KR101211525B1 - 탁도 자동 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탁도 자동 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고체 시료(쌀, 보리, 옥수수 등)의 청결도 판정을 위하여 정량의 고체 시료를 용기에 넣고 소정의 추출 용매를 투입한 후 진탕 및 추출하여 탁도 측정 시료액을 자동으로 조제하고, 조제된 탁도 측정 시료액을 분광 측정기에 공급하여 탁도 측정을 자동으로 수행할 수 있는 탁도 자동 측정장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치는, 정량의 고체 시료에 추출 용매를 투입한 후 이를 진탕시켜 탁도 측정 시료액을 자동으로 조제하는 진탕기와; 상기 진탕기에 연결 설치되어 상기 진탕기에서 조제된 탁도 측정 시료액을 펌핑시키는 정량펌프와; 상기 정량펌프로부터 정량 공급된 탁도 측정 시료액을 투과한 가시광선/근적외선 스펙트럼을 측정하는 분광측정부와; 상기 진탕기, 정량펌프, 분광측정부의 작동을 제어하고, 상기 분광측정부로부터 측정된 가시광선/근적외선 스펙트럼 데이터가 수신되는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

탁도 자동 측정장치{Apparatus for measuring auto of turbidity}
본 발명은 탁도 자동 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고체 시료(쌀, 보리, 옥수수 등)의 청결도 판정을 위하여 정량의 고체 시료를 용기에 넣고 소정의 추출 용매를 투입한 후 진탕 및 추출하여 탁도 측정 시료액을 자동으로 조제하고, 조제된 탁도 측정 시료액을 분광 측정기에 공급하여 탁도 측정을 자동으로 수행할 수 있는 탁도 자동 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가정에서 씻을 필요가 없고 간편하게 취반이 가능한 쌀이 최근 국내에서도 생산 보급되고 있으나, 단순 가공된 제품을 품질검사 없이 자의적으로 상표를 부착하여 클린라이스 또는 무세미 제품으로 유통하고 있어 품질관리가 전혀 이루어지지 않고 있다.
이에 반해 1991년부터 세계최초로 클린라이스(무세미)를 생산보급하기 시작한 일본의 경우 정미공업협회 및 무세미 협회 등을 중심으로 클린라이스 기준 및 판정방법이 마련되어 운영되고 있고, 합격한 제품에 대해 인증을 실시하고 있다.
그러나, 현재 국내의 경우 클린라이스(무세미)에 대한 품질 기준조차 마련되어 있지 않으며, 최근에야 김 등에 의해 클린라이스의 품질기준에 대한 연구가 이루어지고 있어 조만간 품질기준은 마련될 것으로 보여진다. 하지만 품질기준이 마련된다 하더라도 현재 품질을 판정할 수 있는 측정장치가 전무한 실정으로 클린라이스의 품질관리 객관화 및 품질판정 작업의 효율성을 기하기 위해서는 가공현장에서 전문가가 아니더라도 간편하게 이용할 수 있는 품질 자동 판정장치의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 탁도 측정대상 시료를 정량 개량하고, 추출 용매를 정량 투입한 후 추출 및 탁도 분석을 자동으로 수행하여 탁도 측정값의 재현성 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 탁도 자동 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 품질관리 객관화 및 품질판정 작업의 효율성을 기하기 위해서는 가공 현장에서 전문가가 아니더라도 간편하게 이용할 수 있는 탁도 자동 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치는, 정량의 고체 시료에 추출 용매를 투입한 후 이를 진탕시켜 탁도 측정 시료액을 자동으로 조제하는 진탕기와; 상기 진탕기에 연결 설치되어 상기 진탕기에서 조제된 탁도 측정 시료액을 펌핑시키는 정량펌프와; 상기 정량펌프로부터 정량 공급된 탁도 측정 시료액을 투과한 가시광선/근적외선 스펙트럼을 측정하는 분광측정부와; 상기 진탕기, 정량펌프, 분광측정부의 작동을 제어하고, 상기 분광측정부로부터 측정된 가시광선/근적외선 스펙트럼 데이터가 수신되는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치는, 비숙련자도 품질측정을 간편하게 수행할 수 있어 품질관리가 용이하고, 탁도를 측정함으로써 고체 시료의 청결도가 객관화되어 소비자의 신뢰를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 고체 시료의 탁도를 ppm 또는 NTU 단위로 처리할 수 있도록 제작하여 소비자의 선택 폭을 넓히는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치의 다른 일예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치의 ppm 단위의 검량식 작성 결과를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치의 NTU 단위의 검량식 작성 결과를 도시한 그래프.
