KR101415948B1 - 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 형광생물체의 생존량, 활동량 등을 근거로 하여 광산배수의 오염도를 측정함으로써 신뢰도를 향상함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치는, 케이스(10)와; 상기 케이스에 형성되며 투명의 용기에 청정수 또는 오염수가 형광생물체와 함께 담긴 샘플이 분리 가능하게 수납되는 샘플 홀더(20)와; 전원을 인가받아 상기 샘플 홀더에 수납된 상기 샘플에 LED 파장을 조사하는 발광부(30)와; 상기 샘플 홀더에 수납된 샘플을 통과하면서 발현된 형광 파장을 인가받아 증폭 및 전압으로 변환하는 광전자증배관(40)을 포함하여 구성되며, LED 파장에서 부파장을 제거하는 대역 필터(31), 샘플을 통과한 파장에서 LED 파장을 제거하여 형광 파장만이 상기 광전자증배관에 조사되도록 하는 LED 제거 필터(41)가 포함된다. 본 발명에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 방법은, 오염도 측정을 위한 광산배수를 채수한 후 상기 광산배수에 일정 농도의 형광생물체를 투입하여 샘플을 구하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 획득한 샘플을 청구항 1에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치의 샘플 홀더에 수납하는 제2단계와; 상기 제2단계를 통해 오염도 측정을 준비한 후, 상기 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치의 발광부에 전원을 인가하여 상기 발광부에서 조사되는 LED 파장이 상기 샘플에 조사되도록 하는 한편, 상기 샘플을 통과한 형광 파장을 증폭 및 전압의 값으로 변환시키는 제3단계와; 청정수에 형광생물체가 투입된 기준 샘플의 전압값과 상기 제3단계를 통해 추출한 테스트 대상 광산배수의 전압값의 비교를 통해 상기 테스트 대상의 광산배수의 오염도를 확인하도록 하는 제4단계로 이루어진다.

Description

형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치 및 방법{PORTABLE APPARATUS AND METHOD FOR MEASUREMENT POLLUTION LEVER OF INDUSTRY SEWAGE, USING FLUORESCENT ORGANISM}
본 발명은 광산배수 오염도 측정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 형광생물체의 생존량, 활동량 등을 이용하여 광산배수의 오염도를 측정하는 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 우리나라는 채탄, 채광, 선광, 그리고 제련과정 등의 광산활동을 해 왔던 크고 작은 폐광산이 수없이 분포되어 있으며, 그러한 폐광산은 물론 그 주변에는 광산폐기물(폐광석, 광미 등)이나 중금속 오염수(갱내수, 광산폐수 등) 및 중금속 오염 하천퇴적토 등의 노출에 따라 집중호우가 발생할 경우에는 이들로부터
비소나 납, 카드뮴, 구리, 아연 등의 중금속이 유출되어 광산 주변의 광범위한 농경지에 이르기까지 토양을 오염시키는 원인이 된다.
이러한 중금속은 인체 내에 축적될 경우 잘 배설되지 않고 인체의 단백질에 쌓여 장기간에 걸쳐 부작용을 나타내기 때문에 매우 위험하다. 예를 들어, 인체의 곳곳에 산소를 운반하는 헤모글로빈은 글로빈이라는 단백질에 철이 결합한 형태를 갖추고 있지만, 인체에 수은이 들어와 글로빈에 철 대신 붙으면 산소 운반능력을 상실하게 된다. 또한 납은 신경과 근육을 마비시키고 카드뮴은 폐암을 일으킬 수 있으며 뼈를 무르게 하고, 망간은 뇌와 간에 축적되어 성장부진과 생식능력 저하를 유발하기도 한다. 중금속이 포함된 오염토양의 유동성은 그 중금속의 결합형태, 풍화 등의 외부조건 변화에 따른 생성물의 존재형태와 토양의 점토 및 수분함량, 토양수 pH, 미생물의 활성도 및 주변에서 발생하는 산성 광산배수(acid mine drainage) 등 토양의 물리 화학적 특성 및 주변 환경의 영향을 받게 되고, 이에 따라 오염토양 내 중금속의 유동성으로 인해 오염농경지에 식재되는 농작물의 성장과정에서의 중금속 전이와, 중금속 오염 농작물의 유통은 심각한 사회문제로 대두되고 있으므로, 광물찌꺼기(광미) 적치장의 차폐가 시급히 요구되고 있다.
