KR101504959B1 - 액체 샘플 장착 장치, 액체 분광기 및 이를 이용한 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액체 샘플 장착 장치, 액체 분광기 및 이를 이용한 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 액체를 수납하는 윈도우 셀; 상기 윈도우 셀의 적어도 일부를 고정 및 지지하는 윈도우 셀 장착부; 상기 윈도우 셀의 내부에 충진된 샘플을 냉각하는 냉각부; 상기 윈도우 셀 장착부를 회전시키는 회전부; 상기 윈도우 셀의 상반부에 구비되는 제1 액체 주입부; 및 상기 윈도우 셀의 하반부에 구비되는 제2 액체 주입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 액체를 수납하는 윈도우 셀; 상기 윈도우 셀의 적어도 일부를 고정 및 지지하는 윈도우 셀 장착부; 상기 윈도우 셀의 내부에 충진된 샘플을 냉각하는 냉각부; 상기 윈도우 셀 장착부를 회전시키는 회전부; 상기 윈도우 셀의 상반부에 구비되는 제1 액체 주입부; 및 상기 윈도우 셀의 하반부에 구비되는 제2 액체 주입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치가 제공된다.
Description
본 발명은 액체 샘플 장착 장치, 액체 분광기 및 이를 이용한 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 샘플이 액체인 경우에도 샘플의 분포 변화를 방지하고 기준 샘플과 검사 샘플이 혼합되는 것을 방지하여, 분광 측정 시 광학 파라미터를 보다 정확하게 검출할 수 있고 분석 결과의 정확성을 담보할 수 있어서 샘플이 액체인 경우에도 분석이 가능한 것인 액체 샘플 장착 장치, 액체 분광기 및 이를 이용한 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법에 관한 것이다.
분광학(spectroscopy)은 빛의 스펙트럼을 해석하여 물질의 성질에 대해 연구하는 광학의 한 분야이다. 보다 구체적으로, 빛의 스펙트럼에 대해서 진동수 성분의 분포와 진동수 성분의 상대적인 세기를 기초로 물질의 속성을 연구하는 학문을 의미한다.
초기에는 주로 기체의 원자 또는 분자의 성질을 연구하는 데 분광학을 사용하였으나, 액체 또는 고체의 성질을 연구하는 데에도 분광학이 사용되고 있다. 특히 적외선, X-선, 테라헤르츠 등 전자기 스펙트럼의 다양한 영역에 대해서 분광학이 적용되고 있다.
예컨대 한국표준과학연구원에 의해서 2007년 11월 13일자로 출원되고 2009년 11월 3일자로 등록된 "초정밀 및 고분해능의 테라헤르츠 분광기 및 그 측정방법"이라는 명칭의 한국등록특허 제10-0926039호(선행기술문헌의 특허문헌 1 참조)는 테라헤르츠 주파수 빗살을 이용하여 연속발진 테라헤르츠파의 주파수를 측정하는데 에 있어 정밀도 및 분해능으로 향상시킬 수 있는 테라헤르츠 분광기 및 그 측정방법을 개시하고 있다.
또한 예컨대 한국표준과학연구원에 의해서 2008년 10월 20일자로 출원되고 2010년 11월 26일자로 등록된 "테라헤르츠 펄스파 푸리에 변환 분광기 및 그 분광기를 이용한 분광방법"이라는 명칭의 한국등록특허 제10-0996638호(선행기술문헌의 특허문헌 2 참조)는 서로 다른 안정된 반복 주파수를 가지면서 테라헤르츠 모드들의 집합인 2개의 테라헤르츠 펄스파를 결합시키고, 결합된 테라헤르츠 펄스파를 샘플에 투과시켜 얻은 테라헤르츠 펄스파의 시간 영역 데이터를 검출하고, 시간 영역 데이터를 분석하여 샘플에 대한 정보를 얻는 분광기 및 분광방법을 개시하고 있다.
그러나 이러한 선행 기술들은 특히 샘플이 고체인 경우 테라헤르츠를 이용하여 분석하는 방식에 대한 것이며 샘플이 액체인 경우의 분석에 대해서는 구체적으로 개시하거나 시사하지 못하고 있다. 예컨대 샘플이 액체인 경우는 고체인 경우와 달리 샘플의 밀도 차이에 따라서 분포 변화가 발생하게 되므로 광학 파라미터의 검출이 어렵게 된다는 단점이 있다. 또한 소금물과 설탕물과 같이 서로 섞일 수 있는 물질을 동시에 검사하는 경우 액체 샘플이 섞이는 것에 따라서 분석 결과의 정확성을 담보하지 못한다는 단점이 있다.
