KR102403636B1 - 실시간 중금속 분석 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시료 내 중금속을 분석하는 원소분석장치, 및 외부로부터 포집된 공기가 일단으로 유입되어 타단으로 배출되도록 흐름을 갖되, 다공성 재질로 이루어진 내측배관과, 상기 내측배관의 적어도 일부의 외측에 상기 내측배관을 따라 배관된 외측배관을 포함하여, 상기 시료를 마련하기 위한 전처리장치를 포함하되, 상기 시료는, 상기 외측배관을 통해 도입된 대체가스가 상기 내측배관의 상기 다공성 재질을 투과하여 내부에 흐르는 상기 공기 중 일부 성분을 치환함으로써 마련되어, 상기 원소분석장치로 도입되는 것을 특징으로 하는 실시간 중금속 분석 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 중금속을 분석하기 위한 시스템으로서, 보다 상세하게는 이동하며 포집한 대기 중 중금속 물질을 실시간으로 분석하기 위한 시스템에 관한 것이다.
미세먼지는 여러 가지 성분들로 이루어져 대기 중에 부유하는 물질로서, 그 입자 크기의 지름이 10㎛ 이하인 것으로, PM10(Particulate Matter 10)이라 한다. 또한, 미세먼지 중 입자의 크기가 더 작은 것은 초미세먼지라 부르며, 그 기준은 입자 크기는 지름이 2.5㎛ 이하인 먼지로서, PM2.5라 한다. 초미세먼지는 미세먼지보다 훨씬 작기 때문에 기도에서 걸러지지 않고, 대부분 폐포까지 침투해 심장 질환이나 호흡기 질병 등을 일으키기 때문에 그 유해성이 훨씬 크다.
세계 각국에서는 미세먼지 수치를 엄격하게 규제하고 있으며, 국내에서도 1995년부터 대기 중에 존재하는 미세먼지 기준을 PM10 기준으로 연평균 80㎍/㎥, 일평균 150㎍/㎥으로 설정하여 관리하고 있다. 또한, 초미세먼지에 대한 기준은 2011년 3월, '환경정책기본법 시행령 제2조 개정을 통하여 대기 환경기준에 초미세먼지인 PM2.5의 기준이 신설되었고, 그 기준은 24시간 기준으로 50㎍/㎥, 1년 기준으로는 25㎍/㎥의 농도를 설정하였다.
입자상 물질(PM)의 농도를 측정하는 방법에는 전통적인 중력에 의한 측정(중량법), 광학적인 산란을 이용한 측정, 베타선의 감쇄원리에 의한 측정(베타선 흡수법) 등이 있고, 이들 중 중량법에 의한 측정방법이 가장 정확하나, 자동 측정이 불가능하다는 단점 때문에 베타선 흡수법을 이용한 방법이 미세먼지 측정 장치에 적용되어 널리 이용되고 있다. 그러나 포집한 미세먼지 중 중금속 등의 성분 분석이 용이하지 않은 문제가 있다.
현재 대기 중 중금속 물질 분석은 현재 국외 장비에 모두 의존하고 있으며, 대부분은 개별 샘플링을 통해 전처리 후, 실험실에서 수동 분석으로 이루어지고 있기 때문에 평가에는 많은 시간 및 인력이 소요된다.
따라서, 이러한 문제를 해소하기 위한 방안이 절실히 요구되는 실정이다.
본 발명은, 공기 중 일부 성분을 대체가스로 치환하여 원소분석장치의 시료로 마련함으로써, 실시간으로 공기 내 중금속 물질의 분석을 할 수 있는 실시간 중금속 분석 시스템을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 시료 내 중금속을 분석하는 원소분석장치, 및 외부로부터 포집된 공기가 일단으로 유입되어 타단으로 배출되도록 흐름을 갖되, 다공성 재질로 이루어진 내측배관과, 상기 내측배관의 적어도 일부의 외측에 상기 내측배관을 따라 배관된 외측배관을 포함하여, 상기 시료를 마련하기 위한 전처리장치를 포함하되, 상기 시료는, 상기 외측배관을 통해 도입된 대체가스가 상기 내측배관의 상기 다공성 재질을 투과하여 내부에 흐르는 상기 공기 중 일부 성분을 치환함으로써 마련되어, 상기 원소분석장치로 도입되는 것을 특징으로 하는 실시간 중금속 분석 시스템을 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 원소분석장치는, 유도결합플라즈마질량분석장치이고, 상기 대체가스는, 상기 유도결합플라즈마질량분석장치의 플라즈마 발생원으로 사용되는 가스로서, 아르곤(Ar)일 수 있다.
