KR102557346B1 - 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

연속적으로 공급되는 시료에 대응하도록 연속형 형광분석장치(Fluorescence Spectroscopy)를 이용하여 수중의 미생물 기인 유기물인 미생물 활동과 관련이 있는 아미노산인 트립토판의 고유 형광을 이용하여 측정함으로써, 생물학적 지표로 사용할 수 있는 미생물 기인 유기물을 특성화하여 정량화하고 수질을 실시간 모니터링할 수 있으며, 또한, 트립토판 측정을 위해서 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장 및 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장을 이용하여 시료의 형광강도를 측정하여 대장균 개체수를 산출할 수 있고, 또한, 연속적으로 트립토판 형광강도를 측정하여 BOD5를 산출할 수 있고, 미생물의 오염을 간접적으로 모니터링할 수 있으며, 미생물 경고 범위에 따른 알람정보를 생성하여 전송할 수 있는, 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템 및 그 방법이 제공된다.

Description

연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템 및 그 방법 {SYSTEM FOR MEASURING ORGANIC MATTER CAUSED BY MICRO-ORGANISMS USING FLUORESCENCE SPECTROSCOPY OF CONTINUOUS TYPE, AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 미생물 기인 유기물 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 연속형 형광분석장치(Fluorescence Spectroscopy)를 이용하여 수중의 미생물 기인 유기물을 측정함으로써, 미생물 기인 유기물을 특성화하여 정량화하는, 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 수중에 존재하는 자연 유기물을 실시간으로 분석하는 방법으로는 UV254 흡광도 측정법과 총유기탄소(Total organic carbon: TOC) 측정법 등이 있으며, 이러한 UV254 흡광도 측정법과 총유기탄소(TOC) 측정법은 수중에 유기탄소원자의 존재를 정량화하는데 사용되는 가장 포괄적이고 광범위하게 채택된 방법이다.
구체적으로, 수중에 존재하는 자연수(Natural Water)에는 미생물 기인 단백질 및 유기물 기인 용존성 유기물이 존재하는데, UV254 흡광도 측정법과 총유기탄소 측정법은 용존성 기인 유기물의 측정에 적합하지만, 미생물 기인 유기물(Tryptophan-like; 트립토판)의 측정에는 적합하지 않다는 한계가 있다. 미생물 기인 유기물(트립토판)은 단백질 화합물의 형광 특성을 반영하는 값으로, 물에서 생물학적 활동의 지표로 사용된다.
또한, 수중에 존재하는 미생물은 그 종류가 광범위하고 다양한 병원체로 이루어지며, 이러한 병원체는 환경에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라, 수중에 존재하는 각각의 특정 병원체를 정기적으로 격리하거나 식별하는 것은 실질적으로 가능하지 않다. 이에 따라, 종래의 기술에 따른 미생물 측정법은 단지 개체수 측정에 의존해 왔으며, 예를 들면, 오염에 대한 일반세균과 대장균의 개체수 검출에 의존하고 있다.
한편, 수중에 존재하는 미생물 오염의 평가는 궁극적으로 병원균의 존재와 관련이 있는데, 일반세균과 대장균을 이용한 방법은 성공적인 접근법으로 널리 알려져 있지만, 이러한 미생물의 측정은 통상적으로 1~2일의 시간이 소요되고, 측정 과정이 번거롭다는 한계가 있다. 특히, 소정 시간 이후 측정 결과를 획득한다고 해도 이미 미생물의 오염이 상당히 진행된 이후이기 때문에 잠재적 오염사고에 대해 신속한 대응이 어렵다는 문제점이 있다.
종래의 기술에 따른 미생물 수질 모니터링 방법으로서, 아데노신삼인산(Adenosine Tri-Phosphate: ATP)을 사용하는 방법이 있지만, 이를 위한 미생물 수질 모니터링 장비가 대부분 고가이며, 또한, 사용하는 시약이 비싸고 이러한 시약은 냉장 보관이 필수적이므로 시약 변질의 위험이 있다는 문제점이 있다.
또한, 생화학적 산소요구량(Biochemical Oxygen Demand: BOD) 측정법은 미생물이 물에 존재하는 유기물을 분해하는 과정에서 사용되는 용존산소량 변화를 유기물의 양으로 간접적으로 측정하는 방법이다. 그러나, 이러한 BOD 측정법은 분석시간이 5일 이상 소요되며, 특히, 실험실 기반의 측정법이기 때문에 잠재적 오염사고에 대하여 신속한 대응이 적합하지 않다는 문제점이 있다.
한편, 전술한 생화학적 산소요구량(BOD)과 관련된 선행 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1305993호에는 "유기물 정성, 정량분석을 이용한 BOD 측정방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 유기물 정성, 정량분석을 이용한 BOD 측정방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 유기물 정성, 정량분석을 이용한 BOD 측정방법은, 먼저, 수질에 포함된 유기물의 통계분석을 수행한다(S10). 여기서, 유기물의 통계분석은 용존 유기탄소량(Biochemical Oxygen Demand: DOC), 전도도(Conductivity), 형광특성, 자외선 흡광도에 대한 통계분석일 수 있다.
