KR101445749B1 - 싱글 빔 분광분석장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 빔 분광분석장치는, 시료와 시약을 혼합시키기 위한 혼합유닛과, 상기 시료와 시약의 반응온도를 일정하게 제어하는 온도제어유닛과, 상기 혼합유닛 및 상기 온도제어유닛에 의해서 전처리된 상기 시료에 대해서 선택 파장의 빛을 조사하는 광선택유닛과, 상기 시료를 통과한 빛을 검출하여 분광 분석하는 광검출유닛을 포함하며,
상기 혼합유닛, 상기 온도제어유닛, 상기 광선택유닛, 및 상기 광검출유닛을 고정지지하며, 상기 혼합과 온도제어가 완료된 시료를 일정한 동작으로 원하는 측정위치로 자동 이송시키기 위한 광학고정유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합유닛, 상기 온도제어유닛, 상기 광선택유닛, 및 상기 광검출유닛을 고정지지하며, 상기 혼합과 온도제어가 완료된 시료를 일정한 동작으로 원하는 측정위치로 자동 이송시키기 위한 광학고정유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 싱글 빔 분광분석장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시료의 전처리 과정과 이송과정을 하나의 장치 내부에서 일괄 자동 처리함으로써 수작업에 따른 반복 재현성의 부정확성에 따른 실험오차를 줄일 수 있고, 동일한 실험조건을 자동으로 반복 수행할 수 있는 싱글 빔 분광분석장치에 관한 것이다.
일반적으로, 분광 분석장치는 발색 용액의 최대흡수파장을 결정하는 것으로, 빛이 시료 용액을 통과할 때 흡수나 산란 등에 의하여 강도가 변화하는 것을 이용하여 시료 물질의 용액 또는 여기에 적당한 시약을 넣어 발색(發色)시킨 용액의 흡광도를 측정하는 기기이다.
빛(예컨대, 백색광)이 물체에 닿으면 그 빛은 해당 물체의 표면에서 반사하는 빛, 해당 물체의 표면에서 내부로 일정 부분 들어간 후 반사하는 빛, 해당 물체에 흡수되는 빛, 그리고 해당 물체를 통과하는 빛으로 나누어지는데, 해당 물체에 의해 흡수되는 빛의 양은 해당 물체 농도에 따라 다르게 나타난다.
따라서 이와 같은 빛의 흡수 현상을 이용하면 시료 용액 중의 빛을 흡수하는 화학 물질의 양을 정량화할 수 있다.
이와 같이 시료 용액 또는 적당한 시약을 넣어 발색시킨 시료 용액의 농도를 각각의 물질의 고유한 파장과 빛의 투과성질을 이용하여 측정하는 방법을 흡광도법이라고 한다.
이러한, 흡광도법은 주로 자외선 및 가시광선 영역의 빛을 이용한다. 따라서, 흡광도법을 이용하여 미지의 혼합 용액의 농도를 측정하기 위한 방법들이 연구되고 있다.
그런데, 한국등록특허 제 067043호에 기재된 바와 같이, 싱글빔(Single Beam) 분광분석장치는 모든 파장으로 분광된 빛을 1024개의 포토다이오드가 동시에 측정하므로 굉장히 빠르게 분석할 수 있지만, 빔 경로상에 하나의 분석시료만 장착할 수 있어 분석시료 측정간의 시간차와 실험자의 휴면 팩터로 인한 반복 재현성의 부정확성에 따른 실험오차가 발생하는 문제가 있다.
