KR101874651B1 - 공중 분석 대상물들의 검출을 위한 유량 조절 시스템 및 상기 유량 조절 시스템을 포함하는 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 펌프, 질량 유량 센서, 주위 온도 센서, 주위 압력 센서, 상기 질량 유량 센서의 온도를 측정하는 온도 보정 센서, 및 제어 시스템을 포함하는 안정된 공기 흐름을 유지하기 위한 유량 조절 시스템, 뿐만 아니라 상기 유량 조절 시스템을 이용하여 유량을 측정하는 방법, 샘플링 장치, 농축 트랩(1), 보정 및 조정 모듈, 블랭크 모듈, 상기 유량 조절 시스템, 크로마토그래피 유닛, 및 검출 유닛을 포함하는, 공기 중에 기상 및 입자상으로 존재하는 공중 화합물들의 모니터링 장치, 및 상기 모니터링 장치를 이용하여 공기 흐름 내 공중 화합물들을 검출하는 방법이 개시된다.

Description

공중 분석 대상물들의 검출을 위한 유량 조절 시스템 및 상기 유량 조절 시스템을 포함하는 모니터링 장치{FLOW REGULATING SYSTEM AND MONITORING DEVICE COMPRISING SAID FLOW REGULATING SYSTEM FOR THE DETECTION OF AIR BORNE ANALYTES}

본 발명은 적어도 하나의 펌프, 질량 유량 센서, 주위 온도 센서, 주위 압력 센서, 상기 질량 유량 센서의 온도를 측정하는 온도 보정 센서, 및 제어 시스템을 포함하는, 안정적인 공기 흐름을 유지하기 위한 유량 조절 시스템, 및 상기 유량 조절 시스템을 이용하여 공기 유량을 측정하는 방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 샘플링 장치, 농축 트랩, 보정 및 조정 모듈, 블랭크 모듈, 상기 유량 조절 시스템, 크로마토그래피 유닛, 및 검출 유닛을 포함하는, 기상 및 입자상으로 존재하는 공중(air-borne) 화합물들의 모니터링을 위한 모니터링 장치, 및 상기 검출 방법에 관한 것이다.

노출된 개개인에게 건강상의 영향을 미칠 수 있는 공중 화합물의 모니터링에 대한 요구는 분명하다. 이러한 화합물의 수준이 충분히 낮다는 것을 보증하기 위해 정부 기관에서 설정한 직업상의 노출 한계 값을 갖는 화합물에 대한 관심이 크다. 많은 경우에 있어서, 공기 오염 물질들은 무엇으로 구성되어 있는지 알려져 있지 않으며, 이런 이유 때문에 이러한 “미지의” 화합물들의 성질에 대해 더 많은 세부사항을 습득하고 가장 지배적인 것들의 정체를 밝히는 것은 흥미로운 일이다. 또 다른 관심 분야는 공기 중에서 이러한 공기 오염 물질의 수준을 감소시킬 목적으로, 예를 들어, “진성(true)” 환기 효율을 점검하기 위해 또는 공기의 수준을 제어하기 위한 다른 측정들을 점검하기 위해, 측정의 효과를 연구하고 점검하는 것이다. 또한 이러한 목적을 위한 장치는 호흡기를 보호하기 위한 장치에서 압축공기나 공기의 품질을 모니터링 하는 데 이용될 수도 있다. 이러한 장치들의 다른 적용 분야는 예를 들어, 음식물에 존재하는 상이한 휘발성 화합물들의 제어이다. 이러한 화합물들은 임의의 음식물 성분들의 분해에 대한 표지로서 사용되거나 또는 만족스러운 품질을 보증하기 위하여 원료들을 모니터 하는 데 사용될 수 있다. 또한 이러한 장치는 다른 화합물들이 음식물을 오염시키지 않았다는 것을 보증하기 위하여 이용될 수 있다. 병원에서, 이러한 장치들은 예를 들어, 마취 가스의 공기 수준을 점검하기 위해서나 병원 근무자들, 환자들 또는 다른 사람들이 유독성 수준에 노출되어 있지 않다는 것을 보증하기 위하여 이용될 수 있다. 화학작용제는 상기의 존재를 밝히거나 개개인들이 노출되지 않았다는 것을 보증하기 위하여 검사되어야 하는 화합물이다.

환경분석에서는 도시, 공공장소 및 자연에서의 공기의 품질을 모니터 할 필요가 있다. 통계적 연구를 위한 배경 데이터를 획득하는 것 및 수준이 국가 및 국제 기구에 의해 설정된 수준 이하인지를 검사하는 것이 하나의 목적이다. 또한 상기 모니터링은 산업 오염 물질의 배출이 자연이나 인구밀집지역에서 노출을 야기하는지 여부를 검사하는데 이용될 수도 있다. 획득된 데이터는 임의의 상황에 대한 판단 및 해석에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 만족스러운 고품질의 데이터에 대한 요구가 존재한다.

기상 및 입자상에 존재하는 많은 공기 오염물질의 예가 있다. 더 낮은 기도에 도달할 수 있는 입도군들에 특히 관심이 있다. 이러한 화학적 성질뿐만 아니라 인체 내 상이한 표적 기관들 상의 분포에 따라 독성학은 서로 다르다는 것을 믿을 이유들이 있다. 공기 중에 존재하는 호흡할 수 있는 일부 입자에 노출되는 것에 대해 더 알 필요가 있다.

공중 화합물의 모니터링을 위한 많은 장치들이 존재하고 매우 다양한 기술들이 이용된다. 원론적으로, 상기의 장치는 선택적 및 비선택적 장치들로 분류될 수 있다. 비선택적 장치는 몇몇의 화합물에 반응을 나타내고, 둘 또는 몇몇의 화합물 차이를 구별하지 못하며, 잘못된 양성 결과를 초래할 수 있다. 이러한 장치들은 아마도 낮은 비용으로 인해 오늘날에도 계속해서 사용되고 있다. 많은 응용에서, 유효하지 않은 데이터로 인해 고비용의 측정들이 실시된다면, 잘못된 양성 결과는 사용자에게 높은 비용을 부담하게 할 수 있다.

선택적 장치들은 선택된 화합물 또는 화합물 그룹에 대하여 임의의 반응을 나타낸다. 존재하는 다른 화합물들은 결과를 방해하지 않는다. 잘못된 양성 결과의 빈도는 비선택적 모니터링에 비해 훨씬 낮을 것이다. 획득된 데이터의 품질은 매우 중요하다. 데이터 품질을 나타내는 전형적인 요인들은: 반복성, 재현성, 선형성(절편과 백그라운드를 갖는 검량 그래프 특성), 검출 한계 및 정량 한계이다. 추가로, 다른 화합물의 간섭에 관한 정보는 필수적이다. 임의의 화합물은 비록 스스로 반응을 일으키지는 않지만 결과에 영향을 미칠 수 있다는 것이 언급될 필요가 있다.

공중 화합물의 검출을 위한 유사한 기술들은 예를 들어, 광 이온화 검출기(PID, Thermo Scientific, Franklin, MA, USA), 불꽃 이온화 검출기(FID, Thermo Scientific, Franklin, MA, USA), 적외선 검출기(IR), 휴대용 가스 크로마토그래피(GC)-PID(PID Analyzers, Pembroke MA, USA), 휴대용 가스 크로마토그래피 질량 분석기(MS, Inficon Inc., New York, USA), 가스 크로마토그래피-시차 이동도 분석기(GC-DMS (Differential Mobility Spectrometry), Sionex Inc., Bedford, MA, USA)의 사용을 포함한다. 모든 기술들은 임의의 분석 대상물에 대해 응답을 나타내지만, 농도를 알아내기 위해서는 다소 정교한 검량선에서 획득한 정보를 이용함으로써 상기 응답을 농도로 변환할 필요가 있다. 상기의 다양한 기술들에 대해, 노후화, (신호를 감소시키는) 검출기의 오염 및 다른 변수들로 인해 응답은 시간에 따라 변한다.

상기 GC-DMS 기술은 마이크로분석기(MicroAnalyser instrument, Sionex Inc., Bedford, MA, USA)에 이용된다. GC-DMS 기술은, 화합물의 휘발성과 관련된 GC 분리 및 크기, 형상, 전하 등과 같은 기타 분자 물성과 관련된 DMS 센서에서의 분리가 결합된 기술에 기초하고 있다.

현재의 기기 유형들에는 몇 가지 결점들이 있다. PID와 FID에서는 개별 화학성분의 식별이 불가능하다. PID 및 FID는 휘발성 유기화합물(VOC)의 합을 측정한다. 적외선 검출기는 간섭으로 인한 문제들이 있다. 다른 간섭 화합물들이 존재할 때 저농도의 VOC들을 모니터링 하는데 IR 검출기를 사용할 수는 없다.

GC-PID(예를 들어, Environment s.a.의 VOC71M; www.environnementsa.com) 및 GC-DMS 기기(e.g. Sionex Inc., Bedford, MA, USA)를 사용하는 직접적인 모니터링의 경우, 분석 대상물에 대한 부정확한 식별 및 정량을 초래하는 한계들이 존재하고, 외부에서의 상호 보완적인 사전 또는 사후 보정이 행해져야 한다. 기존의 제품들에 대해, 현장에서 자동으로 보정을 수행하는 것은 불가능하다. 게다가, 샘플링 시간과 결정된 농도 사이의 비선형적인 관계의 발생에 따른 문제점들이 있으며, 이로 인해 양이 보정 범위를 초과하면 장시간의 샘플링이 불가능하다. 더욱이, 어떤 부피가 수집될 때, 용적 측정의 부피로 보정될 필요가 있고 어쩌면 주위 온도 및 기압에 대해 교정될 필요가 있다. 임의의 샘플링 부피 용기 내에 또는 흡착제 상에 임의의 부피를 샘플링 하고 이어서 열 탈착(흡착제의 경우) 처리를 거치고 이후에, 수집된 화합물을 GC 상에 주입하면, 크로마토그래피의 피크가 크로마토그래피의 분해능에 영향을 줄 정도로 넓어진다.

