KR101657760B1 - 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩 및 이를 이용하는 중금속 이온 샘플 전처리 장치와 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중금속 이온 샘플의 분석 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중금속 이온 샘플을 전처리하기 위한 미세 유체 칩 및 이를 이용하는 중금속 이온 샘플 전처리 장치와 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 양이온 교환 수지가 채워지는 포획 체임버와 중금속 이온을 함유하는 액상 샘플을 상기 포획 체임버로 안내하는 유로 채널이 형성되는 몸체부; 상기 유로 채널의 상부를 덮어서 막는 멤브레인부; 및 상기 멤브레인부를 덮는 커버부를 포함하며, 상기 유로 채널에는 액체의 흐름을 막는 차단벽이 마련되며, 상기 커버부에서 상기 멤브레인부와 접하는 면에는 상기 차단벽에 대응하여 위치하는 압력 작용 홈이 마련되는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩이 제공된다.
Description
본 발명은 중금속 이온 샘플의 분석 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중금속 이온 샘플을 전처리하기 위한 미세 유체 칩 및 이를 이용하는 중금속 이온 샘플 전처리 장치와 방법에 관한 것이다.
전처리 과정은 환경유해물질을 지닌 환경 샘플의 추출과 동시에, 원하는 분석물질의 정제 및 농축 과정을 포함하는 기술로서, 중금속, 유기오염물 뿐 아니라 복합물질 분석을 위한 필수 요소이다. 기존의 실험실 단위의 환경 샘플의 분석 시스템에서는 전처리 과정이 복잡하고 시간이 많이 소요되며, 큰 장비를 운용해야 하는 번거로움이 있었다. 특히 중금속 이온 분석의 경우 유도 결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS)나 유도결합플라즈마 방출분광기(ICP-AES) 등 크고 비싼 장비가 필요하며, 전문적인 기술을 필요로 한다.
중금속 이온의 분석에 앞서, 전처리 과정이 필요한 이유는 크게 다음과 같다. 첫째, 샘플에 함유된 중금속 이온의 양이 너무 적은 경우 분석 장비의 검출 한계치보다 낮은 수치를 띠기 때문에 중금속 이온의 농축 과정이 필요하다. 둘째, 분석의 오차를 유발하는 불순물(각종 음이온, 유기화합물 등)을 제거하기 위한 전처리 과정이 필요하다. 종래의 중금속 이온의 전처리 방법으로는, 크게 Liquid-Liquid Extraction(LLE, 액체-액체 추출법)과 Solid Phase Extraction(SPE, 고체상 추출법)의 두가지 방법이 있으며, 특히 최근에는 고체상 추출의 흡착제로서 넓은 표면적과 화학적 안정성을 가지는 금속산화물 나노입자 또는 탄소를 포함하는 각종 나노재료가 사용되기도 한다. 하지만, 이러한 종래의 방법은 긴 처리시간과 많은 양의 샘플 및 용리액을 필요로 한다는 점에서 여전히 해결해야 할 부분이 많다.
본 발명에서는 마이크로 유체시스템(microfluidic system)을 이용한 중금속 이온 샘플의 전처리 기술을 통하여 분석물질의 선택적인 정제 및 농축, 분리 등의 단위 공정을 하나의 소형화된 미세 유체 칩 위에서 구현하고자 한다. 미세 유체 칩 상에서 양이온 교환수지를 이용하여 선택적으로 중금속 이온을 포획 및 농축시키며, 동시에 음이온이나 기타 유기물과 같은, 분석에 방해가 되는 물질을 분리시킴으로써 최종적으로 그래핀 양자점 기반 환경 센서의 감도를 높이고자 한다.
본 발명의 목적은 그래핀 양자점 기반의 환경 센서의 감도를 높이기 위한 샘플의 전처리 과정을 랩온어칩(lab on a chip) 기술을 이용하여 소형화된 칩 상에서 구현함으로써, 종래의 복잡한 전처리 과정에 비해 비용을 절감하고, 공정의 단순화를 이루는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면,
양이온 교환 수지가 채워지는 포획 체임버와, 상기 포획 체임버와 연결되는 유로 채널과, 상기 유로 채널을 개폐하는 멤브레인부를 구비하는 미세 유체 칩; 및
상기 멤브레인부에 가해지는 압력을 조절하는 마이크로 펌프를 포함하는 중금속 이온 샘플 전처리 장치가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따르면,
양이온 교환 수지가 채워지는 포획 체임버와 중금속 이온을 함유하는 액상 샘플을 상기 포획 체임버로 안내하는 유로 채널이 형성되는 몸체부; 상기 유로 채널의 상부를 덮어서 막는 멤브레인부; 및 상기 멤브레인부를 덮는 커버부를 포함하며, 상기 유로 채널에는 액체의 흐름을 막는 차단벽이 마련되며, 상기 커버부에서 상기 멤브레인부와 접하는 면에는 상기 차단벽에 대응하여 위치하는 압력 작용 홈이 마련되는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩이 제공된다.
상기 유로 채널은 다수 개가 나란하게 배치될 수 있다.
상기 차단벽은 상기 유로 채널의 연장방향을 따라서 다수 개가 형성될 수 있다.
상기 미세 유체 칩은 상기 커버부에 결합되는 다수 개의 밸브 부재를 더 포함하며, 상기 밸브 부재 각각은 상기 다수 개의 차단벽 각각에 대응하는 압력 작용 홈과의 연결을 개폐할 수 있다.
상기 미세 유체 칩은 상기 커버부에 결합되는 밸브 부재를 더 포함하며, 상기 밸브 부재는 상기 압력 작용 홈과의 연결을 개폐할 수 있다.
상기 밸브 부재는 외부에서 가압하면 폐쇄되고, 외부에서 흡입하면 개방될 수 있다.
상기 밸브 부재는 루어 밸브일 수 있다.
상기 몸체부에는 분리벽에 의해 상기 포획 체임버와 분리되고 상부가 개방된 배출 체임버를 더 형성될 수 있다.