또한 분광기를 이용한 검출 방식은 예컨대 샘플이 없는 경우의 테라헤르츠 신호를 기준(reference) 신호로 하고 샘플을 통과한 경우의 테라헤르츠 신호를 분석 신호로 한 후, 두 신호 사이의 차이를 기초로 샘플의 특성을 분석하는 방식을 취하고 있다. 예컨대 반도체 소자의 특성을 측정하는 경우에는, 웨이퍼 위에 구조물(샘플)을 형성하고 구조물이 있는 부분과 없는 부분에 대해서 각각 테라헤르츠 신호를 획득하여 샘플의 특성을 분석하는 방식을 취하게 된다. 차동 검출(Differential Detection) 방식은 기존 분광학기를 이용하여 얻을 수 없는 작은 신호차이의 샘플의 특성을 정확히 얻는데 있다. 바람직하게는 차동 검출 방식에서는 샘플을 회전시킨 상태에서 얻은 두 샘플의 신호차이를 이용하여 샘플의 특성을 분석한다.
그러나 종래의 차동 검출 방식 역시 주로 샘플이 고체인 경우 테라헤르츠를 이용하여 분석하는 방식에 대한 것이며 샘플이 액체인 경우의 분석에 대해서는 구체적으로 개시하거나 시사하지 못하고 있다.
한편 샘플이 액체인 경우 테라헤르츠를 이용하여 분석하는 방식에 대해서, 예컨대 J. Balakrishnan 등에 의해서 2009년 발표된 "Fixed Dual-Thickness Terahertz Liquid Spectroscopy Using a Spinning Sample Technique"이라는 명칭의 논문(선행기술문헌의 비특허문헌 1 참조)에서는 기준 샘플과 검사 샘플을 윈도우 셀에 주입하고, 윈도우 셀을 지지하는 샘플 장착 장치를 회전시키는 방식으로 샘플이 액체인 경우 샘플의 광학 파라미터를 검출하는 방식을 개시하고 있다.
윈도우 셀은 2가지의 영역으로 구분되며 기준 샘플을 담는 부분의 두께보다 검사 샘플을 담는 부분의 두께가 크도록 구성된다. 이러한 방식을 통하여 J. Balakrishnan 등의 논문에서는 샘플이 액체인 경우에 대해서 분석하는 구성을 개시하고 있다.
그러나 J. Balakrishnan 등의 논문에서 개시한 방식도 예컨대 윈도우 셀에 기준 샘플과 검사 샘플이 주입된 후 샘플 장착 장치를 회전시키면 기준 샘플과 검사 샘플이 섞이게 되는 문제점을 그대로 가진다는 단점이 있다.
1. J. Balakrishnan et.al, "Fixed Dual-Thickness Terahertz Liquid Spectroscopy Using a Spinning Sample Technique", Volume 1, Number 2, IEEE Photonics Journal, 2009.
본 발명의 목적은 샘플이 액체인 경우에도 샘플의 분포 변화를 방지하고 기준 샘플과 검사 샘플이 혼합되는 것을 방지하여, 분광 측정 시 광학 파라미터를 보다 정확하게 검출할 수 있고 분석 결과의 정확성을 담보할 수 있어서 샘플이 액체인 경우에도 분석이 가능한 것인 액체 샘플 장착 장치, 액체 분광기 및 이를 이용한 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 또한 샘플이 냉각된 상태로 유지되므로 특히 차동 검출 방식에서 차동 검출을 위해서 샘플을 회전시킨 상태에서도 보다 정확한 광학 파라미터를 검출할 수 있는 액체 샘플 장착 장치, 액체 분광기 및 이를 이용한 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 액체를 수납하는 윈도우 셀; 상기 윈도우 셀의 적어도 일부를 고정 및 지지하는 윈도우 셀 장착부; 상기 윈도우 셀의 내부에 충진된 샘플을 냉각하는 냉각부; 상기 윈도우 셀 장착부를 회전시키는 회전부; 상기 윈도우 셀의 상반부에 구비되는 제1 액체 주입부; 및 상기 윈도우 셀의 하반부에 구비되는 제2 액체 주입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 상기 냉각부는 열전 소자; 상기 열전 소자의 일면(一面), 상기 윈도우 셀 및 상기 윈도우 셀 장착부에 의해 고정 및 지지되며 상기 열전 소자로부터의 냉기를 상기 윈도우 셀에 전달하는 열 전도체; 및 상기 열전 소자의 타면(他面)에 고정 및 지지되며 상기 열전 소자로부터의 열기를 방출하는 열 방출체;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 상기 냉각부는, 복수의 열전 소자; 상기 복수의 열전 소자의 일면, 상기 윈도우 셀 및 상기 윈도우 셀 장착부에 의해 고정 및 지지되며 상기 복수의 열전 소자 각각으로부터의 냉기를 상기 윈도우 셀에 전달하는 열 전도체; 및 상기 복수의 열전 소자의 타면(他面)에 각각 고정 및 지지되며 상기 복수의 열전 소자 각각으로부터의 열기를 방출하는 복수의 열 방출체;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 상기 복수의 열전 소자는, 상기 윈도우 셀의 회전축을 중심으로 서로 대칭이 되도록 상기 열 전도체 상에 배치될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 상기 복수의 열전 소자의 개수는 4개, 6개 및 8개 중 어느 하나일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 상기 윈도우 셀 장착부 및 상기 회전부를 연결하는 벨트;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 상기 윈도우 셀의 재질은 사파이어 또는 크리스탈 쿼츠(Crystal Quartz)일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 상기 윈도우 셀 장착부는, 상기 윈도우 셀의 주연(周緣)의 적어도 일부를 고정 및 지지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 적어도 상기 냉각부의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 윈도우 셀의 내부에 충진된 상기 샘플이 냉각된 상태에서 상기 회전부에 의해서 상기 윈도우 셀 장착부를 회전시키도록, 상기 냉각부 및 상기 회전부 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 윈도우 셀의 상부 또는 하부를 국부적으로 냉각하도록 상기 냉각부를 제어할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 상기 냉각부는, 복수의 열전 소자; 상기 복수의 열전 소자의 일면, 상기 윈도우 셀 및 상기 윈도우 셀 장착부에 의해 고정 및 지지되며 상기 복수의 열전 소자 각각으로부터의 냉기를 상기 윈도우 셀에 전달하는 열 전도체; 및 상기 복수의 열전 소자의 타면에 각각 고정 및 지지되며 상기 복수의 열전 소자 각각으로부터의 열기를 방출하는 복수의 열 방출체;를 포함하는 것이고, 상기 제어부는 상기 복수의 열전 소자 중 상기 윈도우 셀의 상부에 배치되는 열전 소자 또는 하부에 배치되는 열전 소자 각각이 선택적으로 동작하도록 상기 복수의 열전 소자를 제어할 수 있다.
