KR100794434B1 - Automatic Chlorophyll Analyzer and Analytical Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엽록소 자동 분석장치 및 분석방법에 관한 것으로, 특히 유체가 흐르도록 된 유로와; 상기 유로상에 설치되고, 복수개의 출입포트를 구비하며, 각 출입포트 중 어느 하나를 유로와 선택적으로 연통시키는 유로변경밸브와; 상기 유로상에 설치되고, 액체 시료 중에 포함된 입자성 물질을 분리하며, 엽록소를 가진 추출액을 여과시키는 필터 및; 상기 유로상에 설치되고, 상기 필터에 의해 여과된 추출액의 형광을 측정하는 형광검출기; 상기 유로 상의 유체를 흡입하거나 배출시키는 주사기; 상기 유로 상에 설치되고, 상기 주사기와 연결되어 유체의 흡입과 배출 방향을 선택적으로 변경하는 4방향 밸브;를 포함하는 엽록소 자동 분석장치를 이용하여 액체 시료에 포함되어 있는 입자성 물질을 상기 필터에 농축한 후 유기용매로 엽록소를 추출하여 농도를 자동으로 측정할 수 있도록 된 것이다.The present invention relates to an automatic chlorophyll analysis device and analysis method, and in particular a flow path through which the fluid flow; A flow path change valve disposed on the flow path, the flow path change valve having a plurality of inlet ports and selectively communicating any one of the inlet and outlet ports with the flow passage; A filter installed on the flow path, separating the particulate matter contained in the liquid sample, and filtering the extract with chlorophyll; A fluorescence detector provided on the flow path and measuring fluorescence of the extract liquid filtered by the filter; A syringe for inhaling or discharging the fluid on the flow path; A particulate material contained in the liquid sample using the chlorophyll automatic analyzer, which is installed on the flow path and connected to the syringe to selectively change the suction and discharge directions of the fluid. After concentration, chlorophyll was extracted with an organic solvent to measure the concentration automatically.
엽록소, 자동 분석, 여과 Chlorophyll, automatic analysis, filtration
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 엽록소 자동 분석장치를 나타내는 구성도이고,1 is a block diagram showing an automatic chlorophyll analysis device according to an embodiment of the present invention,
도 2a 및 2b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 엽록소 자동 분석장치의 필터를 포함한 캐트리지를 나타내는 단면도이고,2A and 2B are cross-sectional views illustrating a cartridge including a filter of an automatic chlorophyll analyzer according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a 및 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 엽록소 자동 분석장치의 주사기를 나타내는 구성도이고,3a and 3b is a block diagram showing a syringe of the chlorophyll automatic analysis device according to an embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따라 고성능 액체크로마토그래프(HPLC)를 포함하는 엽록소 자동 분석장치를 나타내는 구성도이고,Figure 4 is a block diagram showing an automatic chlorophyll analysis device including a high performance liquid chromatography (HPLC) according to another embodiment of the present invention,
도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따라 제작된 엽록소 자동 분석장치를 나타내는 조립도이고, 5 is an assembly view showing an chlorophyll automated analysis device manufactured according to another preferred embodiment of the present invention,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 엽록소 자동 분석장치로부터 산출되는 형광검출기 신호를 농도별로 측정한 결과도이다. 6 is a result of measuring the fluorescence detector signal calculated by the concentration of the chlorophyll automatic analysis device according to a preferred embodiment of the present invention.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 **** Brief description of symbols for the main parts of the drawing **
10 : 유로 11-14 : 출입포트10 Euro 11-14 Access port
20 : 유로변경밸브 30 : 필터 20: flow path change valve 30: filter
31 : 캐트리지 32 : 초음파 발생기31: cartridge 32: ultrasonic generator
33 : 전면판 34 : 후면판33: front panel 34: rear panel
35 : 필터오링 36 : 캐트리지오링35: filter O-ring 36: cartridge ring
37 : 캐트리지 하부 관통부 38 : 캐트리지 상부 관통부 37: cartridge lower penetration portion 38: cartridge upper penetration portion
40 : 형광검출기 50 : 압력계40: fluorescence detector 50: pressure gauge
60 : 주사기 61 : 플런저60: syringe 61: plunger
62 : 플런저 이동수단 63 : 광원62: plunger moving means 63: light source
64 : 광검출센서 70 : 4방향 밸브64: light detection sensor 70: 4-way valve
75 : 시료 여과액 보관 주머니 80 : 시료75: sample filtrate storage bag 80: sample
90 : 유기용매 100 : HPLC 주입밸브90: organic solvent 100: HPLC injection valve
101 : HPLC 펌프 102 : HPLC 용매101: HPLC pump 102: HPLC solvent
103 : HPLC 컬럼 104 : HPLC 검출기103: HPLC column 104: HPLC detector
본 발명은 엽록소 분석 장치에 관한 것으로, 특히 액상 시료 중에 포함된 엽록소 성분을 자동으로 분석하는 화학 분석장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 시료를 필터에 여과한 후 유기용매로 추출하여 형광을 측정하는 엽록소 자동 분석장치 및 분석방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chlorophyll analysis device, and more particularly to a chemical analysis device for automatically analyzing the chlorophyll component contained in the liquid sample. More specifically, the present invention relates to a chlorophyll automatic analysis device and an analysis method for measuring the fluorescence by filtering the sample in a filter and then extracted with an organic solvent.
엽록소는 수중의 식물 플랑크톤이 광합성을 하는데 필요한 색소로서, 육수학과 해양학에서는 식물 플랑크톤이 갖고 있는 엽록소의 양을 수중에 존재하는 생물량(biomass)의 지표로 널리 사용해 왔다. 엽록소 농도는 수질의 상태를 파악하거나 식물 플랑크톤의 생산력을 파악하는데 주로 사용되고 있다. 특히 해양에서는 인공위성에서 촬영한 해색(ocean color)을 이용하여 엽록소 농도를 추정함으로써 어황 예보나 지구기후 변화 연구에 이용해 왔다. Chlorophyll is a pigment necessary for phytoplankton in water to be photosynthesized. In physiological and oceanography, chlorophyll has been widely used as an indicator of the biomass present in chlorophyll. Chlorophyll concentrations are primarily used to assess water quality and the production of phytoplankton. In particular, the ocean has been used to estimate chlorophyll concentrations using ocean colors taken from satellites and to use them in fishery forecasts and global climate change studies.