광산배수 등의 유해성을 판단하기 위한 기술로서 물리적, 화학적 센서들을 이용하는 기술이 있으며, 물리적, 화학적 센서를 이용하여 오염도를 확인하기 위해서는 많은 물리적, 화학적 센서들의 판단을 요구하므로 근래에는 물리적, 화학적 센서들을 하나로 대신할 수 있는 생물학적 센서를 이용한 오염도 측정기술이 제안되고 있다.
참고로, 생물학적인 실험방법을 통해 독성물질이 생물체의 어떤 유전자에 얼마만큼의 영향을 미치는지에 대한 연구가 주로 진행되고 있다. 이러한 실험 방법은 기존의 독성 연구 방법에 비해 독성이 미치는 영향을 유전자 단위까지 알아낼 수 있어 더 많은 정보를 제공하고 있다.
한편, 수생의 독성을 탐색하는 종래의 기술을 보면 한국등록특허 제10-0337943호는 수중의 독성을 효율적으로 탐지하는 멀티 채널 연속 수중 독성 탐지 장치 및 수중 독성 탐지 방법에 관한 것으로서 물시료의 여과수단, 배양액의 배출구 및 광섬유를 갖추고 있는 반응기, 미생물 배양액 유입구, 반응기의 광섬유에 각각 연결된 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 한국등록특허 제10-0305218호는 독성물질에 의한 고정화 발광미생물의 발광량의 차이를 측정하는 것으로 이루어진 독성물질농도의 자동측정장치에 관한 것으로서, 별도의 발광미생물의 전처리 단계를 필요로 하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 미국등록특허 제5580785호, 일본공개특허 제2004-093196호, 한국공개특허 제10-2001-0028287호, 한국등록특허 제10-0461772호, 한국등록특허 제10-0526973호 및 한국등록특허 제10-0663626호에 수생 생태계 독성을 측정하기 위한 발광 생물을 이용하는 선행기술이 있다.
보통 수질에 적용하는 생물학적 센서는 미생물, 어류, 물벼룩 등을 사용하고 있는 바, 이 수질에서 미생물의 사용은 독성 물질 유입에 따른 반응이 매우 빠르기 때문에 최근 매우 관심이 집중되어 있다.
미생물의 경우는 다른 미생물에 의해 오염이 쉽게 되며, 이러한 과정이 현미경으로 사용하지 않고는 눈으로 판독할 수 없을 뿐 아니라, 타 미생물에 대한 오염이 빠른 속도 진행될 수 있다는 점에서 측정의 오류로 갈 가능성을 배제할 수 없다.
그러나, 물벼룩은 생육 상태가 눈으로 쉽게 판독될 뿐 아니라, 배양이 쉽고 넓은 pH에서 저항성, 독성 물질에 대한 뚜렷한 감수성으로 인해 미국 환경보호청(EPA)에서 유해물질 독성 시험 동물로 추천되고 있다. 상기 물벼룩이 살고 있는 물에 독성물질이 유입되면 활동량의 변화를 가져온다. 수질의 독성 물질 유입 여부는 물벼룩의 활동량의 변화를 측정하여 판단한다.
종래 물벼룩의 활동량을 측정하는 종래의 구현방법으로는, LED(Light Emitting Diode)를 이용한 발광부와 포토트랜지스터(Photo Tr)를 이용한 수광부를 사용하는 방법이 있다. 상기 LED와 포토트랜지스터 사이에 놓여진 물벼룩의 활동량에 비례하여 발광부 LED의 빛을 수광부 포토트랜지스터에서 차단하게 된다. 상기 포토트랜지스터의 출력은 증폭기를 통해 순차적으로 필터, 카운터 및 디지트론의 표시장치에 표시되도록 설치되어 있다.