공지된 기술들에서 또 다른 문제점은 농도차가 매우 큰 상이한 분석 대상물을 분석하는 것이다. 샘플링 시스템에 유입된 화합물은 분석되는 샘플에 잔류(carry over) 문제 및 메모리 효과를 야기한다. 사실, 환경으로부터 실제 샘플이 수집되기 전후에 기준치 또는 백그라운드 또는 블랭크를 나타내는 샘플이 분석되지 않는다면, 추정 농도가 참(true)이라는 것을 보증할 현실적 수단은 없다.

이 영역에서 또 다른 중요한 인자는 검출에 사용되는 장치 내에서 검출할 화합물, 즉, 분석 대상물을 함유하고 있는 기체 흐름이다. 샘플 내 함량과 수집된 공기 부피 사이에 직접적인 연관성이 존재하기 때문에, 공기 중에 있는 화합물을 샘플링 하는 동안 샘플링 장치를 통하여 얻어진 공기의 양에 대한 유량과 부피를 제어하고 기록하는 것은 중요하다. 몇 개의 샘플을 동시에 획득하는 것은 3가지 이유, 보다 정확하게는 임의의 샘플의 정확도를 높이기 위해, 잘못된 샘플들을 검출하기 위해 그리고 상이한 화합물을 동시에 획득하기 위해 역시 중요하다. 샘플링 결과들을 다룰 때, 샘플이 수집된 방법, 시간, 유량, 온도, 압력 및 습도를 추적할 수 있는 것 역시 중요하다.

샘플링 하는 동안 안정적인 흐름을 유지하기 위한 기존의 해결책들은 시간이 경과함에 따라 안정적인 흐름을 유지하는 것이 입증되지 않으며, 현장 보정을 필요로 한다. 샘플링 속도가 정확하고 시간이 경과함에 따라 변함이 없다는 것을 보증하기 위해 샘플링 전후에 유속이 보정될 필요가 있다. 로깅 기능도 종종 누락되었다.

시도된 기존의 해결책은 SKC AirChek pump(www.skcinc.com 참조)로서, 차압 센서가 유체 시스템 배압에서 변화가 발생하는지를 나타내고, 이를 보정하기 위해 펌프 제어 신호를 조정한다. 그러나, 이 해결책은 시간이 경과함에 따라 편이(drift) 오류를 발생시키는 것이 입증되어왔고, 펌프의 임의의 유량을 설정하기 위해 외부 유량계를 이용한 보정을 필요로 한다.

또 다른 기존의 해결책은 Casella Apex pump system(www.casellameasurement.com 참조)이다. 이 해결책은 로깅 기능을 가지며, 로그 데이터를 PC로 전송할 수 있고, 디스플레이와 버튼을 통해 흐름을 제어할 수 있다. 본 발명 이전의 발명자들은 2006년에 이러한 펌프들에 대한 시험을 실시하였으며, 임의의 배압을 유도하는 샘플러가 펌프에 부착되었을 때 펌프가 안정적인 흐름을 유지하지 않았기 때문에, 시험 결과들은 펌프의 설계 사양과 일치하지 않았다. 높은 배압을 갖는 샘플러에 대해, Casella Apex는 전혀 작동하지 않았다.

기존의 펌프 시스템들이 갖고 있는 문제점은 상기 펌프에 포함된 유량 센서가 유량 센서 전자장치의 온도에 따라 변동될 수 있다는 것이다. 실제 기체 유량의 측정을 위해 상이한 기술들을 사용하는 대부분의 유량 센서들은 측정된 유량에 대응하는 출력 전압 신호를 갖는다. 그러나 출력 신호는 유량 센서 내 전자 부품의 온도에 쉽게 영향을 받는다.

공중 화합물의 검출을 위한 기존 장치들에서의 추가적인 문제점은, 상이한 분석 대상 화합물과 시스템을 통과하는 검출 대상이 아닌 다른 화합물들 때문에 시스템에 나타나는 메모리 효과의 발생이다. 이 현상으로 인해 부정확하고 오류가 있는 검출 결과들이 발생한다. 대부분의 경우에 계측기기는 충분히 유연하고 배관은 측정점으로부터 계측기기까지 연결될 필요가 있다. 많은 경우에 있어서, 배관은 길이가 긴 배관일 수 있고 임의의 부피를 포함한다. 기기 및 샘플링 장치로 유입될 대표 샘플을 얻기 위해 배관의 부피에 비해 수배 더 큰 부피로 세척될 필요가 있다.

이러한 관점에서, 공중 화합물 또는 분석 대상물 검출을 위한 직접적인 모니터링 장치의 개선 및 이러한 화합물 또는 분석 대상물 검출 방법의 개선에 대한 요구가 많다.

또한 앞서 언급된 공중 화합물의 검출을 위한 모니터링 장치에 대해, 정확한 측정에 필요한 적합한 펌핑 성능을 수행할 수 있는 개선된 펌프에 대한 요구가 많다.

본 발명의 목적은 앞서 언급된 문제들을 제거하고, 상이한 관심 지역에 존재하는 공중 분석 대상물들의 개선된 검출을 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 유량 조절 시스템을 포함하는 모니터링 장치, 첨부된 독립 청구항들에서 정의된 공중 분석 대상물들의 검출 방법, 및 상기 유량 조절 시스템을 이용하여 유량을 측정하는 방법에 의해 달성된다. 유용한 실시예들이 종속 청구항들에 정의되어 있다.

일 양태에 따르면, 본 발명은, 적어도 하나의 펌프, 적어도 하나의 질량 유량 센서, 주위 온도 센서, 주위 압력 센서, 상기 질량 유량 센서의 온도를 측정하는 온도 보정 센서, 및 제어 시스템을 포함하는 안정적인 공기 흐름을 유지하기 위한 유량 조절 시스템에 관한 것이다. 앞서 언급된 센서로부터 제어 시스템으로의 입력은 안정적인 질량 유량을 유지하기 위해 상기 적어도 하나의 펌프를 조절하도록 조정된다.
또한, 본 발명의 유량 조절 시스템은 유량 조절 시스템 설정들을 조절하기 위한 사용자 네비게이션 수단, 유량 조절 시스템을 외부 전자 장치에 연결하기 위한 연결 수단을 포함할 수 있다. 외부 전자 장치는 퍼스널 컴퓨터, 소형 컴퓨터, 스마트폰, 디지털 메모리 장치로 구성된 군에 포함된 전자 장치 중 하나일 수 있다.

다른 양태에 따르면, 본 발명은 샘플링 장치, 농축 트랩, 보정 및 조정 모듈, 블랭크 모듈, 상기 공기 유량 조절 시스템, 크로마토그래피 유닛, 및 검출 유닛을 포함하는, 공기 흐름 내에서 기상 및 입자상으로 존재하는 공중 화합물들을 검출하는 모니터링 장치에 관한 것이다.

추가 양태에 따르면, 본 발명은 본 발명에 따른 모니터링 장치를 이용하여 공중 분석 대상물들을 검출하는 방법에 관한 것으로, 다음의 일련의 단계들을 포함한다;

a) 상이한 분석 대상 기준물질들을 포함하는 하나 이상의 상이한 보정 및 조정 모듈들을 모니터링 장치 내로 삽입하는 단계,

b) 공중 분석 대상물들과 시약을 포함하는 공기 흐름을 샘플링 장치 내로 유입시켜 그 안에서 서로 반응시키는 단계,

c) 샘플링 장치에 흡착되어 있는 분석 대상물들을 방출시키기 위하여, 샘플링 튜브, 필터 및 흡착제, 또는 제1 흡착제, 필터, 및 제2 흡착제를 포함하는 샘플링 장치를 가열하는 단계,

d) 상기 샘플링 장치로부터 방출된 분석 대상물들을 하나 이상의 농축 트랩 내에 수집하는 단계,

e) 분석 대상물들에 크로마토그래피를 수행하는 단계,

f) 분석 대상물들을 정량적 및 정성적으로 검출하는 단계.

다른 추가적인 양태에 따르면, 본 발명은 상기에 따른 상기 유량 조절 시스템을 이용하여 유량을 측정하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

질량 유량 센서로 질량 유량을 측정하는 단계,

상기 온도 보정 센서를 이용하여 질량 유량 센서의 온도를 측정하는 단계,

온도 관련 오류에 대한 소정의 보정에 따라 질량 유량 측정값을 조정하고 상기 온도 보정 센서로부터의 측정 신호를 조정하는 단계,

측정된 질량 유량, 및 주위 온도, 주위 압력을 이용하여 상기 질량 유량 측정으로부터 부피 유량을 산출하는 단계. 부피 유량의 산출은 상기 측정된 질량 유량, 주위 온도, 및 주위 압력 값들 및 이상 기체 법칙을 활용함으로써 실시된다.

배압 센서는 공기 샘플링이 어떻게 진행되며 샘플링의 품질에 관한 현재 정보로 어떻게 기록되고 있는 지의 실시간 모니터링을 가능하게 한다. 추가적으로, 배압 센서 및/또는 질량 유량 센서는 유량 맥동 특성의 모니터링을 가능하게 한다. 유량 맥동 특성의 모니터링을 통하여, 상쇄 펄스를 유도하는 장치를 도입함으로써 유량 맥동은 감소 또는 상쇄될 수 있다.

