KR101619143B1 - Mixed sample analysis system using an optimized method of concave diffraction grating - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a mixed sample analysis system using an optimized method of a concave diffraction grating. According to an embodiment of the present invention, the mixed sample analysis system using an optimized method of a concave diffraction grating comprises: a diffraction grating having a concave structure, wherein a focusing area is positioned at a constant deviation angle for each optical wavelength to split light reacted with a mixed sample; a linear light receiving element which is positioned in a gradient focusing area to receive the light split by the diffraction grating, and improves resolution of a specific area band; a diffraction grating rotating body to rotate the diffraction grating to adjust the specific area band; and a sample component analysis unit to check an electric signal value of the linear light receiving element to vary a number of linear simultaneous equations in accordance with a degree of the resolution, and display the electric signal value in a graph on a monitor screen.

Description

콘케이브형 회절격자의 최적화 방법을 이용한 혼합시료 분석시스템{Mixed sample analysis system using an optimized method of concave diffraction grating}[0001] The present invention relates to a mixed sample analysis system using an optimization method of a concave diffraction grating,

본 발명은 콘케이브형 회절격자의 최적화 방법을 이용한 혼합시료 분석시스템에 관한 것으로, 특히 혼합시료의 성분 중 개별시료의 흡광 스펙트럼이 상호 겹치는 경우 개별 시료 농도의 측정값에 영향을 미지지 않도록 하는 혼합시료 분석시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a mixed sample analyzing system using a method of optimizing a cone-shaped diffraction grating, and more particularly, to a mixed sample analyzing system using an optimized method of a concave diffraction grating, And a sample analysis system.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진시키기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the background section are intended to enhance the understanding of the background of the invention and may include matters not previously known to those skilled in the art.

가스상의 시료나 액체 또는 고체상의 시료을 분석하는 방법으로 광학 스펙트로미터(optic spectrometer)를 이용하여 입사광과 수신광의 광신호 변화 값을 통해 시료를 분석한다. 액체상 또는 가스상 물질의 농도는 입사광과 투과광의 관계로 비어람버트 법칙(Beer Lambert Law)을 따르며, 특정한 성분(분자)마다 임의의 광파장에 대해 흡광도가 뚜렷하게 구분되는 특성을 지닌다.Analyze the sample through the optical signal change values of the incident light and the incoming light by using an optical spectrometer as a method of analyzing a gas phase sample, a liquid phase or a solid phase sample. The concentration of the liquid or gaseous substance follows the Beer Lambert Law due to the relationship between the incident light and the transmitted light, and has a characteristic in which the absorbance of the specific component (molecule) is clearly discriminated with respect to an arbitrary light wavelength.

이러한 특성은 각각의 성분이 절대 동일하지 않으나, 일부 광파장의 경우 흡광 세기는 상이하지만, 소수의 광영역에서 겹치는 구간을 지닌다. 이러한 현상으로 대부분 혼합시료에서 개별시료의 농도를 분석할 때 측정값이 인접가스의 간섭현상으로 측정값의 오류가 발생하기도 한다. 혼합시료에서 얻어지는 흡광도 신호는 단일 성분의 흡광도의 합으로 얻어지는 광신호값이다. 이러한 현상으로 혼합물(혼합시료) 중의 개별시료(화학종)의 농도를 구하기 위해서는 혼합물 흡광도 스펙트럼상에서 적어도 혼합된 개별성분 수만큼의 선형연립방정식의 해를 구해야만 개별시료의 농도를 얻을 수 있다.These properties are not absolutely identical for each component, but for some light wavelengths the extinction intensity is different, but has overlapping sections in a few light regions. In most cases, when analyzing the concentration of individual samples in a mixed sample, the measured value may cause a measurement error due to the interference of the adjacent gas. The absorbance signal obtained from the mixed sample is an optical signal value obtained by adding the absorbance of a single component. In order to obtain the concentration of individual samples (chemical species) in the mixture (mixed sample) by this phenomenon, the concentration of the individual sample can be obtained only by solving the linear simultaneous equations for at least the number of individual mixed components in the mixture absorbance spectrum.