다음으로, 정성분석 및 정량분석을 기초로 상관식을 추출하고(S20), 다음으로, 추출된 상관식을 저장한다(S30).
다음으로, 측정하고자 하는 수질의 용존 유기탄소량(DOC), 전도도, 형광특성, 자외선 흡광도를 포함하는 변수를 측정한다(S40).
다음으로, 측정된 변수를 상관식에 대입하여 BOD를 결정한다(S50). 여기서, 생화학적 산소 요구량(BOD)은 산소를 호흡하는 미생물이 5일 동안 유기물을 섭취할 때 필요한 산소량을 의미한다.
종래의 기술에 따른 유기물 정성, 정량분석을 이용한 BOD 측정방법에 따르면, 유기 물질의 정량분석 및 정성분석을 통해 수질의 BOD를 측정할 수 있지만, 전술한 바와 같이, 분석시간이 5일 이상 소요된다는 문제점이 있다.
한편, 관련 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1735464호에는 "유기물의 존재 또는 생물의 생사 측정 장치 및 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 유기물의 존재 또는 생물의 생사를 측정하는 생사 측정 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 유기물의 존재 또는 생물의 생사를 측정하는 생사 측정 장치(10)는, 적외선 흡수흡광 분석을 통해 유기물의 존재 또는 생물의 생사를 측정하는 장치로서, 적외선 광원(11), 시료 용기(12), 단색화 장치(13), 적외선 검출부(14), 판정부(15), 기록부(16), 판정부(17) 및 주사모터(18)를 포함한다.
적외선 광원(11)은 시료용기(12)에 담긴 시료에 분광분석용 적외선(19)을 조사하고, 적외선 검출부(14)는 시료에서 투과 또는 반사된 적외선을 검출한다.
판정부(15)는 검출된 적외선을 이용하여 시료의 아미드(Amid) 적외선 흡수 피크를 식별하고, 상기 식별된 아미드 적외선 흡수 피크로부터 시료 내 유기물의 존재 또는 생물의 생사를 판단한다. 즉, 아미드 적외선 흡수 피크의 존재 여부로 시료 내 유기물의 존재를 판단하고, 아미드 적외선 흡수 피크의 파수값의 이동으로 시료 내 생물의 생사를 판단할 수 있다. 이때, 아미드 적외선 흡수 피크는 단백질의 아미드 Ⅰ, 아미드 Ⅱ 및 아미드 Ⅲ의 적외선 흡수 피크 중 적어도 하나일 수 있다.
단색화 장치(13)는 적외선 광원(11)에서 방출된 빛을 한정된 영역의 파장으로 분산시키고, 특정한 파장의 복사선만을 선택적으로 적외선 검출부(14)에 도달하게 한다.
기록부(16)는 적외선 검출부(14)로부터 얻은 투과율(Transmittance)을 측정하여 기록하고, 표시부(17)는 적외선 검출 스펙트럼을 표시한다.
주사모터(18)는 단색화 장치(13) 및 기록부(16)와 연결된 상태로 파장의 변화에 맞게 일치시킨다.
종래의 기술에 따른 유기물의 존재 또는 생물의 생사를 측정하는 생사 측정 장치에 따르면, 적외선흡수 분광분석을 이용하여 간단한 측정 과정을 통해 시약을 사용하지 않고, 측정이 간단하며, 정량화가 가능하고, 동일 시료의 세포 또는 조직의 존재 여부 및 생사 변화 과정을 연속적으로 측정할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 유기물의 존재 또는 생물의 생사를 측정하는 생사 측정 장치의 경우, 아미드 적외선 흡수 피크의 존재 여부로 생물 시료 내 유기물의 존재를 판단하는 방법이므로, 수중의 유기물 측정에 적합하지 않다는 한계가 있다.
한편, 다른 관련 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1865587호에는 "수질내 미생물 유해성 실시간 모니터링 장치 및 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 종래의 기술에 따른 수질내 미생물 유해성 실시간 모니터링 장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 수질내 미생물 유해성 실시간 모니터링 장치는, 제1 측정모듈(20), 제2 측정모듈(30) 및 분석모듈(40)을 포함하며, 상기 분석모듈(40)은 다중회귀식 저장 DB(41), 연산 프로세스부(42), 기준치 초과 판단부(43) 및 송신부 (44)를 포함한다.
제1 측정모듈(20)은 질내의 특정 미생물을 배지에서 배양한 후, 형성된 특정 미생물 콜로니수를 측정한다.
제2 측정모듈(30)은 유동세포계수법(Flow Cytometry: FCM)으로 수질내 전체 미생물의 군집 분포 특성치를 측정한다.
