KR101716392B1 - 플라즈마 분광 분석 장치 및 플라즈마 분광 분석 방법 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 발광을 이용하여 액상 물질에 대한 미량 원소 및 화합물 분석을 수행할 수 있는 플라즈마 분광 분석 장치를 제공한다. 플라즈마 분광 분석 장치는 케이스와 플라즈마 발생부 및 분광 분석기를 포함한다. 케이스는 접지된 액상 물질을 수용한다. 플라즈마 발생부는 내부에 기체 주입구를 형성하고 적어도 일부가 액상 물질에 잠기는 관형의 유전체와, 기체 주입구를 통과하거나 기체 주입구에서 배출된 기체와 접하도록 유전체에 고정되고 전원부와 전기적으로 연결된 구동 전극을 포함한다. 분광 분석기는 플라즈마 발생부에 의해 생성되고 액상 물질과 반응한 플라즈마에서 방출되는 빛을 분석하여 원소를 검출한다.

Description

플라즈마 분광 분석 장치 및 플라즈마 분광 분석 방법 {PLASMA SPECTROSCOPIC ANALYSIS DEVICE AND PLASMA SPECTROSCOPIC ANALYSIS METHOD}
본 발명은 플라즈마 분광 분석 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 발광을 이용하여 액상 물질에 대한 미량 원소 및 화합물 분석을 수행하는 플라즈마 분광 분석 장치에 관한 것이다.
플라즈마는 전자와 이온 및 화학적 활성종이 존재하는 상태를 의미한다. 기체에 가해진 전기 에너지는 전자를 먼저 가속하고, 가속된 전자가 중성입자와 충돌하며 에너지를 전달하여 중성입자는 해리, 이온화, 또는 들뜬 상태로 바뀌게 된다. 에너지를 받은 물질은 바닥 상태로 천이하는 과정에서 물질 고유의 파장을 방출하는데, 이러한 정보는 플라즈마를 구성하는 물질의 종류와 그 양을 예측하는 해석에 활용될 수 있다.
유도결합 플라즈마(ICP)를 이용한 분광 분석법은 이러한 원리를 이용한 것으로서, 범용으로 활용되는 가스 크로마토그래피(GC)나 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR) 등에 비해 극미량의 물질을 분석하는데 도움이 된다. 그러나 이러한 분석 방법은 복잡한 시료 전처리를 요구하고, 분석 장비의 이동성이 제한되며, 장시간의 분석 시간이 요구되는 등의 제약이 있다.
이러한 이유로 플라즈마 기반의 분광 분석 장치는 그 활용도가 높을 것으로 예상되지만, 다양한 분광 분석 조건에 맞는 적절한 플라즈마 발생 기술이 필요하다. 특히 액상 물질에 대한 검출도 가능하도록 액상 물질에서 효과적으로 플라즈마를 발생시키는 기술이 필요하다. 한편, 수십 kV 이상의 고전압 펄스전원을 이용하는 수중 플라즈마 발생기가 널리 사용되고 있으나, 이 경우 고전압 펄스로 인해 시료가 손상될 수 있다.
본 발명은 고전압 펄스전원의 사용을 배제하여 시료 손상을 최소화하며, 저전압 구동으로 액상 물질에 플라즈마를 효과적으로 발생시켜 액상 물질에 대한 미량 원소 및 화합물 분석을 간편하게 수행할 수 있는 플라즈마 분광 분석 장치와 플라즈마 분광 분석 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 분광 분석 장치는 케이스와 플라즈마 발생부 및 분광 분석기를 포함한다. 케이스는 접지된 액상 물질을 수용한다. 플라즈마 발생부는 내부에 기체 주입구를 형성하고 적어도 일부가 액상 물질에 잠기는 관형의 유전체와, 기체 주입구를 통과하거나 기체 주입구에서 배출된 기체와 접하도록 유전체에 고정되고 전원부와 전기적으로 연결된 구동 전극을 포함한다. 분광 분석기는 플라즈마 발생부에 의해 생성되고 액상 물질과 반응한 플라즈마에서 방출되는 빛을 분석하여 원소를 검출한다.