상기 몸체부는 상기 포획 체임버의 바닥을 형성하는 제1 레이어 부재와, 상기 제1 레이어 부재의 위에 위치하며 상기 포획 체임버가 형성되는 제2 레이어 부재와, 상기 제2 레이어 부재의 위에 위치하며 상기 유로 채널이 형성되는 제3 레이어 부재가 결합되어서 형성되는 것일 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 측면에 따르면,
양이온 교환 수지가 채워지는 포획 체임버와 중금속 이온을 함유하는 액상 샘플을 상기 포획 체임버로 안내하는 유로 채널이 형성되는 몸체부와, 상기 유로 채널의 상부를 덮어서 막는 멤브레인부; 상기 멤브레인부를 덮는 커버부; 및 상기 커버부에 결합되는 밸브 부재를 구비하며, 상기 유로 채널에는 액체의 흐름을 막는 차단벽이 마련되며, 상기 커버부에서 상기 멤브레인부와 접하는 면에는 상기 차단벽에 대응하여 위치하고 상기 밸브 부재와 연결되는 압력 작용 홈이 마련되는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩; 상기 밸브 부재에 연결되는 연결 튜브; 및 상기 연결 튜브를 통해 공기를 토출하거나 흡입하는 마이크로 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 이온 샘플 전처리 장치가 제공된다.
상기 차단벽은 상기 유로 채널의 연장방향을 따라서 다수 개가 형성되며, 상기 밸브 부재는 상기 차단벽에 대응하여 다수 개 형성되며, 상기 밸브 부재 각각은 상기 다수 개의 차단벽 각각에 대응하는 압력 작용 홈과의 연결을 개폐할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 측면에 따르면,
상기된 중금속 이온 샘플 전처리 장치를 이용하여 중금속 이온 샘플을 전처리하여 농축된 중금속 이온을 회수하는 방법으로서, 상기 다수의 밸브 부재를 순서대로 개방하여 샘플을 상기 유로 채널을 따라서 이동시켜서 상기 포획 체임버로 유입시키는 샘플 도입 단계; 상기 포획 체임버에 유입된 샘플에 함유된 중금속 이온을 상기 양이온 교환수지를 이용하여 포획하는 중금속 이온 포획 단계; 및 상기 다수의 밸브 부재를 순서대로 개방하여 용리액을 상기 유로 채널을 따라서 이동시켜서 상기 포획체임버로 유입시키는 용리액 도입 단계를 포함하는 농축된 중금속 이온을 회수하는 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적이 모두 달성될 수 있다. 구체적으로는 아래의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용의 항목에서 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 이온 샘플 전처리 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 미세 유체 칩의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제3 레이어 부재의 사시도로서, 배면이 보이도록 도시한 것이다.
도 4는 도 2에 도시된 제5 레이어 부재의 사시도로서, 배면이 보이도록 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 미세 유체 칩에 형성된 유로, 체임버 및 통로의 상대적인 위치를 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 미세 유체 칩의 단면도로서, 도 5의 A-A'선에 대응하여 절단한 부분을 도시한 것이다.
도 7은 도 1에 도시된 중금속 이온 샘플 전처리 장치를 이용하여 중금속 이온 샘플을 전처리하는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 도시한 순서도이다,.
도 8 내지 도 10은 도 7에서 샘플 도입 단계가 수행되는 과정을 도시한 공정도이다.
도 11은 마이크로 펌프의 작동 조건에 따른 샘플 로딩 속도(좌)와 양이온 포획 효율(우)을 나타내는 그래프이다.
도 12는 실험에서 사용된 양이온 교환수지의 특성을 비교한 것이다.
도 13은 실험에서 사용된 두 가지 양이온 교환수지의 납과 은 이온의 온 칩(On-Chip) 포획율을 비교한 그래프이다.
도 14와 도 15는 용리액 부피에 따른 납 이온의 회수율을 나타내는 그래프로서, 도 15는 EF=1인 경우이고, 도 16은 EF=5인 경우이다.
도 16은 전처리 장치를 통과하기 전과 용리시킨 후의 샘플 내 음이온의 농도를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 미세 유체 칩의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제3 레이어 부재의 사시도로서, 배면이 보이도록 도시한 것이다.
도 4는 도 2에 도시된 제5 레이어 부재의 사시도로서, 배면이 보이도록 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 미세 유체 칩에 형성된 유로, 체임버 및 통로의 상대적인 위치를 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 미세 유체 칩의 단면도로서, 도 5의 A-A'선에 대응하여 절단한 부분을 도시한 것이다.
도 7은 도 1에 도시된 중금속 이온 샘플 전처리 장치를 이용하여 중금속 이온 샘플을 전처리하는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 도시한 순서도이다,.
도 8 내지 도 10은 도 7에서 샘플 도입 단계가 수행되는 과정을 도시한 공정도이다.
도 11은 마이크로 펌프의 작동 조건에 따른 샘플 로딩 속도(좌)와 양이온 포획 효율(우)을 나타내는 그래프이다.
도 12는 실험에서 사용된 양이온 교환수지의 특성을 비교한 것이다.
도 13은 실험에서 사용된 두 가지 양이온 교환수지의 납과 은 이온의 온 칩(On-Chip) 포획율을 비교한 그래프이다.
도 14와 도 15는 용리액 부피에 따른 납 이온의 회수율을 나타내는 그래프로서, 도 15는 EF=1인 경우이고, 도 16은 EF=5인 경우이다.
도 16은 전처리 장치를 통과하기 전과 용리시킨 후의 샘플 내 음이온의 농도를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 이온 샘플 전처리 장치가 사시도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 이온 샘플 전처리 장치(100)는 미세 유체 칩(110)과, 마이크로 펌프(170)와, 다수의 연결 튜브(180a, 180b, 180c)를 구비한다. 중금속 이온 샘플 전처리 장치(100)는 샘플을 전처리하여 샘플에 함유된 중금속 이온을 농축하고 정제한다.
도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 미세 유체 칩(110)은 아래로부터 위로 차례대로 적층된 제1 레이어 부재(120)와, 제2 레이어 부재(130)와, 제3 레이어 부재(140)와, 제4 레이어 부재(150)와, 제5 레이어 부재(160)를 구비한다. 제1 레이어 부재(120), 제2 레이어 부재(130) 및 제3 레이어 부재(140)는 미세 유체 칩(110)의 몸체부를 형성하며, 제4 레이어 부재(150)는 미세 유체 칩(110)의 멤브레인부를 형성하고, 제5 레이어 부재(160)는 미세 유체 칩(110)의 커버부를 형성한다.