그러나, 개별시료간의 흡광도 스펙트럼이 일부 겹치는 경우, 스펙트로미터의 분해능, 또는 파장 분리능력에 따라 측정값의 오류가 발생한다. 그래서, 혼합시료 중의 개별시료 농도를 분석하기 위해서는 추정값을 사용하고, 이를 해결하기 위해 선형연립방정식의 해를 구하기보다는 최소자승법으로 전체영역에서 흡광스펙트럼에 해당되는 최적의 농도 해를 산출하는 방법을 사용한다. 이때, 선택되는 파장의 수(선형연립방정식의 수와 동일함)는 많을수록 측정값의 정확도는 높을 수 있다. 개별시료간의 흡광도 스펙트럼의 겹침이 많은 경우에는 뚜렷한 개별성분(신호) 특성을 지닌 파장영역을 선택하는 것이 측정신호의 신뢰도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 신호의 정확성을 높일 수 있다. 이는 광신호의 세기는 디지털로 변환할 때 유효숫자의 크기와 상관되어 있기 때문에 타 인접 시료와 흡광 세기가 전혀 다른 곳을 선정해야 함을 의미한다.However, when the absorbance spectra of the individual samples partially overlap, an error occurs in the measured value depending on the resolution of the spectrometer or the ability to separate wavelengths. Therefore, in order to analyze the concentration of individual samples in the mixed sample, the estimation method is used. To solve this problem, a method of calculating the optimum concentration solution corresponding to the absorption spectrum in the entire region by the least square method is used instead of the solution of the linear simultaneous equations do. At this time, the greater the number of selected wavelengths (the same as the number of linear simultaneous equations), the higher the accuracy of measured values. When there is a lot of overlap of the absorbance spectra between individual samples, selecting the wavelength region with distinct individual component (signal) characteristics not only increases the reliability of the measurement signal but also improves the accuracy of the signal. This means that the intensity of the optical signal is correlated with the number of significant digits when converted to digital, so that it is necessary to select a site having a completely different absorption intensity from the other adjacent samples.

현재, 시료를 모니터링하기 위한 기하학 및 데이터 처리를 갖는 광학 스펙트로미터가 있다. 이러한 광학 스펙트로미터와 관련한 기술은 회절격자와 수광소자를 이용하여 광 스펙트로미터를 구성하고, 시료로부터 반사 및 투과되어 온 광을 입사시켜 광신호를 분광하여 라인형 수광소자를 통해 스펙트럼 데이터를 얻을 수 있게 한다. 혼합시료의 흡광 스펙트럼은 개별시료의 특성이 합으로 나타내어진 현상으로 이를 분리할 수 있는 스펙트럼 데이터를 확보한다. 혼합시료에서 단일시료의 농도 분석에 유리한 측면을 지닐 수 있다. 즉, 측정한 후 이를 이용하여 특정 파장에 대한 분해능만 높인다면, 겹침에 의한 문제를 해결할 수 있다. 도 1을 통해 종래의 광학 스펙트로미터와 관련한 기술에 대해 간략히 살펴보기로 한다.Currently, there is an optical spectrometer with geometry and data processing for monitoring the sample. The technique related to the optical spectrometer comprises an optical spectrometer using a diffraction grating and a light receiving element, and the light reflected and transmitted from the sample is incident to spectroscopic optical signals to obtain spectral data through a line-type light receiving element Let's do it. The absorption spectrum of the mixed sample is a phenomenon represented by the sum of the characteristics of the individual samples and secures spectral data that can be separated therefrom. It may be advantageous to analyze the concentration of a single sample in a mixed sample. That is, if the resolution is increased only for a specific wavelength by using the measured value, the problem of overlapping can be solved. 1, a brief description will be given of a technique related to a conventional optical spectrometer.

도 1은 종래의 콘케이브 회절격자를 이용한 분광장치를 이용한 시료성분 분석시스템이다. 도 1을 참조하면, 라인형 수광소자를 이용한 수광시스템은, 광원(10), 슬릿(slit, 20), 회절격자(grating, 30), 광학초점영역(optic focal zone, 40) 및 라인형 광센서(또는 수광소자, line type optic sensor, 50)를 포함할 수 있다. 즉, 라인형 수광소자(50)는 광학초점영역(40)에 위치하여 수광시스템을 구성한다.1 is a system for analyzing a sample component using a spectroscope using a conventional concave diffraction grating. 1, a light receiving system using a line-type light receiving element includes a light source 10, a slit 20, a diffraction grating 30, an optical focal zone 40, And a sensor (or a line type optical sensor, 50). That is, the line-shaped light receiving element 50 is located in the optical focus area 40 and constitutes a light receiving system.

