KR102296894B1 - 실시간 미세플라스틱 분석장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수중 미세플라스틱을 실시간으로 분석하기 위한 장치로서, 상기 장치는: 분석시료에 포함된 입경이 큰 불순물을 분리 및 유기물을 산화시켜 시료 중 존재하는 미세플라스틱을 선별하여 분석단으로 공급하기 위한 전처리 장치(100 ); 여과된 시료를 전기장 흐름에 통과시켜 전기적으로 중성인 미세플라스틱만 분리하는 전기식 집진기(300); 분리된 미세플라스틱에 대한 빛의 산란 정도를 측정해 미세플라스틱 입자의 사이즈 및 개수를 측정하는 광학적 입자 계수기(400); 미세플라스틱을 산화시켜 실시간으로 미세플라스틱의 농도를 측정하는 총 유기물량 분석기(600)를 포함한다.
Description
본 발명은 실시간 미세플라스틱 분석장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중에 존재하는 미세플라스틱을 실시간으로 분석하기 위한 장치에 관한 것이다.
물(정수 및 그에 준하는 부유입자의 함량이 적은 물) 속에 존재하는 미세플라스틱에 대해서는 최근에 연구가 시작되었으며, 미세플라스틱의 개수 및 종류 등을 측정하는 다양한 방법이 시도되고 있다.
수중 미세플라스틱의 분석에서 중요한 것은 적절한 시료의 채취방법과 빠르고 정확한 시료의 분석방법이다.
종래기술에 의한 수중 미세플라스틱 분석시료의 채취는 주로 그물과 같은 형태 혹은 채(Sieve)로 물을 여과하는 방식으로 이루어지며, 이러한 채취방식은 시료의 채취단계에서부터 외부의 공기에 노출되며, 채취 후에도 분석을 위한 재처리가 필요해 분석결과에 큰 오차를 초래한다.
이에 따라 최근에는 수중 미세플라스틱 분석시료의 채취과정에서 시료가 외부공기에 노출되는 것을 방지하고, 채수장비로부터의 미세플라스틱 유입을 최소화할 수 있는 시료채취장비가 요구되는 상황이다.
한편, 수중 미세플라스틱 시료의 분석에는 현미경이 결합된 적외선분광법, 라만분광법 등 광학식 측정기기와, 기체(및 액체) 크로마토그래피와 결합된 질량분석기(GC(LC)/MS) 등이 사용되고 있다.
이 중 광학식 측정기기는 개별 미세플라스틱의 측정을 가능하게 하지만, 분석할 수 있는 최저크기에 한계가 있어, 직경기준으로 적외선분광법은 대략 20μm, 라만분광법은 대략 5μm 보다 작은 미세플라스틱은 측정할 수 없다.
이에 비해 질량분석기를 통해 분석하는 방법은 분석가능한 크기에 대한 제한은 없으나, 미세플라스틱 개별입자의 크기 등에 대한 정보를 분석할 수 없으며, 검출한계로 인하여 미세플라스틱 시료가 대량으로 필요한 문제를 안고 있다.
한편, 수중 미세플라스틱 시료를 분석하는 데에는 많은 시간이 소요
된다.
광학적 측정방법은 시료의 채취와 전처리에 하루 이상 소요되며, 시료의 분석은 미세플라스틱의 농도에 따라 차이가 있으나 시료에 존재하는 수백 ~ 수천 개의 미세플라스틱을 개별적으로 확인해야 하는 근본적인 문제점이 있어, 고농도 시료의 경우는 수백 시간이 소요된다.
질량분석 방법도 일반적으로 수중에 존재하는 미세플라스틱의 농도가 낮기 때문에 분석에 필요한 최소 시료량을 확보하기 위해 대량의 물을 여과하고 이를 전처리하는데 수일이 소요된다.
