KR100860933B1 - 플로우 셀 및 이를 이용한 입자측정장치 - Google Patents

Abstract

집광렌즈의 집광각을 최대한으로 이용하여 산란광 등을 보다 많이 검출할 수 있는 플로우셀을 제공한다. 레이저광(La)을 조사하여 입자검출영역(M)을 내부에 형성하고, 그 입자검출영역(M)을 통과하는 시료유체에 함유되는 입자가 발하는 산란광(Ls)을 집광렌즈(L)로 집광하고, 입경 등의 정보를 얻기 위한 플로우셀에서, 산란광(Ls)이 집광렌즈(L)의 집광각(θ)을 최대한으로 이용하여 집광되도록 내벽부(3a, 3b)를 형성한다.

집광렌즈, 집광각, 산란광, 플로우셀, 입자검출영역

Description

플로우 셀 및 이를 이용한 입자측정장치{FLOW CELL AND PARTICLE MEASURING APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 광을 조사하여 시료유체에 함유되는 입자가 발하는 산란광 등을 검출하여 입경 등의 정보를 얻기 위해 시료유체를 흐르게하는 플로우 셀(flow cell) 및 그를 이용한 입자측정장치에 관한 것이다.

도 6 (a)에 나타낸 바와 같이, 종래의 입자측정장치에 이용되는 플로우셀(100)은 투명부재로 되고, 소정 길이의 직선유로(100a)를 가지며, 단면이 사각형상이고, 전체로서 L형 원통상으로 형성되어 있다. 직선유로(100a)의 중심축은 집광렌즈계(101)에 의한 산란광(Ls)의 수광축과 거의 일치하고 있다(예를 들면, 특개평11-211650호 공보 참조). 또한, 도면부호 102는 레이저광원, 도면부호 103은 광전변환소자를 나타낸다.

그러나, 종래의 입자측정장치에 이용되는 프로우셀(100)에 있어서는 입자검출영역(M)을 통과한 입자가 발하는 산란광(Ls)이 플로우셀(100)을 형성하는 4개의 내벽부(b, c, d, e)에 의해 그 진로가 제한되고, 집광랜즈계(101)의 집광각을 최대한으로 이용할 수 없는 문제점을 가지고 있다. 즉, 산란광(Ls)은 도 6 (b)에 나타낸 것처럼, 내벽부(b)와 내벽부(c)에 의해 그 진로가 제한되고, 또 도 6 (c)에 나 타낸 바와 같이, 내벽부(d)와 내벽부(e)에 의해 그 진로가 제한되므로, 집광렌즈계(101)의 집광각을 최대한으로 이용할 수 없다.

그래서, 산란광(Ls)의 검출레벨을 높여 입자의 검출 정도(精度)를 올리기 위해서는 집광렌즈계(101)의 집광각을 최대한으로 이용할 필요가 있다.

본 발명은 종래 기술이 가지고 있는 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 집광수단의 집광각을 최대한으로 이용하여 산란광 등을 보다 많이 검출할 수 있는 플로우셀 및 그를 이용한 입자측정장치를 제공하는 것이다.

상기 문제를 해결하기 위한 청구의 범위 제1항에 관한 발명은 광을 조사하여 입자검출영역을 내부에 형성하고, 그 입자검출영역을 통과하는 시료유체에 함유되는 입자가 발하는 산란광 등을 집광수단으로 집광하고, 입경 등의 정보를 얻기 위한 플로우셀에서, 상기 산란광 등이 상기 집광수단의 집광각을 최대한으로 이용하여 집광되도록 내벽부를 형성한 것이다.

청구의 범위 제2항에 관한 발명은 청구의 범위 제1항 기재의 플로우셀과, 그 플로우셀을 흐르는 시료유체에 광을 조사하여 입자검출영역을 형성하는 광원과, 상기 입자검출영영에서의 입자의 산란광 또는 회절광을 검출처리하는 광학적 검출처리수단을 구비한다.

도1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 플로우셀이 사시도이다.

도2는 도1의 A-A선을 따르는 단면도(a)와 B-B선을 따르는 단면도(b)이다.

도3은 본 발명의 제2실시형태에 관한 플로우셀이 사시도이다.

도4는 도3의 C-C선을 따르는 단면도(a)와 D-D선을 따르는 단면도(b)이다.

도5는 본 발명에 관한 입자측정장치의 개략구성도이다.

도6은 종래의 입자측정장치의 개략구성도(a), 플로우셀의 종단면도(b), 플로우셀의 횡단면도(c)이다.

이하, 본 발명의 실시형태의 첨부도면에 의거하여 설명한다. 여기서, 도 1은 본 발명의 제1실시형태에 관한 플로우셀의 사시도, 도 2는 도 1의 A-A선을 따르는 단면도(a)와 B-B선을 따르는 단면도(b), 도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 플로우셀의 사시도, 도 4는 도 3의 C-C선을 따르는 단면도(a)와 D-D선을 따르는 단면도(b), 도 5는 본 발명에 관한 입자측정장치의 개략구성도이다.

