KR101600368B1 - 시험지를 이용한 선택성 이온측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시료를 흡수하는 방식을 이용하여 시료의 특성과 외부조건에 제약을 받지 않으며 개별적 팁으로 일회성, 간헐적 측정을 수행할 수 있어 측정몸체의 관리가 용이한 시험지를 이용한 선택성 이온측정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정신호를 연산/분석하여 수치로 표시하는 몸체부, 상기 몸체부의 일측에 형성되는 +극, -극이 형성된 삽입홈, 상기 삽입홈에 삽입되며 +극, -극에 대응하는 제1,2극이 형성된 측정팁을 형성하고,상기 측정팁을 삽입홈에 삽입하여 +극과 -극에 각각 제1,2극이 접촉되도록 한 상태에서 측정팁에 시료를 흡수시켜 +극과 제1전극, -극과 제2전극을 통해 전도도 방식으로 측정이 이루어지도록 구성하여; 낱개의 측정팁을 이용하여 시료의 액체만을 흡수시켜 측정할 수 있어 시료에 함유된 부유물질, 이물질, 고형물, 온도 등에 영향을 받지 않도록 하여 정확한 측정값을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

시험지를 이용한 선택성 이온측정기{Selective Ion Meter For Test Strip}

본 발명은 선택성 이온측정기에 관한 것으로, 측정팁으로 시료를 흡수한 후 전도도 측정 방식을 이용하여 부유물질이나 이물질 등의 측정 조건에 제약을 받지 않으며 측정팁의 교환할 수 있는 시험지를 이용한 선택성 이온측정기에 관한 것이다.

일반적으로, 센서(Sensor)는 검출소자라고도 하며 물리ㆍ화학량의 변화를 감지하는 장치를 일컫는 말로, 현재 개발되어진 센서를 분류하면 물리량을 계측하는 물리 센서와 화학물질 측정을 대상으로 하는 화학 센서로 분류할 수 있다.

이러한, 센서 기술을 응용하여 미지 시료에 포함된 다양한 화학 물질의 종류 및 구조를 밝히고 그 물질들의 양을 정량적으로 측정하기 위하여 여러 가지 분석 방법들이 개발되어 왔으며, 최근 들어 분석하고자 하는 특정 화학 물질에 대한 선택성이 우수하고 극미량의 시료도 정확하게 분석할 수 있는 방법들이 개발되고 있다.

특히, 공정의 자동화, 품질 관리, 의학적 분석, 환경 시료의 분석 등을 위해 정확하면서도 짧은 시간 안에 시료를 분석해야 할 필요성이 증가함에 따라, 화학 물질을 간편하게 분석하는 방법 및 장치의 개발에 대한 관심이 증가하고 있다.

그리고, 자연계에 존재하는 대부분의 물질들은 중성을 띠고 있으나, 원자나 분자가 전자를 과다하게 보유하거나 잃어서 물이나 그밖에 다른 용매에 둘러싸여 양전기나 음전기를 띤 이온(Ion)의 형태로도 상당량 존재하게 된다.

이러한, 이온(Ion)을 측정하는 방법으로 가장 널리 쓰이는 방법은 이온크로마토그래피법(Ion chromatography),원자흡광(Atomic AbsorptIon) 또는 발광법(Atomic emissIon), 이온선택성 전극을 이용한 전위차법(Potentiometry), 전도도를 이용한 전도도법(Conductometry) 등이 있다.

이 중, 이온크로마토그래피법이나 분광학적 방법을 이용한 기기는 고가이며 반드시 채취한 시료를 전처리 과정을 거친 후 사용해야 하는 단점이 있는 반면, 전기화학적 방법인 전위차법이나 전도도법의 경우 작동원리 및 사용방법이 간단하며, 감응 시간이 수초 이내로 짧을 뿐만 아니라 대량 분석이 용이하고, 분광학적 분석 방법과는 달리 시료의 탁도 등에 영향을 받지 않기 때문에 시료의 전처리 단계가 필요 없으며 분석 장치의 제조가 비교적 간단하여 기기 가격이 다른 분석 장비에 비해 저렴하다는 장점이 있다.

한편, 일반적으로 시료를 채취한 후 분석 기기가 있는 장소까지 운반해야 하는데, 이러한 이동 과정 중에 시료가 오염되거나 측정 시간이 지연됨에 따라 시료가 변질되는 문제점이 발생한다.

이러한, 문제를 해결하기 위해서는 현장 측정이 바로 이루어져야 하는데, 분석 기기의 높은 가격 및 휴대할 수 없을 정도의 큰 부피가 현장에서의 직접 분석에 장애물이 되고 있다.

즉, 현장 측정이 가능한 분석기기를 보편화하기 위해서는 분석 기기의 소형화 및 가격의 저렴화가 이루어져야 한다.

전기화학적 방법에 의한 분석 장치 중, 특히 전도도 측정 장치의 경우에는 소형화가 가능하고 대량 생산이 용이하므로 가격의 저렴화까지 가져올 수 있다는 장점이 있다. 또한 전극의 소형화가 가능하기 때문에 미량의 시료에 대해서도 분석이 가능하다.

따라서, 전기화학적 방법, 특히 전도도법에 의한 전도도 측정 장치는 기기의 소형화 및 가격의 저렴화가 가능하여 상기에서 언급된 바와 같은 현장 측정에 적합하다.