따라서, 상기 포토트랜지스터의 필터를 거쳐 차단된 회수를 계수함으로서 물벼룩의 활동량에 비례하는 수치가 카운터를 통해 표시장치에 나타나게 된다.
종래 기술에 의한 물벼룩을 이용한 오염도 측정 기술에 따르면, 물벼룩이 빛에 민감한 특성을 보이기 때문에 발광부 LED의 레이저 빛을 받는 위치와 빛을 받지 않는 위치에서의 물벼룩의 빛에 대한 스트레스 강도가 틀리므로 이것이 물벼룩의 활동에 영향을 미치게 된다. 또한, 종래 시스템은 물벼룩의 효과적인 활동량 측정을 위해 발광부의 LED와 수광부 포토트랜지스터로 이루어진 센서의 개수 증감이 필요할 경우, 센서가 하드웨어적으로 고정되어 있어 증감이 어려운 단점을 지니고 있다.
또한 측정 대상인 물벼룩을 가운데 두고 2 개의 장치(발광부와 수광부)를 두는 불편한 점이 있고, 발광부 LED에서 빛의 회절을 방지하기 위해서 레이저 다이오드를 사용하기 때문에, 수광부 포토 트랜지스터와 발광부 LED의 위치를 정밀히 조정해야 하는 불편함이 있었다.
또한, 종래의 시스템은 휴대가 불가능하여 광산이 지역적으로 여러 곳에 분산되어 있는 점을 감안할 때, 광산배수의 오염도를 측정하는데 어려움이 있다.
등록특허 제10-722299호 등록특허 제10-746484호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 형광생물체의 생존량, 활동량 등을 근거로 하여 광산배수의 오염도를 측정함으로써 신뢰도를 향상할 수 있는 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치는, 케이스와; 상기 케이스에 형성되며 투명의 용기에 청정수 또는 오염수가 형광생물체와 함께 담긴 샘플이 분리 가능하게 수납되는 샘플 홀더와; 전원을 인가받아 상기 샘플 홀더에 수납된 상기 샘플에 LED 파장을 조사하는 발광부와; 상기 샘플 홀더에 수납된 샘플을 통과하면서 발현된 형광 파장을 인가받아 증폭 및 전압으로 변환하는 광전자증배관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 본 발명은 LED 파장에서 부파장을 제거하는 대역 필터, 샘플을 통과한 파장에서 LED 파장을 제거하여 형광 파장만이 상기 광전자증배관에 조사되도록 하는 LED 제거 필터가 포함된다.
본 발명에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 방법은, 오염도 측정을 위한 광산배수를 채수한 후 상기 광산배수에 일정 농도의 형광생물체를 투입하여 샘플을 구하는 제1단계와; 상기 샘플을 LED 파장을 조사하는 발광부의 앞에 수납한 후, 상기 발광부에 전원을 인가하여 상기 발광부의 LED 파장이 상기 샘플에 조사되도록 하며, 상기 샘플을 통과한 형광 파장을 증폭 및 전압으로 변환하는 제2단계와; 청정수에 형광생물체가 투입된 기준 샘플의 전압값과 상기 제2단계를 통해 추출한 테스트 대상 광산배수의 전압값의 비교를 통해 상기 테스트 대상의 광산배수의 오염도를 확인하도록 하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치 및 방법에 의하면, 형광생물체에 의해 발현되는 형광 파장을 근거로 하여 광산배수의 오염도를 측정함으로써 측정값의 신뢰도를 높일 수 있다.
그리고, 여러 지역에 분산된 광산의 특성에 적합하도록 오염도 측정 장치를 휴대하여 광산지역의 현장에서 직접 오염도를 측정함으로써 보다 신속하고 정확한 측정을 할 수 있고, 오염도 측정을 위한 시료의 운반비 등을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치의 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치에 적용된 대역 필터의 작용을 보인 도면.
도 3은 본 발명에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치에 적용된 LED 제거 필터의 작용을 보인 도면.
도 4는 본 발명에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치의 요부 구성을 보인 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치의 요부 구성을 보인 평면도.
