KR100735122B1

KR100735122B1 - 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치

Info

Publication number: KR100735122B1
Application number: KR1020060033542A
Authority: KR
Inventors: 김조천
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-07-06

Abstract

본 발명은 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치에 관한 것으로, 흡착방법과 효율이 상이한 복수개의 흡착부재에 시료 채취시, 그 흡착트랩에 가해지는 유량 및 압력을 조절할 수 있도록 하고, 휴대용으로 실제 현장에서 용이하게 시료의 흡착이 장시간 이루어질 수 있도록 함으로써 비메탄 탄화수소계 물질(대기중 오염물질)에 대한 효율적인 시료 채취가 가능하도록 한 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 내부에 수용공간을 가지며, 그 전면이 개방된 케이스(4)가 구비되어져 있으며, 그 케이스(4)의 전방에는 투명한 재질로 이루어져 있고, 힌지(10)에 의해 케이스(4)의 전면에서 개폐 가능하게 이루어지며, 그 상단에는 케이스(4)에 대해 고정되거나, 고정해제되는 고정부재(8)가 구비된 커버(6)가 제공되며, 상기 케이스(4)의 상면에는 흡착트랩(16)을 삽입할 수 있는 흡착트랩 삽입구(12)가 내부로 연결되어 구성되어져 있으며, 상기 케이스(4)의 내부에 구성되며, 상기 흡착트랩 삽입구(12)의 하단에는 T-유니온(14)이 구성되고, 그 T-유니온(14)의 측면에 형성된 포트는 분기튜브를 매개하여 유입된 공기의 압력을 검출하기 위한 차압계(24)가 연결되어져 있으며, 상기 T-유니온(14)의 하단 포트에는 결합된 분기튜브(22)를 통해서는 유량계(26: bubble flow meter)가 결합되어져 있으며, 그 유량계(26)의 상단에는 튜브(22)를 매개하여 진공펌프(30)가 결합되어져 있고, 상기 유량계(26) 및 흡착트랩(16)에 흡입력을 가하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명을 적용하면, 유량의 흐름과 트랩에 의한 압력손실을 관찰하여 흡착트랩(16)의 정상적인 상태를 확인 할 수 있고, 시료채취 시 정확한 시료채취와 정확한 시료채취 부피를 계산할 수 있으므로 연구실에서 미리 유량값과 압력손실치를 고려하여 유량값을 설정한 상태에서, 야외의 포집장소에서 대기시료를 포집할 수 있으므로 효과적이다.

Description

환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치{SAMPLING APPARATUS FOR COLLECTING AMBIENT VOC}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치의 구성을 도시한 사시도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치의 구성을 도시한 정면도,

도 3a, 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치에 구비된 흡착트랩의 내부에 글라스울을 삽입한 상태에서의 압력손실값을 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치에 구비된 유량계의 검출값을 통한 유량변화에 따른 압력손실값을 나타내는 그래프,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치의 구성을 도시한 모식도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2:휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치,

4: 케이스, 6:커버,

8:고정부재, 10:힌지,

12:시료삽입구, 14:T-유니온,

16:흡착트랩, 18:흡착재,

20:흡착시료, 22:튜브,

24:차압계, 26:유량계.

본 발명은 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 흡착방법과 효율이 상이한 복수개의 흡착부재에 시료 채취시, 그 흡착트랩에 가해지는 유량 및 압력을 조절할 수 있도록 하고, 휴대용으로 실제 현장에서 용이하게 시료의 흡착이 장시간 이루어질 수 있도록 함으로써 비메탄 탄화수소계 물질에 대한 효율적인 시료 채취가 가능하도록 한 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 최근에 도시 대기중 오존과 같은 광화학산화물에 의한 오염의 심각성이 최근 더욱 증대되고 있는 가운데 그 원인의 일부가 휘발성 유기화합물(VOC)의 배출량 증가라는 것이 확인되었고, 더욱이 일부 휘발성 유기화합물의 경우에는 인체에 직접적으로 유해한 것으로 알려져 세계 각 국에서 휘발성 유기화합물의 등의 대기중 오염물질 측정에 많은 관심을 기울이고 있다.