일 실시예에 따라, 외부의 상기 공기를 포집하여 상기 전처리장치에 제공하기 위한 공기포집장치를 더 포함하되, 상기 공기포집장치는, 외기가 유입되는 공기유입부와, 상기 공기유입부를 통해 유입된 상기 외기를 저장하기 위한 챔버와, 상기 챔버 내 가스를 상기 전처리장치에 공급하되 공급유량 또는 압력을 조절하기 위한 가스유량제어장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 가스유량제어장치는, 상기 전처리장치에 공급하는 상기 가스의 공급 유량을 0.7 ~ 0.9L/min으로 조절할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 내측배관과 상기 외측배관은 이중배관이되, 상기 내측배관은 기체 투과성 소재로, 상기 내측배관의 내외 농도차에 의하여 상기 내측배관 밖의 상기 대체가스는 상기 내측배관으로 확산 유입될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 내측배관은 다공성의 테프론 소재이고, 상기 외측배관은 기체 비투과성의 테프론 소재일 수 있다.
일 실시예에 따라, 다공성의 상기 내측배관은, 기공 직경이 2 ~ 5㎛일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 내측배관 주변의 온도는, 90 ~ 120℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부 공기 중 일부 성분을 대체가스, 일 예로서 아르곤(Ar) 가스로 치환하여 유도결합플라즈마질량분석장치의 시료로 마련함으로써, 유도결합플라즈마질량분석장치를 이용하여 실시간으로 공기 내 중금속 물질의 분석을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 중금속 분석 시스템이 설치된 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리장치의 동작과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기포집장치의 구성도이다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 원소분석장치에 의해 분석된 결과를 단말기가 출력한 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원소분석장치에 의해 분석된 결과를 필터를 이용한 경우의 결과와 비교하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 실시간으로 대기를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 일 실시예에 따라 차량을 이용하여 이동하면서 실시간으로 대기를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리장치의 동작과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기포집장치의 구성도이다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 원소분석장치에 의해 분석된 결과를 단말기가 출력한 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원소분석장치에 의해 분석된 결과를 필터를 이용한 경우의 결과와 비교하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 실시간으로 대기를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 일 실시예에 따라 차량을 이용하여 이동하면서 실시간으로 대기를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 중금속 분석 시스템이 설치된 예시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 중금속 분석 시스템(100)은, 시료 내 중금속을 분석하는 원소분석장치와, 외부로부터 포집된 공기가 일단으로 유입되어 타단으로 배출되도록 흐름을 갖되, 다공성 재질로 이루어진 내측배관(121)과, 내측배관(121)의 적어도 일부의 외측에 내측배관(121)을 따라 배관된 외측배관(122)을 포함하여, 상기 시료를 마련하기 위한 전처리장치(120)를 포함할 수 있고, 이때 상기 시료는 외측배관(122)을 통해 도입된 대체가스가 내측배관(121)의 다공성 재질을 투과하여 내부에 흐르는 공기 중 일부 성분을 치환함으로써 마련되어, 원소분석장치(110)로 도입될 수 있다.
외기 중 일부 성분을 원소분석장치 중 하나인 유도결합플라즈마질량분석장치의 플라즈마 발생원으로 사용되는 가스(일 예로, 아르곤(Ar) 가스)로 치환하고, 이를 유도결합플라즈마질량분석장치의 시료로 마련함으로써, 실시간으로 공기 내 중금속 물질의 분석을 할 수 있다
다만, 도 1에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 실시간 중금속 분석 시스템이 구현될 수 있음은 물론이다.
이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
원소분석장치(110)는 시료 내 미량의 원소, 특히 미량의 중금속에 대한 분석할 수 있는 장치로서, 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 대표적인 예로, 유도 결합에 의해서 생성되는 아르곤 가스의 플라스마(ICP; Inductively Coupled Plasma)를 이용해 시료 중의 원소를 이온화하여 질량을 분석(MS; Mass Spectrometer)하는 유도결합플라즈마질량분석장치(ICP-MS; Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry)일 수 있다. 유도결합플라즈마질량분석장치(ICP-MS)는 검출 하한이 ppt 레벨의 고감도로, 60 원소 정도의 신속 동시 정량이 가능한 분석장치로서 널리 사용되고 있다.