분석모듈(40)은 제1 측정모듈(20) 및 제2 측정모듈(30)로부터 측정값을 수신하여 통계적 분석기법을 이용하여 수질내 특정 미생물의 정량적인 양을 실시간으로 추정한다. 구체적으로, 분석모듈(40)의 연산프로세스부(42)는 다중회귀식 저장 데이터베이스(41)에 저장된 다중 회귀식을 이용하여 수질내 특정 미생물의 정량적인 양을 연산하고, 또한, 분석모듈(40)의 기준치초과 판단부(43)는 추정된 특정 미생물의 정량적인 양이 기설정된 유해성 기준치의 초과 여부를 판단하고, 또한, 분석모듈(40)의 송신부(44)는 유해성 기준치를 초과하면, 무선통신으로 음성, 이미지, 텍스트 중 적어도 하나의 정보를 기지정된 단말에 송신하는 기능을 수행한다.
종래의 기술에 따른 수질내 미생물 유해성 실시간 모니터링 장치에 따르면, 수질내 미생물의 유해성을 신속하게, 실시간으로 모니터링하고, 실시간 모니터링을 위해 수분 이내에 미생물 군집분포 특성을 파악할 수 있는 유동세포계수법(FCM)을 활용하며, 유동세포계수법의 측정값과 배양방법에 의한 측정값의 상관성을 도출하여 특정 미생물의 정량적인 양을 추정할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 수질내 미생물 유해성 실시간 모니터링 장치의 경우, 제1 측정모듈(20)의 배양방법에 의한 측정값의 제2 측정모듈(30)의 유동세포계수법(FCM)의 측정값의 상관성을 도출해야 하는 번거로움이 존재한다.
한편, 또 다른 관련 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-2150025호에는 "수돗물 내 목표 미생물 실시간 검출 센서 장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 종래의 기술에 따른 센서 장치를 포함하는 수돗물 내 목표 미생물 실시간 검출 시스템의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 종래의 기술에 따른 센서 장치를 포함하는 수돗물 내 목표 미생물 실시간 검출 시스템은, 미생물 검출부(50), 통신부(60), 데이터 저장부(70) 및 판단부(80)를 포함한다.
목표 미생물을 검출하는 미생물 검출부(50) 상에 미생물 안착부(51) 및 신호 인식부가 구비되고, 상기 신호 인식부 상에 수열합성부 및 신호 교란 차단부(52)가 구비되어, 상기 미생물 안착부(51)에서 발생하는 전기화학적 반응을 임피던스 신호 값으로 검지하여 목표 미생물을 측정 또는 검출한다. 이때, 상기 미생물은 박테리아, 대장균 등을 포함하며, 이에 제한되지 않는다.
또한, 기판 상에 구비되는 미생물 검출부(50)는 이산화규소 웨이퍼(SiO2 Wafer)로 구성되며, 상기 미생물 검출부(50)의 중앙부에 미생물 안착부(51)가 형성되고, 미생물 안착부(51)의 둘레를 따라 신호 인식부가 형성된다.
종래의 기술에 따른 센서 장치를 포함하는 수돗물 내 목표 미생물 실시간 검출 시스템에 따르면, 수돗물 내 기준치 이하로 검측되거나 또는 검측이 되지 않더라도 활성이 있는 세균 또는 미생물을 실시간으로 검지 및 검출할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 센서 장치를 포함하는 수돗물 내 목표 미생물 실시간 검출 시스템의 경우, 미생물 안착부에서 발생하는 전기화학적 반응을 임피던스 신호값으로 검지하여 목표 미생물을 측정 또는 검출해야 한다는 한계가 있다.
한편, 수중의 유기물 및 미생물 매트릭스를 특징짓는 것은 안전한 용수 공급의 핵심 문제이므로, 특히, 급수 시스템에서 용수 품질의 지속적인 분석을 가능하게 하는 미생물 수질 변화의 편리한 측정지표를 제공할 수 있는 기술의 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 등록특허번호 제10-1305993호(등록일: 2013년 9월 3일), 발명의 명칭: "유기물 정성, 정량분석을 이용한 BOD 측정방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1735464호(등록일: 2017년 5월 8일), 발명의 명칭: "유기물의 존재 또는 생물의 생사 측정 장치 및 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1865587호(등록일: 2018년 6월 1일), 발명의 명칭: "수질내 미생물 유해성 실시간 모니터링 장치 및 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-2150025호(등록일: 2020년 8월 25일), 발명의 명칭: "수돗물 내 목표 미생물 실시간 검출 센서 장치" 대한민국 등록특허번호 제10-972454호(등록일: 2010년 7월 20일), 발명의 명칭: "미생물 형광특성을 이용한 수질 내 미생물 측정용 프로브"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연속적으로 공급되는 시료에 대응하도록 연속형 형광분석장치(Fluorescence Spectroscopy)를 이용하여 수중의 미생물 기인 유기물을 측정함으로써, 미생물 기인 유기물을 특성화하여 정량화하고 수질을 실시간 모니터링할 수 있는, 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 미생물 활동과 관련이 있는 아미노산 유기물인 트립토판 측정을 위해서 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장 및 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장을 이용하여 시료의 형광강도를 측정하여 대장균 개체수를 산출할 수 있는, 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
삭제
