KR100927847B1 - A total organic carbon analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 총 유기탄소 분석기에 관한 것으로, 특히 습식 산화 회로와 이산화탄소가스 계측기로 이루어져 구조가 간단하며, 과황산 나트륨과 인산의 혼합 반응액이 결정체를 일으키지 않으므로 장치의 막힘으로 인한 파손이 방지되고, 수분을 제거하여 측정시 오차가 발생되지 않으며, 오염이 심각한 물이나 지표수와 프로세스 물 등과 같은 다양한 측정수에 함유된 유기탄소의 총량을 측정할 수 있는 총 유기탄소 분석기에 관한 것이다.The present invention relates to a total organic carbon analyzer, in particular, consisting of a wet oxidation circuit and a carbon dioxide gas meter, the structure is simple, since the mixed reaction solution of sodium persulfate and phosphoric acid does not cause crystals, damage due to blockage of the device is prevented, It removes moisture and does not cause errors in measurement, and it is possible to measure the total amount of organic carbon contained in various measurement water such as highly contaminated water or surface water and process water. Relates to a total organic carbon analyzer.
미국 수도협회의 표준방법(AWWA Standard method)에서 제시하는 일반적인 총유기탄소(TOC, total organic carbon)측정 방법은 연소-적외선법(combustion-infrared method), 퍼설페이트-자외선산화법(sulfate-ultraviolet oxidation method), 습식산화법(wet-oxidation method)있다.Common total organic carbon (TOC) measurement methods proposed by the American Water Association's AWWA Standard method are the combustion-infrared method and the sulfate-ultraviolet oxidation method. ), Wet-oxidation method.
연소-적외선법은 측정하고자 하는 시료를 산화코발트와 같은 산화촉매를 이용하여 900℃ 정도의 고온으로 산화시켜 유기탄소를 이산화탄소와 물로 산화시키는 방법이다. 이때, 발생하는 이산화탄소는 적외선분석기를 이용하여 정량화한다. 이 방법은 고온과 적외선분석기를 이용하여야 하므로 장치가 고가인 단점이 있다.The combustion-infrared method is a method of oxidizing an organic carbon to carbon dioxide and water by oxidizing a sample to be measured at a high temperature of about 900 ° C. using an oxidation catalyst such as cobalt oxide. At this time, the generated carbon dioxide is quantified using an infrared analyzer. This method requires a high temperature and an infrared analyzer, so the apparatus is expensive.
퍼설페이트-자외선법은 측정시료에 퍼설페이트를 첨가한 후 자외선을 조사시켜 유기탄소를 산화시키는 방법이다. 연소-적외선법과 마찬가지로 적외선분석기로 정량화한다.The persulfate-ultraviolet method is a method of oxidizing organic carbon by adding persulfate to a measurement sample and irradiating ultraviolet rays. As with the combustion-infrared method, it is quantified by an infrared analyzer.
습식산화법은 먼저 시료를 산성화시켜 무기탄소를 대기중으로 방출시킨후 퍼설페이트를 촉매로 사용하여 116∼130℃로 가열하면 발생하는 이산화탄소를 적외선분석기로 정량화하는 방법이다.In the wet oxidation method, the sample is first acidified to release inorganic carbon into the atmosphere, and then, using persulfate as a catalyst, carbon dioxide generated when heated to 116 to 130 ° C. is quantified by an infrared analyzer.
상기 3가지 방법은 모두 적외선분석기를 이용하며 또한 분석장치가 복잡한 단점을 갖고 있다(US Patent 5,413,763, US Patent 5,567,388, US Patent 5,820,823). All three methods use an infrared analyzer and have a complex disadvantage in that the analysis device is used (US Patent 5,413,763, US Patent 5,567,388, US Patent 5,820,823).
상기한 문제점을 해결하기 위해서 유기탄소의 산화는 습식산화를 이용하고 발생한 이산화탄소를 알카리용액에 흡수시킨 후 알카리용액의 수소이온농도 변화를 가시광선 영역에서 분광광도계를 이용하여 흡광도를 측정하므로써 유기탄소 농도를 정량화하는 방법은 쉽게 생각할 수 있는 방법이다. In order to solve the above problems, the oxidation of organic carbon uses wet oxidation and absorbs the generated carbon dioxide into alkaline solution, and then changes the hydrogen ion concentration of alkaline solution by measuring the absorbance using a spectrophotometer in the visible range. The method of quantifying is easily conceivable.
US Patent No. 6,368,870는 이러한 방법을 기본으로 측정이 용이하도록 한 것으로써, 유기탄소를 퍼설페이트를 이용하여 산화한 후 가열하여 알카리용액에 이산화탄소를 흡수시키고 흡수된 이산화탄소의 양을 수소이온농도(pH)변화로 정량화하는 방법을 사용하는데 있어서, 측정방법으로 외병과 내병이 있어 내병이 외병에 담기게 되는 형태를 이용하고 있다. US Patent No. 6,368,870 makes it easy to measure based on this method. Organic carbon is oxidized using persulfate and heated to absorb carbon dioxide in alkaline solution and quantify the amount of carbon dioxide absorbed by the change in pH. In the method of using, there are external disease and internal disease as a measuring method, so that the internal disease is contained in the foreign disease.
상기 외병에는 산성의 물질이 있고 내병에는 알카리성용액이 존재한다.The outer bottle has an acidic substance and the inner bottle has an alkaline solution.
시험 순서는 다음과 같다.The test sequence is as follows.
먼저 측정하고자 하는 시료에 버퍼용액을 넣어 수소이온농도를 2로 조정하여 무기탄소를 제거한 후, 시료를 채취하여 외병에 넣고 퍼설페이트 분말을 첨가한다.First, the buffer solution is added to the sample to be measured and the hydrogen ion concentration is adjusted to 2 to remove inorganic carbon.
알카리 용액이 담겨있는 내병을 외병에 넣고 뚜껑을 닫는다.Put the inner bottle containing the alkaline solution into the outer bottle and close the lid.
100∼150℃에서 가열하면 외병의 용액에서 발생하는 이산화탄소가 내병의 알카리용액에 포집되게 되며 지시약인 페놀프탈레인에 의해 색이 변화하게 된다.When heated at 100 ~ 150 ℃, the carbon dioxide generated from the solution of the outer bottle is collected in the alkali solution of the inner bottle and the color is changed by the indicator phenolphthalein.
내병이 외병에 담긴채로 분광광도계를 이용하여 흡광도를 분석, 정량화하게 된다.With the inner bottle in the outer bottle, the absorbance is analyzed and quantified using a spectrophotometer.
그러나 이 방법으로 총유기탄소를 측정하게 되면 분광광도계로 흡광도를 측정할 때 광의 경로가 광원으로부터 외병유리→외병에 담겨진 산성용액→내병유리→내병에 담긴 알카리용액(실제 측정하고자 하는 부분)→내병유리→외병에 담겨진 산성용액→외병유리의 경로를 거쳐 검지부(Detector)에서 검지된다. However, if the total organic carbon is measured by this method, when measuring the absorbance with a spectrophotometer, the path of the light is from the light source to the outer bottle → the acid solution contained in the outer bottle → the inner bottle → the alkali solution in the inner bottle (the part to be measured) → the inner bottle. It is detected at the detector by the path of glass → acid solution contained in foreign bottles → foreign glass.
이러한, 방식은 분광광도계의 광원에서 출발한 빛이 여러 경로를 거쳐 검지기에 도달하므로 흡광도의 편차가 크게 발생하며 또한 흡광도 값 자체도 낮다. 또한 내병이 외병안에 항상 일정한 각도로 서 있기 어려우므로 이 또한 측정오차의 원인이 될 수 있다.In this method, since the light from the light source of the spectrophotometer reaches the detector through various paths, the variation in absorbance is large and the absorbance value itself is low. In addition, since it is difficult for the inner disease to always stand at a constant angle in the outer disease, this may also cause measurement errors.