기체의 주입 방향을 따라 구동 전극의 일단은 유전체의 일단보다 액상 물질로부터 더 멀리 위치할 수 있다.
구동 전극은 유전체의 내면에 밀착된 금속 튜브로 구성될 수 있으며, 유전체와 함께 그 내부에 기체 주입구를 형성할 수 있다. 유전체와 구동 전극은 지면에 수직하게 배치될 수 있고, 기체의 주입 방향은 중력 방향과 일치할 수 있다. 액상 물질에 잠기는 유전체의 하단은 구동 전극의 하단보다 아래에 위치할 수 있다.
다른 한편으로, 구동 전극은 금속 봉 또는 금속 막대로 구성될 수 있으며, 기체 주입구와 거리를 두고 유전체를 관통할 수 있다. 유전체와 구동 전극은 지면에 수직하게 배치될 수 있고, 기체의 주입 방향은 중력 방향과 일치할 수 있다. 액상 물질에 잠기는 유전체의 하단에 오목부가 형성될 수 있다. 구동 전극의 하단은 오목부의 바닥면에 노출될 수 있고, 유전체의 하단은 구동 전극의 하단보다 아래에 위치할 수 있다.
전원부는 구동 전극에 수 kV 이내 크기의 직류, 교류, 또는 고주파 전압을 인가할 수 있다.
플라즈마 분광 분석 장치는, 유전체에 설치되며 플라즈마에서 방출되는 빛을 분광 분석기로 전달하는 광 섬유를 더 포함할 수 있다. 광 섬유는 유전체의 길이 방향을 따라 유전체를 관통할 수 있고, 광 섬유의 단부는 액상 물질에 잠기는 유전체의 일단 밖으로 노출될 수 있다. 광 섬유는 수광 파장대가 상이한 복수의 광 섬유로 구성될 수 있고, 유전체에서 서로간 거리를 두고 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 분광 분석 방법은, 접지 전극과 접하는 액상 물질에 유전체의 적어도 일부가 잠기도록 유전체와 구동 전극을 포함한 플라즈마 발생부를 배치하는 단계와, 유전체의 기체 주입구로 기체를 주입함과 동시에 구동 전극으로 구동 전압을 인가하여 구동 전극과 접지 전극의 전압 차에 의해 기체 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계와, 광 섬유와 분광 분석기를 이용하여 액상 물질과 반응한 플라즈마에서 방출되는 빛을 분석하여 원소를 검출하는 단계를 포함한다.
구동 전극은 기체 주입구를 통과하거나 기체 주입구에서 배출된 기체와 접하도록 유전체에 고정될 수 있다. 기체의 주입 방향을 따라 구동 전극의 일단은 유전체의 일단보다 액상 물질로부터 멀리 위치하여 기체의 주입으로 구동 전극이 액상 물질로부터 분리될 때 플라즈마가 발생할 수 있다.
본 발명에 의한 플라즈마 분광 분석 장치는 단순한 전극 구조와 저전압 구동으로 액상 물질에서 기체 플라즈마를 효과적으로 발생시킬 수 있고, 액상 물질에 대한 미량 원소 및 화합물 분석을 간단하고 빠르게 수행할 수 있다. 플라즈마 분광 분석 장치는 광물 탐사, 식품 분석, 도핑 검사, 에너지 분야, 및 천연물질 연구 등 신속한 분광 분석이 필요한 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 분광 분석 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 분광 분석 장치 중 플라즈마 발생부의 부분 절개 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 플라즈마 분광 분석 장치 중 플라즈마 발생부의 저면도이다.
도 4는 비교예에 따른 플라즈마 발생부를 나타낸 구성도이다.
도 5는 도 1에 도시한 플라즈마 분광 분석 장치를 이용한 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 분광 분석 장치의 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시한 플라즈마 분광 분석 장치 중 플라즈마 발생부의 부분 절개 사시도이다.