삭제
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 상기 제1 액체 주입부 및 상기 제2 액체 주입부는 상기 윈도우 셀의 무게 중심에 대해서 서로 대칭이 되는 위치에 배치될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 있어서, 전술한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치; 및 상기 액체 샘플 장착 장치에 빔을 조사하여 상기 액체 샘플 장착 장치에 수납된 액체 샘플의 광학 파라미터를 검출하는 빔 조사 및 파라미터 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분광기를 제공한다.
본 발명에 따른 액체 분광기에 있어서, 상기 빔은 X-선 빔, 테라헤르츠 빔, 자외선 빔 및 적외선 빔 중 어느 하나일 수 있다.
또한 본 발명은 전술한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치를 이용하여 액체 샘플의 광학 파라미터를 검출하는 방법으로서, (a) 상기 액체 샘플 장착 장치의 윈도우 셀의 하반부에 제1 액체를 주입하는 단계; (b) 상기 액체 샘플 장착 장치의 냉각부에 의해서 상기 제1 액체를 냉각하는 단계; (c) 상기 윈도우 셀의 상반부에 제2 액체를 주입하는 단계; (d) 상기 냉각부에 의해서 상기 제2 액체를 냉각하는 단계; 및 (e) 상기 윈도우 셀을 회전시킨 상태에서 상기 윈도우 셀에 빔을 조사하여 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체 중 구하고자 하는 액체의 광학 파라미터를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법에 있어서, 상기 단계 (e)는 상기 윈도우 셀의 내부에 충진된 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체를 상기 냉각부에 의해서 냉각시키는 단계;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법에 있어서, 상기 빔은 X-선 빔, 테라헤르츠 빔, 자외선 빔 및 적외선 빔 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따르면 샘플이 액체인 경우에도 샘플의 분포 변화를 방지하고 기준 샘플과 검사 샘플이 혼합되는 것을 방지하여, 분광 측정 시 광학 파라미터를 보다 정확하게 검출할 수 있고 분석 결과의 정확성을 담보할 수 있어서 샘플이 액체인 경우에도 분석이 가능한 것인 액체 샘플 장착 장치, 액체 분광기 및 이를 이용한 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법을 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면 샘플이 냉각된 상태로 유지되므로 특히 차동 검출 방식에서 차동 검출을 위해서 샘플을 회전시킨 상태에서도 보다 정확한 광학 파라미터를 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치의 예시적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치의 단면 확대도.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 액체를 주입하고 냉각하는 과정을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 액체 분광기의 예시적인 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법의 예시적인 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치의 단면 확대도.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 액체를 주입하고 냉각하는 과정을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 액체 분광기의 예시적인 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법의 예시적인 흐름도.
이하, 본 발명의 액체 샘플 장착 장치, 액체 분광기 및 이를 이용한 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법의 실시예를 첨부한 도면을 참조로 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치의 예시적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치(100)는 윈도우 셀(window cell)(110), 윈도우 셀 장착부(130), 냉각부(140) 및 회전부(160)를 포함한다. 또한 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치(100)는 벨트(170)를 더 포함할 수 있다. 또한 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치(100)는 제어부(180)를 더 포함할 수 있다.
윈도우 셀(110)은 액체를 수납한다. 윈도우 셀(110)의 재질은 사파이어 또는 크리스탈 쿼츠(Crystal Quartz)일 수 있다. 하지만 윈도우 셀(110)의 재질은 예컨대 테라헤르츠 빔 등의 빔이 투과할 수 있는 다른 재질도 가능하다.
윈도우 셀 장착부(130)는 윈도우 셀(110)의 적어도 일부를 고정 및 지지한다.
