KR100879009B1

KR100879009B1 - 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템 및 방법

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Publication number: KR100879009B1
Application number: KR1020080090637A
Authority: KR
Inventors: 유승교; 이응선; 김동일; 오권식; 이진희
Original assignee: 주식회사 위드텍
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2009-01-15

Abstract

본 발명의 목적은 공기, 고순도 가스, 케미컬 가스 등과 같은 각종 대기나 가스 중에 포함되어 있는 금속 및 금속 화합물들을 순환 방식의 샘플러를 이용하여 실시간에 준하는 샘플링을 수행하고, 발색제 반응을 통한 분광측정으로 역시 실시간에 준하는 측정을 수행함으로써 대기나 가스중의 초극미량의 금속 및 금속 화합물들을의 신속한 샘플링, 측정 및 모니터링하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템은, 측정 대상 환경으로부터 샘플 공기를 유입받아 샘플 공기 내에 포함된 금속 및 금속 화합물들을 흡수액을 이용하여 샘플링하는 샘플링 장치, 상기 샘플링 장치에 의하여 샘플링된 금속 및 금속 화합물이 포함된 흡수액과 분석 시약을 혼합한 시료를 하기의 분석 장치로 주입하는 시료 주입 장치, 상기 시료 주입 장치와 연결되어 시료 내의 금속 및 금속 화합물 농도를 정량 분석하는 분석 장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 때 상기 샘플링 장치는, 흡수액을 수용하는 흡수액 용기(1); 상기 흡수액 용기(1)로부터 흡수액을 펌핑하는 흡수액 펌프(2); 측정 대상 환경으로부터 샘플 공기를 유입받고, 상기 흡수액 펌프(2)로부터 펌핑되어 온 흡수액을 유입받아, 샘플 공기 및 흡수액이 서로 접촉되게 하여 샘플 공기 내의 금속 및 금속 화합물을 흡수액으로 포집시키는 샘플러(3); 상기 샘플러(3)에 구비되어 상기 샘플러(3)로 공기를 유입시키는 진공 펌프(5); 상기 샘플러(3) 및 상기 진공 펌프(5) 사이에 구비되어 상기 샘플러(3)로 유입되는 공기의 유량을 조절하는 유량계(4); 를 포함하여 이루어지는 샘플링 장치(110)에 있어서, 상기 샘플링 장치(110)는 상기 샘플러(3)로부터 배출된 흡수액을 상기 샘플러(3)로 재유입시켜 순환시키도록 상기 샘플러(3)의 배출 측에 구비되는 제1순환밸브(6); 상기 흡수액 펌프(2)의 유입 측에 구비되는 제2순환밸브(7); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

금속 및 금속 화합물, 포집, 농축, 초극미량, 실시간, 연속 모니터링, 흡수액 순환, Metal and Metal compounds, Sampling, Preconcentration, Ultra-micro concentration, Real time, Continuous monitoring, Circulation of sampling solution

Description

대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템 및 방법 {A system and method for monitoring metals and metal compounds in air and gases}

본 발명은 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공기 및 고순도 가스, 케미컬 가스 등에 포함되어 있는 금속 및 금속 화합물을 샘플링 및 모니터링하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.

공기, 고순도 가스, 케미컬 가스 등에는 금속 및 금속 화합물들이 포함되어 있을 수 있는데, 이는 인체에 유해한 영향을 끼치는 등의 악영향이 있을 뿐만 아니라 금속 및 금속 화합물이 포함되어 있는 대기 또는 각종 가스가 실험이나 제조 현장에서 사용될 경우 실험 결과나 제조물의 상태가 불량해지게 되는 문제점을 유발시키게 된다. 특히, 반도체 제조 공정과 같이 매우 깨끗한 청정도를 유지해야 하는 환경에서는 제조환경의 공기 중에 포함되어 있는 극미량의 금속 및 금속 화합물들의 오염에 의해서 패턴 불량, 회로 단락과 같은 심각한 불량을 야기시킬 수 있다는 점이 잘 알려져 있다. 이와 같은 이유로 극미량 금속 및 금속 화합물들을 신속하게 모니터링하여 제조 환경 상태를 철저히 관리하여야 하나, 극미량 측정에 대한 기술 적 한계와 경제적 측면 등의 문제점 때문에 현재 대기 중 금속 및 금속 화합물들을 실시간 내지는 실시간에 거의 준하는 정도로 모니터링하는 장치는 전무한 상태이다. 여기에서 실시간에 준하는 정도는 포집에서 분석까지 걸리는 시간이 약 1시간 이내인 경우로 간주하며, 또한 이하에서 '실시간'이라고 언급하는 경우 '실시간 내지는 실시간에 준하는 정도'를 의미함을 밝혀 둔다.

종래 공기 중의 금속 및 금속 화합물 측정 기술로는 필터나 임핀져, 웨이퍼와 같은 수동 샘플을 통하여 오랜 시간을 샘플링한 후 전처리 과정을 거쳐 실험실에서 ICP-MS, AAS 등의 장비를 이용하여 측정하기 때문에 샘플링 후 데이터를 얻는 과정이 매우 오래 소요된다. 이러한 문제로 인하여 산업 현장이나 환경 오염 모니터링에 적용하여 환경을 개선하거나 오염 방지 등을 미연에 대처할 수 없는 한계를 나타내고 있다.

특히, 종래의 포집방법은 공기 중에 포함되어 있는 금속 및 금속 화합물들은 매우 미량이기 때문에, 유의미한 실험 결과를 도출할 수 있을 만큼의 금속 및 금속 화합물들을 포집하기 위해서는 24 ~ 96시간 정도의 매우 긴 시간 동안 포집이 이루어져야만 하는 문제점이 있다. 이러한 포집 과정은 물론, 포집된 필터 등을 분석하기 위하여 복잡한 전처리 과정을 거쳐야 하기 때문에 많은 시간과 인력이 낭비되는 문제점 또한 있다. 또한, 장시간의 샘플링과 복잡한 전처리 과정 및 분석과정을 거치면서 샘플의 오염으로 인하여 데이터의 신뢰성에 큰 문제점을 지니고 있다. 뿐만 아니라 종래의 분석에 사용되는 장비는 매우 고가이기 때문에, 일반 현장에서 쉽게 적용하기 어려운 문제점 또한 있다.