제1 레이어 부재(120)는 유리 재질로 이루어지며, 상면(121)에 형성된 제1 바닥 홈(122)과, 제2 바닥 홈(123)을 구비한다. 제1 바닥 홈(122)과 제2 바닥 홈(123)은 800㎛의 깊이로 에칭되어 형성되며, 서로 일정 간격을 두고 이격되어 있다.
제2 레이어 부재(130)는 제1 레이어 부재(120)의 위에 위치한다. 제2 레이어 부재(130)는 PDMS 재질로 이루어지며, 3.5mm의 두께를 갖는다. 제2 레이어 부재(130)의 하면(131)은 제1 레이어 부재(120)의 상면(121)과 밀착하도록, 제1 레이어 부재(120)와 제2 레이어 부재(130)는 산소(O2) 플라즈마 처리를 통해 영구 접합(permanent bonding)된다. 제2 레이어 부재(130)에는 제2 레이어 부재(130)를 두께 방향으로 관통하는 제1 관통부(132)와 제2 관통부(133)가 마련된다. 제1 관통부(132)는 제1 레이어 부재(120)에 형성된 제1 바닥 홈(122)에 대응하는 크기와 형상을 갖는다. 제1 관통부(132)는 제1 레이어 부재(120)의 제1 바닥 홈(122)과 겹쳐지게 위치하며, 제1 바닥 홈(122)과 함께 양이온 교환 수지(B)가 수용되는 포획 체임버(134)를 형성한다. 본 실시예에서 양이온 교환 수지(B)는 중금속 이온에 대한 선택도가 높은 폴리스타이렌(PS) 계열의 매트릭스를 사용하는 것으로 설명한다. 제2 관통부(133)는 제1 레이어 부재(120)에 형성된 제2 바닥 홈(123)에 대응하는 크기와 형상을 갖는다. 제2 관통부(133)는 제1 레이어 부재(120)의 제2 바닥 홈(123)과 겹쳐지게 위치하며, 제2 바닥 홈(123)과 함께 배출 체임버(135)를 형성한다. 배출 체임버(135)에는 포획 체임버(134)로부터 넘어온 배출액 및 용리액이 수용된다. 배출 체임버(135)의 상단 적어도 일부는 외부로 노출된다. 포획 체임버(134)와 배출 체임버(135)는 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 이격되어서 위치하며, 포획 체임버(134)와 배출 체임버(135)의 사이에는 분리벽(136)이 마련된다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 6을 참조하면, 제3 레이어 부재(140)는 제2 레이업 부재(130)의 위에 위치한다. 제3 레이어 부재(140)는 유리 재질로 이루어지며, 유체 도입부(141)와, 다수의 출구 홀(147)과, 연결 홈(148)과, 관통 홀(149)을 구비한다. 제3 레이어 부재(140)의 하면(140a)은 제2 레이어 부재(130)의 상면(137)과 밀착하도록, 제2 레이어 부재(130)와 제3 레이어 부재(140)는 산소(O2) 플라즈마 처리를 통해 영구 접합(permanent bonding)된다. 제3 레이어 부재(140)는 배출 체임버(135)의 상단 적어도 일부를 덮지 않는다. 그에 따라, 배출 체임버(135)의 상단 적어도 일부는 외부로 노출된다.
유체 도입부(141)는 제3 레이어 부재(140)의 상면(140b)에 100㎛의 깊이로 에칭되어 형성된다. 유체 도입부(141)는 입구 홈(142)과, 다수의 유로 채널(144)을 구비한다.
입구 홈(142)은 외부로 노출되어 있으며, 입구 홈(142)에 전처리 대상인 샘플인 액체가 담긴다.
다수의 유로 채널(144)은 입구 홈(142)으로부터 포획 체임버(134)가 위치하는 쪽으로 연장되어서 형성된다. 다수의 유로 채널(144) 각각은 평행하게 직선으로 연장된다. 각 유로 채널(144)에는 그 연장 방향을 따라서 차례대로 배치되는 제1, 제2, 제3 차단벽(145a, 145b, 145c)이 마련된다. 본 실시예에서는 차단벽(145a, 145b, 145c)이 3개 인것으로 설명하는데, 본 발명은 유로 채널(144)에 형성되는 차단벽(145a, 145b, 145c)의 수를 3개로 제한하지 않는다. 제1, 제2, 제3 차단벽(145a, 145b, 145c)에 의해 유로 채널(144)은 입구 홈(142)으로부터 멀어지는 방향으로 차례대로 일렬로 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 단위 유로(146a, 146b, 146c, 146d)로 구획된다.
출구 홀(147)은 각 유로 채널(144)의 끝단에 포획 체임버(134)와 통하도록 제3 레이어 부재(140)를 관통하여 형성된다. 본 실시예에서는 출구 홀(147)이 3개인 것으로 설명하는데, 본 발명은 출구 홀(147)의 수를 3개로 제한하지 않는다.
연결 홈(148)은 제3 레이어 부재(140)의 하면(140a)에 300㎛의 깊이로 에칭되어 형성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 연결 홈(148)은 포획 체임버(134)와 배출 체임버(135)에 동시에 걸치도록 위치한다. 그에 따라, 연결 홈(148)은 포획 체임버(134)에 담긴 액체가 분리벽(136)을 넘어서 배출 체임버(135)로 유입될 수 있도록 하는 통로의 역할을 한다. 연결 홈(148)의 깊이는 포획 체임버(134)에 채워진 양이온 교환수지(B)가 배출 체임버(135)로 넘어오지 못하도록 양이온 교환수지(B)보다 작게 형성된다.
관통 홀(149)은 제3 레이어 부재(140)를 관통하여 형성되며, 포획 체임버(134)와 통하도록 위치한다. 관통 홀(149)을 통해 양이온 교환수지(B)가 포획 체임버(134)로 공급될 수 있다.