윈도우 셀 장착부(130)의 재질은 예컨대 금속 또는 플라스틱 수지이나 윈도우 셀(110)의 적어도 일부를 고정 및 지지할 수 있는 다른 재질도 가능하다. 윈도우 셀 장착부(130)는 윈도우 셀(110)의 주연(周緣)의 적어도 일부를 고정 및 지지하는 것이 바람직하다.
냉각부(140)는 윈도우 셀(110)의 내부에 충진된 샘플을 냉각한다. 냉각부(140)는 윈도우 셀(110)을 냉각 가능한 구성이면 충분하며, 예컨대 도 1을 참조하면 4개의 열전 소자를 이용하여 구현될 수 있다. 또한 도 1을 참조하면, 냉각부(140)는 총 4개의 열전 소자(140a, 140b, 140c, 140d)를 이용하여 구현되는 것으로 도시되나 냉각부(140)의 구성이나 열전 소자의 개수는 이에 한정되지 않는다.
회전부(160)는 윈도우 셀 장착부(130)를 회전시킨다다. 회전부(160)는 예컨대 모터 등을 이용하여 회전되며, 윈도우 셀 장착부(130)를 회전시킴으로써 윈도우 셀 장착부(110)에 고정된 윈도우 셀(110)을 회전시키도록 구성된다. 또한 윈도우 셀(110)에 냉각부(140)가 장착되는 경우, 회전부(160)는 바람직하게는 냉각부(140) 역시 회전시키도록 구성된다.
회전부(160)는 예컨대 모터 축을 윈도우 셀 장착부(130)와 직접 연결하여 윈도우 셀 장착부(130)를 직접 회전시키도록 구성할 수도 있다.
그러나 바람직하게는 회전부(160)는 예컨대 도 1에 도시되듯이 윈도우 셀 장착부(130) 및 회전부(160)를 연결하는 벨트(170)를 통하여 간접적으로 윈도우 셀 장착부(130)를 회전시킨다.
이를 위해서 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치(100)는 벨트(170)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치의 단면 확대도로서 도 1의 A-A 선을 기준으로 절단하여 도시하는 도면이다. 도 1 및 도 2에서 설명을 위해서 각 구성 요소의 축적은 확대 또는 축소될 수 있다.
도 2를 참조하면, 냉각부(도 1의 140)는 열전 소자(도 1의 140a 내지 140d)를 이용하여 구성된다.
예컨대 열전 소자(140a)를 기준으로 설명하면, 냉각부(140)는 열전 소자(140a)와, 열전 소자(140a)의 일면(一面), 윈도우 셀(110) 및 윈도우 셀 장착부(130a)에 의해 고정 및 지지되며 열전 소자(140a)로부터의 냉기를 윈도우 셀(110)에 전달하는 열 전도체(147a)와, 열전 소자(140a)의 타면(他面)에 고정 및 지지되며 열전 소자(140a)로부터의 열기를 방출하는 열 방출체(143a)로 구성된다.
열전 소자(140)는 공지되듯이 펠티어 효과를 이용하여 냉각 또는 발열이 가능한 소자이다.
열 전도체(147a) 및 열 방출체(143a)는 예컨대 구리 등의 열 전도체로 구성될 수 있다.
마찬가지로 열전 소자(140b)를 기준으로 설명하면, 냉각부(140)는 열전 소자(140b)와, 열전 소자(140b)의 일면, 윈도우 셀(110) 및 윈도우 셀 장착부(130b)에 의해 고정 및 지지되며 열전 소자(140b)로부터의 냉기를 윈도우 셀(110)에 전달하는 열 전도체(147b)와, 열전 소자(140b)의 타면(他面)에 고정 및 지지되며 열전 소자(140b)로부터의 열기를 방출하는 열 방출체(143b)로 구성된다.
한편 바람직하게는 열 전도체(147a)와 열 전도체(147b)는 서로 일체화될 수 있다. 즉 하나의 전도체를 이용하여 열전 소자(140a)와 열전 소자(140b)로부터의 냉기를 윈도우 셀(110)에 전달하는 것이 바람직하다.
즉 비록 복수 개의 열전 소자를 사용하더라도, 윈도우 셀(110)의 주연을 덮도록 배치한 하나의 전도체를 이용하여 복수 개의 열전 소자로부터의 냉기를 윈도우 셀(110)에 전달하도록 구성하는 것이 바람직하다.
그러나 이 경우에도, 열 방출체는 각각의 열전 소자에 대응하여 별도로 구성하는 것이 바람직하다.
비록 도 1 및 도 2를 참조하면 냉각부(도 1의 140)는 4개의 열전 소자(도 1의 140a 내지 140d)를 이용하여 구성되는 것으로 도시되나, 열전 소자의 개수는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 4개 또는 6개 또는 8개의 열전 소자를 이용하여 냉각부(도 1의 140)가 구성될 수 있다. 또는 3개, 5개, 7개 등 홀수 개의 열전 소자를 이용하여 냉각부(도 1의 140)가 구성될 수도 있다. 따라서 냉각부(140)를 구성하는 열전 소자의 개수는 전술한 설명에 한정되지 않는다. 또한 열전 소자가 아니라 다른 방식을 이용하여 냉각을 수행하도록 냉각부(140)가 구성될 수도 있음은 물론이다.
