KR102218535B1 - 이온 이동도 분광장치 및 이를 활용한 대기 분석시스템 - Google Patents

이온 이동도 분광장치 및 이를 활용한 대기 분석시스템 Download PDF

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배진석
김성윤
홍제관
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주식회사 이온랩토리
최규섭
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Abstract

본 발명은 시료를 이온화하여 정확하게 분석할 수 있는 이온 이동도 분광장치 및 이를 활용한 대기 분석시스템에 대한 것이며, 구체적으로 발명은 시료를 흡입하는 흡입장치와 시료를 코로나 방전시켜 이온화하는 이온화장치와 이온화한 이온시료를 전기장에 의하여 이동시킴에 따라 전류를 검출하는 검출장치와 검출장치에 형성되며, 전압을 제어하는 제어장치를 구비한다.

Description

이온 이동도 분광장치 및 이를 활용한 대기 분석시스템{Ion Mobility Spectrometer and Air Analysis System Using by Same}
본 발명은 시료를 이온화하여 정확하게 분석할 수 있는 이온 이동도 분광장치 및 이를 활용한 대기 분석시스템에 대한 것이다.
특허문헌 001은 이온화기, 이온 필터 그리고 이온 탐지기를 포함하는 이온 이동도 분광분석기가 제공되며, 이온 필터는 적어도 하나의 이온 채널을 정의하는 데, 이 이온 채널을 따라 이온이 상기 이온화기로부터 상기 이온 탐지기로 통과할 수 있다. 상기 이온 필터는 상기 이온 채널과 인접하여 배치된 복수 개의 전극을 포함하며, 상기 분광분석기는 제 1 구동 전기장이 상기 이온 채널의 길이 방향을 따라 생성되며, 상기 제 1 구동 전기장에 대하여 직각을 이루는 제2 횡방향 전기장이 생성되도록 상기 전극들을 제어하기 위한 전극 제어 수단을 포함하는 기술을 제시하고 있다.
특허발명 002는 이온 이동도 분광 분석기에 있어서, 분석되는 양이온을 제공하기 위한 제 1 이온원으로서, 전기장 인가 장치는 제 1 방향에서의 상기 양이온을 상기 양이온을 탐지하기 위해 구성된 제 1 이온 탐지기로 이동시키도록 구성된 전기장을 제공하도록 배치되는 상기 제 1 이온원, 및 분석되는 음이온을 제공하기 위한 제 2 이온원으로서, 상기 전기장 인가 장치는 상기 제 1 방향과 상이한 제 2방향에서의 상기 음이온을 상기 제 1 이온원과 상기 음이온을 탐지하기 위해 구성된 제 2 이온 탐지기로 이동시키도록 배치되는 상기 제 2 이온원을 포함하는 기술을 제시하고 있다.
특허발명 003은 이온 개질제는 저압 영역의 이온을 개질시키도록 배치되며, 샘플 입구는 가스의 샘플이 입구를 통해 흐르도록 허용하기 위해 배치된 핀홀(pinhole) 입구와 같은 개구를 포함하고, 샘플 입구는 가스의 샘플이 입구를 통해 확산하도록 허용하기 위해 배치된 멤브레인(membrane)을 포함한다. 그리고 저압 영역은 이온 이동도 분광 분석기의 드리프트 영역을 포함할 수 있거나 분광 분석기의 흡입 스테이지(intake stage)에 제공되며, 드리프트 가스의 흐름은 드리프트 영역을 따라 샘플 입구 개구를 향하여 제공되는 기술을 제시하고 있다.
특허발명 004는 염소 핵자기공명 분광기(Cl-NMR)를 이용한 염소이온의 정량법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부 기준물질인 테트라에틸암모늄 클로라이드(TEAC)를 염소이온의 화학이동 시약인 수소원자가 중수소원자로 치환된 디메칠 술폭사이드(DMSO-D6) 용매에 용해시켜 동축 이중 튜브(coaxial tube)의 한 쪽 튜브에 투입하고, 염소 농도를 알고 있는 표준물질 또는 분석할 시료를 동축 이중 튜브의 나머지 튜브에 투입하여 측정하는 기술을 제시하고 있다.
KR 10-2007-0052774 A (2007년05월22일) KR 10-2017-0066463 A (2017년06월14일) KR 10-2017-0068563 A (2017년06월19일) KR 10-2007-0093269 A (2007년09월18일)
본 발명은 시료를 이온화하여 정확하게 분석할 수 있는 이온 이동도 분광장치 및 이를 활용한 대기 분석시스템에 대한 것이다.
