KR101022538B1 - Plasma generator and Plasma Spectroscopy including the same - Google Patents
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Abstract
성분분석의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 발생장치가 개시되어 있다. 플라즈마 발생장치는 상부면 내에 제1 유체 저장실, 제1 유체 저장실과 이격된 제2 유체 저장실, 및 유체 저장실들 사이에 위치하는 유체 채널을 구비하는 하판, 하판 상에 위치하고, 제1 유체 저장실에 연결된 제1 관통구, 및 제2 유체 저장실에 연결된 제2 관통구를 구비하는 상판 및 하판의 하부면 상에 위치하되, 제1 유체 저장실 및 제2 유체 저장실에 각각 대응하여 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. A plasma generator that can improve the reliability of component analysis is disclosed. The plasma generating device is located on a lower plate, a lower plate having a first fluid reservoir in the upper surface, a second fluid reservoir spaced apart from the first fluid reservoir, and a fluid channel located between the fluid reservoirs, and connected to the first fluid reservoir. A first electrode and a first electrode disposed on the lower surface of the upper plate and the lower plate having a first through hole and a second through hole connected to the second fluid reservoir, respectively corresponding to the first fluid reservoir and the second fluid reservoir; It includes two electrodes.
Description
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체를 이용한 플라즈마 발생장치 및 이를 구비하는 플라즈마 분광분석장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a plasma generating apparatus, and more particularly, to a plasma generating apparatus using a fluid and a plasma spectroscopic analysis apparatus having the same.
최근 수질 오염이 가속화되어 감에 따라 수질 오염에 포함되어 있는 금속등의 성분을 분석하는 장치들이 개발되고 있다. 이러한 성분 분석장치는 플라즈마를 발생시켜 플라즈마로부터 방출되는 빛을 분석하는 원자발광 분광 분석법을 기반으로 하고 있다. Recently, as water pollution is accelerated, devices for analyzing components such as metals included in water pollution have been developed. The component analyzer is based on atomic emission spectroscopy, which generates plasma and analyzes light emitted from the plasma.
금속의 성분 분석을 위해서는 충분한 양의 플라즈마가 방출되어야 한다. 그러나, 종래에는 많은 양의 플라즈마를 발생시키는데 어려움이 있었다. Sufficient plasma must be emitted for the component analysis of the metal. However, there has been a difficulty in generating a large amount of plasma in the past.
또한, 종래에는 액체전극에 전압을 인가하기 위한 금속전극이 액체전극 내에 삽입되는 형태로 제조되었기 때문에 액체전극과 금속전극간의 전기화학적 반응으로 금속전극이 부식되고 장치의 수명이 감소하였다. 이뿐만 아니라, 금속전극이 액체전극 내에 삽입되어있기 때문에 금속성분의 플라즈마 유입으로 인해 성분분석의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 발생되었다.
In addition, conventionally, since a metal electrode for applying a voltage to the liquid electrode is manufactured to be inserted into the liquid electrode, the metal electrode is corroded by the electrochemical reaction between the liquid electrode and the metal electrode and the life of the apparatus is reduced. In addition, since the metal electrode is inserted in the liquid electrode, the reliability of the component analysis is deteriorated due to the plasma inflow of the metal component.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 성분분석의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a plasma generating device that can improve the reliability of the component analysis.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 성분분석의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 분광분석장치를 제공하는데 있다.
Another object of the present invention for solving the above problems is to provide a plasma spectroscopic analysis device that can improve the reliability of the component analysis.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부면 내에 제1 유체 저장실, 상기 제1 유체 저장실과 이격된 제2 유체 저장실, 및 상기 유체 저장실들 사이에 위치하는 유체 채널을 구비하는 하판, 상기 하판 상에 위치하고, 상기 제1 유체 저장실에 연결된 제1 관통구, 및 상기 제2 유체 저장실에 연결된 제2 관통구를 구비하는 상판 및 상기 하판의 하부면 상에 위치하되, 상기 제1 유체 저장실 및 상기 제2 유체 저장실에 각각 대응하여 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 플라즈마 발생장치를 제공한다. The present invention for achieving the above object of the present invention is a bottom plate having a first fluid reservoir in the upper surface, a second fluid reservoir spaced apart from the first fluid reservoir, and a fluid channel located between the fluid reservoirs, Located on the lower plate and having a first through-hole connected to the first fluid storage chamber, and a second through-hole connected to the second fluid storage chamber and located on the lower surface of the lower plate, the first fluid storage chamber And a first electrode and a second electrode positioned to correspond to the second fluid storage chamber, respectively.