다만 복수 개의 열전 소자를 이용하여 냉각부(140)가 구성되는 경우에는, 각각의 열전 소자는 윈도우 셀(110)의 회전축을 중심으로 서로 대칭이 되도록 열 전도체 상에 배치되는 것이 바람직하다.
이러한 방식으로 복수 개의 열전 소자를 배치하면, 회전부(160)에 의해서 윈도우 셀(110)[그리고 윈도우 셀 장착부(130), 냉각부(140)]이 회전하는 경우에도, 회전에 의한 영향을 균등하게 받기 때문에 소음이나 진동을 최소화할 수 있다. 특히 테라헤르츠 빔 등의 빔을 조사하는 경우, 액체 샘플의 광학 파라미터의 측정에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치(100)는 윈도우 셀의 상반부에 구비되는 제1 액체 주입부(115a)와, 상기 윈도우 셀의 하반부에 구비되는 제2 액체 주입부(115b)를 더 포함할 수 있다.
예컨대 실험자는 제1 액체 주입부(115a) 및 제2 액체 주입부(115b)를 통하여 윈도우 셀(110)에 예컨대 주사 등을 이용하여 액체 샘플 또는 기준 액체를 주입할 수 있다. 제1 액체 주입부(115a) 및 제2 액체 주입부(115b)는 액체를 주입하는 경우 액체가 누출되지 않도록 예컨대 탄성을 가진 재질을 이용하여 구성되는 것이 바람직하다.
제1 액체 주입부(115a) 및 제2 액체 주입부(115b)는 윈도우 셀(110)의 무게 중심에 대해서 대칭이 되는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
예컨대 대칭이 되지 않는 위치에 배치되는 경우, 윈도우 셀(110)의 회전시 제1 액체 주입부(115a) 및 제2 액체 주입부(115b) 각각에 따른 영향이 다르게 발생한다. 따라서 액체 샘플의 광학 파라미터의 측정에 악영향을 미친다.
이러한 악영향을 방지하기 위해서, 제1 액체 주입부(115a) 및 제2 액체 주입부(115b)는 윈도우 셀(110)의 무게 중심에 대해서 대칭이 되는 위치에 각각 배치되는 것이 바람직하다. 배치 위치는 예컨대 도 2에 도시되듯이 윈도우 셀(110)의 측면 부분일 수도 있으나, 대칭이 되는 위치라면 다른 위치라도 무관하다.
또한 제1 액체 주입부(115a) 및 제2 액체 주입부(115b)를 별도로 구비하는 것은 2종류의 액체를 사용하는 경우 서로에 의한 영향을 방지하기 위해서이다.
예컨대 윈도우 셀(110)의 상부에만 액체 주입부가 구비되고 이를 통하여 2종류의 액체를 순차적으로 주입한다면, 먼저 주입되는 제1 액체가 윈도우 셀(110)의 상반부에도 일부 잔존하게 되며, 이후 주입되는 제2 액체와 잔존한 제1 액체가 혼합되어 광학 파라미터에 악영향을 미치게 된다.
따라서 제1 액체 주입부(115a) 및 제2 액체 주입부(115b)를 별도로 구비하고 각각을 통하여 윈도우 셀(110)의 상반부와 하반부에 별도로 액체를 주입하는 것이 바람직하다.
다시 도 2를 참조하면, 윈도우 셀 장착부(130a, 130b)는 예컨대 각 열전 소자(140a, 140b)에 대해서 별도로 구비될 수 있다. 즉 윈도우 셀 장착부(130a) 및 윈도우 셀 장착부(130b)가 윈도우 셀(110)의 주연의 일부에 각각 배치될 수 있다. 이 경우, 윈도우 셀 장착부(130a) 및 윈도우 셀 장착부(130b)는 윈도우 셀(110)의 무게 중심에 대해서 대칭이 되는 위치에 각각 배치되는 것이 바람직하다. 그러나 특히 윈도우 셀(110)의 주연의 전부에 일체형으로 된 윈도우 셀 장착부(도 1의 130)가 장착되는 것이 더 바람직할 수도 있다.
한편 다시 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치(100)는 제어부(180)를 더 포함할 수 있다.
제어부(180)는 적어도 냉각부(140)의 동작을 제어한다. 특히 제어부(180)는 윈도우 셀(110)의 내부에 충진된 샘플이 냉각된 상태에서 회전부(160)에 의해서 윈도우 셀 장착부(130)를 회전시키도록, 냉각부(140) 및 회전부(160) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
제어부(180)는 예컨대 도 1에 도시되듯이 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치(100)에 스위치 형태로 부착될 수 있으며, 또는 별도의 배선을 통하여 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치(100)와 연결되도록 구성될 수도 있다. 제어부(180)는 또한 전술하듯이 회전부(160)의 동작을 제어하도록 구성될 수도 있다.