상기한 종래의 총 유기탄소 측정기는 해수나 염분 등이 측정범위를 벗어나게 되면 과농도에 의해 측정이 불가능한 문제점이 있고, 총 유기탄소량만을 측정할 수 있는 기능적으로 제한받는 문제점이 있었다.The conventional total organic carbon measuring device has a problem that it is impossible to measure by overconcentration when the seawater or salinity is out of the measurement range, and there is a functionally limited problem in that only the total organic carbon can be measured.
종래의 총 유기탄소 측정기는 총 유기탄소량을 측정할 물 시료가 단일적으로 측정할 수 있어 측정의 범용성이 저하되는 문제점이 있고, 무기탄소가 이산화탄소로 전환되는 과정에서 침전물이 발생되어 관로의 막힘, 장비가 파손되는 문제점이 있다.Conventional total organic carbon meter has a problem that the water sample to measure the total amount of organic carbon can be measured singly, the versatility of the measurement is deteriorated, sediment is generated in the process of converting inorganic carbon to carbon dioxide, clogging the pipe There is a problem that the equipment is damaged.
따라서 측정범위를 벗어나는 과농도의 해수나 염분의 물 시료를 여과하여 측정범위가 제한받지 않도록 하며, 총 유기탄소량 및 화학적 산소 요구량(COD), 생물학적 산소요구량(BOD)을 대응값으로 환산하여 측정가능 하고, 다수개의 물 시료를 동시에 연결한 후 선택적으로 공급하여 측정할 수 있으며, 무기탄소가 이산화탄소로 전환될 때 침전물이 발생되지 않게 되어 장치의 고장률이 현저하게 감소되는 개선된 총 유기탄소 분석기가 절실히 요구되는 실정이다.Therefore, it is possible to filter the samples of seawater or salt water of excessive concentration outside the measurement range so that the measurement range is not limited.The total organic carbon, chemical oxygen demand (COD) and biological oxygen demand (BOD) are converted into corresponding values. An improved total organic carbon analyzer capable of measuring multiple water samples simultaneously and selectively supplying and measuring them. No deposits are generated when inorganic carbon is converted to carbon dioxide. There is an urgent need.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 습식 산화 회로와 이산화탄소가스 계측기로 이루어져 구조가 간단하며, 결정체를 일으키지 않으므로 장치의 막힘으로 인한 파손이 방지되고, 수분을 제거하여 측정시 오차가 발생되지 않으며, 물 시료의 오염 정도에 제한받지 않고 다양한 측정수에 함유된 유기탄소량을 측정할 수 있는 총 유기탄소 분석기를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, which consists of a wet oxidation circuit and a carbon dioxide gas meter, which is simple in structure, and does not cause crystals, thereby preventing damage due to blockage of the device and removing moisture. The purpose is to provide a total organic carbon analyzer that can measure the amount of organic carbon contained in various measurement water without being limited by the degree of contamination of water samples.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 물 시료 공급부에 서로 다른 다수개의 물 시료를 동시에 연결한 후 선택적으로 공급받아 측정가능 하도록 하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to connect a plurality of different water samples to the water sample supply unit at the same time and to be selectively supplied to measure.
본 발명의 또 다른 목적은 시약에 접촉되는 관을 불소재질로 제조하여 내화학성 및 내부식성이 증대되고, 캐리어가스를 유량밸브로 조절하여 일정한 공급량이 공급되도록 하고, 물 시료 내에 함유된 무기탄소를 이산화탄소가스로 전환시켜 총 탄소에서 무기탄소를 뺌으로써 쉽게 총 유기탄소량을 측정할 수 있도록 하는 데 있다.Another object of the present invention is to manufacture a tube in contact with a reagent made of fluorine material to increase the chemical resistance and corrosion resistance, to adjust the carrier gas with a flow valve so that a constant supply amount is supplied, the inorganic carbon contained in the water sample It is to convert carbon dioxide gas to subtract inorganic carbon from total carbon so that the total amount of organic carbon can be easily measured.
본 발명의 또 다른 목적은 반응기의 재질을 붕규산 유리재로 제조하여 UV광원의 투과률이 저하되지 않고 고열에 영향을 받지 않도록 하고, 냉각기를 이용하여 유기탄소가 과황산염 산화작용으로 전환되어진 이산화탄소가스를 냉각시켜 측정에 오차를 일으키는 이산화탄소가스 내의 수분을 최소화되도록 하는 데 있다.Another object of the present invention is to prepare a material of the reactor borosilicate glass material so that the transmittance of the UV light source is not lowered and is not affected by high heat, carbon dioxide gas is converted to the persulfate oxidation by using a cooler This is to minimize the moisture in the carbon dioxide gas causing the measurement error.
본 발명의 또 다른 목적은 총 유기탄소를 측정하여 대응되는 화학적 산소 요구량(COD), 생물학적 산소요구량(BOD)을 쉽게 계산할 수 있도록 하고, 이산화탄소가스 내의 수분을 분리 배수 및 냉각시킴으로써 과황산 나트륨과 인산의 혼합 반응액이 결정체가 생성되지 않도록 하는 데 있다.Another object of the present invention is to easily calculate the corresponding chemical oxygen demand (COD), biological oxygen demand (BOD) by measuring the total organic carbon, and by separating and draining and cooling the water in the carbon dioxide gas, sodium persulfate and phosphoric acid The reaction mixture is to prevent the formation of crystals.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 측정할 물 시료를 공급하는 물 시료 공급부, 이산화탄소가스를 유동시키는 산성화 및 산소 캐리어가스를 공급하는 가스공급부, 반응시약을 공급하는 시약공급부, 물시료, 반응시약, 캐리어가스의 혼합액을 산성화반응시키는 산성화반응부, 산성화반응로 무기탄소가 전환된 이산화탄소를 UV광선으로 과황산염 산화작용으로 유기탄소를 이산화탄소가스로 전환되도록 반응시키는 반응부, 이산화탄소가스내의 수분을 분리하는 냉각부, 이산화탄소가스 내의 이산화탄소농도를 측정하는 농도측정부, 측정된 값을 출력하는 디스플레이부로 포함하는 것을 특징으로 하는 총 유기탄소 분석기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a water sample supply unit for supplying a water sample to be measured, a gas supply unit for supplying an acidic and oxygen carrier gas for flowing carbon dioxide gas, a reagent supply unit for supplying a reaction reagent, a water sample, and a reaction reagent. , An acidification reaction part for acidifying a mixture of carrier gas, a reaction part for reacting carbon dioxide converted from inorganic carbon to acidic reaction to convert organic carbon into carbon dioxide gas by persulfate oxidation, and water in carbon dioxide gas To provide a total organic carbon analyzer comprising a cooling unit, a concentration measuring unit for measuring the carbon dioxide concentration in the carbon dioxide gas, a display unit for outputting the measured value.
본 발명은 습식 산화 회로와 이산화탄소가스 계측기의 구조가 간단하고, 결정체를 일으키지 않으므로 장치의 막힘으로 인한 파손이 방지되고, 수분을 제거하여 측정시 오차가 발생되지 않으며, 물 시료의 오염 정도에 제한받지 않고 다양한 측정수에 함유된 유기탄소량을 측정할 수 있는 효과가 있다.In the present invention, the structure of the wet oxidation circuit and the carbon dioxide gas meter is simple and does not cause crystals, thereby preventing damage due to clogging of the device, removing water, and causing no error in measurement, and are not limited to the degree of contamination of the water sample. There is an effect that can measure the amount of organic carbon contained in the various measurement water without.
그리고, 물 시료 공급부에 서로 다른 다수개의 물 시료를 동시에 연결한 후 선택적으로 공급받아 측정가능 하게 하고, 관을 불소재질로 제조하여 내화학성 및 내부식성이 증대되도록 하고, 캐리어가스를 유량밸브로 조절하여 일정한 공급량이 공급되도록 하는 효과가 있다.In addition, by connecting a plurality of different water samples at the same time to the water sample supply unit and selectively supplied to measure the water, the tube is made of fluorine material to increase the chemical resistance and corrosion resistance, the carrier gas is controlled by the flow valve There is an effect to supply a constant supply amount.