제4 레이어 부재(150)는 PDMS 재질로 이루어지는 멤브레인으로서, 다수의 유로 채널(144)을 덮도록 제3 레이어 부재(140)의 상면(140b)에 결합된다.
제5 레이어 부재(160)는 제4 레이업 부재(150)의 위에 결합된다. 제5 레이어 부재(160)는 유리 재질로 이루어지며, 다수의 압력 작용 홈 군(161a, 161b, 161c)과, 다수의 연결구(163a,163b, 163c)와, 다수의 기체 채널 구조(164a, 164b, 164c)을 구비한다. 제5 레이어 부재(160)의 하면(160a)은 제4 레이어 부재(150)의 상면에 결합된다.
다수의 압력 작용 홈 군(161a, 161b, 161c)은 제1 압력 작용 홈 군(161a)과, 제2 압력 작용 홈 군(161b)과, 제2 압력 작용 홈 군(161c)을 구비한다.
제1 압력 작용 홈 군(161a)은 3개의 제1 압력 작용 홈(162a)을 구비한다. 각 제1 압력 작용 홈(162a)은 제5 레이어 부재(160)의 하면(160a)에 소정의 깊이로 에칭되어서 형성된다. 제1 압력 작용 홈(162a) 각각은 제3 레이어 부재(140)의 각 유로 채널(144)에 형성된 제1 차단벽(145a) 각각에 일대일로 대응하여 위치한다. 즉, 제1 압력 작용 홈(162a) 각각은 각 제1 차단벽(145a)의 위에 위치한다. 제1 압력 작용 홈(162a)에 부압이 형성되면 대응하는 부분의 제4 레이어 부재(150)는 도 8에 도시된 바와 같이 제1 차단벽(145a)으로부터 떨어져서 액상의 샘플이 제1 단위 유로(146a)에서 제2 단위 유로(146b)로 넘어간다.
제2 압력 작용 홈 군(161b)은 3개의 제2 압력 작용 홈(162b)을 구비한다. 각 제2 압력 작용 홈(162b)은 제5 레이어 부재(160)의 하면(160a)에 소정의 깊이로 에칭되어서 형성된다. 제2 압력 작용 홈(162b) 각각은 제3 레이어 부재(140)의 각 유로 채널(144)에 형성된 제2 차단벽(145b) 각각에 일대일로 대응하여 위치한다. 즉, 제2 압력 작용 홈(162b) 각각은 각 제2 차단벽(145b)의 위에 위치한다. 제2 압력 작용 홈(162b)에 부압이 형성되면 대응하는 부분의 제4 레이어 부재(150)는 도 9에 도시된 바와 같이 제2 차단벽(145b)으로부터 떨어져서 액상의 샘플이 제2 단위 유로(146b)에서 제3 단위 유로(146c)로 넘어간다.
제3 압력 작용 홈 군(161c)은 3개의 제3 압력 작용 홈(162c)을 구비한다. 각 제3 압력 작용 홈(162c)은 제5 레이어 부재(160)의 하면(160a)에 소정의 깊이로 에칭되어서 형성된다. 제3 압력 작용 홈(162c) 각각은 제3 레이어 부재(140)의 각 유로 채널(144)에 형성된 제3 차단벽(145c) 각각에 일대일로 대응하여 위치한다. 즉, 제3 압력 작용 홈(162c) 각각은 각 제3 차단벽(145c)의 위에 위치한다. 제3 압력 작용 홈(162c)에 부압이 형성되면 대응하는 부분의 제4 레이어 부재(150)는 도 10에 도시된 바와 같이 제3 차단벽(145c)으로부터 떨어져서 액상의 샘플이 제3 단위 유로(146c)에서 제4 단위 유로(146d)로 넘어간다.
다수의 연결구(163a,163b, 163c)는 제5 레이어 부재(160)를 관통하여 형성된다. 다수의 연결구(163a, 163b, 163c)는 제1 연결구(163a)와, 제2 연결구(163b)와, 제3 연결구(163c)를 구비한다. 각 연결구(163a, 163b, 163c)에는 밸브 부재(190a, 190b, 190c)가 결합된다.
다수의 밸브 부재(190a, 190b, 190c)는 제1 밸브 부재(190a)와, 제2 밸브 부재(190b)와, 제3 밸브 부재(190c)를 구비한다. 각 밸브 부재(190a, 190b, 190c)는 본 실시예에서 루어(luer) 밸브인 것으로 설명한다.
제1 밸브 부재(190a)는 미세 유체 칩(110)의 제1 연결구(163a)에 결합되며, 제1 연결 튜브(180a)와 연결된다. 제1 연결 튜브(180a)에 마이크로 펌프(170)에 의한 공기 토출 상태(즉, 마이크로 펌프(170)가 제1 연결 튜브(180a)를 통해 공기를 토출)가 형성되면 제1 밸브 부재(190a)는 폐쇄된다. 만일, 제1 연결 튜브(180a)에 마이크로 펌프(170)에 의한 공기 흡입 상태(즉, 마이크로 펌프(170)가 제1 연결 튜브(180a)를 통해 공기를 흡입)가 형성되면 제1 밸브 부재(190a)는 개방되고, 제1 압력 작용 홈(162a)에는 진공이 형성된다.
제2 밸브 부재(190b)는 미세 유체 칩(110)의 제2 연결구(163b)에 결합되며, 제2 연결 튜브(180b)와 연결된다. 제2 연결 튜브(180b)에 마이크로 펌프(170)에 의한 공기 토출 상태(즉, 마이크로 펌프(170)가 제2 연결 튜브(180b)를 통해 공기를 토출)가 형성되면 제2 밸브 부재(190b)는 폐쇄된다. 만일, 제2 연결 튜브(180b)에 마이크로 펌프(170)에 의한 공기 흡입 상태(즉, 마이크로 펌프(170)가 제2 연결 튜브(180b)를 통해 공기를 토출)가 형성되면 제2 밸브 부재(190b)는 개방되고, 제2 압력 작용 홈(162b)에는 진공이 형성된다.