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 연속적으로 트립토판 형광강도를 측정하여 미생물의 오염을 간접적으로 모니터링할 수 있으며, 미생물 경고 범위에 따른 알람정보를 생성하여 전송할 수 있는, 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템은, 형광분석에 영향이 없는 유속으로 공급될 수 있도록 시료를 연속 공급하는 시료 공급부; 상기 시료 공급부로부터 연속 공급되는 시료를 측정하여 형광강도에 따라 트립토판 농도, 대장균 개체수 또는 BOD5 농도를 산출하고, 알람정보를 생성하는 연속형 형광분석 장치; 및 상기 연속형 형광분석장치의 무선통신모듈을 통해 전송되는 상기 알람정보를 수신하는 관리자 단말을 포함하되, 상기 시료 공급부는 시료공급펌프의 자동 제어에 의해 상기 연속형 형광분석장치에 의한 형광 분석에 영향이 없는 유속으로 시료를 연속 주입하며; 상기 연속형 형광분석 장치는, 상기 시료 공급부로부터 연속 공급되는 시료에 대해 형광강도를 측정하는 연속형 시료 측정부; 상기 형광강도에 따라 트립토판 농도, 대장균 개체수 및 BOD5 농도로 산출하는 형광강도 분석부; 대장균 개체수 범위에 따라 알람 여부를 결정하여 알람정보를 생성하는 알람정보 생성부; 및 상기 알람정보를 관리자 단말에게 무선으로 전송하는 무선통신모듈을 포함하며; 그리고 상기 연속형 형광분석 장치는 미생물 기인 유기물을 트립토판(Tryptophan) 농도를 나타내는 형광강도로 측정하되, 소정 범위의 여기파장과 특정 방출파장에 따라 트립토판 형광강도를 측정하고, 상기 트립토판 형광강도에 따라 트립토판 농도를 산출하며, 상기 산출된 트립토판 농도로부터 대장균 개체수 및 BOD5 농도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
여기서, 상기 연속형 시료 측정부는, 광원 및 여기 단색화장치를 포함하고, 광원인 자외선 발광다이오드를 사용하여 광을 조사하고, 상기 여기 단색화장치를 통해, 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장을 발생시키며, 상기 시료 공급부를 통해 공급되는 시료 상에 광원을 입사하는 여기파장 발생기; 방출 단색화장치 및 검출기를 포함하고, 상기 시료로부터 반사되는 광으로부터 특정 방출파장을 연속적으로 검출하되, 상기 방출 단색화장치인 밴드패스 필터가 300㎚ 또는 350㎚의 특정 방출파장을 통과시키면, 소형 분광기나 광다이오드와 같은 검출기를 사용하여 상기 특정 방출파장의 광을 검출하는 방출파장 검출기; 및 상기 방출파장 검출기의 검출기를 통해 검출된 방출파장을 형광강도로 변환하는 형광강도 변환부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 여기파장 발생기 및 상기 방출파장 검출기는 90도 각도로 설치되고, 광섬유로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 형광강도 분석부는, 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 측정된 형광강도로부터 트립토판 농도를 산출하는 트립토판 농도 산출부; 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 트립토판 농도를 나타내는 형광강도를 측정하여 대장균 개체수를 산출하는 대장균 개체수 산출부; 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 트립토판 농도를 나타내는 형광강도를 측정하여 BOD5 농도를 산출하는 BOD5 결정부; 및 트립토판 농도 및 대장균 개체수로 산출된 값을 대장균 리스크 위험 범위인 기준값과 비교하여 수질 리스크를 판정하는 수질 리스크 판정부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 트립토판 농도 산출부에서 산출되는 트립토판 농도는 [(270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도) a]로 주어지며, a는 비례계수로서, 상기 a값은 UVLED 광원의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 상기 연속형 형광분석장치는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 대장균 개체수를 형광강도로 측정하여 산출하되, 상기 대장균 개체수는 [(270㎚~290㎚의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도)] b]로 주어지며, b는 비례계수로서, 상기 b값은 UVLED 광원의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 상기 대장균 개체수 산출부에서 산출되는 대장균 개체수는 [(트립토판 농도) c]로 주어지며, c는 비례계수로서, 상기 c값은 UVLED 광원의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 상기 BOD5 결정부에서 산출되는 BOD5 농도는 [(트립토판 농도) d + e]로 주어지며, 이때, d 및 e는 비례계수로서, 상기 d값 및 e값은 UVLED 광원의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 상기 알람정보 생성부에서 대장균 리스크 범위는 개체수 범위에 따라 0 개체수/100㎖는 "안전함", 0~1 개체수/100㎖ 범위는 "약간 안전함", 1~10 개체수/100㎖ 범위는 "약간 위험함", 10~100 개체수/100㎖ 범위는 "위험함", 100 이상의 개체수/100㎖는 "매우 위험함"으로 알람정보를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 알람정보 생성부는 상기 트립토판 농도가 10㎍/L 이상이면 미생물에 의한 오염을 간접적으로 표시할 수 있도록 대장균 개체수를 산출하여 알람정보를 생성할 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법은, 연속형 시료 측정부, 형광강도 분석부, 알람정보 생성부 및 무선통신모듈을 구비한 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법에 있어서, a) 연속 공급되는 시료의 유량 및 연속형 시료 측정부의 광원 세기가 고정되도록 설정하는 단계; b) 상기 연속형 시료 측정부의 여기파장 발생기가 소정 범위의 여기파장을 발생하고, 방출파장 검출기가 특정 방출파장을 검출하도록 설정하는 단계; c) 시료 공급부가 상기 연속형 시료 측정부로 시료를 연속 공급하는 단계; d) 상기 연속형 시료 측정부가 상기 연속적으로 공급되는 시료를 측정하여, 검출된 방출파장으로부터 형광강도로 변환하는 단계; e) 상기 형광강도분석부가 상기 형광강도에 따라 트립토판 농도, 대장균 개체수 및 BOD5 농도를 각각 산출하는 단계; f) 상기 형광강도분석부가 기설정된 트립토판 기준값, 대장균 개체수 기준값과 각각 비교하여 수질 리스크를 판정하는 단계; g) 상기 알람정보 생성부가 수질 리스크 판정결과에 따른 알람정보를 생성하는 단계; 및 h) 상기 무선통신모듈을 