공기 샘플의 수집을 유효화하기 위해, 유량 조절 시스템은 적층되거나 유량 조절 시스템 클러스터의 한 부분이 될 수 있다. 적층된 몇몇의 유량 조절 시스템들을 이용하여 동시 샘플 수집이 실시될 수 있다. 상기 유량 조절 시스템들 중 두 개가 동시에 사용되어, 상기 시스템들 중 하나가 예를 들면, 다른 시스템의 유량의 절반을 갖는다면, 샘플의 파과(breakthrough) 또는 과적재가 평가될 수 있다.
상기 유량 조절 시스템 클러스터는 두 개의 유량 조절 시스템들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 구성될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 모니터링 장치에서 하나 이상의 농축 트랩에 연결되어 있는 샘플링 튜브에 대한 4개의 상이한 실시예들을 나타낸다.
도 6a는 본 발명에 따른 입자 크기 선택형 샘플링 장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 6b는 도 6a에서 나타낸 샘플링 장치의 임팩터(13)를 상세하게 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 모니터링 장치에서 보정 및 조정 장치에 대한 일 실시예를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 모니터링 장치에서 기체 유량 조절 시스템 및 컴퓨터 조절 펌프에 대한 일 실시예를 상세하게 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 방법에 사용되는 샘플링 순서에 대한 일 예를 나타낸다.
도 10은 샘플링 순서에 따른 GC-DMS 크로마토그램을 나타낸다.
도 11은 반복된 벤젠 측정에서의 GC-DMS 응답을 나타낸다.
도 12는 열 시차 유량 센서에서 온도 응답을 나타낸다.

본 발명의 발명자들은 본 발명에 따른 공중 분석 대상물들의 검출을 위한 모니터링 장치 및 방법을 제공함으로써 상이한 환경에서 공중 화합물들을 검출하는 분야에서 알려진 기술들과 관련하여 상기에 기재된 문제들을 제거하거나 감소시켰다.

검출하고자 하는 분석 대상물들은 일반적으로 다음과 같다:

용제: 1,2,3-트리메틸벤젠, 1,2,4-트리메틸벤젠, 1,3,5-트리메틸벤젠, 1-부탄올, 1-부탄온, 2-메틸나프탈렌, 4-메틸벤즈알데히드, 아세톤, 아세토니트릴, 아세토페논, 아세트알데히드, 아세틸렌, 벤즈알데히드, 벤젠, 보로모메탄, COS(카르보닐 설파이드), 시아누르산, 염화시안, 시클로헥산, 데칸, 디클로로메탄, 디메틸에테르, DIMP, DMMP, DPM, 에탄올, 아세트산에틸, 에틸벤젠, 유칼립톨, 플루오로에탄 1112/프레온 134a, 프레온 22 CFFM, 프레온 152a, 헥사데칸, 헥사날, 헥산, 염산, 이소부틸렌, 이소프로판올, m 크실렌, 메탄올, 아세트산메틸, 메틸시클로헥산, MES(메틸 에틸 설파이드), 살리실산메틸, 나프탈렌, 이산화질소, 노나날, o 크실렌, 옥타메틸시클로테트라실록산, 옥탄, p 크실렌, 펜타메틸-디에틸렌트라이아민, 펜탄, 스티렌, 이산화황, TBM(tert-부틸메르캅탄), 테트랄린, 테트라하이드로티오펜, 톨루엔, 트리데칸, 트리스(1-클로로-2-프로필)포스페이트, 요소, 및 이소시아네이트류, 이소티오시아네이트류, 아민류, 알데히드류, 케톤류, 에테르류, 에스테르류, 페놀류 등과 같은 작용기를 포함하는 화합물.

폭약: AN, DNT, EGDN, TATP, o-MNT, DMNB, p-MNT, NG, HMTD, RDX / C4, TNT, PETN, 테트릴(Tetryl)

화학작용제: VX, GA(타분), GB(사린), GD(소만), GF(시클로사린), HD(황 머스터드), L(루이사이트), HN3(질소 머스터드), AC(시안화수소), CK(염화시안), 그러나 샘플러 내에 포집될 수 있다면, 본 발명을 이용함으로써, 원칙적으로 공기 흐름 내에 존재하는 어떠한 화합물도 검출 가능하다. 명세서 전반에 걸쳐 사용된 “분석 대상물”이란 용어는 분석하고자 하는 공기 흐름 내에서 검출될 특정 화합물이나 화합물들의 군을 의미한다. 또한, “샘플 화합물”이나 “분석 대상 화합물”이란 용어는 동의어로서 사용될 수 있다.

본 발명은 환경분석, 작업환경분석, 품질관리 등과 관련이 있는 군수, 석유산업, 화학산업, 원유산업, 플라스틱산업, 항공산업, 식품산업, 화장품산업, 호흡기 보호 장치 산업 등의 산업에 유용하고, 특히, 환경 및 작업환경 응용분야에서 경보 기기로서 유용하다. 그러나, 원칙적으로, 건강에 유해하거나 다른 어떤 이유로 인해 이롭지 않은 공중 화합물이 존재할 것으로 의심되는 어떤 영역에서도 유용하다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 도식적으로 나타낸다. 공기 샘플은 샘플 주입구를 통해 샘플링 장치로 유입된다. 블랭크 역시 블랭크 주입구를 통해 샘플링 장치로 유입된다. 분석 대상물들은 샘플링 장치로 수집되고 이후에 열 탈착 처리를 거치게 되며, 샘플링 장치에서 방출되어 농축 트랩으로 이송된다. 추가 열 탈착 처리 단계 후에 분석 대상물들은 농축 트랩으로부터 방출되고, 이후에 크로마토그래피 방식에 의해 분리된다. 이후에 분석 대상물들은 이온화 되어 이온 필터를 통과하게 되고, 이어서 정량적 및 정성적 검출 단계를 거치게 된다.

공기 또는 대기를 샘플링 장치로 전달하는 주입구가 필요하다. 주입구는 샘플링 장치를 통해 샘플링 분위기로부터, 정해진 공기 유량을 전달하여야 한다. 분석될 공기가 샘플링 장치로 이송되는 동안 모세관 벽들과 분석 대상물 간의 표면 반응을 최소화 하기 위하여, 주입구는 가열 모세관일 수도 있다. 신뢰할 수 있는 공기 유량의 측정이 이루어질 수 있는 위치에 모니터링 장치를 배열하기 어려운 영역, 예를 들면, 공기 흐름이 모니터링 장치에서 멀리 떨어져 있을 때 샘플링을 용이하게 하기 위해서, 주입구는 선택적으로 주입구 개구부와 연결되는 튜브 장치를 구비할 수 있다. 하나 또는 수 개의 배관 또는 이송관이 기기 또는 샘플링 장치에 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 모니터링 장치는 모니터링 장치로 유입되는 공기 흐름 내의 분석 대상물을 샘플링하기 위한 샘플링 장치를 포함한다. 공기 흐름 내에 있는 기체와 입자를 효율적이고 세심히 관리하여 샘플링하는 것이 요구된다. 본 발명에 따른 샘플링 장치는 공기 흐름 속에서 기상 및/또는 입자상으로 존재하는 분석 대상물을 구별하는 것이 가능하다. 이와 같은 분류 기능을 갖는 유사한 샘플링 장치(EasySampler)가 WO 00/75622 및 US-2006-0239857(Gunnar Skarping & Marianne Dalene)에 개시되어 있다. 도 2 내지 도 5와 관련하여, 샘플링 장치를 포함하는 4개의 상이한 실시예들이 아래에 개시된다.

제1 실시예에서, 디누더(denuder)라고도 불리는 샘플링 튜브(8)는 모니터링 장치의 주입구로 유입된 공기 흐름(2)에서 기상 분석 대상물들의 수집에 사용되며, 필터(5)는 상기 공기 흐름(2)에서 입자상 분석 대상물들의 수집에 사용된다. 도 2에서 보여지듯이, 상기 필터(5)는 공기 흐름(2)이 샘플링 튜브(8)를 먼저 통과하고 이후 필터(5)를 통과하는 방식으로 샘플링 튜브(8)의 아래에 배열되어 연결된다. 분석 대상인 공기 흐름(2)의 유입과 동시에 시약(3)의 흐름이 별개의 주입구를 통해 샘플링 장치 내로 통과하여 밀려 들어간다. 샘플링 단계 동안 공기 흐름(2) 내 기상 분석 대상물들은 샘플링 튜브(8)의 벽에 흡착되어 유입된 시약과 반응한다. 또한, 샘플링 장치는 기상 분석 대상물들의 수집을 위한 캐리어(4)를 포함할 수도 있다. 상기 시약은 반응성 분석 대상물과 반응하는 휘발성 화합물이고 분석 대상물이 더 분해되는 것을 방지한다. 이후에 반응 생성물은 열 탈착되어 분석된다. 예를 들어, 분석 대상물들이 이소시아네이트류라면, 시약은 DBA(디-n-부틸아민) 또는 다른 종류의 2차 아민이다. 분석 대상물들을 운반하는 입자들은 샘플링 튜브(8) 내에 수집되지 않는다. 대신에, 샘플링 튜브(8)를 지나 필터(5)에 도달하는 입자들 상의 분석 대상물들은 그 안에 존재하는 시약과 반응하여 상기 필터(5) 상에 수집된다. 이어서 상기 입자들은 상기 필터(5) 상에 포집된다. 필터(5) 상에 포집된 입자들로부터 방출되는 기상 분석 대상물들을 수집하기 위해서 흡착제(6)가 필터(5)의 아래에 배열되어 연결된다. 샘플링 단계(10초에서 몇 시간까지) 후에 샘플링 장치(샘플링 튜브(8), 필터(5), 흡착제(6))의 상이한 부속 장치들에서 열 탈착 단계가 실시(50~400℃, 10초에서 수 시간, 전기저항 히터 또는 펠티어 소자 또는 마이크로파 가열에 의해 가열)되며, 여기에서 분석 대상물은 샘플링 장치의 상기 상이한 부속 장치들 각각으로부터 방출된다. 도 2에서 보여지듯이, 분석 대상물의 농도 또는 기체 및 입자의 농도를 각각 결정하기 위해, 제1 실시예에 따른 열 탈착은 샘플링 튜브(8), 필터(5) 및 흡착제(6) 각각에 대해서 실시된다. 도 2에서 보여지듯이, 열 탈착 단계 동안 샘플링 장치의 상이한 부속 장치들로부터 방출된 분석 대상물들은 배관/도관/파이프(9)를 경유하여 샘플링 장치의 상기 부속 장치로부터 출구를 통하여 이송되고, 이후에 포커싱(focusing) 트랩(1) 상에 각각 포집된다.