종래발명들의 문제점을 해결하기 위한 것이며, 본 발명은 시료(1)를 흡입하는 흡입장치(100);, 시료(1)를 코로나 방전시켜 이온화하는 이온화장치(200);, 이온화한 이온시료(2)를 전기장에 의하여 이동시킴에 따라 전류를 검출하는 검출장치(300);, 상기 검출장치(300)에 형성되며, 전압을 제어하는 제어장치(500);를 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 이온 이동도 분광장치에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 흡입장치(100);, 이온화장치(200);, 검출장치(300);, 제어장치(500);로 이루어지는 발명에 상기 흡입장치(100)에 형성되며, 시료(1)를 채집하여 착탈 가능하도록 결합되는 시료채집장치(130);를 부가한다.
본 발명은 이온 이동도 분광장치에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 흡입장치(100);, 이온화장치(200);, 검출장치(300);, 제어장치(500);로 이루어지는 발명에 상기 검출장치(300)에 형성되며, 이온시료(2)가 전기장에 의하여 이동하는 이동관(310); 상기 이동관(310)에 형성되며, 이온시료(2)의 전하량에 따라 발생되는 전류를 수집하는 수집기(340);를 부가한다.
본 발명은 이온 이동도 분광장치에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 흡입장치(100);, 이온화장치(200);, 검출장치(300);, 제어장치(500);로 이루어지는 발명에 상기 이동관(310)의 외측에 형성되며, 이온시료(2)와 반대 방향으로 정제공기를 이동시키는 정제장치(400);를 부가한다.
본 발명은 이온 이동도 분광장치에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 흡입장치(100);, 이온화장치(200);, 검출장치(300);, 제어장치(500);로 이루어지는 발명에 상기 제어장치(500)에 형성되며, 상기 검출장치(300)의 전류를 제어하는 전류제어부(510); 상기 이온시료(2) 및 상기 시료(1)의 유입 및 배출을 제어하는 시료제어부(520); 상기 정제공기의 이동방향을 제어하는 정제공기제어부(530);를 부가한다.
본 발명은 이온 이동도 분광장치를 활용한 대기질 분석 시스템에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 흡입장치(100);, 이온화장치(200);, 검출장치(300);, 제어장치(500);로 이루어지는 발명에 이온 이동도 분광장치를 고정하는 고정장치(600);, 제어장치(500)와 통신하며, 대기질을 분석하는 분석서버(700);를 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 분자체를 이용하여 이온 이동 방향과 반대로 드리프트가스의 습기를 제거하여 분석 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 시료를 코로나 방전시킴에 따라 이온화하여 분석할 수 있다.
본 발명은 전압차에 의하여 이온화한 시료의 전류를 측정함에 따라 다양한 시료를 분석할 수 있다.
본 발명은 고체나 액체 상태의 시료를 기화시킴에 따라 고가의 표본추출수단을 사용하지 않아 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 공간에 복수의 분광장치가 설치됨에 따라 대기질을 분석할 수 있다.
도 1은 본 발명의 이온 이동도 분광장치를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 이온 이동도 분광장치를 나타낸 분해사시도.
도 3은 본 발명의 이온 이동도 분광장치를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 검출장치를 나타낸 단면사시도.
도 5는 본 발명의 시료채집장치를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 제어장치를 나타낸 블록도.
도 7은 본 발명의 이온 이동도 분광장치를 활용한 대기 분석 시스템의 개념도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.
(실시예 1-1) 본 발명은 이온 이동도 분광장치에 있어서, 시료(1)를 흡입하는 흡입장치(100);, 시료(1)를 코로나 방전시켜 이온화하는 이온화장치(200);, 이온화한 이온시료(2)를 전기장에 의하여 이동시킴에 따라 전류를 검출하는 검출장치(300); 상기 검출장치(300)에 형성되며, 전압을 제어하는 제어장치(500);를 포함한다.
(실시예 1-2) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 1-1에 있어서, 상기 흡입장치(100)에 형성되며, 후면이 개방되는 흡입케이스(110);를 포함한다.
(실시예 1-3) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 1-2에 있어서, 상기 흡입케이스(110)는 전면에 공기를 흡입하는 흡입부(120);를 포함한다.