도 8은 도 6에 도시한 플라즈마 분광 분석 장치 중 플라즈마 발생부의 저면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 분광 분석 장치의 구성도이고, 도 2와 도 3은 각각 도 1에 도시한 플라즈마 분광 분석 장치 중 플라즈마 발생부의 부분 절개 사시도와 저면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 제1 실시예의 플라즈마 분광 분석 장치(100)는 접지된 액상 물질을 수용하는 케이스(10)와, 유전체(21)와 구동 전극(22)을 포함하며 유전체(21)를 통과하는 기체에 플라즈마를 발생시켜 액상 물질과 반응시키는 플라즈마 발생부(20)와, 플라즈마에서 방출되는 빛을 분석하여 원소를 검출하는 분광 분석기(30)를 포함한다.
케이스(10)는 정해진 용량의 액상 물질을 담는 용기(vessel) 형태로 제작될 수 있으며, 상부가 개방되어 액상 물질을 노출시킬 수 있다. 액상 물질은 분석하고자 하는 원소 및 화합물을 포함한 물질로서 필요 시 전기 전도도 향상과 pH(수소 이온 지수) 조절 등을 위해 전해질을 포함할 수 있다.
플라즈마 발생부(20)는 케이스(10)에 고정식으로 설치되거나, 사용자가 손에 잡고 실험할 수 있도록 이동식으로 구성될 수 있다. 플라즈마 발생부(20)는 유전체(21)와 구동 전극(22) 이외에 기체 공급부(23)와 전원부(24)를 더 포함한다.
유전체(21)는 내부가 빈 관형으로서 개방된 액상 물질의 표면에서 아래로 이동하여 적어도 일부가 액상 물질에 잠긴다. 구동 전극(22)은 유전체(21) 내면에 밀착된 금속 튜브로 구성되며, 구동 전극(22)과 유전체(21) 내부의 빈 공간이 기체 주입구(OP)가 된다. 유전체(21)와 구동 전극(22)의 길이 방향은 지면에 수직할 수 있다.
기체 공급부(23)는 기체 주입구(OP)로 공기, 질소, 또는 비활성 기체(헬륨, 아르곤 등)를 액상 물질의 조건에 따라 정량 공급한다. 기체 공급부(23)는 펌프와 유량 조절 밸브 등을 포함할 수 있다.
구동 전극(22)은 전원부(24)와 전기적으로 연결되어 플라즈마 발생에 필요한 전압을 인가받는다. 전원부(24)는 직류(DC), 교류(AC), 또는 고주파(RF) 전압을 구동 전극에 인가하며, 인가 전압의 최대 크기는 수 kV를 넘지 않는다. 이러한 전원부(24)는 종래 수십 kV의 고주파 펄스전원 대비 장치 가격이 낮다.
플라즈마 발생부(20)에서 구동 전극(22)은 액상 물질로 기체를 주입하는 노즐의 기능과 플라즈마 발생을 위한 전극의 기능을 동시에 수행한다. 이때 액상 물질은 유전체(21) 외벽에 고정된 관형의 접지 전극(40)에 의해 접지되어 구동 전극(22)과 전위 차를 가진다.
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전술한 구성의 플라즈마 발생부(20)에서, 기체의 주입 방향(도면을 기준으로 위에서 아래를 향하는 방향이며, 중력 방향과 일치)을 따라 구동 전극(22)의 일단(도면을 기준으로 하단)은 유전체(21)의 일단(도면을 기준으로 하단)보다 액상 물질로부터 더 멀리 위치한다.
즉 도 2에 도시한 바와 같이, 구동 전극(22)의 하단은 h의 높이 차를 두고 유전체(21)의 하단 상부에 위치한다. 따라서 구동 전극(22) 아래로 유전체(21)만으로 둘러싸인 공간이 존재하며, 이 공간이 구동 전극(22)과 액상 물질을 분리시키는 기능을 한다.
기체 공급부(23)에서 기체 주입구(OP)로 기체를 주입함과 동시에 전원부(24)에서 구동 전극(22)으로 구동 전압을 인가하면, 기체는 구동 전극(22)의 하단을 지나면서 아래로 볼록한 모양을 가지게 되고, 유전체(21)를 따라 아래로 하강한 후 유전체(21)의 하단을 지나면서 점차 큰 직경을 가지게 된다.
