KR100977031B1 - 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기에 관한 것으로, 불활성가스인 크립톤가스로 충전되어 10.6eV 에너지의 자외선을 방출하는 자외선(UV:Ultra Violet)램프(10)와 상기 자외선(UV:Ultra Violet)램프(10)의 전면에 설치되며 절연체(20)에 의해 서로 절연되는 양극(30) 및 음극(40)을 포함하며, 상기 자외선램프에 의해서 이온화된 화합물질(50)을 감지하는 광이온화센서(PID:Photo-Ionization Detector)부(100)와 상기 광이온화센서부를 통과하여 이온화된 화합물질(50)이 다시 원물질로 전환되도록 지연시키는 지연부(200)와 상기 지연부를 통과한 화합물질(50)을 포집하는 포집부(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기에 관한 것이다.
본 발명에 의하는 경우, 광이온화센서부가 포집부와 지연부를 통해 연결되어 있어 광이온화센서부에 의해서 정량분석된 화합물질이 구체적으로 어떠한 물질인지 포집부를 통해 알 수 있으며, 정성분석만 가능했던 포집부를 광이온화센서부와 연결함으로서 포집부에 의해 정성분석된 화합물질의 실시간 농도변화를 알아낼 수 있는 장점이 있다.
광이온화 센서, PID
Description
불활성가스인 크립톤가스로 충전되어 10.6eV 에너지의 자외선을 방출하는 자외선(UV:Ultra Violet)램프(10)와 상기 자외선(UV:Ultra Violet)램프(10)의 전면에 설치되며 절연체(20)에 의해 서로 절연되는 양극(30) 및 음극(40)을 포함하며, 상기 자외선램프에 의해서 이온화된 화합물질(50)을 감지하는 광이온화센서(PID:Photo-Ionization Detector)부(100)와 상기 광이온화센서부를 통과하여 이온화된 화합물질(50)이 다시 원물질로 전환되도록 지연시키는 지연부(200)와 상기 지연부를 통과한 화합물질(50)을 포집하는 포집부(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기에 관한 것이다.
종래에는 광이온화측정기를 사용하여 현장에서 대략적인 농도를 측정하고 따로 포집컬럼을 현장에 일정시간 노출하여 포집된 화합물질을 가스크로마토그래피로 그 성분을 분석하는 방법을 사용하였다.
그러나 상기 화합물질의 정량분석이 가능한 광이온화측정법은 공기중에 있는 화합물질의 농도를 실시간으로 알 수 있지만 측정되는 화합물질이 어떤 물질인지 알 수 있는 문제점이 있었다.
또한, 상기 화합물질의 정성분석이 가능한 포집컬럼방법은 공기중에 있는 화합물질의 각각의 물질의 성분을 분석할 수 있지만 측정되는 화합물질의 실시간 농도변화를 알 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 광이온화센서부가 포집부와 지연부를 통해 연결되어 있어 광이온화센서부에 의해서 정량분석된 화합물질이 구체적으로 어떠한 물질인지 포집부를 통해 알 수 있으며, 정성분석만 가능했던 포집부를 광이온화센서부와 연결함으로서 포집부에 의해 정성분석된 화합물질의 실시간 농도변화를 알아낼 수 있는 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기를 제공하고자 한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기는, 불활성가스인 크립톤가스로 충전되어 10.6eV 에너지의 자외선을 방출하는 자외선(UV:Ultra Violet)램프(10)와 상기 자외선(UV:Ultra Violet)램프(10)의 전면에 설치되며 절연체(20)에 의해 서로 절연되는 양극(30) 및 음극(40)을 포함하며, 상기 자외선램프에 의해서 이온화된 화합물질(50)을 감지하는 광이온화센서(PID:Photo-Ionization Detector)부(100)와 상기 광이온화센서부를 통과하여 이온화된 화합물질(50)이 다시 원물질로 전환되도록 지연시키는 지연부(200)와 상기 지연부를 통과한 화합물질(50)을 포집하는 포집부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지연부(200)는 나선관으로 구성되어 지연시간을 연장하며, 상기 포집부(300)는 활성탄, 실리카겔, 산화알루미늄, 산화마그네슘 중 어느 하나로 채워져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 광이온화센서부가 포집부와 지연부를 통해 연결되어 있어 광이온화센서부에 의해서 정량분석된 화합물질이 구체적으로 어떠한 물질인지 포집부를 통해 알 수 있으며, 정성분석만 가능했던 포집부를 광이온화센서부와 연결함으로서 포집부에 의해 정성분석된 화합물질의 실시간 농도변화를 알아낼 수 있는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기의 광이온화센서부 작동모식도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기의 광이온화센서부에서 화학물질의 화학적인 변화설명도이다.
