KR102247676B1 - 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치에 관한 것으로서, 검사광을 출사하는 광원부와, 광원부에서 출사된 검사광을 제1경로와, 제1경로와 광진행방향이 다른 제2경로로 각각 분배하여 출력하는 광분배기와, 광분배기에서 제1경로로 진행되는 검사광이 입사될 수 있게 배치되며 시료수가 통과되는 제1시료관과, 광분배기에서 제2경로로 진행되는 검사광이 입사될 수 있게 배치되며 시료수가 통과되는 제2시료관과, 제1시료관을 기준으로 검사광의 입사경로와는 다른 위치에 배치되어 제1시료관으로부터 발생되는 형광신호를 검출하는 제1광검출부와, 제2시료관을 기준으로 검사광의 입사경로와는 다른 위치에 배치되어 제2시료관으로부터 발생되는 형광신호를 검출하는 제1광검출부와, 제1 및 제2광검출부에서 각각 출력되는 신호로부터 제1 및 제2시료관을 통해 흐르는 시료수 내에 미세플라스틱이 있는지를 판단하고, 검출된 미세플라스틱을 계수하여 설정된 산출방식으로 미세 플라스틱 검출정보를 제공하는 산출부를 구비한다. 이러한 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치에 의하면, 광분배기를 통해 분배된 광으로 복수의 시료관 내의 미세플라스틱을 계수하여 제공할 수 있어 미세플라스틱 오염 정도에 대한 측정속도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.

Description

측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치{minute plastic detection apparatus}
본 발명은 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치에 관한 것으로서, 상세하게는 수중에 잔류하는 미세플라스틱을 계수할 수 있도록 된 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라스틱 성형 제품은 대부분 화학공장에서 만들어진 플라스틱 알갱이, 즉 펠릿(pellet)들을 전기열과 기계적 마찰을 이용하여 녹인 후 힘을 가하여 원하는 형상으로 만들어진 금형 내로 밀어냄으로써 제조하는 방식을 적용하고 있다.
또한, 플라스틱 제품의 제조 비용 중에서 재료가 차지하는 비율이 매우 높기 때문에 재료비의 절감과 더불어 플라스틱 제품의 무게를 더욱 줄일 수 있도록 하는 노력에 의해 발포기술이 개발되고 있다.
상기한 발포기술이란 플라스틱 제품 안에 미세한 크기를 갖는 많은 기포들이 생기도록 하는 기술로서, 화학적 또는 물리적 발포재를 펠릿과 함께 잘 섞은 후 외부에서 열을 가하여 발포 물질들이 기화되도록 함으로써 제품 내부에 기포가 형성 되도록 한다.
이러한 플라스틱 성형장치는 국내 공개특허 제10-2004-0072165호 등 다양하게 개시되어 있다.
한편, 플라스틱은 기능이 우수하고 가격이 저렴하여 현대인의 풍요로운 일상생활과 산업발달에 크게 이바지하여 왔지만, 해양에 버려지는 플라스틱의 경우 시간 경과에 따라 시각적으로 확인하기 어려운 미세한 크기로 분해되어 환경을 오염시키고 있어 이를 파악할 수 있는 검출장비가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 시료수내의 미세 플라스틱을 계수하기 위한 측정속도를 향상시킬 수 있는 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치는 검사광을 출사하는 광원부와; 상기 광원부에서 출사된 검사광을 제1경로와, 상기 제1경로와 광진행방향이 다른 제2경로로 각각 분배하여 출력하는 광분배기와; 상기 광분배기에서 상기 제1경로로 진행되는 검사광이 입사될 수 있게 배치되며 시료수가 통과되는 제1시료관과; 상기 광분배기에서 상기 제2경로로 진행되는 검사광이 입사될 수 있게 배치되며 시료수가 통과되는 제2시료관과; 상기 제1시료관을 기준으로 상기 검사광의 입사경로와는 다른 위치에 배치되어 상기 제1시료관으로부터 발생되는 형광신호를 검출하는 제1광검출부와; 상기 제2시료관을 기준으로 상기 검사광의 입사경로와는 