기체가 구동 전극(22)을 지나 유전체(21)와 접하는 순간 구동 전극(22)은 액상 물질로부터 분리되며, 기체가 유전체(21)의 하단에 머무는 순간 구동 전극(22)과 접지 전극(40)의 전위 차에 의해 기체 내부에 플라즈마가 발생한다. 발생된 플라즈마는 기체와 액상 물질의 경계면에 표면 전하를 형성하고, 표면 전하로 인해 기체는 강한 표면 장력을 유지하다가 유전체(21) 외부로 방출된다.
기체 내에 발생한 플라즈마에 의해, 기체와 액상 물질의 경계면에서 이온 충돌에 의한 스퍼터(sputter)와 전류 밀도의 집중으로 인한 기화 현상이 복합적으로 일어나며, 결과적으로 액상 물질을 기화시키고 이는 플라즈마 상태로 변환된다. 액상 물질과 반응한 플라즈마에서 방출된 빛을 분석하면 액상 물질에 포함된 원소와 그 양을 검출할 수 있다.
유전체(21)에는 수광 소자로서 적어도 하나의 광 섬유(35)가 설치될 수 있다. 광 섬유(35)는 플라즈마에서 방출되는 빛을 분광 분석기(30)로 전달하고, 분광 분석기(30)는 전달받은 빛을 분석하여 액상 물질에 포함된 미량 원소와 그 양을 검출한다.
광 섬유(35)는 유전체(21)의 길이 방향을 따라 유전체(21)를 관통하며, 유전체(21) 밖으로 광 섬유(35)의 일단(하단)이 노출되어 빛을 포착한다. 광 섬유(35)의 일단은 플라즈마 분광 분석 장치(100)의 작동 과정에서 액상 물질과 접하거나, 플라즈마가 생성된 기체 내부에 위치할 수 있다.
광 섬유(35)는 수광 파장대가 상이한 복수의 광 섬유로 구성될 수 있으며, 유전체(21) 내부에서 서로간 거리를 두고 배치될 수 있다. 도 2와 도 3에서는 세 개의 광 섬유(35)가 유전체(21)에 배치된 경우를 도시하였으나, 광 섬유(35)의 개수와 위치는 도시한 예로 한정되지 않는다.
플라즈마 분광 분석 과정에서, 구동 전극(22)은 액상 물질에 직접 노출되지 않아야 하고, 액상 물질보다 기체 내에서 플라즈마를 먼저 발생시켜야 한다. 이를 위해 구동 전극(22)의 하단은 유전체(21)의 하단보다 h의 높이 차를 두고 높게 위치한다.
도 4는 비교예에 따른 플라즈마 발생부를 나타낸 구성도이다. 도 4에서는 구동 전극(220)의 하단이 유전체(21)의 하단과 같은 높이에 위치하는 경우를 도시하였다.
도 4를 참고하면, 액상 물질로 기체를 주입하는 과정에서 구동 전극(220)은 액상 물질에 직접 노출된다. 액상 물질은 기체보다 높은 전기 전도도를 가지므로, 구동 전극(220)의 전류는 기체 내부가 아닌 액상 물질로 우회하게 된다. 따라서 비교예의 경우 기체 내부에 플라즈마가 발생되지 않는다. 이 경우 플라즈마를 발생시키기 위해서는 구동 전극(220)에 높고 급격한 전압 변화인 고전압 펄스를 인가해야 한다.
다시 도 1 내지 도 3을 참고하면, 구동 전극(22)의 하단이 유전체(21)의 하단보다 높게 위치함에 따라, 액상 물질로 기체가 주입되는 과정에서 구동 전극(22)은 액상 물질에 직접 노출되지 않는다. 즉 구동 전극(22) 아래로 유전체(21)만으로 둘러싸인 공간이 존재하는데, 이 공간에 기체가 차오르는 순간 구동 전극(22)은 액상 물질로부터 분리된다.
따라서 구동 전극(22)의 전류는 액상 물질로 우회하지 않고 기체 내 플라즈마를 생성하는데 사용된다. 그 결과, 플라즈마 분광 분석 장치(100)는 고전압 펄스전원을 생략할 수 있고, 고전압 펄스 인가에 따른 시료 손상을 방지할 수 있으며, 단순한 전극 구조와 저전압 구동으로 기체 내 플라즈마를 용이하게 발생시킬 수 있다.