상기 유체 채널은 그의 일부분에 다른 부분보다 폭이 좁은 병목 영역을 구비할 수 있다. The fluid channel may have a bottleneck area that is narrower in width than the other in part thereof.
상기 유체 채널의 병목 영역은 상기 유체 채널의 측벽 및 바닥부로부터 돌출된 돌기부에 의해 형성될 수 있다. The bottleneck area of the fluid channel may be formed by protrusions protruding from the side walls and the bottom of the fluid channel.
상기 상판 또는 하판은 투명 기판일 수 있다. The upper or lower plate may be a transparent substrate.
상기 상판은 상기 제1 유체 저장실에 연결되고 제1 관통구에 이격된 제3 관통구, 및 상기 제2 유체 저장실에 연결되고 제2 관통구에 이격된 제4 관통구를 구비하고, 상기 제1 관통구 또는 제3 관통구에는 제1 유체 주입 튜브가 연결되고, 상기 제2 관통구 또는 제4 관통구에는 제2 유체 주입 튜브가 연결될 수 있다. The top plate includes a third through hole connected to the first fluid storage chamber and spaced apart from the first through hole, and a fourth through hole connected to the second fluid storage chamber and spaced apart from the second through hole. The first fluid injection tube may be connected to the through hole or the third through hole, and the second fluid injection tube may be connected to the second through hole or the fourth through hole.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부면 내에 제1 유체 저장실, 상기 제1 유체 저장실과 이격된 제2 유체 저장실, 및 상기 유체 저장실들 사이에 위치하는 유체 채널을 구비하는 하판, 상기 하판 상에 위치하고, 상기 제1 유체 저장실에 연결된 제1 관통구, 및 상기 제2 유체 저장실에 연결된 제2 관통구를 구비하는 상판 및 상기 하판의 하부면 상에 위치하되, 상기 제1 유체 저장실 및 상기 제2 유체 저장실에 각각 대응하여 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 플라즈마 발생장치 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결된 교류 발생 장치 및 상기 플라즈마 발생장치로부터 발생된 광을 검출하는 분광기를 포함하는 플라즈마 분광분석장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a bottom plate having a first fluid reservoir, a second fluid reservoir spaced apart from the first fluid reservoir, and a fluid channel located between the fluid reservoirs. And an upper plate disposed on the lower plate and having a first through hole connected to the first fluid storage chamber and a second through hole connected to the second fluid storage chamber, and positioned on a lower surface of the lower plate, wherein the first fluid A plasma generator including a first electrode and a second electrode positioned correspondingly to the storage chamber and the second fluid storage chamber, and an alternating current generator electrically connected to the first electrode and the second electrode, and the plasma generator; Provided is a plasma spectrometer including a spectrometer for detecting the emitted light.
상기 유체 채널은 그의 일부분에 다른 부분보다 폭이 좁은 병목 영역을 구비할 수 있다.The fluid channel may have a bottleneck area that is narrower in width than the other in part thereof.
상기 유체 채널의 병목 영역은 상기 유체 채널의 측벽 및 바닥부로부터 돌출된 돌기부에 의해 형성될 수 있다.
The bottleneck area of the fluid channel may be formed by protrusions protruding from the side walls and the bottom of the fluid channel.
상기 구조의 플라즈마 발생장치는 유체의 발화를 위해 전극들의 간격을 형성하거나 조절하는 장치가 추가로 필요하지 않기 때문에 구조가 단순하며, 플라즈마가 발생하는 과정에서 사용 유체 외의 불순물이 유입되지 않을 수 있어 분광분석시 신호잡음의 요인이 줄어들 수 있다. The structure of the plasma generator has a simple structure because it does not need an additional device for forming or adjusting the spacing of the electrodes for the ignition of the fluid, and impurities other than the used fluid may not be introduced during the plasma generation. In the analysis, the source of signal noise may be reduced.
또한, 전극들을 하판의 하부면에 배치시킴으로써 전극과 유체와의 전기화학적 반응이 발생되지 않고, 전극의 수명이 길어짐은 물론 금속성분의 플라즈마 유입을 차단하여 성분분석의 신뢰성을 높일 수 있다.
In addition, by placing the electrodes on the lower surface of the lower plate, the electrochemical reaction between the electrode and the fluid does not occur, the life of the electrode is long, as well as the plasma inflow of metal components can be blocked to enhance the reliability of the component analysis.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 하판을 나타낸다.
도 2a 내지 2g는 도 1의 절단선 I-I'를 따라 공정단계 별로 취해진 단면도들이다.
