KR101376495B1 - 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 검출 방법 및 이의검출 장치 - Google Patents

수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 검출 방법 및 이의검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물, 특히 밸러스트수, 수역, 폐수 또는 수영장 또는 목욕탕 설비 중의 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 검출 방법 및 검출 장치에 관한 것이다. 상기 방법은, 측정 공간 내에서 최대 형광값 (Fm)과 최소 형광값 (Fo) 간의 차이를 산출함으로써, 또는 측정 공간 (11) 내에서 형광 유도 곡선 (1)의 동력학적 특성을 일부 또는 전부 측정함으로써 형광 변수값 (Fv)을 계산하는 단계와, 형광 변수값 (Fv)에 따라, 측정 공간 (11) 내의 기준종의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물 수를 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
식물성 플랑크톤의 검출

Description

수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 검출 방법 및 이의 검출 장치{METHOD AND APPARATUS FOR THE DETECTION OF LIVING PHYTOPLANKTON CELLS IN WATER}
본 발명은 수중(水中)의, 특히 연못, 강, 계곡, 호수 및 댐으로 생긴 강 등의 표층수, 담수 및 염수, 선박의 밸러스트 수, 해양 심층수, 지하수 및 세류 (trickle water), 공정수, 공업 용수, 냉각수 및 순환수, 폐수, 목욕 설비의 물 및 수영장수, 농업 용수 및 배양 배지 또는 생산 용수 등의 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
천연수의 사용에 있어서, 식물성 플랑크톤 및/또는 미생물을 제거하는 것은 처리 기준 및 배수 기준을 준수하기 위하여, 그리고 각종 목적에 부합되게 물을 유용하게 사용할 수 있도록 하기 위하여 물을 처리하는 데 있어서 중요한 목표이다. 예를 들어, 흔히 있는 문제점으로, 표층수 중에 식물성 플랑크톤 덩어리가 생겨 이것이 여과계에서 더 자라 식수 배급망에 출현하게 되는 것이 있다. 처리법이 적절하지 않은 경우, 식물성 플랑크톤 자체에 의하여 문제가 발생할 수 있다. 예컨대, 물의 변색, 악취 및 독성 뿐만 아니라, 원하지 않은 세균이 수중에서 증식될 수 있 는데, 이러한 세균들은 영양원으로서 식물성 플랑크톤을 사용하게 된다. 동시에, 외래종 바이오토프 (species-alien biotopes) 중의 식물성 플랑크톤종의 노출 및/또는 비말은 이러한 것들이 생태계 균형 변화를 유발시키기 때문에 좋지 않다.
그러므로, 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포를 검출할 필요가 있는데, 특히 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물을 제거 및/또는 소독하기 위한 처리 방법을 제어하기 위하여, 특히 이를 온라인 모니터링 및 제어 방법의 일부로서 검출할 필요가 있다.
그러나, 오늘날 기지의 방법들은 제한된 합리적인 시간 안에, 특히 0.1 mm 이하 크기의 세포에 대하여 요구되는 세포 수 측정으로, 특히 다양한 종들(species)의 존재 하에 임의의 조성을 가지고, 결과들을 신뢰성 있게 산출해내는 것은 불가능하다. 그러므로, 상기 기지의 생물량(生物量)의 증식의 감도는 매우 높지만, 생물량을 측정하기 위하여 수일 또는 수주가 걸리기 때문에, 시간이 매우 많이 소요된다. 이 방법의 또 다른 단점은 원래 세포수가 미지인 채로 있다는 점이다. 그러므로, 이 방법은 온라인 모니터링에는 적합하지 않다.
그 밖에도, 식물성 플랑크톤 세포의 생물량을 수중 시료에서 측정할 수 있는 수동식 형광 측정법이 알려져 있다. 이 방법의 단점 중의 하나는, 살아 있거나 죽은 식물성 플랑크톤에 관한 구별이 가능하지 않기 때문에, 플랑크톤의 사멸 여부에 관한 어떠한 정보도 제공되지 않는다는 점이다.
살아 있는 세포에 대해서만 특이적인 이른바 능동식 형광 측정법은 광합성 시스템의 양자(陽子) 효율을 측정하는 작용을 한다. 이 방법의 단점 중의 하나는 식물성 플랑크톤 세포의 정량이 가능하지 않다는 점이다.