종래의 대기 중 금속 및 금속 화합물 측정 방법의 가장 치명적인 단점은 장시간 샘플링으로 인하여 신속한 모니터링이 불가능하다는 것이다. 반도체 클린룸과 같은 경우, FAB 농도를 관리나 황사와 같은 일반 환경의 대기질 관리를 위해서 신속한 샘플링 및 측정, 즉 실시간 모니터링에 대한 필요성이 매우 높은데, 상술한 바와 같은 종래의 방법들은 이러한 실시간 모니터링이 불가능하다는 문제점이 있었다.

종래에 대기 중 금속 물질을 모니터링하는 것과 관련된 기술들이 몇 가지 개시되어 왔다. 국제특허 제WO99/005518호("Method to Detect Metal Impurities In The Semiconductor Process Gases", 이하 선행기술1)에서는 반도체 제조 프로세스 중 가스 내의 금속 물질들을 포집하기 위한 방법에 관한 기술로서, 상기 선행기술1의 방법은 가압 조건 하에서만 오염물질의 포집이 가능하기 때문에 반도체 생산 환경인 클린룸이나 일반 대기 환경에서의 오염물질 포집에는 사용이 불가능할 뿐만 아니라 실시간 모니터링 역시 불가능한 문제점이 있다.

또한, 일본공개특허 제1994-230002호("금속 이온의 농축 정량 방법", 이하 선행기술2)에서는 금속 이온을 함유한 시료 수용액에 수용성 착화제 등을 첨가하여 전처리함으로써 농축을 한 후 분석을 수행하는 기술이 개시되어 있다. 그런데, 상기 선행기술2에서는 이미 금속 이온을 함유하고 있는 시료 수용액을 대상으로 하고 있는 바, 대기 중의 금속 물질을 포집하는 단계가 필요한 본 발명 관련 기술과는 그 대상이 상이하여, 본 발명에서 요구하는 조건에 직접 적용하는 것이 불가능하다. 뿐만 아니라 상기 선행기술2에 의한 방법은 실시간 모니터링 역시 불가능한 문제점이 있다.

또한, 일본등록특허 제3623777호("환경오염 미량 물질의 정량 방법 및 그것에게 이용하는 정량용 키트", 이하 선행기술3)에서는 미량 오염물을 포함하는 환경 채취 시료를 액체 혼합하여 정치한 후, 여러 전처리를 거쳐 흡광도를 측정함으로써 미량의 오염물을 분석해 내는 정량용 키트에 대한 기술이 개시되어 있다. 상기 선행기술3 역시, 시료 채취 자체에 대한 과정이 본 발명 관련 기술에 적용하였을 경우 상황을 개선할 수 있는 여지가 없고, 실시간 처리가 불가능하다.

또한, 일본공개특허 제2000-0193569호("가스 채취 장치 및 그것을 이용한 대기 오염 물질의 간단한 측정법", 이하 선행기술4)에서는, 가스 채취 용기에 물을 채우고 이를 소정의 유속으로 낙하시킴으로써 대기를 흡인하여 대기 중 오염 물질을 포집하고 이를 분석하는 기술이 개시되어 있으며, 일본공개특허 제1994-0015250호("대기 오염성질 계측장치", 이하 선행기술5)에서는 오염 대기를 냉각하고 수증기와 혼합한 물방울을 분석하는 기술이 개시되어 있다. 그런데, 금속 은 일반 물에 쉽게 녹아들어가지 않으며, 더구나 상술한 바와 같이 대기 중 금속이 초극미량일 경우 상기 선행기술4 또는 선행기술5에 의한 방식으로는 유의미한 분석 결과가 나올 만큼의 충분한 샘플 채취가 매우 어려우며, 이 또한 실시간 자동 모니터링 역시 불가능하다.