통해 관리자 단말에게 알람정보를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 연속형 형광분석 장치는 미생물 기인 유기물을 트립토판(Tryptophan) 농도를 나타내는 형광강도로 측정하되, 소정 범위의 여기파장과 특정 방출파장에 따라 트립토판 형광강도를 측정하고, 상기 트립토판 형광강도에 따라 트립토판 농도를 산출하며, 상기 산출된 트립토판 농도로부터 대장균 개체수 및 BOD5 농도를 산출하며; 상기 a) 단계에서 연속형 형광분석장치의 연속형 시료 측정부가 시료를 연속적으로 측정하기 위해서 광원 세기를 조절하고 시료공급펌프에서 유량을 제어하고; 그리고 상기 a) 단계에서 연속형 형광분석장치는 광원 및 유량을 고정하고 트립토판 10㎍/L를 기준으로 측정했을 때 형광강도가 기준치 이하이면, 광원을 증가시키고, 유량을 조절하여 적정 광원 및 유량을 찾아 측정할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
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여기서, 상기 a) 단계는, a-1) 상기 여기파장 발생기가 소정 범위의 여기파장을 발생하고, 상기 방출 파장 검출기가 특정 방출파장을 검출하도록 광원 세기를 조절하는 단계; a-2) 시료공급펌프의 제어에 따라 상기 시료 공급부로부터 연속 공급되는 시료의 유량을 조절하는 단계; a-3) 상기 시료 측정부가 10㎍/L의 트립토판의 형광강도를 측정하는 단계; a-4) 상기 측정된 트립토판 형광강도가 설정값보다 큰지 비교하는 단계; 및 a-5) 상기 트립토판 형광강도가 설정값보다 큰 경우, 연속 공급되는 시료의 유량과 및 광원 세기를 고정하는 단계를 포함하되, 상기 트립토판 형광강도가 설정값보다 작은 경우, 상기 a-1) 내지 a-4) 단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 g) 단계는, g-1) 상기 산출된 대장균 개체수에 따른 알람정보를 생성하는 단계; g-2) 상기 트립토판 농도가 기준값인 10㎍/L보다 큰지 비교하는 단계; 및 g-3) 상기 트립토판 농도가 기준값보다 큰 경우, 상기 트립토판 농도에 따른 알람정보를 생성하는 단계를 포함하되, 상기 대장균 개체수에 따른 알람정보는 안전함, 약간 안전함, 약간 위험함, 위험함 및 매우 위험함중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따르면, 연속적으로 공급되는 시료에 대응하도록 연속형 형광분석장치(Fluorescence Spectroscopy)를 이용하여 수중의 미생물 기인 유기물인 미생물 활동과 관련이 있는 아미노산인 트립토판의 고유 형광을 이용하여 측정함으로써, 미생물 기인 유기물을 특성화하여 정량화하고 수질을 실시간 모니터링할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유기물인 미생물 활동과 관련이 있는 아미노산인 트립토판 측정을 위해서 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장 및 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장을 이용하여 시료의 형광강도를 측정하여 대장균 개체수를 산출할 수 있다.
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본 발명에 따르면, 연속적으로 트립토판 형광강도를 측정하여 미생물의 오염을 간접적으로 모니터링할 수 있으며, 미생물 경고 범위에 따른 알람정보를 생성하여 전송할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 유기물 정성, 정량분석을 이용한 BOD 측정방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 유기물의 존재 또는 생물의 생사를 측정하는 생사 측정 장치의 구성도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 수질내 미생물 유해성 실시간 모니터링 장치의 구성도이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 센서 장치를 포함하는 수돗물 내 목표 미생물 실시간 검출 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템의 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 연속형 형광분석장치의 연속형 시료 측정부를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 연속형 형광분석장치의 형광강도분석부의 구체적인 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템에서 연속형 형광분석장치에 의해 검출되는 형광강도에 대응하는 트립토판 농도 및 형광강도에 대응하는 대장균 개체수를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템에서 트립토판 농도에 대응하는 BOD5 농도를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법에서 연속형 형광분석장치가 연속적으로 안정적인 형광강도를 측정할 수 있도록 시료 공급을 제어하고 광원을 조절하는 것을 나타내는 동작흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법에서 대장균 검출에 따른 알람정보 생성을 나타내는 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템]
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템의 구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 연속형 형광분석장치의 연속형 시료 측정부를 구체적으로 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 5에 도시된 연속형 형광분석장치의 형광강도분석부의 구체적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템은, 시료 공급부(100), 연속형 형광분석 장치(200) 및 관리자 단말(300)을 포함하며, 상기 연속형 형광분석 장치(200)는 연속형 시료 측정부(210), 형광강도 분석부(220), 알람정보 생성부(230) 및 무선통신모듈(240)을 포함하여 구성된다.