본 발명의 목적은, 적은 노력과 가능한 한 가장 단시간에, 특히 물의 온라인 모니터링을 가능하게 하면서, 각종 물 시료 중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수를 측정하는 것이 가능하도록 해 주는, 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 및/또는 미생물의 검출 방법 및 검출 장치를 제공하려는 것이다.
상기 목적은 청구항 제1항 또는 제2항에 기재되어 있는 방법과, 제19항에 기재되어 있는 장치에 의하여 달성된다.
본 발명의 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물 검출 방법은, 다음의 단계들을 포함한다.
ㆍ측정 공간의 구조에 관계 없이, 피시험수(被試驗水) 및/또는 피시험 미생물을 함유하는 측정 공간 내에서 최소 형광값 Fo 및 최대 형광값 Fm간의 차이를 구하거나, 또는 측정 공간의 구조에 관계 없이, 피시험수 및/또는 피시험 미생물을 함유하는 측정 공간 내에서 형광 유도 곡선의 동력학적 특성의 측정, 특히 시간에 대한 상기 형광 유도 곡선의 특성의 측정과, 상기 형광 유도 곡선의 시간 적분의 계산에 의하거나, 형광 유도 곡선의 보간법에 의하여 상기 최대 형광값 Fm의 계산을 행함으로써 형광 변수값 Fv를 계산하는 단계와,
ㆍ형광 변수값 Fv의 함수로서 측정 공간 내의 기준종의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수를 계산하는 단계.
별법으로서, 본 발명의 청구항 제2항에 기재되어 있는 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
ㆍ입력광으로 인하여 측정 공간 (11) 내에 발생된 열을 측정하는 단계와,
ㆍ발생된 열의 함수로서 측정 공간 (11) 내의 하나의 기준종의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수를 계산하는 단계.
최소 형광값 Fo은 살아 있는 세포 및 사멸한 세포의 양쪽으로부터의 형광값을 의미하는 반면에, 최대 형광값 Fm은 적어도 거의 모든 1차 전자 수용체가 환원된 형광값에 해당하며, 형광 변수값 Fv는 최대 형광값 Fm 및 최소 형광값 Fo 간의 차이에 해당하는데, 상기 각각의 값들은 측정 공간 내의 피시험수 및/또는 피시험 미생물에 대한 값들을 말한다.
수중의 생물학적 물질을 측정하기 위하여, 형광값은 형광계로 검출할 수 있다. 2개의 상태로 구분할 수 있는데, 최소 형광값 Fo (어두운 상태)과, 빛, 특히 소정의 파장의 빛이 입력된 경우의 최대 형광값 Fm이 그것이다. 뜻밖에도, 최대 형광값 Fm과 최소 형광값 Fo 간의 차이, 즉 형광 변수값 Fv는, 형광 변수값 Fv 및 살아 있는 형광 세포의 수효는 상관 관계를 나타내기 때문에, 측정 공간 내의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수의 척도 및/또는 물 및/또는 미생물의 시험량의 척도라는 것이 밝혀졌다.
측정 공간 내의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 하나의 기준종의 미생물의 수 및/또는 물의 시험량 및/또는 미생물의 시험량은, 최소 형광값 Fo (조명 없음)을 측정하고, 최대 형광값 Fm (조명 있음)을 측정한 후에, Fm에서 Fo을 감산하여 차이 값을 산출하여, 형광 변수값 Fv를 계산하는 것에 의하여 계산할 수 있다.
수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물을 검출하기 위한 본 발명의 장치에는, 시험 공간 내의 물의 양 및/또는 미생물의 양의 최소 형광 측정 값 Fo 및 최대 형광 측정 값 Fm을 측정하기 위한 적어도 1개의 형광계가 제공되므로, 상기 형광계에는 적어도 1개의 광원 및 적어도 1개의 검출기가 구비되어 있다. 그 밖에, 분석기 유닛이 제공되는데, 이에 의하여 형광 변수값 Fv를 측정하고, 시험 공간 내의 기준종의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수를 형광 변수값 Fv의 함수로서 계산하여 측정하게 된다.
별법으로서, 또는 최대 형광값 Fm과 최소 형광값 Fo간의 차이 값을 구함으로써 형광 변수값 Fv를 계산하는 것에 추가하여, 본 발명의 방법 및 본 발명의 장치를 이용하면, 특히 시간에 대한 형광 유도 곡선의 특성을 일부 또는 전부 측정하고, 수학적 모델을 사용하는 보간법에 의하여 누락된 정보를 얻음으로써, 측정 공간 내의 형광 유도 곡선의 동력학적 특성을 측정하는 것이 가능하다.