도 5는 도 1에 도시한 플라즈마 분광 분석 장치를 이용한 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
그래프의 가로축은 빛의 파장(nm 단위)이고, 세로축은 빛의 세기(임의 단위)이다. 에너지를 받은 물질은 바닥 상태로 천이하는 과정에서 물질 고유의 파장을 방출하므로, 검출된 빛의 파장과 세기로부터 물질의 종류와 그 양을 예측할 수 있다.
도 5에 도시한 그래프는 헬륨과 미량의 질소 및 산소를 포함하는 기체 조건에서 액상 물질과 반응시킨 플라즈마로부터 측정된 분석 결과이다. 도 5의 분석 결과로부터 나트륨 원소(589nm)의 존재를 알 수 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마 분광 분석 장치(100)는 일반적인 유도 결합 플라즈마-원자 방출 분광법(inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry, ICP-AES)의 분석과 동일하게 특정 파장대의 발광 수준으로부터 미량 입자의 존재를 알 수 있으며, 입자의 양에 따른 교정 파장과 비교하여 정량적 수준을 예측할 수 있다. 대표적으로 나트륨(589nm)과, 희토류 계열로서 에르븀(Er, 337nm), 홀뮴(Ho, 345nm), 사마륨(Sm, 359nm), 네오디뮴(Nd, 401nm) 등의 원소를 예측할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 분광 분석 장치의 구성도이고, 도 7과 도 8은 각각 도 6에 도시한 플라즈마 분광 분석 장치 중 플라즈마 발생부의 부분 절개 사시도와 저면도이다.
도 6 내지 도 8을 참고하면, 제2 실시예의 플라즈마 분광 분석 장치(200)에서 유전체(21a)는 그 내부에 기체 주입구(OP)를 형성하며, 기체가 배출되는 일단(도면을 기준으로 하단)(211)에 오목부(212)를 형성한다. 오목부(212)는 유전체(21a)의 하단(211) 중앙에 위치하고, 오목부(212)의 바닥면(212a)은 h의 높이 차이를 두고 유전체(21a)의 하단(211) 상부에 위치한다.
구동 전극(22a)은 금속 봉 또는 금속 막대로 구성되며, 유전체(21a)의 길이 방향을 따라 유전체(21a)를 관통한다. 구동 전극(22a)의 일단(하단)은 오목부(212)의 바닥면(212a)에 노출되어 기체 주입구(OP)에서 배출된 기체와 접한다. 기체 주입구(OP)와 구동 전극(22a) 모두 지면에 수직하게 배치될 수 있다.
하나의 구동 전극(22a)이 기체 주입구(OP)와 거리를 두고 유전체(21a) 내부에 설치될 수 있고, 두 개 이상의 구동 전극(22a)이 서로간 거리를 두고 유전체(21a) 내부에 설치될 수 있다. 도 6 내지 도 8에서는 두 개의 구동 전극(22a)이 기체 주입구(OP)의 양측에 배치된 경우를 예로 들어 도시하였으나, 구동 전극(22a)의 개수와 위치는 도시한 예로 한정되지 않는다.
광 섬유(35)는 기체 주입구(OP) 및 구동 전극(22a)과 거리를 두고 유전체(21a)의 길이 방향을 따라 유전체(21a)를 관통한다. 광 섬유(35)의 일단(하단)은 유전체(21a) 바깥으로 돌출되어 플라즈마에서 방출되는 빛을 포착한다.
광 섬유(35)는 기체 주입구(OP)와 구동 전극(22a) 사이에 위치할 수 있고, 그 하단이 오목부(212)의 바닥면(212a) 밖으로 돌출될 수 있다. 다른 한편으로, 광 섬유(35)는 구동 전극(22a) 외측에 위치할 수 있고, 그 하단이 유전체(21a)의 하단(211) 밖으로 돌출될 수 있다. 도 6 내지 도 8에서는 두 번째 경우를 예로 들어 도시하였다.