이러한 휘발성 물질 등의 시료들의 대기 중 농도는 매우 낮은 (ppt) 정도이 어서 보통의 분석방법 (가스 크로마토그래프(GC))인 일반 detector들로는 정량(Qualification)이 매우 어렵다(Arnts and Meeks, 1981). 따라서, 이러한 비 메탄계 탄화수소 화합물들의 분석을 위해서는 이들을 미리 농축하였다가 다시 분석기로 일시적으로 유도시키는 흡착제를 이용하는 방법이 있다. 이러한 흡착제들은 대기중 오존 전구물질들과 자연계 탄화수소(Isoprene(C₅H₈)과 Monoterpene(C₁₀H₁₆))을 동시에 흡착할 수 있는 물질이어야 한다. 가능성 있는 흡착제로는 Tenax, TA, Carbotrap, Carbosieve, Activated Charcoal등을 들 수 있다.

따라서, 비 메탄계 탄화수소물{오존전구물질, 유해화합물질, Isoprene(C₅H₈)과 Monoterpene(C₁₀H₁₆)}은 가스의 특성상 매우 정밀한 유량조절과, 기압환경에서 시료의 채취가 가능하지만, 현재 국내에서는 비 메탄계 탄화수소의 정확한 분석 측정 연구가 아직은 매우 부족한 상태이다. 이러한 자연발생적 비 메탄계 탄화수소의 보다 면밀한 샘플링 및 분석부분이 시대적으로 요청되는 바 이에 대한 학문적 정립이 매우 시급한 실정이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 흡착방법과 효율이 상이한 복수개의 흡착부재를 내장한 흡착트랩을 제공하며, 그 흡착트랩에 가해지는 유량 및 압력을 조절할 수 있도록 하고, 휴대용으로 실제 현장에서 용이하게 시료의 흡착이 장시간 이루어질 수 있도록 함으로써 비메탄 탄화수소계 물질에 대한 효율적인 시료 채취가 가능하도록 한 환경대기중 휘발성 유기화합물 시 료 채취용 샘플링 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 내부에 수용공간을 가지며, 그 전면이 개방된 케이스(4)가 구비되어져 있으며, 그 케이스(4)의 전방에는 투명한 재질로 이루어져 있고, 힌지(10)에 의해 케이스(4)의 전면에서 개폐 가능하게 이루어지며, 그 상단에는 케이스(4)에 대해 고정되거나, 고정해제되는 고정부재(8)가 구비된 커버(6)가 제공되며, 상기 케이스(4)의 상면에는 흡착트랩(16)을 삽입할 수 있는 흡착트랩 삽입구(12)가 내부로 연결되어 구성되어져 있으며, 상기 케이스(4)의 내부에 구성되며, 상기 흡착트랩 삽입구(12)의 하단에는 T-유니온(14)이 구성되고, 그 T-유니온(14)의 측면에 형성된 포트는 분기튜브를 매개하여 유입된 공기의 압력을 검출하기 위한 차압계(24)가 연결되어져 있으며, 상기 T-유니온(14)의 하단 포트에는 결합된 분기튜브(22)를 통해서는 유량계(26: bubble flow meter)가 결합되어져 있으며, 그 유량계(26)의 상단에는 튜브(22)를 매개하여 진공펌프(30)가 결합되어져 있고, 상기 유량계(26) 및 흡착트랩(16)에 흡입력을 가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 흡착트랩 삽입구(12)는 그 내주연에 공기누출을 막기 위한 오링(0-ring)이 내설된 것을 특징으로 하는 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치의 구성을 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치의 구성을 도시한 정면도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치(2)는 흡착방법과 효율이 상이한 복수개의 흡착부재를 내장한 흡착트랩을 제공하며, 그 흡착트랩에 가해지는 유량 및 압력을 조절할 수 있도록 하고, 휴대용으로 실제 현장에서 용이하게 시료의 흡착이 장시간 이루어질 수 있도록 함으로써 비메탄 탄화수소계 물질에 대한 효율적인 시료 채취가 가능하도록 한 장치이다.

즉, 흡착트랩에 가해지는 유량 및 압력이 일정하게 유지될 수 있도록 조절함으로써 실시간으로 압력손실을 측정하고, 흡착트랩을 통해 시료가 적정하게 채취될 정도까지만 흡착트랩을 구동시킴으로써 최적의 시료 측정 시점을 찾아낼 수 있도록 하며, 최초 흡착트랩의 제조시에도 그 시료에 가해지는 압력손실을 측정함으로써 제조시 또는 계속사용에 의한 압력손실 증가 등을 측정하여 흡착트랩이 최적의 성능(0.3psi 이하)을 갖도록 관리를 하는 최적의 시료 채취가 가능한 흡착트랩을 제조할 수 있도록 한다.