슬릿(20)으로 입사한 광은 콘케이브 회절격자(30)를 거쳐 임의 지점에 동일한 파장만 포커싱(focusing)되는데, 콘케이브 형상에 회절격자 표준선의 임의 위치을 기준으로 평면형태(flat-field, polychromator 제작형이라고도 함)와 구배형태(동일 분산각도를 지님)를 지닐 수 있다. 일반적으로, 평면형태의 플랫 필드(flat-field)의 포커싱을 지닌 콘케이브 회절격자는 라인형 수광센서에 대해 일대일 매핑되어 소형 스펙트로미터에 사용되고 있다.The light incident on the slit 20 is focused only at the same wavelength at an arbitrary point via the concave diffraction grating 30. The concave diffraction grating is formed by a flat-field, polychromator (Also referred to as fabrication type) and a gradient type (having the same dispersion angle). Generally, cone diffraction gratings with flat-field flat-field focusing are mapped one-to-one to line-shaped light-receiving sensors and used in small spectrometers.

도 1의 수광시스템에서 광파장의 측정구간은 라인형 수광소자(50)의 시작 픽셀(pixel) 위치와 마지막 픽셀 위치가 선택파장의 범위를 차지하며, 회절격자(30)의 중심을 기준으로 회전 회절격자 회전체(70)를 회전하거나, 광학초점영역(40)의 시작위치를 어디에 고정하느냐에 의존한다. 그러나, 제조시 측정장치의 수광소자(50)와 회절격자(30)의 고정이 변형되면, 전 영역의 스펙트럼 데이터의 분해능에 영향을 미치며, 특히 인접 시료와 겹치는 흡광영역구간의 분리가 어려울 수 있다. 즉, 수광소자 전체가 동일하게 분광분해능이 높을 수 없으며, 분석기 작업자에 따라 어느 영역(파장)이 분해능이 양호하다고 판단하기 어려운 점이 있다.In the light receiving system of FIG. 1, the measurement period of the light wavelength occupies a range of the selected wavelength of the start pixel and the last pixel of the line-shaped light receiving element 50, and the rotation diffracted by the center of the diffraction grating 30 Depends on whether the grating rotator 70 is rotated or where the starting position of the optical focus region 40 is fixed. However, if the fixation of the light-receiving element 50 and the diffraction grating 30 of the measuring device at the time of manufacture is deformed, the resolution of spectral data of the entire region is affected, and separation of the light-absorbing region sections overlapping with the adjacent sample may be difficult . That is, the entire light receiving element can not have the same spectral resolving power, and it is difficult to determine which region (wavelength) has good resolution depending on the analyzer operator.

한국 등록특허공보 제10-0796677호(2008.01.15.)Korean Patent Registration No. 10-0796677 (Jan. 15, 2008)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 광의 파장별 스펙트럼 신호를 수신함에 있어 혼합시료의 개별가스 간의 특정 구간에서 흡광 스펙트럼의 겹침을 최대한 분리시키고, 구분되는 특정영역(파장) 상에서 선형연립방정식의 수를 타영역(혼합시료 흡광신호의 겹침이 빈번한 구역)에 비해 표분수를 확대하여 혼합시료(가스)의 농도 연산시 통계적인 가중치를 부여함으로써 신뢰도가 높은 데이터를 제공하여 분석장치의 측정값을 정확히 얻을 수 있도록 함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for separating the overlapping of absorption spectrums in a specific section between individual gases of a mixed sample as much as possible, The number of linear simultaneous equations on the region (wavelength) is increased compared to the other regions (regions where the overlap of the mixed sample absorption signal is frequent), and the statistical weight is given in calculating the concentration of the mixed sample (gas) So that the measurement value of the analyzer can be accurately obtained.

본 발명의 일 실시예에 따른 콘케이브형 회절격자의 최적화 방법을 이용한 혼합시료 분석시스템은, 콘케이브형 구조를 가지며, 초점 영역이 광 파장별 동일 분산각도(constant deviation)상에 위치하여 혼합시료와 반응한 광을 분광하는 회절격자; 구배형 포커싱 영역에 위치하여 상기 회절격자에서 분광된 광을 수광하고, 특정영역대역의 분해능을 향상시키는 라인형 수광소자; 회절격자를 회전시켜 특정영역대역을 조정하는 회절격자 회전체; 및 수광소자의 전기적 신호값을 체크하여 분해능의 정도에 따라 선형연립방정식의 표분수를 가변하고, 모니터 화면에 그래프로 디스플레이하는 시료성분 분석부를 포함한다.The mixed sample analyzing system using the method of optimizing a cone-shaped diffraction grating according to an embodiment of the present invention has a cone-shaped structure, in which the focus region is located on the constant deviation of the optical wavelength, A diffraction grating that splits the light that has reacted with the diffraction grating; A line type light receiving element positioned in the graded focusing region to receive the light split by the diffraction grating and improve the resolution of a specific region band; A diffraction grating rotator that adjusts a specific region band by rotating the diffraction grating; And a sample component analyzer for checking the electrical signal value of the light receiving element, varying the number of tables of the linear simultaneous equations according to the degree of resolution, and displaying the graph on a monitor screen.