(실시예 1-4) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 1-2에 있어서, 상기 이온화장치(200)에 형성되며, 상기 흡입케이스(110)에 연결되는 하우징(210); 상기 하우징(210) 내부에 형성되며, 시료(1)를 코로나 방전시키는 전극팁(220);을 포함한다.
(실시예 1-5) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 1-4에 있어서, 상기 전극팁(220)은 상호 이격되며, 바늘 형상으로 형성되는 것;을 포함한다.
본 발명은 이온 이동도 분광장치에 대한 것이며 구체적으로 시료(1)를 이온화한 후 시료(1)의 습도를 제어하여 분석 정확도를 향상시키며, 분자량이 큰 시료(1)의 분석을 용이하게 진행하는 것이다. 이러한 이동도 분광장치(10)는 시료(1)를 흡입하는 흡입장치(100)가 형성되며, 흡입장치(100)는 마약류, 폭발물, 유해 화학 물질의 시료(1)를 대기중으로 분산시켜 흡입하기 위하여 최선단에 배치되는 것으로서, 전면에 흡입부(120)가 형성되며 후면이 개방된 흡입케이스(110)가 형성된다. 흡입케이스(110)의 후면에는 전면이 개방된 하우징(210)이 연결되며, 하우징(210)의 내부 선단에 이온화장치(200)가 형성된다. 이때, 이온화장치(200)에는 흡입케이스(110) 내부로 흡입된 시료(1) 가스를 안내하는 가스안내관이 연결된다.
이온화부장치는 가스안내관을 통해 유입되는 시료(1)를 코로나 방전시켜 이온화하는 것으로서, 상호 이격되고 바늘 형상을 갖는 다수의 전극팁(220)을 갖는다. 복수의 전극팁(220)은 방전 전압에 최적화되는 간격을 유지해야 하는 것으로 전극팁(220)에 5V의 전압이 인가될 경우 1mm이하의 간격을 갖도록 배치한다. 이러한 구성에 따라, 이온화장치(200)는 다수의 전극팁(220)에 전압을 인가하여 유입되는 시료(1) 가스를 코로나 방전시켜 이온화한다. 이때, 흡입케이스(110) 내부에는 시료(1) 흡입이 원활하게 이루어지도록 하기 위한 흡입팬이 설치된다. 이와 같이 이온화된 이온시료(2) 가스는 전기장에 의하여 검출장치(300)에서 전류를 검출함에 따라 시료(1)를 정확하게 분석할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 다양한 종류의 시료(1)를 이온화하여 정확하게 분석할 수 있는 특징을 가진다.
(실시예 2-1) 본 발명은 이온 이동도 분광장치에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 흡입장치(100)에 형성되며, 시료(1)를 채집하여 착탈 가능하도록 결합되는 시료채집장치(130);를 포함한다.
(실시예 2-2) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 2-1에 있어서, 상기 시료채집장치(130)에 형성되며, 시료(1)가 채집되는 판상의 채집부재(131); 상기 채집부재(131)를 지지하는 프레임(140);을 포함한다.
(실시예 2-3) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 2-2에 있어서, 상기 프레임(140)에 형성되며, 채집부재(131)의 일면에 형성되는 하부프레임(141); 상기 하부프레임(141)의 단부에서 회동하며, 격자형 개구부가 형성되는 상부프레임(142);을 포함한다.
(실시예 2-4) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 2-3에 있어서, 상기 채집부재(131)는 종이, 섬유, 금속포일, 고분자필름 중 선택된 하나로 형성되는 것;을 포함한다.
본 발명은 시료채집장치(130)에 대한 것이며, 구체적으로 마약류, 화학물질과 같이 액체및 고체 상태의 시료(1)를 기체 상태로 변화시켜 시료(1)를 분석하기 위한 것이다. 이러한 시료채집장치(130)는 채집부재(131), 하부프레임(141), 베이스블, 상부프레임(142), 및 잠금부재를 포함한다. 채집부재(131)는 액체나 고체 상태의 시료(1)를 문질러 표면에 시료(1)를 흡착시킬 수 있는 판상 구조로서, 종이, 섬유, 금속포일, 고분자필름과 같은 유연성 재질을 이용할 수 있다. 일반적으로, 금속 포일이 250~300℃에서도 잔류방출이 일어나지 않고, 가격이 저렴하므로 금속포일을 이용하는 것이 바람직하다. 하부프레임(141)은 채집부재(131)를 지지하는 것으로서, 하부프레임(141)에는 채집부재(131)에 히팅수단의 열을 효율적으로 전달하도록 다수의 격자형 개구부가 형성된다. 그리고 하부프레임(141)의 양단부 하단에는 한쌍의 베이스블록이 연결된다. 또한, 하부프레임(141)의 일측단부에는 외측 방향으로 돌출된 손잡이부가 형성된다.