형광광의 강도는 측정 공간 내의 기준종의 세포 수 및/또는 수중/수중으로부터의 시험량에 정비례하는데, 즉 이들 관계는 직선이며, 이 비례선의 기울기는 각 세포의 크기의 척도를 나타낸다.
상기 "시험 공간"은 피시험수, 즉 물의 시료가 담긴 시험 용기를 의미하지만, 피시험수의 일정량이 여과되어, 물 없이도 멤브레인 필터의 표면에서 세포층을 사용하여 최소 형광값 Fo 및 최대 형광값 Fm이 측정되는 멤브레인 필터일 수도 있다.
형광 변수값 Fv의 계산 값과, 광의 입력, 즉 측정 공간 내의 세포의 단시간 의 노광으로 인한 살아 있는 세포에 의하여 방출되는 열의 측정 값을 기초로 하여 살아 있는 세포의 수를 측정하는 것이 가능하다는 놀라운 사실이 밝혀지게 되었다.
그러므로, 상기 형광 변수값 Fv 및 상기 방출열은 측정 용기 내의 살아 있는 세포 수의 척도와 동등한데, 즉 이들 2개의 값은 살아 있는 세포는 잠시 노광된 후 열과 형광을 모두 방출하기 때문에, 측정 공간 내의 기준종의 살아 있는 세포의 수는 형광 변수값의 함수로서 계산할 수 있을 뿐만 아니라, 별법으로서 또는 추가로 발생한 방출열의 함수로서도 계산할 수 있으므로 서로 동등하다.
본 발명의 기타의 유리한 실시 상태는 종속항들에 정의되어 있다.
형광 변수값 Fv와, 측정 공간 내의 기준종, 특히 세포 크기가 최소 길이 0.8 ㎛ 이상인 기준종의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수효 사이의 관계를 결정하기 위하여 선형 보정(補正)을 수행하는 경우에 유리한데, 특히 형광값 Fo과, Fm의 측정 전에 1회 또는 수회 선형 보정을 수행한 경우에 유리하다.
세포 크기가 최소 길이 0.8 ㎛ 이상인 기준종은 기지의 현미경적 방법에 의하여 결정 및/또는 확정할 수 있는데, 즉 기준종은 미리 선택할 수 있다.
선형 보정을 기초로 하여, 형광 변수값 Fv로부터 세포수를 계산하여 결정할 수 있다.
기준종을 제외한 세포 크기의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 등가 수 (equivalent number)의 계산은, 특히 용량 비교법에 의한 것이 좋다. 식물성 플랑크톤 세포의 세포 함량은 통상 세포의 용량에 정비례한다. 이러한 상관 관계를 바탕으로, 세포 크기가 기준종의 세포 크기와 다른 경우에는, 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 등가 수를 계산할 수 있다.
특히 최소 형광값 Fo 및/또는 최대 형광값 Fm을 측정하기 전에 산란광을 측정하는 것이 좋다. 상기 산란광은 특히 최소 형광값 Fo 및/또는 총형광값 Fm 측정 직전, 특히 상기 측정 전 50 ㎲ 내지 100 ㎲, 특히 80 ㎲ 전에 측정할 수 있다. 이러한 측정은 존재할 수 있는 임의의 산란광이나 또는 살아 있는 세포에 의하여 방출되지 않은 임의의 기타 형태의 광을 검출한다.
최소 형광값 Fo은 시험 용량 내에서 수회의 개별 측정 최소 형광값의 평균 값을 구함으로써 측정하는 것이 좋다. 수회의 개별 측정은 20 ms 내지 100 ms의 간격을 두고 수행하는 것이 좋다.
별법으로서 또는 추가로 최대 형광값 Fm은 수회의 개별 측정 최대 형광값 Fm의 평균 값을 구함으로써 측정할 수 있는데, 특히 수회의 개별 측정은 20 ms 내지 100 ms의 간격을 두고 수행할 수 있다.
최소 형광값 Fo 및/또는 최대 형광값 Fm의 평균을 구함으로써, 측정 값의 정밀도를 증가시킬 수 있다. 수회의 개별 측정은 짧은 시간 순서 내에 수행할 수 있기 때문에, 이 방법의 응용, 특히 수질을 모니터링하기 위한 장치의 온라인 모니터링의 일부인 응용에서 관련 시간 지연이 발생하지 않는다.