광 섬유(35)는 수광 파장대가 상이한 복수의 광 섬유로 구성될 수 있으며, 유전체(21a) 내부에서 서로간 거리를 두고 배치될 수 있다. 도 7과 도 8에서는 세 개의 광 섬유(35)가 유전체(21a)에 배치된 경우를 도시하였으나, 광 섬유(35)의 개수는 도시한 예로 한정되지 않는다.
플라즈마 발생부(20a)에서 유전체(21a)는 액상 물질로 기체를 주입하는 노즐의 기능과, 구동 전극(22a)과 액상 물질을 절연시키는 절연체의 기능을 동시에 수행한다. 이때 액상 물질은 유전체(21a) 외벽에 고정된 관형의 접지 전극(40)에 의해 접지되어 구동 전극(22a)과 전위 차를 가진다.
전술한 구성의 플라즈마 발생부(20a)에서, 기체의 주입 방향(도면을 기준으로 위에서 아래를 향하는 방향)을 따라 구동 전극(22a)의 일단(하단)은 유전체(21a)의 하단(211)보다 액상 물질로부터 더 멀리 위치한다.
즉 도 7에 도시한 바와 같이, 구동 전극(22a)의 하단은 오목부(212)의 바닥면(212a)에 노출되어 있으므로, 구동 전극(22a)의 하단은 h의 높이 차를 두고 유전체(21a)의 하단(211) 상부에 위치한다. 따라서 구동 전극(22a) 아래로 유전체(21a)(구체적으로, 오목부(212)의 측벽(212b))만으로 둘러싸인 공간이 존재하며, 이 공간이 구동 전극(22a)과 액상 물질을 분리시키는 기능을 한다.
기체 공급부(23)에서 기체 주입구(OP)로 기체를 주입함과 동시에 전원부(24)에서 구동 전극(22a)으로 구동 전압을 인가하면, 기체는 기체 주입구(OP)의 하단을 지나면서 아래로 볼록한 모양을 가지게 되고, 점차 커져서 구동 전극(22a)의 하단 및 오목부(212)의 측벽(212b)과 접하게 되고, 유전체(21a)의 하단을 지나면서 점차 큰 직경을 가지게 된다.
기체가 대략적으로 오목부(212)의 측벽(212b)과 접할 때 구동 전극(22a)은 액상 물질로부터 분리되며, 기체가 유전체(21a)의 하단에 머무는 순간 구동 전극(22a)과 접지 전극(40)의 전위 차에 의해 기체 내부에 플라즈마가 발생한다. 기체 내에 발생한 플라즈마는 액상 물질을 기화시키며 빛을 방출한다.
광 섬유(35)는 플라즈마에서 방출된 빛을 분광 분석기(30)로 전달하고, 분광 분석기(30)는 전달받은 빛을 분석하여 액상 물질에 포함된 미량 원소와 그 양을 검출한다. 제2 실시예의 플라즈마 분광 분석 장치(200)에서 플라즈마 발생부(20a)를 제외한 나머지 구성은 전술한 제1 실시예와 동일하다.