수중의 엽록소 농도 분석에 가장 널리 사용된 방법은 액체 시료를 여과하여 입자상 물질을 여과지에 거른 후, 90% 아세톤으로 여과지를 추출하여 추출액의 흡광도를 측정하고, 엽록소의 흡광계수를 이용하여 만든 실험식을 통해 엽록소 a, b, c 농도를 계산하는 방법이었다. 그 후 이러한 여과/추출 후 흡광도 대신 추출액의 형광을 측정해 기존의 방법보다 50배 이상 감도를 개선했는데, 최근에는 높은 감도 때문에 형광측정법이 흡광측정법을 대체하게 되었다. The most widely used method for the analysis of chlorophyll concentration in water is to filter liquid samples, filter out particulate matter on filter paper, extract filter paper with 90% acetone, measure the absorbance of the extract, and use the chlorophyll absorbance coefficient. Chlorophyll a, b, c was the method to calculate the concentration. After filtration / extraction, the fluorescence of the extract was measured instead of the absorbance, and the sensitivity was improved by more than 50 times compared to the conventional method.
다른 방법으로는 시료를 여과하지 않고 살아있는 플랑크톤이 포함된 액체 시료에 직접 빛을 조사하여 생체 형광(in vivo fluorescence)을 측정하는 방법이 제시되었으며, 이를 이용한 간편한 생체형광 측정 센서가 개발되었다. 그러나 생체 형광 측정장치는 식물 플랑크톤의 종류, 성장단계, 생리적 조건, 수심, 적응상태, 측정시기 등에 따라 형광의 양이 변동하므로 정확도가 낮아 절대값을 믿을 수 없는 문제가 있다. As another method, a method of measuring in vivo fluorescence by directly irradiating light to a liquid sample containing live plankton without filtering the sample has been proposed, and a simple biofluorescence sensor using the same has been developed. However, the biofluorescence measuring device has a problem that the absolute value is not reliable because the amount of fluorescence varies depending on the type of phytoplankton, growth stage, physiological condition, depth, adaptation state, and measurement time.
이렇게 시료를 여과/추출 후에 흡광도 또는 형광도를 측정하는 광학적 성분분석을 자동으로 수행하는 장비가 개발되지 못한 것은 액상 시료를 자동으로 여과하고 용매로 추출하는 전처리 장치를 구현할 수 없었기 때문이다. 엽록소 분석을 위해서는 시료의 여과와 추출, 원심분리라는 시료 전처리 과정이 전제되어 있으므로, 기존의 방법으로는 이를 자동화할 수 없었다. The reason why the automatic component analysis for measuring the absorbance or fluorescence after the filtration / extraction of the sample has not been developed is because it was not possible to implement a pretreatment device for automatically filtering the liquid sample and extracting it with a solvent. Chlorophyll analysis requires a sample pretreatment process, such as filtration, extraction, and centrifugation, which cannot be automated by conventional methods.
엽록소 분석방법에서 여과과정은 수중에 존재하는 입자성 물질인 식물 플랑크톤을 여과지에 분리 농축하는 과정이다. 시료 여과에는 진공펌프나 가압펌프가 사용하며, 여과장치를 이용하여 유리섬유 여과지에 식물플랑크톤을 걸러낸다. 시료를 여과하는 과정을 자동화하려면 로봇을 이용하거나, 여러 개의 여과기에 필터를 미리 장착해 놓고 순차적으로 여과하는 방법을 사용해야 하는데, 시료의 숫자가 제한되고, 장비의 크기가 무척 커질 수밖에 없으므로 여과과정을 자동화할 수 없었다. 여과지를 롤 형태로 말아놓은 여과지를 이용할 수도 있으나 이러한 방법으로는 여과된 부분을 추출하기 어렵다. In the chlorophyll analysis method, the filtration process is a process of separating and concentrating phytoplankton, which is a particulate matter, in water. Vacuum filtration or pressurized pump is used for sample filtration, and phytoplankton is filtered out of glass fiber filter paper using filtration device. In order to automate the process of filtering the sample, it is necessary to use a robot or several filters to pre-mount the filters and to filter them sequentially.The number of samples is limited and the size of the equipment is very large. Could not automate It is also possible to use filter paper rolled up in a roll, but it is difficult to extract the filtered portion by this method.
시료 여과는 보통 1리터를 기준으로 하지만, 엽록소의 농도가 높으면 적정량의 시 료가 여과되어야만 여과지가 막히지 않도록 조정할 수 있으며, 엽록소의 농도가 낮으면 검출기의 검출한계를 고려하여 여과량을 늘려야만 측정오차를 줄일 수 있다. 여과지는 입자성 물질에 의해 막히게 되므로 여과속도나 수색을 고려하여 실험자가 적당한 양으로 조정하여야 한다. 만약 시료중의 식물플랑크톤 현존량이 너무 낮아 엽록소 농도가 낮을 것으로 판단되면, 1리터보다 여과량을 늘려 많은 양의 시료를 여과해야 한다. 이러한 조정과정은 수동 측정에서는 실험자가 임의로 조정할 수 있지만 자동화하려면 생체형광을 사전에 측정하여 시료중의 엽록소 농도를 대략적으로 파악하고, 이에 따라 여과량을 자동으로 조정하도록 해야 할 것이다. Sample filtration is usually based on 1 liter.However, if the concentration of chlorophyll is high, an appropriate amount of sample should be filtered to prevent the filter paper from clogging.If the concentration of chlorophyll is low, the amount of chlorophyll should be increased in consideration of the detection limit of the detector. The error can be reduced. As filter paper is blocked by particulate matter, the experimenter should adjust it to an appropriate amount in consideration of filtration speed and search. If the amount of phytoplankton present in the sample is too low and the chlorophyll concentration is judged to be low, it is necessary to increase the amount of filtration above 1 liter to filter a large amount of sample. This adjustment process can be adjusted by the experimenter in manual measurement, but in order to automate, the biofluorescence should be measured in advance so that the chlorophyll concentration in the sample can be approximated and the filtration amount adjusted accordingly.