형광 변수값 Fv는 최소 형광값 Fo의 평균 및/또는 최대 형광값 Fm의 평균을 사용하여 계산할 수 있는 경우 유리하다. 품질과 정확도는 이러한 방식으로 증가시킬 수 있다.
최소 형광값 Fo 및 최대 형광값 Fm의 측정은 좋기로는 1개 이상의 펄스 광원 (PL) 및/또는 1개 이상의 연속 광원 (KL)을 사용하는 형광계로 수행하는 것이 좋은데, 이에 의하여 LED가 광원 PL 및 KL로서 사용된다.
최소 형광값 Fo은 좋기로는 펄스광, 특히 파장 420 nm의 광을 사용하여 측정하는 것이 좋다.
최소 형광값 Fo의 측정 상태의 도달은 좋기로는 700 nm 이상인 광원을 사용하여, 특히 LED를 광원으로서 사용하여 촉진시킬 수 있다.
최소 형광값 Fo은 좋기로는 1개 이상의 펄스 광원 (PL)을 사용하여, 특히 간격 20 ms 내지 100 ms의 펄스 광원 (PL)의 광 펄스를 사용하여 측정한다.
최대 형광값 Fm은 좋기로는 연속광을 사용하여, 특히 파장이 660 nm인 연속광을 사용하여 측정한다.
1개 이상의 펄스 광원 (PL), 특히 간격이 20 ms 내지 100 ms인 펄스 광원 (PL)의 광 펄스와, 1개 이상의 연속 광원 (KL)을 사용하여 형광값을 측정하는 경우에 유리하다.
연속 모니터링의 일부로서, 상기 방법, 즉 상기 방법의 각 단계들은 미리 정한 횟수로 반복시킬 수 있다. 이는 연속적인 모니터링을 수행할 수 있도록 하여 주고, 피시험수의 품질 확보를 가능하게 하여 주며, 온라인 모니터링의 일부로서 이를 실행할 수 있도록 해 준다. 특히, 미리 정한 한계 값에 대한 모니터링을 행함으로써 경보를 자동적으로 촉발시키는 것도 좋다.
연속적 모니터링 방법에 있어서는, 시험 용량 또는 시험 분량은 공급수 및/또는 공급 수류로부터 반복하여 취하고, 또한 상기 각 공정 단계들은 각 시험 용량에 1회 이상 각각 적용되어, 각각의 계산된 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수가 모니터링 유닛 및/또는 제어 유닛으로 전달되는 경우에 유리하다. 특히, 이에 의하여 확정된 데이터, 즉 측정 공간 내의 계산된 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수는, 물로부터의 세포의 제거 및/또는 물의 소독이 제어 및/또는 모니터링되는 장치에 전달되어도 좋다.
수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물을 제거 및/또는 소독시키기 위한 처리 방법은 계산된 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수의 함수 및/또는 계산된 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 등가 수의 함수로서 제어될 수 있다.
특히, 문서 처리용으로는, 최소한 계산된 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물 수가 일시적 저장 장치 또는 영구 저장 장치에 저장되는 것이 좋다.
수중의 계산된 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물 수가 소정의 한계 값을 초과하는지를 모니터링하는 경우 유리한데, 특히 한계 값을 초과하는 경우 경보를 촉발시키도록 하는 것이 유리하다.
본 발명의 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 및/또는 미생물의 검출용 장치에는 좋기로는 큐벳 (cuvette), 특히 유리제 또는 플라스틱제 큐벳으로 형성된 측정 공간이 구비되어 있다.
시험 공간에는 입구부 및/또는 출구부가 있는 것이 좋다. 상기 시험 공간은 특히 피시험수의 연속 전달류 또는 순환 전달류에 매몰되어 있어도 좋은데, 즉 입구부 및 출구부를 통하여 전달선(delivery line) 내에 통합되어도 좋다.
상기 장치에는 좋기로는 적어도 1개의 펄스 광원 및/또는 적어도 1개의 연속 광원이 구비되는데, 특히 LED가 광원으로서 사용된다.
다중 광원, 특히 1개 이상의 펄스 광원, 특히 파장이 약 420 nm인 청색 광원과, 특히 1개 이상의 연속 광원, 특히 파장이 약 660 nm인 적색 광원과, 특히 파장이 700 nm 이상인 광원을 배치하는 것이 좋다.
물에서 세포를 제거하기 위한 장치 및/또는 물의 소독 장치는 좋기로는 장치의 상향류 및/또는 하향류와 연결되어 있다.