그리고 상부프레임(142)은 하부프레임(141) 상에 회동 가능하게 연결되는 것으로서, 하부프레임(141)의 타측 단부 상에 회동부재로 연결된다. 그리고 상부프레임(142)에는 하부프레임(141)과 동일하게 채집부재(131)에 히팅수단의 열을 효율적으로 전달하도록 다수의 격자형 개구부가 형성된다. 그리고 잠금부재는 상부프레임(142)과 하부프레임(141)을 체결하여 고정하는 것이며, 탄성부재와 걸림부재와 결합부재로 형성된다. 탄성부재는 일측 베이스블록의 외측면에 삽입되고, 걸림부재는 탄성부재의 일측에 돌출되게 연결된다. 그리고 결합부재는 상부프레임(142)의 일측 하부에 돌출된 것으로서, 결합부재에는 걸림부재 삽입홀이 형성된다. 이와 같이 시료채집장치(130)에 의 하여 분석 시료(1)의 상태에 따라 시료(1)의 종류에 관계 없이 선택적으로 이용할 수 있다.
즉, 분자량이 작은 증기 상태의 시료(1)를 흡입할 경우 시료채집장치(130)를 이용하지 않고, 흡입장치(100)에서 직접 시료(1) 가스를 흡입하고, 마약류처럼 분자량이 커서 기화하기 어려운 시료(1)를 흡입할 경우에는 시료채집장치(130)에 시료(1)를 마찰시켜 채취한 후에 이를 가열하여 시료(1)를 분석할 수 있다.
(실시예 3-1) 본 발명은 이온 이동도 분광장치에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 검출장치(300)에 형성되며, 이온시료(2)가 전기장에 의하여 이동하는 이동관(310); 상기 이동관(310)에 형성되며, 이온시료(2)의 전하량에 따라 발생되는 전류를 수집하는 수집기(340);를 포함한다.
(실시예 3-2) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 3-1에 있어서, 상기 이동관(310)에 형성되며, 전기장을 형성하는 복수의 이온 소스링(311); 상기 이온 소스링(311)의 전면에 형성되며, 이온시료(2)를 유입하는 그리드(320);를 포함한다.
(실시예 3-3) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 3-1에 있어서, 상기 그리드(320)의 전면에 형성되며, 이온화되지 않은 시료(1)를 배출시키는 배출부(330);를 포함한다.
(실시예 3-4) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 3-3에 있어서, 상기 그리드(320)는 전압에 의하여 이온시료(2)를 유입시키는 이온소스그리드(321)와 셔터그리드(322);를 포함한다.
(실시예 3-5) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 3-4에 있어서, 상기 그리드(320)에 형성되며, 정제된 정제공기를 유도하는 어퍼쳐그리드(323);를 포함한다.
본 발명은 검출장치(300)에 대한 것이며, 구체적으로 이온화장치(200)에서 이온화된 이온시료(2)의 이동 경로를 제공하여 전류를 수집함에 따라 시료(1)를 분석할 수 있는 것이다. 이러한 검출장치(300)는 이온시료(2)가 전기장에 의하여 이동하는 이동관(310)이 형성되며, 이동관(310)은 하우징(210) 내부의 이온화장치(200) 후방에 설치된다. 이동관(310)은 다수의 이온 소스링(311)과 각 이온 소스링(311) 사이를 절연하는 절연재가 적층된 구조를 갖는다. 이때, 다수의 이온 소스링(311)은 중앙에 중공부가 형성된 사각링의 내부에 삽입 장착된다.