예컨대, 분석시료를 측정하기 위해서는 외부장치 또는 수동으로 시약과 혼합하거나 사용자가 직접 반응에 필요한 온도로 제어하여야 하며, 반응이 완료된 시료를 측정지점으로 수동으로 이송시켜야 하는데, 시간차가 나고 사람의 손으로 이루어지기 때문에 매번 똑같은 동작을 할 수 없어서 분석시료의 흡광도 값의 안정성과 재현성이 떨어지는 문제가 발생한다.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 시료의 전처리 과정과 이송과정을 하나의 장치 내부에서 일괄 자동 처리함으로써 수작업에 따른 반복 재현성의 부정확성에 따른 실험오차를 줄일 수 있고, 동일한 실험조건을 자동으로 반복 수행할 수 있는 싱글빔 분광분석장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 시료를 정해진 위치에 도포된 시약과 자동으로 혼합할 수 있고, 시약과 시료를 스테핑 모터에 의하여 정해진 각도와 속도로 일정한 동작으로 혼합할 수 있고, 내부에 장착된 온도제어부를 이용하여 온도를 자동으로 설정 및 제어할 수 있고, 혼합과 온도 제어가 완료된 시료를 일정한 동작으로 원하는 측정위치로 자동 이송시킬 수 있는 싱글 빔 분광분석장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 빔 분광분석장치는, 시료와 시약을 혼합시키기 위한 혼합유닛과, 상기 시료와 시약의 반응온도를 일정하게 제어하는 온도제어유닛과, 상기 혼합유닛 및 상기 온도제어유닛에 의해서 전처리된 상기 시료에 대해서 선택 파장의 빛을 조사하는 광선택유닛과, 상기 시료를 통과한 빛을 검출하여 분광 분석하는 광검출유닛을 포함하며,
상기 혼합유닛, 상기 온도제어유닛, 상기 광선택유닛, 및 상기 광검출유닛을 고정지지하며, 상기 혼합과 온도제어가 완료된 시료를 일정한 동작으로 원하는 측정위치로 자동 이송시키기 위한 광학고정유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시료의 혼합 및 온도 제어와 같은 전처리 과정과 측정위치로의 이송과정을 하나의 장치 내부에서 일괄 자동 처리함으로써 수작업에 따른 반복 재현성의 부정확성에 따른 실험오차를 줄일 수 있고, 동일한 실험조건을 자동으로 반복 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 혼합유닛을 이용하여 시료를 정해진 위치에 도포된 시약과 자동으로 정해진 각도와 속도로 일정한 동작으로 혼합할 수 있고, 내부에 장착된 온도제어유닛을 이용하여 온도를 자동 설정 온도로 제어할 수 있고, 광학고정유닛에 의하여 혼합과 온도 제어가 완료된 시료를 일정한 동작으로 원하는 측정위치로 자동 이송시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글빔 분광분석장치 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 다른 측면에서 본 도 1의 A부 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글빔 분광분석장치의 정면도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 다른 측면에서 본 도 1의 A부 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글빔 분광분석장치의 정면도이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 싱글 빔 분광분석장치(100)는, 시료 및 시약의 혼합 정도를 매번 일정하게 자동으로 반복할 수 있는 혼합유닛(110)과, 상기 시료 및 시약의 반응온도를 일정하게 유지시키도록 제어하는 온도제어유닛(130)과, 광원으로부터 적어도 2 이상의 파장을 선택하는 광선택유닛(150)과, 상기 광선택유닛(150)으로부터 선택되어 시료를 통과한 빛의 투과도 및 흡광도를 전자기적 신호로 처리하는 광검출유닛(170)을 포함한다.
상기 혼합유닛(110)은 액체시료 및 시약이 담긴 투병용기 또는 투명용기가 취출가능하게 보관되며, 적어도 일부에 빛이 통과할 수 있도록 제 1측정홀(11a) 이 형성된 카트리지(11)와, 상기 카트리지(11)가 수용되며, 가볍고, 상기 카트리지(11)를 회전시 안전하게 유지할 수 있도록 셀형태로 이루어진 셀블럭(111)과, 상기 셀블럭(111)의 일측에 고정되어 상기 셀블럭(111)을 왕복 회전 운동시키는 스텝핑 모터일 수도 있는 구동부(113)를 포함한다.