제어부(180)는 또한 윈도우 셀(110)의 상부 또는 하부를 국부적으로 냉각하도록 냉각부(140)를 제어할 수 도 있다.
예컨대 전술하듯이 복수 개의 열전 소자를 이용하여 냉각부(140)가 구성되는 경우, 제어부(180)는 윈도우 셀(110)의 상부에 배치된 열전 소자와 윈도우 셀(110)의 하부에 배치된 열전 소자를 각각 개별적으로 제어할 수 있다.
따라서 윈도우 셀(110)의 하반부에 액체가 주입된 경우에는, 제어부(180)는 윈도우 셀(110)의 하부에 배치된 열전 소자만이 동작하도록 열전 소자들을 제어할 수 있다.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치에 액체를 주입하고 냉각하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시되듯이, 우선 제2 액체 주입부(115b)를 통하여 예컨대 주사 등을 이용하여 제2 액체를 주입한다. 제2 액체는 기준 샘플 또는 검사 샘플 중 어느 하나의 액체이다. 바람직하게는 윈도우 셀(110)의 절반에 해당하는 위치까지 제2 액체를 주입한다.
이후 제어부(180)는 윈도우 셀(110)의 하부에 배치된 열전 소자, 예컨대 도 3에서는 열전 소자(140b)를 동작하도록 제어하여, 제2 액체를 냉각한다.
제2 액체가 냉각되면, 도 4에 도시되듯이, 제1 액체 주입부(115a)를 통하여 예컨대 주사 등을 이용하여 제1 액체를 주입한다. 제1 액체는 기준 샘플 또는 검사 샘플 중 제2 액체가 아닌 다른 액체이다. 바람직하게는 윈도우 셀(110)의 제2 액체가 주입되고 남은 부분 전체에 제1 액체를 주입한다.
이후 제어부(180)는 윈도우 셀(110)의 하부에 배치된 열전 소자, 예컨대 도 3에서는 열전 소자(140a)를 동작하도록 제어하여, 제1 액체를 냉각한다.
이후 제어부(180)는 제1 액체 및 제2 액체가 냉각된 상태를 유지하면서, 즉 열전 소자(140a 및 140b)가 동작되도록 제어하면서, 회전부(160)를 회전시킨다.
이러한 상태에서 빔을 조사하면서 샘플의 분석을 수행한다.
이상에서 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치(100)는 특히 샘플이 액체인 경우에도 샘플 자체를 냉각시켜서 샘플을 변형하거나 변성시키지 않은 상태에서 분석이 가능하다는 장점을 가진다.
특히 차동 검출 방식에서 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치의 적용이 가능하다. 특히 샘플이 냉각된 상태에서 차동 검출을 위해서 샘플을 회전시키므로 보다 정확한 광학 파라미터를 검출할 수 있다.
또한 샘플 자체를 냉각하여 측정할 수 있으므로, 종래 샘플이 액체인 경우에 회전에 의한 샘플의 밀도 변화에 따라서 발생하는 오차를 최소화할 수 있으며, 기준 샘플과 검사 샘플이 혼합되는 것을 방지할 수도 있다. 따라서 기존에 주로 고체에만 적용되는 것이 아니라 액체 등 다양한 샘플에 적용될 수 있다.
또한 특히 냉각을 통하여 전자기파에 대한 물의 반응성을 최소화하므로 물질의 고유 특성을 검출하는 데 적용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치는 테라헤르츠 빔 뿐만 아니라, 예컨대 적외선 빔, 레이저 빔, X-선 빔, 자외선 빔 등 다양한 형태의 분광학에서 액체를 분석하는 경우에 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 액체 분광기의 예시적인 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 액체 분광기는 액체 샘플 장착 장치(100) 및 빔 조사 및 파라미터 검출부(200)를 포함한다.
액체 샘플 장착 장치(100)는 전술한 도 1 내지 도 4를 참조로 설명한 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치이다.
빔 조사 및 파라미터 검출부(200)는 액체 샘플 장착 장치(100)에 빔을 조사하여 액체 샘플 장착 장치(100)에 수납된 액체 샘플의 광학 파라미터를 검출한다.
빔 조사 및 파라미터 검출부(200)는 예컨대 빔 조사 및 파라미터 검출부(200)는 J. Balakrishnan 등의 논문(선행기술문헌의 비특허문헌 1) 등의 구성과 유사하며 기존의 분광기의 구성과 차이가 없으므로 상세한 설명을 생략한다. 다만, 빔 조사 및 파라미터 검출부(200)는 X-선 빔, 테라헤르츠 빔, 자외선 빔 및 적외선 빔 중 어느 하나의 빔을 사용하는 것으로 구성할 수 있다는 점에서 J. Balakrishnan 등의 논문(선행기술문헌의 비특허문헌 1) 등의 구성과는 차이가 있을 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 우선 본 발명에 따른 액체 샘플 장착 장치(도 1의 100)의 윈도우 셀(도 1의 110)의 하반부에 제1 액체를 주입한다(S110). 제1 액체는 예컨대 기준 샘플 또는 검사 샘플 중 어느 하나의 액체이다. 예컨대 제2 액체 주입부(도 2의 115b)를 통하여 윈도우 셀(도 1의 110)의 하반부에 제1 액체를 주입한다.