시료 공급부(100)는 시료가 형광분석에 영향이 없는 유속으로 공급될 수 있도록 연속형 형광분석장치(200)에 시료를 연속 공급한다. 이때, 시료공급펌프(110)의 동작을 제어함으로써 시료의 유량 공급을 제어할 수 있다. 즉, 상기 시료 공급부(100)는 시료공급펌프(110)의 자동 제어에 의해 연속형 형광분석장치(200)에 의한 형광 분석에 영향이 없는 유속으로 시료를 연속 주입한다.
연속형 형광분석 장치(200)는 상기 시료 공급부(100)로부터 연속 공급되는 시료를 측정하여 형광강도에 따라 트립토판 농도, 대장균 개체수 또는 BOD5 농도를 산출하고, 알람정보를 생성한다. 이때, 상기 연속형 형광분석장치(200)는 미생물 기인 유기물을 트립토판 농도를 나타내는 형광강도로 측정하되, 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 트립토판 형광강도를 측정할 수 있고, 상기 트립토판 형광강도에 따라 트립토판 농도를 산출할 수 있으며, 이때, 상기 산출된 트립토판 농도로부터 대장균 개체수 및 BOD5 농도를 산출할 수도 있다. 또한, 상기 연속형 형광분석장치(200)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 대장균 개체수를 직접 측정할 수도 있다.
구체적으로, 도 5를 참조하면, 상기 연속형 형광분석장치(200)의 연속형 시료 측정부(210)는, 상기 시료 공급부(100)로부터 연속 공급되는 시료에 대해 형광강도를 측정한다.
보다 구체적으로, 도 6을 참조하면, 상기 연속형 시료 측정부(210)는 여기파장 발생기(211), 방출파장 검출기(212) 및 형광강도 변환부(213)를 포함하며, 상기 여기파장 발생기(211)는 광원(211a) 및 여기 단색화장치(211b)를 포함하고, 상기 방출파장 검출기(212)는 방출 단색화장치(212a) 및 검출기(212b)를 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 여기파장 발생기(211)는 광원(211a), 예를 들면, 자외선 발광다이오드(UVLED)를 사용하여 광을 조사하고, 이후, 상기 여기 단색화장치(211b)를 통해, 예를 들면, 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장을 발생시키며, 상기 시료 공급부(100)를 통해 공급되는 시료 상에 광원을 입사한다.
상기 방출파장 검출기(212)는 상기 시료로부터 반사되는 광으로부터 특정 방출파장을 연속적으로 검출한다. 구체적으로, 상기 방출파장 검출기(212)는 방출 단색화장치(212a) 및 검출기(212b)로 이루어지며, 상기 방출 단색화장치(212a), 예를 들면, 밴드패스 필터(Bandpass Filter)가 300㎚ 또는 350㎚의 특정 방출파장을 통과시키면, 소형 분광기(spectrometer) 또는 광다이오드(photodiode)와 같은 검출기(212b)를 사용하여 상기 특정 방출파장의 광을 검출한다.
형광강도 변환부(213)는 상기 상기 방출파장 검출기(212)의 검출기(212b)를 통해 검출된 방출파장을 형광강도로 변환한다.
여기서, 상기 여기파장 발생기(211)와 상기 방출파장 검출기(212)는 90도 각도로 설치되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 여기파장 발생기(211) 및 상기 방출파장 검출기(212)는 광섬유로 연결되는 것이 바람직하다.
도 5를 다시 참조하면, 상기 연속형 형광분석장치(200)의 형광강도분석부(220)는 상기 형광강도에 따라 트립토판 농도, 대장균 개체수 및 BOD5 농도로 산출한다. 구체적으로, 상기 형광강도 분석부(220)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 트립토판 농도 산출부(221), 대장균 개체수 산출부(222), BOD5 결정부(223) 및 수질 리스크 판정부(224)를 포함할 수 있다.