도 3은 2d의 평면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 상판을 나타낸다.
도 5a 내지 5f는 도 1의 절단선 I-I'를 따라 공정단계 별로 취해진 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생원리를 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 유지원리를 나타내는 개념도이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 이용하여 발생된 플라즈마를 나타내는 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 분광분석 장치를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 이용하여 분광분석을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 표준 액체전극을 이용한 분광분석을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다. 1 shows a bottom plate of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A through 2G are cross-sectional views taken along the cutting line I-I 'of FIG.
3 shows a plan view of 2d.
Figure 4 shows a top plate of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
5A through 5F are cross-sectional views taken along the cutting line I-I 'of FIG.
6 is an exploded perspective view showing a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
7A to 7C are schematic diagrams showing the principle of plasma generation according to an embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating a plasma maintenance principle according to an embodiment of the present invention.
9A to 9D are images showing plasma generated by using a plasma generator according to an embodiment of the present invention.
10 shows a plasma spectrometer according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing the results of spectroscopic analysis using the plasma generator according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the results of spectroscopic analysis using a standard liquid electrode.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 하판을 나타낸다. 1 shows a bottom plate of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 플라즈마 발생 장치의 하판(110)은 제1 유체 저장실(112), 제2 유체 저장실(114), 유체 채널(116), 제1 전극(118) 및 제2 전극(119)을 포함할 수 있다. 상기 제1 유체저장실(112)은 상기 하판(110)의 상부면 내에 형성되며, 상기 제2 유체 저장실(114)은 상기 하판(110)의 상부면 내에 상기 제1 유체 저장실(112)과 이격되어 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the
상기 유체 채널(116)은 상기 유체 저장실들(112,114) 사이에 위치할 수 있다. 상기 유체 채널(116)은 그의 일부분에 다른 부분보다 폭이 좁은 병목 영역을 구비할 수 있으며, 상기 병목 영역은 상기 유체 채널(116)의 측벽 및 바닥부로부터 돌출된 돌기부(212)에 의해 형성될 수 있다. The
제1 전극(118) 및 제2 전극(119)은 상기 하판(110)의 하부면에 형성되며, 상기 제1 유체 저장실(112) 및 제2 유체 저장실(114)에 각각 대응하여 위치할 수 있다. The
상기와 같이 전극들(118,119)을 하판(110)의 하부면에 형성하면, 유체와 접촉하지 않기 때문에 유체와의 전기화학적 반응이 발생되지 않고, 전극들(118,119)의 수명이 길어질 수 있다. 또한, 전극으로부터 유입되는 금속성분의 플라즈마를 차단할 수 있기 때문에 성분분석의 신뢰성을 높일 수 있다. When the
도 2a 내지 2g는 도 1의 절단선 I-I'를 따라 공정단계 별로 취해진 단면도들이고, 도 3은 2d의 평면도를 나타낸다. 2A through 2G are cross-sectional views taken along the cutting line II ′ of FIG. 1 according to the process steps, and FIG.
도 2a를 참조하면, 하판(110)이 제공된다. 상기 하판(110)은 유리기판 또는 세라믹 기판일 수 있다. Referring to FIG. 2A, a
도 2b를 참조하면, 상기 하판(110) 상에 하드마스크층(230)을 형성한다. 상기 하드마스크층(230)은 스퍼터링을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 하드마스크층(230)은 금속층일 수 있다. Referring to FIG. 2B, a
도 2c를 참조하면, 상기 하드마스크층(230)이 형성된 제1 기판(110) 상에 포토레지스트 패턴(240)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(240)은 저장실 한정 패턴(241) 및 병목 형성 패턴(242)을 구비할 수 있다. Referring to FIG. 2C, a
도 3 및 도 2d를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(240)을 마스크로 하여 상기 하드마스크층을 식각함으로서 하드마스크 패턴(232)을 형성한다. 상기 하드마스크층(230)을 식각하는 습식식각법 또는 건식식각법을 사용하여 수행할 수 있다. 3 and 2D, a
도 2e를 참조하면, 상기 하드 마스크 패턴들(232)을 마스크로 하여 상기 하판(110)을 식각한다. 상기 하판(110)은 등방성 식각법 구체적으로, 습식식각법을 사용하여 식각할 수 있다. 그 결과, 상기 하판(110) 내에 제1 유체 저장실(112), 제2 유체 저장실(114) 및 이들 사이에 위치한 유체 채널(116)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 2E, the
이 때, 상기 포토레지스트 패턴(240)이 병목 형성 패턴(242)을 구비하는 경우에, 상기 유체 채널(116) 내에는 병목 영역을 형성하는 돌기부(212)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 하드마스크 패턴들(232)을 마스크로 하여 상기 하판(110)을 식각하는 과정에서, 상기 병목 형성 패턴(242)의 양측 하부에 생성된 언더컷들은 서로 만나 유체 채널(116)을 형성하고, 그 아래에는 식각되지 않은 기판 물질인 돌기부들(212)이 형성될 수 있다. 이를 위해, 상기 병목 형성 패턴(242)의 폭은 적절하게 조절될 필요가 있다. In this case, when the
상기 식각용액은 불산용액 또는 불산 혼합용액일 수 있다. The etching solution may be a hydrofluoric acid solution or a hydrofluoric acid mixed solution.