이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치(2)는 내부에 수용공간을 가지며, 그 전면이 개방된 케이스(4)가 구비되어져 있으며, 그 케이스(4)의 전방에는 투명한 재질로 이루어져 있고, 힌 지(10)에 의해 케이스(4)의 전면에서 개폐 가능하게 이루어지며, 그 상단에는 케이스(4)에 대해 고정되거나, 고정해제되는 고정부재(8)가 구비된 커버(6)가 제공된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치(2)는 그 상면에 흡착트랩(16)을 삽입할 수 있는 흡착트랩 삽입구(12)가 내부로 연결되어 구성되어져 있으며, 상기 케이스(4)의 내부에 구성되며, 상기 흡착트랩 삽입구(12)의 하단에는 T-유니온(14)이 구성되어져 있다.

상기 T-유니온(14)의 상단은 상술한 바와 같이, 그 상단 포트가 상기 흡착트랩 삽입구(12)와 연결되어, 그 흡착트랩 삽입구(12)의 상단에 끼워진 흡착트랩(16)을 통해 공기를 흡입하게 되며, 그 측면에 형성된 다른 포트에는 별도의 분기튜브(21: 도 3 참조)가 결합되어져 있으며, 그 하단 포트에는 다른 분기튜브(22)가 또 결합되어져 있다.

또한, 상기 T-유니온(14)의 측면에 형성된 포트와 결합된 분기튜브(21)는 상기 T-유니온(14)을 통해 유입된 공기의 압력을 검출하기 위한 차압계(24)가 연결되어져 있으며, 상기 T-유니온(14)의 하단 포트에 결합된 분기튜브(22)를 통해서는 유량계(26: bubble flow meter(MFC 또는 rotameter))가 결합되어져 있으며, 그 유량계(26)에는 유량 조절레버(26a)가 구비되어져 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치(2)는 흡착트랩(16)을 통해 대기물질을 샘플링할 때, 압력조건 및 유량조건을 검출하여 최적의 조건을 유지한 상태에서 샘플링이 이루어지도록 설정 할 수 있게 된다.

또한, 상기 흡착트랩(16)의 내부가 비어있는 상태에서, 글라스 울(glass wool)만을 내부에 채워넣고 1cm에서 5cm까지 1cm씩 증가시키며 상기 차압계(24)를 이용하여 압력손실을 측정한 결과 압력손실이 도 3a에 도시된 바와 같이, 13mmH₂O에서 63mmH₂O로 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있었다. 흡착트랩을 제작하는데 있어서 glass wool의 양이 압력손실에 많은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서, 흡착트랩 제작과정에서 내부 흡착트랩을 안정되게 지지하면서도 압력손실이 최소가 되도록 glass wool의 양을 조절하는 것이 중요한 변수임을 알수 있었다.

또, 도 3b는 상기 흡착트랩(16)의 내부에 글라스울(glass wool) 3, 4, 5cm 길이를 30%정도까지 압축시켰을 경우의 압력손실을 측정한 결과이다. glass wool을 30% 압축시킨 경우의 압력손실은 압축시키지 않은 경우보다 100%정도까지 증가함을 알 수 있었다.

한편, 샘플링 과정에서 변수중 하나인 상기 유량계(26)를 이용하여, 유량을 50ml/min에서 300ml/min까지 증가시키며 압력손실을 측정한 결과가 도 4로 나타내었다. 샘플링 유량을 200ml/min까지 증가시킨 경우 유량의 증가에 따라 점진적으로 압력손실이 증가하는 것으로 관찰되었으나, 유량이 200ml/min 이상으로 증가된 경우의 압력손실은 더 이상 증가하지 않는 것으로 나타났다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치의 유량 흐름은 도 5에 도시된 바와 같은 바, 비메탄 탄화수소 계열의 휘발성 유기화합물질 등을 포집하는 흡착트랩(16)은 그 내부에 흡착제(18)와, 그 흡착제(18)에 의해 흡착시료(20)가 흡착된다.

한편, 상기 흡착트랩(16)은 상기 시료삽입구(12)의 상단에 삽입되어 결합되는 바, 상기 시료삽입구(12)의 내주연에는 흡착트랩(16)의 압력손실을 방지하기 위해 고무재질의 오링(12a: O-ring)이 내설되어져 있다.

또한, 상기 T-유니온(14)의 상단은 상술한 바와 같이, 그 상단 포트가 상기 흡착트랩 삽입구(12)와 연결되어, 그 흡착트랩 삽입구(12)의 상단에 끼워진 흡착트랩(16)을 통해 공기를 흡입하게 되며, 그 측면에 형성된 다른 포트에는 별도의 분기튜브(21)가 결합되어져 있으며, 그 하단 포트에는 다른 분기튜브(22)가 또 결합되어져 있다.