이러한, 전도도법에 의한 분석 방법은 수질 분석에서 뿐만 아니라 식품 화학 및 공업 화학 분야에서의 공정 조절 및 환경 분석에 이르기까지 널리 응용되고 있다.

일상생활에서 가장 많이 거론되는 이온은 산성-알칼리성을 결정해주는 수소이온 (H+ )을 비롯하여 각종 알칼리이온(Na+, K+, Ca2+, Mg2+등), 중금속 이온(Pb2+, Cd2+, Cu2+등), 할로겐 이온(F-, Cl-, Br-, I-등), 이온 원자단(NH4+, NO3-, SO42-등) 등 측정 필요도가 높은 이온들이 많이 존재한다.

특히, Na+과 Cl-이온으로 구성된 염분의 경우 매일 섭취하는 음식물 속에 다량 함유되어 고혈압 환자나 만성신부전증환자와 같은 경우 음식물로 섭취하는 염분량을 조절해 주어야만 한다.

또한, 우리나라 사람의 1일 평균 염분 섭취량은 20mg정도로 서구인의 섭취량의 약 2배 이상으로 고혈압과 같은 질환의 발병빈도가 커지는 요인으로 작용한다.

따라서, 고혈압 환자뿐만 아니라 일반인에게도 음식물로 섭취하는 염분량을 조절하는 것은 건강을 유지하는데 매우 중요하다고 할 수 있다.

그러나, 종래의 상용화된 휴대용 염분 측정기의 경우 대부분 측정치가 부정확하며, 고가이고, 전량을 수입에 의존하고 있는 실정으로 국산화가 시급한 실정이다.

이러한, 문제를 해결하기 위한 대한민국 실용신안등록 제20-308415호가 제안되었다.

이와 같은, 종래 휴대용 염분측정기는 두 개의 전극을 시료에 넣고 전류를 통하게 하는 단계와, 금속 전도체에서와 같이 옴의 법칙으로 시료의 저항값을 구하는 단계와, 상기 저항값과 전류의 흐름으로 충전된 콘덴서 값을 이용해 주파수로 변환하는 단계와, 상기 주파수로 시료 내 염분 농도를 계산하는 단계를 거쳐 염분 농도를 측정한다.

그리고, 도 1a에 도시된 바와 같이 다른 기술로 제안된 종래 염도계는 등록번호 제10-0912714호로써 시료를 수용하는 수용공간의 바닥면에 설치홀이 형성된 수용부의 일측으로 연장되는 연결대로 형성된 측정부와; 측정부의 설치홀의 중앙으로부터 +전극이 삽입되고, +전극의 주변을 감싸는 제1절연체가 삽입되며, 제1절연체의 주변을 감싸는 -전극이 삽입되고, -전극의 주변을 감싸며 측정부에 접촉을 방지하는 제2절연체로 형성된 전극부로 이루어져서, 용도에 따른 사용과 측정이 동시에 이루어질 수 있도록 구성되며; 상기 전극부는 측정부의 설치홀에 삽입되어 수용공간의 표면에 대하여 융기나 함몰되지 않고 일치되도록 인서트 사출방식을 이용하여 성형되어 구성된다.

아울러, 도 1b에 도시된 바와 같이 다른 기술로 제안된 종래 휴대용 짠맛센서는 등록번호 제10-1047964호로써 전면에 누름부가 형성되고, 누름부의 일측에 관통구멍이 형성되며 배면에 클립고정부가 형성되고 클립고정부 일측에 배터리커버가 착탈되도록 구비되는 중공형몸체; 일단이 몸체의 클립고정부에 결합되며 타단이 의복이나 가방등에 끼워지는 클립; 몸체의 내부에 내장되고 누름부에 대향되도록 버튼이 형성되며 관통구멍에 대향되도록 디스플레이부가 연결된 회로기판; 배터리커버의 내측 몸체에 내장되고 회로기판에 연결되는 배터리; 일단이 회로기판의 단부에 대향되도록 몸체의 단부에 삽입되고, 타단에는 돌출부와 함몰부가 형성되어 있으며, 돌출부에는 회로기판에 연결되도록 짠맛측정센서구멍이 형성되어 있고, 함몰부에는 회로기판에 연결되도록 온도센서구멍이 형성되어 있는 셀블록; 셀블록의 짠맛측정센서 구멍에 삽입되고 일단이 회로기판에 연결되며 타단이 시료에 접촉되어서 짠맛을 측정하는 짠맛측정센서; 셀블록의 온도센서구멍에 삽입되고 일단이 회로기판에 연결되며 타단이 셀블록의 함몰부 외측으로 노출되어서 단부가 시료에 직접 접촉되는 온도센서; 셀블록의 반대측 몸체 단부에 설치되고 회로기판과 배터리에 연결되며 단부가 몸체의 단부 외측으로 돌출되어 있는 온/오프스위치; 온/오프스위치의 일측에 설치되어 있고, 회로기판에 연결되어 있는 발광램프; 온/오프스위치 측 몸체의 일단에 결합되거나 셀블록에 결합되고, 온/오프스위치 측 몸체의 일단에 결합되면 온/오프스위치를 눌러 작동시키며 몸체의 일단에서 분리되면 온/오프스위치를 해제시키도록 내부에 작동편이 형성된 몸체커버;로 구성된다.