도 3에서 보여지듯이, 전체 분석 대상물의 농도를 결정하기 위해서, 제2 실시예에 따른 열 탈착은 샘플링 장치 전체에 대해서 실시되며, 샘플링 장치의 상이한 부속 장치들로부터 방출된 분석 대상물들은 흡착제(6)의 하단에 위치한 배출구(7)를 경유하여 도관(9)을 거쳐 농축 트랩(1)으로 이송된다.

도 4에 나타낸 제3 실시예에 따르면, 관상형 흡착제(10)가 공기 흐름(2) 중 기상 분석 대상물들의 수집을 위하여 샘플링 장치(8) 대신 사용된다. 따라서, 제3 실시예에서 샘플링 장치는 제1 흡착제(10)와 제2 흡착제(6)를 모두 포함한다. 반면에, 제3 실시예에 따른 샘플링 장치의 작용은 제1 실시예에 따른 것과 동일하다. 나아가, 도 5에 나타낸 제4 실시예에 따르면, 전체 샘플링 장치 내에서 전체 분석 대상물의 농도는 제2 실시예에 개시된 방법에 해당하는 방법으로 결정될 수도 있다.

도 2 및 도 3은 안정적인 유도체로 유도체화되는 반응성 화합물들(예를 들면, 이소시아네이트류)을 샘플링하는 것을 보여준다. 샘플링 후에, 분석 대상물들은 열 탈착되어 농축 트랩으로 이송된다. 농축 트랩 상에 포집된 후 화합물들은 열 탈착되고 크로마토그래피 컬럼으로 주입된다. 도 3에서, 상이한 샘플러 부속 장치들(8, 5 및 6) 내의 분석 대상물들은 동시에 분석되며 모든 분석 대상물들의 합은 한 번의 크로마토그래피 실시로 분석된다. 도 2에서, 상이한 샘플러 부속 장치(8, 5 및 6) 내의 분석 대상물들은 개별적으로 분석된다. 기상 및 입자상 분석 대상물에 관한 정보가 획득된다. 추가적으로, 흡착제(6)를 분석함으로써 필터(5)에서 샘플로부터 분리된 분석 대상물들에 대한 데이터가 획득된다.

도 4 및 도 5에서, 샘플링은 벤젠, 톨루엔 등의 비반응성 화합물들에 대해 도시된다. 샘플링 후 분석 대상물들은 열 탈착되어 농축 트랩으로 이송된다. 농축 트랩 상에 포집 후 화합물들은 열 탈착되어 크로마토그래피 컬럼으로 주입된다. 도 5에서, 상이한 샘플러 부속 장치들(8, 5 및 6) 내의 분석 대상물들은 동시에 분석되며 모든 분석 대상물들의 합은 한 번의 크로마토그래피 실시로 분석된다. 도 5에서, 상이한 샘플러 부속 장치들(8, 5 및 6) 내의 분석 대상물들은 개별적으로 분석된다. 기상 및 입자상 분석 대상물에 관한 정보가 획득된다. 추가적으로, 흡착제(6)를 분석함으로써 필터(5)에서 샘플로부터 분리된 분석 대상물들에 대한 데이터가 획득된다.

도 6a에서, 공중 화합물에 대한 본 발명에 따른 입자 크기 선택형 샘플링 장치가 도시된다. 프리셀렉터(11)는 일반적으로 100 nm 초과의 직경을 갖는 큰 입자들을 제거하기 위해 샘플링 장치의 주입구에 배열된다. 프리셀렉터(11)는 큰 입자들을 제거하여 샘플링 장치의 디누더(8)(샘플링 튜브)로 들어가는 것을 방지할 목적을 갖는다. 프리셀렉터(11)에서 흐름의 방향은 변화하여 큰 입자들은 프리셀렉터(11)에 침착될 것이다. 디누더(8) 내의 캐리어(4)는 기상 화합물들을 수집한다. 예를 들어 이소시아네이트류에 대해, 아세트산과 디-n-부틸아민(DBA)의 혼합물로 코팅된 유리 필터를 디누더(8) 내면 상에 덮는다. 이소시아네이트류는 DBA와 효과적으로 반응하여 안정한 요소 유도체로 변환되어 디누더(8) 내에 포집된다. 흡입 가능한 크기(< 100 nm) 또는 호흡 가능한 크기(< 4 ㎛) 보다 큰 입자들을 분리(제거)하기 위한 임팩터 플레이트(13)가 직렬로 배열된다. 튜브(13:4)를 통과하며 분리된 입자들은 필터(12)에 수집된다. 도 6b에서 보여지듯이, 흐름은 선형 흐름의 속도를 높이는 소형 노즐(13:2)을 구비한 콘(13:1)을 통과하여 흐르게 된다. 흐름 기류는 상기 입자들을 포집하는 임팩터 플레이트(13:3)로 향해진다. 임팩터 플레이트(13:3)는 입자들이 충돌하여 침착되고 유지되는 소형 플레이트일 수 있다. 대안적으로, 주 흐름 기류로부터 제거될 크기보다 큰 입자들을 분리하기 위하여, 임팩터 플레이트(13:3)는 주 흐름의 약 1/5 내지 1/1000 또는 일반적으로 1/10의 작은 흐름을 갖는 튜브(13:4)와 연결된다. 추가적으로 흡입 가능한 크기 또는 호흡 가능한 크기의 입자들을 수집하기 위한 필터(5)가 직렬로 배열된다. 이러한 호흡 가능한 또는 흡입 가능한 입자들은 상기 필터(5)(예를 들면, 0.4 ㎛) 상에 유효하게 수집된다. 일 실시예에서 상기 필터(5)는 DBA-아세트산으로 함침된다. 샘플링 동안 필터(5)는 디누더(8)에서 증발되는 DBA로 세척된다. 이와 같이 하여 유효한 이소시아네이트류의 유도체화가 이루어질 수 있다.

본원의 임팩터(13)는 이소시아네이트류에 대해 설명된다. 또한 상기 임팩터는 입자를 함유한 다른 공중 유기 및 무기 화합물들에 대해서도 사용될 수 있다. 추가적으로 상기 임팩터는 100 ㎛ 미만의 다른 입도군을 분리시키기 위해 변형될 수도 있다. 본원에서 입자 크기 선택형 샘플링 장치는 독립형 샘플러로서 설명되어 있지만 직접 판독 기기에 통합된 부속 장치가 될 수도 있다.

본 입자 크기 선택형 샘플링 장치는 본 발명에 따른 모니터링 장치에서 샘플링 장치로서 유용하다. 나아가, 상기 입자 크기 선택형 샘플링 장치 그 자체로는 이전에 공지되지 않았으며, 또한 본 발명은 상기 입자 크기 선택형 샘플링 장치 그 자체와 관련이 있다.

본 발명에 따른 모니터링 장치는 모니터링 장치에 탈부착 가능한 보정 및 조정 모듈을 또한 포함한다. 상기 보정 및 조정 모듈은 검출할 분석 대상물들을 고려하여 하나 이상의 상이한 기준 화합물들을 포함하는 카세트 내에 존재할 수 있다. 원한다면, 이 모듈은 동일한 또는 다른 기준 화합물들을 갖는 새로운 모듈로 대체될 수도 있다.

모든 전자 모니터링 장치는 공장에서 보정될 필요가 있고, 그 보정은 현장에서 인증 받을 필요가 있다는 것은 잘 알려져 있다. 공지된 기술에서 모니터링 장치, 예를 들면 앞서 언급한 Sionex사의 GC-DMS는 보정 기능이 없거나 또는 복잡하거나 비용이 많이 드는 보정 수단을 필요로 한다. 보정은 블랭크 및 상이한 농도 수준을 갖는 기준 표준물질들의 분석에 의해 실시된다.

본 발명에 따른 보정 및 조정 장치는 사용자의 개입을 거의 필요로 하지 않는다. 보정 모드에 있는 동안, 보정 및 조정 장치에 연결된 컴퓨터는 유량 밸브, 시기 및 데이터 분석을 자동으로 관리한다. 사용자 인터랙션이 요구되는 몇몇의 단계에서, 사용자는 각각의 단계를 설명하는, 사용자 친화적인 그래픽 인터페이스에 따라 안내 받을 것이다. 또한 사용자가 모든 보정 매개 변수를 제어할 수 있는 고급 보정 모드도 가능하다. 비선형 데이터와 결과 사이의 관계가 적절한 간격 내에서 엄격하게 단조로운 한, 공장 보정과 함께, 반복적인 조정과 보정이, 보정 데이터가 비선형 데이터를 선형 결과로 변환할 수 있다는 것을 보장할 것이다. 이러한 변환은 관련된 컴퓨터의 소프트웨어에서 일어날 것이다.

보정 단계 동안, 설정된 농도 및 설정된 질량의 적절한 보정 화합물은 보정 및 조정 모듈로부터 샘플링 장치로 전달되고, 이러한 과정은 임의의 편이가 있는지 확인하기 위하여 수 차례 수행된다.