상기 셀 블록(111)은 상기 구동부(113)에 대향하는 일면에 모터 연결축(111b)을 구비하며, 상기 구동부(113)는 후술하는 광학고정유닛(120)의 절두된 ㄷ자형 제 1 브라켓(121)의 수직면(121a) 이면에 고정 설치되어 진동 등이 차단되도록 되어 있다.
또한, 상기 구동부(113)에 달린 상기 셀블록(111)이 외팔보 형태로 사용자가 정한 상/하 각도를 정해진 횟수만큼 왕복 회전 운동함으로써 카트리지(11) 내부에서 시료와 시약을 혼합시키며, 상기 구동부(113)의 완전 정지 시, 상기 카트리지(11)가 상기 제 1 브라켓(121)의 수직면(121a)에 설치된 광검출유닛(170)의 광검출센서(171)에 대해 나란히 배치될 때 제 1 측정홀(11a)이 정 위치에 배치되고, 혼합과 온도제어가 완료된 시료가 측정위치에 자동 이송됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 시약과 시료가 담긴 카트리지(11)를 상기 혼합유닛(110)의 셀블럭(111)내에 수용하기만 하면, 전처리 후 측정을 위해 측정위치로 이송시킬 필요가 없기 때문에 이송 과정에 수반되는 각종 오차를 제거할 수 있다.
상기 셀블럭(111)은 사각 박스 형태의 본체(111a)와, 상기 본체(111a)의 일면에 직접 형성된 상기 구동부(113)가 연결되는 모터 연결축(111b)과, 상기 셀블럭 본체(111a)의 저부에 배치되어 상기 카트리지(11)의 삽입여부를 확인하는 카트리지 감지센서(111c)와, 내측면을 따라 상기 카트리지(11)의 삽입을 안내하는 안내홈(111d)과, 그 내측면을 따라 돌출되어 삽입된 상기 카트리지(11)를 탄성 지지하는 판상 스프링(111e)를 포함한다.
상기 온도제어유닛(130)은 한 쌍의 금속판(131)과, 상기 한 쌍의 금속판(131) 내부면에 부착된 면상발열체인 필름히터(133)와, 상기 카트리지(11)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(135)를 포함한다.
또한, 상기 한 쌍의 금속판(131) 및 상기 필름히터(133)의 동일 위치, 즉 상기 카트리지(11)의 제 1측정홀(11a)에 대응하는 위치에는 제 2측정홀(131a, 133a)이 형성되어 빛이 통과할 수 있도록 구성된다.
상기 온도제어유닛(130)이 상기 셀블록(111)의 안내홈(111d)을 따라 상기 셀블록(111) 내부에 배치될 때, 상기 셀블록(111)의 판상 스프링(111e)은 상기 온도제어유닛(130)의 금속판(131)을 가압하여 상기 필름히터(133)와 상기 카트리지(11)의 넓은 면이 대면하게 하여 상기 카트리지(11) 전면에 걸쳐서 균일한 온도제어가 가능하게 한다.
즉, 상기 온도제어유닛(130)은 상기 셀블럭(111) 내부에 설치되어, 상기 카트리지(11)에 밀착되어 상기 온도센서(135)가 시료의 반응온도를 유지하는 지 검출하여 항온 제어할 수 있다.
상기 면상발열체란, 얇은 P.E.T 필름에 카본블랙을 도포후 팁코팅 인쇄하여 형성한 것으로, 주변으로의 열 손실이 거의 없으며 고온으로 발열하지 않고, 골고루 일정온도로 균일 발열함으로써 안정성을 향상시킬 수 있다.