아울러, 도 1c에 도시된 바와 같이 또 다른 기술로 제안된 종래의 염분측정기는 등록번호 제10-1030302호로써 외측면에 복수의 누름부가 형성되고, 상기 누름부의 일측에 길이방향을 따라 길게 형성된 관통구멍이 형성되며, 양단부에 각각 제1수나사부 및 제2수나사부가 각각 형성된 중공형 몸체; 상기 몸체의 내부에 내장되고 상기 누름부에 대향되도록 버튼들이 형성되며 상기 관통구멍에 대향되도록 디스플레이부가 형성된 회로기판; 상기 몸체의 제1수나사부에 체결되도록 암나사부가 형성되고 외측에 걸고리가 형성된 배터리캡; 상기 배터리캡에 내장되고 상기 회로기판에 연결되는 배터리; 일단이 상기 회로기판의 단부에 대향되도록 상기 몸체의 단부에 삽입되고, 일단 둘레에 상기 몸체의 대응 단부에 지지되도록 플랜지가 형성되어 있으며, 타단에 절개홈이 형성되어 있고, 내부 양측에 회로기판에 연결되도록 두 전극구멍들이 형성되어 있으며, 이 두 전극구멍들 사이에 일단은 절개홈에 연결되고 타단은 회로기판에 연결되도록 온도센서 구멍이 형성되어 있는 셀블록; 상기 셀블록의 두 전극구멍들에 삽입되고 일단이 상기 회로기판에 연결되며 타단이 상기 시료에 담겨져 염도를 측정하는 전극들; 상기 셀블록의 온도센서구멍에 삽입되고 일단이 상기 회로기판에 연결되며 타단이 상기 절개홈에 노출되어서 단부가 시료에 직접 접촉되는 온도센서; 상기 몸체의 제2수나사부에 체결되어서 상기 셀블록을 몸체에 결합시키는 조인트;구성된다.

더불어, 도 1d에 도시된 바와 같이 다른 기술로 제안된 종래의 전자식 염도계는 등록번호 제10-1105022호로써 측정대상물과 접촉되는 측정부에 위치하여 측정대상물에 전압을 인가하기 위한 한쌍의 센서핀; 온도를 감지하기 위한 온도센서; 측정대상물의 염도를 측정하기 위한 염도측정부; 측정대상물의 온도를 측정하기 위한 온도측정부; 측정된 온도를 측정대상물의 실제 온도로 보정하는 온도보정부; 제어신호에 따라 상기 온도보정부에 의해 보정된 온도와 상기 염도측정부의 측정값을 상온의 염도값으로 변환하는 상온 염도 변환부; 사용자의 조작을 입력받기 위한 버튼조작부; 온도와 상온 염도를 표시하기 위한 표시부; 염도값을 입력받아 상기 표시부에 온도와 상온 염도를 표시하도록 제어하는 제어부로 구성된다.

또한, 도 1e에 도시된 바와 같이 다른 기술로 제안된 종래의 조리용 염도계는 등록번호 제10-0368871호로써 염도센서와 온도센서에 측정전류를 공급한 후 귀환전류를 검출하고, 염도 측정모드에 따라 LCD 모듈에 수치염도 또는 관능염도와 온도를 표시하고, 모드변경과 관능염도의 염도 환산 조절 값을 변경하며, EEPROM과, 워킹 램과, A/D변환기와 I/O포트 등을 구비하는 마이콤과, 포트 A1을 통해 마이콤이 제공하는 측정전류를 공급받고 포트 d1에 귀환전류를 제공하는 염도센서와, 포트 A2을 통해 마이콤이 제공하는 측정전류를 공급받고 포트 d2에서 귀환전류를 제공하는 온도센서와, 전지를 전류원으로 하고 스위치신호가 발생했을 때 일정한 시간동안 마이콤에 직류 구동전류를 공급하는 전원장치와, 전원장치를 구동시키고 동시에 마이콤에 스위치 상태 값 s1을 제공하는 구동 스위치와, 스위치 상태값 s2로서 마이콤에 구동모드를 지시하기 위한 모드 스위치와, 마이콤이 참조하고 모드변수, 스위치 플레그 변수, 관능염도의 염도 환산 조절값 변수를 배열하여, 전지에서 분리되더라도 그 값을 보존하고, 마이콤이 이들의 값을 갱신할 수 있게 하는 EEPROM과, 마이콤이 데이터를 전송하여 구동모드를 표시하는 등 사용자와의 대화를 위한 정보를 표시하고, 또는 염도와 온도를 표시하기 위한 LCD모듈로서 구성한다.

그러나, 종래의 휴대용 염분측정기는 두 전극이 돌출되어 있어 시료를 측정할 때, 특히 음식물의 수용액에 함유된 건더기와 같은 이물질이 두 전극 사이에 위치되게 되어 전도력을 저하시켜 정확한 측정값이 산출되지 않을 뿐만 아니라 돌출된 면에 이물질이 삽입되거나 침착되어 세척이 어려운 문제점이 있었다.

또한, 종래의 휴대용 염분측정기는 길이와 크기가 작아 휴대는 간편하지만 시료의 깊이에 따라 제약을 받는 문제점이 있었다.

아울러, 종래의 휴대용 염분측정기는 측정봉이 상/하 케이스로 분할되어 결합되는 면을 시료의 침투를 방지하도록 열융착하여 제작하였으나, 높은 온도의 시료에 침적시켜 측정을 반복하다 보면 열융착 부분이 방수력이 저하되어 시료가 측정봉의 내부로 침투되어 고장의 원인이 되는 문제점이 있었다.

더불어, 종래의 휴대용 염분측정기는 끓는 상태의 시료를 측정할 경우 시료가 끓을 때 발생되는 기포에 의해 측정값이 변화되는 문제점이 있었다.