도 2f를 참조하면, 남은 포토레지스트(240) 및 하드마스크 패턴(232)을 제거한다. Referring to FIG. 2F, the remaining
도 2g를 참조하면, 도 2a 내지 도 2f의 과정을 거쳐 형성된 하판(110)의 하부면 상에 제1 전극(118) 및 제2 전극(119)을 형성한다. 상기 전극들(118,119)은 리프트-오프(lift off) 방법을 통해 패터닝될 수 있다. Referring to FIG. 2G, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 상판을 나타낸다. Figure 4 shows a top plate of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 플라즈마 발생장치의 상판(120)은 제1 관통구(122) 및 제2 관통구(124)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the
상기 제1 관통구(122) 및 제2 관통구(124)는 하판(도 1의 110)의 제1 유체 저장실(112) 및 상기 제2 유체 저장실(114)에 각각 연결될 수 있다. The first through
상기 관통구들(122,124)은 유체 저장실들(112,114)에 유체를 주입시키기 위한 입구인 동시에 증기가 빠져나가는 배출구일 수 있다. The through
또한, 상기 상판(120)은 상기 제1 유체 저장실(112)에 연결되고 제1 관통구(122)에 이격된 제3 관통구(126) 및 상기 제2 유체 저장실(114)에 연결되고 제2 관통구(124)에 이격된 제4 관통구(128)를 더 구비할 수 있다. In addition, the
상기와 같이 제1 관통구(122) 및 제2 관통구(124)에 제3 관통구(126) 및 제4 관통구(128)를 더 구비함으로서 유체의 입구 및 증기의 배출구를 분리하여 사용할 수도 있다. As described above, the first through
또한, 상기 제1 관통구(122) 또는 제3 관통구(126)에는 제1 유체 주입 튜브가 연결될 수 있으며, 상기 제2 관통구(124) 또는 제4 관통구(128)에는 제2 유체 주입 튜브가 연결될 수 있다. 상기 유체 주입 튜브들은 유체 저장실들(112,114)에 유체들을 용이하게 주입시킬 수 있다. In addition, a first fluid injection tube may be connected to the first through
도 5a 내지 5f는 도 1의 절단선 I-I'를 따라 공정단계 별로 취해진 단면도들이다. 5A through 5F are cross-sectional views taken along the cutting line I-I 'of FIG.
도 5a를 참조하면, 상판(120)이 제공된다. 상기 상판(120)은 유리기판 또는 세라믹 기판일 수 있다. Referring to FIG. 5A, a
도 5b를 참조하면, 상기 제2 기판(120)에 하드마스크층(230)을 형성한다. 상기 하드마스크층(230)은 스퍼터링을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 하드마스크층(230)은 금속층일 수 있다. Referring to FIG. 5B, a
도 4 및 도 5c를 참조하면, 상기 하드마스크층(230)이 형성된 제1 기판(110) 상에 포토레지스트 패턴(240)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(240)은 제1 관통구(122) 및 제2 관통구(124)를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴들(243,244)을 구비할 수 있다. 4 and 5C, the
도 5d를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(240)을 마스크로 하여 상기 하드마스크층(230)을 식각함으로서 하드마스크 패턴(232)을 형성한다. 상기 하드마스크층(230)의 식각은 습식식각법 또는 건식식각법을 사용하여 수행할 수 있다. Referring to FIG. 5D, the
도 5e를 참조하면, 상기 하드마스크층(230)을 식각하여 형성된 하드 마스크 패턴들(232)을 마스크로 하여 상기 제2 기판(120)을 식각한다. 상기 제2 기판(120)은 등방성 식각법 구체적으로, 습식식각법을 사용하여 식각할 수 있다. 그 결과, 상기 제2 기판(120) 내에 제1 관통구(122) 및 제2 관통구(124)를 형성할 수 있다. 상기 식각용액은 불산용액 또는 불산 혼합용액일 수 있다. Referring to FIG. 5E, the
만약, 제2 기판(120) 상에 제1 관통구(122) 및 제2 관통구(124)외에 제3 관통구(126) 및 제4 관통구(128)를 형성하고자 할 경우, 상기 제1 관통구(122) 및 제2 관통구(124)의 제조 방법과 동일한 방법을 이용하여 제1 관통구(122)에 이격된 제3 관통구(126), 및 제2 관통구(124)에 이격된 제4 관통구(128)를 더 형성할 수도 있다. If the third through
도 5f를 참조하면, 남은 포토레지스트(240) 및 하드마스크 패턴(232)을 제거한다. Referring to FIG. 5F, the remaining