물론, 본 발명의 일 실시예에 따른 원소분석장치(110)는 이에 한하지 않고, 유도결합플라즈마질량분석장치(ICP-MS) 이외에 유도결합플라즈마발광분광분석장치(ICP-AES)나 원자흡광분석장치(AAS) 등일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 원소분석장치(110)에 제공되는 시료인 외부 공기를 포집하기 위하여 공기포집장치(140)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기포집장치의 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 공기포집장치(140)는 외부의 공기를 포집하여 후술하는 전처리장치(120)에 제공하기 위한 것으로서, 외기가 유입되는 공기유입부(141)와, 상기 공기유입부(141)를 통해 유입된 외기를 저장하기 위한 챔버(chamber)(142)와, 상기 챔버(142) 내 가스를 상기 전처리장치(120)에 공급할 때 공급하는 가스의 유량 또는 압력을 조절하기 위한 가스유량제어장치(143)를 포함할 수 있다.
공기유입부(141)는 주변의 공기가 유입될 수 있는 적어도 하나의 구멍(hole)을 가진 것이면 그 형태를 특별히 한정하지 않으나, 구체적인 실시예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기유입부(141)는 구멍을 가져 주변의 외기가 자연히 그 구멍 및 이에 연결된 통로를 통해 유입되도록 구현되거나, 또는 공기유입부(141)의 구멍 주변에 외기를 흡입하기 위한 흡입팬(미도시)을 배설하여 흡입팬의 구동으로 주변의 공기를 강제로 유입케하거나, 또는 공기유입부(141)의 구멍에, 이미 공기가 포집된 주머니(또는 챔버)와 연통 가능하도록 체결되어, 기 포집된 공기가 공기유입부(141)의 구멍 및 이에 연결된 통로를 통해 유입되도록 구현될 수 있다.
이때, 차량의 주변 공기를 포집할 때, 당해 차량으로부터 배출되는 배기가스의 유입을 막거나, 상기 배기가스로부터의 영향을 최소화하기 위하여, 상기 공기유입부(141) 또는 공기유입부(141)의 구멍은, 차량의 상부나 전방에서 배기가스 배출구의 방향과 반대방향을 향하도록 설치될 수 있다.
챔버(142)는 공기유입부(141)를 통해 유입된 외기가 전처리장치(120)에 제공되기 전에 임시적으로 수용되는 공간으로서, 상기 챔버(142)에 수용된 가스는 가스유량제어장치(143)에 의해 유량 및/또는 압력이 조절되어 전처리장치(120)에 공급될 수 있다.
이때, 챔버(142)는 후술하는 바와 같이, 외기 중 일부 성분을 대체가스로 치환할 때 그 치환 효율을 높이기 위하여 내측배관 및 그 주변의 온도는 소정의 범위를 갖는 것이 바람직하기 때문에, 이를 위해 일 실시예에 따라, 상기 챔버(142)는 안에 수용된 가스를 가열시키기 위한 가열장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
가스유량제어장치(143)는 전처리장치(120)에 공급되는 가스의 유량 및/또는 압력을 조절하기 위한 수단으로서, 공급되는 가스를 가압하기 위한 펌프(미도시) 및/또는 가스가 공급되는 유로 상에 배치되어 그 유로를 개폐하는 밸브(미도시)를 포함할 수 있다.
외기 중 일부를 대체가스로 치환할 때 그 치환 효율을 높이기 위해, 가스유량제어장치(143)는 전처리장치(120)로 유입되는 외기의 유량을 0.5~0.9L/min, 바람직하게는 0.7~0.9L/min으로 조절하는 것이 바람직하다.