또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기가 측정가능한 화합물질의 이온화에너지 그래프이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기는 광이온화센서부(100)의 자외선램프(10), 절연체(20), 양극(30), 음극(40)과 지연부(200), 포집부(300)가 포함된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기에는 유입부(1), 제어부(2), 조작부(3), 흡입부(4) 및 배출부(5)를 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하여 살펴보면, 상기 본 발명의 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기는 상기 조작부(3)에 의해 조작되며, 펌프, 진공펌프 등으로 구성된 상기 흡입부(4)의 흡입력에 의해서 상기 유입부(1)로 외부의 공기가 유입되고, 이렇게 유입된 공기는 광이온화센서부(100)에 도달하게 된다. 상기 광이온화센서부(100)에 도달한 공기 중에서 광이온화센서부(100) 내부에 위치한 자외선램프(10)의 방출에너지보다 작은 이온화에너지를 보유한 화합물질은 상기 자외선램프(10)에 의해서 이온화된다. 상기 이온화된 화합물질은 보통 화합물질에 해당하며, 상기 광이온화센서부(100)의 내부에 위치한 센서에 의해서 상기 이온화된 화합물질의 농도에 따라 흐르는 전류크기의 변화를 감지하게 된다. 그 후 상기 광이온화센서부(100)에 의해 감지된 전류크기의 변화는 상기 광이온화센서부(100)와 연결된 제어부(2)에 표시되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광이온화센서부(100)를 통과한 화합물질(50)은 상기 광이온화센서부(100)와 연결된 지연부(200)를 지나서, 상기 지연부(200)와 연결된 상기 포집부(300)에 유입되게 된다. 이에, 상기 화합물질을 흡착할 수 있는 충전재로 충전된 상기 포집부(300)에 의해서 상기 포집부(300)에 유입된 화합물질이 흡착된다. 이 후 상기 포집부(300)를 통과한 공기는 상기 배출부(5)에 의해서 외부로 배출되어지는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명에서 사용되는 광이온화센서(PID:PhotoIonization Detector)의 작동에 관하여 설명한다. 상기 광이온화센서부(100)는 도 2에 도시한 것과 같이 농도를 측정하고자 하는 화합물질을 포함한 공기에 자외선을 방출하는 자외선 (UV:Ultra Violet) 램프(10)와, 상기 자외선 (UV:Ultra Violet) 램프(10)의 전면에 설치되며 절연체(20)에 의해 서로 절연되는 양극(30)과 음극(40)으로 구성된다.
상기 자외선 (UV:Ultra Violet) 램프(10)의 충전체를 선택함에 있어서, 공기주성분이며, 각각 15.5eV 및 12.0eV의 이온화에너지를 가진 질소 및 산소가스는 이온화시키지 않으며, 도 4에 도시한 바와 같이 농도 측정의 대상이 되는 디메틸 설페이트(Dimethyl Sulfate), 트리메틸아민(Trimethylamine), 스티렌(Styrene), 크실렌(xylene), 디메틸 설파이드(Dimethyl Sulfide), 메틸 이소부틸 케톤(Methyl isobutyl ketone), 메틸 에틸 케톤(Methyl ethyl ketone), n-발레릭알데히드(n-valeric aldehyde), i-발레릭알데히드(i-valeric aldehyde), 부틸 알데히드(Butyl aldehyde), 프로피온알데히드(Propionaldehyde), 부틸 아세테이트(Butyl acetate), i-부틸알콜(i-Butyl alcohol), 암모니아(Ammonia), n-부틸산(n-Butyric acid), 아세트알데히느(Acetaldehyde), 프로피린산(Propirinic acid), 황화 수소(Hydrogen sulfide), i-발레릭산(i-valeric acid) 및 n-발레릭산(n-valeric acid) 등의 화합물질은 이온화시키는 충전채가 적합하다. 이에, 상기 자외선 (UV:Ultra Violet) 램프(10)는 불활성 가스인 크립톤 가스로 충전되어 10.6eV 에너지의 자외선을 방출하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 크립톤가스로 충전된 자외선램프는 10.6eV 이하의 이온화에너지를 가지는 화합물질을 이온화시키게 되며, 10.6eV를 초과하는 이온화에너지를 가지는 화합물질은 상기 크립톤가스로 충전된 자외선램프로 이온화가 되지 않는다.