한편, 종래의 휴대용 염분측정기는 두 전극이 시료의 깊이 중 중앙부분에 침적시켜야 정확한 값을 산출 가능한 것으로, 측정 깊이를 일정하게 유지시키기가 어려운 문제점이 있었다.

이러한, 종래의 휴대용 염분측정기와 유사하나 두 전극을 감싸며 시료를 담았을 때 두 전극이 침수되도록 하여 염분을 측정 가능한 보조스푼이 결합된 것을 제안하였으나 상기와 같은 전도도의 감소, 방수력이 저하되는 문제점이 해결되지 않았다.

그리고, 종래의 휴대용 염분측정기는 음식물 수용액 내의 염분을 측정할 때 사용할 경우 조리를 위한 별도의 조리기구와 병행하여 염분농도를 측정해야함으로 측정 작업이 매우 번거로운 문제점이 있었다.

아울러, 기존의 염도계는 수저 모양의 구성품에 국물을 직접 담은 상태에서 측정하거나 또 다른 기존의 염분측정기는 측정부를 직접 국물에 침적시킨 상태에서 측정함으로써, 국물 요리가 끓는 점 온도가 높은 상태로 측정을 시행할 수밖에 없어 측정치가 낮게 나오는 오류 현상이 발생되는 문제가 있었다.

이로 인하여, 측정팁을 이용하여 시료의 액체만을 흡수시켜 측정할 수 있어 측정팁에서 시료의 액체만을 흡수함으로써 시료에 함유된 부유물질, 이물질, 고형물, 온도 등에 영향을 받지 않도록 개선된 이온측정기가 절실히 요구되는 실정이다.

1. 등록번호 제110-0912714호 (염분측정기) 2. 등록번호 제10-1047964호 (포켓용 짠맛센서) 3. 등록번호 제10-1030302호 (염도계 4. 등록번호 제10-1105022호 (전자식 염도계) 5. 등록번호 제10-0368871호 (조리용 염도계)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 낱개의 측정팁을 이용하여 시료의 액체만을 흡수시켜 측정할 수 있는 시험지를 이용한 선택성 이온측정기를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 측정팁에서 시료의 액체만을 흡수함으로써 시료에 함유된 부유물질, 이물질, 고형물, 온도 등에 영향을 받지 않도록 하는 데 있다.

더불어, 본 발명의 또 다른 목적은 시료의 특성에 영향을 받지않으며 측정팁을 이용한 측정이 완료되면 다른 측정팁으로 교체하여 측정 또는 깨끗히 세척하여 건조후 재 사용함으로써 측정값을 정확히 측정할 수 있도록 하는 데 있다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 측정팁의 극과 몸체부의 극이 서로 접촉함으로써 시료에 의한 몸체부의 오염이나 변형이 발생하지 않으며 정확한 측정가능하도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시료의 선택성 이온을 전도도방식으로 측정한 +극, -극 신호를 비교 연산한 후 측정값을 주파수로 변환한 시료 내의 이온 농도를 수치상으로 디스플레이하는 몸체부를 형성하고, 상기 몸체부의 일측으로 삽입홈을 형성하고, 상기 삽입홈의 공간으로 +극과 -극이 노출되도록 형성하며, 상기 삽입홈에 삽입되는 크기로 전체적으로 시료를 흡수할 수 있으며, 삽입홈으로 삽입되는 끝단에는 +극과 -극에 접촉하는 제1극과 제2극을 형성하고, 상기 제1,2극을 탄성력을 지니며 시료를 흡수하는 종이재나 섬유재 중 하나로 이루어지는 흡수층의 일 측면이나 양 측면에 각각 설치하는 측정팁을 형성하여, 상기 측정팁을 삽입홈에 삽입하여 +극과 -극에 각각 제1,2극이 접촉되도록 한 상태에서 측정팁에 시료를 흡수시키거나, 시료를 측정팁에 흡수시킨 상태에서 삽입홈에 삽입하여 +극과 제1전극, -극과 제2전극을 통해 전도도 방식으로 측정이 이루어지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 시험지를 이용한 선택성 이온측정기를 제공한다.

이상에서와 같이 본 발명은 낱개의 측정팁을 이용하여 시료의 액체만을 흡수시켜 측정할 수 있어 시료에 함유된 부유물질, 이물질, 고형물, 온도 등에 영향을 받지 않도록 하여 정확한 측정값을 얻을 수 있는 효과가 있다.

더불어, 시료의 특성에 영향을 받지않으며 측정팁을 이용한 측정이 완료되면 다른 측정팁으로 교체하여 측정함으로써 평균 측정값을 정확히 산출할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 측정팁의 극과 몸체부의 극이 서로 접촉함으로써 시료에 의한 몸체부의 오염이나 변형이 발생하지 않아 관리가 편하며 정확한 측정이 가능한 효과가 있다.