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타내는 분해 사시도이다. 6 is an exploded perspective view showing a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 상판(120) 및 하판(110)은 상하로 서로 접합되어 형성될 수 있다. 상기 상판(120) 및 하판(110)은 상판(120)의 제1 관통구(122) 및 제2 관통구(124)가 각각 제1 유체 저장실(112) 및 제2 유체 저장실(114)에 대응하도록 접합할 수 있다. Referring to FIG. 6, the
상기 판들(110,120)의 접합은 상기 판들(110,120) 사이에 물을 묻힌 후 약 650℃의 온도로 1시간 동안 유지시킴으로써 수행될 수 있다. 상기와 같이 판들(110,120) 사이의 물은 고온에서 분자들이 분리되고, 수소 결합이 일어나므로 판들(210,220)은 서로 접합될 수 있다.Bonding of the
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생원리를 나타내는 모식도이다. 유체는 기체 또는 액체가 사용될 수 있으나, 실시예에서는 유체가 액체인 경우 즉, 유체 저장실들 및 유체 채널 내에 액체가 채워진 경우에 대해 설명한다. 7A to 7C are schematic diagrams showing the principle of plasma generation according to an embodiment of the present invention. The fluid may be a gas or a liquid, but the embodiment describes a case in which the fluid is a liquid, that is, a liquid filled in the fluid reservoirs and the fluid channel.
도 7a를 참조하면, 상기 플라즈마 발생장치의 전극들(도 6의 118, 119)에 전기적으로 교류 전압을 인가해준다. 상기 교류 전압은 주파수가 약 1kHz 내지 1MHz 범위인 것을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 7A, an AC voltage is electrically applied to the
상기 전극들(도 6의 118, 119)에 인가된 교류 전압으로 인해 상기 유체 저장실들(도 6의 112, 114) 내부에 있는 액체(L)에 교류 전류가 유도되고, 유체 채널(116) 내부의 폭이 좁아지는 형상 즉, 돌기부들(212)로 인해 전류밀도가 상대적으로 높아지며, 줄(Joule)가열에 의해 버블(250)이 발생된다. The alternating current applied to the
도 7b를 참조하면, 상기 버블(250)은 계속적으로 인가되는 교류전압으로 인해 액체가 기화되고, 버블이 성장(260)하게 된다. Referring to FIG. 7B, the
도 7c를 참조하면, 상기 유체 채널(116)의 내부에서 성장된 버블(260)은 유체 채널(116)의 측벽에 맞닿을 때까지 성장이 일어나 액체(L)가 분리된다. 분리된 액체(L)는 계속해서 교류전압이 인가되기 때문에 액체 간의 전위차가 생겨 방전된다. Referring to FIG. 7C, the
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 유지원리를 나타내는 개념도이다. 8 is a conceptual diagram illustrating a plasma maintenance principle according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 유체 채널의 내부에서 플라즈마가 발생됨과 동시에 발생되는 증기는 온도 및 압력 차로 인해 제1 관통구(도 6의 122) 또는 제3 관통구(도 6의 126) 및 제2 관통구(도 6의 124) 또는 제4 관통구(도 6의 128)를 통해 외부로 빠져나가게 되며, 유체는 모세관 현상에 의해 유체 저장실들(도 6의 112,114)의 표면을 따라 유체 채널(116)로 모여든다. Referring to FIG. 8, the steam generated at the same time as the plasma is generated in the fluid channel is generated by the first through hole (122 in FIG. 6) or the third through hole (126 in FIG. 6) and the second through due to temperature and pressure difference. It is drawn out through the sphere 124 (FIG. 6) or the fourth through hole (128 in FIG. 6), and fluid flows along the surface of the fluid reservoirs (112, 114 in FIG. 6) by capillary action. Flock to
유체 채널(116)에 유입된 유체와 배출된 증기는 평형상태를 이루게 되며 유체 저장실들(도 6의 112,114)에 유체가 남아있는 동안은 이와 같은 현상이 지속적으로 유지될 수 있다.The fluid introduced into the
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 이용하여 발생된 플라즈마를 나타내는 이미지이다. 9A to 9D are images showing plasma generated by using a plasma generator according to an embodiment of the present invention.