이러한 구성에 따른 이동관(310)은 다수의 이온 소스링(311)에 인가되는 전압에 의해 그 내부에 전기장을 형성하여, 이온을 전단에서 후단 방향으로 이동시킨다. 이때, 각각의 이온 소스링(311)은 저항에 의해 서로 접속된다. 일반적으로, 이온은 전압이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하므로, 각각의 이온 소스링(311)에 접속된 저항은 전단에서 후단 방향으로 점차 작아지도록 함이 바람직하다. 저항은 각각의 이온 소스링(311)에 개별적으로 납땜 부착 설치하거나, 인쇄 회로 기판 상에 다수의 저항을 형성하고, 각 저항이 각각의 이온 소스링(311)에 전기적으로 접속되도록 인쇄 회로 기판을 부착 설치할 수 있다. 이온화장치(200)에서 이온화된 시료(1)만 이동관(310) 내부로 유입시키고, 이온화되지 않은 시료(1) 가스는 외부로 배출시켜야 한다. 따라서, 이동관(310)의 선단에서 시료(1)를 유입시켜, 이온화되지 않은 시료(1)는 배출부(330)를 통하여 배출시킨다.
그리고 이온 소스링(311)의 전면에는 이온시료(2)를 유입하는 그리드(320)가 형성되며, 그리드(320)는 전압에 의하여 이온시료(2)를 유입시키는 이온소스크리드와 셔터그리드(322) 및 정제된 정제공기를 유도하는 어퍼쳐그리드(323)가 각각 순차로 설치된다. 이온소스그리드(321)와 셔터그리드(322) 및 어퍼쳐그리드(323)는 각각 이온 소스링(311)에 장착된다. 이온소스그리드(321)와 셔터그리드(322)는 인가되는 전압 차를 이용하여 이동관(310) 내부로의 이온 유입을 제어한다. 즉, 이온소스그리드(321)와 셔터그리드(322)에 동일한 전압이 인가되거나, 이온소스그리드(321)에 인가되는 전압이 셔터그리드(322)에 인가되는 전압보다 높을 경우에는 이동관(310) 내부로 이온 유입이 이루어진다.
반면, 이온소스그리드(321)에 인가되는 전압이 셔터그리드(322)에 인가되는 전압보다 낮을 경우 이동관(310) 내부로의 이온 유입이 이루어지지 않는다. 그럼에 따라 이온소스그리드(321)와 셔터그리드(322)에 인가되는 전압을 서로 다르게 함으로써, 이동관(310) 내부로의 이온 유입을 제어할 수 있게 된다. 그리고 후술되는 제어장치(500)에 의하여 이온소스그리드(321)와 셔터그리드(322)의 전압을 다르게 하여 이온시료(2)의 이동방향을 조절할 수 있다. 이는 시료(1)의 양이온 및 음이온을 각각 분석하기 위한 것이다. 그리고 어퍼쳐그리드(323)는 이동관(310) 전단으로 정제공기를 유도한다. 즉, 어퍼쳐그리드(323)가 없는 경우에는 이동도관의 내부에 이온화되지 않은 시료(1)가 침투하여 분석에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 어퍼쳐그리드(323)로 가스 흐름을 유도함으로써 정제된 드리프트가스가 이동관(310)의 전단으로 흐르도록 함으로써 이온화되지 않은 시료(1)가 유입되는 것을 방지한다.
그리고 이동관(310)의 외주면에는 이동관(310) 내부의 온도를 상승시키기 위한 다수의 히터저항을 갖는 인쇄회로 기판(P)이 부착될 수 있다.
(실시예 3-6) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 3-1에 있어서, 상기 수집기(340)는 상기 이동관(310)의 일단 및 양단에 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 3-7) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 3-6에 있어서, 상기 수집기(340)와 이격되어 형성되며, 유도 전계가 형성되는 것을 방지하는 콜렉터그리드(341);를 포함한다.
본 발명은 수집기(340)에 대한 것이며, 구체적으로 수집기(340)는 이동도관의 후단에 설치되어 이온시료(2)의 도달시 발생하는 이온 전하량에 따른 고유의 전류를 측정하여 이온시료(2)를 분석하는 것이다. 이러한 수집기(340)는 증폭기(amplifier) 및 아날로그 디지털 컨버터(analog digital converter)에 의하여 증폭되는 이온시료(2)의 발생 전류를 측정한다. 이때, 수집기(340) 전단의 이온 소스링(311)에는 콜렉터그리드(341)가 장착된다.
즉, 수집기(340) 측에서는 미러효과에 의해 수집기(340) 측에서 유도 전계가 형성되므로, 콜렉터그리드(341)는 미러효과를 방지하기 위하여 설치된다. 이와 같이 수집기(340)와 콜렉터그리드(341)는 하우징(210) 내부에서 전압차에 의하여 이동하는 이온시료(2)의 전류를 측정하는 것으로 하우징(210)의 일단 및 양단에 형성된다. 각각의 수집기(340)와 콜렉터그리드(341)는 양이온과 음이온을 각각 분석한다. 이러한 수집기(340)에서 수집된 전류는 스펙트럼화되고, 장비 내부의 조건에 따른 환산이동도(reduced mobility)에 따라 연산됨으로써 시료(1)가 분석된다.