또한, 물 시료 내에 함유된 무기탄소를 이산화탄소가스로 전환시켜 총 탄소에서 무기탄소를 뺌으로써 쉽게 총 유기탄소량을 측정할 수 있도록 하며, 반응기의 재질을 붕규산 유리재질로 제조하여 UV광원의 투과률이 저하되지 않고 고열에 영향을 받지 않도록 하고, 냉각기를 이용하여 유기탄소가 과황산염 산화작용으로 전환되어진 이산화탄소가스를 냉각시켜 측정에 오차를 일으키는 이산화탄소가스 내의 수분을 최소화되도록 하는 효과가 있다.In addition, by converting the inorganic carbon contained in the water sample to carbon dioxide gas, it is possible to measure the total organic carbon easily by subtracting the inorganic carbon from the total carbon, and the material of the reactor is made of borosilicate glass material to transmit the UV light source There is an effect of minimizing the moisture in the carbon dioxide gas causing the error in the measurement by cooling the carbon dioxide gas is converted to the persulfate oxidation by using a cooler so as not to be affected by the high temperature without being degraded.
그리고 총 유기탄소를 측정하여 대응되는 화학적 산소 요구량(COD), 생물학적 산소요구량(BOD)을 쉽게 계산할 수 있도록 하고, 이산화탄소가스 내의 수분을 분리 배수 및 냉각시킴으로써 과황산 나트륨과 인산의 혼합 반응액이 결정체가 생성되지 않도록 하는 효과가 있다.By measuring total organic carbon, the corresponding chemical oxygen demand (COD) and biological oxygen demand (BOD) can be easily calculated, and the mixed reaction solution of sodium persulfate and phosphoric acid is crystallized by separating and draining and cooling water in carbon dioxide gas. Has the effect of preventing the generation of
본 발명에 따른 총 유기탄소 분석기의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Preferred embodiments of the total organic carbon analyzer according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 총 유기탄소분석기를 간략하게 나타낸 구성도이다.1 is a schematic diagram showing a total organic carbon analyzer according to the present invention.
이에 도시된 바와 같이 본 발명의 총 유기탄소 분석기는 측정하고자 하는 물 시료에 함유된 유기탄소의 총량을 측정을 위해 물 시료를 공급하는 물 시료 공급부(10); 이산화탄소가스를 유동시키는 산성화 캐리어가스와 산소 캐리어가스를 공급하는 가스공급부(20); 반응시약을 공급하는 시약공급부(30); 각각의 공급부(10,20,30)을 통해 공급되는 혼합액(물시료, 반응시약, 캐리어가스)을 교반 및 산성화 반응시키는 산성화반응부(40); 산성화반응로 무기탄소가 전환된 이산화탄소를 UV광선으로 과황산염 산화작용으로 유기탄소를 이산화탄소로 전환되도록 반응시키는 반응부(50); 이산화탄소가스내의 수분을 분리하는 냉각부(60); 이산화탄소가스 내의 이산화탄소 농도를 측정하는 농도측정부(70); 측정된 값을 출력하는 디스플레이부(80)로 분석기(100)가 구성된다.As shown therein, the total organic carbon analyzer of the present invention includes: a water
물 시료 공급부(10)는 교반기(41)에 측정할 물 시료 공급할 수 있도록 시료펌프(11)를 갖는 시료관(12)이 제공되며, 상기 시료관(12)에는 단류센서(12a)와 물 시료 공급부(10)에서 공급되는 물 시료의 교정 및 보충을 위한 표준용액밸브(13) 및 물 시료를 외부로 배출시키기 위한 물 시료배출밸브(14)가 부설되고 있다.The water
또한, 물 시료 공급부(10)의 시료관(12)에는 도 2에 도시된 바와 같이 다수 개의 물 시료를 선택적으로 공급 제어하도록 솔레노이드밸브 분기밸브(15)가 더 구비되어 측정할 물 시료의 종류가 많을 경우 솔레노이드밸브 분기밸브(15)가 이들을 제어하도록 하였다.In addition, the
가스공급부(20)는 교반기(41)에 산성화 캐리어가스와 산소 캐리어가스를 공급할 수 있도록 유량센서(21,22)가 구비되는 가스관(20a)이 제공되며, 상기 가스관(21a)에는 산성화 캐리어가스와 산소 캐리어가스의 흐름을 제어하는 스로틀밸브(20b)와 체크밸브(23,24)가 구비되고, 가스관(20a)에서 일부 분기되어 반응부(50)의 반응기(52)와 연결되는 가스관(20a)에는 산성화 캐리어가스의 흐름을 제어하는 솔레노이드 밸브(25)가 설치된다.The
시약공급부(30)는 교반기(41)에 반응시약을 공급할 수 있도록 시약펌프(31)가 구비되는 시약관(32)이 제공되며, 상기 시약펌프(31)와 교반기(41) 사이에 단류센서(32a)가 설치된다.
상기 시료관(12)과 시약관(32)은 플루오르 원자가 들어 있는 합성 고무 즉, 탄성이 우수하며 열과 기름, 화학 물질의 부식에 잘 견디므로 비행기 부품 재료, 패킹 재료로 사용되는 불소 고무로 구성하고, 시약공급부(30)에서 제공되는 반응시료의 온도는 2~70℃를 유지하도록 한다.The
시료펌프(11)와 시약펌프(31)는 공회전시키면 안 되기 때문에 가동하기 전이나 준비 작업이 끝난 후에 물 시료와 반응시약을 시료관(12)과 시약관(32)에 가득 차게 주입하여 고장을 방지하여 사용 기한을 연장하게 한다.Since the
산성화반응부(40)는 물 시료 공급부(10)와 가스공급부(20) 및 시약공급부(30)를 통해서 각각 공급되어지는 물 시료, 산성화 캐리어가스, 반응시약들을 균일하게 혼합시키는 교반기(41)와, 코일형태로 형성되어 상기 교반기(41)에 의해 교반된 혼합물시료를 산성화 반응시 물 시료 내의 무기탄소가 인산과 반응시켜 이산화탄소가스로 전환시키는 산성화 반응기(42)를 구비하고 있다.The
반응부(50)는 산성화반응부(40)에서 무기탄소가 반응 전환된 이산화탄소가스는 가스/액체로 분리되어 폐기, 폐수처리되는 동시에 UV광선을 조사하여 가스/액체분리시 물 시료 내에 유기탄소와 반응시약의 과황산염을 과황산염 산화 작용으로 유기탄소가 이산화탄소가스로 전환되도록 반응시키는 가스/액체분리기(51)와 반응기(52)가 일체로 구비하고 있다.The
상기 가스/액체분리기(51)는 산성화반응부(40)에서 생성된 이산화탄소가스에서 무기탄소를 제거하기 위한 것으로, 분리된 이산화탄소가스는 폐가스관(51a)을 통해 배기시키며, 분리된 수분은 체크밸브(51b')와 폐수펌프(51b")에 의해 폐수관(51b)을 통해 일부 배수시키도록 구성된다.The gas /
상기 반응기(52)는 가스/액체분리기(51)를 거쳐 무기탄소가 제거된 물 시료 내의 유기물과 반응시약내의 산화제 및 잔류한 인산에 UV광선 조사시 과황산염 산화 작용으로 유기탄소를 이산화탄소가스로 전환시키도록 반응기몸체(52a) 내부에 UV램프관(52b)이 부설되고, 하부에는 반응시 집수되는 폐수를 폐수관(51b)으로 배출시키는 드레인관(52c)과 산소 캐리어가스를 유입시키는 유입관(52d)이 형성되고, 가스/액체분리기(51)와 일체로 형성된 반응기몸체(52a)의 반대측에는 오버되는 이산화탄소가 폐가스관(51a)을 통해 배출시키는 가스배기관(52e)에 연통되고, 일측에는 수분을 폐수관(51b)으로 배출시키기 위한 수분배수관(52f)이 제공된다.The
그리고 UV 램프를 반응기의 UV램프관(52b)내에 삽입 설치하여 반응기(52)의 산화제와 물 시료에 자외선을 조사할 수 있도록 하고, 반응기(52)는 반응시약과 물 시료를 미 주입시 UV 램프의 전원을 켜는 일이 없도록 한다.The UV lamp is inserted into the
상기 반응부(50)의 가스/액체분리기(51)와 반응기(52)는 내열 가공한 붕규산 유리제질로 구성되어 UV광선의 조사시 투과률이 저하되지 않고 고열에 영향을 받지 않도록 한다.The gas /
냉각부(60)는 반응부(50)로 이동되는 산소 캐리어가스에 의해 유동 공급되는 이산화탄소가스에 함유된 수분을 응집시켜 제거하도록 반응부(50)에서 공급되는 이산화탄소가스의 열을 1차적으로 냉각시키는 냉각파이프(61)와, 상기 냉각파이프(61)를 통과한 이산화탄소가스의 냉각온도를 2~7℃ 이내로 유지하면서 수분을 응집시키는 냉각기(62)로 구성된다. 상기한 냉각온도는 이산화탄소가스 내에 미립화 상태로 함유된 수분이 응집될 수 있는 최적의 온도이기 때문이다.The cooling
상기 냉각기(62)는 수분(수증기)가 비 분산형 적외선 이산화탄소가스 측정기(NDIR)에 대하여 간섭이 있기 때문에 이산화탄소가스가 비 분산형 적외선 이산화탄소가스 측정기(NDIR)에 들어가기 전에 반드시 수분을 제거해야 하며, 전자냉각기, 헌팅워터굴러, 에어 브레스트 코일쿨러, 퍼미션 튜브 중 어느 하나로 구성될 수 있는데, 이는 측정 물 시료의 종류 및 장치의 제조단가에 따라 선택적으로 구성 할 수 있는 것이다. The cooler 62 must remove moisture before the carbon dioxide gas enters the non-dispersion infrared carbon dioxide gas detector (NDIR) because moisture (steam) interferes with the non-dispersion infrared carbon dioxide gas detector (NDIR), It can be composed of any one of an electronic cooler, a hunting water roller, an air breasted coil cooler, and a permission tube, which can be selectively configured according to the type of sample to be measured and the manufacturing cost of the device.