그리고, 여과된 유리섬유 여과지를 아세톤에 넣어 용매추출을 하게 되는데, 추출 효율을 높이기 위하여 여과지를 모두 마쇄하거나, 초음파를 조사하여 식물 플랑크톤 세포를 파괴하기도 한다. 엽록소를 아세톤에 추출한 후에는 추출된 용액을 형광이나 흡광을 측정하기 전에, 플랑크톤 입자나 마쇄된 여과지를 제거하기 위하여 원심분리를 거쳐야 한다. 그러나 입자를 제거하기 위해 원심분리를 하는 과정은 그 과정이 복잡하여 자동화하기 어려웠다.Then, the solvent is extracted by putting the filtered glass fiber filter paper into acetone, and in order to increase the extraction efficiency, all of the filter paper is ground, or ultrasonic irradiation is used to destroy phytoplankton cells. After chlorophyll is extracted with acetone, the extracted solution must be centrifuged to remove plankton particles or crushed filter paper before measuring fluorescence or absorption. However, the process of centrifugation to remove particles was complicated and difficult to automate.
이에 본 발명은 상기한 바의 제반 문제점들을 해소하기 위해 발명된 것으로, 엽록소 분석에 필요한 여과, 추출 등의 시료 전처리를 가능하게 하고, 장치의 크기를 최소화하며, 현장에서의 완전 무인자동분석을 원활하게 수행할 수 있도록 된 자 동 분석장치를 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was invented to solve the above problems, and enables sample pretreatment such as filtration and extraction necessary for chlorophyll analysis, minimizes the size of the device, and facilitates fully unattended automatic analysis in the field. The purpose is to provide an automatic analysis device that can be performed easily.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유로 변경 밸브, 필터, 필터 캐트리지, 초음파 발생기, 형광 검출기, 압력계, 유체를 흡입하거나 또는 배출하는 주사기, 상기 주사기에 부착된 밸브로 이루어져, 액체 시료에 포함되어 있는 입자성 물질을 필터에 농축한 후 유기용매로 엽록소를 추출하여 농도를 자동으로 측정할 수 있도록 하는 엽록소 자동 분석장치를 제공하고자 한다. The present invention for achieving the above object is composed of a flow path change valve, a filter, a filter cartridge, an ultrasonic generator, a fluorescence detector, a pressure gauge, a syringe for inhaling or discharging a fluid, a valve attached to the syringe, It is intended to provide an automatic chlorophyll analysis device that can concentrate the particulate matter contained in the sample in the filter and then automatically measure the concentration by extracting chlorophyll with an organic solvent.
본 발명은 유체가 흐르도록 된 유로와; 상기 유로상에 설치되고, 복수개의 출입포트를 구비하며, 각 출입포트 중 어느 하나를 유로와 선택적으로 연통시키는 유로변경밸브와; 상기 유로상에 설치되고, 액체 시료 중에 포함된 입자성 물질을 분리하며, 엽록소를 가진 추출액을 여과시키는 필터 및; 상기 유로상에 설치되고, 상기 필터에 의해 여과된 추출액의 형광을 측정하는 형광검출기; 상기 유로 상의 유체를 흡입하거나 배출시키는 주사기; 상기 유로 상에 설치되고, 상기 주사기와 연결되어 유체의 흡입과 배출 방향을 선택적으로 변경하는 4방향 밸브;를 포함하는 엽록소 자동 분석장치이다. The present invention provides a flow path through which a fluid flows; A flow path change valve disposed on the flow path, the flow path change valve having a plurality of inlet ports and selectively communicating any one of the inlet and outlet ports with the flow passage; A filter installed on the flow path, separating the particulate matter contained in the liquid sample, and filtering the extract with chlorophyll; A fluorescence detector provided on the flow path and measuring fluorescence of the extract liquid filtered by the filter; A syringe for inhaling or discharging the fluid on the flow path; And a four-way valve installed on the flow path and connected to the syringe to selectively change the suction and discharge directions of the fluid.
여기서, 이러한 엽록소 자동 분석장치는 상기 필터에 초음파를 가할 수 있는 초음파 발생기를 더 포함하는 것도 가능하고, 상기 필터를 통해서만 유체가 통과하도록 필터를 지지하는 캐트리지를 더 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게 상기 캐트리지는 분리가 가능한 전면판과 후면판으로 이루어지고, 상기 전면판과 후면판 사이에는 필터를 포함하는 것이 더욱 적합하다. 더욱 바람직하게는 상기 필터에 초음파를 가할 수 있는 초음파 발생기가 상기 캐트리지의 후면판에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 엽록소 자동 분석장치이다. Here, the chlorophyll automatic analysis device may further include an ultrasonic generator capable of applying ultrasonic waves to the filter, and may further include a cartridge for supporting the filter so that the fluid passes only through the filter. Preferably the cartridge consists of a removable front plate and a back plate, it is more suitable to include a filter between the front plate and the back plate. More preferably, an ultrasonic generator capable of applying an ultrasonic wave to the filter is attached to the rear plate of the cartridge.
이러한 엽록소 자동 분석장치의 다른 실시형태는 상기 유로변경밸브와 연통될 수 있는 출입포트를 가진 유기용매 주머니를 더 포함하고, 상기 엽록소를 가진 추출액은 액체 시료로부터 분리된 입자성 물질이 상기 유기용매에 의해 추출된 것임을 특징으로 하는 엽록소 자동 분석장치이다.Another embodiment of such an automatic chlorophyll analyzer further comprises an organic solvent bag having an inlet and port for communicating with the flow path change valve, wherein the extract with chlorophyll is characterized in that the particulate matter separated from the liquid sample is added to the organic solvent. Chlorophyll automatic analysis device, characterized in that extracted by.