도 1a 내지 도 1e는 종래의 기술에 따른 염분 측정기를 나타낸 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 시험지를 이용한 선택성 이온측정기를 나타낸 간략 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 시험지를 이용한 선택성 이온측정기를 나타낸 사시도,
도 4에서 도면 a는 삽입홈을 정면으로 나타낸 부분 발췌도, 도면 a는 삽입홈을 측면에서 투영한 나타낸 부분 발췌도,
도 5는 본 발명에 따른 이온측정기의 저면도,
도 6은 측정팁에 제1,2극과 온도대응극이 형성된 사시도,
도 7은 도 6의 측정팁을 이용하는 것으로 도면 a는 삽입홈을 정면으로 나타낸 부분 발췌도, 도면 a는 삽입홈을 측면에서 투영한 나타낸 부분 발췌도,
도 8에서 도면 a는 측정팁에 보호막이 형성된 사시도, 도면 b는 측정팁의 양 측면에 제1,2극이 형성된 사시도,
도 9는 측정팁을 적층하여 수납함에 보관하는 과정도,
도 10 및 도 11은 측정팁을 폭방향 및 길이 방향으로 연결한 상태의 사시도,
도 12 내지 도 14는 측정팁에 시료를 흡수시켜 이온측정기에 장착하여 측정하는 일 예시도이다.

이에 상기한 바와같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시험지를 이용한 선택성 이온측정기는 측정신호를 연산/분석하여 수치로 표시하는 몸체부(10), 상기 몸체부(10)의 일측에 형성되는 +극(11), -극(12)이 형성된 삽입홈(13), 상기 삽입홈(13)에 삽입되며 +극(11), -극(12)에 대응하는 제1,2극(21)(22)이 형성된 측정팁(20)으로 이온측정기(100)가 구성된다.

우선, 상기 선택성 이온은 수소이온농도(pH), 산화환원전위차(ORP), 용존산소(DO), 전기전도도(Conductivity), 잔류염소(Residual Chlorine), 각종이온측정(Ion selective electrode)를 나타내는 것이다.

그리고, 상기 몸체부(10)는 시료의 선택성 이온을 전도도방식으로 측정한 +극(11), -극(12) 신호를 비교 연산한 후 측정값을 주파수로 변환한 시료 내의 이온 농도를 수치상으로 디스플레이하도록 구성한다.

더욱 자세하게, 상기 몸체부(10)의 내부적 회로 구성은 시료의 선택성 이온을 전도도측정 방식에 이용하는 +극, -극의 두 신호를 비교 연산하여 전도도를 측정하는 연산부(10a)가 형성된다.

그리고, 전도도 측정값을 주파수로 변환한 후 상기 주파수를 이용하여 시료 내의 이온 농도를 계산하는 프로그램이 내장되고 각종 전원 및 작동을 제어하는 제어프로세서(10b)를 통해 계산되도록 구성된다.

아울러, 상기 몸체부(10)는 케이스(15)의 일면에 측정값을 나타내는 표시창(16)과 다양한 선택성 이온의 나트륨량(Na+), 활동성이온의 총량(TDS:Total Dissolved Solids), 염분량을 선택하기 위한 기능버튼(16a), 각종 이상 여부나 측정의 완료를 빛이나 소리로 알려주는 램프(17) 및 부저(17a)가 형성된다.

그리고, 상기 표시창(16)에는 측정값을 나타내는 표시구역과, 측정값에 따른 측정날짜와 측정시간을 나타내는 표시구역으로 구분되도록 구성된다.

이때, 상기 활동성이온의 총량(TDS)는 물의 전기전도도(EC:Eelectrical Conductivity) 값에 기초를 두는 것으로, 전기전도도는 단면적 1cm2, 거리 1cm의 전극들 사이에 있는 용액의 전도도를 말하며,μS/cm로 표현하고, 물 속에 들어있는 catIon, anIon의 총량과 관계가 있고, pH 5-9 범위에서 용해성 물질에 비례하며, 수온 증가에 비례한다.

그리고, 물속의 용해 고형분의 값은 (μS/cm)×0.5~0.6 = TDS(mg/L)라는 것으로, 총용해 고형분의 ppm 값에 2배를 곱하면 물의 μS/cm 값이 나온다. 다만, 물의 종류에 따라 그 속에 함유된 성분의 차이와 온도 그리고 계기의 정확도 등에 의해 오차발생 할 수도 있으며, 현재 용해 고형분을 측정하는 전기전도도는 μS/cm 값에 대략 0.5를 곱한 값으로 눈금을 표현한다.

이에 대해서는 KS 0100-12에 전기전도율(도전율)의 측정방법에 대해 상세히 나와 있는데 이때 표준용액으로 KCl의 묽은 용액을 사용하도록 제시하고 있는데, 예를 들어 KCl 0.1N(7.55g/L = 7,550mg/L)일 때, 5℃에서 전기전도도 12,860μS/cm, 18℃에서 11,170μS/cm, 0℃에서 7,130μS/cm이고, KCl 0.01N 용액의 경우 25℃에서 1,409μS/cm, 18℃에서 1,220μS/cm, 0℃에서 774μS/cm이며, 0.001N 즉 75.5mg/L의 경우에는 147μS/cm,로 묽은 경우를 보면 147×0.5 = 73.5로 75.5ppm과 대략 일치하는 것을 알 수 있다.

그러나, 공업용수편람에 나온 전기전도도표를 보면 KCl의 18℃에서 0.001N의 전기전도도는127.3μS/cm로 위의 값과 대등하며 CaCl2의 경우는 112μS/cm로 약간 줄어들었지만 N질량을 보면 55.5로 역시 0.5를 곱한값 55.1과 상당히 일치하며 Na2CO3의 경우는 18℃에서 112로 역시 N질량 53으로 볼 때 상당히 근접한 값이 나온다.