또한, 상기 화합물질의 이온화에너지는 바닥상태에 있는 원자 또는 분자에서 1개의 전자를 꺼내어 1개의 양이온과 자유전자로 완전히 분리하는 데 필요한 에너지이다. 따라서 상기 화합물질의 이온화에너지는 원자와 원자사이의 화합결합인 공유결합 등을 깨뜨리는 에너지가 아니기 때문에 상기 자외선램프에 의해서 자유전자가 분리되었던 화합물질은 자외선램프로부터 멀어지게 되면 외부로부터 자유전자를 획득하여 원래의 안정적인 상태로 돌아가게 되며, 이를 도 3을 통해 간략하게 도시 하였다.
다음으로, 상기 양극(30)과 음극(40)에 도 2에 도시한 것과 같이 전압을 인가하면, 상기 자외선램프(10)에 의해서 이온화된 화합물질(50)이 양이온은 상기 음극(40)으로, 음이온은 상기 양극(30)으로 포집되면서 전류가 발생하게 된다. 이렇게 발생한 전류의 크기는 화합물질의 농도와 비례하게 된다. 그러나, 이 경우 발생하는 전류의 양이 미세한 점을 고려할 때, 발생된 전류를 증폭 변환 수단을 이용하여 전압 신호로 증폭/변환하여 측정하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 증폭 변환 수단은 전류/전압 변환기(Current/Voltage Convertor)와 증폭기(Amplifier)를 결합하여 다양한 방법으로 구현하는 것이 가능하며, 이러한 증폭 변환 수단을 구성하는 기술은 본 발명이 속하는 분야에서는 널리 알려져 실시되고 있는 기술이므로, 상세한 설명은 생략한다.
다음으로 상기 지연부(200)는 상기 광이온화센서부(100)와 연결되어 있으며, 상기 자외선램프(10)에 의해서 이온화된 화합물질(50)은 상기 지연부(200)로 유입되어 상기 지연부(200)에 머무르게 되는 동안 자유전자를 획득하여 원래의 안정적인 상태로 돌아가게 된다. 상기 지연부(200)는 이온화된 화합물질(50)이 충분히 머무르면서 원래의 물질로 되돌아갈 수 있도록 나선의 모양으로 제조되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 포집부(300)는 상기 지연부(200)와 연결되어 있으며, 내부에는 상기 화합물질을 흡착할 수 있는 활성탄, 실리카겔, 산화알루미늄, 산화마그네슘 중 어느 하나로 채워져 있는 것을 특징으로 한다. 이에, 상기 지연부(200)를 지나면서 원래의 화합물질로 되돌아간 화합물질(50)이 상기 포집부(300)로 유입되어 상기 충전채들로 인해 흡착된다. 또한, 상기 포집부(300)는 일정시간 경과 후 분리하여 흡착된 화합물질(50)의 성분을 분석하는 것이 바람직하다.
이상에서는, 도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기의 광이온화센서부 작동모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기의 광이온화센서부에서 화학물질의 화학적인 변화설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기가 측정가능한 화합물질의 이온화에너지 그래프이다.
<도면의 주요부에 사용된 기호의 설명>
1: 유입부 2: 제어부
3: 조작부 4: 흡입부
5: 배출부
10: 자외선 (UV:Ultra Violet) 램프 20: 절연체
30: 양극(anode) 40: 음극(cathode)
50: 화합물질
100: 광이온화센서부 200: 지연부
300: 포집부
Claims (3)
- 불활성가스인 크립톤가스로 충전되어 10.6eV 에너지의 자외선을 방출하는 자외선(UV:Ultra Violet)램프(10):와상기 자외선(UV:Ultra Violet)램프(10)의 전면에 설치되며 절연체(20)에 의해 서로 절연되는 양극(30) 및 음극(40):을 포함하며,상기 자외선램프에 의해서 이온화된 화합물질(50)을 감지하는 광이온화센서(PID:Photo-Ionization Detector)부(100);와상기 광이온화센서부를 통과하여 이온화된 화합물질(50)이 다시 원물질로 전환되도록 지연시키는 지연부(200);와상기 지연부를 통과한 화합물질(50)을 포집하는 포집부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기.
- 청구항 1에 있어서,상기 지연부(200)는 나선관으로 구성되어 지연시간을 연장하는 것을 특징으로 하는 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기.
- 청구항 1에 있어서,상기 포집부(300)는 활성탄, 실리카겔, 산화알루미늄, 산화마그네슘 중 어느하나로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 광이온화센서를 이용한 화합물질 측정기기.
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