본 발명의 또 다른 실시형태는 상기 필터가 0.4 ~ 0.5 미크론(micron)의 기공을 가진 금속 또는 플라스틱 재질인 것이고, 또한 상기 필터는 0.4 ~ 0.5 미크론(micron)의 기공을 가진 100 ~ 300 미크론 두께의 여과 표면층과 5 ~ 50 미크론의 기공을 가진 1000 ~ 2000 미크론 두께의 지지층이 일체화된 필터일 수 있다는 것이다. Another embodiment of the invention is that the filter is a metal or plastic material with pores of 0.4 to 0.5 microns, and the filter is 100 to 300 microns thick with pores of 0.4 to 0.5 microns. The filter surface layer and the 1000 to 2000 micron thick support layer with pores of 5 to 50 microns can be integrated filters.
이를 위하여, 본 발명에 따른 엽록소 자동 분석장치의 상기 주사기에는 주사기의 플런저를 자동으로 밀어올리거나 후퇴시키면서 유로 안에 있는 유체를 자동으로 흡입하거나 배출시킬 수 있는 소정의 수단이 구비될 수 있으며, 상기 주사기 내부로 유체가 흡입되거나 배출되는 것을 감지할 수 있는 광원 및 광검출센서를 더 포함하는 것도 가능하다. 여기서, 상기 광원 및 광검출센서는 주사기에 부착되어 있는 것이 바람직하다. To this end, the syringe of the automatic chlorophyll analyzer according to the present invention may be provided with a predetermined means for automatically inhaling or discharging the fluid in the flow path while automatically pushing up or retracting the plunger of the syringe, the syringe It is also possible to further include a light source and a light detection sensor that can detect the intake or discharge of the fluid inside. Here, the light source and the light detection sensor is preferably attached to the syringe.
또한, 본 발명은 상기 필터를 통과한 여액을 저장할 수 있도록 상기 4방향 밸브와 연결될 수 있는 포트를 가진 시료 여과액 보관 주머니를 더 포함할 수 있으며, 상기 형광 검출기에 의해 형광 측정이 끝난 추출액의 성분 분석을 할 수 있는 고성능 액체크로마토그래피(HPLC) 장치가 더 포함되는 것도 가능하다. 이러한 상기 고성능 액체크로마토그래피 장치는, 상기 추출액을 유입할 수 있도록 상기 유로변경밸브와 연결될 수 있는 HPLC 주입밸브, 엽록소 성분을 분리할 수 있는 HPLC 칼럼, 엽록소 성분을 측정할 수 있는 HPLC 검출기를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, the present invention may further include a sample filtrate storage bag having a port that can be connected to the four-way valve to store the filtrate passed through the filter, the component of the extract after the fluorescence measurement by the fluorescence detector It is also possible to further include a high performance liquid chromatography (HPLC) device for analysis. The high performance liquid chromatography apparatus includes an HPLC injection valve that can be connected to the flow path change valve to introduce the extract, an HPLC column that can separate chlorophyll components, and an HPLC detector that can measure chlorophyll components. It is preferable.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 다른 바람직한 실시예는 유체가 흐르도록 된 유로 상에 설치되고, 복수개의 출입포트를 구비하며, 각 출입포트 중 어느 하나를 유로와 선택적으로 연통시키는 유로변경밸브에 의해, 액체 시료가 유로로 유입되는 단계; 상기 유입된 액체 시료 중에 포함된 입자성 물질이 상기 유로 상에 설치된 필터에 의해 분리되는 단계; 상기 분리된 입자성 물질이 상기 유로변경밸브에 의해 유입된 유기용매에 의해 추출되어 엽록소를 가진 추출액이 상기 필터로부터 여과되는 단계; 및 상기 여과된 엽록소 추출액이 상기 유로 상에 설치된 형광검출기를 통과하여 형광이 측정되는 단계를 포함하는 엽록소 자동 분석방법이다.Another preferred embodiment for achieving another object of the present invention is a flow path change valve which is installed on the flow path through which the fluid flows, and provided with a plurality of inlet ports, and selectively communicating any one of each inlet port with the flow passage. Thereby, the liquid sample is introduced into the flow path; Separating particulate matter contained in the introduced liquid sample by a filter installed on the flow path; The separated particulate matter is extracted by an organic solvent introduced by the flow path change valve, and an extract having chlorophyll is filtered from the filter; And fluorescence is measured by passing the filtered chlorophyll extract through a fluorescence detector installed on the flow path.
여기서, 상기 입자성 물질이 필터에 의해 분리되는 단계 중에 상기 입자성 물질이 포함되지 않은 액체 시료의 여액은 필터를 통해 여과되어, 시료 여과액 보관 주머니에 수집되고, 상기 형광이 측정되는 단계 이후에, 상기 시료 여과액 보관 주머니에 있는 입자성 물질이 포함되지 않은 여액이 형광검출기를 거쳐 필터로 역주입됨으로써, 상기 필터가 세척되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엽록소 자동 분석방법도 가능하다.Here, during the step of separating the particulate material by the filter, the filtrate of the liquid sample that does not contain the particulate material is filtered through the filter, collected in the sample filtrate storage bag, and after the fluorescence is measured In addition, by filtration of the filtrate containing no particulate matter in the sample filtrate storage bag back into the filter through a fluorescence detector, it is possible to automatically chlorophyll method characterized in that it further comprises the step of washing the filter.