제3 밸브 부재(190c)는 미세 유체 칩(110)의 제3 연결구(163c)에 결합되며, 제3 연결 튜브(180c)와 연결된다. 제3 연결 튜브(180c)에 마이크로 펌프(170)에 의한 공기 토출 상태(즉, 마이크로 펌프(170)가 제3 연결 튜브(180c)를 통해 공기를 토출)가 형성되면 제3 밸브 부재(190c)는 폐쇄된다. 만일, 제3 연결 튜브(180c)에 마이크로 펌프(170)에 의한 공기 흡입 상태(즉, 마이크로 펌프(170)가 제3 연결 튜브(180c)를 통해 공기를 토출)가 형성되면 제3 밸브 부재(190c)는 개방되고, 제3 압력 작용 홈(162c)에는 진공이 형성된다.
다수의 기체 채널 구조(164a, 164b, 164c)는 제1 기체 채널 구조(164a)와, 제2 기체 채널 구조(164b)와, 제3 기체 채널 구조(164c)을 구비한다. 각 기체 채널 구조(164a, 164b, 164c)는 제5 레이어 부재(160)의 하면(160a)에 소정의 깊이로 에칭되어서 형성된다.
제1 기체 채널 구조(164a)는 3개의 제1 압력 작용 홈(162a)을 제1 연결구(163a)와 연결한다.
제2 기체 채널 구조(164b)는 3개의 제2 압력 작용 홈(162b)을 제2 연결구(163b)와 연결한다.
제3 기체 채널 구조(164c)는 3개의 제3 압력 작용 홈(162c)을 제3 연결구(163c)와 연결한다.
마이크로 펌프(170)는 미세 유체 칩(110)의 작동에 필요한 공압을 발생시켜서 연결 튜브(180a, 180b, 180c)를 통해 전달한다. 구체적으로는 다수의 연결 튜브(180a, 180b, 180c)를 통해 필요에 따라서 공기를 토출하거나 흡입한다.
다수의 연결 튜브(180a, 180b, 180c)는 제1 연결 튜브(180a)와, 제2 연결 튜브(180b)와, 제3 연결 튜브(180c)를 구비한다. 각 연결 튜브(180a, 180b, 180c)는 마이크로 펌프(170)로부터 연장되어서 밸브 부재(190a, 190b, 190c)에 결합된다.
도 7에는 도 1에 도시된 중금속 이온 샘플 전처리 장치(100)를 이용하여 중금속 이온 샘플을 전처리하는 방법의 일 실시예가 순서도로서 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 이온 샘플의 전처리 방법은, 샘플 도입 단계(S10)와, 중금속 이온 포획 단계(S20)와, 용리액 도입 단계(S30)와, 증금속 이온 회수 단계(S40)를 포함한다.
샘플 도입 단계(S10)에서는 전처리 대상인 중금속 이온을 함유하는 액상의 샘플이 양이온 교환수지(B)가 채워진 포획 체임버(134)로 로딩된다. 샘플 도입 단계(S10)의 더욱 상세한 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 샘플이 미세 유체 칩(110)에 마련된 입구 홈(142)에 담긴다. 이때, 모든 밸브 부재(190a, 190b, 190c)는 마이크로 펌프(170)의 작동에 의해 폐쇄된 상태가 되어서, 도 6에 도시된 바와 같이 모든 차단벽(145a, 145b, 145c)의 상단에는 제5 레이어 부재(150)가 밀착한 상태를 유지하게 된다.
다음, 마이크로 펌프(170)는 세 개의 밸브 부재(190a, 190b, 190c) 중 제1 밸브 부재(190a) 만을 개방시킨다. 이 때의 상태가 도 8에 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 세 개의 차단벽(145a, 145b, 145c) 중 제1 차단벽(145a)의 상단 만이 제5 레이어 부재(150)와 떨어지고, 그에 따라 샘플이 제1 단위 유로(146a)에서 제2 단위 유로(146b)로 넘어간다.
다음, 마이크로 펌프(170)는 세 개의 밸브 부재(190a, 190b, 190c) 중 제2 밸브 부재(190b) 만을 개방시킨다. 이 때의 상태가 도 9에 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 세 개의 차단벽(145a, 145b, 145c) 중 제2 차단벽(145b)의 상단 만이 제5 레이어 부재(150)와 떨어지고, 그에 따라 샘플이 제2 단위 유로(146b)에서 제3 단위 유로(146c)로 넘어간다.
다음, 마이크로 펌프(170)는 세 개의 밸브 부재(190a, 190b, 190c) 중 제3 밸브 부재(190c) 만을 개방시킨다. 이 때의 상태가 도 10에 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 세 개의 차단벽(145a, 145b, 145c) 중 제3 차단벽(145c)의 상단 만이 제5 레이어 부재(150)와 떨어지고, 그에 따라 샘플이 제3 단위 유로(146c)에서 제4 단위 유로(146d)로 넘어간다. 제4 단위 유로(146d)로 넘어온 샘플은 출구 홀(147)을 통해 포획 체임버(134)로 유입된다.
제1 밸브 부재(190a) 만이 개방되는 상태, 제2 밸브 부재(190b) 만이 개방되는 상태, 제3 밸브 부재(190c) 만이 개방되는 상태가 반복되면서 입구 홈(142)에 담긴 샘플은 포획 체임버(134)로 모두 유입된다. 밸브 부재(190a, 190b, 190c) 사이의 개방 시간 간격은 적절히 조절될 수 있는데, 본 실시예에서는 150ms인 것으로 설명한다. 샘플 도입 단계(S10)가 완료된 후에는 중금속 이온 포획 단계(S20)가 수행된다.
중금속 이온 포획 단계(S20)에서는 샘플 도입 단계(S10)를 통해 포획 체임버(134)로 유입된 샘플에 함유된 중금속 이온이 포획 체임버(134)에 채워진 양이온 교환수지(B)에 의해 포획된다. 샘플에서 양이온 교환수지(B)에 포획되지 않은 부분은 배출 체임버(135)로 넘어간 후 폐기된다.
용리액 도입 단계(S30)에서는 중금속 이온이 포획된 양이온 교환수지(B)로부터 중금속 이온을 회수하기 위한 용리액이 포획 체임버(134)로 로딩된다. 본 실시예에서는 용리액으로 염산(7%)을 사용하는 것으로 설명한다. 용리액 도입 단계(S30)에서는 샘플 도입 단계(S10)에서 샘플을 포획 체임버(134)로 로딩하는 것과 동일한 방법으로 용리액이 포획 체임버(134)로 로딩된다.
