과 연통되로록 유로변경하여 흡탈착트랩(201) 내부 흡착제에 포집된 휘발성 유기화합물 시료가 이송되도록 설정된다. 한편, 밸브(300) 유로는 트랩라인(208)과 연결된 제2연결라인(207)이 캐리어가스공급라인(308)과 연결되도록 변경되며, 이때 외부벤트라인은 폐쇄된다. 따라서, 캐리어가스가 상기 설정 유로를 따라 흡탈착트랩(201)을 통과하며, 포집된 휘발성 유기화합물 시료를 제1연결라인(107) 및 GC라인(108)를 통하여 GC(105)로 이송한다. 바람직하게는 흡탈착트랩(201) 포집 시료 탈착을 촉진하기 위하여 제어부는 이동자재한 가열장치를 흡탈착트랩(201) 주변으로 이동시켜 탈착을 조장할 수 있으며, 시퀀스 제어는 제어부를 통하여 달성된다.
소정시간이 경과하면, 제어부는 ST 밸브(200) 상단을 회전시켜 유로를 변경하며, 이로써 제2연결라인은 다른 흡탈착트랩(202) 입력 트랩라인과 연결되어 탈착단계가 연속된다. 이러한, 탈착과정은 소정 흡탈착트랩들(203, 204) 내부 포집 시료 탈착 및 GC로의 이송이 완료될 때까지 반복적으로 수행되며, 시퀀스 제어는 제어부를 통하여 조절된다.
본 발명은 일 실시예를 대상으로 설명되었으나, 본 발명에서 제시된 기술적 사상을 예측가능한 범위내에서 변형함은 가능하다. 예로써 흡탈착트랩들의 수에 따른 ST 밸브의 선택, 또는 유로변경을 위한 다수 제어수단의 변경을 통하여 본 발명과 유사한 기술적 효과를 얻을 수 있음은 물론이므로, 본 발명의 범위는 본 실시예에 국한되는 것이 아니라, 하기 특허청구범위를 기초로 이해되어야 할 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 피분석 다수 시료들의 흡탈착과정을 자동으로 수행하기 위한 장치이며, 종래 흡착튜브 및 흡인펌프에 의하여 각각의 튜브를 준비하고, 탈착하는 과정에서 발생할 수 있었던 고 오염도 및 저 정밀도의 문제점을 해결하여, 분석효율을 증진시키는 다중채널 휘발성 유기화합물 시스템을 구현한 것이다.

Claims (4)

  1. 피분석 시료가 공급되며, 분석측정수단 및 제2 유로제어수단과 유로 형성된 제1 유로제어수단 ;
    제1유로제어수단과 유로형성되며, 흡탈착트랩장착부에 수용된 다수의 흡탈착트랩들 및 제3 유로제어수단과 유로 형성된 제2유로제어수단 ;
    과잉 입수된 피분석 시료가 벤트되며, 캐리어가스공급부 및 제2유로제어수단과 유로 형성된 제3유로제어수단 ; 및
    상기 제1, 제2 및 제3 유로제어수단에 전기적 신호를 통하여 유로변경을 제어하는 제어부를 포함하는 다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡탈착트랩장착부에 마운트되며, 에어액추에이터에 의해 다수의 흡탈착트랩들 일측에 이격적으로 접근되는 이동 가능한 가열수단이 더욱 포함된 것을 특징으로 하는, 다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1유로제어수단 및 제3유로제어수단은 각각 3-웨이 솔로노이드 밸브인 것을 특징으로 하는, 다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치.
  4. 제1항에 있어서, 제2유로제어수단은 다중 포지션 ST 밸브인 것을 특징으로 하는, 다중채널 휘발성 유기화합물 자동 흡탈착 장치.
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