(실시예 4-1) 본 발명은 이온 이동도 분광장치에 대한 것이며, 실시예 3-1에 있어서, 상기 이동관(310)의 외측에 형성되며, 이온시료(2)와 반대 방향으로 정제공기를 이동시키는 정제장치(400);를 포함한다.
(실시예 4-2) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 4-1에 있어서, 상기 정제장치(400)에 형성되며, 상기 이동관(310)에 착탈 가능하도록 결합되는 정제함체(410);를 포함한다.
(실시예 4-3) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 4-2에 있어서, 상기 정제함체(410)에 형성되며, 정제공기가 유입되는 유입부(411); 정제공기가 배기되는 배기부(412);, 정제공기를 순환시키는 순환펌프(413);를 포함한다.
(실시예 4-4) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 4-3에 있어서, 상기 유입부(411)에 형성되며, 정제공기를 여과하는 여과부(420);를 포함한다.
본 발명은 정제장치(400)에 대한 것이며, 구체적으로 정제장치(400)는 정제공기를 이온의 이동 방향과 반대인 이동관(310)의 후단에서 전단 방향으로 이동시키는 것이다. 이러한 정제장치(400)는 분자체(molecular sieve)에 의해 순도가 보장되는 정제공기(cleaned air)가 이온 이동의 반대 방향으로 흐르도록 함으로써, 드리프트가스(drift gas)로 작용하여 이온화된 분자와 충돌하며 분리를 돕도록 한다. 여기서 정제장치(400)는 유입부(411)와 배기부(412)와, 순환 펌프, 및 여과부(420)를 포함한다. 유입부(411)는 수집기(340) 전단의 이온 소스링(311) 벽면을 관통하도록 형성되며, 유입부(411) 측에는 제 1 습도 센서가 설치된다. 배기부(412)는 이동관(310)의 전단인 셔터그리드(322)와 어퍼쳐그리드(323) 사이에 배치되는 이온 소스링(311)의 벽면을 관통하도록 형성된다. 그리고, 배기부(412) 측에는 제 2 습도 센서가 설치된다. 순환 펌프는 정제공기를 유입부(411)로 공급하고, 이동관(310) 내부의 정제공기를 배기부(412)로 배기시킴으로써 이동관(310)의 후단에서 전단 방향으로 가스 유로가 형성되도록 한다. 순환펌프(413)는 정제공기를 양방향으로 순환시키는 것으로 음이온 및 양이온을 측정함에 따라 이온시료(2)와 타 방향으로 순환시키는 것이다. 여과부(420)는 분자체(molecular sieve)를 함유한 것으로서, 배기부(412)를 통해 배기되는 드리프트 가스에 함유된 습기를 제거한다. 이때, 분자체는 정제공기의 상대 습도가 15%RH 이하가 되도록 하기 위하여, 0.5%RH 이하의 습도를 갖는 것이 바람직하다. 그리고 정제장치(400)는 제 1 습도 센서와 제 2 습도 센서의 감지 결과에 따라 분자체의 공급을 제어한다.
(실시예 5-1) 본 발명은 이온 이동도 분광장치에 대한 것이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 제어장치(500)에 형성되며, 상기 검출장치(300)의 전류를 제어하는 전류제어부(510); 상기 이온시료(2) 및 상기 시료(1)의 유입 및 배출을 제어하는 시료제어부(520); 상기 정제공기의 이동방향을 제어하는 정제공기제어부(530);를 포함한다.
(실시예 5-2) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 5-1에 있어서, 상기 제어장치(500)는 상기 이온시료(2)의 분석 결과를 표출하는 표출부(540);를 포함한다.
(실시예 5-3) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 5-1에 있어서, 상기 전류제어부(510)는 상기 이온 소스링(311) 내부의 전압차를 서로 조절할 수 있는 것;을 포함한다.