이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참고로 하여 구체적으로 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. Hereinafter, one preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The invention can be better understood by the following examples, which are intended for the purpose of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 엽록소 자동 분석장치를 나타내는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엽록소 자동 분석장치는 유체가 흐르도록 된 유로(10)와; 상기 유로(10) 상에 설치되고, 복수개의 출입포트를 구비하며, 각 출입포트 중 어느 하나를 유로와 선택적으로 연통시키는 유로변경밸브(20)와; 상기 유로(10) 상에 설치되고, 액체 시료(80) 중에 포함된 입자성 물질을 분리하며, 엽록소를 가진 추출액을 여과시키는 필터(30) 및; 상기 유로(10) 상에 설치되고, 상기 필터(30)에 의해 여과된 추출액의 형광을 측정하는 형광검출기(40); 상기 유로(10) 상의 유체를 흡입하거나 배출시키는 주사기(60); 상기 유로(10) 상에 설치되고, 상기 주사기(60)와 연결되어 유체의 흡입과 배출 방향을 선택적으로 변경하는 4방향 밸브(70);를 포함하는 것이 특징이다. 1 is a block diagram showing an automatic chlorophyll analysis device according to an embodiment of the present invention. As shown, the automatic chlorophyll analyzer according to the present invention and the
이러한 구성을 가진 엽록소 자동 분석장치를 이용하여, 엽록소를 분석하는 방법은 먼저, 유체가 흐르도록 된 유로(10) 상에 설치되고, 복수개의 출입포트를 구비하며, 각 출입포트 중 어느 하나를 유로와 선택적으로 연통시키는 유로변경밸브(20)에 의해, 액체 시료(80)가 유로(10)로 유입되는 단계를 거치는 것이다. In the method for analyzing chlorophyll using the chlorophyll automatic analyzer having such a configuration, first, a method for analyzing chlorophyll is provided on a
상기 유로변경밸브(20)의 출입포트(11)를 통해 액체 시료(80)와 연결시킨 다음, 주사기(60)와 연결된 4방향 밸브(70)의 출입포트(71, 72)를 서로 연통시킨다. 그리고 나서, 주사기(60)의 플런저(61)를 후퇴시키면, 주사기(60)의 흡입력에 의해 시료(80)를 유로(10) 내로 유입시킬 수 있고, 이렇게 유입된 시료는 필터(30)에 도달할 수 있게 되는 것이다. After connecting to the
본 발명은 이러한 필터(30)를 이용하여 액체 시료(80)에 들어있는 입자성 물질을 분리시키고자 한다. 즉, 상기 유입된 액체 시료(80) 중에 포함된 입자성 물질이 상기 유로(10) 상에 설치된 필터(30)에 의해 분리되는 단계를 거치는 것이다. 엽록소가 들어있는 입자성 물질은 상기 필터(30)에 의해 분리되고, 상기 입자성 물질을 포함하지 않는 액체 시료(80)의 여액은 필터(30)를 통과하여 여과됨으로써 유로(10)를 따라 4방향 밸브(70)로 흐르게 되며, 이것은 4방향 밸브(70)와 연결되는 포 트에 따라서 주사기(60)로 들어가거나 시료 여과액 보관 주머니(75)로 들어갈 수 있는 것이다. The present invention intends to separate particulate matter contained in the
여기서, 상기 주사기(60)의 플런저(61)를 후퇴시키는 것은 손으로 플런저(61)를 잡아당기는 것도 가능하지만, 상기 주사기의 플런저를 자동으로 밀어올리거나 후퇴시키면서 유로 안에 있는 유체를 자동으로 흡입하거나 배출시킬 수 있는 소정의 플런저 이동수단(62)에 의하는 것도 가능하다. Here, the retracting of the
이렇게 하여 본 발명에 따른 엽록소 자동 분석장치의 주사기(60)를 후퇴시키면, 유로(10) 안으로 유체, 즉 액체 시료가 유입되고, 시료(80)에 포함된 엽록소를 포함하는 식물플랑크톤 또는 입자성 물질은 필터(30)에서 분리되며, 이를 포함하지 않는 여액은 주사기(60) 내로 유입되는 것이다. 상기 주사기(60)의 플런저(61)가 완전히 후퇴하게 되면 주사기(60)와 연결된 4방향 밸브(70)의 출입포트(72)를 다른 출입포트(73)와 연통시키고, 플런저(61)를 전진시켜 주사기 내부에 들어있는 용액을 출입포트(73)를 통해 유로(10) 외부로 배출시킬 수도 있다. In this way, when the
또한, 상기와 같이 주사기(60) 내부에 들어있는 용액 즉, 엽록소를 포함하지 않는 시료의 여액을 별도의 시료 여과액 보관 주머니(75)를 이용하여 보관할 수도 있다. 여기서, 상기 시료 여과액 보관 주머니(75)는 필터를 통과한 여액을 저장할 수 있는 것으로, 상기 4방향 밸브(70)의 출입포트(73)와 연결될 수 있는 포트를 가지고 있는 것이 특징이다. 즉, 주사기(60)의 플런저(61)를 끝까지 하강시킨 후에, 주사기(60)와 연결된 4방향 밸브(70)의 다른 출입포트(72)를 또 다른 출입포트(73)(시료 여과액 보관 주머니(75)와 연결된 출입포트)와 연통시키고, 플런저(61)를 상부로 이동시켜 주사기(60) 내부에 들어 있는 용액을 시료 여과액 보관 주머니(75)에 보관하는 것이다. In addition, as described above, the solution contained in the
엽록소가 포함된 액체 시료(80)의 여과는 상기와 같은 순서를 반복 수행하여 계속할 수 있으며, 플런저(61)의 작동 횟수를 조절하여 여과되는 시료의 부피를 변동시킬 수 있다. 시료 여과액 보관 주머니(75)의 용량이 초과되는 경우에는 주사기(60)와 연결된 밸브(70)의 출입구(72)를 다른 출입구(74)와 연통시키고, 이를 통해 여액을 유로(10) 외부로 배출할 수도 있다. Filtration of the chlorophyll-containing
엽록소를 분석을 위해 액체 시료를 여과하는 단계는 이와 같이 필터(30)에 의해 엽록소가 포함되어 있는 입자성 물질을 분리하는 단계를 먼저 거쳐야 하고, 이러한 분리 단계는 본 발명에 따른 필터(30)를 이용하여 더욱 바람직하게 수행될 수 있다. Filtration of the liquid sample for the analysis of chlorophyll should first go through the step of separating the particulate matter containing chlorophyll by the