여기서, 광원과 회절격자 사이에 배치되고, 혼합시료와 반응한 광을 통과시켜 상기 회절격자에 보내는 슬릿을 더 포함한다.Here, the slit further includes a slit disposed between the light source and the diffraction grating and passing the light reacted with the mixed sample to the diffraction grating.

또한, 회절격자는 회절격자의 중심을 기준으로 회절격자 회전체에 의해 회전된다.Further, the diffraction grating is rotated by the diffraction grating rotator with respect to the center of the diffraction grating.

또한, 회절격자에서 분광된 광의 파장이 선택된다.Also, the wavelength of the light that has been spectroscopically selected in the diffraction grating is selected.

또한, 시료성분 분석부는 혼합시료 분석기 제조시 특정 성분을 위한 영역을 가변한다.In addition, the sample component analyzer changes the area for a specific component in manufacturing the mixed sample analyzer.

본 발명에 따르면, 혼합물을 통과한 광을 수신하여 분광하고 이를 라인형 수광소자에 픽셀별 분광신호로 검출함에 있어 특정영역에서만 개별시료의 본 발명의 일 실시예에 따른 콘케이브형 회절격자의 최적화 방법을 이용한 혼합시료 분석시스템은, 콘케이브형 구조를 가지며, 초점 영역이 광 파장별 동일분산각도(constant deviation)상에 위치하여 혼합시료와 반응한 광을 분광하는 회절격자; 구배형 포커싱 영역에 위치하여 회절격자에서 분광된 광을 수광하고, 특정영역대역의 분해능을 향상시키는 라인형 수광소자; 회절격자를 회전시켜 특정영역대역을 조정하는 회절격자 회전체; 및 수광소자의 전기적 신호값을 체크하여 분해능의 정도에 따라 선형연립방정식의 표분수를 가변하고, 모니터 화면에 그래프로 디스플레이하는 시료성분 분석부를 포함한다.According to the present invention, in the case of receiving and spectrally separating light passing through a mixture and detecting it as a pixel-specific spectroscopic signal in a line-type light receiving element, the optimization of the concave diffraction grating according to an embodiment of the present invention A diffraction grating which has a cone-shaped structure and which has a focus region located on a constant deviation from the optical wavelength to spectroscopy the light reacted with the mixed sample; A line-shaped light receiving element positioned in the graded focusing region to receive the light split by the diffraction grating and improve the resolution of a specific region band; A diffraction grating rotator that adjusts a specific region band by rotating the diffraction grating; And a sample component analyzer for checking the electrical signal value of the light receiving element, varying the number of tables of the linear simultaneous equations according to the degree of resolution, and displaying the graph on a monitor screen.

여기서, 광원과 회절격자 사이에 배치되고, 혼합시료와 반응한 광을 통과시켜 회절격자에 보내는 슬릿을 더 포함한다.Here, the light source further includes a slit disposed between the light source and the diffraction grating, for passing the light reacted with the mixed sample to the diffraction grating.

또한, 회절격자는 회절격자의 중심을 기준으로 회절격자 회전체에 의해 회전된다.Further, the diffraction grating is rotated by the diffraction grating rotator with respect to the center of the diffraction grating.

또한, 회절격자에서 분광된 광의 파장이 선택된다.Also, the wavelength of the light that has been spectroscopically selected in the diffraction grating is selected.

또한, 시료성분 분석부는 혼합시료 분석기 제조시 특정 성분을 위한 영역을 가변한다.흡광 스펙트럼의 겹침을 최대한 분리시키게 하고, 이 영역에 선형연립방정식의 수를 타영역에 비해 상대적으로 많은 표분수를 가짐으로써 통계적 연산시 혼합시료 분석시스템의 성능을 향상시킨다.In addition, the sample component analyzer changes the area for a specific component in the production of a mixed sample analyzer. It allows the absorption spectrum spectrum to be separated as much as possible, and the number of linear algebraic equations in this area is relatively large Thereby improving the performance of the mixed sample analyzing system in the statistical calculation.