본 발명에 따른 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치는, 휴대가 가능한 광학계의 형광 측정기, 상기 형광 측정기에서 측정된 형광값을 저장하는 데이터베이스, 상기 형광 측정기와 상기 데이터베이스를 제어하는 컨트롤러 등으로 구성된다.
도 1에서 보이는 바와 같이, 형광 측정기(100)는, 휴대가 가능한 크기의 케이스(10), 케이스(10)에 수납되며 샘플(1)[내부에 형광생물체(형광 단백질을 갖는 형광생물체를 말하며, 형광물벼룩, 형광 효모균 등이 있다)가 투입된 광산배수 저장]이 분리 가능하게 장착되는 샘플 홀더(20), 전원을 인가받아 샘플 홀더(20)에 수납된 샘플(1)에 LED 파장을 발산하는 LED 발광부(30), 샘플 홀더(20)를 통과한 형광신호를 수신 및 증폭하여 전압의 형태로 변화하는 광전자증배관(photo multiplier tube, PMT)(40)로 구성된다.
케이스(10)는 전술한 형광 측정기(100)의 구성요소, 상기 데이터베이스, 상기 컨트롤러가 수납되는 크기이며 휴대를 위한 손잡이, 운반을 위한 바퀴 등이 갖추어질 수 있고, 내부의 투시가 가능한 투시부가 갖추어질 수 있다.
샘플 홀더(20)는 샘플(1)을 수납하는 수납부가 구비된 모든 구조가 가능하다.
LED 발광부(30)는 발광파장을 가변할 수 있는 LED를 사용한다.
LED 파장은 near UV, 생산 가능한 파장(예를 들어, 255nm, 280nm, 365nm, 405nm 등)을 사용한다.
LED 발광부(30)에서 조사된 LED 파장은 주파장(사용 목적과 일치하는 파장)과 부파장(사용 목적과 일치하지 않는 파장)으로 구분되며, 주파장과 부파장이 함께 조사되면 형광생물체를 통과하나 형광신호의 신뢰성이 떨어지므로 LED 발광부(30)에서 조사되는 파장에서 부파장을 필터링하여 주파장만 샘플(1)을 통과하도록 즉 도 2에서 보이는 바와 같이, 예컨대 365nm 파장의 LED 발광부(30)를 사용하는 경우 주파장(365nm)과 부파장이 발생되며, 주파장과 부파장은 대역 필터(31)를 통과하게 되는데 이때, 주파장만 대역 필터(31)를 통과하고 부파장은 대역 필터(31)를 통과하지 못하게 된다. 즉, 주파장만 샘플(1)에 조사되는 것이다.
광전자증배관(40)은 샘플(1)을 통과한 형광파장(형광생물체를 통과하여 형광생물체의 형광으로 발현된 파장)을 증폭 및 전압으로 변화시킨다.
LED 파장이 샘플(1)을 통과하는 과정에서 형광생물체가 없는 곳이 있기 때문에 LED 파장과 형광 파장이 함께 광전자증배관(40)에 인가된다. 즉 서로 다른 두 가지 파장을 증폭 및 전압으로 변화시킨다면 결과치의 신뢰성이 떨어질 것이므로 샘플(1)을 통과한 파장 중에서 LED 파장을 제거하고 형광 파장만을 통과시키는 LED 제거 필터(long pass filter)(41)가 적용된다.
즉 도 3에서 보이는 바와 같이 샘플(1)을 통과한 파장은 LED 파장(365nm)과 주파수가 다른 파장인 형광 파장(예컨대 520nm)이며, LED 제거 필터(41)를 통해 LED 파장어 제거되어 형광 파장만 광전자증배관(40)에 인가된다.
이와 같은 형광 측정기(100)에 따르면 샘플의 오염 정도에 따라 다양한 전압의 값이 추출될 것이며, 청정수에 형광생물체를 투입하여 추출한 전압의 값과 비교를 통해 오염 여부를 확인할 수 있다.