농도측정부(70)는 냉각부(60)를 거쳐 수분이 제거된 이산화탄소가스 내의 고체 과립을 여과한 후 비 분산형 적외선 이산화탄소가스 측정기(NDIR)나 전도지 이산화탄소가스 측정기(conductivity cell)로 이동되어 이산화탄소가스의 농도를 측정하는데, 본 발명에서는 비 분산형 적외선 이산화탄소가스 측정기(NDIR)를 이용하여 측정하는 방법을 예로써 설명한다.The
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 농도측정부(70)를 구성하는 적외선 이산화탄소가스 측정기(NDIR)는 작동기(71), 적외선 램프(72)로 구성되고, 상기 작동기(71)는 적외선 이산화탄소가스 측정기의 전압을 제어하는 고압 발생기로 1차 전압이 220V, 2차 전압이 3000V까지 도달할 수 있기 때문에 고압 사고를 조심해야 하며 작업시 관련 접점의 노출된 부위에 접촉하지 않도록 한다.As shown in FIGS. 1 and 4, the infrared carbon dioxide gas detector NDIR constituting the
상기 적외선 램프(72)는 작동기(71)에 의해 제어되며 적외선을 발산하도록 파장이 감소되지 않는 투과률이 좋은 석영 유리재질로 구성되고, 산화 효율을 최대화하기 위하여 적외선 램프(72)의 외벽에 스케일링(scaling)이 발생할 때 스케일(scale)의 성질에 따라 세척하여 산화 효율을 유지할 수 있도록 한다.The
농도측정부(70)는 염소(Cl-), 황산(SO42 -)의 농도가400mg/l 이상이거나 질소(NO3-), 인산(HPO42 -), 인산수용액(PO43 -), 황(S2 -) 등의 농도가 100mg/ 이상인 해수나 염분 함량이 높은 폐수를 측정될 수 있도록 흡수하는 이온트랩(IRON TRAP)필터(73)가 더 포함되어 구성될 수 있다. 이때, 이온트랩필터(73)에는 교정을 위한 교정버튼(73a)이 결합되어 있다.
디스플레이부(80)는 농도측정부(70)의 이산화탄소가스 농도 측정값과 대응하는 아날로그 신호를 출력하여 증폭, 아날로그신호를 디지털신호로 전환, 연산 처리하여 물 시료의 총 유기탄소(TOC)값을 디스플레이하도록 중간 증폭기(81), 아날로그/디지털 전환기(82), 데이터 처리기(83), 출력부(84)로 구성된다.The
중간 증폭기(81)는 농도측정부(70)에서 이산화탄소가스의 농도측정값을 증폭시키며, 아날로그/디지털 전환기(82)는 중간 증폭기(81)를 거친 아날로그 신호를 디지털로 변환시키도록 되고, 데이터 처리기(83)는 아날로그/디지털 전환기(82)를 거쳐 아날로그 농도 측정값을 연산 처리하여 표준 교정 그래프를 만들어서 물 시료 중의 총 유기탄소의 농도를 계산하도록 되어 있다.The
데이터 처리기(83)와 도면에 도시하지 않은 싱글칩(single chip)과 키보드, 파워 패널, 메인보드 등의 외부 부품들이 제공되며, 키보드는 숫자 키와 기능 키가 있는데 데이터를 입력하며 기능을 선택할 수 있도록 한다.A
상기 출력부(84)는 데이터 처리기(83)에서 처리된 측정값을 모니터(84a)나 프린터(84b)를 이용하여 출력하는 장치이다.The
디스플레이부(80)는 물 시료 중의 총 유기탄소(TOC)를 측정하여 대응하는 화학적 산소 요구량(COD), 생물학적 산소요구량(BOD)을 데이터 처리기(83)에서 연산하여 출력하도록 구성되고, 상기 디스플레이부(80)는 총유기탄소나 유기탄소의 측정값을 분당, 시간당, 일당, 월당 평균 농도로 출력부(84)를 통해 표시하도록 구성된다.The
분석기(100)는 도면상 미도시한 가동 컨트롤러와 지능 경보기가 포함되어 있는데, 가동 컨트롤러는 반응기(52)의 가동 적정온도인 섭씨 80도, 농도측정부(70)의 비 분산형 적외선 이산화탄소가스 측정기(NDIR)나 전지도 이산화탄소 측정기의 가동적정 온도인 섭씨40도, 냉각부(60)의 냉각기(62)에 2~7℃의 항온 환경이 유지되도록 온도조건을 제어하여 여러 기능을 자동 보호해 주며, 지능 경보기는 센서, 싱글칩(Single Chip)및 외부 부품으로 구성되고, 반응시약, 물 시료가 반능기(52) 내로 유입되지 못하는 상태나 산성화 및 산소 캐리어가스의 유량이 비 정상시 경보기가 울리면서 가동을 중지하고 정상상태가 되면 다시 작동하도록 되어 있다.The
이와 같이 구성된 본 발명의 총 유기탄소 분석기의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the total organic carbon analyzer of the present invention configured as described above are as follows.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 분석기(100)를 측정에 이용하려면 미리 준비된 순수(물 시료), 1000mg/L.c의 표준용액, 인산/과황산나트륨 시약/ 세척제를 제조한 뒤 시험가동을 통해 농도측정부(70)의 교정, 제로(ZERO)가스 교정, 표준가스 교정을 통해 교정작업을 거친 후 측정에 이용되는데, 교정을 위한 시험가동 과정을 간단히 살펴보면 다음과 같다.As shown in FIG. 1, in order to use the
1000mg/L.c의 표준용액은 무수 프탈산수소칼륨의 처리하고, 프탈산수호칼륨을 칭량병에 넣어 건조기에서 118℃에 2시간 건조시킨 후 데시케이터에 넣어 냉각시킨다. 그리고, 건조된 산성프탈산칼륨(KHP)2.125g를 정확하게 측정하여 1000ml의 부피 플라스크에 녹아서 눈금까지 희석하여 제조한다.A standard solution of 1000 mg / L.c was treated with anhydrous potassium hydrogen phthalate, and placed in a weighing bottle and dried in a desiccator for 2 hours at 118 ° C., and then cooled in a desiccator. Accurately measure 2.125 g of dried potassium phthalate (KHP), melt in a 1000 ml volumetric flask, and dilute to scale.