1개 이상의 제어 밸브가 시험 공간의 입구부 및/또는 출구부에 마련되는 것이 좋다. 이렇게 하면, 상기 장치를 연속적인 전달 공정에 연결하는 것이 가능하므로, 형광계로 측정하는 기간 동안에 제어 밸브에 의하여 피시험수의 전달이 저지될 수 있다.
물을 전달하기 위한 토출(吐出) 펌프를 배치하는 것이 유리하다.
분석기 유닛 및/또는 1개 이상의 밸브 및/또는 토출 펌프 및/또는 제거 및/또는 소독 장치를 제어할 수 있는 제어 유닛이 제공되는 것이 좋다.
메모리 유닛이 최소한 측정된 형광 변수값 Fv 및/또는 계산된 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물 수를 일시적 저장 방식 또는 영구 저장 방식으로 저장할 수 있는 경우에 유리하다.
이는 검증 가능한 문서 처리를 가능하게 하여 준다.
이제, 본 발명을 첨부되는 도면을 기준으로 더욱 상세히 설명하겠다.
도 1은 형광 유도 곡선의 예를 나타내고 있다.
도 2는 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 검출용 장치의 예시적인 실시 상태에 관한 개략도를 나타내고 있다.
도 3은 측정 용기 내의 밀리리터당 살아 있는 세포의 수와 형광 변수값 Fv의 관계를 나타내고 있다.
도 1은, 시간축에 대하여 작성한, 측정된 형광 유도 곡선 1을 나타내고 있다. 최소 형광값 Fo의 값은, 어두운 상태에 따라, 또는 파장이 700 nm 이상인 광원을 사용함으로써 실질적으로 모든 1차 전자 수용체가 여전히 산화된 상태의 유도시에 도달한다. 시점 T1에서 간헐적 또는 연속적 광원의 활성화에 의하여, 광화학 반응이 활성화되어, 1차 전자 수용체가 환원되는 결과가 일어난다. 최소한 거의 모든 1차 전자 수용체가 환원될 경우, 형광값은 최대 형광값 Fm에 도달한다. 시점 T1에서 광원을 점등한 후 시간에 대한 형광 유도 곡선 1은, 최소 형광값 Fo부터 최대 형광값 Fm에 대한 형광값의 증가는 갑자기 발생하는 것이 아니고, 그 대신 그 증가는 동력학적 공정으로 연속적이며, 이는 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포의 거동 때문이다.
시점 T2에서 광원을 소등한 후에 형광 유도 곡선 1에서의 감소도 역시 도 1 에 나타나 있다.
최대 형광값 Fm에서 최소 형광값 Fo을 감산한 차이에 해당하는 형광 변수값 Fv는 측정 공간 (11) 내에 살아 있는 세포의 수에 비례한다. 따라서, 형광 변수값 Fv와, 보정 절차의 일부로서 발견된 특정한 기준종의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수효간의 관계에 기초하면, 형광 변수값 Fv의 함수로서 상기 기준종의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수를 계산하는 것이 가능하다.
최대 형광값 Fm과 최소 형광값 Fo간의 차이인 형광 변수값 Fv에 기초하여, 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포의 수를 계산하는 별법으로서, 수학적 모델을 사용하여 형광 유도 곡선 1의 동력학적 특성으로부터 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수를 측정하는 방법이 가능하다.
도 2는 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 검출 장치에 대한 예시적인 실시 상태의 개략도를 나타낸 것이다.
상기 장치에는, 형광계 (10)과, 분석, 모니터 및 제어 유닛 (20)이 있다.
형광계 (10)의 시험 공간 (11)은 2개의 평행한 유리 표면 (12, 13)이 구비된 큐벳으로 형성된다.
형광계 (10)에는 3종의 LED 형태의 광원 (14)가 구비되어 있는데, 파장이 700 nm 이상인 광을 방출하는 1개의 광원과, 펄스 광원 및 연속 광원이 그것이다. 그 밖에도, 형광계 (10)에는 검출기 (15)가 갖추어져 있다. 광원 (14)는 제어 유닛 (20)에 의하여 점등 및 소등이 제어된다. 검출기 (15)를 사용하여, 큐벳 내에 존재하는 피시험수의 양의 형광값, 즉 광원 (14)의 소등시의 최소 형광값 (Fo)과, 광원 (14) 점등시의 최대 형광값 (Fm)의 형광 유도 곡선을 검출하는 것과, 정보를 제어 유닛 (20)에 전달하여 더 분석하는 것이 가능하다.