따라서 온도와 이온의 종류를 정확히 알면 상당히 정확한 전도율을 계산할 수 있는 것으로, TDS = 유기물, 무기물, Ion, silt 등 녹아있는 고체의 총량으로 즉, 물 시료를 받아서 그냥 물을 증발시키고 남은 고체의 양을 나타내는 것이며, 시료를 필터를 사용하지 않고 거르지 않으며 농도는 일반적으로 mg/L Conductivity = 전도도 단위는 여러가지 있지만 저항의 역수로써 전기전도도가 높으면 용액 속에 Ion들이 많이 있고 전류를 운반할 수 있는 능력이 높아지게 된다. 즉, TDS 중에서 물에 녹아 이온으로 변할 수 있는 것들은 전도도에 영향을 미치게 되는 것이다.

TDS는 순수한 물은 실제로 전도도 값이 0이 되고, TDS는 정도에 따라서 전기 전도도(EC) 값에 일정한 상수를 곱해서 계산한다. 대체적으로 EC의 값이 높으면 TDS를 결정하는 변환상수의 값도 커지게 된다.

이러한, 상호 연산관계는 연산부(10a)에서 연산하여 기능버튼(16a)의 조작으로 표시창(16)에 나트륨량(Na+)의 단위는 ‰로 나타낼 수 있으며, 활동성이온의 총량(TDS:Total Dissolved Solids)은 ppm, 실용염분은 psu, %, ppt의 단위로 나타낼 수 있도록 구성된 것이다.

여기서, 상기 케이스(15)의 내부에 설치되는 베터리(18a)의 충전을 위한 충전단자(18)가 일측에 형성되며, 케이스(15)의 전면에는 조명등(19)을 형성하고 조명버튼(19a)을 이용하여 작동시켜 야간에 조명이 구비되지 않은 현장에서 시료를 쉽게 식별할 수있도록 구성한 것이다.

더불어, 상기 몸체부(10)는 측정팁(20)이 삽입홈(13)으로 삽입되어 +극(11)과 -극(12)에 각각 제1,2극(21)(22)이 접촉하면 통전으로 인해 작동하도록 구성되며, 별도의 작동스위치를 이용하여 작동을 제어할 있도록 구성할 수도 있을 것이다.

이러한, 상기 몸체부(10)의 일측으로 삽입홈(13)을 형성하고, 상기 삽입홈(13)의 공간으로 +극(11)과 -극(12)이 노출되도록 한다.

즉, 상기 +극(11)과 -극(12)은 삽입홈(13)으로 삽입되는 측정팁(20)의 극과 접촉할 수 있도록 내부 공간 중앙을 향해 돌출시켜 구성한다.

그리고, 상기 삽입홈(13)에 삽입되는 크기로 전체적으로 시료를 흡수할 수 있으며, 삽입홈(13)으로 삽입되는 끝단에는 +극(11)과 -극(12)에 접촉하는 제1극(21)과 제2극(22)을 설치한 측정팁(20)을 형성한다.

다른 실시 예로써, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 삽입홈(13)에는 +극(11)과 -극(12), 온도센서극(14)이 노출되도록 구성할 수도 있다.

이때, 상기 +극(11)과 -극(12), 온도센서극(14)이 형성된 삽입홈(13)에 적용되는 측정팁(20)은 탄성력을 지니며 시료를 흡수하는 종이재나 섬유재 중 하나로 이루어지는 흡수층(23)의 일측면이나 양측면에 각각 제1,2극(21)(22), 온도대응극(24)을 이격시켜 구성한다.

공통적으로, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 측정팁(20)의 흡수층(23)은 제1,2극(21)(22)이나 제1,2극(21)(22), 온도대응극(24)과 타 끝단을 일부 제외한 나머지 부분을 보호막(25)으로 감싸 외부 물질에 영향을 받지 않도록 구성할 수 있는데, 상기 보호막(25)은 수분의 비 침투나 용액에 대한 영향을 받지 않으며 측정팁(20)의 흡수층(23)이 투영될 수 있는 투명재질의 필름지나 코팅 형태로 구성하는 것이 바람직할 것이다.

이러한, 상기 측정팁(20)은 측정이 완료된 후 전해질 물질이 잔존하지 않도록 증류수로 세척 후 건조하여 재 사용할 수 있도록 구성할 수도 있는 것으로, 본 발명에서 측정팁(20)은 순수하게 시료의 수분만을 흡수하는 특징으로 인하여 부유물에 의해 오염이 발생되지 않아 깨끗한 세척수를 이용하여 측정에 사용된 측정팁(20)을 세척한 후 건조하면 재 사용가능하도록 구성하는 것이다.

그리고, 상기 측정팁(20)은 탄성력을 지니며 시료를 흡수하는 종이재나 섬유재 중 하나로 이루어지는 흡수층(23)의 일측면이나 양측면에 각각 제1,2극(21)(22)을 이격시켜 구성할 수도 있다.

이렇게, 상기 측정팁(20)에서 제1,2극(21)(22), 온도대응극(24)을 양측면에 형성하는 이유는 일측면에 형성된 단자가 불량일 경우 반대편의 극을 이용하여 측정할 수 있도록 구성이다.

그리고, 상기 측정팁(20)의 흡수층(23)은 본 발명에서 일 예로 색상을 흰색으로 구성한 것으로 설명한다.

아울러, 상기 제1,2극(21)(22)과 온도대응극(24)은 비철금속으로 이루어지며 금, 백금, 은 등으로 이루어지거나 표면에 도금하여 구성함이 바람직할 것이다.