본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치는, 정량의 고체 시료에 추출 용매를 투입한 후 이를 진탕시켜 탁도 측정 시료액을 자동으로 조제하는 진탕기와; 상기 진탕기에 연결 설치되어 상기 진탕기에서 조제된 탁도 측정 시료액을 펌핑시키는 정량펌프와; 상기 정량펌프로부터 정량 공급된 탁도 측정 시료액을 투과한 가시광선/근적외선 스펙트럼을 측정하는 분광측정부와; 상기 진탕기, 정량펌프, 분광측정부의 작동을 제어하고, 상기 분광측정부로부터 측정된 가시광선/근적외선 스펙트럼 데이터가 수신되는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분광측정부는 탁도 측정 시료액을 투과한 광을 일정한 파장 간격으로 분할 측정하는 분광기와, 탁도 측정 시료액에 광선을 조사하는 광원과, 상기 정량펌프로부터 정량 공급되는 탁도 측정 시료액의 투입과 배출을 용이하게 하기 위해 입,출구와 광을 투과하기 위한 투시창을 갖는 석영 셀과, 상기 분광기로부터 나온 광을 받아 전기적 신호로 변환하는 수광부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분광기는 400~1100nm 파장대역의 광을 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탁도 자동 측정장치의 일측에 석영 셀의 세척을 위한 세척수단이 더 설치되며, 상기 세척수단은 세척액이 저장되어 있는 세척액 저장탱크와, 상기 세척액 저장탱크, 정량펌프, 석영 셀을 연결하는 공급관과, 상기 공급관의 일측에 설치되어 시료액과 세척액의 혼입을 방지하는 삼방변 밸브와, 상기 삼방변 밸브와 정량펌프 사이에 설치되어 시료액 또는 세척액의 역류를 방지하는 체크밸브로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 컴퓨터를 더 포함하며, 상기 컴퓨터에는 상기 분광측정부로부터 수집된 가시광선/근적외선 스펙트럼 데이터를 전송받아 탁도 표시 단위로 측정값을 변환하는 소프트웨어가 설치되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치의 다른 일예를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치의 ppm 단위의 검량식 작성 결과를 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치의 NTU 단위의 검량식 작성 결과를 도시한 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치는 진탕기(1), 정량펌프(2), 분광측정부(3), 제어부(4)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치는 고체 시료의 대상물로 일반계 백미를 예를 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 보리, 옥수수 등 여러 가지 곡물들에도 적용할 수 있다.
상기 탁도 자동 측정장치에서 측정되는 고체 시료는 저울로 계량하여 삼각플라스크(5)에 넣고 정량의 추출용매를 투입하여 진탕기(1)에 장착한다.
상기 진탕기(1)는 계량된 고체 시료와 투입된 정량의 추출 용매를 진탕시켜 탁도 측정 시료액을 자동으로 조제하게 된다.
상기 진탕기(1)는 시료를 배양하거나 또는 시료의 화학반응을 촉진하기 위하여 시료를 진동시키는 공지의 구성으로서, 시료를 진동시키는 진동발생부(미도시)와, 상기 진동발생부와 전기적으로 연결되며 진동발생부의 구동 여부를 제어하는 조작부(11)를 가진다.
상기 정량펌프(2)는 상기 진탕기(1)에 연결 설치되어 상기 진탕기(1)에서 조제된 탁도 측정 시료액을 펌핑시키는 역할을 한다. 상기 정량펌프(2)는 공급관(62)에 의해 상기 투입될 탁도 측정 시료액이 일정 수위로 저장되어 있는 외부의 삼각플라스크(5)와 연결 구성된다.
상기 분광측정부(3)는 상기 정량펌프(2)로부터 정량 공급된 탁도 측정 시료액을 투과한 가시광선/근적외선 스펙트럼을 측정하게 된다. 상기 분광기(31)는 400~1100nm 파장대역의 광을 측정한다.
상기 분광측정부(3)는 탁도 측정 시료액을 투과한 광을 일정한 파장 간격으로 분할 측정하는 분광기(31)와, 탁도 측정 시료액에 광선을 조사하는 광원(32)과, 상기 정량펌프(2)로부터 정량 공급되는 탁도 측정 시료액의 투입과 배출을 용이하게 하기 위해 입,출구와 광을 투과하기 위한 투시창을 갖는 석영 셀(33)과, 상기 분광기(31)로부터 나온 광을 받아 전기적 신호로 변환하는 수광부(34)로 구성된다.
상기 분광기(31)는 탁도 측정 시료액을 투과한 광을 일정한 파장 간격으로 분할하여 측정한다. 상기 수광부(34)는 분광기(31)로부터 나온 광을 받아 전기적 신호로 변환하는 역할을 한다.