상기 플라즈마를 발생시키기 위한 액체전극으로는 1% NaCl 용액을 사용하였다. 도 9a 내지 도 9c는 30msec 간격으로 플라즈마 발생상태를 촬영하였으며, 도 9d는 1sec 경과한 후의 플라즈마 상태를 촬영하였다. 상기 플라즈마 발생상태는 CCD 카메라를 이용하여 촬영하였다. As a liquid electrode for generating the plasma, a 1% NaCl solution was used. 9A to 9C photograph the plasma generation state at 30 msec intervals, and FIG. 9D photographs the plasma state after 1 sec. The plasma generation state was photographed using a CCD camera.
도 9a를 참조하면, 플라즈마가 발생되기 전의 초기 상태의 유체 채널(116)을 측정한 이미지이다. Referring to FIG. 9A, an image of a
도 9b를 참조하면, 약 30msec가 경과한 후의 상태를 측정한 결과 플라즈마가 생성되면서 점화되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9B, as a result of measuring the state after about 30 msec has elapsed, it can be seen that the plasma is generated and ignited.
도 9c를 참조하면, 약 60msec가 경과한 후의 상태를 측정한 결과 플라즈마가 팽창되며, 유체 채널(116)의 상하부 양단의 표면에 형성되는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 9C, as a result of measuring the state after about 60 msec has elapsed, it can be seen that the plasma is expanded and formed on the surfaces of both upper and lower ends of the
도 9d를 참조하면, 약 1sec가 경과한 후의 상태를 측정한 결과 플라즈마가 유체 채널(116) 내에서 안정화된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 9D, it can be seen that the plasma is stabilized in the
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 분광분석 장치를 나타낸다. 이하에서 설명하는 플라즈마 발생장치는 상술한 플라즈마 발생장치와 동일할 수 있다. 10 shows a plasma spectrometer according to an embodiment of the present invention. The plasma generator described below may be the same as the plasma generator described above.
도 10을 참조하면, 플라즈마 분광분석 장치는 제1 유체 저장실(112), 상기 제1 유체 저장실(112), 제2 유체 저장실(114), 및 유체 채널(116)을 구비하는 하판(110), 제1 관통구(122), 및 제2 관통구(124)를 구비하는 상판(120) 및 1 전극(118) 및 제2 전극(119)을 포함하는 플라즈마 발생장치와 교류 발생 장치(130) 및 분광기(140)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 분광분석 장치는 제어장치(150) 및 CCD 카메라(160)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 10, the apparatus for plasma spectroscopy includes a
상기 교류 발생장치(130)는 제1 전극(118) 및 상기 제2 전극(119)에 전기적으로 연결되며, 상기 전극들(118,119)로부터 상기 유체 저장실들(112,114) 내부에 저장된 유체에 전압을 인가하기 위해 구비될 수 있다. The
상기 분광기(140)는 상기 플라즈마 발생장치로부터 발생된 광을 검출하기 위해 구비될 수 있다. The
상기 제어장치(150)는 컴퓨터일 수 있으며, 상기 CCD 카메라(160)에 저장된 이미지를 화면상에 출력하거나, 상기 분광기(140) 및 CCD 카메라(160)등을 제어할 수 있다.
The
실험예Experimental Example : : PbPb 의 분광분석Spectroscopic analysis
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 이용하여 분광분석을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다. 11 is a graph showing the results of spectroscopic analysis using the plasma generator according to an embodiment of the present invention.
유체는 0.1M HNO3 용액을 사용하였으며, 이 용액에 Pb가 100ppm 포함된 용액을 혼합하여 상기 제1 유체 주입 튜브 및 제2 유체 주입 튜브를 통해 각각의 유체 저장실들에 주입한 후 교류 발생 장치를 ON하여 교류전압을 인가하였다. 여기서, 교류전압은 주파수가 50kHz인 것을 사용하였다.Fluid is 0.1M HNO 3 A solution was used, and a solution containing 100 ppm of Pb was mixed and injected into the respective fluid reservoirs through the first fluid injection tube and the second fluid injection tube, and then the AC generator was turned on to apply an AC voltage. It was. In this case, an AC voltage having a frequency of 50 kHz was used.