보정 및 조정 모듈의 일 실시예의 일부를 보여주는 도 7을 참조하면, 상기 모듈은 기체 형태 또는 액체나 용액 형태인 하나 이상의 기준 화합물들을 포함하는 폐쇄형 유닛, 바람직하게는 실린더형 또는 튜브형 유닛, 예를 들면, 일반적으로 실리콘, 테프론 또는 다른 형태의 비활성 투과성 고분자로 제조되는 투과관을 포함한다. 상기 유닛은 주입구와 배출구를 구비하며, 발열 장치에 의해 바람직하게는 동심으로 둘러싸이게 되고, 상기 유닛이 가열되는 동안 상기 하나 이상의 기준 화합물들은 설정된 속도로 방출되어 폐쇄형 유닛의 벽들을 관통한다.

보정 및 조정 모듈의 폐쇄형 유닛을 전자적으로 확인하기 위한 몇 가지 해결책들이 있다. 하나의 해결책은 고유의 ID를 컨테이너에 제공할 수 있는 논리회로를 포함하는 집적 회로를 보유하는 것이다. 또한 메인 컨트롤러에 연결되었을 때 전압이 측정되는 다수의 전기적 저항일 수도 있다. 일련의 전압은 모듈에 고유의 핑거프린트를 제공한다. 정성적 보정에 대해 보정 모듈은 매 시간 단위 마다 임의의 양의 화합물을 전달하는 기능에 의해 특징지어진다. 온도를 변화시키면 매 시간 단위 마다 방출되는 양이 영향을 받게 된다. 농축 트랩에 유입될 때, 포집되는 양은 시간과 보정 장치의 온도에 의존한다.

본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 “보정 및 조정 모듈”이란 표현은 상기 모듈이 기준 화합물들을 가지고 모니터링 장치를 정성적으로 측정하기 위한 보정 기능과 측정 지역에서 특정 분석 대상물들에 대하여 모니터링 장치를 조정하는 기능을 동시에 갖는 것을 의미하며, 여기서 모니터링 장치는 특정 분석 대상물을 인식하여, 상기 특정 분석 대상물의 측정이 다른 것들 보다 더 정확하고 신뢰할 수 있게 되도록 검출 인자들을 집중시켜 조정한다. 상기 조정은 컴퓨터에 의해 조절된다.

보다 정확하게는, 예를 들어, DMS 장비에 대해, RF 전압 및 보정 전압 같은 검출 인자들이 최적화될 필요가 있다. 또한 가스 크로마토그래피 컬럼 상의 체류 시간(retention time)도 최적화될 필요가 있다. 기준 표준물질들을 샘플링 장치에 유입하거나 또는 예를 들어, DMS 센서와 같은 검출 유닛에 직접 유입함으로써 조정은 실시된다.

컴퓨터에서 조정을 제어하는 소프트웨어는 의심스러운 특정 화합물에 대한 결과를 예측하는 기능을 보유할 수도 있다. 예측은 공장 보정이나 사전 조정으로부터 이루어질 수 있다. 조정 모듈의 샘플링이 이루어질 때, 예측은 샘플링 결과에 의해서 새로운 보정으로 조정될 것이다.

본 발명은 청구항 1에서 정의된 유량 조절 시스템 및 상기 유량 조절 시스템을 포함하는 모니터링 장치에 관한 것이다. 그 중에서도, 상기 공기 유량 조절 시스템은 펌프를 제어하는 컴퓨터, 분석하고자 하는 기체에 대한 질량 유량 센서, 온도 센서, 및 압력 센서를 포함하며, 여기에서 상기 센서들과 임의의 추가 센서들로부터 상기 컴퓨터로의 입력은 상기 적어도 하나의 펌프가 안정적인 질량 유동을 유지하도록 조절한다. 지금까지 이러한 것은 본 기술분야에서 사용되었던 공지의 기기들 또는 장비들을 가지고는 가능하지 않았다.

안정적이며 기 정의된 기체 부피 흐름은 유량으로부터 유도된 오류들을 감소시킨다. 또한 본 발명에 따르면, 분석하는 동안 모니터링 장치에서 적당한 흐름이 유지되기만 한다면, 이것은 청구항 1에 정의된 유량 조절 시스템과 다른 종래의 유량 조절 시스템에 의해서도 달성될 수 있다. 그러나 본 발명의 일 양태에 따르면, 안정적이며 기 정의된 기체 부피 흐름은 컴퓨터에 의해 제어되는 상기 유량 조절 시스템에 의해 달성된다. 컴퓨터는 예를 들면 질량 유량 센서, 주위 온도 센서, 주위 압력 센서, 유량 시스템 배압 센서 및 유량 센서의 온도를 측정하는 온도 센서와 같은 몇몇 센서들로부터 신호들을 획득하고 온도에 따른 신호의 비선형 거동을 보정한다. 이러한 센서들로부터 획득한 데이터를 가지고, 컴퓨터는 펌프가 바람직한 유량에 최대한 근접한 안정적인 흐름을 유지할 수 있도록 조절한다. 유량 시스템에 대한 유량, 온도, 압력, 습도가 모두 기록된다.

본 발명의 발명자들은 불안정한 공기와 기체의 흐름과 관련된 상기 문제들에 대한 해결책을 만들어 냈다. 본 발명의 목적은, 샘플링 장치를 통과하는 기체 흐름이 바람직한 유량으로 설정될 수 있고, 반면에 제어 시스템은 바람직한 유량에서 흐름이 안정적으로 유지될 수 있도록 유량을 측정하며 제어하고, 적절한 샘플링이 이루어졌음을 보증하고 샘플링이 어떻게 이루어졌는지 추적하기 위해서 흐름을 기록하는 해결책을 찾는 것이었다. 또한 해결책은 몇 개의 샘플링을 동시에 수행하는 방법을 포함해야 한다. 유량 측정은 몇 개의 자유도: (적절한 부피 흐름 변환을 하기 위한) 적절한 대기 조건 내에서 온도 및 압력 범위, 및 존재하는 “무거운” 샘플들에 대한 배압 수준(15 kPa까지)에 둔감해야 한다. 또한 해결책은 기록된 유량, 시간, 온도, 및 압력 데이터를 PC로 전송하고, 적절한 샘플링 획득이 이루어질 수 있도록 장치를 설정하는 것이 가능해야 한다. 무선 연결을 통하여, 하나의 펌프는 마스터로서 작동하고 다른 펌프들은 슬레이브로서 작동하며, 펌프들 간의 네트워크는 마스터 펌프 또는 마스터로서 작동하는 PC에 의해 제어될 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 기체 유량 조절 시스템 내부의 구성요소에 대한 도식적인 흐름도를 도 8a에 나타내었다. 도 8a의 기체 유량 조절 시스템은 도 1의 샘플링 장치 후단에 위치한다.

펌프(PMP1)는 정확한 유량 측정값과 비교되는, 사용자가 정의한 설정치에서 안정적인 흐름이 유지되도록 제어된다. 이러한 측정은 아래의 “유량 측정 시스템” 항목에서 설명되는 질량 유량 센서 및 몇 차례의 보정 단계들을 경유하여 이루어진다.

기체 흐름은 4-배플 로터리 베인 펌프(PMP1)에 의해 유도된다. 기체 흐름은 임의의 전기 가스 펌프, 또는 전기적으로 제어되어 흐름을 유도할 수 있는 임의의 장치에 의해 유도될 수 있다. 온도와 압력에 관한 질량 유량 센서의 비이상적 성질들에 대해서 신호가 보정되는 질량 유량 센서(PMP2)에 의해 유량이 측정된다. 유량 측정 절차는 아래의 “유량 측정 시스템” 항목에서 더 상세하게 설명된다. 먼지 및 다른 입자들은 민감한 유량 센서를 오염시킬 수 있다. 입자 필터(PMP9)는 유량 시스템의 오염을 방지한다. IECEx(International Electrotechnical Commision, Explosive atmospheres) 및 ATEX(EU directive 94/9/EC: Appareils destines a etre utilises en ATmospheres EXplosibles)의 견해(불꽃 완화)에 따르면, 소결 필터(PMP8)가 유량 시스템에 또한 포함될 것이다.

유량 시스템은, 1 ml/min 내지 4000 ml/min의 범위에서 설정될 수 있는 바람직한 유량에 대하여, 2%를 초과하여 벗어나지 않는 안정적인 흐름을 유지할 수 있다.

유량 조절 시스템

제어 시스템은 유량이 정확하게 측정될 수 있는 것을 필요로 한다. 유량의 정확한 측정을 획득하기 위해서, 도 8b에 나타낸 단계들을 취한다.

각 단계는 정확한 유량 측정을 획득하는 데 중요하다. 각 단계의 해결책과 대안들이 아래에서 설명된다.

유량을 제어하기 위한 주 센서는 시차 질량 유량 센서(PMP2)이다. 이 센서의 원리는 내부에 발열체가 위치하고 있는 센서 내의 유로를 통과하여 기체가 흐르도록 하는 것이다. 발열체의 전후에, 시차 온도 센서가 위치한다. 기체가 발열체를 지나는 동안 가열된다. 발열체 전후에서의 온도 차이는 임의의 유량에 대응한다. 질량 유량 센서의 출력 신호는 1 V 내지 5 V 사이의 전압이다. 또한, 예를 들면, 코리올리(coriolis) 질량 유량 센서와 같이, 소형화될 수 있는 다른 질량 유량 센서들이 사용될 수도 있다.

질량 유량 센서의 출력 신호는, 주로 펌프가 유도하는 비층류에서 파생되는, 노이즈를 포함하고 있다. 출력 신호는 5Hz의 차단 주파수를 갖는 전자식 능동 저역 필터(PMP7)에 의해 여과된다.

저역 필터는 또한 다음과 같이 구현될 수도 있다.

a) 저항, 인덕터 및 커패시터를 구비한 수동 저역 필터,

b) 평균 또는 고속 푸리에 변환에 의한 소프트웨어 알고리즘, 또는

c) 흐름에서 펄스를 감소시키고, 초기 유량 센서 신호에서 노이즈를 감소시키는 플로우 펄스 필터(flow pulse filter).