또한, 본 출원인에 의한 한국등록특허 제0827418호("냉각 방식 및 염기성 흡 수액을 이용한 산성 가스의 샘플링 방법 및 시스템과 이를 이용한 모니터링 시스템", 이하 선행기술6)에서는, 냉각 코일 샘플러를 사용하여 염기성 흡수액을 저온화함으로써 염소계 화합물 등과 같은 산성 가스를 고효율로 포집하여 실시간으로 측정하는 시스템 등이 개시되어 있다. 그러나 상기 선행기술6과 같이 액기비 변화를 이용한 산성 가스 포집 농축 방식만에 의해서는 초극미량의 금속을 측정하기 위한 샘플링에 한계가 있음이 밝혀졌으며, 따라서 대기 중 금속의 신속한 모니터링을 위해서는 이보다 개선된 시스템이 필요하다는 것이 알려졌다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공기, 고순도 가스, 케미컬 가스 등과 같은 각종 대기나 가스 중에 포함되어 있는 금속 및 금속 화합물들을 순환 방식의 농축 포집관 샘플러를 이용하여 신속하게 샘플링을 수행하고, 발색화 반응을 거친 후 분광법을 이용하여 역시 실시간에 준하는 측정을 수행함으로써 초극미량의 금속 및 금속 화합물을 신속히 측정 및 모니터링하는, 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템은, 측정 대상 환경으로부터 샘플 공기를 유입받아 샘플 공기 내에 포함된 대기 중 금속 및 금속 화합물을 흡수액을 이용하여 효과적으로 포집하여 샘플링하는 샘플링 장치, 상기 샘플링 장치에 의하여 샘플링된 금속 및 금속 화합물을 흡수한 흡수액과 분석 시약을 혼합한 시료를 하기의 분석 장치로 주입하는 시료 주입 장치, 상기 시료 주입 장치와 연결되어 시료 내의 금속 및 금속 화합물 농도를 정량 분석하는 분석 장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 샘플링 장치(110)는 흡수액을 수용하는 흡수액 용기(1); 상기 흡수액 용기(1)로부터 흡수액을 펌핑하는 흡수액 펌프(2); 측정 대상 환경으로부터 샘플 공기를 유입받고, 상기 흡수액 펌프(2)로부터 펌핑되어 온 흡수액을 유입받아, 샘플 공기 및 흡수액이 서로 접촉되게 하여 샘플 공기 내의 금속 및 금속 화합물을 흡수액으로 포집시키는 샘플러(3); 상기 샘플러(3)에 구비되어 상기 샘플러(3)로 공기를 유입시키는 진공 펌프(5); 상기 샘플러(3) 및 상기 진공 펌프(5) 사이에 구비되어 상기 샘플러(3)로 유입되는 공기의 유량을 조절하는 유량계(4); 를 포함하여 이루어지되, 상기 샘플링 장치(110)가 상기 샘플러(3)로부터 배출된 흡수액을 상기 샘플러(3)로 재유입시켜 순환시키도록 상기 샘플러(3)의 배출 측에 구비되는 제1순환밸브(6); 상기 흡수액 펌프(2)의 유입 측에 구비되는 제2순환밸브(7); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샘플러(3)는 금속 및 금속 화합물들을 포함하는 공기가 유입되는 공기유입부(102); 상기 흡수액 펌프(2)와 연결되어 흡수액이 유입되는 흡수액유입부(104); 상기 공기유입부(102) 및 상기 흡수액유입부(104)와 연결되어 공기 내 금속 및 금속 화합물들이 흡수액 내로 포집되도록 상기 유입된 공기 및 흡수액을 서로 혼합하는 포집관(101); 상기 포집관(101)의 배출부와 연결되어 공기 및 흡수액의 혼합물이 유입되며, 기체 상태의 공기와 액체 상태의 흡수액을 분리하되, 공기를 상부에 모아 상측에 구비된 공기배출구로 배출하고, 금속 및 금속 화합물들을 흡수한 흡수액을 하부에 모아 하측에 구비된 흡수액 배출구로 배출하는 샘플러 바디(103); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샘플러(3)는 상기 공기유입부(102)의 전방에 구비되어 적어도 하나 이상의 측정 대상 환경으로부터 각각 샘플 공기를 유입받아 선택적으로 하나의 샘플 공기만을 유입시키는 공기 선택 밸브; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샘플링 장치(110)는 흡수액을 2회 이상 순환시킨 후 배출시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샘플링 장치(110)는 흡수액 유입량/샘플 공기 유입량 (mL/L)으로 나타나는 액기비 값이 0.0001 (mL/L) 내지 100(mL/L) 범위 내의 값을 갖도록 포집을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡수액은 질산, 염산, 불산, 왕수, 과산화수소, 산화제, 산류와 산화제의 혼합액, 혼합산류, 암모니아수, 염기류 중 선택되는 어느 한 가지 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시료 주입 장치(120)는 표준용액을 수용하는 표준용액 용기(9); 상기 샘플링 장치(110)로부터 배출된 금속 및 금속 화합물을 흡수한 흡수액 샘플 및 상기 표준 용액 용기(9) 내에 수용된 표준 용액 중 선택되는 어느 한 가지를 하기의 인젝터(16)로 유입시키는 시료선택밸브(8); 금속 및 금속 화합물의 분석에 사용되는 분석용액을 흡수액 샘플이 유통되는 유로 상에 주입하는 분석용액 주입부(20); 샘플러에 포집된 흡수액 샘플을 펌핑하여 하기의 인젝터(16)에 주입하는 시료주입 펌프(18);을 포함하여 이루어지며, 상기 분석 장치(130)는 상기 시료주입 장치(120)로부터 배출된 흡수액 샘플 및 분석용액이 유입되어, 흡수액 샘플과 분석용액을 혼합 및 반응시켜 분석 시료를 생성하여 배출하는 반응기(17); 상기 반응기(17)로부터 배출된 분석 시료를 사용하여 금속 및 금속 화합물의 농도를 측정하 는 검출기(19);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시료주입 장치(120)는 일측이 상기 시료선택밸브(8)와 연결되어 흡수액 샘플 또는 표준용액을 선택적으로 유입받고, 타측이 상기 분석용액 주입부(20)와 연결되어 분석용액을 유입받아 각각을 선택적으로 배출하는 인젝터(16); 상기 인젝터(16) 내에 구비되어 흡수액 샘플 및 분석용액의 배출량을 조절하는 샘플루프(15); 를 더 포함하되, 상기 시료주입 펌프(18)가 상기 샘플루프(15)에 연결되고, 상기 분석용액 주입부(20)가 상기 인젝터(16)에 연결되어 이루어져 연속주입공정(FIA)을 사용하여 시료를 주입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시료주입 장치(120)는 중화제를 공급하는 중화 장치를 별도로 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시료주입 장치(120)는 순차주입공정(SIA)을 사용하여 시료를 주입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응기(17)는 반응 활성화를 위한 가열 또는 온도 유지가 가능한 온도 조절 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검출기(19)는 UV/Vis 분광법, 적외선 분광법, 형광측정법, ICP-AES, ICP-OES, ICP-MS, IC, IC-MS, AAS, ASV(Anodic Stripping Voltametry), ISE 중 선택되는 어느 한 가지 방법에 의하여 금속 및 금속 화합물의 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분석용액은 버퍼용액, 발색제, 산화제, 중화제, 캐리어 중에서 선택되는 어느 한 가지 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 대기 중 금속 및 금속 화합물은 Fe, Mn, Cu, Ni, Al, Cr, Co, Zn Cd, As, Cr, Tl, Sn, V, Pb, Ca, Mg, K, Na 또는 이들이 포함된 화합물 중에서 선택되는 어느 한 가지 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샘플링 장치는 샘플 공기가 1℃ 내지 40℃ 범위 내의 온도를 갖도록 하여 샘플링하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 방법은, 상술한 바와 같은 대기나 가스 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템을 사용하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 방법에 있어서, 상기 샘플링 장치가 측정 대상 환경으로부터 유입받은 샘플 공기 내에 포함된 금속 및 금속 화합물을 흡수액을 순환시켜 농축 포집하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 대기 중 금속 및 금속 화합물들을 샘플링하는 과정에 있어 흡수액의 순환과 액기비 변화를 통한 농축 방식을 사용함으로써, 초극미량의 금속 및 금속 화합물들을 높은 정확도를 확보하면서도 단시간 내에 측정해 낼 수 있는 큰 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 금속 및 금속 화합물들이 농축된 흡수액을 발색제 처리만 한 후 분광법을 이용하여 분석을 수행함으로써, 각종 전처리 과정이 필요했던 종래에 비하여 분석 과정에 걸리는 시간 역시 크게 줄어들게 되어, 전체적인 실험 과정에 걸리는 시간을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면 포집 및 분석에 걸리는 시간이 종래에 비하여 비약적으로 저감된다. 보다 구체적으로 말하자면, 종래에는 상술한 바와 같이 단지 포집하는 데에만 24 ~ 96시간이 걸리는 정도로 엄청난 시간이 소요되었던 것과는 달리, 본 발명의 실시예에 의하여 실제로 실험한 결과 포집 및 분석에 걸리는 시간이 약 30분 정도 소요되는 바, 종래와 비교하였을 때 거의 실시간에 준하는 측정이 가능하게 되어, 궁극적으로 실시간 모니터링을 실현하게 되는 효과가 있다. 또한, 예를 들어 종래 선행기술1의 경우 가압 조건이 필요한 반면, 본 발명은 대기압이나 가압조건의 어떤 환경에서도 사용 가능하기 때문에 클린룸이나 일반환경의 공기질뿐만 아니라 배관으로 공급되는 케미컬 가스, 고순도 가스 등 적용 범위가 크게 넓어지게 되는 효과가 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템 및 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명에서 대기는, 일반적인 환경에서의 공기, 클린룸 내의 공기, 고순도 가스, 케미컬 가스 등과 같은 다양한 기체를 모두 포함하여 지칭하는 것으로 간주한다.