만약 대체가스로의 치환 효율이 낮으면, 유도결합플라즈마질량분석장치의 플라즈마 에너지(plasma energy)에 영향을 주어, 유도결합플라즈마질량분석장치의 분석감도를 현저히 떨어뜨리는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 공기포집장치(140)에 의해 포집된 외부 공기를 시료로서, 상기 원소분석장치(110)에 도입하기 전에 상기 공기포집장치(140)와 상기 원소분석장치(110) 사이에 개재되어 포집된 외부 공기를 처리하기 위한 전처리장치(120)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리장치의 동작과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리장치(120)는 내측배관(121)과 내측배관(121)의 적어도 일부를 감싸도록 배치된 외측배관(122)으로 이루어진 이중배관을 가질 수 있다.
내측배관(121)과 외측배관(122) 사이에는 소정 공간이 마련되어, 외측배관(122)의 일측에 형성된 유입구(1221)를 통해 대체가스가 유입되고, 이에 따라 외측배관(122)의 내부는 대체가스로 채워질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 대체가스는, 원소분석장치가 유도결합플라즈마질량분석장치(110)인 경우, 상기 유도결합플라즈마질량분석장치(110)의 플라즈마 발생원으로 사용되는 가스인 아르곤(Ar)인 것이 바람직하다.
이때 전처리장치(120)는 내측배관(121)과 외측배관(122)의 동심이 서로 동일하도록 지지하는 지지체(미도시)를 더 포함하여, 내측배관(121)과 외측배관(122)의 이격거리가 일정하게 유지되도록 할 수 있으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니다.
상기 포집장치에 의해 포집된 외부의 공기는 내측배관(121)의 일단으로 유입되고, 내측배관(121)의 타단으로 배출되도록 흐름을 갖되, 이때 내측배관(121)은 기체 투과성 또는 다공성으로 이루어져, 외측배관(122) 내에 채워진 아르곤 가스가 다공질의 내측배관(121)의 배관벽을 농도 차에 의한 확산으로 투과하여 그 내부에서 유동하는 공기 중 일부의 성분을 치환할 수 있다.
이때, 외기의 일부 성분을 아르곤 가스로 치환할 때 그 치환효율을 높이고, 외기 내 분석대상성분의 손실을 방지하기 위해, 내측배관 또는 그 주변의 온도는 90~120℃, 바람직하게는 110℃인 것이 좋고, 유입구(1221)로 유입되는 아르곤 가스의 유량은 4~7L/min, 바람직하게는 5.7L/min인 것이 좋다. 만약 아르곤 가스의 유량이 7L/min을 초과하는 경우에는 분석대상성분의 손실이 발생하여 외기에 대한 정략분석의 의미를 상실할 수 있는 문제가 있고, 이와 반대로 아르곤 가스의 유량이 4L/min에 미치지 못하는 경우에는 외기의 일부가 아르곤으로 치환되지 않아 아르곤 플라즈마의 에너지 값의 변화가 발생하고 이는 외부 표준물 정량법(external calibration)에서 분석오류를 유발하며, 유도결합플라즈마질량분석장치에 물리적 손상까지도 유발할 수 있는 문제가 있다.
물론 이때, 아르곤 가스를 유입구(1221)로 유입시킬 때 가스의 유량 및/또는 압력을 조절하기 위해, 공급되는 가스를 가압하기 위한 펌프(미도시) 및/또는 가스가 공급되는 유로 상에 배치되어 그 유로를 개폐하는 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 내측배관(121)은 약 2 내지 5㎛의 크기를 가진 구멍이 다수 형성되어, 아르곤 가스 또는 이에 의해 치환되는 공기 중 일부 성분이 출납토록 할 수 있으며, 이와 반대로 외측배관(122)는 가스 또는 유체가 투과할 수 없는 비투과성인 것이 바람직하다.
이때, 다공성의 내측배관(121)은 그 길이가 2 내지 3m, 바람직하게는 2.3m인 것이 좋고, 직경은 3 내지 5mm, 바람직하게는 4mm인 것이 좋다. 이와 같은 사양에서 전술한 아르곤 가스의 유량이 공급되었을 때, 분석 대상의 손실 없이 외부 공기의 일부가 아르곤으로 치환되어, 유도결합플라즈마질량분석장치의 손상 없이 분석시료에 대한 정확한 분석이 가능하다.
한편, 내측배관(121) 또는 외측배관(122)의 소재는 특별히 한정하지 않으나, 고분자인 테프론(PTFE) 소재일 수 있다.