형광계 (10)은 연속적 또는 비연속적 전달 공정으로 연결되며, 입구부 (16)과 출구부 (17)이 구비되어 있다.
제어 유닛 (20)에 의하여, 최대 형광값 (Fm)과 최소 형광값 (Fo)간의 차이를 구함으로써 형광 변수값 (Fv)을 계산하고, 이어서 이미 측정하여 저장해 두었던 보정선에 의하여 이러한 계산된 형광 변수값으로부터 피시험 큐벳 내에 들어 있는 수중의 기준종의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수를 계산함으로써, 형광계 (10)으로부터 데이터 라인 (18)에 전달되는 형광 측정 값의 분석이 가능하다.
그 밖에도, 제어 유닛 (20)은 미리 정하여 저장해 둔 한계 값이 초과되는 경우에 경보가 데이터 라인 (21)에 걸쳐 전달되도록, 이 한계 값의 초과시의 결과에 대하여 모니터한다.
제어 유닛 (20)은 데이터 라인 (22)를 통하여 메모리 유닛으로 연결되는데, 이 메모리 유닛에 의하여 계산하고자 하는 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포 및/또는 미생물의 수를 저장할 수 있다.
이 장치는 연속적 전달류에 연결되어 있고, 이에 따라서 피시험수의 연속적인 온라인 모니터링이 가능하게 된다.
모니터 장치는 제거 및/또는 소독 유닛 (도시되지는 않음)으로부터의 상향류 및/또는 하향류에 연결되어 있고, 상기 유닛은 제어 유닛 (20)으로부터 그의 제어 명령을 수신한다.
도 3은 형광 변수값 Fv과 측정 용기 중의 밀리리터당 살아 있는 세포의 수 간의 관계를 나타내고 있다.
국제 해사 기구 (IMO)는 선박의 밸러스트 수처리계에 대한 배수 기준으로서, 특정 크기별 미생물에 대한 한계 값을 정하고 있다.
식물성 플랑크톤의 크기는 주로 ≥10　㎛ 내지 <50　㎛이다. 밀리리터당 < 10 개인 최소 길이의 살아 있는 미생물의 배수 한계는 이 표준에 규정되어 있다.
지금까지는 육지에서 번잡하게 현미경으로 계수함으로써 모니터하는 것만이 가능하였다. 그러나, 밸러스트 수가 주위 환경으로 바로 배출되기 때문에 실시간 온라인 모니터링이 필요하다.
도 3에 따른 실시예에 있어서, 크기가 10 ㎛인 해양 녹조류인 테트라셀미스 수에시카 (Tetraselmis suecica)를 본 방법에 대한 기준 미생물로서 사용하였다.
도 3은 기계적 예비 처리 및 소독 처리로 이루어지는 밸러스트 수 처리법의 입구부 및 출구부에서 현미경으로 계수한 살아 있는 테트라셀미스 세포의 함수인 Fv 신호를 나타내고 있다.
도 3에 나타나 있는 바와 같이, 일반적으로 사용되는 정성 수량(Fv/Fm = (Fm　-　Fo)/Fm에 해당하는 값)은 살아 있는 세포수와 아무런 관계가 없는 것으로 나타나 있다.
그러나, 본 발명의 방법에 의해 측정되고 사용되는 Fv 신호는 매우 폭넓은 범위의 세포수에 대하여, 살아 있는 세포수에 대한 분명한 선형 의존성 (R2 = 0.98)을 더 나타내고 있다.
이러한 살아 있는 생물량의 신호를 살아 있는 세포수로 전환하는 것은 용량 관계에 기초하고 있다.
기준종 이외의 세포 크기에 대한 등가 세포수는 3 제곱근에 기초하여 계산하는 것도 역시 가능하다. 비례선의 기울기는 각개 세포 크기의 척도이다. 이 관계는 다음의 표에 제시되어 있다.

종
테트라셀미스 기울기/종의 기울기
기울기 비
X(1/3)

탈라시오시라 웨이스플로기
(Thalassiosira weissflogii)
1.34
1.10

이소크리시스 갈바나
(Isochrysis galbana)
7.27
1.94

나노클로롭시스 오큘라타
(Nannochloropsis oculata)
73.80
4.19
3제곱근에 따르는 것의 장점은, 크기 10 ㎛ 이하의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포는 더 큰 숫자에서도 신호에 영향을 거의 미치지 않은 반면, 크기 10 ㎛ 이상의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포는 밀리리터당 10개 이하의 낮은 세포수로 상당한 영향을 유발시킨다는 점이다. 이에 따라, 이러한 한계 값에 대한 신뢰성 있는 모니터링을 확실하게 해 줄 것이다.