상기 광원(32)은 탁도 측정 시료액에 광선을 조사하는 발광램프와, 발광램프의 광 강도를 조정하는 전압조절기(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 탁도 자동 측정장치의 일측에 석영 셀(33)의 세척을 위한 세척수단(6)이 더 설치되며, 상기 세척수단(6)은 세척액이 저장되어 있는 세척액 저장탱크(61)와, 상기 세척액 저장탱크(61), 정량펌프(2), 석영 셀(33)을 연결하는 공급관(62)과, 상기 공급관(62)의 일측에 설치되어 시료액과 세척액의 혼입을 방지하는 삼방변 밸브(63)와, 상기 삼방변 밸브(63)와 정량펌프(2) 사이에 설치되어 시료액 또는 세척액의 역류를 방지하는 체크밸브(64)로 구성된다.
적정한 세척액이 저장되어 있는 세척액 저장탱크(61)에서 세척액을 공급받고 상기 정량펌프(2)를 통과하여 석영 셀(33)을 제어부(4)에 설정된 세척시간만큼 세척한 후 새로운 시료의 측정을 수행할 수 있다.
따라서, 이전 시료액에 의하여 오염되어 있는 석영 셀(33)의 세척과 곡류의 전분입자로 구성된 탁도 측정액이 석영 셀(33)에 장시간 방치될 경우 발생할 수 있는 곰팡이에 의한 석영 셀(33)의 오염을 방지할 수 있다. 또한, 석영 셀(33)을 항상 청결한 상태로 유지하여 탁도 자동 측정장치의 계측 정밀도 및 내구성을 향상시킬 수 있는 것이다.
한편, 상기 제어부(4)는 상기 진탕기(1), 정량펌프(2), 분광측정부(3)의 작동을 제어하고, 상기 분광측정부(3)로부터 측정된 가시광선/근적외선 스펙트럼 데이터가 수신된다.
상기 제어부(4)는 컴퓨터를 더 포함하며, 상기 컴퓨터에는 상기 분광측정부(3)로부터 수집된 가시광선/근적외선 스펙트럼 데이터를 전송받아 탁도 표시 단위로 측정값을 변환하는 소프트웨어가 설치된다. 특히, 상기 수광부(34)에서 발생된 전기적 신호를 디지털 신호로 바꾸어 컴퓨터로 전송하기 위해 A/D변환기가 더 설치될 수 있다.
상기 발광램프에서 발광된 광이 탁도 측정 시료액을 투과하고, 시료액을 투과한 광은 수광부(34)를 통해 분광기(31)로 전달된다. 수광부(34)를 통과한 광은 분광기(31)에서 400~1100nm 파장 범위 중 일정 파장 간격으로 분할한다. 분광기(31)에서는 시료액을 투과한 광이 수광부(34)에 전달된 강도에 따라 전기적 신호를 발생하고, 발생된 전기신호는 A/D변환기로 전달되어 컴퓨터에서 처리할 수 있는 디지털 신호로 변환된다.
컴퓨터에서는 입력된 디지털 신호를 다시 스펙트럼 데이터로 변환시킨 후 컴퓨터 소프트웨어에 의해 탁도 표시 단위로 측정값을 변환하게 된다.
<측정 시험예>
본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치의 탁도 측정 성능을 평가하기 위하여 기초실험을 수행하였다.
먼저, 탁도 검량선 작성에 사용된 시료는 일반계 백미를 사용하였으며, 검증을 위하여 시판 무세미를 사용하였다.
(1) 검량식 작성용 탁도 시료 조제
검량식 개발에 필요한 탁도 측정 시료액을 조제하기 위하여 시료량, 추출액 가수량, 추출시간 및 희석배수를 달리하여 시료를 조제하였다. 시료량은 5, 10, 15, 20g으로 설정하였고, 추출액 가수량은 100, 150 및 200㎖, 추출시간은 5, 10, 15분 그리고 희석 배수는 2, 5 및 10배 희석으로 하여 각 조건의 조합을 통하여 108가지의 탁도 측정 시료액을 조제하였다.
(2) 탁도 측정 및 검량식 작성
탁도 측정 시료액은 ppm 단위(M-204, 일본)와 NTU 단위(2100N, 미국)의 두 가지 탁도 측정기를 이용하여 측정하였다. 그리고 동일한 탁도 측정 시료액은 본 발명에 따른 탁도 자동 측정장치를 이용하여 근적외선 스펙트럼을 400～1100nm에서 측정하였다. 검량식은 측정된 ppm 및 NTU 탁도 측정치와 근적외선 스펙트럼을 Unscrambler (Camo, Norway) 소프트웨어를 사용하여 PLS(Partial Least Square : 부분최소제곱법)분석법으로 작성하였다.