그런다음 급기(給氣)장치(도면상 미도시)의 차단 밸브를 열어 압력을 0.2mpa 로 조절하여 산성화 캐리어가스의 유량이 20ml/min에 도달되도록 하고, 산소 캐리어가스의 유량이 160~220ml/min 또는 100~120 ml/min 도달되도록 한다. 이때 가동 컨트롤러의 누전 보호 차단기와 메인전원의 스위치를 접속시켜 모니터의 화면을 확인한다.Then, open the shut-off valve of the air supply device (not shown) to adjust the pressure to 0.2 mpa so that the flow rate of the acidified carrier gas reaches 20 ml / min, and the flow rate of the oxygen carrier gas is 160-220 ml /. min or 100-120 ml / min. At this time, connect the earth leakage protection breaker of the operation controller and the main power switch and check the monitor screen.
한편, 20ml 주사기로 증류수를 취하여 물 시료 공급부(10)의 표준용액밸브(13)을 통해 시료펌프(11)와 시료관(12)에 증류수가 가득 차게 주입하여 시료펌프(11)의 공회전하지 않게하고, 또 다른 주사기로 인산과 과황산나트륨 용액을 취하여 시약공급부(30)의 시약펌프(31)와 시약관(32)에 시약이 가득 차게 주입하여 시약펌프(31)의 공회전을 방지한다.Meanwhile, distilled water is taken with a 20 ml syringe, and the distilled water is injected into the
그런 다음 가동 컨트롤러를 작동시켜 시료펌프(11)와 시약펌프(31)를 구동시켜 물 시료를 대체하는 증류수와 반응시약을 각각 반응부(50)로 이동시킨다. 상기 반응부(50)의 반응기(52)에 증류수와 반응시약이 뒤섞인 혼합액을 가득 차게 주입한 후UV광원 전원 스위치를 ON시킨다.Then, the operation controller is operated to drive the
상기 농도측정부(70)의 비 분산형 적외선 이산화탄소가스 측정기(NDIR)를 교정한다. 농도측정부(70)의 밀봉 너트(도면상 미도시)를 풀어서 고 순도 질소 또는 산소 제로가스를 '표준가스 공급부(G)에 주입한 후, 제로가스 포텐셔메터(도면상 미도시) 조절하여 디스플레이부(80)에서 '0'값이 나타나는 것을 확인한다.The non-dispersion type infrared carbon dioxide gas detector (NDIR) of the
그리고 400이나 1000 또는 2000ppm의 이산화탄소 표준 가스를 농도측정부(70)에 주입한 후, 표준 가스 포텐셔메터를 조절하여 모니터에서 나타나는 값을 표준 가스 농도 값에 최대한 근접하게 하는 과정을 2~3회 반복한 후 시험가동 및 교정작업을 통해 측정 준비를 완료하게 된다.After injecting carbon dioxide standard gas of 400, 1000, or 2000 ppm into the
이와 같이 교정 완료된 분석기(100)를 이용하여 물 시료 내의 총 유기탄소량을 측정하기 위해서는 총유기탄소량(TOC)=총탄소(TC)-무기탄소(IC)를 기본 방정식을 이용하여 간단하고 빠르게 측정할 수 있다.In order to measure the total amount of organic carbon in the water sample using the calibrated
분석기(100)에 시험가동 과정의 절차를 순차적으로 수행한 다음 전원을 공급하고, 물 시료의 공급준비, 산성화 캐리어가스 및 산소 캐리어가스의 공급준비, 반응시약의 공급을 준비한다. 이때 물 시료 공급부(10)는 단일 종류의 물 시료나 솔레노이드 분기밸브(15)를 이용하여 다수 종류의 물 시료를 연결한 뒤 측정에 필요한 물 시료만을 선택적으로 공급될 수 있도록 하여 측정 물 시료의 종류가 많을 경우에 교체작업이 필요 없게되어 측정을 위한 준비과정 및 시간이 단축시킬 수 있다.After the test operation procedure is sequentially performed on the
이후, 물 시료 공급부(10)의 시료펌프(11)와 시약공급부(30)의 시약펌프(31)를 작동시키면 물 시료와 반응시약이 시료관(12), 시약관(32)을 따라 유동되고, 상기 가스공급부(20)의 산성화 캐리어가스가 유량센서(21), 체크밸브(23)을 통해 공급량의 제어, 역류가 방지된 상태로 가스관(20a)으로 유동되어 산성화반응부(40)의 교반기(41)로 유입되고, 솔레노이드 밸브(25)는 폐쇄된 상태를 유지하여 반응부(50)로 산성화 캐리어가스의 유입을 방지한다.Thereafter, when the
상기 시료관(12)과 시약관(32)이 불소고무 재질로 제조되어 유동에 의한 흔들림에도 탄력적으로 대응하며, 내화학성이 우수하여 내구연한이 길어지는 장점이 있다. 이때, 공급되는 유속은 빠른 순서대로 나열하면 물 시료, 반응시약, 산성화 캐리어가스의 순서로 교반기(41)로 공급된다.Since the
교반기(41)로 공급된 물 시료와 반응시약, 산성화 캐리어가스가 혼합되어 혼합물시료가 되며, 산성화반응기(42)로 유입된 후 산성화 반응과정을 거치면서 물 시료 내의 무기탄소가 인산과 반응하여 이산화탄소가스로 전환된다. 이때, 무기탄소가 이산화탄소가스로 전환되는 과정을 살펴보면;The water sample supplied to the
- 총 유기탄소량을 측정하기 전에 물 시료 중의 탄산염과 중탄산염 및 용해 상태로 존재하는 이산화탄소를 반드시 제거해야 하며, 그 목적은 유기탄소량을 알아내기 위해서다. 물 시료와 반응시약이 혼합된 후 그 중의 무기탄소와 인산이 반응한다.-Before measuring the total amount of organic carbon, carbonates, bicarbonates and carbon dioxide in dissolved state must be removed. The purpose is to find out the amount of organic carbon. After mixing the water sample and the reaction reagent, the inorganic carbon and phosphoric acid react therein.
이렇게, 무기탄소가 인산과 반응하여 이산화탄소가스로 변환되면 산성화 캐리어가스에 의해 반응부(50)의 가스/액체분리기(51)로 공급되고, 이산화탄소가스 내에 함유된 순수한 기체상태인 이산화탄소가스와 수분이 분리되면서 기체 상태인 이산화탄소가스는 폐가스관(51a)을 통해, 일부 수분은 폐수관(51b)을 통해 분석기(100)의 외부로 배출 폐기된다.When the inorganic carbon reacts with phosphoric acid and is converted into carbon dioxide gas, it is supplied to the gas /
이러한, 무기탄소의 제거과정이 진행되는 동안 가스공급부(20)의 산성화 캐리어 가스는 차단되면서, 산소 캐리어가스가 유량센서(22), 체크밸브(24), 개방되어진 솔레노이드 밸브(25)를 순차적으로 통과하면서 반응부(50)의 반응기(52)의 하 부를 통해 유입된다.While the acidic carrier gas of the
이때, 물 시료와 반응시약이 혼합된 후 반응기(52)에 들어가 UV광선을 조사하여 산화제 과황산나트륨(암모늄)과 반응시료 중의 유기탄소를 신속히 반응시켜 이산화탄소가스를 형성하게 되는데, 유기탄소가 이산화탄소가스로 전환하는 반응식을 살펴보면; At this time, the water sample and the reaction reagent are mixed, enters the
H·+ H·----> H2 H + H -----> H 2
유기체·+ 2H2O ----> 1/2CO2 + H2OOrganism + 2 H 2 O ----> 1 / 2CO 2 + H 2 O
유기탄소+S2O= 8+H2O ---->(UV 광선) H2SO4+SO= 4+1/2CO2 Organic Carbon + S 2 O = 8 + H 2 O ----> (UV Rays) H 2 SO 4 + SO = 4 + 1 / 2CO 2
즉, UV광선을 조사하여 가스/액체분리시 물 시료 내에 유기탄소와 반응시약의 과황산염을 과황산염 산화 작용으로 유기탄소가 이산화탄소가스로 전환되는 것이다.That is, the organic carbon is converted into carbon dioxide gas by persulfate oxidation of the persulfate of the organic carbon and the reaction reagent in the water sample when irradiated with UV light.