이를 정리하면 종래의 광학식 측정기기를 이용한 미세플라스틱 분석은 전처리 방법이 까다롭고 분석에 수십시간 가량의 많은 시간을 필요로 하며, 시료 중 미세플라스틱의 질량농도를 측정하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 열분해를 이용한 질량분석 방법의 경우, 질량농도는 측정가능하지만 마찬가지로 전처리 방법이 까다롭고 시료의 정성적인 분석이 불가능하다는 단점이 있다.
이와 같이 종래기술에 의한 미세플라스틱 분석은 정성, 정량분석이 구분되어 있었고, 실시간으로 분석이 불가능하였다.
더욱이 맑은 물인 음용수에도 미세플라스틱이 존재한다는 것이 알려지면서 정수처리장 및 생수공장 등 현장에서 실시간 분석이 가능한 미세플라스틱 분석법 및 장치의 개발이 크게 요구되고 있다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 실시간으로 미세플라스틱의 정성, 정량분석이 가능한 분석장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정수처리장 및 생수공장 등의 산업 및 환경기술 현장에서 제품 및 배관 내의 품질관리에 크게 활용될 수 있는 실시간 미세플라스틱 분석장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 수중 미세플라스틱을 실시간으로 분석하기 위한 장치로서, 상기 장치는: 분석시료에 포함된 입경이 큰 불순물을 분리 및 유기물을 산화시켜 시료 중 존재하는 미세플라스틱을 선별하여 분석단으로 공급하기 위한 전처리 장치; 여과된 시료를 전기장 흐름에 통과시켜 전기적으로 중성인 미세플라스틱만 분리하는 전기식 집진기; 분리된 미세플라스틱에 대한 빛의 산란 정도를 측정해 미세플라스틱 입자의 사이즈 및 개수를 측정하는 광학적 입자 계수기; 미세플라스틱을 산화시켜 실시간으로 미세플라스틱의 농도를 측정하는 총유기물량 분석기를 포함하는 실시간 미세플라스틱 분석장치를 제공한다.
여기서 전처리 장치는 분석단에서 분석가능한 수준으로 시료가 제공될 수 있도록 유량을 조절하는 정량펌프를 포함한다.
또한, 여기서 전처리 장치는 미세플라스틱의 크기 및 종류를 분석하기 위해 광학식 측정장치에 마운트가 가능한 필터팩을 포함한다.
또한, 본 발명은 광학식측정장치로 시료의 정성분석이 가능하도록 시료를 샘플링하는 샘플러가 포함되는 실시간 미세플라스틱 분석장치를 제공한다.
여기서, 샘플러는 광학식측정장치에 직접 마운트 될 수 있는 필터팩을 포함한다.
여기서 필터팩은 여과지를 사이에 두고 필터팩 상단과 필터팩 하단이 결합된 구조로 이루어진다.
또한, 여기서 필터팩 상단은 필터팩으로부터 분리하지 않고도 시료분석 단계에서 화학적 전처리 및 광학적 측정을 할 수 있도록 상·하면이 개방된 링 형태로 이루어지고, 필터팩 하단은 여과지를 지지하기 위한 지지대로 이루어진다.
또한, 여기서 필터팩 상·하단의 결합은 필터팩 상단과 필터팩 하단의 요철구조에 의하여 약한 결속의 형태로 유지된다.
또한, 여기서 필터팩은 광학식 측정기기에 직접 설치될 수 있도록 필터팩 하단 및 필터팩 상단에 홈이 구비된다.
또한, 본 발명은 시료의 정밀한 질량분석을 위해 전기식 집진기의 후단에 시료 농축기와 질량 분석기를 더 구비하는 실시간 미세플라스틱 분석장치을 제공한다.
본 발명에 따른 실시간 미세플라스틱 분석장치는 실시간으로 미세플라스틱의 정성, 정량분석이 가능한 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 실시간 미세플라스틱 분석장치의 실시간 분석기능은 정수처리장 및 생수공장 등의 산업 및 환경기술 현장에서 제품 및 배관 내의 품질관리에 크게 활용될 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 미세플라스틱 분석장치의 시료 흐름도이다.