본 발명은 제어장치(500)에 대한 것이며, 구체적으로 제어장치(500)는 이온화된 시료(1)를 분석하기 위하여 검출장치(300)를 제어하는 것이다. 이러한 제어장치(500)는 검출장치(300)의 이온시료(2)가 이동 방향 및 이동 속도를 제어하기 위하여 전류제어부(510)가 형성되며, 전류제어부(510)는 이온 소스링(311)과 이온소스그리드(321)와 셔터그리드(322)에 발생하는 전압을 조절한다. 그리하여 하우징(210) 내부의 전압차에 의하여 이동하는 이온시료(2)의 이동 방향을 조절하여 이온시료(2)의 양이온 및 음이온을 측정한다. 이때, 양이온은 마약류를 측정할 때 사용되는 것으로 이온시료(2)의 양이온을 측정하고, 음이온은 폭발물을 측정할 때 사용되는 것으로 이온시료(2)의 음이온을 측정하는 것이다. 그리고 제어장치(500)는 시료제어부(520)가 형성되어 이온시료(2) 및 흡입장치(100)에서 유입 및 배출되는 시료(1)를 제어할 수 있다. 시료제어부(520)는 이온화된 시료(1)가 하우징(210)으로 유입되는 것을 확인하고 이온화되지 않은 시료(1)는 배기되도록 한다. 또한, 제어장치(500)는 정제공기제어부(530)가 형성되며, 정제공기제어부(530)는 정제장치(400)를 제어하는 것으로 이온시료(2)의 이동방향에 따라 이온시료(2)와 타 방향으로 정제공기의 이동방향을 제어하는 것이다.
이와 같이 제어장치(500)에서 제어된 이온시료(2)가 수집기(340)에서 양이온과 음이온이 측정되면 하우징(210) 외부의 표출부(540)에서 분석 결과가 표출된다.
(실시예 5-4) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 5-1에 있어서, 상기 제어장치(500)에 형성되며, 분석된 시료(1) 정보가 저장되는 시료저장부(550);를 포함한다.
(실시예 5-5) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 5-4에 있어서, 상기 시료저장부(550)에 형성되며, 새로운 시료(1)를 입력하는 입력부(551); 상기 시료저장부(550)에 저장된 시료(1) 정보와 상기 이온시료(2)를 비교하는 비교부(552);를 포함한다.
본 발명은 시료저장부(550)에 대한 것이며, 구체적으로 시료저장부(550)는 시료(1)의 정보를 저장하여 데이터베이스를 구축하는 것이다. 이러한 시료저장부(550)는 마약류, 화학물질, 이물질, 병균 등 새로운 물질의 정보를 저장하는 것이다. 이때, 시료저장부(550)는 새로운 시료(1)의 샘플링을 통해 얻어진 스펙트럼을 통해 새로운 시료(1)의 이동시간 및 이온 이동도를 측정한다. 그리고 입력부(551)에서 새로운 시료(1)의 정보를 입력하는 것이며, 스펙트럼을 통해 얻어진 정보도 동시에 입력한다. 이와 같이 입력된 새로운 시료(1)와 이온시료(2)에서 분석된 시료(1)를 비교부(552)에서 서로 비교하여 새로운 물질에 대한 분석을 진행할 수 있다.
(실시예 6-1) 본 발명은 이온 이동도 분광장치를 활용한 대기 분석 시스템에 대한 것이며, 분광장치(10)를 고정하는 고정장치(600); 상기 분광장치(10)와 통신하며, 대기질을 분석하는 분석서버(700);를 포함한다.
(실시예 6-2) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 6-1에 있어서, 상기 고정장치(600)에 형성되며, 상기 분광장치(10)의 각도를 조절하는 각도조절장치; 상기 각도조절장치에 형성되며, 상기 분광장치(10)를 구동시키는 구동모터;를 포함한다.
(실시예 6-3) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 6-2에 있어서, 상기 분광장치(10)에 형성되며, 상기 시료채집장치(130)를 교체시키는 이동장치;를 포함한다.
(실시예 6-4) 본 발명의 이온 이동도 분광장치는 실시예 6-1에 있어서, 상기 분석서버(700)에 형성되며, 상기 분광장치(10)와 통신하는 통신장치;를 포함한다.