도 1은 본 발명에 의한 모니터링 시스템의 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 모니터링 시스템(100)은, 흡수액 용기(1), 흡수액 펌프(2), 샘플러(3), 유 량계(4), 진공 펌프(5), 제1순환밸브(6), 제2순환밸브(7), 시료선택밸브(8), 표준용액 용기(9), 분석용액 주입부(20), 샘플 루프(15), 인젝터(16), 반응기(17), 시료주입 펌프(18), 검출기(19)를 포함하여 이루어진다. 이 중 흡수액 용기(1), 펌프(2), 샘플러(3), 유량계(4), 진공 펌프(5), 제1순환밸브(6) 및 제2순환밸브(7)는 샘플링 공정을 수행하는 샘플링 장치(110)를 구성하며, 시료선택밸브(8), 표준용액 용기(9), 분석용액 주입부(20), 샘플 루프(15), 인젝터(16) 및 시료주입 펌프(18)는 시료 주입 공정을 수행하는 시료 주입 장치(120)를 구성하고, 반응기(17) 및 검출기(19)는 분석 공정을 수행하는 분석 장치(130)을 구성하게 된다. 이하 각 부에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저 상기 샘플링 장치(110)에 대하여 설명한다. 상기 샘플러(3)로는 샘플 공기가 유입된다. 샘플 공기는 클린룸 등과 같이 대기 중 금속 및 금속 화합물을 측정하고자 하는 환경에 직접 연결된 배기 파이프를 통하여 직접 유입될 수도 있으며, 또는 측정 대상 환경으로부터 샘플 공기를 따로 용기에 담아 와서 상기 샘플러(3)로 유입시킬 수도 있다. 도 1에 상세히 도시되지는 않았으나, 상기 샘플러(3)는 물론 샘플 공기가 유입되는 부분에 공기 선택 밸브를 더 구비함으로써, 적어도 하나 이상의 샘플 공기들을 선택적으로 유입시키도록 할 수 있다. 즉, 구체적으로 하나의 예를 들면 제1클린룸, 제2클린룸, …, 제n클린룸에 각각 연결된 n개의 배기 파이프가 공기 선택 밸브에 연결되며, 공기 선택 밸브에서는 n개의 샘플 공기들을 모두 통과시키는 것이 아니라 그 중 어느 하나만을 선택하여 통과시킴으로써 샘플 러(3) 내로 유입되도록 하는 것이다. 이와 같은 공기 선택 밸브의 구성은 일반적인 선택 밸브를 사용하여 쉽게 구현이 가능한 바 상세한 설명은 생략한다. 상기 유량계(4) 및 상기 진공 펌프(5)는 상기 샘플러(3)로 유입되는 샘플 공기의 유량을 조절하는 역할을 한다.

또한, 상기 샘플링 장치는 샘플 공기가 1℃ 내지 40℃ 범위 내의 온도를 갖도록 하여 샘플링하는 것이 바람직하다. 일반적으로 본 발명에서 고려하고 있는 측정 대상 공간인 클린룸 환경의 경우 샘플 공기는 상온을 가지게 되나, 측정 과정에 있어서의 반응성이나 통계치의 신뢰성 등을 고려하여 상기 샘플링 장치에서 샘플 공기를 샘플링하는 시점에서 샘플 공기의 온도를 조절하도록 하는 것이다. 이와 같이 샘플 공기의 온도를 조절하는 것은 상기 공기 선택 밸브의 전단 또는 후단 등의 위치에 적절한 냉각 장치 또는 가열 장치를 구비하는 등과 같이 쉽게 구현이 가능한 바 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 상기 샘플러(3)로 샘플 공기가 유입됨과 동시에, 상기 흡수액 펌프(2)가 상기 흡수액 용기(1)로부터 흡수액을 펌핑하여 상기 샘플러(3)로 유입시키며, 따라서 상기 샘플러(3) 내에서 흡수액과 샘플 공기가 혼합되어 샘플 공기 내의 금속 및 금속 화합물이 흡수액 내로 포집되어 나오게 된다. 이 때, 본 발명에서의 흡수액은 대기 중의 금속 및 금속 화합물을 용이하게 흡수할 수 있도록, 금속 및 금속 화합물과의 반응성이 높은 질산, 염산, 불산, 왕수, 과산화수소(H₂O₂), 산화제, 산류와 산화제의 혼합액, 혼합산류, 암모니아, 염기류 중 선택되는 어느 한 가 지 이상으로 이루어질 수 있다.

이 때, 상기 샘플러(3)의 배출 측에 구비된 제1순환밸브(6) 및 상기 흡수액 펌프(2)의 유입 측에 구비된 제2순환밸브(7)에 의하여, 상기 샘플러(3)로부터 배출된 흡수액이 다시 상기 흡수액 펌프(2)를 통해 상기 샘플러(3)로 재유입되는 과정을 거친다. 상기 샘플러(3)로부터 배출되는 흡수액은 샘플 공기와 접촉하여 금속 및 금속 화합물을 일부 흡수하고 있는 상태이나, 상술한 바와 같이 대기 중 금속 및 금속 화합물이 초극미량인 경우 이를 그대로 분석하면 유의미한 분석 결과를 얻기 어렵다. 그런데, 본 발명에서와 같이 상기 제1 및 제2순환밸브(6, 7)을 사용하여 금속 및 금속 화합물들을 일부 흡수하고 있는 흡수액을 상기 샘플러(3)로 재유입시켜 샘플 공기와 더 접촉하게 함으로써, 흡수액 내로 금속 및 금속 화합물들을 농축 흡수할 수 있게 된다. 이와 같은 흡수액의 순환이 2회 이상 이루어지도록 함으로써, 흡수액 내로 유의미한 분석 결과가 측정될 수 있는 금속 및 금속 화합물들이 포집될 수 있게 된다.