도 2, 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 미세플라스틱 분석장치의 전처리 장치와 샘플러에 포함될 수 있는 필터팩의 단면구조도 및 분리사시도이다.
도 2, 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 미세플라스틱 분석장치의 전처리 장치와 샘플러에 포함될 수 있는 필터팩의 단면구조도 및 분리사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능이 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 것으로 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 미세플라스틱 분석장치의 시료 흐름도이다.
도 1에 의하면 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 미세플라스틱 분석장치는 수중에 존재하는 미세플라스틱을 실시간으로 분석하기 위한 장치로서, 분석시료에 포함된 입경이 큰 불순물을 분리하고 유기물을 산화제거하는 등, 시료 중 존재하는 미세플라스틱을 선별하여 분석단으로 공급하기 위한 전처리 장치(100)와; 여과된 시료를 전기장 흐름에 통과시켜 전기적으로 중성인 플라스틱만 분리하는
전기식 집진기(Electrostatic precipitator: ESP: 300)와, 분리된 플라스틱을 빛의 산란 정도를 측정해 입자의 사이즈 및 개수를 측정하는 광학적 입자 계수기(Optical particle counter: OPC: 400)와, 플라스틱을 산화시켜 실시간으로 농도를 측정하는 총 유기물량 분석기(Total organic carbon analyzer: TOC: 600)로 구성된다.
원수를 여과하여 목표시료를 분리하고, 분리된 시료로부터 불순물을 제거하기 위해 설치된 전처리 장치(100)는 미세플라스틱의 크기 및 종류를 분석하기 위해 광학식 측정장치(FT-IR, Raman spectrometer 등)에 마운트 가능한 필터팩(900)을 포함할 수 있으며, 외부로부터 플라스틱의 유입을 배제하기 위해 세라믹 재질의 필터로 구성될 수 있고, 시료 중의 불순물 제거 및 필터 청소를 위해 산화제(과산화수소 등) 투입관 및 역세척하기 위한 세척수 배출관을 포함할 수 있다.
전처리 장치(100)에서의 전처리는 크게 원수(110)의 여과를 통해 목표시료를 분리하고 농축하는 과정과 화학적 처리를 통해 분석 방해물질인 유기물을 농축된 목표시료로부터 제거하는 과정으로 이루어진다.
또한, 전처리 장치(100)는 상기 두 과정을 분석장비의 총 분석시간에 맞추어 수행한다. 예를 들어 분석장치의 1회 분석시간이 30분(내부 세척을 포함한 1회 분석 소요시간)일 경우, 전처리 장치(100)는 15분 동안 시료를 여과하고 남은 시간 15분 동안 전처리를 진행한다.
만약, 원수(110)의 특성에 따라 시료를 다량 농축해야 하는 경우 분석시간보다 전처리 시간이 길어질 수도 있다.
이때 여과과정에서는 원수(110)가 필터(120)를 통과하여 전처리 장치(100)를 통과하고 목표시료는 필터(120) 위에 농축된다.
이후, 화학적 처리과정에서는 원수(110)의 유입이 차단되고 과산화수소수(130)가 전처리 장치(100)에 투입되어 시료중의 유기물을 산화시킨다.
유기물의 산화가 끝나면 증류수(140)가 필터(120)의 하부로부터 원수의 흐름과 역방향으로 주입되어 필터 위에 남아있는 목표시료의 세척과 아울러 목표시료를 분석단으로 이송한다.
이와 같이 전처리 장치(100)를 통과한 시료가 전기식 집진기(ESP: 300), 광학적 입자 계수기(OPC: 400) 및 총 유기물량 분석기(TOC: 600)에 측정가능한 수준으로 시료가 제공될 수 있도록 유량을 조절하는 정량펌프(200)를 포함할 수 있다.