Claims (39)

  1. 물을 지속적으로 온라인 모니터링하는 과정에서 수중의 살아있는 식물성 플랑크톤 세포를 검출하는 방법으로서:
    ㆍ 어두운 상태에 대응하거나 또는 파장이 700 nm 이상인 광원을 사용함으로써 1차 전자 수용체가 여전히 산화된 형광 상태에 대응하는 최소 형광값(Fo)을 측정하는 단계,
    ㆍ 광선이 들어오는 동안 1차 전자 수용체가 환원된 형광 상태에 대응하는 최대 형광값(Fm)을 측정하는 단계 및
    ㆍ 측정 공간 내에서 최대 형광값 (Fm)과 최소 형광값 (Fo)간의 차이를 구함으로써, 형광 변수값 (Fv)을 계산하는 단계, 및
    ㆍ 선형 보정에 의해 형광 변수값 (Fv)에 기초하여 측정 공간 내에서 기준종의 살아있는 식물성 플랑크톤 세포의 수를 계산하되, 여기서 기준종과 세포 크기가 다른 살아있는 식물성 플라크톤 세포의 등가 수를 용량 비교에 의해 계산하는 단계
    를 포함하는 것인, 물을 지속적으로 온라인 모니터링하는 과정에서 수중의 살아있는 식물성 플랑크톤 세포를 검출하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 형광 변수값 (Fv)과 기준종의 살아있는 식물성 플랑크톤 세포의 수 사이의 관계를 구하기 위하여 측정 공간 내에서 선형 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 최소 형광값 (Fo) 및/또는 최대 형광값 (Fm)을 측정하기 전에 산란광을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 최소 형광값 (Fo)은 최소 형광값 (Fo)의 수회의 개별 측정 값의 평균을 구함으로써 측정하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 최대 형광값 (Fm)은 최대 형광값 (Fm)의 수회의 개별 측정 값의 평균을 구함으로써 측정하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 형광 변수값 (Fv)는 최소 형광값 (Fo)의 평균값 및/또는 최대 형광값 (Fm)의 평균값을 사용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 1개 이상의 펄스 광원 (PL) 및/또는 1개 이상의 연속 광원 (KL)을 사용하는 형광계를 이용하여 형광값 (Fo, Fm)을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 형광은 펄스광을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 최소 형광값 (Fo)은 1개 이상의 펄스 광원 (PL) 및/또는 파장이 700 nm 이상인 1개 이상의 광원을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 최대 형광값 (Fm)은 연속광을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 최대 형광값 (Fm)은 적어도 1개의 펄스 광원 (PL)과 적어도 1개의 연속 광원 (KL)을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 방법의 각 단계를 소정의 횟수로 반복하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 연속적인 모니터링 과정에서 공급수 및/또는 공급수류로부터 시험 용량을 반복적으로 취하고, 상기 방법의 단계들을 각 시험 용량에 1회 이상 각각 적용하여, 살아있는 식물성 플랑크톤 세포의 각 계산된 수를 모니터링 및/또는 제어 유닛에 전달하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포의 계산된 수 및/또는 식물성 플랑크톤 세포의 계산된 등가 수에 기초하여 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포의 제거 및/또는 소독을 위한 처리 방법을 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포의 계산된 수 및/또는 계산된 형광값 (Fo, Fm, Fv)을 일시적으로 또는 영구적으로 저장하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포의 계산된 수가 소정의 한계 값을 초과할 경우 상기 계산된 수가 모니터링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 어두운 상태에 대응하거나 또는 파장이 700 nm 이상인 광원을 사용함으로써 1차 전자 수용체가 여전히 산화된 형광 상태에 대응하는 것인 최소 형광값(Fo) 및 1차 전자 수용체가 환원된 형광값에 대응하는 것인, 광선이 들어오는 동안의 최대 형광값(Fm)을 측정하기 위한 형광계가 시험 공간 내부에 1개 이상 구비되어 있고, 이 형광계에는 복수개의 광원과 1개 이상의 검출기가 구비되어 있는 것인 수중의 살아있는 식물성 플랑크톤 세포를 검출하기 위한 장치로서, 형광 변수값 (Fv)를 측정하여, 선형 보정에 의해 상기 형광 변수값 (Fv)에 기초하여 시험 공간 내의 기준종의 살아있는 식물성 플랑크톤 세포의 수를 계산하고, 기준종과 세포 크기가 다른 살아있는 식물성 플랑크톤 세포의 등가 수를 용량 비교에 의해 계산하는 분석기 유닛, 제거 및/또는 소독 기구를 제어할 수 있는 제어 유닛을 포함하되, 상기 제거 및/또는 소독 기구는 상기 장치의 상향류 또는 하향류에 배치되며, 상기 기구는 그의 제어 명령을 제어 유닛으로부터 받는 것을 특징으로 하는, 수중의 살아있는 식물성 플랑크톤 세포를 검출하기 위한 장치.