나아가서는 오염 정도의 확인도 가능하며, 샘플(1)의 조건(형광생물체의 농도, 다양한 중금속의 종류 및 농도)을 다양화함으로써 중금속 등에 의해 오염된 광산배수의 오염도를 확인할 수 있는 근거를 확립할 수 있다.
즉, 다양한 종류 및 농도의 중금속으로 오염된 광산배수의 시료를 만들어 실험을 통해 각각의 종류와 농도별에서 얻어지는 전압의 값을 추출함으로써 중금속의 종류와 농도별로 오염 수치를 데이터베이스화할 수 있다. 예를 들어 납 1ppm, 납 5ppm, 납 10ppm 으로 오염된 광산배수에 동일 농도의 형광생물체를 투입한 후 실험하면 각각의 전압 값을 추출하며, 결과적으로 추출된 전압 값은 전술한 종류와 농도의 오염도를 알려주는 특수값이 되는 것이다.
형광 측정기(100)는 광전자증배관(40)에서 추출된 전압의 값을 디스플레이하는 디스플레이패널이 갖추어진다. 상기 디스플레이패널은 상기 전압의 값을 아날로그, 디지털 등으로 표시하도록 구성된다.
또한, 형광 측정기(100)의 작동을 조작하기 위한 조작패널이 갖추어진다.
이러한 데이터베이스는 관리자에게 제공되어 관리자가 직접 보면서 측정된 값과 비교하도록 할 수도 있다.
또는 컨트롤러에 의해 측정된 값을 자동으로 데이터베이스에서 검색하여 오염도를 표시할 수도 있다.
도 4와 도 5는 본 발명의 변형예를 도시한 것으로, 현장에서 청정수와 광산배수를 함께 실험하여 광산배수의 오염도를 측정할 수 있도록 구성된다.
전술한 구성들은 일직선형으로 배열될 수도 있지만, 이렇게 되면 케이스(10)의 길이가 길어지게 되어 휴대가 불편할 것이므로 최적의 공간을 활용하도록 구성된다.
케이스(10)는 제1,2발광부(30-1,30-2)가 장착되는 부분, 광전자증배관(40)이 장착되는 부분, 반사렌즈 등이 장착되는 부분으로 구획될 수 있으며, 물론, 이에 한정되는 것은 아니다.
샘플은 청정수와 형광생물체가 담긴 제1샘플(1-1), 측정 대상의 광산배수와 형광생물체가 담긴 제2샘플(1-2)로 구분된다. 제1,2샘플(1-1,1-2)은 각각 동일한 용량의 개폐식 용기이며 동일한 양의 청정수와 광산배수가 저장되고 또한 동일 농도의 형광생물체가 투입된다.
제1,2샘플 홀더(20-1,20-2)는 제1,2샘플(1-1,1-2)이 각각 분리 가능하게 수납된다.
제1,2발광부(30-1,30-2)는 제1,2샘플(1-1,1-2)에 LED 파장을 조사한다.
제1,2발광부(30-1,30-2)에서 조사되어 제1,2샘플(1-1,1-2)을 통과한 각각의 파장이 광전자증배관(40)에 정확하게 조사되도록 제1,2촛점렌즈(21-1,21-2)가 적용될 수도 있다.
하나의 광전자증배관(40)을 사용하여 제1,2샘플(1-1,1-2)의 파장을 전압으로 추출하도록 구성된다. 물론, 광전자증배관(40)을 제1,2샘플(1-1,1-2)용의 2가지로 사용할 수도 있지만, 그에 따른 구입 비용 및 유지 비용이 소요되므로 하나의 광전자증배관(40)을 사용하는 것이 바람직하다. 하나의 광전자증배관(40)을 이용하여 시간차를 두고 제1,2샘플(1-1,1-2)을 테스트한다.
제1,2샘플(1-1,1-2)을 통과한 파장을 하나의 광전자증배관(40)에 조사하기 위하여 반사수단이 적용된다. 상기 반사수단은 케이스(10)의 길이를 짧게 함으로써 휴대의 용이성을 확보하기 위한 것이며, 일렬로 배열되는 경우에는 적용되지 아니한다.