본 발명의 제1실시형태에 관한 플로우셀(1)은 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이, 투명부재로 형성되고, 화살표방향으로 시료유체를 흐르게 하여 레이저광(La)과 입자검출영역(M)을 형성하는 제1유로(2)와, 상기 제1유로(2)와 직교하는 동시에 제1유로(2)와 집광렌즈(L) 사이에 위치하여 양단에 출구를 가지는 제2유로(3)로 이루어진다.

제1유로(2)는 4개의 내벽부(2a, 2b, 2c, 2d)로 이루어지고, 단면이 사각형상으로 형성되어 있다. 또한, 제2유로(3)도 4개의 내벽부(3a, 3b, 3c, 3d)로 이루어지고, 단면이 사각형상으로 형성되어 있다.

입자검출영역(M)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 산란광(Ls)을 집광하는 집광렌즈(L)의 집광각(θ)을 최대한으로 이용하기 위해, 제1유로(2)의 4개의 내벽부(2a, 2b, 2c, 2d)의 단부가 집광렌즈(L)의 최외연부에 입사하는 산란광(Ls)을 방해하지 않도록 하는 위치에 설정된다.

도 2 (a)에 나타낸 바와 같이, 제2유로(3)의 양단을 개구하고, 도 6 (b)에서 직선유로(100a)의 내벽부(c)의 산란광(Ls)의 진로를 제한하고 있는 부분을 제거하여 집광렌즈(L)의 최외연부에 입사하는 산란광(Ls)이 방해되지 않도록 하고 있다.

또한, 도 2 (b)에 나타낸 바와 같이, 제2유로(3)의 2개의 내벽부(3c, 3d)가 집광렌즈(L)의 최외연부에 입사하는 산란광(Ls)의 방해로 되지 않도록, 내벽부(3c)와 내벽부(3d)의 간격(제2유로(3)의 폭)을 내벽부(2c)와 내벽부(2d)의 간격(제1유로(2)의 폭)보다도 크게 하고 있다.

이상과 같이 구성한 제1 실시형태에 관한 플로우셀(1)에 있어서는, 입자검출영역(M)을 통과하는 시료유체에 함유되는 입자가 발하는 산란광(Ls)은 집광렌즈(L)의 집광각(θ)을 최대한으로 이용하여 집광된다.

또한, 제1실시형태에서는 제2유로(3)의 양단을 개구하여 출구로 하였으나, 제2유로(3)의 일단만 개구하고 타단을 폐색하여도 좋다. 그 경우, 폐색하는 내벽부가 집광렌즈(L)의 최외연부에 입사하는 산란광(Ls)의 방해로 되지 않도록 내벽부를 형성하지 않으면 안된다.

다음에, 본 발명의 제2실시형태에 관한 플로우셀(10)은 도 3과 도4에 나타낸 바와 같이, 투명부재로 형성되고, 단면이 사각형상의 제3유로(11)와, 사각추형상의 제4유로(12)와, 화살표방향으로 시료유체를 흐르게 하여 레이저광(La)과 입자검출영역(M)을 내부에 형성하는 단면이 사각형상의 제1유로(13)와, 사각추형상의 제2유로(14)와, 단면이 사각형상의 제5유로(15)로 이루어진다.

제1유로(13)는 소망의 크기의 입자검출영역(M)이 형성될 수 있는 단면적 및 길이를 갖는다. 제3유로(11)와 제5유로(15), 제4유로(12)와 제2유로(14)는 각각 제1유로(13)의 중심을 중심으로 하여 점대칭으로 형성되어 있다.

또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 산란광(Ls)을 집광하는 집광렌즈(L)의 집광각(θ)을 최대한으로 이용하기 위해, 제2유로(14)의 4개의 내벽부(14a, 14b, 14c, 14d)는 집광렌즈(L)의 최외연부에 입사하는 산란광(Ls)의 방해로 되지 않도록 형성되어 있다.

이상과 같이 구성된 제2실시형태에 관한 플로우셀(10)에 있어서는, 입자검출영역(M)을 통과하는 시료유체에 함유되는 입자가 발하는 산란광(Ls)은 집광렌즈(L)의 집광각(θ)을 최대한으로 이용하여 집광된다.

또한, 제2실시형태에서는 제4유로(12)와 제2유로(14)를 사각추형상으로 형성하였으나, 원추형상으로 형성하여 집광렌즈(L)의 집광각(θ)을 최대한으로 이용할 수도 있다. 또한, 집광렌즈(L)를 플로우셀(10)의 반대쪽에 또 하나 설치하여, 집광각(θ)을 2배로 할 수도 있다.