상기 샘플러 및 밸브들 등에 의한 순환 구조에 대하여 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도 2에서는 상기 샘플러(3)의 상세한 구성을 도시하고 있다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 샘플러(3)는 일측에 측정 대상인 공기, 즉 금속 및 금속 화합물을 포함하는 대기가 유입되는 공기유입부(102)가 구비되고, 다른 일측에 상기 흡수액 펌프(2)와 연결되어 흡수액이 유입되는 흡수액유입부(104)가 구비된다. 상기 공기유입부(10) 및 상기 흡수액유입부(104)는 도 3에 도 시된 바와 같은 Y자형 오리피스 등과 같은 장치를 통해 포집관(101)으로 유입되어 서로 혼합되게 된다.

상기 포집관(101)은 흡수액과 대기가 혼합된 상태로 상기 포집관(101)을 통과하는 동안 대기 내에 포함되어 있던 금속 및 금속 화합물이 흡수액 내로 녹아들어가 포집되게 된다. 상기 포집관(101)이 비선형의 유로를 형성함으로써 금속 및 금속 화합물과 흡수액이 접촉 기회를 늘려 금속 및 금속화합물이 흡수액으로의 포집이 보다 잘 이루어지도록 하였다. 도면 상에는 상기 포집관(101)이 코일 형태로 도시되어 있으나 상기 포집관(101)이 반드시 나선형 코일 형태로 되어 있어야 하는 것은 물론 아니며, 흡수액과 대기가 보다 효과적으로 만날 수 있도록 형성되면 된다. 즉 상기 포집관(101)은 나선형 또는 나선형이 아니더라도 비선형 형태를 가지면 되는 것으로, 즉 도면으로 본 발명의 포집관(101)의 형태가 제한되는 것은 아니다.

상기 샘플러 바디(103)로는 상기 포집관(101)에서 배출되는 공기 및 흡수액의 혼합물이 유입되는데, 흡수액은 중력에 의하여 상기 샘플러 바디(103)의 하부로 모이게 되며, 반대로 공기는 상기 샘플러 바디(103)의 상부로 모이게 된다. 상기 샘플러 바디(103)의 상부 및 하부에는 각각 공기와 흡수액을 배출할 수 있는 배출구가 구비되어 있어, 공기는 상부의 공기배출구로, 흡수액은 하부의 흡수액배출구로 배출되게 된다. 이 때, 상기 포집관(101)을 통과하면서 대기 내의 금속 및 금속 화합물들이 흡수액으로 포집되었기 때문에, 배출 공기는 금속 및 금속 화합물들이 거의 포함되지 않은 깨끗한 공기가 되며, 흡수액은 원래 공기 속에 포함되어 있던 금속 및 금속 화합물을 포함한 상태가 되어 상기 샘플러 바디(103)에 포집된 후 포집이 완료되면 샘플러(3) 밖으로 배출되게 된다.

이 때, 상술한 바와 같이 금속 및 금속 화합물들이 공기 중에 초극미량 존재하는 것도 큰 문제가 되기 때문에, 초극미량의 금속 및 금속 화합물들도 측정해낼 수 있어야만 한다. 그런데 흡수액에 초극미량의 금속 및 금속 화합물이 포집되게 되면, 이를 분석하였을 때 유의미한 분석 결과가 나오기 어려우며, 매우 높은 감도 및 정확도를 가지는 장비를 사용하여야만 측정이 가능하게 되는 문제가 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 극복하기 위하여, 상기 샘플러(3)로부터 배출되는 흡수액, 즉 금속 및 금속 화합물들을 이미 한 번(또는 한 번 이상) 포집한 흡수액을 그대로 배출하는 대신 제1순환밸브(6) 및 제2순환밸브(7)를 사용하여 순환시키게 된다.

즉 순환 시에는, 도 2에서 제1순환밸브(6)의 a, b 방향이 개방되고 c 방향이 폐쇄되며, 제2순환밸브(7)의 d 방향이 폐쇄되고 e, f 방향이 개방되게 된다. 이와 같이 밸브의 개폐 방향이 형성됨으로써 흡수액의 유통 경로는 루프를 이루게 되는데, 한편 상기 흡수액 펌프(2)는 지속적으로 흡수액을 상기 샘플러(3) 내로 유입시키도록 펌핑 동작을 계속하기 때문에, 흡수액은 상기 샘플러(3)로 재유입되어 지속적으로 순환되게 된다. 순환 횟수는 포집하려는 금속 및 금속 화합물의 종류나 평균 포함량 등에 따라 실험자에 의하여 적절히 결정될 수 있다.

배출 시에는, 도 2에서 제1순환밸브(6)의 a, c 방향이 개방되고 b 방향이 폐쇄되며, 또한 제2순환밸브(7)에서는 d, f 방향이 개방되고 e 방향이 폐쇄된다. 따 라서 순환에 의하여 금속 및 금속 화합물을 농축 포집한 흡수액은 비로소 상기 제1순환밸브의 c 방향을 따라 상기 샘플러(3)로부터 배출될 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에서는, 금속 및 금속 화합물을 순환 구조를 사용하여 연속적으로 농축 포집하게 되므로, 종래에 흡수액 내에 금속 및 금속 화합물을 측정 가능할 만큼 포집하기 위해서 장시간 포집을 수행하거나 또는 가압 조건 등을 사용하였던 것과는 달리, 아무런 환경이나 조건의 제약을 받지 않고 농축 포집을 수행할 수 있다. 특히 본 발명에서는 이와 같은 농축 포집을 통하여 흡수액 유입량/샘플 공기 유입량(mL/L)으로 나타나는 액기비 값이 0.0001(mL/L) 내지 100 (mL/L) 범위 내의 값을 갖도록 하고 있다. 따라서 본 발명은 일반적인 공기 뿐만 아니라 고순도 가스나 케미컬 가스 등의 순도 측정에도 매우 유용하게 사용될 수 있다.

이와 같이 순환에 의하여 금속 및 금속 화합물을 농축 흡수한 흡수액은 상기 시료주입 장치(120)로 유입된다. 상기 샘플러(3)로부터 배출된 흡수액과 상기 표준용액 용기(9) 내에 수용된 표준 용액 중 선택되는 어느 한 가지의 용액이 상기 시료선택밸브(8)를 통해 상기 인젝터(16)로 유입된다. 여기에서, 흡수액과 표준용액이 선택적으로 유입된다는 것은 다음과 같은 이유에서이다. 실제 분석이 수행될 경우에는 물론 상기 샘플러(3)로 금속 및 금속 화합물을 포집하고 있는 흡수액이 유입되어야 한다. 그런데, 어떤 하나의 샘플에 대한 분석 전후에 있어, 이전 샘플 분석에 사용된 샘플의 찌꺼기가 장치 내에 잔존하고 있을 경우, 분석 결과에 커다란 오류가 발생하게 된다. 따라서 분석 전후에는 반드시 장치 전체의 감도를 보정하는 과정이 필요하다. 또한, 장치 내에 흐르는 액체의 유속이나 유량을 갑작스럽게 변화시킬 경우 역시 분석 결과에 문제가 생길 가능성이 있다. 이와 같은 여러 가지 문제점을 피하기 위하여, 분석 전후에 표준용액을 장치 내에 미리 순환시킴으로써, 장치 감도를 보정함과 동시에 장치 내 안정적인 유동을 확보할 수 있게 된다.