상기 필터(30)는 0.4 내지 0.5 미크론의 미세한 구멍이 뚫린 금속 재질 또는 플라스틱 재질인 것이 바람직하다. 또한, 필터의 막힘을 최소화하기 위하여 필터는 비대칭 형태를 이용하는 것이 더욱 바람직하고, 기공이 0.4 내지 0.5 미크론의 구멍이 뚫린 100~300 미크론, 바람직하게는 200 미크론 두께의 여과 표면층과 구멍의 크기가 수에서 수십(5~50) 미크론 이상으로 훨씬 크고 두께가 1000~2000 미크론(1mm 내지 2 mm)인 지지층이 일체화된 형태의 필터를 사용하면 여과 속도를 빠르게 할 수 있고, 이러한 필터는 나중에 여액을 이용하여 쉽게 역세척 할 수도 있다. The
이러한 필터(30)는 일정한 면적을 갖고 있기 때문에 시료(80)에 포함된 입자성 물질을 여과하는 양에는 한계가 있다. 따라서 시료(80) 중에 포함된 입자성 물질의 양에 따라 여과되는 시료의 부피를 조정함으로써, 필터(30)가 막히지 않도록 하면서 형광 검출기(40)가 측정할 수 있는 적정 감도 내에서 시료를 여과하는 것이 필요하다. Since the
엽록소 자동 분석장치는 시료(80) 중의 엽록소 농도가 낮을 경우 시료의 여과 부피를 지능적으로 증가시켜 측정 감도를 증가시켜야 하며, 시료(80) 중의 입자성 물질의 농도가 높아 필터(30)가 막힐 경우, 시료(80) 여과 부피를 지능적으로 줄여 고장을 방지해야 한다. 본 발명에 있어서, 시료(80)의 여과 부피를 지능적으로 자동 조절하는 방법은 여러 가지 방법을 사용할 수 있는데, (a) 별도의 센서를 장착하여 측정하고자 하는 시료의 생체 형광과 탁도를 사전 측정하는 방법, (b) 여과과정에서 유로(10)내의 압력을 측정하는 방법, (c) 주사기(60)에 시료(80) 여액이 흡입되고 있는지를 감시하는 광원과 센서를 장착하는 방법 등이 있다.The chlorophyll automatic analysis device should increase the measurement sensitivity by intelligently increasing the filtration volume of the sample when the chlorophyll concentration in the
먼저, (a) 시료(80)의 생체 형광과 탁도를 사전 측정하는 별도의 센서를 장착하는 방법은 시료의 상태를 미리 파악하여 여과 부피를 자동으로 조절하는 방법으로, 엽록소 자동분석장치 외부에 별도의 부가적인 센서를 장착해서 가능하다. First, (a) a method of equipping a separate sensor for preliminarily measuring the biofluorescence and turbidity of the
두번째로, (b) 여과과정에서 유로(10)내의 압력을 측정하는 방법은 주사기(60)의 플런저(61)를 하강시킴으로써, 시료를 여과하면서 유로(10) 내부의 압력을 압력계(50)로 측정하면 필터(30)가 막히기 시작하는 시점을 알아낼 수 있다. 필터(30)가 막히기 시작하면 플런저(61)가 하강하더라도 시료가 여과되지 않으므로 유로(10) 내부의 압력이 감소하게 되며, 압력계의 신호를 모니터 함으로써 여과 과정에서 필터(30)의 막힘이 발생하는지를 파악하여 지능적으로 여과를 중지할 수 있다. Second, (b) a method for measuring the pressure in the
세번째로, 필터가 막혔는지를 감시하는 다른 방법은 (d) 주사기(60)에 시료(80) 여액이 흡입되고 있는지를 감시하는 광원과 센서를 장착하는 것이다. 도 3a 및 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 엽록소 자동 분석장치의 주사기를 나타내는 구성도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주사기(60)에는 주사기(60) 내부로 유체가 흡입되거나 배출되는 것을 감지할 수 있는 광원(63) 및 광검출센서(64)를 포함하고, 상기 광원(63) 및 광검출센서(64)는 주사기(60)에 부착되어 있는 것이 바람직하다. Third, another method of monitoring whether the filter is clogged is to (d) equip the
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본 발명에 따라 엽록소 자동 분석장치에 장착되는 여과 필터 막힘 자동 검지 센서를 나타내는 도 3a에서와 같이, 유리 주사기(60) 외부에 장착되는 여과 필터 막힘 자동 검지 센서는 탈착할 수 있는 2개의 반원형 부착부(65, 66)로 구성되며, 한쪽에는 빛을 조사하는 광원(63)이 달려 있고, 다른 한쪽에는 빛을 감지하는 광검출센서(64)가 달려 있다. 2개의 반원형 부착부(65, 66)는 적당한 높이로 주사기 외부에 나사(67)로 결합되어 장착된다. As shown in FIG. 3A showing the filtration filter clogging automatic detection sensor mounted on the chlorophyll autoanalyzer according to the present invention, the filtration filter clogging automatic detection sensor mounted outside the
유리 주사기(60)의 외부에 빛을 조사하는 발광부 광원(63)과 여기서 발광되는 빛을 감지하는 광검출센서(64)를 장착하면, 플런저(61)가 하강할 때 여액이 주사기내로 유입되고 있는지와 여액이 주사기(60) 내로 유입되지 않는지의 여부를 직접적으로 측정하여 필터가 막혔는지는 파악할 수 있다. 주사기(60) 내에 여액이 들어 있을 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이 발광부 광원(63)에서 조사된 빛이 굴절에 의해 검출부 광검출센서(64)에 도달하지 않지만, 필터(30)가 막혀 여액이 잘 들어오지 않으면 광검출센서(64)에 빛이 감지되므로 이를 이용하여 필터(30)의 막힘을 감시할 수 있는 것이다. 센서의 신호가 증가하는 시간대의 변화를 이용하여 필터가 막히기 시작하는지, 필터가 완전히 막혔는지 등, 막힘의 정도도 파악할 수 있다. When the light emitting unit