도 5에서 보이는 것처럼 제1,2샘플(1-1,1-2)과 하나의 광전자증배관(40)이 적용되는 경우에는 제1,2샘플(1-1,1-2)에서 조사되는 파장이 동일선상으로 광전자증배관(40)에 인가되어야 하므로 제1샘플(1-1)을 통과한 파장을 광전자증배관(40)에 인가하기 위해서는 일반적인 반사 미러(50)가 사용되고, 제2샘플(1-2)을 통과한 파장을 광전자증배관(40)에 인가하기 위해서는 반사부(61)와 투과부(62)를 갖는 초퍼 미러(chopper mirror)(60)가 적용된다. 초퍼 미러(60)는 제1샘플(1-1)을 통과하여 반사 미러(50)를 통해 반사된 파장을 투과부(62)에 의해 광전자증배관(40)으로 유도하거나 제2샘플(1-2)을 통과한 파장을 반사부(61)에 의해 광전자증배관(40)으로 반사시킨다. 따라서, 초퍼 미러(60)는 반사부(61)와 투과부(62)의 위치가 변경되도록 구성되어야 하며, 예를 들어 각각 하나 이상의 반사부(61)와 투과부(62)가 구비된 판형상으로 이루어지고 모터(63)에 의해 회전(일방향, 양방향)으로 회전한다. 모터(63)는 관리자의 스위치 조작에 의해 회전할 수 있고, 또는 컨트롤러의 제어를 통해 회전할 수도 있다.
즉, 제1샘플(1-1)을 테스트할 때에는 초퍼 미러(60)의 투과부(62)가 반사 미러(50)와 광전자증배관(40)의 사이에 배치되고, 제2샘플(1-2)을 테스트할 때에는 초퍼 미러(60)의 반사부(61)가 배치된다.
초퍼 미러(60)는 광산배수의 오염도 측정을 위해 한정되는 것이 아니라 반사미러(50)와 광전자증배관(40)의 사이에 배치되기 때문에 구성되는 것이다.
LED 제거 필터(41)는 광전자증배관(40)의 앞쪽에 장착되어 반사 미러(50) 또는 초퍼 미러(60)에 의해 반사된 파장에서 LED 파장을 제거하여 형광 파장만 광전자증배관(40)에 조사되도록 한다.
광전자증배관(40)의 앞쪽에는 광전자증배관(40)을 보호하는 보호덮개(70)가 장착된다. 보호덮개(70)는 예를 들어 광전자증배관(40)을 사용하지 않을 때 광전자증배관(40)의 입사부를 덮어 이물질이 침투하지 않도록 하는 방법으로 광전자증배관(40)을 보호하는 것이며, 관리자의 수작업에 의해 장착 또는 분리될 수 있고, 또는 컨트롤러에 의한 자동 또는 관리자의 스위치 조작에 의한 전동으로 개폐 동작할 수 있다. 참고로 도면에는 보호덮개(70)가 모터(71)에 의해 회전하는 것으로 도시되었다. 보호덮개(70)는 초퍼 미러(60)와 동일한 구조(개방부와 폐쇄부)일 수도 있다.
본 발명에 의한 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 방법은 다음과 같다.
1. 제1샘플(1-1)과 제2샘플(1-2) 준비.
제1샘플(1-1)은 청정수에 형광생물체가 투입된 것이며, 제2샘플(1-2)은 광산배수에 형광생물체를 제1샘플(1-1)과 동일 농도로 투입한 것이다. 제1,2샘플(1-1,1-2)을 제1,2샘플 홀더(20-1,20-2)에 각각 장착한다.
본 발명에서 사용되는 형광생물체(형광 단백질을 갖는 형광생물체)는 공지된 것이 사용되며, 예를 들어 일반 물벼룩에 해파리의 형광유전자가 전이된 것이다.
2. 제1샘플 테스트.
광산배수의 오염도의 기준으로 활용하기 위한 청정수의 형광 파장을 다음과 같은 방법으로 먼저 측정하며, 초퍼 미러(60)의 투과부(62)가 반사 미러(50)에 대응되도록 하고 보호덮개(70)를 광전자증배관(40)의 앞에서 제거한다.