도 1은 종래의 콘케이브 회절격자의 최적화 방법을 이용한 분광장치를 이용한 시료성분 분석시스템이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구배형 포커싱 영역을 지닌 콘케이브형 회절격자를 이용한 혼합시료 분석장치의 개략도이다.
도 3은 도 1의 시료성분 분광 데이터가 모니터 화면에 디스플레이된 전기적 신호의 그래프이다.
도 4는 도 1과 동일한 시료성분에 대해 도 2에서 얻어진 분광 데이터가 모니터 화면에 디스플레이된 전기적 신호의 그래프이다.
도 5는 도 4의 혼합시료의 흡광도 스펙트럼에서 개별신호를 산출하기 위한 임의 파장을 선택한 예를 나타낸 것이다.1 is a system for analyzing a sample component using a spectroscope using a conventional optimization method for a concave diffraction grating.
2 is a schematic view of a mixed sample analyzer using a cone-shaped diffraction grating having a graded focusing region according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph of an electrical signal on which the spectral data of the sample component of FIG. 1 is displayed on a monitor screen.
FIG. 4 is a graph of electrical signals on which spectral data obtained in FIG. 2 are displayed on a monitor screen with respect to the same sample components as in FIG.
Fig. 5 shows an example of selecting an arbitrary wavelength for calculating an individual signal in the absorbance spectrum of the mixed sample of Fig.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described hereinafter with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in various forms. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation only as the invention may make thedetails of the invention rather than limit the scope of the invention to those skilled in the art. Only.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구배형 포커싱 영역을 지닌 콘케이브형 회절격자의 최적화 방법을 이용한 혼합시료 분석시스템의 개략도이다. 도 2를 참조하면 광원(100), 슬릿(slit, 200), 회절격자(grating, 300), 회절격자 회전체(700), 수광소자(500), 시료성분 분석부(600)를 포함할 수 있다.FIG. 2 is a schematic diagram of a mixed sample analyzing system using a method of optimizing a cone-shaped diffraction grating having a graded focusing region according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a light source 100, a slit 200, a grating 300, a diffraction grating rotator 700, a light receiving element 500, and a sample component analyzer 600 have.

슬릿(200)은 광원(100)과 회절격자(300) 사이에 배치되고, 혼합시료와 반응하여 슬릿(200)을 통과한 광은 회절격자(300)에 보내어진다.The slit 200 is disposed between the light source 100 and the diffraction grating 300 and the light that has passed through the slit 200 in response to the mixed sample is sent to the diffraction grating 300.

회절격자(300)는 동일분산형 콘케이브형 구조를 가지며, 초점 영역이 파장별 동일 분산각도(constant deviation)상에 위치하여(구배형 포커싱) 혼합시료와 반응한 광을 분광한다.The diffraction grating 300 has an equally scattered cone-shaped structure, and the focus region is located on the same constant dispersion of the wavelengths (graded focusing) to measure light reacted with the mixed sample.

일반적으로, 콘케이브형 회절격자(300)는 격자(grating)의 간격 또는 구배(grating curve)를 조정함으로써 포커싱 영역이 평면형태(flat-field)를 형성하는 폴리크로메타(polychrometor)용 또는 동일 분산각도(constant deviation)를 형성하여 구배형 포커싱 영역을 지닌 단색화(monochromator)용이 사용될 수 있다.In general, the cone-shaped diffraction grating 300 may be used for a polychrometer in which the focusing region forms a flat-field by adjusting the spacing or grating curves of the gratings, A simple monochromator having a graded focusing area by forming a constant deviation may be used.

본 발명의 일 실시예에서는 회절격자(300)의 중심축(회전축)을 기준으로 구배형 포커싱 영역(동일분산각도(constant deviation angle))을 형성하는 콘케이브 회절격자가 사용된다. 회절격자(300)는 회절격자 회전체(700)에 장착되어 있고, 회절격자의 중심을 기준으로 회절격자 회전체(700)에 의해 회전된다. 일반적으로, 광은 LED, UV, Xe lamp, Laser, Laser Diode가 사용될 수 있으며, 혼합시료와 반응(반사, 투과)된 후 슬릿(200)을 통해 회절격자 회전체(700)에 장착된 회절격자(300)에 입사된다.In an embodiment of the present invention, a cone diffraction grating is used which forms a graded focusing area (constant deviation angle) with respect to the central axis (rotation axis) of the diffraction grating 300. The diffraction grating 300 is mounted on the diffraction grating rotator 700 and is rotated by the diffraction grating rotator 700 based on the center of the diffraction grating. In general, the light may be an LED, UV, Xe lamp, laser, or laser diode. The light may be incident on the diffraction grating body 700 through the slit 200 after being reflected (Not shown).