도 11을 참조하면, Pb가 100ppm 포함된 액체전극을 사용하여 측정한 결과, Pb에 해당되는 368nm 및 405nm의 파장대에서 피크가 검출된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 11, as a result of using a liquid electrode containing 100 ppm of Pb, it can be seen that peaks are detected at wavelengths of 368 nm and 405 nm corresponding to Pb.
또한, 306nm 및 486과 656nm에서 검출된 각각의 OH 및 H는 HNO3 용액으로부터 검출된 것으로 판단되며, 589nm에서 검출된 Na는 상판 또는 하판에서 사용되는 투명기판에 포함되어 있는 물질로 판단된다.
In addition, each of OH and H detected at 306 nm and 486 and 656 nm is determined to be detected from HNO 3 solution, and Na detected at 589 nm is determined to be a material included in the transparent substrate used in the upper or lower plate.
비교예Comparative example : 표준 액체전극의 분광분석Spectroscopic Analysis of Standard Liquid Electrodes
본 비교예에서는 후술하는 것을 제외하고는 상기 실험예와 동일한 방법을 사용하여 분광분석을 수행하였다. 본 비교예에서는 유체로서, 0.1M HNO3을 사용하였다. In this comparative example, spectroscopic analysis was performed using the same method as the experimental example except for the following. In this comparative example, 0.1 M HNO 3 was used as the fluid.
도 12는 표준 액체전극을 이용한 분광분석을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다. 12 is a graph showing the results of spectroscopic analysis using a standard liquid electrode.
도 12를 참조하면, 0.1M HNO3를 사용할 경우에는 액체전극에 존재하는 OH 및 H는 HNO3 등이 상기 실험예와 같은 파장대에서 검출되었으며, Pb와 같은 파장대에서의 피크는 검출되지 않았다. Referring to FIG. 12, when 0.1 M HNO 3 is used, OH and H present in the liquid electrode were detected in the same wavelength band as HNO 3 and the like, and no peak was detected in the same wavelength band as Pb.
상기 구조의 플라즈마 발생장치는 유체를 기화시키는 장치나 초기 발화를 위해 전극들의 간격을 형성하거나 조절하는 장치가 추가로 필요하지 않기 때문에 구조가 단순하다. Plasma generators of the above structure are simple because no additional device is needed to vaporize the fluid or to form or control the spacing of the electrodes for initial ignition.
또한, 플라즈마가 발생하는 과정에서 유체 이외의 추가적인 가스가 사용되지 않기 때문에 신호잡음이 줄어들 수 있으므로, 상기 실험예와 비교예에서 알 수 있듯이 재분석시에도 각각의 파장대에 해당되는 물질들이 동일하게 측정될 수 있다. In addition, since the signal noise may be reduced because no additional gas other than the fluid is used in the process of generating the plasma, the materials corresponding to the respective wavelength bands may be equally measured during the reanalysis, as shown in the above experimental and comparative examples. Can be.
이하, 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 이용하여 분광분석이 가능한 금속을 나타낸다. 분광분석이 가능한 금속은 이하의 금속에 한정하지 않으며, 후술하는 금속을 포함할 수 있음이 자명하다. Hereinafter, Table 1 shows a metal capable of spectroscopic analysis using a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention. It is apparent that the metal capable of spectroscopic analysis is not limited to the following metals, and may include metals described below.
표 1을 참조하면, 본 발명의 실험예에서 제시한 Pb 외에도 Al, Sb. As, Ba, Be, B 또는 Cd등이 포함되어 있는 액체전극을 분석한 후 상기와 같은 각 원소들의 파장을 비교함으로서 각각 원소들의 분광분석을 도출해낼 수 있다. Referring to Table 1, in addition to Pb presented in the experimental example of the present invention, Al, Sb. By analyzing liquid electrodes containing As, Ba, Be, B, or Cd, spectroscopic analysis of the elements can be derived by comparing the wavelengths of the elements as described above.
이와 같은 플라즈마 발생 장치는 구조가 간단하기 때문에 소형으로도 제작이 가능하며, 성분 검출용이면서, 초소형 및 휴대용 분광분석장치에도 활용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치를 사용하면, 토양, 식품, 강물, 식수, 폐수 등에 함유된 유해 중금속의 정량분석이 가능하다.Such a plasma generating apparatus can be manufactured in a small size because of its simple structure, and can be used for microscopic and portable spectroscopic analyzers for component detection. That is, by using the plasma generating apparatus according to the present invention, it is possible to quantitatively analyze harmful heavy metals contained in soil, food, river water, drinking water, wastewater, and the like.