다른 위치에 배치되어 상기 제2시료관으로부터 발생되는 형광신호를 검출하는 제2광검출부와; 상기 제1 및 제2광검출부에서 각각 출력되는 신호로부터 상기 제1 및 제2시료관을 통해 흐르는 시료수 내에 미세플라스틱이 있는지를 판단하고, 검출된 미세플라스틱을 계수하여 설정된 산출방식으로 미세 플라스틱 검출정보를 제공하는 산출부;를 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 광원부는 자외선 광을 출사하는 자외선 광원;을 구비하고, 상기 제1광검출부는 상기 자외선 광원에서 출사되는 광의 파장보다 길며 상기 미세플라스틱에서 발생되는 형광에 대응되게 설정된 검출파장 이상의 파장신호를 통과시키는 제1필터와; 상기 제1필터를 통해 수신되는 신호에 대응되는 전기적 신호를 상기 산출부에 출력하는 제1광검출기와; 상기 제1시료관과 상기 제1광검출기 사이에 설치되어 상기 제1시료관에서 발생되는 형광신호를 상기 제1광검출기에 집속시키는 적어도 하나의 제1집속렌즈;를 구비하고, 상기 제2광검출부는 상기 자외선 광원에서 출사되는 광의 파장보다 길며 상기 미세플라스틱에서 발생되는 형광에 대응되게 설정된 검출파장 이상의 파장신호를 통과시키는 제2필터와; 상기 제2필터를 통해 수신되는 신호에 대응되는 전기적 신호를 상기 산출부에 출력하는 제2광검출기와; 상기 제2시료관과 상기 제2광검출기 사이에 설치되어 상기 제2시료관에서 발생되는 형광신호를 상기 제2광검출기에 집속시키는 적어도 하나의 제2집속렌즈;를 구비한다.
또한, 상기 산출부는 상기 제1광검출부와 상기 제2광검출부에서 각각 출력되는 신호가 설정된 기준 라이프타임 이상으로 유지된 신호에 대해 미세 플라스틱 입자로 계수하되 형광신호 지속시간 동안 발생되는 피크 수가 복수 개인 경우 피크수에 대응되는 개수의 미세플라스틱이 있는 것으로 계수하면서 미세플라스틱 검출정보를 생성한다.
본 발명에 따른 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치에 의하면, 광분배기를 통해 분배된 광으로 복수의 시료관 내의 미세플라스틱을 계수하여 제공할 수 있어 미세플라스틱 오염 정도에 대한 측정속도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 제1 또는 제2 광검출기에 하나의 미세 플라스틱이 검출되었을 때의 검출 신호의 예를 나타내 보인 그래프이고,
도 3은 도 1의 제1 또는 제2 광검출기에 두 개의 미세 플라스틱이 검출되었을 때의 검출 신호의 예를 나타내 보인 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측정속도 향상형 미세 플라스틱 검출장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치를 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치(100)는 광원부(110), 광분배기(120), 제1 및 제2 광검출부(140)(150) 및 산출부(170)를 구비한다.
광원부(110)는 측정대상 제1 및 제2시료관(10)(20)을 통해 흐르는 시료수에 검사광인 펄스광을 출력한다.
광원부(110)는 산출부(170)에 의해 구동이 제어되며 검사광으로 자외선 펄스광을 출사하는 자외선 광원(112)과, 자외선 광원(112)에서 출사되는 광의 빔을 평행광으로 변환하는 제1콜리메이팅렌즈(114)를 구비한다.
여기서, 제1콜리메이팅렌즈(114)가 빔을 조정하는 빔조정 렌즈에 해당한다.
광분배기(120)는 광원부(110)에서 출사된 검사광을 제1경로와, 제1경로와 광진행방향이 다른 제2경로로 각각 분배하여 출력한다. 도시된 예에서 광분배기(120)는 입사된 검사광의 일부는 투과시키고, 일부는 입사경로와 직교되는 방향으로 반사시키는 빔스플릿터가 적용되어 있다. 도시된 예에서 제1경로는 광원부(110)에서 출사된 광이 광분배기(120)에서 반사되어 입사경로와 진행방향이 직교되게 전환되는 경로로 적용되어 있고, 제2경로는 광원부(110)에서 출사된 광이 광분배기(120)에서 투과되어 입사경로와 진행방향이 동일한 경로로 적용되어 있다.