수광소자(500)는 라인 형태로 어레이된 구조로서 회절격자(300)에서 분광된 광이 픽셀 어레이 (pixel array)와 매핑(mapping)되도록 구성된다. 라인형태로 라인 (line) CCD, PDA(Photodiode Array)가 사용된다. 수광소자(500)는 포커싱 영역에 위치해야 하는데, 도 2의 경우 수광소자(500)는 구배형 포커싱 영역(400)의 중심에 위치한다. 회절격자 회전체(700)를 임의의 각도로 회전시키면, 더욱 정확히 포커싱되는 파장을 선택할 수 있으며, 시료의 특성에 따라 겹침구간(도 4, 도 5의 구간(A)) 등을 중심으로 정밀한 분리가 가능하다. 즉, 구배형 포커싱 회절격자 구조에 라인형 수광소자를 사용함으로써, 특정영역에서만의 분해능을 높이거나 혼합시료 분석기 제조시 특정 성분(가스)만을 위한 영역을 조정할 수 있다. 도 2의 라인형 수광소자의 픽셀은 구배를 가질 수 없으므로, 회절격자(300)에서 분광된 광과 라인형 수광소자(500)의 픽셀간의 일대일 대응에서 특정영역(도 2의 중심의 굵은선, 촛점이 형성된 구간)에서는 분해능이 높을 수 있으나, 이외의 영역은 촛점영역이 벗어나거나 지나간 영역이므로 분해능이 상대적으로 미약하다. 이런 점을 이용하여, 특정영역만의 분해능을 조정한다.The light receiving element 500 is configured to be arrayed in a line shape, and is configured such that light that has been spectrally diffracted by the diffraction grating 300 is mapped to a pixel array. Line CCD and PDA (Photodiode Array) are used in line form. The light receiving element 500 should be located in the focusing area, and in FIG. 2, the light receiving element 500 is positioned at the center of the gradation focusing area 400. By rotating the diffraction grating rotator 700 at an arbitrary angle, it is possible to more accurately select the wavelength to be focused, and it is possible to precisely separate (exclude) the center of the lapped section (the section A in FIG. 4 and FIG. 5) Is possible. That is, by using a line-type light receiving element in a gradient-type diffraction grating structure, it is possible to increase the resolution only in a specific region or to adjust the region for only a specific component (gas) in manufacturing a mixed sample analyzer. The pixel of the line type light receiving element of FIG. 2 can not have a gradient. Therefore, in a one-to-one correspondence between the light that has been diffracted by the diffraction grating 300 and the pixel of the line type light receiving element 500, The resolution may be high in the region where the focal point is formed), but the resolution is relatively weak because the other region is the focal region or the passing region. Using this point, the resolution of only a specific area is adjusted.

시료성분 분석부(600)는 수광소자(500)의 전기적 신호값을 체크하여 모니터 화면에 그래프로 디스플레이한다. 이렇게 하여, 사용자는 모니터에 디스플레이된 전기적 신호로부터 시료성분을 육안으로 확인할 수 있게 된다. 한편, 시료성분 분석부(600)는 전기적 신호를 디스플레이하는 방식 이외에 다른 실시예가 사용될 수 있다. 예를 들어, 시료성분 분석부(600)가 소프트웨어상에서 입력된 각 시료성분의 기준값을 저장하고, 수광소자(500)가 변환한 전기적 신호값을 각 시료성분의 기준값과 비교한다. 그리고, 시료성분 분석부(600)는 해당 시료성분이 존재하는 지를 판단하여 해당 시료성분의 명칭이 디스플레이되도록 할 수 있다. 이렇게 하여, 사용자는 디스플레이된 시료성분의 명칭으로부터 해당 시료성분을 육안으로 확인할 수 있게 된다.The sample component analysis unit 600 checks the electrical signal value of the light receiving element 500 and displays it on the monitor screen in a graph. In this way, the user can visually confirm the sample component from the electrical signal displayed on the monitor. Meanwhile, the sample component analyzing unit 600 may use other embodiments other than a method of displaying an electrical signal. For example, the sample component analyzing unit 600 stores reference values of the respective sample components input on the software, and compares the electrical signal values converted by the light receiving device 500 with reference values of the respective sample components. The sample component analyzer 600 may determine whether the sample component exists and display the name of the sample component. In this way, the user can visually confirm the sample component from the name of the displayed sample component.

도 2에서 살펴본 구배형은 회절격자(300)를 중심으로 동일간격의 각도로 파장이 배치되는 형태이며, 단색화 장치에서 사용되고 있다. 또한, 회절격자(300)의 중심을 기준으로 회절격자(300)를 회전시킴으로써 회절격자(300)에서 분광된 광의 파장이 선택된다. 즉, 라인형 수광소자로 인해 형성된 신호는, 분광신호의 초점을 특정영역에만 집중되고, 그 이외의 영역은 상대적으로 초점이 전후로 놓여지게 된다. 라인형 수광소자는 특정영역을 지정하여 분해능을 높일 수 있는 장점이 있다.The gradient type shown in FIG. 2 is a type in which wavelengths are arranged at equal intervals around the diffraction grating 300, and is used in a monochromator. Further, the wavelength of the light that has been spectroscopically selected by the diffraction grating 300 is selected by rotating the diffraction grating 300 based on the center of the diffraction grating 300. That is, in the signal formed by the line-shaped light receiving element, the focal point of the spectroscopic signal is focused only on a specific region, and the regions other than that are focused on back and forth. The line-type light-receiving element has an advantage that resolution can be improved by designating a specific area.