상기 형광강도분석부(220)의 트립토판 농도 산출부(221)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 측정된 형광강도로부터 트립토판 농도를 산출한다. 이때, 상기 트립토판 농도[단위: ㎍/L)는 [(270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도) a]로 주어지며, 이때, a는 비례계수로서, 예를 들면, 0.2787로 산출될 수 있지만, 상기 a값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 연속형 형광분석장치(200)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 대장균 개체수를 형광강도로 측정하여 산출할 수도 있다. 이때, 상기 대장균 개체수[단위: 개체수/㎖]는 [(270㎚~290㎚의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도)] b]로 주어지며, 이때, b는 비례계수로서, 예를 들면, b는 72.074로 주어질 수 있지만, 상기 b값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 형광강도분석부(220)의대장균 개체수 산출부(222)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 트립토판 농도를 나타내는 형광강도를 측정하여 대장균 개체수를 산출할 수 있다. 이때, 상기 대장균 개체수[단위: 개체수/㎖]는 [(트립토판 농도) c]로 주어지며, 이때, c = 258.61로 주어지되, 상기 c값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 형광강도분석부(220)의 BOD5 결정부(223)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 트립토판 농도를 나타내는 형광강도를 측정하여 BOD5 농도를 산출할 수 있다. 이때, 상기 BOD5 농도[mg/L]는 [(트립토판 농도) d + e]로 주어지며, 이때, d = 0.0839, e = -5.7534로 주어지되, 상기 d값 및 e값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
상기 형광강도분석부(220)의 수질 리스크 판정부(224)는 트립토판 농도 및 대장균 개체수로 산출된 값을 대장균 리스크(Risk) 위험 범위인 기준값과 비교하여 수질 리스크를 판정한다. 예를 들면, 대장균 리스크(Risk) 위험 범위는 개체수 범위에 따라 0 개체수/100㎖, 0~1 개체수/100㎖ 범위, 1~10 개체수/100㎖ 범위, 10~100 개체수/100㎖ 범위, 및 100 이상의 개체수/100㎖로 구분될 수 있다.
또한, 상기 연속형 형광분석장치(200)의 알람정보 생성부(230)는 대장균 개체수 범위에 따라 알람 여부를 결정하여 알람정보를 생성한다. 여기서, 상기 알람정보 생성부(230)는 연속적으로 측정되는 형광강도를 형광강도 분석부(220)에서 트립토판 농도 및 대장균 개체수로 산출된 값을 대장균 리스크(Risk) 위험 범위인 기준값과의 비교 결과에 따라 알람정보를 생성하며, 이후, 무선통신모듈(240)을 통해 관리자 단말(300)에게 무선으로 실시간 전송한다. 예를 들면, 상기 알람정보 생성부(230)에서 대장균 리스크 범위는 개체수 범위에 따라 0 개체수/100㎖는 "안전함", 0~1 개체수/100㎖ 범위는 "약간 안전함", 1~10 개체수/100㎖ 범위는 "약간 위험함", 10~100 개체수/100㎖ 범위는 "위험함", 100 이상의 개체수/100㎖는 "매우 위험함"으로 알람정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 알람정보 생성부(230)는 상기 트립토판 농도가 10㎍/L 이상이면 미생물에 의한 오염을 간접적으로 표시할 수 있도록 대장균 개체수를 산출하여 알람정보를 생성할 수도 있다.
상기 연속형 형광분석장치(200)의 무선통신모듈(240)은 상기 알람정보를 무선으로 관리자 단말(300)에게 실시간 전송한다.
관리자 단말(300)은 상기 연속형 형광분석장치(200)의 무선통신모듈(240)을 통해 전송되는 상기 알람정보를 수신한다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템에서 연속형 형광분석장치에 의해 검출되는 형광강도에 대응하는 트립토판 농도 및 형광강도에 대응하는 대장균 개체수를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템에서 트립토판 농도에 대응하는 BOD5 농도를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템의 경우, 수중에 존재하는 미생물의 편리한 측정지표로서 미생물 기인 유기물인 트립토판 농도를 사용하며, 소정 범위의 여기파장 및 특정 방출파장으로 시료를 실시간 측정하는 연속형 형광분석장치를 사용함으로써 미생물 기인 유기물 농도 및 대장균 개체수(E.coli)를 정량화할 수 있다.