상기 광선택유닛(150)은 각종 램프 또는 LED 광원(151)과, 상기 광원(151)으로부터의 빛을 평행하게 만들어주는 시준광학계(153)와, 적어도 2개 이상의 측정 대상 중심파장을 선택해주는 광학필터(155)와, 광을 차단하여 암전류를 측정하도록 하기 위한 광 차단 필터(156)와, 상기 광학필터(155)와 상기 광 차단 필터(156)가 장착된 필터 휠(157)과, 상기 필터 휠(157)을 구동시키기 위한 필터 휠 구동 모터(159)를 포함한다.
상기 필터 휠 구동 모터(159)는 상기 광학고정유닛(120)의 제 1 브라켓(121)에 대해서 오프셋되게 연결된 연결부(123)를 거쳐서 형성된 제 2 브라켓(125)의 수직면(125a)상에 배치된다. 상기 제 2 브라켓(125)도 마찬가지로 절두 ㄷ자형으로 안정적으로 상기 필터 휠 구동 모터(159)를 지지하며, 진동의 전파를 방지할 수 있다.
상기 광학고정유닛(120)의 구성에 의해서 상기 혼합유닛(110)의 구동부(111)와 상기 필터 휠 구동부(159)가 오프셋되게 배치되어 떨림등에 의해서 혼합유닛(110)의 혼합운동과 상기 광학선택유닛(150)의 적어도 2 개의 파장 선택이 서로 방해 받는 것을 최소화할 수 있다.
상기 광학선택유닛(150)은 상기 광원(151)으로부터 조사된 빛이 통과하는 축으로 상기 광학필터(155)를 회전 이동시켜서 적어도 2개의 파장을 선택하여 시료를 통과시킴으로써 그 빛의 투과도 및 흡광도를 측정할 수 있다.
상기 광검출유닛(170)은 상기 시료를 통과한 빛을 검출하는 광검출센서(171)와 상기 광검출센서(171)가 검출한 빛을 전자기적 신호로 증폭하는 증폭부(173)을 포함하는 것으로, 상기 셀블록(111)을 사이에 두고 상기 광원(151)과 대향하여 상기 광학고정유닛(120)의 제 1 브래킷(121)의 수직면(121a)상에 설치되어 있다.
상기 광검출센서(171)는 포토다이오드를 이용할 수 있으며, 증폭부(173)는 광증배관을 이용할 수 있다.
이제 도 3을 참조하여, 시료의 혼합과 온도제어가 완료된 시료가 어떻게 자동으로 측정위치에 이송될 수 있는 지 살펴보겠다.
먼저 도 3을 통해서 알 수 있는 바와 같이, 시약 및 시료가 담긴 카트리지(11)가 상기 혼합유닛(110)의 셀블럭(111)내에 정위치에 장입되었음이 상기 카트리지 감지센서(111c)에 의해서 확인되고, 상기 혼합유닛(110)에 의해서 시약 및 시료의 혼합이 완료되면, 상기 셀블럭(111)이 상기 광학고정유닛(120)의 제 1 브라켓(121)의 수직면(121a)에 대해 평행하게 배치됨에 따라 상기 광학선택유닛(150)의 상기 광학필터(155)에 의해 선택된 빛이 상기 카트리지(11)의 제 1 측정홀(11a), 상기 온도제어유닛(130)의 제 2측정홀(131a, 133a)를 거쳐 상기 광학고정유닛(120)의 제 1 브라켓(121)의 수직면(121a)에 설치된 광검출유닛(170)의 광검출센서(171)까지 일직선으로 이동 가능함을 알 수 있다.
이와 같이, 광원(151)으로부터 광검출유닛(170)까지의 광이 이동경로가 제공되었는지 여부를 자동으로 판단함으로써 전처리 작업 후에 별도의 이송 및 수준 작업 없이도 정확한 측정위치임을 확인할 수 있다.