도 3은 도 1의 시료성분 분광 데이터가 모니터 화면에 디스플레이된 전기적 신호의 그래프이고, 도 4는 도 1과 동일한 시료성분에 대해 시료 a와 시료 b의 겹침신호를 예상하여 중심파장을 a와 b의 간섭구간의 흡광 중앙에 위치하도록 하여 도 2에서 얻어진 분광 데이터가 모니터 화면에 디스플레이된 전기적 신호의 그래프이다. 도 3 및 도 4의 그래프는 두 가지의 개별시료를 a, b라 하고, 이들의 혼합시료를 a+b라 할 때 각각도 1, 도 2에서 얻어진 흡광도 그래프라고 할 수 있다.FIG. 3 is a graph of an electrical signal displayed on the monitor screen of the sample component spectral data of FIG. 1, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the center wavelengths of a and b And the spectral data obtained in Fig. 2 is displayed on the monitor screen so as to be located at the center of the light absorption of the interference section of the interference section. The graphs of FIGS. 3 and 4 show the absorbance graphs obtained in FIGS. 1 and 2 when the two individual samples are a and b, respectively, and the mixed sample thereof is a + b.

도 5는 도 4의 혼합시료 흡광도 스펙트럼에서 개별신호를 산출하기 위한 임의 파장을 선택한 예를 나타낸 것이다. 도 5에서는 실제 SO2 가스(a)와 NH3 가스(b)의 혼합에 따른 개별 흡광도가 표시되었다. 횡축은 파장/수광소자 픽셀 수(pixel number)이고, 종축은 흡광도 세기를 나타낸다. 이때, 회절격자 회전체(700)로 회절격자(300)의 회전각도를 조절함으로써 구간(A)을 정확히 조정할 수 있다.Fig. 5 shows an example of selecting an arbitrary wavelength for calculating an individual signal in the mixed sample absorbance spectrum of Fig. 5, actual SO 2 The individual absorbances corresponding to the mixture of gas (a) and NH 3 gas (b) are shown. The abscissa represents the number of pixels of the wavelength / light receiving element (pixel number), and the ordinate represents the absorbance intensity. At this time, the section A can be adjusted accurately by adjusting the angle of rotation of the diffraction grating 300 with the diffraction grating rotator 700.

도 3, 도 4, 도 5에서 구간(A)는 개별시료의 흡광도 신호가 상호 겹치는 부분을 의미하며, 구간(B)는 흡광도 신호가 전혀 겹쳐지지 않는 영역을 표시한다. 전체적인 분광신호를 얻기 위해서는 도 1의 분광장치가 장점을 지닐 수 있으나, 도 2의 구조는 회절격자 회전체(700) 제조시 회절격자 회전체(700)를 미소하게 시계 또는 반시계방향으로 조정함으로써 겹침 구간(A)을 정밀하게 분리할 수 있으므로 분석시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.In FIGS. 3, 4 and 5, section A indicates a portion where the absorbance signals of the individual samples overlap each other, and section B indicates an area in which the absorbance signal is not superimposed at all. The spectroscopic apparatus of FIG. 1 may have an advantage in order to obtain an overall spectroscopic signal. However, the structure of FIG. 2 may be such that the diffraction grating rotator 700 is slightly clockwise or anticlockwise Since the overlapping section A can be precisely separated, the performance of the analysis system can be improved.

(A)구간(혼합시료에 의해 흡광신호가 겹치는 구간)의 분해능을 높이면, (B)구간(혼합시료 흡광신호의 겹침이 적은 구간)의 분해능이 작아도 혼합시료 측정장치의 성능은 향상될 수 있다. 또한, (A)구간과 (B)구간의 분해능 정도에 따라 선형연립방정식의 표분수를 가변함으로써 통계적 가중치를 제공할 수 있고, 이로 인하여 측정된 데이터의 신뢰도를 조정할 수 있다.The performance of the mixed sample measuring apparatus can be improved even if the resolution of the section (A) (the section where the absorption signal is overlapped by the mixed sample) is increased and the resolution of the section (B) (the section where the overlap of the mixed sample absorption signal is small) is small . In addition, the statistical weight can be provided by varying the fractional number of the linear simultaneous equations according to the degree of resolution of the interval (A) and the interval (B), thereby adjusting the reliability of the measured data.