플로우셀(1, 10)은 모든 부분이 투명한 부재일 필요는 없고, 광의 통과되지 않는 부분은 불투명한 부재로 형성하여도 좋다. 또한, 플로우셀(1, 10)은 일체화 할 필요는 없고, 복수의 부재를 조합하여 같은 기능을 갖도록 하여도 좋다.

다음에, 본 발명에 관한 입자측정장치는 도 5에 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 플로우셀(1), 레이저광(20), 집광렌즈(L)를 포함하는 집광광학계(21), 광전변환소자(22) 등을 구비하고 있다. 또, 플로우셀(1) 대신에 도 3에 나타낸 플로우셀(10)을 이용할 수도 있다.

레이저광원(20)은 플로우셀(1)의 제1유로(2)의 소정 개소에 레이저광(La)을 조사하여 입자검출영역(M)을 형성한다. 여기서, 레이저광(La)의 광축은 제1유로(2)내에서 제1유로(2)의 중심축과 거의 직교하고 있다.

집광광학계(21)는 플로우셀(1)의 제1유로(2)의 중심축과 일치하는 광축을 가지며, 입자검출영역(M)에서 레이저광(La)을 받은 입자가 발하는 산란광(Ls)을 집광한다. 또, 집광광학계(21)는 반드시 플로우셀(1)의 제1유로(2)의 중심축상에 설치할 필요은 없다.

광전변환소자(22)는 집광광학계(21)의 광축상에 설치되고, 집광광학계(21)에 의해 집광된 산란광(Ls)을 수광하여, 산란광(Ls)을 그 강도에 따른 전압으로 변환한다. 또, 집광광학계(21)와 그 다음의 수단을 광학적 검출처리수단이라고 한다.

이상과 같이 구성한 본 발명에 관한 입자측정장치의 동작에 대하여 설명한다. 레이저광원(20)에서 출사한 레이저광(La)이 제1유로(2)의 소정 개소에 조사되고, 입자검출영역(M)을 형성한다. 거기서 시료유체에 함유되는 입자가 입자검출영역(M)을 통과하면, 입자에 레이저광(La)이 조사되고, 입자가 산란광(Ls)을 발한다.

산란광(Ls)은 플로우셀(1)의 제1 및 제2유로(2, 3)의 형상에 의해, 집광광학계(21)가 그 집광각(θ)을 최대한으로 이용하여 광전변환소자(22)에 집광된다. 그러면, 광전변환소자(22)에 집광된 산란광(Ls)은 광전변환소자(22)에 의해 산란광(Ls)의 강도에 따른 전압으로 변환된다.

따라서, 플로우셀(1)의 제1 및 제2유로(2, 3)의 형상을 집광광학계(21)가 그 집광각(θ)을 최대한으로 이용하여 산란광(Ls)을 광전변환소자(22)에 집광할 수 있도록 형성한 것이므로, 검출레벨을 올릴 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 청구의 범위 제1항에 관한 발명에 의하면, 입자검출영역을 통과하는 시료유체에 함유되는 입자가 광원으로부터의 광을 받아서 발하는 산란광 등을 집광수단의 집광각을 최대한으로 이용하여 집광할 수 있다.

청구의 범위 제2항에 관한 발명에 의하면, 플로우셀의 유로의 형상을 광학적검출처리수단이 그 집광각을 최대한으로 이용하여 산란광을 집광할 수 있도록 형성한 것이므로, 검출레벨을 올릴 수 있다.

Claims (4)

1. 플로우셀에 광을 조사하여 입자검출영역을 형성하고, 상기 입자검출영역을 통과하는 시료유체에 함유되는 입자가 발하는 산란광을 집광수단으로 집광하고, 입경의 정보를 얻는 입자측정장치에서,

   상기 플로우셀은 제1유로와, 상기 제1유로와 연속하는 제2유로를 가지며,

   상기 입자검출영역을 형성하는 상기 제1유로의 중심축과 상기 집광수단의 광축은 일치하며,

   상기 플로우셀의 내벽부가 상기 집광수단의 최외연부에 입사하는 상기 산란광을 방해하지 않도록 상기 제2유로의 폭은 상기 제1유로의 폭보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 입자측정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1유로와 상기 제2유로는 직교하도록 마련된 것을 특징으로 하는 입자측정장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2유로는 상기 제1유로에 연결되어 중심축이 일치하는 사각추형상 또는 원추형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 입자측정장치
4. 제1항에 있어서,

   상기 플로우셀은 제4유로를 더 포함하며,

   상기 제2유로와 상기 제4유로는 상기 제1유로의 상류측과 하류측에 중심축이 일치하는 사각추형상 또는 원추형상으로 마련되어 있으며, 상기 집광수단이 상기 플로우셀을 끼워 2개 배치된 것을 특징으로 하는 입자측정장치.

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