이렇게 유입구(1221)를 통해 유입된 아르곤 가스에 의해 내측배관(121)의 내부를 흐르는 외부 공기 중 일부 성분이 치환되고, 이렇게 치환된 기체를 원소분석장치에 도입되는 시료로 함으로써, 샘플링을 할 수 있기 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이, 차량에 원소분석장치를 장착하고, 그 전단에 전처리장치(120) 및 공기포집장치(140), 그리고 아르곤 가스를 수용하기 위한 적어도 하나의 가스용기(125)를 장착하여 설치한다면, 실시간으로 공기 내 중금속 물질의 분석을 할 수 있다.
또한, 외측배관(122)의 타측에는 상기 유입구(1221)와 상응하는 유출구(1222)가 형성될 수 있고, 상기 외측배관(122) 내 높은 농도의 아르곤 가스 및/또는 아르곤 가스에 의한 피치환대상인 공기 중 일부 성분이 상기 유출구(1222)를 통해 배출될 수 있다.
한편, 차량에 원소분석장치나 전처리장치(120) 등과 같은 분석시스템(100)의 각 구성요소를 장착할 때, 차량에 의해 발생하는 진동이나 충격을 흡수할 수 있도록 각 구성요소들의 바닥에는 진동/충격완화부재가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 분석시스템(100)의 각 구성요소가 구동할 수 있는 전력을 제공받을 수 있도록 이동 가능한 포터블 발전기를 더 포함할 수 있다.
이때, 원소분석장치(110)에 의해 분석된 결과를 실시간으로 확인할 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에 따른 분석시스템(100)은, 원소분석장치(110)에 의해 분석된 결과를 수신하여 출력하기 위한 단말기(130)를 더 포함할 수 있다.
단말기(130)는 고정형 또는 이동형일 수 있으며, 상기 원소분석장치(110)와 통신 가능하도록 연결되어, 상기 원소분석장치(110)에 의해 분석된 결과를 디스플레이부(131)를 이용하여 실시간으로 출력할 수 있다.
디스플레이부(131)는 분석시료의 다원소의 원소별 질량을 정량적인 수치나 그래프 따위로 출력(도 4a 및 4b참조)하거나, 신뢰성 있는 검량선(calibration curve)을 이용하여 시료인 공기 내 중금속 물질의 양을 출력(도 4c 및 4d 참조)할 수 있다.
실시예1
본 발명의 일 실시예에 따라, 내측배관(121)을 110℃로 하고, 유입구(1221)를 통해 유입되는 아르곤 가스를 5.7L/min의 유량으로 주입하되, 이때 내측배관(121)을 따라 외기를 최대 0.9L/min, 0.7L/min과 0.9L/min 사이의 유량으로 공급하였다.
이 조건에서 경기도보건환경연구원 평택 대기측정망에서 측정한 실시간 결과를, 본 발명에 따르지 않고 필터를 이용하여 수집한 외기를 유도결합플라즈마질량분석장치에 적용하여 분석한 결과와 비교해 본 결과 하기 표 1과 같았으며, 미세먼지가 고농도일 때에도 유사한 경향성을 가진 결과가 나타남을 알 수 있었다. 그 비교결과를 도 5에 나타내었다.
[표 1]
여기서, HAID로 표기한 부분이 본 실시예에 따른 결과이다.
실시예2
앞선 실시예1과 동일한 조건으로 2020년1월29일부터 31일까지 3일간 차량으로 안산산업단지일대(도금단지 등)을 이동하면서 실시간으로 대기(air)를 분석하였다. 이에 따라 분석된 대치 측정 분석 결과를 도 6에 나타내었다.