중금속 이온 회수 단계(S40)에서는 포획 체임버(134)로 로딩된 용리액에 의해 양이온 교환수지(B)에 포획되었던 중금속 이온이 탈착되고 용리액과 함께 배출 체임버(135)로 넘어와 회수된다.
이하, 위에서 설명한 중금속 이온 샘플 전처리 장치 및 방법에 의한 실험 결과를 설명한다.
1. 마이크로 펌프 시스템 테스트
도 11의 왼쪽 그래프는 마이크로 펌프의 작동조건(actuation time)에 따른 샘플의 로딩 속도를 나타낸 자료이다. 랩뷰(LabView) 프로그램에서 actuation time 값을 조절할 수 있는데, 150, 200, 250, 300 ms 로 변화시키면서 샘플의 처리량를 조사하였다. 마이크로 펌프의 actuation time이란 진공/가압 조건을 가하는 시간간격을 뜻하며 그 값에 따라 칩 상에서 샘플의 처리량을 조절할 수 있다. Actuation time이 커질 경우, 시간당 가해지는 진공/가압 횟수가 적어지기 때문에 샘플 처리량이 줄어드는 경향을 보인다. 150 ms 조건에서 91.6 ㎕/min 으로 가장 빠른 로딩 속도를 보였고 300 ms 조건에서 51.13 ㎕/min 으로 가장 느린 로딩 속도를 보였다.
오른쪽 그래프는 마이크로 펌프의 actuation time에 따른 양이온 교환수지의 포획 효율을 나타낸 자료이다. 각 조건에서 농도가 같은 샘플을 처리해주었을 때 양이온 교환 채임버를 지나가기 전, 후의 중금속 이온의 농도를 측정하여 양이온 교환수지의 포획율을 계산하였다. 실험에서 사용된 샘플은 70 ppb의 납 수용액(Pb2+)이고, 1 ml를 처리하였다. 이 그래프에서는 각 조건에 따라 샘플의 로딩 속도는 다르지만 양이온 포획 효율은 대부분 80~90%로 비슷한 수준을 나타내고 있음을 알 수 있다. 따라서 150 ms의 actuation time 조건에서 가장 빠르게 샘플을 처리할 수 있으며, 동시에 높은 효율로 중금속 이온 포획이 가능함을 알 수 있다.
두 그래프를 통하여 본 발명에 따른 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩의 마이크로 펌프 작동 조건에 따른 원활한 유체흐름 제어능력을 확인하였다. 또한 칩 내에 양이온 교환수지의 중금속 이온의 선택적 포획 또한 높은 효율을 나타내었다.
2. 샘플 전처리용 미세 유체 칩에서 양이온 교환수지를 이용한 중금속 이온의 선택적 포획
도 12는 특정 중금속 이온을 선택적으로 포획하기 위한 두 가지 양이온 교환수지의 특성을 비교한 것이다. 두 가지 물질은 모두 상업적으로 잘 알려져 있으며 쉽게 구할 수 있는 양이온 교환수지로서, 주로 대용량 컬럼을 이용한 수질 정화에 많이 쓰인다. 두 가지 물질 모두 폴리스타이렌 계열의 매트릭스로서, 각각 황산과 싸이올 기능기를 가지고 있어 여러 중금속 이온을 포획하는 특성을 가진다. 두 양이온 교환수지의 성능 비교를 위한 On-chip 포획율 테스트를 통해 AMBERSEP GT74 양이온 교환수지가 납과 은 이온 모두 더 높은 효율로 포획하는 결과를 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 두 가지 후보군 중에서 더 높은 효율로 타겟 중금속을 포획하는 AMBERSEP GT74 양이온 교환수지를 선택하여 전처리 실험을 진행하기로 하였다.
3. 포획된 중금속 이온의 회수율 및 농축 효율 분석
앞서 수행한 샘플 전처리용 미세 유체 칩의 타겟 중금속 이온 포획율 테스트에서는 중금속 이온 샘플이 포획 체임버를 통과하면서 양이온 교환수지(AMBERSEP GT 74)에 얼마나 포획이 되는지를 분석하였는데, 도 13으로부터 실험에서 사용한 납과 은 이온이 모두 높은 효율(86~99%)로 포획되었음을 확인하였다.
본 발명에서 목표로 하고 있는 중금속 이온의 농축 효율을 파악하기 위해서는 적절한 용리액을 사용하여 포획된 중금속 이온을 다시 회수해야 한다. 상용화되어있는 양이온 교환수지의 보편적인 재사용법을 참고하여 염산(7%)를 용리액으로 선택하였다. 처음에 중금속 이온 샘플을 처리할 때와 같은 방법으로, 마이크로 펌프 작동에 의해 용리액을 흘려주면 양이온 교환수지에 포획되었던 중금속 이온이 탈착되어 용리액에 녹아 디바이스의 배출구를 통해 흘러나오게 된다. 양이온 교환수지를 이용한 수처리에서 통상적으로 농축 효율 분석에 사용되는 인자는 RF(Recovery factor, 회수인자), EF(Enrichment factor, 농축인자) 값들로 알려져 있다. RF값은 0에서 1사이의 탈착 효율을 나타내는 인자로서, 양이온 교환수지에 포획되었던 중금속 이온의 양 대비 용리액에 의해 탈착되어 나오는 양을 계산한 값이다. 회수율이 높을수록 1에 가까운 값을 가진다. EF값은 다음과 같이 계산된다.
즉, 샘플처리량 대비 적은 양의 용리액을 사용하면서 1에 가까운 회수율을 얻게 될 때 높은 농축율을 달성할 수 있다. 일반적으로 양이온 교환수지를 사용한 대용량 컬럼의 중금속 이온 농축율 분석에서는 샘플처리량과 용리액의 부피비가 매우 커지게 되므로 EF값이 보통 10에서 크게는 100까지 나타난다고 보고하고 있다. 하지만 샘플처리량이 많아질수록 실험시간이 매우 길어지고 회수에 쓰이는 시약과 양이온 교환수지가 과다하게 소모된다는 것이 단점이다.