이상 본 발명을 상기 실시예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
The present invention has been described above with reference to the above embodiments, but the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art will appreciate that modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention and that such modifications and variations also fall within the present invention.
110: 상판 120: 하판
112: 제1 유체 저장실 114: 제2 유체저장실
116: 유로채널 118: 제1 전극
119: 제2 전극 122: 제1 관통구
124: 제2 관통구110: top plate 120: bottom plate
112: first fluid reservoir 114: second fluid reservoir
116: flow channel 118: the first electrode
119: second electrode 122: first through hole
124: second through hole
Claims (8)
상기 하판 상에 위치하고, 상기 제1 유체 저장실에 연결된 제1 관통구, 및 상기 제2 유체 저장실에 연결된 제2 관통구를 구비하는 상판; 및
상기 하판의 하부면 상에 위치하되, 상기 제1 유체 저장실 및 상기 제2 유체 저장실에 각각 대응하여 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 플라즈마 발생장치. A lower plate having a first fluid reservoir in the upper surface, a second fluid reservoir spaced apart from the first fluid reservoir, and a fluid channel located between the fluid reservoirs;
An upper plate positioned on the lower plate and having a first through hole connected to the first fluid storage chamber and a second through hole connected to the second fluid storage chamber; And
Located on the lower surface of the lower plate, the plasma generating device comprising a first electrode and a second electrode corresponding to the first fluid storage chamber and the second fluid storage chamber, respectively.
상기 유체 채널은 그의 일부분에 다른 부분보다 폭이 좁은 병목 영역을 구비하는 플라즈마 발생장치.The method of claim 1,
Wherein said fluid channel has a bottleneck region that is narrower in width than another in its portion.
상기 병목 영역은 상기 유체 채널의 측벽 및 바닥부로부터 돌출된 돌기부에 의해 형성되는 플라즈마 발생장치.The method of claim 2,
And the bottleneck region is formed by protrusions protruding from sidewalls and bottoms of the fluid channel.
상기 상판 또는 하판은 투명 기판인 플라즈마 발생장치.The method of claim 1,
The upper plate or the lower plate is a plasma generating apparatus.
상기 상판은 상기 제1 유체 저장실에 연결되고 제1 관통구에 이격된 제3 관통구, 및 상기 제2 유체 저장실에 연결되고 제2 관통구에 이격된 제4 관통구를 구비하고,
상기 제1 관통구 또는 제3 관통구에는 제1 유체 주입 튜브가 연결되고, 상기 제2 관통구 또는 제4 관통구에는 제2 유체 주입 튜브가 연결된 플라즈마 발생장치. The method of claim 1,
The top plate includes a third through hole connected to the first fluid storage chamber and spaced apart from the first through hole, and a fourth through hole connected to the second fluid storage chamber and spaced apart from the second through hole,
And a first fluid injection tube connected to the first through hole or a third through hole, and a second fluid injection tube connected to the second through hole or the fourth through hole.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결된 교류 발생 장치; 및
상기 플라즈마 발생장치로부터 발생된 광을 검출하는 분광기를 포함하는 플라즈마 분광분석장치.A lower plate having a first fluid reservoir in the upper surface, a second fluid reservoir spaced apart from the first fluid reservoir, and a fluid channel located between the fluid reservoirs; An upper plate positioned on the lower plate and having a first through hole connected to the first fluid storage chamber and a second through hole connected to the second fluid storage chamber; And a first electrode and a second electrode positioned on a lower surface of the lower plate, the first electrode and the second electrode corresponding to the first fluid storage chamber and the second fluid storage chamber, respectively.
An alternating current generating device electrically connected to the first electrode and the second electrode; And
And a spectrometer for detecting light generated from the plasma generator.
상기 유체 채널은 그의 일부분에 다른 부분보다 폭이 좁은 병목 영역을 구비하는 플라즈마 분광분석장치.The method according to claim 6,
And the fluid channel has a bottleneck region that is narrower than the other portion in a portion thereof.
상기 병목 영역은 상기 유체 채널의 측벽 및 바닥부로부터 돌출된 돌기부에 의해 형성되는 플라즈마 분광분석장치.The method of claim 7, wherein
The bottleneck region is formed by a projection protruding from the side wall and the bottom of the fluid channel.
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