다음으로, 냉각부(도 1의 140)에 의해서 제1 액체를 냉각한다(S130).
다음으로, 액체 샘플 장착 장치(100)의 윈도우 셀(110)의 상반부에 제2 액체를 주입한다(S50). 제2 액체는 예컨대 기준 샘플 또는 검사 샘플 중 제1 액체가 아닌 다른 액체이다. 예컨대 제1 액체 주입부(도 2의 115a)를 통하여 윈도우 셀(도 1의 110)의 상반부에 제2 액체를 주입한다.
다음으로, 냉각부(140)에 의해서 제2 액체를 냉각한다(S170).
다음으로, 윈도우 셀(110)을 회전시킨 상태에서 윈도우 셀(110)에 빔을 조사하여 제1 액체 및 제2 액체 중 구하고자 하는 액체의 광학 파라미터를 검출한다(S190). 이 경우, 윈도우 셀(110)의 내부에 충진된 제1 액체 및 제2 액체를 냉각부(140)에 의해서 냉각시킨 상태에서, 윈도우 셀(110)을 회전시키고 윈도우 셀(110)에 빔을 조사하여 광학 파라미터를 검출하는 것이 바람직하다.
또한 광학 파라미터를 검출하는 것에 사용되는 빔은 X-선 빔, 테라헤르츠 빔, 자외선 빔 및 적외선 빔 중 어느 하나일 수 있다.
비록 본 발명의 구성이 구체적으로 설명되었지만 이는 단지 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.
따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따르면 샘플이 액체인 경우에도 샘플의 분포 변화를 방지하고 기준 샘플과 검사 샘플이 혼합되는 것을 방지하여, 분광 측정 시 광학 파라미터를 보다 정확하게 검출할 수 있고 분석 결과의 정확성을 담보할 수 있어서 샘플이 액체인 경우에도 분석이 가능한 것인 액체 샘플 장착 장치, 액체 분광기 및 이를 이용한 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법을 제공할 수 있다.
특히 테라헤르츠 빔, 적외선 빔, 자외선 빔, 레이저 빔, X-선 빔 등을 이용하여 샘플이 액체인 경우에도 샘플의 성질에 대해서 분석이 가능하다는 장점을 가진다.
본 발명에 따르면 샘플이 냉각된 상태로 유지되므로 특히 차동 검출 방식에서 차동 검출을 위해서 샘플을 회전시킨 상태에서도 보다 정확한 광학 파라미터를 검출할 수 있다.
100: 액체 샘플 장착 장치 110: 윈도우 셀
115a: 제1 액체 주입부 115b: 제2 액체 주입부
130: 윈도우 셀 장착부 140: 냉각부
140a, 140b, 140c, 140d: 열전 소자
143a, 143b: 열 방출체 147a, 147b: 열 전도체
160: 회전부 170: 벨트
180: 제어부 200: 빔 조사 및 파라미터 검출부
115a: 제1 액체 주입부 115b: 제2 액체 주입부
130: 윈도우 셀 장착부 140: 냉각부
140a, 140b, 140c, 140d: 열전 소자
143a, 143b: 열 방출체 147a, 147b: 열 전도체
160: 회전부 170: 벨트
180: 제어부 200: 빔 조사 및 파라미터 검출부
Claims (19)
- 액체를 수납하는 윈도우 셀;
상기 윈도우 셀의 적어도 일부를 고정 및 지지하는 윈도우 셀 장착부;
상기 윈도우 셀의 내부에 충진된 샘플을 냉각하는 냉각부;
상기 윈도우 셀 장착부를 회전시키는 회전부;
상기 윈도우 셀의 상반부에 구비되는 제1 액체 주입부; 및
상기 윈도우 셀의 하반부에 구비되는 제2 액체 주입부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제1항에 있어서,
상기 냉각부는
열전 소자;
상기 열전 소자의 일면(一面), 상기 윈도우 셀 및 상기 윈도우 셀 장착부에 의해 고정 및 지지되며 상기 열전 소자로부터의 냉기를 상기 윈도우 셀에 전달하는 열 전도체; 및
상기 열전 소자의 타면(他面)에 고정 및 지지되며 상기 열전 소자로부터의 열기를 방출하는 열 방출체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제1항에 있어서,
상기 냉각부는,
복수의 열전 소자;
상기 복수의 열전 소자의 일면, 상기 윈도우 셀 및 상기 윈도우 셀 장착부에 의해 고정 및 지지되며 상기 복수의 열전 소자 각각으로부터의 냉기를 상기 윈도우 셀에 전달하는 열 전도체; 및
상기 복수의 열전 소자의 타면(他面)에 각각 고정 및 지지되며 상기 복수의 열전 소자 각각으로부터의 열기를 방출하는 복수의 열 방출체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제3항에 있어서,
상기 복수의 열전 소자는,
상기 윈도우 셀의 회전축을 중심으로 서로 대칭이 되도록 상기 열 전도체 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제3항에 있어서,
상기 복수의 열전 소자의 개수는 4개, 6개 및 8개 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제1항에 있어서,
상기 윈도우 셀 장착부 및 상기 회전부를 연결하는 벨트;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제1항에 있어서,
상기 윈도우 셀의 재질은 사파이어 또는 크리스탈 쿼츠(Crystal Quartz)인 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제1항에 있어서,
상기 윈도우 셀 장착부는,
상기 윈도우 셀의 주연(周緣)의 적어도 일부를 고정 및 지지하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제1항에 있어서,
적어도 상기 냉각부의 동작을 제어하는 제어부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 윈도우 셀의 내부에 충진된 상기 샘플이 냉각된 상태에서 상기 회전부에 의해서 상기 윈도우 셀 장착부를 회전시키도록, 상기 냉각부 및 상기 회전부 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 윈도우 셀의 상부 또는 하부를 국부적으로 냉각하도록 상기 냉각부를 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제11항에 있어서,