따라서, 상기 차압계(24)를 통하여 압력을 검출하여 상기 흡착트랩(16)의 압력 손실치를 확인할 수 있으며, 다양한 흡착트랩(16)중 최소의 압력손실치를 갖는 흡착트랩(16)을 선택하여 시료를 포집할 수 있게 된다.

또한, 상기 유량계(26)를 통한 공기 흐름을 체크하여 상기 흡착트랩(16)의 흡착율이 가장 크게 이루어지는 유량을 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 유량의 설정은 포집 시간을 고려하여 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 대기물질 포집을 위한 여유시간이 짧은 경우에는 유량을 증가시키면서도 압력손실이 작은 값을 설정하면 되고, 포집 시간에 여유가 있는 경우라면, 유량계(26)에서 검출되는 유량이 최소치가 되는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치(2)을 이용하여 검출한 결과, 유량을 50ml/min에서 300ml/min까지 증가시키며 압력손실을 측정한 결과가 도 4로 나타났으며, 샘플링 유량을 200ml/min까지 증가시킨 경우 유량의 증가에 따라 점진적으로 압력손실이 증가하는 것으로 관찰되었으나, 유량이 200ml/min 이상으로 증가된 경우의 압력손실은 더 이상 증가하지 않는 것으로 나타났다.

또한, 상기 유량계(26)의 상단에는 별도의 튜브(22)를 통해 유량계(26)의 내부와 연통되게 이루어져 있으며, 그 튜브(22)의 타단에는 진공펌프(30)가 결합되어져 상기 유량계(26) 및 흡착트랩(16)에 흡입력을 가하도록 구성되어져 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치(2)는 차압계(24)와 유량계(26)를 이용하여 압력손실이 적정치에서 샘플 시료의 채취가 이루어지게 되며, 유량의 흐름을 살펴 최적의 유량값을 설정하여 샘플 시료가 흡착될 수 있도록 함으로써 흡착트랩(16)을 통한 시료의 흡착효율을 증가시킬 수 있으므로 연구실에서 미리 유량값과 압력손실치를 고려하여 유량값을 설정한 상태에서, 야외의 포집장소에서 대기시료를 포집할 수 있으므로 효과적 이며, 본 발명의 실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치(2)는 배터리를 부가하여 휴대용으로 제작할 수 있으므로 야외에서의 시료포집에 효과적이다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치는 시료채취 전 흡착트랩의 압력손실을 측정하여 흡착트랩의 성능을 확인할 수 있으며, 시료채취 시 압력손실과 유량의 흐름을 살펴 최적의 유량값을 설정하여 샘플 시료가 흡착될 수 있도록 함으로써 흡착트랩(16)을 통한 시료의 흡착효율을 증가시킬 수 있으므로 연구실에서 미리 유량값과 압력손실치를 고려하여 유량값을 설정한 상태에서, 야외의 포집장소에서 대기시료를 포집할 수 있으므로 효과적이다.

Claims

내부에 수용공간을 가지며, 그 전면이 개방된 케이스(4)가 구비되어져 있으며, 그 케이스(4)의 전방에는 투명한 재질로 이루어져 있고, 힌지(10)에 의해 케이스(4)의 전면에서 개폐 가능하게 이루어지며, 그 상단에는 케이스(4)에 대해 고정되거나, 고정해제되는 고정부재(8)가 구비된 커버(6)가 제공되며, 상기 케이스(4)의 상면에는 흡착트랩(16)을 삽입할 수 있는 흡착트랩 삽입구(12)가 내부로 연결되어 구성되어져 있으며, 상기 케이스(4)의 내부에 구성되며, 상기 흡착트랩 삽입구(12)의 하단에는 T-유니온(14)이 구성되고, 그 T-유니온(14)의 측면에 형성된 포트는 분기튜브를 매개하여 유입된 공기의 압력을 검출하기 위한 차압계(차압계)(24)가 연결되어져 있으며, 상기 T-유니온(14)의 하단 포트에는 결합된 분기튜브(22)를 통해서는 유량계(26: bubble flow meter)가 결합되어져 있으며, 그 유량계(26)의 상단에는 튜브(22)를 매개하여 진공펌프(30)가 결합되어져 있고, 상기 유량계(26) 및 흡착트랩(16)에 흡입력을 가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 환경대기중 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 흡착트랩 삽입구(12)는 그 내주연에 공기누출을 막기 위한 오링(0-ring)이 내설된 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 시료 채취용 샘플링 장치.