본 발명에서는 샘플과 시약의 소모량을 줄이고, 단시간 내에 손쉬운 작동으로 샘플을 농축시키는 것이 목표이기 때문에 먼저 샘플 전처리용 미세 유체 칩의 농축 여부를 파악하기 위하여 초기 샘플처리량과 용리액의 사용량을 변화시켜가며 실험 방향을 잡았다.
납 이온으로 실험을 하였을 때, 도 13으로부터 전처리용 미세 유세 칩을 통해 처리해준 중금속 이온이 80% 이상의 높은 포획률로 양이온 교환수지에 포획되었음을 알 수 있다. 농축 효율을 올리는 것에 앞서 회수율 자체를 높이기 위해, 샘플 처리량은 1 ml로 고정한 후 샘플의 농도를 10, 40, 70 ppb로 변화시키며 용리액의 부피에 따른 회수율을 측정하였다. 용리액의 부피는 샘플 처리량과 같은 1 ml를 처리하되 200 ㎕씩 5번에 걸쳐 회수율을 측정하였다. 도 14의 그래프를 참고하면, 세 가지 농도 조건에서 모두 80% 이상의 높은 회수율을 기록하였다. 하지만 샘플처리량과 용리액 사용량의 비율이 1이기 때문에 농축 효율은 0.8 ~ 1 정도의 낮은 값을 나타내었다.
샘플 전처리용 미세 유체 칩의 농축 효율을 높이기 위하여 샘플처리량과 용리액 사용량의 비를 변화시켜보았다. 도 15의 그래프는 납 이온의 샘플처리량을 3 ml로 하고, 용리액 사용량을 500 ㎕로 하여 같은 실험을 진행한 자료이다. 샘플처리량을 늘릴수록 실험시간이 길어지는 문제가 있지만, 그래프에서 볼 수 있듯이, 2.5, 5 ppb정도의 낮은 농도의 조건에서도 85%에 가까운 높은 회수율을 보였다. 샘플처리량과 용리액 사용량의 비가 6 (= 3/0.5)이고, RF(회수인자) 값이 0.85 이므로 농축인자 EF의 값이 6*0.85 = 5.1 정도로 향상된 농축 효율을 보였다.
여기서 주목할 점은 2.5 ppb 정도의 낮은 농도는 시중에서 양이온 농도의 정성 분석에 많이 쓰이는 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS)의 검출한계값과 거의 비슷하다는 점이다. 따라서 유도결합플라즈마 질량분석기로 검출이 불가능한 더 낮은 농도의 샘플을 전처리용 미세 유체 칩을 통해 농축시킬 수 있을 것으로 기대된다. 이는 기존의 대용량 컬럼을 통한 중금속 이온 농축 방법과 달리 간편하고 단시간 내에 적은 부피로 농축을 시킴으로써, 현존 장비로 측정이 불가능한 극미량의 중금속 이온의 농도를 분석하는데 도움이 될 것으로 전망된다.
4. 샘플 전처리용 미세 유체 칩의 음이온 필터링 효과
도 16은 여러 가지 음이온들이 포함된 중금속 이온 샘플의 전처리용 미세 유체 칩을 통과하기 전 (Before)과 포획된 중금속 이온을 회수하기 위해 용리액을 흘려주어 얻은 (After) 용액의 음이온 농도를 이온크로마토그래피(IC)를 통해 분석한 결과이다. 이 결과를 통해, 전처리용 미세 유체 칩을 통과하기 전에 주입한 샘플에 높은 농도로 녹아있는 음이온들이 포획 채임버를 거쳐 배출구로 모두 흘러나감을 알 수 있다. 따라서 용리액을 통해 포획된 중금속 이온을 회수할 때, 방해가 되는 음이온들이 모두 제거된 상태에서 순수한 중금속 이온을 회수할 수 있음을 알 수 있다.
이상 실시예들을 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예들은 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 당업자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 중금속 이온 샘플 전처리 장치 110 : 미세 유체 칩
120 : 제1 레이어 부재 122 : 제1 바닥 홈
123 : 제2 바닥 홈 130 : 제2 레이어 부재
132 : 제1 관통부 133 : 제2 관통부
140 : 제3 레이어 부재 141 : 유체 도입부
142 : 입구 홈 144 : 유로 채널
145a : 제1 차단벽 145b : 제2 차단벽
145c : 제3 차단벽 146a : 제1 단위 유로
146b : 제2 단위 유로 146c : 제3 단위 유로
146d : 제4 단위 유로 147 : 출구 홀
148 : 연결 홈 149 : 관통 홀
150 : 제4 레이어 부재 160 : 제5 레이어 부재
161a : 제 압력 작용 홈 군 161b : 제2 압력 작용 홈 군
161c : 제3 압력 작용 홈 군 162a : 제1 압력 작용 홈
162b : 제2 압력 작용 홈 162c : 제3 압력 작용 홈
163a : 제1 연결구 163b : 제2 연결구
163c : 제3 연결구 164a : 제1 기체 채널 구조
164b : 제2 기체 채널 구조 164c : 제3 기체 채널 구조
170 : 마이크로 펌프 180a : 제1 연결 튜브
180b : 제2 연결 튜브 180c : 제3 연결 튜브
190a : 제1 밸브 부재 190b : 제2 밸브 부재
190c : 제3 밸브 부재
120 : 제1 레이어 부재 122 : 제1 바닥 홈
123 : 제2 바닥 홈 130 : 제2 레이어 부재
132 : 제1 관통부 133 : 제2 관통부
140 : 제3 레이어 부재 141 : 유체 도입부
142 : 입구 홈 144 : 유로 채널
145a : 제1 차단벽 145b : 제2 차단벽
145c : 제3 차단벽 146a : 제1 단위 유로
146b : 제2 단위 유로 146c : 제3 단위 유로
146d : 제4 단위 유로 147 : 출구 홀
148 : 연결 홈 149 : 관통 홀
150 : 제4 레이어 부재 160 : 제5 레이어 부재
161a : 제 압력 작용 홈 군 161b : 제2 압력 작용 홈 군
161c : 제3 압력 작용 홈 군 162a : 제1 압력 작용 홈
162b : 제2 압력 작용 홈 162c : 제3 압력 작용 홈
163a : 제1 연결구 163b : 제2 연결구