전술한 구성의 플라즈마 분광 분석 장치(100, 200)는 단순한 전극 구조와 저전압 구동으로 액상 물질에서 기체 플라즈마를 효과적으로 발생시킬 수 있고, 액상 물질에 대한 미량 원소 및 화합물 분석을 간단하고 빠르게 수행할 수 있다. 플라즈마 분광 분석 장치(100, 200)는 광물 탐사, 식품 분석, 도핑 검사, 에너지 분야, 및 천연물질 연구 등 신속한 분광 분석이 필요한 다양한 분야에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100, 200: 플라즈마 분광 분석 장치
10: 케이스 20, 20a: 플라즈마 발생부
21, 21a: 유전체 22, 22a: 구동 전극
23: 기체 공급부 24: 전원부
30: 분광 분석기 35: 광 섬유
OP: 기체 주입구 212: 오목부
212a: 바닥면 212b: 측벽

Claims (13)

  1. 액상 물질을 수용하는 케이스;
    내부에 기체 주입구를 형성하고 적어도 일부가 상기 액상 물질에 잠기는 관형의 유전체와, 상기 기체 주입구를 통과하거나 상기 기체 주입구에서 배출된 기체와 접하도록 상기 유전체에 고정되고 전원부와 전기적으로 연결된 구동 전극과, 상기 유전체의 외벽에 고정되며 상기 액상 물질과 접하여 상기 액상 물질을 접지시키는 접지 전극을 포함하는 플라즈마 발생부;
    서로 다른 수광 파장대를 가지며 상기 유전체의 원주 방향을 따라 서로간 거리를 두고 상기 유전체를 관통하여 설치되고, 단부가 상기 유전체의 바깥으로 노출되어 상기 액상 물질에 잠기며, 상기 액상 물질과 반응한 플라즈마에서 방출되는 빛을 포착하는 복수의 광 섬유; 및
    상기 복수의 광 섬유와 연결되고, 상기 복수의 광 섬유로부터 전달받은 빛을 분석하여 원소를 검출하는 분광 분석기
    를 포함하는 플라즈마 분광 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기체의 주입 방향을 따라 상기 구동 전극의 일단은 상기 유전체의 일단보다 상기 액상 물질로부터 더 멀리 위치하는 플라즈마 분광 분석 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 전극은 상기 유전체의 내면에 밀착된 금속 튜브로 구성되며, 상기 유전체와 함께 그 내부에 상기 기체 주입구를 형성하는 플라즈마 분광 분석 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유전체와 상기 구동 전극은 지면에 수직하게 배치되고, 상기 기체의 주입 방향은 중력 방향과 일치하며,
    상기 액상 물질에 잠기는 상기 유전체의 하단은 상기 구동 전극의 하단보다 아래에 위치하는 플라즈마 분광 분석 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 구동 전극은 금속 봉 또는 금속 막대로 구성되며, 상기 기체 주입구와 거리를 두고 상기 유전체를 관통하는 플라즈마 분광 분석 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유전체와 상기 구동 전극은 지면에 수직하게 배치되고, 상기 기체의 주입 방향은 중력 방향과 일치하며,
    상기 액상 물질에 잠기는 상기 유전체의 하단에 오목부가 형성되는 플라즈마 분광 분석 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동 전극의 하단은 상기 오목부의 바닥면에 노출되고,
    상기 유전체의 하단은 상기 구동 전극의 하단보다 아래에 위치하는 플라즈마 분광 분석 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 구동 전극에 수 kV 이내 크기의 직류, 교류, 또는 고주파 전압을 인가하는 플라즈마 분광 분석 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 액상 물질에 유전체와 구동 전극 및 접지 전극을 포함한 플라즈마 발생부의 적어도 일부를 잠기게 하여 상기 액상 물질을 접지시키는 단계;
    상기 유전체의 기체 주입구로 기체를 주입함과 동시에 상기 구동 전극에 구동 전압을 인가하여 상기 구동 전극과 상기 접지 전극의 전압 차에 의해 기체 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계;
    상기 유전체를 관통하며 단부가 상기 유전체의 바깥으로 노출된 복수의 광 섬유를 이용하여 상기 액상 물질과 반응한 플라즈마에서 방출된 빛을 근거리에서 포착하는 단계; 및
    상기 복수의 광 섬유에서 포착된 빛을 분광 분석기에서 분석하여 원소를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 접지 전극은 상기 유전체의 외벽에 고정되고,
    상기 복수의 광 섬유는 서로 다른 수광 파장대를 가지며 상기 유전체의 원주 방향을 따라 서로간 거리를 두고 배치되는 플라즈마 분광 분석 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 구동 전극은 상기 기체 주입구를 통과하거나 상기 기체 주입구에서 배출된 기체와 접하도록 상기 유전체에 고정되며,
    상기 기체의 주입 방향을 따라 상기 구동 전극의 일단이 상기 유전체의 일단보다 상기 액상 물질로부터 멀리 위치하여 기체의 주입으로 상기 구동 전극이 상기 액상 물질로부터 분리될 때 상기 플라즈마가 발생하는 플라즈마 분광 분석 방법.
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