전압은 14-bit ADC(아날로그-디지털 변환기(PMP12))를 이용하여 디지털 값으로 변환된다. 상기 ADC는 연속적인 근사값을 사용한다. ADC는 10 비트보다 큰 임의의 분해능을 가질 수 있고, ΣΔ형 또는 적분형일 수 있다. 질량 유량 센서는 모든 조건에서 이상적이지는 않으며, 배압이 증가함에 따라 편이를 일으킬 수도 있다. 따라서, 질량이 유량 센서가 적절한 배압(0 내지 15 kPa)에서 사용될 수 있도록 배압 센서(PMP13)가 도입된다. 배압 센서는, 대기 압력과 플로우 시스템(flow system) 내의 압력 간 차이를 측정하는, 차압 센서이다. 이 값은 소프트웨어에서 보정 알고리즘에 사용된다. 배압 측정은:

a) 플로우 시스템의 내부에 절대 압력 센서를 구비하고 판독치를 절대 대기 압력 센서와 비교하거나, 또는

b) 플로우 시스템의 내부에 절대 압력 센서를 구비하고 대기 압력을 판독하기 위한 차압 센서를 이용함으로써 측정될 수 있다.

질량 유량 센서 신호는 온도에 따라 편이된다. 따라서, 상이한 주위 온도에 대한 정확한 유량을 획득하기 위해 질량 유량 센서의 온도가 측정되어야만 한다. 온도 보정 센서(PMP14)를 질량 유량 센서 본체에 부착함으로써 질량 유량 센서의 온도 편이를 보정할 수 있다. 질량 유량 센서 전압 신호와 실제 유량 사이의 관계는 선형적이지 않으며, 각각의 유량 센서들 간에 서로 다르다. 따라서 질량 유량 신호를 질량 유량으로 변환하기 위해 공장 보정 데이터 표(PMP6)가 설정된다. 보정 데이터 표는 신호 값들과 해당 질량 유량을 갖는 다수의 포스트를 포함한다. 신호 값을 유량으로 변환할 때, 보정표에서 가장 가까운 값들 사이에 보간법을 적용한다.

보정 데이터 표는 질량 유량과 센서 신호 사이의 관계를 설명하는 다항 함수로 대체될 수 있다.

질량 유량 수치를 부피 유량으로 변환하기 위해서, 이상 기체 법칙이 적용되며, 대기의 압력과 온도는 대기 상태 보정 센서(PMP4)에 의해 측정된다. 이 측정은 온도 및 압력에 대해서 별개의 센서들에 의해 실시될 수 있다. 압력 측정은 플로우 시스템 내의 절대 압력 센서 및 플로우 시스템과 대기 간의 차압 센서를 이용하여 실시될 수 있다.

유량 제어 또는 조절은 마이크로컨트롤러 컴퓨터 모듈 상에서실행되는 응용프로그램으로써 구현된다. 또한 그것은 내장형 PC 상에서도 실행될 수 있다. 제어 시스템은, 상기 “유량 측정 시스템” 항목에서 설명하였듯이, 유량의 정확한 측정을 필요로 한다. 유량 측정은 사용자에 의해 설정된 바람직한 유량과 비교된다. 이 비교는 PID 제어기의 소프트웨어에서 이루어지며, PID 제어기는 펌프로의 출력 신호를 제어한다.

소프트웨어에서 퍼지 논리 부분은 주어진 임의의 배압에서 펌프가 임의의 흐름을 유지하는 데 필요한 제어 신호를 평가한다. 이러한 데이터로부터, 플로우 시스템 내의 상태(배압, 바람직한 유량)가 급격하게 변할 때 더 빠른 응답을 획득하기 위하여 퍼지 논리 부분은 PID 제어기보다 더 우선시될 수 있다. 흐름을 유도하는 펌프는 펄스 폭 변조 신호에 의해 제어된다. 또한 펌프는 D/A 변환기로부터의 출력 전압에 의해 제어될 수도 있다.

플로우 시스템 내의 기계 부품들은 시간이 지남에 따라 노화될 것이다. 플로우 시스템을 위한 진단은 다음의 세 가지 성질을 비교함으로써 구현될 것이다: 플로우 시스템 배압, 펌프 제어 신호 및 질량 유량 센서에 의해 측정된 유량. 내부 압력 센서(PMP3), 질량 유량 센서(PMP2), 및 펌프(PMP1)의 신호 수준으로부터의 데이터를 비교함으로써, 플로우 시스템의 진단이 성취될 수 있다. 진단 소프트웨어는, 예를 들면, “비록 배압과 측정된 유량이 높지 않다고 할 지라도 만약 펌프가 높은 제어 신호를 필요로 한다면, 펌프의 상태는 좋지 않다”와 같은 몇 개의 가정들을 갖는다.

측정된 유량은 디지털(플래시) 메모리(PMP7)에 기록된다. 추가적으로 기록되는 인자는 온도, 압력, 습도, GPS 위치, 및 시간이다. 기록된 파일들은 USB를 구비한 컴퓨터에 부여된다. 펌프는 USB를 통하여 PC에 연결될 수 있다. 수 개의 펌프들을 동시에 제어하기 위해서, 이들을 상호 연결할 필요가 있다. 펌프는 블루투스를 통하여 PC 또는 다른 펌프에 연결될 수 있다. 다른 무선 연결들(즉, ZigBee, WiFi)도 구현될 수 있다.

펌프는 하나 이상의 리튬 이온 배터리를 포함한다. 배터리는 컴퓨터에 연결된 USB나 USB-월어댑터(wall adapter)를 통하여 충전될 수 있다. 배터리 표시장치는 사용자에게 배터리의 잔류량을 보여주는데 유용할 것이다. 배터리 표시장치는 하나 이상의 LED(s)로 구현되거나 또는 그래픽 사용자 인터페이스로 통합될 수 있다. 펌프의 작동시간은 표준 샘플링 조건에 대해 12시간으로 추정된다. 장치는 현재의 흐름을 표시하는 OLED 표시장치를 구비하고 있다.

표시장치는 생략되거나 또는 적절한 유량을 나타내는 7 세그먼트 표시장치, 그래픽 LCD, 매트릭스 문자 LCD(예를 들면, HD4470), LEDs, 및 전자종이 표시장치에 의해 대체될 수 있다. 사용자는 사용자 인터페이스가 어떤 메뉴 상태에 있는지에 따라 상이한 목적을 갖는 몇 개의 버튼으로 펌프를 제어한다. 일례는 두 개의 버튼으로, 하나는 그래픽 메뉴를 통해 다른 것으로 이동하고, 다른 하나는 선택된 메뉴를 수정하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 모니터링 장치는 블랭크 모듈을 포함한다. 샘플링 사이클 동안, 블랭크 샘플이 수집된다. 오직 블랭크 샘플링에만 사용되는 추가 주입구가 모니터링 장치에 존재한다. 주입구는 상기 블랭크 모듈에 연결되며, 상기 블랭크 모듈은 청정 기준 공기를 보증하기 위하여 화합물들을 포집하는 필터 및 흡착제를 포함한다. 장치는 임의 농도의 분석 대상물에 임의의 응답을 나타낸다. 응답을 농도로 변환하기 위해서 검량선에 대한 정보가 존재할 필요가 있다. 검량선은 선형이거나 다소 복잡할 수 있다. 절편은 원점을 통과하거나 통과하지 않을 수 있다. 절편에 대하여 알려면, 전기적 응답을 농도로 변환하기 위한 유효한 검량선을 갖기 위해 블랭크 샘플을 분석할 필요가 있다.

본 발명에 따른 모니터링 장치는 케이스로 둘러싸여 있다. 상기 장치는 휴대용 장치로 사용될 수도 있지만, 또한, 임의의 홀더로 고정된 위치에 놓이거나 또는 예를 들어 삼각대에 클램핑될 수도 있다. 또한, 상기 장치는 벨트 클립이나 하니스(harness)로 운반될 수 있다. 펌프(들)는 폭발 환경에서의 사용을 위해 IECEx 인증 및 ATEX 승인을 받을 것이다. 펌프는 노출된 하나의 연결장치, 즉 USB 연결장치를 가질 것이다. USB 연결장치는 유선 통신과 충전을 제공한다. 폭발 위험 지역에서 장치를 사용할 때, 이 연결장치는 먼지, 공기 및 수분을 차단하는 밀봉에 의해 덮일 것이다. 펌프의 표시장치는 IECEx 및 ATEX의 요구조건을 충족시키는 투명 표면으로 덮이게 될 것이다. 따라서, 기상 및 입자상으로 존재하는 공중 화합물들의 정성적 및 정량적 모니터링 개선을 위한 직접 판독 장치가 제공된다. 또한, 모니터링 장치는 예를 들면, 가열에 의해 휘발성으로 될 수 있는, 표면 상의 또는 매트릭스 내의 화합물들에 대해 사용될 수도 있다.

샘플링 시에 상기 펌프의 사용은 일반적으로 다섯 가지 시나리오를 포함한다.

1) 수동 샘플링:

장치가 켜진다. 그래픽 사용자 인터페이스를 통해, 바람직한 흐름이 임의의 양(ml/min)으로 설정된다.

펌프는 사용자 인터페이스를 통해 임의의 시간 후에 작동을 멈추도록 프로그램 된다. 그 후에 펌프는 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 시작된다. 펌프 제어 시스템은 흐름이 바람직한 흐름에 최대한 근접하도록 유지한다. 펌프는 임의의 시간이 지나면(미리 프로그램 되어 있지 않다면 수동으로) 작동을 멈춘다.

2) 프리셋 샘플링:

장치는 USB를 통하여 컴퓨터 상에 미리 프로그램 된다. 장치가 가동되면, 사용자는 “미리 설정된 샘플링으로 운전”을 선택할 수 있고, 반면 펌프는 임의 시간 동안 임의 유량으로 운전되고 나서, 그 후에 멈춘다.