이하에서는 상기 시료선택 밸브(8)를 통해 흡수액 샘플이 유입되었음을 전제하고 설명한다.

상기 시료선택 밸브(8)를 통해 나온 흡수액 샘플은, 시료주입 장치(120)를 통과하면서 분석용액과 배출량, 순서, 시간 등이 조절되어 배출되어 상기 분석 장치(130)로 유입되게 된다. 도 3a 내지 도 3e와 도 3f는 분석용액이 구비되는 다양한 경우를 도시하고 있다. 이 때 특히, 도 3a 내지 도 3e는 시료주입 펌프(18) 외에도 인젝터(16) 및 샘플루프(15)가 더 구비되어 흡수액 샘플 및 분석용액의 주입을 보다 용이하게 할 수 있도록 구성한 예를 도시하고 있으며, 도 3f는 흡수액 샘플을 주입함에 있어서 시료주입 펌프(18)만을 사용하여 구성을 간소하게 하는 예를 도시하고 있다. 또한, 도 3a 내지 도 3e에는 도시되지 않았으나, 중화제를 주입함에 있어서 도 3d에서와 같이 자동 중화가 이루어지도록 할 수도 있으나 중화제를 별도로 주입하는 중화 장치를 더 구비함으로써 시료의 중화가 확실히 이루어지도록 할 수도 있다. 이와 같이, 도 3a 내지 도 3f에 도시된 것은 실시예일 뿐으로 도 3a 내지 도 3f에 도시되지 않은 방법이라 하여도 일반적인 연속주입공정(FIA)에서 사용되는 시료 및 분석 용액 주입 방법에 포함되며 본 발명의 취지에 벗어나지 않는 방법이라면 어떤 방법 및 장치를 사용하여도 무방하다는 것은 당연한 것이다.

분석용액에 대하여 보다 상세히 설명한다. 금속 및 금속 화합물은 흡수액 포집되어 금속 이온으로 존재하며, 분석 용액들을 이용하여 금속 이온의 농도와 성분을 측정하게 된다. 이러한 측정에 있어서, 특정 금속 이온과 반응하여 발색이 일어나는 발색제를 일반적으로 널리 사용하고 있다. 즉 금속 이온들이 함유되어 있는 용액과 발색제를 혼합할 경우 발색이 일어나며, 금속 이온들의 농도에 따라 발색 정도가 달라지는 것이다. 따라서 상기 검출기(19)에서는 발색된 정도를 측정함으로써 금속 이온들의 농도를 측정할 수 있게 된다. 따라서 분석용액으로서 발색제가 사용될 수 있음은 자명하다. 이 때, 장치의 감도 유지를 위한 버퍼용액이나, 장치에 연속적으로 분석 시료가 유통되는 것은 아니므로, 분석 시료를 운반함과 동시에 분석 시료가 유통되지 않을 때에도 장치 내의 일정 유동을 유지할 수 있도록 하는 캐리어용액 등도 함께 유통될 수 있다. 또한, 발색이 잘 일어나도록 하기 위한 촉매로서 산화제가 첨가될 수도 있고, 발색 정도를 조절하기 위한 중화제가 첨가될 수도 있다. 이하, 시료주입 펌프(18), 인젝터(16) 및 샘플루프(15)를 사용하여 흡수액 샘플 및 분석용액을 자동 주입하는 도 3a 내지 도 3e의 예와, 시료주입 펌프(18)만을 사용하여 흡수액 샘플을 주입하고, 흡수액 샘플이 흐르는 유로 상에 분석 용액을 주입하는 도 3f의 예 각각에서의 흡수액 샘플 및 분석용액의 흐름에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 3a 내지 도 3e의 예에서는, 상기 시료선택 밸브(8)를 통해 나온 흡수액 샘플은 상기 인젝터(16)로 유입되며, 또한 상기 인젝터(16)로는 분석용액 주입부(20)로부터 분석용액이 유입된다. 분석용액 주입부(20)는 분석을 위해 흡수액과 혼합될 수 있는 여러 가지 분석용의 용액들을 상기 인젝터(16)로 유입시키는 역할을 하며, 따라서 다양한 분석용액을 담은 용기와 각각의 용기로부터 상기 인젝터(16)로 분석용액을 펌핑하는 각각의 펌프들로 이루어지게 된다. 상기 인젝터(16)는 상술한 바와 같이 유입된 흡수액 샘플 및 (적어도 하나 이상의) 분석용액을 선택적으로 배출하게 되며, 상기 인젝터(16) 내에 구비된 상기 샘플루프(15)에서는 흡수액 샘플 및 분석용액의 배출량을 조절한다. 상기 시료주입 펌프(18)는 상기 샘플루프(15)로 흡수액 샘플을 이송시켜 주는 역할을 한다.

도 3f의 예에서는, 상기 시료선택 밸브(8)를 통해 나온 흡수액 샘플이 단지 유로를 따라 흐르게 된다. 상기 시료주입 펌프(18)는 상기 분석 장치(130)로 흡수액 샘플이 주입될 수 있도록 펌핑한다는 점은 도 3a 및 도 3e의 예에서와 마찬가지이나 단지 이 경우 샘플루프(15) 대신 흡수액 샘플이 흐르는 유로에 직접 연결된다는 점만이 다르다. 이와 같이 시료주입 펌프(18)에 의하여 상기 분석 장치(130)로 흡수액 샘플이 주입되는 경우, 도 3f의 예에서와 같이 캐리어나 발색제 등이 흡수액 샘플이 유통하는 유로 상에 직접 주입되게 된다.