전기식 집진기(ESP: 300)는 대전된 두 전극판 사이로 시료를 통과시켜 수중 전하량을 띄는 유기물들을 시료로부터 배제하며 미세플라스틱을 이후 분석단으로 이송한다. 전기식 집진기(ESP: 300)는 배제된 유기물의 제거 및 효율증대를 위해 다중(병렬식) 또는 다단(직렬식)으로 구성될 수 있다.
전기식 집진기(ESP: 300)를 통과한 시료는 광학적 입자계수기(OPC: 400)가 위치한 광학 분석단으로 이송되며 이곳에서 광학적 입자계수기(OPC: 400)가 조사한 빛에 의한 산란으로 미세플라스틱의 사이즈 및 개수가 측정된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 미세플라스틱 분석장치는 광학식 측정장치(FT-IR, Raman spectrometer 등)로 시료의 정성분석이 가능하도록 시료를 샘플링하는 샘플러(500)가 포함할 수 있다.
상기 샘플러(500)는 광학식 측정장치에 직접 마운트될 수 있는 필터팩(900)을 포함할 수 있다.
전기식 집진기(ESP: 300) 또는 광학적 입자계수기(OPC: 400)를 통과한 시료는 총유기물량분석기 (TOC: 600)에 공급되어 산화되며 이때, 발생된 이산화탄소를 측정해 총유기물량을 측정한다.
측정된 총유기물량은 미세플라스틱의 농도값을 계산하기 위한 지표로 사용된다.
추가적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 미세플라스틱 분석장치는 시료의 정밀한 질량분석을 위해 질량분석단이 구성될 수 있으며 이는 전기식 집진기(ESP: 300)를 통과한 시료가 시료농축기(700)를 거쳐 질량분석기(800)로 보내지는 순서로 구성될 수 있다.
도 2, 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 미세플라스틱 분석장치의 전처리 장치(100)와 샘플러(500)에 포함될 수 있는 필터팩(900)의 단면구조도 및 분리사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터팩(900)은 여과지(910)를 사이에 두고 필터팩 상단(920)과 필터팩 하단(930)이 결합된 구조로 이루어진다.
필터팩 상단(920)은 필터팩(900)으로부터 분리하지 않고도 시료분석 단계에서 화학적 전처리 및 광학적 측정을 할 수 있도록 상·하면이 개방된 링 형태로 이루어지고, 필터팩 하단(930)은 여과지(910)를 지지하기 위한 지지대로 이루어진다.
필터팩 상·하단(920, 930)의 결합은 필터팩 상단(920)과 필터팩 하단(930)의 요철구조에 의하여 약한 결속의 형태로 유지되며, 이로써 필터팩 상·하단(920, 930)의 결합이 해제될 경우에도, 여과지(910) 상의 시료에 주는 충격을 최소화할 수 있다.
필터팩(900)은 광학식 측정기기에 직접 마운트될 수 있도록 필터팩 하단 (930) 및 필터팩 상단(920)에 크기와 형태가 알맞은 홈(미도시)이 구비될 수 있다.
필터팩(900)은 미세플라스틱 분석 시 일반적으로 적용되는 화학적 전처리에 적합하도록 내식성이 있는 재질(금속 및 테프론)로 이루어지고, 여과지(910)는 분석방법 및 시료특성에 따라 다양한 크기, 재질 및 공극을 가진다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 전처리 장치를 예시된 도면을 참조하면서 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 첨언한다.