제1발광부(30-1)에 전원을 인가하면 제1발광부(30-1)에서 LED 파장이 발광되고, LED 파장 중에서 부파장은 대역 필터를 통과하면서 제거되어 주파장만이 제1샘플(1-1)을 통과한다. 제1샘플(1-1)을 통과한 파장(LED 파장, 형광 파장)은 반사 미러(50)를 통해 광전자증배관(40)쪽으로 반사되어 초퍼 미러(60)의 투과부(62)를 통과한다. 이어서, 반사 미러(50)를 통해 반사된 파장 중에서 LED 파장은 LED 제거 필터(41)를 통해 제거되어 형광생물체에 의해 발현된 형광 파장만이 광전자증배관(40)에 조사된다. 광전자증배관(40)은 입사된 형광 파장을 증폭 및 전압으로 변환한다. 광전자증배관(40)에 의해 추출된 제1전압값은 예를 들어 디스플레이패널에 표시된다.
3. 제2샘플 테스트.
광산배수의 오염도 측정을 위하여 초퍼 미러(60)의 반사부(61)가 제2샘플 홀더(20-2)와 대응되도록 한다.
제2발광부(30-2)에 전원을 인가하면 제2발광부(30-2)에서 LED 파장이 발광되고, LED 파장 중에서 부파장은 대역 필터를 통과하면서 제거되어 주파장만이 제2샘플(1-2)을 통과한다. 제2샘플(1-2)을 통과한 파장(LED 파장, 형광 파장)은 초퍼 미러(60)의 반사부(61)를 통해 반사되고, 반사부(61)를 통해 반사된 파장 중에서 LED 파장은 LED 제거 필터(41)를 통해 제거되어 형광생물체에 의해 발현된 형광 파장만이 광전자증배관(40)에 조사된다. 광전자증배관(40)은 입사된 형광 파장을 증폭 및 전압으로 변환한다. 광전자증배관(40)에 의해 추출된 제2전압값은 예를 들어 디스플레이패널에 표시된다.
즉 디스플레이패널에는 상기 제1,2전압값이 각각 디스플레이되며, 광산배수가 오염되어 있다면 형광생물체가 독성물질에 의해 죽거나 약해지게 되어 형광 파장의 발현이 작을 것이며 따라서, 제2전압값은 제1전압값과 다를 것이다. 따라서, 제1,2전압값의 비교만을 통해서도 광산배수의 오염 여부를 확인할 수 있다. 나아가서는 미리 구축된 데이터베이스를 통해 제2전압값에 해당하는 오염도를 확인할 수도 있다.
지금까지는 제1샘플(1-1)이 청정수인 것으로 설명하였으나, 전술한 구성에 따르면 서로 다른 지역에서 채취된 2개 이상의 광산배수 샘플을 테스트할 수도 있는 것이다.
<실시예>
본 발명의 특성을 확인하기 위하여 다음과 같이 실험을 하였다.
1. 조건 : 광전자증배관(40)의 전압(630V) 고정
2. 측정 샘플량 : 3ml
구 분 평상시 형광시 비소 처리시
일반 물벼룩 4 4 4
형광 물벼룩 4 8 6
구 분 평상시 형광시 비소 처리시
일반 효모균 4 4 4
형광 효모균 4 6.4 5.1
상기 표에서 수치는 광전자증배관(40)을 통해 획득한 전압(전압을 근거로 변환된 특정 값)을 의미한다.
상기 표를 통해 알 수 있듯이 일반 물벼룩과 일반 효모균을 사용하더라도 비소 처리로 오염된 시료에서는 평상시와 동일한 결과를 얻었다. 즉, 일반 물벼룩과 일반 효모균을 사용하여서는 오염도를 확인할 수 없었다. 그러나, 형광 생물체(형광 물벼룩, 형광 효모균)를 사용한 결과 비소 처리로 오염된 시료에서 평상시와 다른 결과를 얻었으며, 그 결과가 평상시와 확연한 차이를 보이게 되므로 보다 정확한 오염도를 확인할 수 있었다.