전술한 본 발명의 실시예는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is understandable. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.

100 : 광원
200 : 슬릿
300 : 회절격자
400 : 구배형 포커싱 영역
500 : 수광소자
600 : 시료성분 분석부
700 : 회절격자 회전체100: Light source
200: slit
300: diffraction grating
400: gradient focusing area
500: Light receiving element
600: sample component analysis unit
700: diffraction grating

Claims (5)

콘케이브형 구조를 가지며, 초점 영역이 광 파장별 동일 분산각도(constant deviation)상에 위치하여 혼합시료와 반응한 광을 분광하는 회절격자;
구배형 포커싱 영역에 위치하여 상기 회절격자에서 분광된 광을 수광하고, 특정영역대역의 분해능을 향상시키는 라인형 수광소자;
상기 회절격자를 회전시켜 상기 특정영역대역을 조정하는 회절격자 회전체; 및
상기 수광소자의 전기적 신호값을 체크하여 상기 분해능의 정도에 따라 선형연립방정식의 표분수를 가변하여 상기 혼합시료의 농도 연산시 통계적인 가중치를 부여하고, 모니터 화면에 그래프로 디스플레이하는 시료성분 분석부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘케이브형 회절격자의 최적화 방법을 이용한 혼합시료 분석시스템.A diffraction grating having a cone-shaped structure, the focus region being located on a constant deviation for each wavelength of light to spectrally split the light reacted with the mixed sample;
A line type light receiving element positioned in the graded focusing region to receive the light split by the diffraction grating and improve the resolution of a specific region band;
A diffraction grating rotary body for rotating the diffraction grating to adjust the specific region band; And
A sample component analyzing unit for checking the electrical signal value of the light receiving element and varying the number of tables of the linear simultaneous equations according to the degree of resolution to give a statistical weight in calculating the concentration of the mixed sample,
Wherein the first and second diffraction gratings are arranged in a matrix form. 제1항에 있어서,
광원과 상기 회절격자 사이에 배치되고, 혼합시료와 반응한 광을 통과시켜 상기 회절격자에 보내는 슬릿을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘케이브형 회절격자의 최적화 방법을 이용한 혼합시료 분석시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a slit disposed between the light source and the diffraction grating and passing through the light reacted with the mixed sample to be transmitted to the diffraction grating. 제1항에 있어서,
상기 회절격자는 상기 회절격자의 중심을 기준으로 상기 회절격자 회전체에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 콘케이브형 회절격자의 최적화 방법을 이용한 혼합시료 분석시스템.The method according to claim 1,
Wherein the diffraction grating is rotated by the diffraction grating rotator with respect to the center of the diffraction grating. 제1항에 있어서,
상기 회절격자에서 분광된 광의 파장이 선택되는 것을 특징으로 하는 콘케이브형 회절격자의 최적화 방법을 이용한 혼합시료 분석시스템.The method according to claim 1,
And the wavelength of the light that is spectrally selected in the diffraction grating is selected. The mixed sample analyzing system using the optimized method of the cone-shaped diffraction grating. 제1항에 있어서,
상기 시료성분 분석부는 혼합시료 분석기 제조시 특정 성분을 위한 영역을 가변하는 것을 특징으로 하는 콘케이브형 회절격자의 최적화 방법을 이용한 혼합시료 분석시스템.The method according to claim 1,
Wherein the sample component analyzer changes a region for a specific component in manufacturing the mixed sample analyzer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022025728A1 (en) * 2020-07-30 2022-02-03 주식회사 스킨어세이 Spectroscope

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000088648A (en) * 1998-09-03 2000-03-31 Foss Nirsyst Inc Spectroscopic analyzer
KR100885537B1 (en) 2008-09-03 2009-02-26 주식회사 나노베이스 Wavelength tunable spectrometer and wavelength tuning method therof
JP2009145149A (en) * 2007-12-13 2009-07-02 Shimadzu Corp Spectrophotometer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000088648A (en) * 1998-09-03 2000-03-31 Foss Nirsyst Inc Spectroscopic analyzer
JP2009145149A (en) * 2007-12-13 2009-07-02 Shimadzu Corp Spectrophotometer
KR100885537B1 (en) 2008-09-03 2009-02-26 주식회사 나노베이스 Wavelength tunable spectrometer and wavelength tuning method therof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022025728A1 (en) * 2020-07-30 2022-02-03 주식회사 스킨어세이 Spectroscope

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