163c : 제3 연결구 164a : 제1 기체 채널 구조
164b : 제2 기체 채널 구조 164c : 제3 기체 채널 구조
170 : 마이크로 펌프 180a : 제1 연결 튜브
180b : 제2 연결 튜브 180c : 제3 연결 튜브
190a : 제1 밸브 부재 190b : 제2 밸브 부재
190c : 제3 밸브 부재
Claims (13)
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- 양이온 교환 수지가 채워지고 상부가 폐쇄된 포획 체임버와, 분리벽에 의해 상기 포획 체임버와 분리되고 상부가 개방된 배출 체임버와, 중금속 이온을 함유하는 액상 샘플을 상기 포획 체임버로 안내하는 유로 채널과, 상기 분리벽을 사이에 두고 상기 포획 체임버와 상기 배출 체임버의 상부에 동시에 걸치도록 위치하는 연결 홈이 형성되는 몸체부;
상기 유로 채널의 상부를 덮어서 막는 멤브레인부; 및
상기 멤브레인부를 덮는 커버부를 포함하며,
상기 유로 채널에는 액체의 흐름을 막는 차단벽이 마련되며,
상기 커버부에서 상기 멤브레인부와 접하는 면에는 상기 차단벽에 대응하여 위치하는 압력 작용 홈이 마련되며,
상기 연결 홈의 깊이는 상기 양이온 교환 수지보다 작은 것을 특징으로 하는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩. - 청구항 2에 있어서,
상기 유로 채널은 다수 개가 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩. - 청구항 2에 있어서,
상기 차단벽은 상기 유로 채널의 연장방향을 따라서 다수 개가 형성되는 것을 특징으로 하는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩. - 청구항 4에 있어서,
상기 커버부에 결합되는 다수 개의 밸브 부재를 더 포함하며,
상기 밸브 부재 각각은 상기 다수 개의 차단벽 각각에 대응하는 압력 작용 홈과의 연결을 개폐하는 것을 특징으로 하는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩. - 청구항 2에 있어서,
상기 커버부에 결합되는 밸브 부재를 더 포함하며,
상기 밸브 부재는 상기 압력 작용 홈과의 연결을 개폐하는 것을 특징으로 하는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩. - 청구항 6에 있어서,
상기 밸브 부재는 외부에서 가압하면 폐쇄되고, 외부에서 흡입하면 개방되는 것을 특징으로 하는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩. - 청구항 6에 있어서,
상기 밸브 부재는 루어 밸브인 것을 특징으로 하는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩. - 삭제
- 청구항 2에 있어서,
상기 몸체부는 상기 포획 체임버의 바닥을 형성하는 제1 레이어 부재와, 상기 제1 레이어 부재의 위에 위치하며 상기 포획 체임버가 형성되는 제2 레이어 부재와, 상기 제2 레이어 부재의 위에 위치하며 상기 유로 채널과 상기 연결 홈이 형성되는 제3 레이어 부재가 결합되어서 형성되는 것을 특징으로 하는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩. - 양이온 교환 수지가 채워지고 상부가 폐쇄된 포획 체임버와, 분리벽에 의해 상기 포획 체임버와 분리되고 상부가 개방된 배출 체임버와, 중금속 이온을 함유하는 액상 샘플을 상기 포획 체임버로 안내하는 유로 채널과, 상기 분리벽을 사이에 두고 상기 포획 체임버와 상기 배출 체임버 상부에 동시에 걸치도록 위치하는 연결 홈이 형성되는 몸체부와, 상기 유로 채널의 상부를 덮어서 막는 멤브레인부와, 상기 멤브레인부를 덮는 커버부와, 상기 커버부에 결합되는 밸브 부재를 구비하며, 상기 유로 채널에는 액체의 흐름을 막는 차단벽이 마련되며, 상기 커버부에서 상기 멤브레인부와 접하는 면에는 상기 차단벽에 대응하여 위치하고 상기 밸브 부재와 연결되는 압력 작용 홈이 마련되는 중금속 이온 샘플 전처리용 미세 유체 칩;
상기 밸브 부재에 연결되는 연결 튜브; 및
상기 연결 튜브를 통해 공기를 토출하거나 흡입하는 마이크로 펌프를 포함하며,
상기 연결 홈의 깊이는 상기 양이온 교환 수지보다 작은 것을 특징으로 하는 중금속 이온 샘플 전처리 장치. - 청구항 11에 있어서,
상기 차단벽은 상기 유로 채널의 연장방향을 따라서 다수 개가 형성되며,
상기 밸브 부재는 상기 차단벽에 대응하여 다수 개 형성되며,
상기 밸브 부재 각각은 상기 다수 개의 차단벽 각각에 대응하는 압력 작용 홈과의 연결을 개폐하는 것을 특징으로 하는 중금속 이온 샘플 전처리 장치. - 청구항 12에 기재된 중금속 이온 샘플 전처리 장치를 이용하여 중금속 이온 샘플을 전처리하여 농축된 중금속 이온을 회수하는 방법으로서,
상기 다수의 밸브 부재를 순서대로 개방하여 샘플을 상기 유로 채널을 따라서 이동시켜서 상기 포획 체임버로 유입시키는 샘플 도입 단계;
상기 포획 체임버에 유입된 샘플에 함유된 중금속 이온을 상기 양이온 교환수지를 이용하여 포획하는 중금속 이온 포획 단계;
상기 다수의 밸브 부재를 순서대로 개방하여 용리액을 상기 유로 채널을 따라서 이동시켜서 상기 포획체임버로 유입시키는 용리액 도입 단계; 및
상기 양이온 교환 수지에 포획된 중금속 이온이 용리액에 의해 탈착되고 용리액과 함께 상기 연결 홈을 통해 상기 배출 체임버로 이동하여 회수되는 중금속 이온 회수 단계를 포함하는 농축된 중금속 이온을 회수하는 방법.
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