상기 냉각부는,
복수의 열전 소자;
상기 복수의 열전 소자의 일면, 상기 윈도우 셀 및 상기 윈도우 셀 장착부에 의해 고정 및 지지되며 상기 복수의 열전 소자 각각으로부터의 냉기를 상기 윈도우 셀에 전달하는 열 전도체; 및
상기 복수의 열전 소자의 타면에 각각 고정 및 지지되며 상기 복수의 열전 소자 각각으로부터의 열기를 방출하는 복수의 열 방출체;
를 포함하는 것이고,
상기 제어부는 상기 복수의 열전 소자 중 상기 윈도우 셀의 상부에 배치되는 열전 소자 또는 하부에 배치되는 열전 소자 각각이 선택적으로 동작하도록 상기 복수의 열전 소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 액체 주입부 및 상기 제2 액체 주입부는 상기 윈도우 셀의 무게 중심에 대해서 서로 대칭이 되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 액체 샘플 장착 장치. - 제1항 내지 제12항, 제14항 중 어느 한 항에 따른 액체 샘플 장착 장치; 및
상기 액체 샘플 장착 장치에 빔을 조사하여 상기 액체 샘플 장착 장치에 수납된 액체 샘플의 광학 파라미터를 검출하는 빔 조사 및 파라미터 검출부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분광기. - 제15항에 있어서,
상기 빔은 X-선 빔, 테라헤르츠 빔, 자외선 빔 및 적외선 빔 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액체 분광기. - 제1항 내지 제12항, 제14항 중 어느 한 항에 따른 액체 샘플 장착 장치를 이용하여 액체 샘플의 광학 파라미터를 검출하는 방법으로서,
(a) 상기 액체 샘플 장착 장치의 윈도우 셀의 하반부에 제1 액체를 주입하는 단계;
(b) 상기 액체 샘플 장착 장치의 냉각부에 의해서 상기 제1 액체를 냉각하는 단계;
(c) 상기 윈도우 셀의 상반부에 제2 액체를 주입하는 단계;
(d) 상기 냉각부에 의해서 상기 제2 액체를 냉각하는 단계; 및
(e) 상기 윈도우 셀을 회전시킨 상태에서 상기 윈도우 셀에 빔을 조사하여 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체 중 구하고자 하는 액체의 광학 파라미터를 검출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법. - 제17항에 있어서,
상기 단계 (e)는 상기 윈도우 셀의 내부에 충진된 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체를 상기 냉각부에 의해서 냉각시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법. - 제17항에 있어서,
상기 빔은 X-선 빔, 테라헤르츠 빔, 자외선 빔 및 적외선 빔 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140061416A KR101504959B1 (ko) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | 액체 샘플 장착 장치, 액체 분광기 및 이를 이용한 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR101504959B1 true KR101504959B1 (ko) | 2015-03-23 |
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| KR1020140061416A KR101504959B1 (ko) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | 액체 샘플 장착 장치, 액체 분광기 및 이를 이용한 액체 샘플의 광학 파라미터 검출 방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101504959B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101923505B1 (ko) * | 2017-04-12 | 2018-11-29 | 포항공과대학교 산학협력단 | 저온분광실험장치 |
| KR102199849B1 (ko) | 2019-11-29 | 2021-01-07 | 서울시립대학교 산학협력단 | 미세 조절이 가능한 시료 홀더 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5045703A (en) | 1988-03-30 | 1991-09-03 | Nicolet Instrument Corporation | Cold trapping apparatus for infrared transmission analysis including a method and substrate therefor |
| KR20000001084U (ko) * | 1998-06-19 | 2000-01-15 | 윤경주, 김재석 | 열전소자가 부착된 원심분리기 |
| US20060238763A1 (en) * | 2004-11-12 | 2006-10-26 | Sarvazyan Armen P | An improved apparatus and method for measuring temperature dependent properties of liquid |
| JP2007064923A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学分析装置 |
-
2014
- 2014-05-22 KR KR1020140061416A patent/KR101504959B1/ko active IP Right Grant
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