110 : 혼합유닛 11 : 카트리지
11a : 제 1 측정홀 111 : 셀블럭
113 : 혼합유닛 구동부 120 : 광학고정유닛
121 : 제 1 브라켓 121a: 수직면
130 : 온도제어유닛 133 : 면상발열체
133a : 제 2 측정홀 150 : 광선택유닛
170 : 광검출유닛
11a : 제 1 측정홀 111 : 셀블럭
113 : 혼합유닛 구동부 120 : 광학고정유닛
121 : 제 1 브라켓 121a: 수직면
130 : 온도제어유닛 133 : 면상발열체
133a : 제 2 측정홀 150 : 광선택유닛
170 : 광검출유닛
Claims (8)
- 시료와 시약을 혼합시키기 위한 혼합유닛과,
상기 시료와 시약의 반응온도를 일정하게 제어하는 온도제어유닛과,
상기 혼합유닛 및 상기 온도제어유닛에 의해서 전처리된 상기 시료에 대해서 선택 파장의 빛을 조사하는 광선택유닛과,
상기 시료를 통과한 빛을 검출하여 분광 분석하는 광검출유닛을 포함하며,
상기 혼합유닛, 상기 온도제어유닛, 상기 광선택유닛, 및 상기 광검출유닛을 고정 지지하며, 상기 혼합과 온도제어가 완료된 시료를 일정한 동작으로 원하는 측정위치로 자동 이송시키기 위한 광학고정유닛을 포함하는 싱글빔 분광분석장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 시료와 시약이 담긴 투명용기는 취출이 가능한 적어도 일부에 제 1측정홀을 갖는 카트리지이며, 상기 혼합유닛은 상기 카트리지가 취출가능한 셀 블록과, 일단이 상기 셀 블록에 연결되고 타단이 상기 광학고정유닛의 제 1 브라켓에 연결되어 상기 셀 블록을 회전구동시키는 혼합유닛 구동부를 포함하는 싱글빔 분광분석장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 온도제어유닛은 상기 셀 블록 내부에 설치되는 온도센서와, 면상발열체로 구성되며, 상기 면상발열체는 상기 제 1 측정홀에 대응하는 제 2 측정홀을 가지며, 상기 셀 블록으로부터 내측으로 돌출 형성되는 판상 스프링에 의해서 상기 카트리지와 대면 가압되는 싱글빔 분광분석장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 광학선택유닛은 적어도 2 이상의 파장을 선택하는 광학필터와, 암전류 측정을 위해서 빛을 차단하는 광학 차단필터와, 상기 광학필터 및 상기 광학 차단필터를 수용하는 필터 휠과, 상기 필터 휠을 구동시키는 필터 휠 구동부를 포함하며,
상기 필터 휠 구동부는 상기 혼합유닛 구동부와 편향 배치되는 싱글빔 분광분석장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 광학고정유닛은, 상기 혼합유닛 구동부를 지지하며, 절두 ㄷ자형 제 1 브래킷과, 상기 필터 휠 구동부를 고정지지하며 절두 ㄷ자형 제 2 브래킷과, 상기 제 1 브래킷의 혼합유닛 구동부와 상기 제 2 브래킷의 필터 휠 구동부를 오프셋 배치하고, 상기 광학선택유닛의 상기 카트리지의 제 1 측정홀과, 상기 혼합유닛의 제 2 측정홀, 상기 제 1 브래킷의 수직면에 설치되는 상기 광학검출유닛이 일렬로 배치되게 상기 제 1 브래킷과 상기 제 2 브래킷을 연결하는 연결부를 포함하는 싱글빔 분광분석장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 셀블록에는 상기 카트리지를 정위치시키는 가이드 홈, 상기 카트리지와 상기 온도제어유닛을 밀착시키기 위한 판상 스프링, 및 상기 카트리지가 측정 정위치에 배치되었는지를 검출하는 상기 카트리지 삽입 검출 센서를 포함하는 싱글빔 분광분석장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광검출유닛은 광검출부와, 광신호를 전기적 신호로 변환하고 이를 증폭하는 증폭부를 포함하는 싱글빔 분광분석장치.
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