  18. 제17항에 있어서, 시험 공간은 큐벳으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것인 장치.
  19. 제17항에 있어서, 시험 공간에는 입구부 및/또는 출구부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 것인 장치.
  20. 제17항에 있어서, 1개 이상의 펄스 광원 및/또는 1개 이상의 연속 광원이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 것인 장치.
  21. 제17항에 있어서, 펄스 광원 1개 이상 및/또는 연속 광원 1개 이상 및/또는 파장이 700 nm 이상인 광원이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제17항에 있어서, 1개 이상의 제어 밸브가 시험 공간의 입구부 및/또는 출구부에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제17항에 있어서, 물을 전달하기 위해 토출(吐出) 펌프가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제17항에 있어서, 분석기 유닛 및/또는 1개 이상의 밸브 및/또는 토출 펌프 및/또는 제거 및/또는 소독 장치를 제어할 수 있는 제어 유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제17항에 있어서, 측정된 형광값 (Fo, Fm) 및/또는 측정된 형광 변수값 (Fv) 및/또는 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포의 계산된 수를 일시적으로 또는 영구적으로 저장할 수 있는 메모리 유닛이 구비되는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 물은 밸러스트 (ballast) 수, 수역(水域), 폐수 또는 수영장 또는 목욕 설비의 물로부터 선택되는 것 방법.
  27. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 기준종은 세포 크기가 최소 길이 0.8 ㎛ 이상인 것이고, 형광값 (Fo, Fm)을 측정하기 전에 선형 보정을 1회 이상 수행하는 것인 방법.
  28. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 최소 형광값 (Fo) 및/또는 최대 형광값 (Fm)을 측정하기 50 내지 100 ㎲ 전에 산란광을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 최소 형광값 (Fo) 및/또는 최대 형광값 (Fm)을 측정하기 80 ㎲ 전에 산란광을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 최소 형광값 (Fo)은 최소 형광값 (Fo)의 수회의 개별 측정 값의 평균을 구함으로써 측정하며, 상기 수회의 개별 측정은 20 ms 내지 100 ms의 간격으로 행하여지는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 최대 형광값 (Fm)은 최대 형광값 (Fm)의 수회의 개별 측정 값의 평균을 구함으로써 측정하며, 상기 수회의 개별 측정은 20 ms 내지 100 ms의 간격으로 행하여지는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 1개 이상의 펄스 광원 (PL) 및/또는 1개 이상의 연속 광원 (KL)을 사용하는 형광계를 이용하여 형광값 (Fo, Fm)을 측정하고, 상기 광원 (PL, KL)으로서 LED를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 형광은 파장이 420 nm인 펄스광을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제9항 또는 제11항에 있어서, 펄스 광원(PL)은 20 ms 내지 100 ms의 간격으로 광 펄스를 발생하는 것인 방법.
  35. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 최대 형광값 (Fm)은 파장이 660 nm인 연속광을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 수중의 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포의 계산된 수가 소정의 한계 값을 초과할 경우 상기 계산된 수가 경보 발생에 의해 모니터링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제17항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서, 시험 공간은 유리제 또는 플라스틱제 큐벳으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것인 장치.
  38. 제17항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서, 1개 이상의 펄스 광원 및/또는 1개 이상의 연속 광원이 구비되어 있고, 상기 펄스 광원 및/또는 연속 광원으로서 LED가 사용되는 것을 특징으로 하는 것인 장치.
  39. 제17항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서, 파장이 420 nm인 청색 펄스 광원 1개 이상 및/또는 파장이 660 nm인 적색 연속 광원 1개 이상 및/또는 파장이 700 nm 이상인 광원이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
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