제2 및 제3콜리메이팅렌즈(131)(132)는 광분배기(120)에서 각각 제1경로와 제2경로로 진행되는 평행광을 제1 및 제2 시료관(10)(20)에 각각 집속시키도록 배치되어 있다.
제1시료관(10)은 광분배기(120)에서 제1경로로 진행되는 검사광이 입사될 수 있게 배치되며 시료수가 통과된다.
제2시료관(20)은 광분배기(120)에서 제2경로로 진행되는 검사광이 입사될 수 있게 배치되며 시료수가 통과된다.
이러한 제1 및 제2 시료관(10)(20)은 측정대상 시료수를 흘려 보낼수 있으면서 광이 투과될 수 있는 투명관이 적용되며 광원부(110)에서 후술되는 광분배기(120)를 거쳐 조사되는 광빔의 크기 및 미세플라스틱 검출 효율성을 위해 내경이 2 내지 4mm인 것을 각각 적용하고 바람직하게는 내경이 3mm인 것을 적용한다.
제1 및 제2시료관(10)(20)의 내경이 2mm 이하이면 측정속도가 너무 느려지고, 4mm를 초과하면 광빔의 조사방향을 따라 나란하게 복수 개의 미세플라스틱이 중첩되게 위치되는 경우 계수가 포함되지 않을 수 있어 계수 정밀도가 떨어진다.
도시되지는 않았지만 해양에서 채취한 시료수가 담긴 채취용기로부터 제1 및 제2시료관(10)(20)으로 시료수를 일정 유속으로 공급하도록 배관된 후 측정을 진행하면 된다.
제1광검출부(140)는 제1시료관(10)을 기준으로 검사광의 입사경로와는 다른 위치에 배치되어 제1시료관(10)으로부터 발생되는 형광신호를 검출한다. 도시된 예에서는 제1시료관(10)을 기준으로 광분배기(120)를 거쳐 제1경로로 진행되는 검사광의 진행경로와 직교되는 방향에 제1광검출부(140)가 배치되어 있다. 도시된 예와 다르게 제1광검출부(140)는 제1시료관(10)을 기준으로 광분배기(120)를 거쳐 진행되는 검사광의 진행경로 맞은편에 배치될 수 있다.
제1광검출부(140)는 제4 및 제5콜리메이팅렌즈(144)(145), 제1필터(147) 및 제1광검출기(142)를 구비한다.
제4콜리메이팅 렌즈(144)는 제1시료관(10)에서 발생되어 확산되는 광을 평행광으로 변환하고, 제5콜리메이팅렌즈(145)는 제4콜리메이팅렌즈(144)를 통해 진행되는 평행광을 제1광검출기(142)에 집속시킨다.
여기서, 제4 및 제5콜리메이팅렌즈(144)(145)가 제1시료관(10)과 제1광검출기(142) 사이에 설치되어 제1시료관(10)에서 발생되는 형광신호를 제1광검출기(142)에 집속시키는 제1집속렌즈에 해당한다.
제1필터(147)는 자외선 광원(112)에서 출사되는 광의 파장보다 길며 미세플라스틱에서 발생되는 형광에 대응되게 설정된 검출파장 이상의 파장신호를 통과시킨다.
일 예로서, 자외선 광원(112)이 450nm인 레이저광을 출사하는 것이 적용되는 경우 제1필터(147)는 480nm이상의 파장의 광을 투과시키는 것이 적용될 수 있다.
제1광검출기(142)는 제1필터(147)를 통해 수신되는 신호에 대응되는 전기적 신호를 산출부(170)에 출력한다.
제2광검출부(150)는 제2시료관(10)을 기준으로 검사광의 입사경로와는 다른 위치에 배치되어 제2시료관(20)으로부터 발생되는 형광신호를 검출한다. 도시된 예에서는 제2시료관(20)을 기준으로 광분배기(120)를 거쳐 제2경로로 진행되는 검사광의 진행경로와 직교되는 방향에 제2광검출부(150)가 배치되어 있다. 도시된 예와 다르게 제2광검출부(150)는 제2시료관(20)을 기준으로 광분배기(120)를 거쳐 제2경로로 진행되는 검사광의 진행경로 맞은편에 배치될 수 있다.