1 : 샘플,
10 : 케이스, 20 : 샘플 홀더
30 : LED 발광부, 31 : 대역 필터
40 : 광전자증배관, 41 : LED 제거 필터
50 : 반사 미러, 60 : 초퍼 미러
61 : 반사부, 62 : 투과부
70 : 보호 덮개

Claims (8)

  1. 케이스(10)와;
    상기 케이스에 형성되며 투명의 용기에 청정수 또는 오염수가 형광생물체와 함께 담긴 샘플이 분리 가능하게 수납되는 샘플 홀더(20)와;
    전원을 인가받아 상기 샘플 홀더에 수납된 상기 샘플에 LED 파장을 조사하는 발광부(30)와;
    상기 발광부의 출력측에 장착되며 상기 발광부에서 조사되는 LED 파장 중에서 부파장을 제거하여 주파장만 상기 샘플에 조사되도록 하는 대역필터와;
    상기 샘플 홀더에 수납된 샘플을 통과하면서 상기 형광 생물체에 의해 발현된 형광 파장을 인가받아 증폭 및 전압으로 변환하는 광전자증배관(40)과;
    상기 샘플 홀더와 상기 광전자증배관의 사이에 장착되어 상기 샘플 홀더를 통과하면서 상기 형광생물체에 의해 발현된 파장에서 LED 파장을 제거하여 순수한 형광 파장만이 상기 광전자증배관에 조사되도록 하는 LED 제거 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 샘플 홀더와 상기 광전자증배관은 일렬로 배열되지 아니하고, 상기 샘플과 광전자증배관의 사이에 장착되어 상기 샘플 홀더의 형광생물체를 통과한 파장을 상기 광전자증배관에 조사되도록 반사하는 반사수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 샘플 홀더는 나란히 배열되는 2개 이상의 샘플 홀더(20-1,20-2)로 구분되고, 상기 광전자증배관은 상기 2개 이상의 샘플 홀더를 통과한 파장을 인가받으며, 상기 2개 이상의 샘플 홀더를 통과한 파장이 선택적으로 상기 광전자증배관에 조사되도록 하는 반사수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 반사수단은, 반사부와 투과부가 구비된 구조이며 상기 2개 이상의 샘플 홀더 중에서 상기 광전자증배관의 앞쪽에 배치되는 첫 번째 샘플 홀더의 출구쪽에 장착되어 상기 반사부를 통해 대응하는 샘플 홀더를 통과한 파장을 상기 광전자증배관으로 반사시키거나 상기 투과부를 통해 다른 샘플 홀더를 통과한 파장이 상기 광전자증배관에 조사되도록 하는 초퍼 미러가 포함되는 것을 특징으로 하는 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 장치.
  7. 오염도 측정을 위한 광산배수를 채수한 후 상기 광산배수에 일정 농도의 형광생물체를 투입하여 샘플을 구하는 제1단계와;
    상기 샘플을 LED 파장을 조사하는 발광부의 앞에 수납한 후, 상기 발광부에 전원을 인가하여 상기 발광부의 LED 파장 중에서 주파장만 상기 샘플에 조사되도록 하며, 상기 샘플의 형광생물체를 통과하며 LED 제거필터를 통해 LED 파장이 필터링된 형광 파장을 증폭 및 전압으로 변환하는 제2단계와;
    청정수에 형광생물체가 투입된 기준 샘플의 전압값과 상기 제2단계를 통해 추출한 테스트 대상 광산배수의 전압값의 비교를 통해 상기 테스트 대상의 광산배수의 오염도를 확인하도록 하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제3단계는, 광산배수에 포함되는 오염물질의 종류와 농도별로 오염도를 검출하여 데이터베이스를 구축하고, 상기 제3단계에서 추출된 테스트 대상 광산배수의 전압값과 상기 데이터베이스에 구축된 데이터의 비교를 통해 상기 광산배수의 오염도를 측정하는 것을 특징으로 하는 형광생물체를 이용한 휴대용 광산배수 오염도 측정 방법.
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