(3) 성능 시험 및 검증
탁도 측정 시료액은 두 가지로 첫 번째는 일본 정미공업협회 방식에 따라 완전립 시료 20g과 증류수 200㎖를 정확히 비커로 계량하여 삼각플라스크에 넣고 진탕기(S-31, 일본)에 장착하여 10분간 진탕한 다음, 용출액을 채취 10배로 희석하여 조제하였고, 두 번째는 시료량을 2g으로 하여 증류수 200㎖를 가하여 조제하여 탁도 자동 측정장치와 탁도계(ppm, NTU)로 측정하였다. 탁도 자동 측정장치의 탁도 측정 시점은 일본 정미협회방식과 동일하게 10분 요동 후 정량펌프로 탁도 측정 시료액을 채취하여 수행하였다.
(4) 결과
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, ppm 단위의 검량식 작성 결과, 측정된 스펙트럼 자료를 전처리를 하지 않고 분석한 검량식의 R2값은 0.9113으로 나타났고, NTU 단위의 검량식 작성 결과, 측정된 스펙트럼 자료를 전처리를 하지 않고 분석한 검량식은 R2= 0.9618로 나타났다.
NTU 단위계의 경우 온도에 관계없이 전처리를 하지 않은 스펙트럼 자료를 사용하였을 경우에 더욱 높은 결정계수 값을 나타내는 것으로 나타났으며, 모든 자료에서 0.9이상의 높은 결정계수 값을 나타내었다. 따라서, 탁도 측정에 이용 가능한 것으로 판단되었다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.
1 : 진탕기
11 : 조작부
2 : 정량펌프
3 : 분광측정부
31 : 분광기
32 : 광원
33 : 석영 셀
34 : 수광부
4 : 제어부
5 : 삼각플라스크
6 : 세척수단
61 : 세척액 저장탱크
62 : 공급관
63 : 삼방변 밸브
64 : 체크밸브

Claims (5)

  1. 정량의 고체 시료에 추출 용매를 투입한 후 이를 진탕시켜 탁도 측정 시료액을 자동으로 조제하는 진탕기(1)와;
    상기 진탕기(1)에 연결 설치되어 상기 진탕기(1)에서 조제된 탁도 측정 시료액을 펌핑시키는 정량펌프(2)와;
    상기 정량펌프(2)로부터 정량 공급된 탁도 측정 시료액을 투과한 가시광선/근적외선 스펙트럼을 측정하는 분광측정부(3)와;
    상기 진탕기(1), 정량펌프(2), 분광측정부(3)의 작동을 제어하고, 상기 분광측정부(3)로부터 측정된 가시광선/근적외선 스펙트럼 데이터가 수신되는 제어부(4)를 포함하며,
    상기 분광측정부(3)는 탁도 측정 시료액을 투과한 광을 일정한 파장 간격으로 분할 측정하는 분광기(31)와, 탁도 측정 시료액에 광선을 조사하는 광원(32)과, 상기 정량펌프(2)로부터 정량 공급되는 탁도 측정 시료액의 투입과 배출을 용이하게 하기 위해 입,출구와 광을 투과하기 위한 투시창을 갖는 석영 셀(33)과, 상기 분광기(31)로부터 나온 광을 받아 전기적 신호로 변환하는 수광부(34)로 구성되며,
    상기 분광기(31)는 400~1100nm 파장대역의 광을 측정하고,
    상기 탁도 자동 측정장치의 일측에 석영 셀(33)의 세척을 위한 세척수단(6)이 더 설치되며, 상기 세척수단(6)은 세척액이 저장되어 있는 세척액 저장탱크(61)와, 상기 세척액 저장탱크(61), 정량펌프(2), 석영 셀(33)을 연결하는 공급관(62)과, 상기 공급관(62)의 일측에 설치되어 시료액과 세척액의 혼입을 방지하는 삼방변 밸브(63)와, 상기 삼방변 밸브(63)와 정량펌프(2) 사이에 설치되어 시료액 또는 세척액의 역류를 방지하는 체크밸브(64)로 구성되며,
    상기 제어부(4)는 컴퓨터를 더 포함하며, 상기 컴퓨터에는 상기 분광측정부(3)로부터 수집된 가시광선/근적외선 스펙트럼 데이터를 전송받아 탁도 표시 단위로 측정값을 변환하는 소프트웨어가 설치되는 것을 특징으로 하는 탁도 자동 측정장치.
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