제2광검출부(150)는 제6 및 제7콜리메이팅렌즈(154)(155), 제2필터(157) 및 제2광검출기(152)를 구비한다.
제6콜리메이팅 렌즈(154)는 제2시료관(10)에서 발생되어 확산되는 광을 평행광으로 변환하고, 제7콜리메이팅렌즈(155)는 제6콜리메이팅렌즈(154)를 통해 진행되는 평행광을 제2광검출기(142)에 집속시킨다.
여기서, 제6 및 제7콜리메이팅렌즈(154)(155)가 제2시료관(20)과 제2광검출기(152) 사이에 설치되어 제2시료관(20)에서 발생되는 형광신호를 제2광검출기(142)에 집속시키는 제2집속렌즈에 해당한다.
제2필터(157)는 제1필터(147)와 마찬가지로 자외선 광원(112)에서 출사되는 광의 파장보다 길며 미세플라스틱에서 발생되는 형광에 대응되게 설정된 검출파장 이상의 파장신호를 통과시키며 자외선 광원(112)이 450nm인 레이저광을 출사하는 것이 적용되는 경우 제2필터(157)도 480nm이상의 파장의 광을 투과시키는 것이 적용될 수 있다.
제2광검출기(152)는 제2필터(147)를 통해 수신되는 신호에 대응되는 전기적 신호를 산출부(170)에 출력한다.
산출부(170)는 광원부(110)에서 펄스광이 출력되게 광원부(110)의 구동을 제어하고, 광원부(110)에서 펄스광이 출력된 후 제1 및 제2 광검출부(140)(150)의 제1 및 제2광검출기(142)(152)로부터 출력되는 신호로부터 제1 및 제2시료관(10)(20)을 통해 흐르는 시료수 내에 미세플라스틱(30)이 있는지를 판단하고, 검출된 미세플라스틱(30)을 계수하여 설정된 산출방식으로 미세 플라스틱 검출정보를 제공한다.
일 예로서, 산출부(170)는 시료수가 제1 및 제2시료관(10)(20)을 통과하는 동안 계수된 미세플라스틱(30)의 누적 개수를 표시부(미도시)를 통해 표시하도록 구축될 수 있다.
한편, 시료수 내에 존재하는 무기물 입자도 형광을 발생하나 미세 플라스틱(30) 보다 형광지속시간인 라이프타임(Lf)이 짧은 점을 이용하여 무기물 입자를 미세 플라스틱(30) 카운팅에서 배제되게 처리하는 것이 요구된다.
이를 위해 무기물 입자의 형광지속시간이 1나토초 미만이고, 미세플라스틱(30)의 형광지속시간은 수나초 내지 수 마이크로초 인점을 고려하여 산출부(170)는 2나노초를 미세 플라스틱(30)으로 결정하기 위한 기준 라이프타임으로 설정하고, 제1 및 제2광검출부(140)(150)에서 형광신호 검출에 대응되어 출력되는 신호가 2나노초 이상으로 유지되는 형광신호만을 미세 플라스틱(30)으로 계수하도록 구축한다.
또한, 하나의 미세플라스틱(30)에서 발생되는 형광신호는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 피크(P1)를 갖으며 라이프 타임(Lf) 시간 동안 피크(P1)로부터 점진적으로 신호세기가 줄어드는 패턴으로 신호가 발생 된다.