3) 슬레이브 모드:

펌프는 어떤 지점에 놓이고, 컴퓨터 응용프로그램을 통하여 또는 다른 펌프들을 원격으로 제어하도록 구성된 또 다른 펌프 장치에 의해 원격으로 제어될 수 있다. 또한 이 모드는 임의 개수의 펌프들이 동시에 제어될 수 있고, 순차적인 샘플링에 대한 작업 일정이 컴퓨터 응용프로그램에서 설정될 수 있는 실험실 환경에서도 사용될 수 있다.

4) 기록된 데이터의 전송:

펌프 스위치가 켜지고 USB를 통해 컴퓨터에 연결된다. 펌프는 컴퓨터 응용프로그램을 통해 관리된다. 상기 응용프로그램을 통하여 하나 이상의 펌프 장치의 기록된 파일들은 컴퓨터로 전송될 수 있고/있거나 상기 펌프 장치의 메모리에서 삭제될 수도 있다.

5) 다른 장치들에서 부속품으로서:

이 조립체는 안정적 부피 흐름을 획득하기 위한 해결책이며, 안정적 흐름의 발생을 필요로 하는 임의의 장치에서 부속품 또는 모듈로서 사용될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 검출 유닛은 이온 필터(DMS)를 포함한다. 공기 흐름 내의 상이한 분석 대상물들의 분리는 이온 필터 이전, 즉 크로마토그래피 유닛에서 분석 대상물의 휘발성에 근거한다.

크로마토그래피 컬럼 전에 포커싱 트랩이 추가된다. 각각의 분석 또는 전체 분석에 대해, 분석 대상물들이 샘플링 장치로부터 열 탈착되고, 이어서 하나 이상의 농축 트랩(1)들에 포집 되었을 때, 분석 대상물들은 이후에 각각의 농축 트랩(1)으로부터 열 탈착된다. 그리고 나서 분석 대상물들은 샘플링 장치에서 보다 더 작은 기체 부피를 갖게 되고, GC 컬럼과 같은 크로마토그래피 유닛에 들어가기 전에 포커싱 효과가 달성된다. 농축 트랩의 사용은 GC 크로마토그램에서 피크 폭을 감소시키고 피크의 대칭성을 증가시켜서, 더 낮은 검출 한계와 향상된 반복성을 초래한다.

본 발명에 따른 검출 유닛 시스템의 이온 필터 실시예에서, 크로마토그래피로 분리된 분석 대상물들의 이온화는 이온 필터(DMS)로 들어가기 전에 실시된다. 보다 정확하게, 크로마토그래피 컬럼에서 용해 분리된 분석 대상물들이 이온화 된다. 안정적이며 재현성 있는 이온화는 정확한 모니터링에 필수적이다. 예를 들어, 광 이온화, Ni63 이온화 등에 기초한 이온화 기술이 사용된다.

충분한 선택성을 위해, ppt(1조분의 1 농도)의 낮은 농도 영역에서 시차 이동도에 기초한 이온화된 화합물들의 분리 및 검출 목적으로, 이온화된 분석 대상물들의 추가 분리가 실시될 필요가 있다. 이 목적을 위해 microDMx™ 센서 칩(Sionex Inc., Bedford, MA, USA)이 사용될 수 있다.

상기 설명한 것처럼 메모리 효과에 관한 문제들, 즉, 분석 대상물의 잔류는, 농도 최고치를 샘플링 하는 동안에 발생할 수 있다. 본 발명의 발명자들은 공기 세척 단계를 도입함으로써 이러한 문제를 해결하였고, 샘플링 장치, 농축 트랩들, 및 필요한 모든 연결 장치들 및 배관이 샘플링 사이클들 사이에 세척된다. 관련된 잔류가 발생하지 않는다는 것을 보증하기 위하여 세척이 실시된다. 만약 블랭크 샘플의 분석이 잔류물의 존재를 나타내면 잔류물이 발견되지 않을 때까지 세척 인자들(유속, 지속시간 등)이 조정된다.

보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 유량 조절 시스템 및 모니터링 장치는 현재의 공지 기술과 비교하여, 몇 가지 이점들과 차이점을 갖는다. 공지 방법들과 비교하여 한 가지 중요한 차이는 질량 분리기 및/또는 질량 필터(샘플링 장치) 및/또는 이온 필터 및/또는 질량 분석기 및/또는 가스 크로마토그래피 및/또는 검출기 및/또는 분석 장치로의 시료 유입이, 기체 및 입자를 모두 함유한 화합물들이 정량적 및 정성적 방법으로 수집, 탈착, 결정되는 방식으로 이루어 진다는 점이다. 더욱이, 자동 부피 샘플링이 샘플링 장치에 의해 가능하다. 분석 및 결정될 수 있는 휘발성 화합물로 유도체화될 수 있는 반응성 화합물들, 즉, 분석 대상물들, 예를 들어 이소시아네이트류, 이소티오시아네이트류, 알데히드류, 아민류, 무수물류 등 및 작용기들을 포함하는 화합물들이 활성 반응 샘플링 장치에 의해 수집되어 안정한 유도체들로 유도체화되고 탈착되고 분석된다. 유효한 결과들이 자동 현장 보정에 의해 얻어지고, 샘플링은 파과에 대해 점검된다. 잔류 화합물들 및 메모리 효과들은 블랭크의 자동 분석에 의해 점검된다. 선형성의 단점들은 샘플링 시간을 조절함으로써 보정되어 선형 범위 내에서 샘플 농도들을 얻게 된다.

예 1

도 9는 휘발성 분석 대상 화합물에 대한 측정 사이클의 일례를 나타낸다. 본 실시예에서 사용된 GC-DMS 시스템은 분석 대상물의 농도를 모니터하고 분석 대상물들, 블랭크, 및 기준물질의 농도의 모니터링 사이에서 번갈아 수행한다.

예 2

도 10은 상이한 농도의 벤젠을 함유한 4개의 샘플 및 5 ppb의 벤젠을 함유한 기준물질의 연속 샘플링으로부터 얻은 GC-DMS 크로마토그램들의 일례를 나타낸다. 시스템 내의 상이한 위치에 있는 4개의 상이한 배관으로부터 샘플들을 취한다. 샘플링 시스템에서 각 샘플의 수집 후에 블랭크 샘플을 취한다. 도면은 샘플 또는 기준 샘플로부터의 메모리 효과 또는 잔류가 블랭크 샘플들에서 발견되지 않는 것을 보여준다. 5 ppb의 기준 샘플에서 추가적 크로마토그래피 피크가 관찰되는 것을 볼 수 있다. 이 피크는 벤젠이 아니라, 미지의 화합물이다. 분석 대상물(벤젠)과 존재할 수 있는 다른 화합물들을 구별하기 위해서 크로마토그래피의 분해능은 필수적이다.

예 3

도 11은 2주 동안 59개의 측정을 통한 벤젠(5 ppb)에 대한 GC-DMS 응답을 보여준다. 변화(RSD)는 6% 미만이었다. 도면은 응답이 시간에 따라 변하며, 시간이 지남에 따라 응답이 감소하는 추세가 있음을 보여준다. 이것은 유효한 농도 평가치를 얻기 위하여, 계측기기는 보정될 필요가 있음을 입증한다. 응답에서의 편이는 이온 소스, 질량 분리기(DMS) 및 검출기에 대해 설정된 인자들에서의 편이에 기인한다. 또한 응답에서의 편이는 전자적 편이 및 전극의 오염 및/또는 기체 흐름에 대한 조건들(습도, 유속 등)에서의 변화에 기인하는 조건의 차이 때문일 수 있다. 도면은 현장 보정 및 조정의 필요성과, 유효한 결과를 얻기 위해서는 공장 설정 인자들만으로 충분하지 않다는 것을 보여준다.

예 4

도 12는 열 시차 유량 센서의 온도 응답을 보여준다. 열 시차 유량 센서의 온도 편이를 살펴보기 위해 열 시차 유량 센서를 온도가 제어되는 환경에 두고, 일정한 값의 잘 알려진 질량 유량을 주입하였다. 실제 유량은 일정하게 유지했으며, 온도에 영향을 받지 않는 다른 유량계를 사용하여 측정하였다. 도 12에서, 질량 유량 센서로부터의 전압 출력값을 질량 유량계 보정 데이터에 따라 부피 유량으로 변환하였다. 도 12에서 보여지듯이, 측정된 유량은 온도에 매우 많은 영향을 받는다. 센서의 온도가 3℃에서 28℃로 증가될 때, 측정된 유량은 818 ml/min에서 866 ml/min로 증가, 즉, 약 6% 증가한 것을 주목할 수 있다. 따라서, 정확하고 정밀한 측정 결과들을 제시할 수 있도록 하기 위해서는 센서 온도를 보정하는 것이 중요하다. 도 12에서 행해진 다수의 측정 결과들, 즉, 유량계를 통과하는 실제 유량을 측정하는 동안 센서 온도를 변화시킨 결과들은 유량 조절 시스템을 사용하는 실제 측정에서 센서 온도를 보정하기 위한 검량선으로서 후에 사용될 수 있다. 또한 상이한 유량 수준에서 질량 유량 센서 전자 장치의 상이한 온도 의존성을 보정하기 위하여, 이러한 보정 과정은 상이한 유량들에 대해서 반복된다.