100: 전처리 장치
110: 원수 120: 필터 130: 과산화수소수 140: 증류수
200: 정량펌프
300: 전기식 집진기(Electrostatic precipitator: ESP)
400: 광학적 입자계수기(Optical particle counter: OPC)
500: 샘플러
600: 총유기물량분석기(Total organic carbon analyzer: TOC)
700: 시료농축기
800: 질량분석기
900: 필터팩
910: 여과지 920: 필터팩 상단 930: 필터팩 하단
110: 원수 120: 필터 130: 과산화수소수 140: 증류수
200: 정량펌프
300: 전기식 집진기(Electrostatic precipitator: ESP)
400: 광학적 입자계수기(Optical particle counter: OPC)
500: 샘플러
600: 총유기물량분석기(Total organic carbon analyzer: TOC)
700: 시료농축기
800: 질량분석기
900: 필터팩
910: 여과지 920: 필터팩 상단 930: 필터팩 하단
Claims (10)
- 수중 미세플라스틱을 실시간으로 분석하기 위한 장치로서,
상기 장치는:
분석시료에 포함된 입경이 큰 불순물을 분리 및 유기물을 산화시켜 시료 중 존재하는 미세플라스틱을 선별하여 분석단으로 공급하기 위한 전처리 장치(100);
여과된 시료를 전기장 흐름에 통과시켜 전기적으로 중성인 미세플라스틱만 분리하는 전기식 집진기(300);
분리된 미세플라스틱에 대한 빛의 산란 정도를 측정해 미세플라스틱 입자의 사이즈 및 개수를 측정하는 광학적 입자 계수기(400);
미세플라스틱을 산화시켜 실시간으로 미세플라스틱의 농도를 측정하는 총 유기물량 분석기(600)를 포함하는 실시간 미세플라스틱 분석장치. - 제1항에 있어서,
상기 전처리 장치(100)는 분석단에서 분석가능한 수준으로 시료가 제공될 수 있도록 유량을 조절하는 정량펌프(200)를 포함하는 실시간 미세플라스틱 분석장치. - 제1항에 있어서,
상기 전처리 장치(100)는 미세플라스틱의 크기 및 종류를 분석하기 위해 광학식측정장치에 마운트가 가능한 필터팩(900)을 포함하는 실시간 미세플라스틱 분석장치. - 제1항에 있어서,
광학식 측정장치로 시료의 정성분석이 가능하도록 시료를 샘플링하는 샘플러(500)가 포함되는 실시간 미세플라스틱 분석장치. - 제4항에 있어서,
상기 샘플러(500)는 광학식 측정장치에 직접 마운트 될 수 있는 필터팩(900)을 포함하는 실시간 미세플라스틱 분석장치. - 제1항에 있어서,
시료의 정밀한 질량분석을 위해 상기 전기식 집진기(300)의 후단에 시료 농축기(700)와 질량 분석기(800)를 더 구비하는 실시간 미세플라스틱 분석장치. - 제3항 또는 제5항에 있어서,
상기 필터팩(900)은 여과지(910)를 사이에 두고 필터팩 상단(920)과 필터팩 하단(930)이 결합된 구조로 이루어지는 실시간 미세플라스틱 분석장치. - 제7항에 있어서,
상기 필터팩 상단(920)은 필터팩(900)으로부터 분리하지 않고도 시료분석 단계에서 화학적 전처리 및 광학적 측정을 할 수 있도록 상·하면이 개방된 링 형태로 이루어지고, 필터팩 하단(930)은 여과지(910)를 지지하기 위한 지지대로 이루어지는 실시간 미세플라스틱 분석장치. - 제7항에 있어서,
상기 필터팩 상·하단(920, 930)의 결합은 필터팩 상단(920)과 필터팩 하단(930)의 요철구조에 의하여 약한 결속의 형태로 유지되는 실시간 미세플라스틱 분석장치. - 제7항에 있어서,
상기 필터팩(900)은 광학식 측정기기에 직접 설치될 수 있도록 필터팩 하단 (930) 및 필터팩 상단(920)에 홈이 구비되는 실시간 미세플라스틱 분석장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200093901A KR102296894B1 (ko) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | 실시간 미세플라스틱 분석장치 |
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| KR1020200093901A KR102296894B1 (ko) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | 실시간 미세플라스틱 분석장치 |
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| KR102296894B1 true KR102296894B1 (ko) | 2021-09-01 |
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ID=77779722
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