본 발명은 대기 분석 시스템에 대한 것이며, 구체적으로 도로, 공원, 건물 등 다양한 위치에 분광장치(10)가 설치되어 대기질을 분석할 수 있는 것이다. 이러한 대기 분석 시스템은 대기질에 혼합된 화학물질, 병원균, 오염물질, 마약류와 같이 분진이 발생할 때 분광장치(10)에서 이를 분석하여 대기 오염을 판단할 수 있다. 이때, 분광장치(10)는 고정장치(600)가 지면, 벽체 등에 고정되어 각도가 조절되는 것이며, 흡입장치(100) 및 시료채집장치(130)를 통해 오염물질 등의 시료(1)가 흡입된다. 이와 같이 흡입된 시료(1)는 코로나 방전에 의하여 이온화됨에 따라 전기장에 의하여 전류를 측정할 수 있다. 이때, 시료채집장치(130)는 이동장치에 의하여 분광장치(10)의 내부 및 외부를 이동함에 따라 교체가 원활히 진행되며, 분자가 큰 오염물질이 채집되어 분석될 수 있다.
그리고 분광장치(10)는 구동모터에 의하여 각도조절장치가 구동하는 것이며, 각도조절장치에 연결된 분광장치(10)의 각도가 조절되는 것이다. 분광장치(10)는 외부의 분석서버(700)와 통신하며, 분광장치(10)에서 분석한 대기질의 정보를 분석서버(700)에서 판단하여 대기질을 측정한 공간의 사용자에게 경고를 하거나 정보를 전달할 수 있다. 분석서버(700)는 복수의 공간에 적어도 하나 이상 형성된 분광장치(10)와 각각 통신되는 것으로 오염물질의 이동 공간 및 확산 경로 등을 확인할 수 있다.
10: 분광장치 100: 흡입장치
110: 흡입케이스 120: 흡입부
130: 시료채집장치 131: 채집부재
140: 프레임 141: 하부프레임
142: 상부프레임 200: 이온화장치
210: 하우징 220: 전극팁
300: 검출장치 310: 이동관
311: 이온 소스링 320: 그리드
321: 이온소스그리드 322: 셔터그리드
323: 어퍼쳐그리드 330: 배출부
340: 수집기 341: 콜렉터그리드
400: 정제장치 410: 정제함체
411: 유입부 412: 배기부
413: 순환펌프 420: 여과부
500: 제어장치 510: 전류제어부
520: 시료제어부 530: 정제공기제어부
540: 표출부 550: 시료저장부
551: 입력부 552: 비교부
600: 고정장치 700: 분석서버

Claims (6)

  1. 시료(1)를 흡입하는 흡입장치(100);,
    시료(1)를 코로나 방전시켜 이온화하는 이온화장치(200);,
    이온화한 이온시료(2)를 전기장에 의하여 이동시킴에 따라 전류를 검출하는 검출장치(300);,
    상기 검출장치(300)에 형성되며, 이온시료(2)가 전기장에 의하여 이동하는 이동관(310);
    상기 이동관(310)에 형성되며, 전기장을 형성하는 복수의 이온 소스링(311);
    상기 이동관(310)의 양단에 각각 형성되며, 이온시료(2)의 전하량에 따라 발생되는 전류를 수집하는 수집기(340);
    상기 수집기(340)와 이격되어 형성되며, 유도 전계가 형성되는 것을 방지하는 콜렉터그리드(341);
    상기 검출장치(300)에 형성되며, 전압을 제어하는 제어장치(500);
    상기 제어장치(500)에 형성되며, 상기 검출장치(300)의 전류를 제어하는 전류제어부(510);
    이온시료(2) 및 시료(1)의 유입 및 배출을 제어하는 시료제어부(520);
    정제공기의 이동방향을 제어하는 정제공기제어부(530);
    상기 이온시료(2)의 분석 결과를 표출하는 표출부(540);
    새로운 시료(1) 정보가 저장되는 시료저장부(550);
    상기 시료저장부(550)에 저장된 새로운 시료(1) 정보와 분석된 이온시료(2)를 비교하는 비교부(552);
    상기 전류제어부(510)는 양이온과 음이온을 각각 분석하기 위하여 상기 이온 소스링(311) 내부의 전압차를 조절하여 이온시료(2)의 이동 방향을 조절하는 것;
    상기 이동관(310)의 양단에 각각 형성되는 상기 수집기(340)와 상기 콜렉터그리드(341)는 양이온과 음이온을 각각 분석하는 것;을 포함하는 이온 이동도 분광장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡입장치(100)에 형성되며, 시료(1)를 채집하여 착탈 가능하도록 결합되는 시료채집장치(130);를 포함하는 이온 이동도 분광장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동관(310)의 외측에 형성되며, 이온시료(2)와 반대 방향으로 정제공기를 이동시키는 정제장치(400);를 포함하는 이온 이동도 분광장치.

  5. 삭제
  6. 삭제
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