이렇게, 유기탄소가 전환된 이산화탄소가스는 산소 캐리어가스에 의해 반응부(50)의 반응기(52)의 상부를 통해 냉각부(60)로 유동된다.In this way, the carbon dioxide gas in which the organic carbon is converted is flowed to the
그리고, 상기 이산화탄소가스는 냉각부(60)의 냉각기(62)를 2~7℃의 온도조건을 통과하면서 이산화탄소가스 내에 존재하는 수분을 응결시켜 폐수관(51b)을 통해 폐수 처리된다.The carbon dioxide gas condenses moisture present in the carbon dioxide gas while passing through the cooler 62 of the cooling
한편, 상기 냉각부(60)를 통과하면서 수분이 제거된 이산화탄소가스는 농도 측정부(70)로 공급되어, 비 분산형 적외선 이산화탄소가스 측정기(NDIR)나 전도지 이산화탄소가스 측정기로 이산화탄소가스내의 이산화탄소의 농도를 구할 수있다.On the other hand, the carbon dioxide gas from which water is removed while passing through the cooling
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 상기 비 분산형 적외선 이산화탄소가스 측정기(NDIR)를 이용하여 이산화탄소의 농도를 구하는 방식을 알아보자.As shown in FIG. 4 and FIG. 5, first, a method of obtaining the concentration of carbon dioxide by using the non-dispersion infrared carbon dioxide gas detector NDIR will be described.
1) 분석 원리 : 이산화탄소가스가 적외선에 대한 선택성 흡수 작용에 의거하며, 흡수 강도는 이산화탄소가스의 농도에 의해 결정되고, 측정 전후의 적외선의 능량의 대비에 의하여 이산화탄소가스의 농도 변화를 측정하는 원리로 상세한 내용은 아래와 같다.1) Analysis principle: The carbon dioxide gas is based on the selective absorption of infrared rays, the absorption intensity is determined by the concentration of carbon dioxide gas, and the change in the concentration of carbon dioxide gas is measured by the contrast of infrared rays before and after the measurement. Details are as follows.
- 적외선을 이용하여 가스를 분석하는 근거는 아래와 같다.-The reason for analyzing gas using infrared rays is as follows.
(1) 모든 가스가 각자 적외선에 대한 특정 흡수 스펙트럼이 있다.(1) Every gas has its own specific absorption spectrum for infrared light.
Monatomic가스와 homonuclear diatomic가스를 제외하여 거의 모든 가스(수증기 포함)가 적외선에 대한 선택성 흡수 작용이 있다. 부동한 가스는 적외선에 대해 부동한 특정 흡수 스펙트럼이 있다. 예를 들면 이산화탄소는 4.26μm 근처에 있고 일산화탄소는 4.65μm 근처에 있으며 메탄은3.35μm 근처에 있다.Almost all gases (including water vapor), with the exception of monatomic and homonuclear diatomic gases, have a selective absorption of infrared radiation. Different gases have specific absorption spectra different for infrared. For example, carbon dioxide is near 4.26 µm, carbon monoxide is near 4.65 µm and methane is near 3.35 µm.
(2) 적외선의 열반응은 모든 광선 중에서 가장 강하다.(2) Infrared thermal reaction is the strongest of all light beams.
적외선은 어떤(측정 대상)가스를 통과한 후 그 가스의 대응한 주파수대의 에너지의 상당한 부분을 흡수한다. 즉, 열반응에 아주 민감한 측정기를 이용하여 측정된 전후의 적외선의 에너지 변화를 통하여 측정 대상 가스에 대해 정량 분석을 할 수 있다.Infrared light absorbs a significant portion of the energy of a corresponding frequency band after passing through a gas. That is, quantitative analysis of the gas to be measured may be performed through energy changes of infrared rays before and after measured using a measuring instrument that is very sensitive to thermal reaction.
(3) 측정기의 구조는 쌍 광로(double optical path) 박막 캐패시턴스 측정기 를 사용하며, 작업 기준의 두 광로(optical path) 스펙트럼이 동일하고 에너지도 같다. 그리고, 조절 광원에서 발사한 적외선 스펙트럼을 크게A,B,C,D 네 부분으로 나눈다면 그 중에 A는 측정 대상 가스와 대응한 특정 흡수 스펙트럼, B,C는 측정 대상 프로세스에 배경 간섭 가스의 특정 흡수 스펙트럼, D는0.76~12μm의 다른 기타 스펙트럼 성분을 갖는다.(3) The structure of the measuring instrument uses a double optical path thin film capacitance meter, and the two optical path spectra of the working reference are the same and the energy is the same. If the infrared spectrum emitted from the control light source is divided into four parts A, B, C, and D, A is the specific absorption spectrum corresponding to the gas to be measured, and B and C are the background interference gas to the process to be measured. The absorption spectrum, D, has other spectral components of 0.76 to 12 µm.
이로써, 작업 광로의 적외선이 작업 가스실을 통과한 후 A,B,C는 각각 일부분이 소모된다. 이 적외선이 다시 (OPTICAL FILTER)를 통과하는데 A 스펙트럼만 통과할 수 있기 때문에 B,C,D스펙트럼은 모두 측정기에 들어 갈 수 없다.Thus, after the infrared rays of the working light path pass through the working gas chamber, A, B, and C are partially consumed. The B, C, and D spectra cannot all enter the instrument because this infrared light passes through the OPTICAL FILTER again and can only pass the A spectrum.
아울러, 기준 광로의 적외선이 (OPTICAL FILTER)를 통과한 후 B+C+D스펙트럼 역시 모두 막히지만 A는 아무 손실도 없다. 이때 측정기의 두 접수실에 A가스가 들어 있는데 A스펙트럼에만 민감하므로 두 접수실에서 얻은 에너지(A 스펙트럼)는 부동하다. 이 두 접수실로 인한 열반응,가스 팽창도 부동하다. 박막 캐패시턴스 동극(動極)에 작용하는 팽창 압력도 부동하며 동극(動極)과 정극(定極) 간의 거리에 변화가 발생하며 캐패시턴스 량의 변화를 초래한다.In addition, after the infrared ray of the reference optical path passes through the (OPTICAL FILTER), all of the B + C + D spectrum is also blocked, but A has no loss. The two chambers of the instrument contain A gas, which is sensitive only to the A spectrum, so the energy (A spectrum) obtained from the two chambers is different. The thermal reaction and gas expansion caused by these two reception rooms are also different. The expansion pressure acting on the thin film capacitance copper pole also floats, causing a change in the distance between the copper pole and the positive electrode and causing a change in the amount of capacitance.
한편, 절광편(切光片,광 CUT)의 조절에 따라 박막 캐패시턴스는 절광(광 CUT) 주파수와 동일한 주기 변화가 발생하며 그 변화 폭은 A(즉 측정 대상 가스의 특정 흡수 스펙트럼)의 에너지의 변화와 관계된다.On the other hand, according to the control of the light cutting piece, the thin film capacitance has a periodic change which is the same as the light cutting frequency, and the change range is the energy of A (that is, the specific absorption spectrum of the gas to be measured). It is related to change.