구체적으로, 도면에 도시한 지도상에 표시한 구간을 따라 이동하며 측정한 대기 분석 결과를 도 7a 내지 7d에 나타내었다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 분석시스템 110: 유도결합플라즈마질량분석장치
120: 전처리장치 121: 내측배관
122: 외측배관 1221: 유입구
1222: 유출구 125: 가스용기
130: 단말기 131: 디스플레이부
140: 공기포집장치 141: 공기유입부
142: 챔버 143: 가스유량제어장치
120: 전처리장치 121: 내측배관
122: 외측배관 1221: 유입구
1222: 유출구 125: 가스용기
130: 단말기 131: 디스플레이부
140: 공기포집장치 141: 공기유입부
142: 챔버 143: 가스유량제어장치
Claims (8)
- 실시간 중금속 분석 시스템에 있어서,
시료 내 중금속을 분석하는 원소분석장치;
외부로부터 포집된 공기가 일단으로 유입되어 타단으로 배출되도록 흐름을 갖되, 다공성 재질로 이루어진 내측배관과, 상기 내측배관의 적어도 일부의 외측에 상기 내측배관을 따라 배관된 외측배관을 포함하여, 상기 시료를 마련하기 위한 전처리장치; 및
외부의 상기 공기를 포집하여 상기 전처리장치에 제공하기 위한 공기포집장치;
를 포함하되,
상기 시료는, 상기 외측배관을 통해 도입된 대체가스가 상기 내측배관의 상기 다공성 재질을 투과하여 내부에 흐르는 상기 공기 중 일부 성분을 치환함으로써 마련되어, 상기 원소분석장치로 도입되고,
상기 공기포집장치는, 외기가 유입되는 공기유입부와, 상기 공기유입부를 통해 유입된 상기 외기를 저장하기 위한 챔버와, 상기 챔버 내 가스를 상기 전처리장치에 공급하되 공급유량 또는 압력을 조절하기 위한 가스유량제어장치와, 상기 챔버 내 수용된 가스를 가열시키기 위한 가열장치를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 실시간 중금속 분석 시스템은, 차량에 마련되되, 상기 공기유입부의 외기가 유입되는 구멍은, 상기 차량의 상부 중 상기 차량의 배기가스 배출구의 방향과 반대방향을 향하도록 마련되거나, 기 포집된 공기를 담은 주머니와 체결 가능한 것을 특징으로 하고,
상기 가열장치는, 상기 내측배관 주변의 온도가 90 ~ 120℃를 갖도록 상기 챔버 내 수용된 가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 실시간 중금속 분석 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 원소분석장치는, 유도결합플라즈마질량분석장치이고,
상기 대체가스는, 상기 유도결합플라즈마질량분석장치의 플라즈마 발생원으로 사용되는 가스인로서 아르곤(Ar)인 것을 특징으로 하는 실시간 중금속 분석 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 가스유량제어장치는,
상기 전처리장치에 공급하는 상기 가스의 공급 유량을 0.7 ~ 0.9L/min으로 조절하는 것을 특징으로 하는 실시간 중금속 분석 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 내측배관과 상기 외측배관은 이중배관이되,
상기 내측배관은 기체 투과성 소재로, 상기 내측배관의 내외 농도차에 의하여 상기 내측배관 밖의 상기 대체가스는 상기 내측배관으로 확산 유입되는 것을 특징으로 하는 실시간 중금속 분석 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 내측배관은 다공성의 테프론 소재이고, 상기 외측배관은 기체 비투과성의 테프론 소재인 것을 특징으로 하는 실시간 중금속 분석 시스템. - 제 5 항에 있어서,
다공성의 상기 내측배관은, 기공 직경이 2 ~ 5㎛인 것을 특징으로 하는 실시간 중금속 분석 시스템. - 삭제
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100545455B1 (ko) * | 2005-06-08 | 2006-01-24 | (주)센서테크 | 내부 정화기능을 갖는 가스 식별 장치 |
| JP2006170659A (ja) | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | ガス置換方法およびガス置換装置並びに分析システム |
| KR100879009B1 (ko) | 2008-09-16 | 2009-01-15 | 주식회사 위드텍 | 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템 및 방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR102392238B1 (ko) * | 2015-02-17 | 2022-04-29 | 김중구 | 실내 공기질 모니터링 시스템 |
| KR101844442B1 (ko) | 2018-01-31 | 2018-04-02 | 주식회사 에이피엠엔지니어링 | 중금속 연속 측정장치 및 그의 제어방법 |
-
2020
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006170659A (ja) | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | ガス置換方法およびガス置換装置並びに分析システム |
| KR100545455B1 (ko) * | 2005-06-08 | 2006-01-24 | (주)센서테크 | 내부 정화기능을 갖는 가스 식별 장치 |
| KR100879009B1 (ko) | 2008-09-16 | 2009-01-15 | 주식회사 위드텍 | 대기 중 금속 및 금속 화합물 모니터링 시스템 및 방법 |
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