상기 도 3a 내지 도 3f에 도시된 실시예에 도시된 바와 같이 상기 시료 주입 장치(120)가 연속주입공정(FIA)을 사용할 수도 있으나, 또한 도 4a 또는 도 4b에 도시된 바와 같은 형태로 형성되어 순차주입공정(SIA)을 사용하여 시료를 주입하게 하여도 무방하다. 즉, 도 4a 또는 도 4b에 도시된 바와 같이 인젝터(16)의 각 주입구에 버퍼 용액, 산화제, 발색제, 표준 용액, 캐리어, 시료 등이 연결되며, 시료주 입 펌프(18)가 순차적으로 용액을 선택하여 반응기(17) 및 검출기(19) 쪽으로 밀어 줌으로써 분석할 수 있도록 하는 것이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 것은 하나의 실시예일 뿐이며, 또한 도 4a 또는 도 4b에 기재되어 있는 모든 용액들을 모두 사용하여 분석을 수행하는 것은 물론 아니고, 기재되어 있는 분석 용액들을 선택적으로 사용할 수 있음은 당연하다. 즉 순차주입공정(SIA)을 사용할 경우에도, 연속주입공정(FIA)을 사용하는 경우인 도 3a 내지 도 3f의 예시에서와 유사하게, 분석되어야 하는 시료의 특성이나 실험자의 실험 취지 등과 같은 상황적 변수에 따라, 예를 들어 버퍼 용액과 발색제만 사용한다든가 하는 등과 같이, 적절한 분석 용액들이 선택적으로 사용될 수 있는 것이다. 따라서 도 4a 또는 도 4b로 본 발명이 제한되는 것은 물론 아니다.

이와 같이 상기 인젝터(16)를 통해 흡수액 샘플과 분석용액이 배출량, 순서, 간격 등이 조절된 상태로 상기 분석 장치(130)로 유입되어 비로소 분석이 이루어지게 된다. 흡수액 샘플 및 분석용액은 먼저 상기 반응기(17)로 유입되는데, 상기 반응기(17)에서는 흡수액 샘플과 분석용액을 서로 혼합 및 반응시켜 배출하게 된다. 이 때 상기 반응기(17)에는 흡수액 샘플과 분석용액이 효과적으로 반응을 일으킬 수 있도록, 즉 반응을 보다 활성화할 수 있도록 가열이나 온도 유지가 가능한 온도 조절 수단(미도시)을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 온도 조절 수단의 구체적인 구현은, 일반적으로 가열 및 온도 유지를 수행할 수 있는 장치 즉 전기 등을 이용하는 히터, 온도 센서 등과 같은 장치들로 이루어질 수 있으며, 상기 온도 조절 수 단의 형태는 어떻게 이루어져도 무방하다.

이와 같이 흡수액 샘플 및 분석용액이 혼합 및 반응이 일어나 분석이 가능한 분석 시료가 된 후, 상기 반응기(17)와 연결된 상기 검출기(19)에서 UV/Vis 분광법, 적외선 분광법, 형광측정법, ICP-AES, ICP-OES, ICP-MS, IC, IC-MS, AAS, AVS(Anodic Stripping Voltametry), ISE 등과 같은 다양한 방법들 중 선택되는 적절한 방법을 사용하여 금속 이온의 농도를 측정하는 분석을 수행하게 된다. 이와 같은 방법으로 분석될 수 있는 금속 이온들은 Fe, Mn, Cu, Ni, Al, Cr, Co, Zn Cd, As, Cr, Tl, Sn, V, Pb, Ca, Mg, K, Na 등과 같다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 시스템을 이용하여 대기 중 금속 및 금속 화합물을 실제로 측정한 결과로서, 도 5는 대기 중 Cu 오염에 대한 자동 측정 스펙트럼을, 도 6은 대기 중 Cu 오염 지역에 대한 연속 자동 측정 데이터를 도시하고 있다.

도 5는 대기 중 오염원이 있는 장소 및 오염원이 없는 장소를 선택하여 동시에 측정한 결과이다. A와 C는 Cu 오염원이 있는 장소, B는 Cu 오염원이 없는 장소에 대한 측정 결과인데, 도시된 바와 같이 오염원이 없는 장소에서의 측정 결과(B)는 Cu에 대한 신호가 거의 0으로 유지되어 나오는 반면, A, C의 경우 확실한 측정 신호가 나오는 것을 알 수 있다. 뿐만 아니라 A, C의 측정 신호가 확연히 다르게 나오는 것으로부터, Cu의 신호가 농도에 따라 나타나고 있음을 알 수 있다.

도 6은 Cu가 사용되어 대기 오염이 이루어지는 클린룸의 모니터링 결과로서, 일반적인 상태인 10 pptM 정도의 초극미량 수준의 Cu가 유지되나 오염 발생 상태의 경우 50 pptM 이상으로 농도의 증가되었다가 다시 감소되는 트렌드를 확연히 모니터링 할 수 있음을 알 수 있다. 또한 pptM 수준의 초극미량 수준에 연속 자동 모니터링이 가능함을 알 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

도 1은 본 발명의 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템의 일실시예.

도 2는 본 발명의 흡수액 순환 구조.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템의 다른 실시예.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 시료 주입 장치의 다른 실시예.

도 5는 본 발명에 의한 대기 중 Cu 오염에 대한 자동 측정 스펙트럼.

도 6은 본 발명에 의한 대기 중 Cu 오염 지역에 대한 연속 자동 측정 데이터.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

100: (본 발명의) 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템

110: 샘플링 장치 120: 시료주입 장치

130: 분석 장치

1: 흡수액 용기 2: 흡수액 펌프

3: 샘플러 4: 유량계

5: 진공 펌프 6: 제1순환밸브

7: 제2순환밸브 8: 시료선택밸브

9: 표준용액 용기 10: 버퍼용액 용기

11: 발색제 용기 12: 제1펌프

13: 제2펌프 14: 발색제 펌프

15: 샘플 루프 16: 인젝터

17: 반응기 18: 시료주입 펌프

19: 검출기 20: 분석용액 주입부

101: 포집관 102: 공기유입부

103: 샘플러 바디 104: 흡수액유입부

Claims

측정 대상 환경으로부터 샘플 공기를 유입 받아 샘플 공기 내에 포함된 대기 중 금속 및 금속 화합물을 흡수액을 이용하여 샘플링하는 샘플링 장치,

상기 샘플링 장치에 의하여 샘플링된 금속 및 금속 화합물을 흡수한 흡수액과 분석 시약을 혼합한 시료를 하기의 분석 장치로 주입하는 시료 주입 장치,