이와 같이, 유입된 액체 시료(80) 중에 포함된 입자성 물질이 상기 유로(10) 상에 설치된 필터(30)에 의해 분리되는 단계를 거친 후에는 상기 분리된 입자성 물질이 상기 유로변경밸브(20)에 의해 유입된 유기용매에 의해 추출되어 엽록소를 가진 추출액이 상기 필터(30)로부터 여과되는 단계를 거친다. 즉, 본 발명에 따른 상기 필터(30)는 액체 시료(80) 중에 포함된 입자성 물질을 분리할 뿐만 아니라, 엽록소를 가진 추출액을 여과시키는 기능도 하고 있다. As such, after the particulate matter contained in the introduced
즉, 시료(80)의 여과가 끝나면, 플런저(61)를 상승시켜 주사기(60) 내부의 여액을 배출한 뒤, 유로변경밸브(20)의 출입포트(11)를 유기용매(90)가 들어 있는 시약병과 연결된 출입포트(12)로 이동시키고, 주사기(60)의 플런저(61)를 후퇴시켜 흡입함으로써 유기용매(90)를 유로(10) 내로 유입한다. 필터(30)에 분리되어 있던 입자성 물질을 상기 유기용매를 이용하여 추출함으로써 상기 입자성 물질에 있던 세 포를 파괴하고, 엽록소를 포함하는 추출액을 얻고자 하는 것이다. 이를 위해서, 본 발명은 상기 필터(30)에 초음파를 가할 수 있는 초음파 발생기를 이용할 수 있고, 이러한 초음파 발생기를 가동시켜 필터(30)에 초음파를 가함으로써 분리된 입자성 물질 중 세포를 파괴하여 빠른 시간 내에 용매추출이 일어나도록 한다.That is, after filtration of the
여기서, 본 발명에 따른 엽록소 자동 분석장치는 상기 필터(30)를 통해서만 유체가 통과하도록 필터(30)를 지지하는 캐트리지(31)를 더 포함할 수 있고, 이러한 상기 캐트리지(31)는 도 2a에 나타난 바와 같이, 분리가 가능한 전면판(33)과 후면판(34)으로 이루어지고, 상기 전면판(33)과 후면판(34) 사이에 필터(30)를 포함하는 것이 특징이다. Here, the chlorophyll automatic analysis device according to the present invention may further include a
도 2a 및 2b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 엽록소 자동 분석장치의 필터(30)를 포함한 캐트리지(31)를 나타내는 단면도이다. 캐트리지(31)는 분리가 가능한 전면판(33)과 후면판(34)으로 구성되어 있으며, 내부에 필터(30)와 필터오링(35) 및 캐트리지오링(36)을 넣을 수 있게 되어 있다. 필터(30)의 상하단부 앞 뒤에 설치되는 2개의 오링(35)은 시료(80)가 반드시 필터의 여과면를 통과하도록 틈새의 수밀을 보장하기 위한 것이고, 캐트리지(31) 중간에 설치되는 캐트리지오링(36)은 플런저(61)의 상하 이동에 따라 여과 캐트리지(31) 내부에 압력이나 빈압이 발생할 때 기포가 새어 들어가거나 누수가 발생하지 않도록 하기 위한 것이다. 이러한 오링(35, 36)은 유기용매에 접촉하여도 화학적으로 안정한 재질을 사용하거 나, 테플론으로 코팅되어 있는 고무재질의 오링을 사용하는 것이 바람직하다. 2A and 2B are cross-sectional views showing the
그리고, 이러한 캐트리지(31)의 후면판(34)에는 초음파 발생기(32)가 부착되어 있는 것이 바람직하다. 도 2b에 나타난 바와 같이, 본 발명은 이러한 여과 캐트리지(31) 안에 기포가 남아 있지 않도록 시료(80)가 여과 캐트리지(31) 하부의 구멍(37)을 통해 유입되어 필터(30)를 통과한 후 하부의 구멍(38)을 통해 배출되도록 되어 있는 것이다. 여과 캐트리지의 필터(30)와 오링(35, 36)을 장착한 후 전면판(33)과 후면판(34)은 나사(39)를 이용하여 밀착시킨다. And, it is preferable that the
본 발명은 이와 같이 필터 또는 필터가 포함된 캐트리지를 이용하여, 유기용매에 의해 엽록소가 포함된 추출액을 얻고자 하는 것으로, 주사기(60)의 플런저(61)를 후퇴시켜 유기용매(90)를 유로(10) 내로 유입한다. 이때 상기 주사기(60)의 플런저(61)는 상기 캐트리지(31) 내부에 유기용매를 채울 때까지만 후퇴시킨 후 정지시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 본 발명에 따른 엽록소 자동 분석장치는 상기 유로변경밸브(20)와 연통될 수 있는 출입포트를 가진 유기용매(90) 주머니를 더 포함할 수 있고, 상기 엽록소를 가진 추출액은 액체 시료(80)로부터 분리된 입자성 물질이 유기용매(90)에 의해 추출된 것임을 특징으로 할 수 있는 것이다. The present invention is to obtain an extract containing chlorophyll by the organic solvent using the filter or the cartridge containing the filter, the organic solvent 90 by retracting the
이렇게 엽록소를 가진 추출액이 필터(30)를 통과하여 여과되면, 상기 여과된 엽록소 추출액은 상기 유로(10) 상에 설치된 형광검출기(40)를 통과하여 형광이 측 정되는 단계를 거친다. 즉, 주사기(60)의 플런저(61)를 후퇴시켜 캐트리지(31) 내부에 들어 있는 추출액을 필터(30)로 여과하여 입자성 물질을 제거한 후, 입자성 물질이 제거되어 엽록소를 포함하는 추출액만을 형광검출기(40)로 도입하는 것이다. When the extract having chlorophyll is filtered through the
이때, 필터 캐트리지(31)에 초음파를 조사하면서 플런저(61)의 하강 속도를 줄여 필터 캐트리지(31) 내부에서 충분한 혼합이 일어나게 하는 것이 바람직하다. 상기 추출액이 형광검출기(40)의 플로우셀을 통과할때 430nm의 빛을 조사하여 680nm에서 형광을 측정하고, 엽록소 농도로 환산한다. 형광측정이 끝나면 유로 변경 밸브(20)의 출입포트(12)를 배출관과 연결된 출입포트(13)로 이동시키고, 플런저(61)를 전진시켜 추출액을 배출할 수 있다.At this time, it is preferable to reduce the descending speed of the
본 발명의 또 다른 실시형태는 상기 형광검출기(40)에 의해 형광 측정이 끝난 추출액의 성분 분석을 할 수 있는 고성능 액체크로마토그래피(HPLC) 장치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 엽록소 자동 분석장치이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따라 고성능 액체크로마토그래프(HPLC)를 포함하는 엽록소 자동 분석장치를 나타내는 구성도이다.Another embodiment of the present invention is a chlorophyll automatic analysis device further comprises a high performance liquid chromatography (HPLC) device capable of component analysis of the fluorescence measurement is completed by the