참고문헌

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Claims (37)

1. 적어도 하나의 펌프,
   적어도 하나의 질량 유량 센서,
   주위 온도 센서,
   주위 압력 센서,
   배압 센서, 및
   제어 시스템을 포함하고,
   상기 배압 센서로부터의 출력은 상기 제어 시스템에 연결되고,
   상기 센서들로부터 상기 제어 시스템으로의 입력은 안정적인 질량 유량을 유지하기 위해 상기 적어도 하나의 펌프를 조절하도록 조정되는, 안정적 기체 흐름을 유지하기 위한 유량 조절 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 질량 유량 센서의 온도를 측정하는 온도 보정 센서를 더 포함하는 유량 조절 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어 시스템은 전자 장치인 유량 조절 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 펌프는 로터리 베인 펌프인 유량 조절 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   두 개 이상의 질량 유량 센서를 포함하는 유량 조절 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 질량 유량 센서는 열 시차 유량 센서인 유량 조절 시스템.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   주위 습도 센서를 더 포함하고, 상기 주위 습도 센서로부터의 출력은 상기 제어 시스템에 연결되는 유량 조절 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   질량 유량, 배압, 주위 온도, 주위 압력, 주위 습도, 질량 유량 센서 온도, GPS 위치, 배터리 수준, 및 시간으로 구성된 군에 포함된 값들 중 하나 또는 임의의 조합을 기록하기 위한 기록 수단을 더 포함하는 유량 조절 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    그래픽 표시장치 및 상기 그래픽 표시장치 상에 표시되는 사용자 인터페이스를 더 포함하는 유량 조절 시스템.
11. 제1항에 있어서,
    유량 조절 시스템 설정들을 조절하기 위한 사용자 네비게이션 수단을 더 포함하는 유량 조절 시스템.
12. 제1항에 있어서,
    상기 유량 조절 시스템을 외부 전자 장치에 연결하기 위한 연결 수단을 더 포함하는 유량 조절 시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 전자 장치는 퍼스널 컴퓨터, 소형 컴퓨터, 스마트폰, 디지털 메모리 장치로 구성된 군에 포함된 전자 장치 중 하나인 유량 조절 시스템.
14. 제1항에 있어서,
    상기 배압 센서, 상기 질량 유량 센서 및 신호 레벨로부터 상기 적어도 하나의 펌프로의 입력 신호를 이용하는 진단 시스템을 더 포함하는 유량 조절 시스템.
15. 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 적어도 두 개의 유량 조절 시스템들이 직렬 또는 병렬로 연결되는 유량 조절 시스템 클러스터.
16. 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 유량 조절 시스템을 이용한 유량 측정 방법에 있어서,
    상기 질량 유량 센서를 이용하여 질량 유량을 측정하는 단계;
    온도 관련 에러에 대한 소정의 보정에 따라 상기 질량 유량 측정 값을 조절하는 단계; 및
    측정된 질량 유량, 주위 온도, 및 주위 압력을 이용하여 상기 질량 유량 측정으로부터 부피 유량을 계산하는 단계를 포함하는 방법.
17. 제16항에 있어서,
    온도 보정 센서를 이용하여 상기 질량 유량 센서의 온도를 측정하는 단계; 및
    온도 관련 에러에 대한 소정의 보정 및 상기 온도 보정 센서로부터의 측정 신호에 따라 상기 질량 유량 측정 값을 조절하는 단계를 더 포함하는 방법.
18. 제16항에 있어서,
    상기 유량 조절 시스템으로부터의 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계를 더 포함하는 방법.
19. 제16항에 있어서,
    상기 질량 유량 센서를 이용하여 유량 맥동을 모니터링 및 기록 중 하나 이상을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
20. 제16항에 있어서,
    상기 유량 조절 시스템은 배압 센서를 더 포함하고, 상기 방법은 측정된 배압에 따른 소정의 증분에 의해 상기 질량 유량 측정 값을 조절함으로써, 현재의 배압에 기인한 상기 질량 유량 측정에서의 에러들을 보정하는 단계를 더 포함하는 방법.
21. 제16항에 있어서,
    상기 배압 센서를 이용하여 유량 맥동을 모니터링 및 기록 중 하나 이상을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
22. 제19항에 있어서,
    상기 유량 맥동을 감소 또는 상쇄시키기 위해 상쇄 펄스를 도입하는 단계를 더 포함하는 방법.
23. 샘플링 장치,
    농축 트랩(1),
    보정 및 조정 모듈,
    블랭크 모듈,
    제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 상기 유량 조절 시스템,
    크로마토그래피 유닛, 및
    검출 유닛을 포함하는, 공기 중에 기상 및 입자상으로 존재하는 공중 화합물들의 모니터링 장치.
24. 제23항에 있어서,
    상기 샘플링 장치는,
    공기 흐름을 위한 주입구(2)를 가지며 상기 공기 흐름 중 기상 분석 대상물을 흡착할 수 있는 샘플링 튜브(8),
    상기 샘플링 튜브에 연결되고 상기 공기 흐름 중 분석 대상물을 흡착할 수 있는 필터(5), 및
    상기 필터(5)와 연결되고 상기 필터(5)를 통과한 임의의 분석 대상물들을 흡착할 수 있는 흡착제(6)를 포함하는 모니터링 장치.
25. 제24항에 있어서,
    농축 트랩(1)이, 상기 샘플링 튜브(8), 상기 필터(5), 상기 흡착제(6) 각각으로부터 방출되는 분석 대상물의 개별 검출을 위해, 상기 샘플링 튜브(8), 필터(5), 및 흡착제(6)에 각각 연결되거나, 또는 샘플링 장치로부터 방출되는 분석 대상물의 전체 검출을 위해 상기 흡착제(6)에만 연결되는 모니터링 장치.
26. 제23항에 있어서,
    상기 샘플링 장치는,
    공기 흐름을 위한 주입구(2)를 가지며, 상기 공기 흐름 중 기상 분석 대상물을 흡착할 수 있는 제1 흡착제(10),
    상기 제1 흡착제(10)에 연결되고 상기 공기 흐름 중 입자상 분석 대상물을 흡착할 수 있는 필터(5), 및
    상기 필터(5)와 연결되고 상기 필터(5)를 통과한 임의의 분석 대상물을 흡착할 수 있는 제2 흡착제(6)를 포함하는 모니터링 장치.
27. 제26항에 있어서,
    농축 트랩(1)이, 상기 제1 흡착제(10), 상기 필터(5) 및 상기 제2 흡착제(6) 각각으로부터 방출되는 분석 대상물의 개별 검출을 위해, 상기 제1 흡착제(10), 필터(5), 및 제2 흡착제(6)에 각각 연결되거나, 또는 상기 샘플링 장치로부터 방출되는 분석 대상물의 전체 검출을 위해 상기 제2 흡착제(6)에만 연결되는 모니터링 장치.
28. 제23항에 있어서,
    상기 샘플링 장치는,
    큰 입자들을 제거하는 프리셀렉터(11),
    기상 분석대상물을 수집하는 디누더(8),
    흡입 또는 호흡 가능한 크기들로부터 큰 입자들을 분리하는 임팩터(13), 및
    흡입 또는 호흡 가능한 입자들을 수집하는 필터(5)를 포함하는 입자 크기 선택형 샘플링 장치인 모니터링 장치.
29. 제28항에 있어서,
    상기 보정 및 조정 모듈은 모니터링 장치에 대해 삽입 및 탈착 가능하며, 상기 샘플링 장치와 연결되고, 상기 기상 분석대상물의 기준물질들을 고려하여 모니터링 장치를 보정 및 조정하도록 컴퓨터에 의해 조절되는 모니터링 장치.
30. 제29항에 있어서,
    상기 보정 및 조정 모듈은 분석 대상 기준물질을 함유하는 폐쇄형 튜브를 포함하고, 가열 장치에 둘러 싸인 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
31. 제23항에 있어서,
    상기 블랭크 모듈은 상기 샘플링 장치에 연결되고, 모니터링 장치로의 별개 주입구를 구비하고, 필터와 흡착제를 포함하는 모니터링 장치.
32. 제23항에 있어서,
    상기 유량 조절 시스템 내의 상기 적어도 하나의 펌프는 상기 농축 트랩(1)과 크로마토그래피 유닛 사이, 또한 선택적으로 상기 샘플링 장치 및 상기 농축 트랩 사이에 제공되는 모니터링 장치.
33. 제23항에 있어서,
    상기 크로마토그래피 유닛은 가스 크로마토그래피를 포함하는 모니터링 장치.
34. 제23항에 있어서,
    상기 검출 유닛은 DMS(시차 이동도 분석기)에 기초하거나, 또는 가스 크로마토그래피 검출기 또는 직접 판독 검출기인 모니터링 장치.
35. 제24항에 따른 모니터링 장치를 사용하여 공기 흐름 내의 공중 분석 대상물들을 검출하는 방법으로,
    a) 상이한 분석 대상 기준물질들을 포함하는 하나 이상의 상이한 보정 및 조정 모듈들을 상기 모니터링 장치 내부로 삽입하는 단계,
    b) 상기 공중 분석 대상물들 및 시약을 함유하는 공기 흐름을 상기 샘플링 장치 내로 유입시켜 그 안에서 서로 반응시키는 단계,
    c) 상기 샘플링 장치에 흡착된 분석 대상물들을 방출하기 위해, 상기 샘플링 튜브(8), 상기 필터(5), 및 상기 흡착제(6)를 포함하는 상기 샘플링 장치를 가열하는 단계,
    d) 상기 샘플링 장치로부터 방출된 상기 분석 대상물들을 하나 이상의 농축 트랩(1)들 내에 수집하는 단계,
    e) 상기 분석 대상물들에 크로마토그래피를 수행하는 단계, 및
    f) 상기 분석 대상물들을 정량적 및 정성적으로 검출하는 단계를 포함하는, 공기 흐름 내의 공중 분석 대상물들을 검출하는 방법.
36. 제35항에 있어서,
    각 분석 대상물의 검출 후, 블랭크로 상기 a) 내지 f) 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
37. 제35항에 있어서,
    상기 모니터링 장치는 상기 모니터링 장치를 통과한 분석 대상물들 및 다른 화합물들로부터의 임의의 메모리 효과를 제거하기 위해 공기로 세척되는 것을 특징으로 하는 방법.

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