상기 시료 주입 장치와 연결되어 시료 내의 금속 및 금속 화합물 농도를 정량 분석하는 분석 장치

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 샘플링 장치(110)는

흡수액을 수용하는 흡수액 용기(1); 상기 흡수액 용기(1)로부터 흡수액을 펌핑하는 흡수액 펌프(2); 측정 대상 환경으로부터 샘플 공기를 유입받고, 상기 흡수액 펌프(2)로부터 펌핑되어 온 흡수액을 유입받아, 샘플 공기 및 흡수액이 서로 접촉되게 하여 샘플 공기 내의 금속 및 금속 화합물을 흡수액으로 포집시키는 샘플러(3); 상기 샘플러(3)에 구비되어 상기 샘플러(3)로 공기를 유입시키는 진공 펌프(5); 상기 샘플러(3) 및 상기 진공 펌프(5) 사이에 구비되어 상기 샘플러(3)로 유입되는 공기의 유량을 조절하는 유량계(4); 를 포함하여 이루어지되,

상기 샘플링 장치(110)가 상기 샘플러(3)로부터 배출된 흡수액을 상기 샘플러(3)로 재유입시켜 순환시키도록

상기 샘플러(3)의 배출 측에 구비되는 제1순환밸브(6);

상기 흡수액 펌프(2)의 유입 측에 구비되는 제2순환밸브(7);

를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 샘플러(3)는

금속 및 금속 화합물을 포함하는 공기가 유입되는 공기유입부(102);

상기 흡수액 펌프(2)와 연결되어 흡수액이 유입되는 흡수액유입부(104);

상기 공기유입부(102) 및 상기 흡수액유입부(104)와 연결되어 공기 내 금속 및 금속 화합물이 흡수액 내로 포집되도록 상기 유입된 공기 및 흡수액을 서로 혼합하는 포집관(101);

상기 포집관(101)의 배출부와 연결되어 공기 및 흡수액의 혼합물이 유입되며, 기체 상태의 공기와 액체 상태의 흡수액을 분리하되, 공기를 상부에 모아 상측에 구비된 공기배출구로 배출하고, 금속 및 금속 화합물 오염 물질을 흡수한 흡수액을 하부에 모아 하측에 구비된 흡수액 배출구로 배출하는 샘플러 바디(103);

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 3항에 있어서, 상기 샘플러(3)는

상기 공기유입부(102)의 전방에 구비되어 적어도 하나 이상의 측정 대상 환경으로부터 각각 샘플 공기를 유입받아 선택적으로 하나의 샘플 공기만을 유입시키는 공기 선택 밸브;

를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 샘플링 장치(110)는

흡수액을 2회 이상 순환시킨 후 배출시키는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 샘플링 장치(110)는

흡수액 유입량/샘플 공기 유입량으로 나타나는 액기비 값이 0.0001(mL/L) 내지 100(mL/L) 범위 내의 값을 갖도록 포집을 수행하는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 흡수액은

질산, 염산, 불산, 왕수, 과산화수소, 산화제, 산류와 산화제의 혼합액, 혼합산류, 암모니아수, 또는 염기류 중 선택되는 어느 한 가지 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 시료 주입 장치(120)는

표준용액을 수용하는 표준용액 용기(9); 상기 샘플링 장치(110)로부터 배출된 금속 및 금속 화합물을 흡수한 흡수액 샘플 및 상기 표준 용액 용기(9) 내에 수용된 표준 용액 중 선택되는 어느 한 가지를 인젝터(16)로 유입시키는 시료선택밸브(8); 금속 및 금속 화합물 분석에 사용되는 분석용액을 흡수액 샘플이 유통되는 유로 상에 주입하는 분석용액 주입부(20); 흡수액 샘플을 펌핑하여 하기의 분석 장치(130)로 주입하는 시료주입 펌프(18);을 포함하여 이루어지며,

상기 분석 장치(130)는

상기 시료주입 장치(120)로부터 배출된 흡수액 샘플 및 분석용액이 유입되어, 흡수액 샘플과 분석용액을 혼합 및 반응시켜 분석 시료를 생성하여 배출하는 반응기(17); 상기 반응기(17)로부터 배출된 분석 시료를 사용하여 금속 및 금속 화합물의 농도를 측정하는 검출기(19);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 8항에 있어서, 상기 시료주입 장치(120)는

일측이 상기 시료선택밸브(8)와 연결되어 흡수액 샘플 또는 표준용액을 선택적으로 유입받고, 타측이 상기 분석용액 주입부(20)와 연결되어 분석용액을 유입받아 각각을 선택적으로 배출하는 인젝터(16); 상기 인젝터(16) 내에 구비되어 흡수액 샘플 및 분석용액의 배출량을 조절하는 샘플루프(15);

를 더 포함하되, 상기 시료주입 펌프(18)가 상기 샘플루프(15)에 연결되고, 상기 분석용액 주입부(20)가 상기 인젝터(16)에 연결되어 이루어져 연속주입공정(FIA)을 사용하여 시료를 주입하는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 9항에 있어서, 상기 시료주입 장치(120)는

중화제를 공급하는 중화 장치를 별도로 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 8항에 있어서, 상기 시료주입 장치(120)는

순차주입공정(SIA)을 사용하여 시료를 주입하는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 8항에 있어서, 상기 반응기(17)는

반응 활성화를 위한 가열 또는 온도 유지가 가능한 온도 조절 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 8항에 있어서, 상기 검출기(19)는

UV/Vis 분광법, 적외선 분광법, 형광측정법, ICP-AES, ICP-OES, ICP-MS, IC, IC-MS, AAS, AVS(Anodic Stripping Voltametry), 또는 ISE 중 선택되는 어느 한 가지 방법에 의하여 금속 및 금속 화합물의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 8항에 있어서, 상기 분석용액은

버퍼용액, 발색제, 산화제, 중화제, 또는 캐리어 중에서 선택되는 어느 한 가지 이상인 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 대기 중 금속 및 금속 화합물은

Fe, Mn, Cu, Ni, Al, Cr, Co, Zn Cd, As, Cr, Tl, Sn, V, Pb, Ca, Mg, K, Na, 또는 이들이 포함된 화합물 중에서 선택되는 어느 한 가지 이상인 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 샘플링 장치는

샘플 공기가 1℃ 내지 40℃ 범위 내의 온도를 갖도록 하여 샘플링하는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템.
제 1항 내지 제 16항 중 선택되는 어느 한 항에 의한 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템을 사용하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 방법에 있어서,

상기 샘플링 장치가 측정 대상 환경으로부터 유입받은 샘플 공기 내에 포함된 대기 중 금속 및 금속 화합물을 흡수액을 순환시켜 농축 포집하는 것을 특징으로 하는 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 방법.