2) 비 분산형 적외선 이산화탄소가스 측정기(NDIR)의 측정원리는 아래와 같다.2) The measurement principle of NDIR is as follows.
먼저, 박막 캐패시턴스의 양극(兩極)에서 직류극화전압이 있으며 캐패시턴스 의 용량의 변화에 따라 캐패시턴스가 지속적으로 (방)충전하여 전치극(前置極)는 저항RW 의 양측에서 교체 변하는 전압 신호를 받아 메인 증폭기에 전송하여 신호를 확대시킨 후 적당한 처리를 거쳐 가스-열-전기의 전환을 완성하여 에너지(측정 대상 가스)의 변화를 정밀하게 측정해 낼 수 있다.First, there is a DC polarization voltage at the anode of the thin film capacitance, and the capacitance is continuously charged in accordance with the change of capacitance, and the prepole receives a voltage signal that is changed from both sides of the resistor RW. The signal can be sent to the main amplifier to magnify the signal and then subjected to proper processing to complete the gas-thermal-electrical conversion to accurately measure the change in energy (gas to be measured).
이러한, A에너지의 변화와 A가스의 농도 변화의 대응 관계는 Bill's Law로 설명할 수 있다. The correspondence between the change in A energy and the change in A gas concentration can be explained by Bill's Law.
( 공식 중: IO-측정 대상 가스를 통과하기 전 광의 초기 에너지, I -측정 대상 가스를 통과한 후 광의 잔류 에너지, K-측정 대상 가스의 흡수 계수, C-측정 대상 가스의 volume percentage concentration, L-측정 대상 가스의 두께(계측기의 작업 가스 실의 길이와 돌일함.)(In formula: IO-initial energy of light before passing through the gas to be measured, I-residual energy of light after passing through the gas to be measured, K-absorption coefficient of the gas to be measured, C-volume percentage concentration of the gas to be measured, L -The thickness of the gas to be measured (with the length of the working gas chamber of the instrument).
그리고, 계측기 중에서 IO, K, L는 모두 정량이고 C만 변량이므로 적외선이 측정 대상 가스를 통과후의 에너지의 변화를 측정하면 측정 대상 가스의 농도 변화를 측정할 수 있다.In addition, since IO, K, and L are all quantitative and only C is variable in a measuring instrument, when a infrared ray measures the change of the energy after passing through the measurement object gas, the concentration change of the measurement object gas can be measured.
더불어, 에너지의 변화를 측정하는 센서는 반도체식과 미용식(微容式) 두 가지가 있다. 현재 반도체식 적외선 이산화탄소 측정기는 미용식보다 감도가 조금 낮아 주로 석유화학 기업,폐수 처리장 등 TOC함량이 비교적 높은 장소에 사용된다.In addition, there are two types of sensors for measuring the change in energy: semiconductor and cosmetic. Currently, the semiconductor infrared carbon dioxide meter is slightly less sensitive than cosmetics, and is mainly used in places where the TOC content is relatively high, such as petrochemical companies and wastewater treatment plants.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 다음으로 상기 전도지 이산화탄소가스 측정기를 이용하여 이산화탄소의 농도를 구하는 방식을 알아보자.As shown in Figure 6 and Figure 7, Next, let's find a way to obtain the concentration of carbon dioxide using the conduction cell carbon dioxide gas meter.
1) 측정 과정 : 산성화 캐리어가스가 교반기(41)를 통과시 정량의 전도액을 휴대하여 가스/액체 반응기(51)의 코일 파이프에 들어가 충분한 화학 반응을 진행한다. 만약 가스공급부(20)에서 공급되는 산성화 캐리어가스에 소량의 이산화탄소 함유되면 아래와 같은 반응을 일으킨다.1) Measurement process: When the acidified carrier gas passes through the
이러한, 반응 후의 산성화 캐리어가스는 가스/액체분리기(51)에서 빠져나오고 반응 후의 전도액은 <측정 전극>에서 전도도를 측정한다.The acidified carrier gas after the reaction exits the gas /
만약, 산성화 캐리어가스에 이산화탄소가스가 함유되면 반응 후 전도액은<음 이온 교환 수지>에 들어갈 때 아래와 같은, 반응이 일으키므로 전도액의 이온 농도를 항상 일정하게 유지하게 되고, 음 이온 교환수지를 통과한 전도액은 <기준 전극>에서 전도도를 측정한다.If carbonic acid gas is contained in the acidified carrier gas, after the reaction, the conduction liquid enters the <negative ion exchange resin> and thus the reaction occurs as follows. Therefore, the ion concentration of the conduction liquid is always kept constant. Passed conduction liquid is measured for conductivity at <reference electrode>.
2) 전도지 이산화탄소 측정기의 작업 원리를 알아보면 아래와 같다.2) The working principle of the conduction cell carbon dioxide meter is as follows.
전해질 용액은 모두 전도 능력을 가지고 있으나 전자는 전자 전도에 속하고 후자는 이온의 전이에 의하므로 이 양자의 전도 원리가 완전히 다르다. 용액의 전도 능력을 평가할 때 보통 전도도(L)로 표시하며 그 관계식는 아래와 같다.The electrolyte solutions all have conduction capacities, but the former belongs to electron conduction and the latter is based on the transition of ions, so the conduction principle of both is completely different. When evaluating the conductivity of a solution, it is usually expressed as conductivity (L) and the relation is as follows.
(L-전해질 용액의 전도도(단위: Ω), R-저항, K-전해질 용액의 전도율(용액의 종류, 농도, 온도에 의해 결정된다.), Q-전도지 상수(전도지의 기하 치수에 의해 결정된다.), λ-전해액 당량 전도도, C-전해액 당량 농도를 의미한다.(Conductivity in L-electrolyte solution (unit: Ω), R-resistance, conductivity of K-electrolyte solution (determined by solution type, concentration, and temperature), Q-conductor constant (determined by geometric dimensions of the electrolytic cell) ), Λ-electrolyte equivalent conductivity, and C-electrolyte equivalent concentration.
전도지의 기하 치수가 고정값이고 전해액의 성분 및 농도도 고정(0.001N NaOH)이며, 전도지의 두 쌍 전즉의 온도 환경이 상대적으로 항상 온정할 때 전해질 용액의 전도도는 이온의 당량 전도도와만 관계가 있으며 이온의 당량 전도도의 총량이다. 즉 전도도가 아래의 반응식으로 반응율을 구한다.The conductivity of the electrolyte solution is only related to the equivalent conductivity of ions when the geometry of the conduction cell is fixed, the composition and concentration of the electrolyte is also fixed (0.001N NaOH), and the temperature environment of the two pairs of conduction cells is relatively always warm. And the total amount of equivalent conductivity of ions. In other words, the conductivity is obtained by the following reaction formula.
미량의 이산화탄소가스가 가스/액체 반응 관에 들어가OH_에 흡수되었을 때 반응율을 X%로 가설하여 <측정 전극>에 전도도가 측정된다.When a trace amount of carbon dioxide gas enters the gas / liquid reaction tube and is absorbed in OH _ , the conductivity is measured at X% and the conductivity is measured at <Measurement electrode>.
상기 두 공식을 합쳐 용액의 전도도는 아래와 같이 변한다.Putting these two formulas together, the conductivity of the solution changes as follows.
(△L---전도도 변화 값, L1---기준 전극에서 측정된 전도도, L2---측정 전극에서 측정된 전도도, ∧Na+---나트륨 이온의 당량 전도도, C0= 3---질산이온의 당량 전도도, CX---반응 가스 중 CO2의 가스 농도, X%--- CO2와 NaOH의 반응 효율을 의미한다)(△ L --- conductivity change value, L1 --- conductivity measured at the reference electrode, L2 --- conductivity measured at the measuring electrode, ∧Na + --- equivalent conductivity of sodium ions, C0 = 3 --- Equivalent conductivity of nitrate ion, CO2 gas concentration in C X --- reaction gas, X% --- reaction efficiency of CO2 and NaOH)
여기서, 전도액의 유량, 가스의 유량, 온도, 용액 당량 농도가 모두 항상 일정할 때 반응율 X%가 고정값이다. 이로 인하여 전도도의 변화는 이산화탄소의 농도와 만 관계되어 전도도 변화 △L의 측정을 통하여 반응 가스 중의 미량 이산화탄소의 농도를 구할 수 있다.Here, the reaction rate X% is a fixed value when the flow rate of the conductive liquid, the flow rate of the gas, the temperature, and the solution equivalent concentration are all constant. Therefore, the change in conductivity is only related to the concentration of carbon dioxide, and thus the concentration of trace carbon dioxide in the reaction gas can be obtained by measuring the change in conductivity ΔL.