여기에 도시된 바와 같이, 이러한 상기 고성능 액체크로마토그래피 장치는, 상기 추출액을 유입할 수 있도록 상기 유로변경밸브와 연결될 수 있는 HPLC 주입밸브 (100), 엽록소 성분을 분리할 수 있는 HPLC 칼럼(103), 엽록소 성분을 측정할 수 있는 HPLC 검출기(104)를 포함하는 것이 바람직하다. As shown here, the high performance liquid chromatography apparatus, the
HPLC 주입밸브(100)를 통하여, 본 발명에 따른 HPLC는 상기 유로변경밸브(20)에 연결되고, 용매(102)를 이송시키는 펌프(101)를 포함할 수 있다. 여과 추출단계를 거친 후, 형광 형광검출기(40)에서 측정이 끝나면, 유로변경밸브(20)의 출입포트(12)를 HPLC와 연결된 출입포트(14)로 이동시키고, 플런저(61)를 상승시켜 추출액을 HPLC 시료 주입 밸브(100)로 주입한다. 추출액은 HPLC 펌프(101)에 의해 용매(102)가 이동하고 있는 밸브(100)의 루프내에 저장되었다가 주입되며, HPLC 컬럼(103)에서 성분별로 분리된 후, HPLC 검출기(104)에서 측정된다. 도 4에 의한 본 실시예는 HPLC를 이용한 성분 분석시 시료를 전처리하는 과정을 자동화한데 특징이 있다.Through the
한편, 본 발명에 따른 엽록소 자동 분석방법은 상기 입자성 물질이 필터(30)에 의해 분리되는 단계 중에 상기 입자성 물질이 포함되지 않은 액체 시료(80)의 여액은 필터(30)를 통해 여과되어, 시료 여과액 보관 주머니(75)에 수집되고, 상기 형광이 측정되는 단계 이후에, 상기 시료 여과액 보관 주머니(75)에 있는 입자성 물질이 포함되지 않은 여액이 형광검출기(40)를 거쳐 필터(30)로 역주입됨으로써, 상기 필터(30)가 세척되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엽록소 자동 분석방법도 가능하다. Meanwhile, in the method for automatically analyzing chlorophyll according to the present invention, the filtrate of the
추출액을 배출한 후, 주사기(60) 내부에 들어있던 여액을 이용하여 필터(30)를 역세척하는 것이다. 즉, 4방향 밸브(70)의 출입구(72)를 시료 여과액 보관 주머니(75)와 연결된 출입구(73)와 연통시킨 후, 플런저(61)를 하강시켜 주머니 속에 보관된 여액을 주사기(60)내로 흡입한다. 유로변경밸브(20)를 배출구와 연결된 출입구(13)과 연통시킨후 플런저(61)를 상승시켜 여액을 이용하여 필터(30)를 역세척한다. 이때, 초음파 발생기(32)를 가동시켜 초음파를 캐트리지(31) 내부에 조사하면, 필터(30)에 초음파 진동을 가함으로써 필터(30)에 남아 있던 입자성 물질의 잔해를 탈리시켜 역세척을 촉진할 수도 있다. After discharging the extract, the
이와 더불어서, 도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따라 제작된 엽록소 자동 분석장치를 나타내는 조립도이고, 여기에 도시된 바와 같이 본 발명은 유로변경밸브(20), 필터(30), 형광검출기(40), 주사기(60), 4방향 밸브(70), HPLC 주입밸브(100)를 외부로 나타내는 분석장치로 구현될 수 있다. In addition, Figure 5 is an assembly view showing an automatic chlorophyll analysis device manufactured according to another preferred embodiment of the present invention, the present invention as shown herein flow path change
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 엽록소 자동 분석장치로부터 산출되는 형광검출기 신호를 농도별로 측정한 결과도이다. 도시된 바와 같이, 시료의 농도가 증가함에 따라 검출기의 출력신호가 증가하며, 피크의 면적이나 높이를 이용하여 엽록소 농도를 계산할 수 있다. 엽록소 농도의 정량 분석을 위해 엽록소 a 표준액을 이용하여 검량선을 작성한 후, 시료를 분석하여 엽록소 농도로 환산한다.6 is a result of measuring the fluorescence detector signal calculated by the concentration of the chlorophyll automatic analysis device according to a preferred embodiment of the present invention. As shown, the output signal of the detector increases as the concentration of the sample increases, and the chlorophyll concentration can be calculated using the area or height of the peak. For quantitative analysis of chlorophyll concentration, a calibration curve is prepared using chlorophyll a standard solution, and the sample is analyzed and converted to chlorophyll concentration.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 엽록소 분석에 필요한 여과, 추출 등 시료 전처리가 가능하고, 장치의 크기를 최소화할 수 있으며, 현장에서의 완전 무인자동분석을 원활하게 수행할 수 있는 엽록소 자동 분석장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, chlorophyll automatic analysis capable of sample pretreatment such as filtration and extraction necessary for chlorophyll analysis, minimizing the size of the device, and smoothly performing full unattended automatic analysis in the field can be performed. There is an effect that can provide a device.
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