더불어, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 상기 측정팁(20)은 넓은 막대판 형태로 별도의 수납함(20a)에 적층시켜 보관할 수도 있으며, 측정팁(20)을 길이 방향으로 연결단(23a)를 이용하여 연속적으로 연결한 상태에서 단수개의 측정팁(20)을 분리하여 사용할 수 띠 형태, 측정팁(20)의 측면에 연결단(23a)를 이용하여 연속적으로 연결한 상태에서 측정팁(20)을 분리하여 사용할 수 있는 조각형태로 구성하는 것으로, 낱개의 측정팁(20)을 사용할 경우 연결단(23a)을 절단시켜 사용하도록 구성할 수도 있을 것이다.

즉, 상기 이온측정기(100)는 측정팁(20)을 삽입홈(13)에 삽입하여 +극(11)과 -극(12)에 각각 제1,2극(21)(22)이 접촉되도록 한 상태에서 측정팁(20)에 시료를 흡수시키거나, 시료를 측정팁(20)에 흡수시킨 상태에서 삽입홈(13)에 삽입하여 +극(11)과 제1극(21), -극(12)과 제2극(22)을 통해 전도도 방식으로 측정이 이루어지도록 구성하는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2 내지 도 14에 도시된 바와 같이 상기 이온측정기(100)는 다양한 선택성 이온 중에 본 발명에서는 일상 생활에서 가장 쉽게 접할 수 있는 국물 요리의 염분을 측정하는 것을 일 예로 설명한다.

우선, 국물 요리의 염분 측정을 위해서는 측정팁(20) 단수개를 제1,2극(21)(22)이나 제1,2극(21)(22)과 온도대응극(24)이 삽입홈(13)의 +극(11)과 -극(12)이나 +극(11),-극(12)과 온도센서극(14)에 접촉하도록 삽입한다.

이때, 상기 측정팁(20)의 삽입으로 몸체부(10)의 표시창(16)이 작동하여 측정 준비 완료 표시가 뜨면 측정팁(20)의 전방 끝단을 국물에 살짝 접촉시켜 흡수층(23)으로 흡수킨다.

아울러, 상기 측정팁(20)을 몸체부(10)에 설치하지 않은 상태에서 측정팁(20)의 제1,2극(21)(22)이 형성된 반대편 끝단을 국물에 살짝 접촉시켜 흡수층(23)으로 흡수시킨 다음, 제1,2극(21)(22)이나 제1,2극(21)(22)과 온도대응극(24)이 삽입홈(13)의 +극(11)과 -극(12)이나 +극(11),-극(12)과 온도센서극(14)에 접촉하도록 삽입한다.

여기서, 상기 측정팁(20)을 몸체부(10)의 삽입홈(13)에 삽입하거나 국물에 접촉하기 위하여 사용자가 손으로 파지할 경우 손에 존재하는 수분이나 염분이 흡수층(23)에 흡수될 수 있는데, 본 발명에서는 보호막(25)의 구성으로 측정팁(20)을 만지더라도 흡수층(23)에 이물질이나 수분 등이 침투하는 것을 예방하여 정확하고 신뢰하는 측정값을 산출할 수 있는 특징이 있다.

이렇게, 상기 측정팁(20)에 국물이 흡수되면 제1,2극(21)(22)과 온도대응극(24)에 충분히 묻은 상태에서 +극(11),-극(12)과 제1,2극(21)(22)의 전기 전도도가 측정 원리로 국물에 함유된 염분의 양을 측정하게 되며, 상기 온도대응극(24)에는 온도센서극(14)이 접촉되어 측정시 상온 온도의 보상을 계산하며 측정하는 특징이 있다.

다음으로, 상기 +극(11),-극(12)에서 측정된 +극, -극의 두 신호를 연산부(10a)에서 비교 연산한 후 전도도 측정값을 주파수로 변환하여 제어프로세서(10b)로 전달하여 상기 주파수를 이용하여 시료 내의 염분 농도를 계산한 다음 표시창(16)을 통해 수치상으로 표시한다.

이때, 상기 몸체부(10)의 램프(17)의 빛이나 부저(17a)의 소리로 사용자에게 측정이 완료되었음을 소리로 알리면 사용자는 표시창(16)의 수치를 보고 간단히 해당 국물 요리의 염분수치를 쉽게 파악할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 측정팁(20)의 측정결과를 신뢰성을 향상시키기 위하여 일측면에 형성된 극을 이용하여 1차 측정을 한 후 반대면에 형성된 극으로 2차 측정을 하여 극과 극의 접촉 문제로 인한 측정값의 변화를 판단하고 측정값의 오차 및 평균값을 산출할 있는 특징이 있다.

이로써, 기존의 염도계는 수저 모양의 구성품에 국물을 직접 담은 상태에서 측정하거나 또 다른 기존의 염분측정기는 뾰족한 측정부를 직접 국물에 침적시킨 상태에서 측정함으로써, 국물에 포함된 건더기나 양념에 의해 +극, -극이 서로 쇼트 현상이 발생되어 측정 불가능하거나 측정 오류가 발생하는 문제점이 있는 반면, 본 발명은 측정팁(20)에 국물을 순수 용액만을 흡수시킬 수 있어 제1,2극(21)(22)이나 +극(11),-극(12)에 쇼트현상이 발생되지 않아 정확한 측정값을 얻을 수 있는 개선된 특징이 있다.