이와 같이 농도측정부(70)에서 측정된 이산화탄소량의 측정값은 디스플레이부(80)로 전달되는데, 측정값은 먼저 중간 증폭기(81)를 통해 증폭되고, 증폭된 측정값은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그/디지털 전환기(82)를 통해 디지털 신호로 변환된 후, 총 유기탄소량(TOC)을 구한다음, 화학적 산소 요구량(COD), 생물학적 산소요구량(BOD)을 대응관계식으로 연산시켜 산출하게 되는데 대응관계식 예를 살펴보면 다음과 같다.As such, the measured value of the amount of carbon dioxide measured by the
먼저, 조건으로써 성분이 안정된 물시료의 총 유기탄소량(TOC)/화학적 산소 요구량(COD)/생물학적 산소요구량(BOD)의 비율 안정된다고 가정한다. 이때, 물시료의 총 유기탄소량(TOC)/화학적 산소 요구량(COD)/생물학적 산소요구량(BOD)수치를 각각 측정하고, 총 유기탄소량(TOC)=100 기준으로 COD/BOD의 대응값으로 환산하여 데이더 처리기(83)에 화학적 산소 요구량(COD)/생물학적 산소요구량(BOD)의 파라미 터를 입력하여 간단하게 산출함게 됨으로써, 화학적 산소 요구량(COD)/생물학적 산소요구량(BOD)의 측정을 위한 별도의 장치 및 장비가 불필요하게 되는 이점이 있다.First, it is assumed that the condition is that the ratio of the total organic carbon content (TOC) / chemical oxygen demand (COD) / biological oxygen demand (BOD) of the stabilized water sample is stabilized as a condition. In this case, the total organic carbon content (TOC) / chemical oxygen demand (COD) / biological oxygen demand (BOD) values of the water samples were measured, respectively, and the total organic carbon content (TOC) = 100 as a corresponding value of COD / BOD. The chemical oxygen demand (COD) / biological oxygen demand (BOD) is measured by simply calculating the parameters of the chemical oxygen demand (COD) / biological oxygen demand (BOD) and converting them into the data. There is an advantage that a separate device and equipment for it is unnecessary.
총 유기탄소량(TOC) 실제 측정치가 20, 생물학적 산소요구량(BOD)가 30, 화학적 산소 요구량(COD)가 10이라고 하면, TOC=100/20=5배, BOD=30×5=150, COD=10×5=50의 값이 산출되는데, 데이터 처리기(83)에 COD의 파라미터를 50으로 설정하고 BOD의 파라미터를 150으로 설정하여 총 유기탄소량이 측정되면 자연적으로 화학적 산소 요구량(COD)/생물학적 산소요구량(BOD)의 값이 산출할 수 있으며, 이때 TOC=100 값은 디폴트값을 나타낸다.If the total organic carbon (TOC) actual measurement is 20, the biological oxygen demand (BOD) is 30, and the chemical oxygen demand (COD) is 10, TOC = 100/20 = 5 times, BOD = 30 × 5 = 150, COD If the total organic carbon content is measured by setting the parameter of COD to 50 and the parameter of BOD to 150 in the
더불어, 농도측정부(70)로 유입되는 이산화탄소가스는 이온트랩필터(73)를 통과하면서 염소(Cl-), 황산(SO42 -)의 농도가400mg/l 이상이거나 질소(NO3-), 인산(HPO42-), 인산수용액(PO43-), 황(S2-) 등의 농도가 100mg/ 이상인 해수나 염분 함량이 높은 폐수에 함유된 고체 과립을 제거하여 다양한 물 시료를 측정할 수 있어 측정 시료의 오염도 및 농도, 기타 여건에 제약을 받지 않는 범용성이 증대되는 장점이 있다.In addition, the carbon dioxide gas flowing into the
상기 디스플레이부(80)는 총 유기탄소량(TOC)/화학적 산소 요구량(COD)/생물학적 산소요구량(BOD)의 측정값 및 산출 수치를 분당, 시간당, 일당 , 월당 평균 농도로 모니터나 인쇄하여 디스플레이 할 수 있어 데이터의 기록이 간편하면서 편리하고, 측정여건에 따라 다르게 적용할 수 있어 운용성이 증대되는 이점이 있는 것이다.The
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications can be made by those who have
도 1은 본 발명에 따른 총 유기탄소분석기를 간략하게 나타낸 구성도,1 is a schematic view showing a total organic carbon analyzer according to the present invention,
도 2는 다른 실시 예에 따른 물시료 공급부를 나타낸 개략적인 구성도,2 is a schematic diagram illustrating a water sample supply unit according to another embodiment;
도 3은 반응부를 나타낸 개략도,3 is a schematic view showing a reaction unit,
도 4 및 도 5는 비 분산형 적외선 이산화탄소가스 측정기(NDIR)의 개략적 구성도 및 전기회로도,4 and 5 is a schematic configuration and electrical circuit diagram of the non-dispersion infrared carbon dioxide gas detector (NDIR),
도 6 및 도 7은 전도지 이산화탄소가스 측정기(conductivity cell)의 개략적 구성도 및 전기회로도이다.6 and 7 are schematic configuration diagrams and electrical circuit diagrams of a conduction cell carbon dioxide gas measuring device (conductivity cell).
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10 : 물 시료 공급부 11 : 시료펌프10: water sample supply unit 11: sample pump
12 : 시료관 12a : 단류센서12
13 : 표준용액밸브 14 : 물 시료배출밸브13: Standard solution valve 14: Water sample discharge valve
15 : 솔레노이드밸브 분기밸브15: solenoid valve branch valve
20 : 가스공급부 20a : 가스관20:
20b : 스로틀밸브 21 : 유량센서 20b: Throttle Valve 21: Flow Sensor
22 : 유량센서 23 : 체크밸브 22: flow sensor 23: check valve
24 : 체크밸브 25 : 솔레노이드밸브24: check valve 25: solenoid valve
30 : 시약공급부 31 : 시약펌프 30: reagent supply unit 31: reagent pump
32 : 시약관 32a : 단류센서 32:
40 : 산성화반응부 41 : 교반기 40: acidification reaction part 41: agitator
42 : 산성화반응기 50 : 반응부 42: acidification reactor 50: reaction part
51 : 가스/액체분리기 51a : 폐가스관 51: gas /
51b : 폐수관 51b' : 솔레노이드밸브51b:
51b" : 폐수펌프 52 : 반응기51b ": wastewater pump 52: reactor
52a : 반응기몸체 52b : UV램프관52a:
52c : 드레인관 52d : 유입관52c:
52e : 가스배기관 52f : 수분배수관52e:
60 : 냉각부 61 : 냉각기파이프60: cooling unit 61: cooler pipe
62 : 냉각기62: cooler
70 : 농도측정부 71 : 작동기70: concentration measuring unit 71: actuator
72 : 적외선램프 73 : 이온트랩필터72: infrared lamp 73: ion trap filter
73a : 교정버튼 80 : 디스플레이부 73a: calibration button 80: display
81 : 중간 증폭기 82 : 아날로그/디지털 전환기 81: intermediate amplifier 82: analog / digital converter
83 : 데이터처리기 84 : 출력부 83: data processor 84: output unit
84a : 모니터 84b : 프린터 84a:
100 : 분석기 G : 표준가스공급부100: analyzer G: standard gas supply unit
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