한편, 광원부(110)에서 출사된 광빔의 조사영역에 복수 개의 미세플라스틱(30)이 상호 일부가 중첩되게 형광신호가 제1 및 제2광검출기(142)(152)에 수신될 수 있고 이를 구별하여 카운팅 할 수 있도록 산출부(170)는 제1 또는 제2광검출부(140)(150)에서 출력되는 신호가 설정된 기준 라이프타임(Lf) 이상으로 유지된 신호에 대해 미세 플라스틱 입자로 계수하되 형광신호 지속 시간 동안 발생되는 피크 수가 복수개인 경우 피크수에 대응되는 개수의 미세플라스틱이 있는 것으로 계수하면서 미세플라스틱 검출정보를 생성한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같은 두 개의 피크신호(P1)P2)가 제1광검출기(142) 또는 제2광검출기(152)로부터 수신되면 산출부(170)는 2개의 미세플라스틱(30)이 대응되는 시료관(10)(20)에서 검출된 것으로 계수처리한다.
이상에서 설명된 미세플라스틱 검출장치(100)에 의하면, 하나의 광원을 이용하여 광분배기를 통해 분배된 광으로 복수의 시료관 내의 미세플라스틱을 계수하여 제공할 수 있어 미세플라스틱 오염 정도에 대한 측정속도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
110: 광원부 120: 광분배기
140, 150: 제1 및 제2 광검출부 170: 산출부

Claims (3)

  1. 검사광을 출사하는 광원부와;
    상기 광원부에서 출사된 검사광을 제1경로와, 상기 제1경로와 광진행방향이 다른 제2경로로 각각 분배하여 출력하는 광분배기와;
    상기 광분배기에서 상기 제1경로로 진행되는 검사광이 입사될 수 있게 배치되며 시료수가 통과되는 제1시료관과;
    상기 광분배기에서 상기 제2경로로 진행되는 검사광이 입사될 수 있게 배치되며 시료수가 통과되는 제2시료관과;
    상기 제1시료관을 기준으로 상기 검사광의 입사경로와는 다른 위치에 배치되어 상기 제1시료관으로부터 발생되는 형광신호를 검출하는 제1광검출부와;
    상기 제2시료관을 기준으로 상기 검사광의 입사경로와는 다른 위치에 배치되어 상기 제2시료관으로부터 발생되는 형광신호를 검출하는 제2광검출부와;
    상기 제1 및 제2광검출부에서 각각 출력되는 신호로부터 상기 제1 및 제2시료관을 통해 흐르는 시료수 내에 미세플라스틱이 있는지를 판단하고, 검출된 미세플라스틱을 계수하여 설정된 산출방식으로 미세 플라스틱 검출정보를 제공하는 산출부;를 구비하고,
    상기 광원부는
    자외선 광을 출사하는 자외선 광원;을 구비하고,
    상기 제1광검출부는
    상기 자외선 광원에서 출사되는 광의 파장보다 길며 상기 미세플라스틱에서 발생되는 형광에 대응되게 설정된 검출파장 이상의 파장신호를 통과시키는 제1필터와;
    상기 제1필터를 통해 수신되는 신호에 대응되는 전기적 신호를 상기 산출부에 출력하는 제1광검출기와;
    상기 제1시료관과 상기 제1광검출기 사이에 설치되어 상기 제1시료관에서 발생되는 형광신호를 상기 제1광검출기에 집속시키는 적어도 하나의 제1집속렌즈;를 구비하고,
    상기 제2광검출부는
    상기 자외선 광원에서 출사되는 광의 파장보다 길며 상기 미세플라스틱에서 발생되는 형광에 대응되게 설정된 검출파장 이상의 파장신호를 통과시키는 제2필터와;
    상기 제2필터를 통해 수신되는 신호에 대응되는 전기적 신호를 상기 산출부에 출력하는 제2광검출기와;
    상기 제2시료관과 상기 제2광검출기 사이에 설치되어 상기 제2시료관에서 발생되는 형광신호를 상기 제2광검출기에 집속시키는 적어도 하나의 제2집속렌즈;를 구비하며,
    상기 산출부는 상기 제1광검출부와 상기 제2광검출부에서 각각 출력되는 신호가 설정된 기준 라이프타임 이상으로 유지된 신호에 대해 미세 플라스틱 입자로 계수하되 형광신호 지속시간 동안 발생되는 피크 수가 복수 개인 경우 피크수에 대응되는 개수의 미세플라스틱이 있는 것으로 계수하면서 미세플라스틱 검출정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 측정속도 향상형 미세플라스틱 검출장치.
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