아울러, 기존의 염도계는 수저 모양의 구성품에 국물을 직접 담은 상태에서 측정하거나 또 다른 기존의 염분측정기는 측정부를 직접 국물에 침적시킨 상태에서 측정함으로써, 국물 요리가 끓는 점 온도가 높은 상태로 측정을 시행할 수밖에 없어 측정치가 낮게 나오는 오류 현상이 발생되는 문제가 있는 반면, 본 발명은 측정팁(20)에 국물에 살짝 접촉시켜 순수 액상만을 흡수하여 측정함으로써 국물의 높은 온도가 흡수층(23)에 흡수되는 과정에서 제1,2극(21)(22)에 전달될 때까지 발열되어 온도에 대한 측정값 영향을 받지 않는 기능적으로 개선된 특징이 있다.

이와 더불어, 상기 기존의 염도계나 염분측정기는 끓는점 상태에 있는 국물에 직접 침적하여 측정함으로써 극의 열 변형 및 기기의 열 변형이 발생되고, 조립된 틈새로 국물이 유입되어 기기의 오염 및 변색, 이상을 발생시키는 문제점이 있는 반면, 본 발명은 몸체부(10)와 측정을 위한 시료인 국물과 비 접촉 방식으로 측정팁(20)을 이용하여 측정함으로써 기기적 변형, 변색이나 오염현상이 전혀 발생하지 않아 관리적인 측면에서 편리한 이점이 갖는 구성적으로도 개선된 특징이 있다.

또한, 기존의 염도계는 수저 모양의 구성품에 국물을 직접 담은 상태에서 측정하거나 또 다른 기존의 염분측정기는 측정부를 직접 국물에 침적시킨 상태에서 측정함으로써, 측정부의 틈새 및 표면에 많은 오염물질이 침착되고 장기간 사용시 곰팡이의 증식 등의 오염현상이 발생하여 비 위생적인 문제점이 있는 반면, 본 발명은 측정팁(20)을 이용하여 측정한 후 사용 완료된 측정팁(20)을 재사용을 하지 않거나 깨끗히 세척하여 건조하여 재 사용함으로써 오염현상이나 청결함을 유지할 수 있는 보건상 개선된 특징이 있는 것이다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

10 : 몸체부 10a : 연산부
10b : 제어프로세서 11 : +극
12 : -극 13 : 삽입홈
14 : 온도센서극 15 : 케이스
16 : 표시창 16a : 기능버튼
17 : 램프 17a : 부저
18 : 충전단자 18a : 베터리
19 : 조명등 19a : 조명버튼
20 : 측정팁 20a : 수납함
21 : 제1극 22 : 제2극
23 : 흡수층 24 : 온도대응극
25 : 보호막 100 : 이온측정기

Claims (8)

1. 시료의 선택성 이온을 전도도방식으로 측정한 +극(11), -극(12) 신호를 비교 연산한 후 측정값을 주파수로 변환한 시료 내의 이온 농도를 수치상으로 디스플레이하는 몸체부(10)를 형성하고,
   상기 몸체부(10)의 일측으로 삽입홈(13)을 형성하고, 상기 삽입홈(13)의 공간으로 +극(11)과 -극(12)이 노출되도록 형성하며,
   상기 삽입홈(13)에 삽입되는 크기로 전체적으로 시료를 흡수할 수 있으며, 삽입홈(13)으로 삽입되는 끝단에는 +극(11)과 -극(12)에 접촉하는 제1극(21)과 제2극(22)을 형성하고, 상기 제1,2극(21)(22)을 탄성력을 지니며 시료를 흡수하는 종이재나 섬유재 중 하나로 이루어지는 흡수층(23)의 일 측면이나 양 측면에 각각 설치하는 측정팁(20)을 형성하여,
   상기 측정팁(20)을 삽입홈(13)에 삽입하여 +극(11)과 -극(12)에 각각 제1,2극(21)(22)이 접촉되도록 한 상태에서 측정팁(20)에 시료를 흡수시키거나, 시료를 측정팁(20)에 흡수시킨 상태에서 삽입홈(13)에 삽입하여 +극(11)과 제1극(21), -극(12)과 제2극(22)을 통해 전도도 방식으로 측정이 이루어지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 시험지를 이용한 선택성 이온측정기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 측정팁(20)의 흡수층(23)은 제1,2극(21)(22)이나 제1,2극(21)(22), 온도대응극(24)과 타 끝단을 일부 제외한 나머지 부분을 보호막(25)으로 감싸 외부 물질에 영향을 받지 않도록 구성하는 것을 특징으로 하는 시험지를 이용한 선택성 이온측정기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 몸체부(10)는 측정팁(20)이 삽입홈(13)으로 삽입되어 +극(11)과 -극(12)에 각각 제1,2극(21)(22)이 접촉하면 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시험지를 이용한 선택성 이온측정기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 몸체부(10)는 케이스(15)의 일면에 측정값을 나타내는 표시창(16)과 다양한 선택성 이온의 나트륨량(Na+), 활동성이온의 총량(TDS:Total Dissolved Solids), 염분량을 선택하기 위한 기능버튼(16a), 각종 이상 여부나 측정의 완료를 빛이나 소리로 알려주는 램프(17) 및 부저(17a)가 형성되고, 상기 케이스(15)의 내부에 설치되는 베터리(18a)의 충전을 위한 충전단자(18)가 일측에 형성되고, 케이스(15)의 전면에는 조명등(19)을 형성하는 것을 특징으로 하는 시험지를 이용한 선택성 이온측정기.
8. 삭제

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