특히, 물과 관련하여 미생물이 발생할 수 있는 급수 시스템을 대상으로 미생물 기인 유기물인 트립토판을 측정지표로 사용함으로써 미생물 기인 유기물 농도, 대장균 개체수 및 BOD5의 지표로 모니터링하기 위한 것으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 연속형 형광분석장치(200)는, 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 측정된 형광강도로부터 트립토판 농도를 산출한다. 이때, 상기 트립토판 농도[단위: ㎍/L)는 [(270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도) a]로 주어지며, 이때, a는 비례계수로서, 예를 들면, 0.2787로 산출될 수 있지만, 상기 a값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 연속형 형광분석장치(200)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 대장균 개체수를 형광강도로 측정하여 산출할 수도 있다. 이때, 상기 대장균 개체수[단위: 개체수/㎖]는 [(270㎚~290㎚의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도)] b]로 주어지며, 이때, b는 비례계수로서, 예를 들면, b는 72.074로 주어질 수 있지만, 상기 b값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
이에 따라, 연속적으로 공급되는 시료에 대응하도록 연속형 형광분석장치를 이용하여 미생물 기인 유기물을 측정함으로써, 미생물 기인 유기물을 특성화하고 정량화하여 수질을 실시간 모니터링할 수 있다. 또한, 수중의 미생물 기인 유기물로서 트립토판을 측정지표로 사용함으로써 어떤 병원균에 특정되지 않으면서도 비병원성으로 안전하게 측정할 수 있고, 수질 모니터링의 도구로 사용할 수 있으며, 수중의 트립토판 농도를 산출하여 대장균 개체수를 산출할 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 연속형 형광분석장치(200)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 트립토판 농도를 나타내는 형광강도를 측정하여 BOD5 농도를 산출할 수 있다. 이때, 상기 BOD5 농도[mg/L]는 [(트립토판 농도) d + e]로 주어지며, 이때, d = 0.0839, e = -5.7534로 주어지되, 상기 d값 및 e값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
즉, 수중의 트립토판 농도를 산출하여 BOD5의 지표(Indicator)로 사용할 수 있으며, 수질 모니터링의 도구로 사용할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 연속적으로 공급되는 시료에 대응하도록 연속형 형광분석장치(Fluorescence Spectroscopy)를 이용하여 수중의 미생물 기인 유기물인 미생물 활동과 관련이 있는 아미노산인 트립토판의 고유 형광을 이용하여 측정함으로써, 미생물 기인 유기물을 특성화하여 정량화하고 수질을 실시간 모니터링할 수 있다. 또한, 유기물인 미생물 활동과 관련이 있는 아미노산인 트립토판 측정을 위해서 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장 및 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장을 이용하여 시료의 형광강도를 측정하여 대장균 개체수를 산출할 수 있다.
[연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법]
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법은, 연속형 시료 측정부(210), 형광강도 분석부(220), 알람정보 생성부(230) 및 무선통신모듈(240)을 구비한 연속형 형광분석장치(200)를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법으로서, 먼저, 연속 공급되는 시료의 유량 및 연속형 시료 측정부(210)의 광원 세기가 고정되도록 설정한다(S110).
다음으로, 상기 연속형 시료 측정부(210)의 여기파장 발생기(211)가 소정 범위의 여기파장을 발생하고, 방출파장 검출기(212)가 특정 방출파장을 검출하도록 설정한다(S120).
다음으로, 시료 공급부(100)가 상기 연속형 시료 측정부(210)로 시료를 연속 공급한다(S130). 즉, 상기 시료 공급부(100)는 시료공급펌프(110)의 자동 제어에 의해 연속형 형광분석장치(200)에 의한 형광 분석에 영향이 없는 유속으로 시료를 연속 주입한다.
다음으로, 상기 연속형 시료 측정부(210)가 상기 연속적으로 공급되는 시료를 측정하여, 검출된 방출파장을 형광강도로 변환한다(S140). 이때, 상기 연속형 시료 측정부(210)는 미생물 기인 유기물을 트립토판 농도를 나타내는 형광강도로 측정하되, 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 트립토판 형광강도를 측정할 수 있고, 또한, 상기 연속형 형광분석장치(200)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 대장균 개체수를 직접 측정할 수도 있다.
다음으로, 상기 형광강도분석부(220)가 상기 형광강도에 따라 트립토판 농도, 대장균 개체수 및 BOD5 농도를 각각 산출한다(S150). 즉, 상기 트립토판 형광강도에 따라 트립토판 농도를 산출할 수 있으며, 이때, 상기 산출된 트립토판 농도로부터 대장균 개체수 및 BOD5 농도를 산출할 수도 있다.
구체적으로, 상기 형광강도분석부(220)의 트립토판 농도 산출부(221)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 측정된 형광강도로부터 트립토판 농도를 산출한다. 이때, 상기 트립토판 농도[단위: ㎍/L)는 [(270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도) a]로 주어지며, 이때, a는 비례계수로서, 예를 들면, 0.2787로 산출될 수 있지만, 상기 a값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 연속형 형광분석장치(200)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 대장균 개체수를 형광강도로 측정하여 산출할 수도 있다. 이때, 상기 대장균 개체수[단위: 개체수/㎖]는 [(270㎚~290㎚의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도)] b]로 주어지며, 이때, b는 비례계수로서, 예를 들면, b는 72.074로 주어질 수 있지만, 상기 b값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 형광강도분석부(220)의대장균 개체수 산출부(222)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 트립토판 농도를 나타내는 형광강도를 측정하여 대장균 개체수를 산출할 수 있다. 이때, 상기 대장균 개체수[단위: 개체수/㎖]는 [(트립토판 농도) c]로 주어지며, 이때, c = 258.61로 주어지되, 상기 c값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 형광강도분석부(220)의 BOD5 결정부(223)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 트립토판 농도를 나타내는 형광강도를 측정하여 BOD5 농도를 산출할 수 있다. 이때, 상기 BOD5 농도[mg/L]는 [(트립토판 농도) d + e]로 주어지며, 이때, d = 0.0839, e = -5.7534로 주어지되, 상기 d값 및 e값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라질 수 있다.
다음으로, 상기 형광강도분석부(220)가 기설정된 트립토판 기준값, 대장균 개체수 기준값과 각각 비교하여 수질 리스크를 판정한다(S160). 즉, 트립토판 농도 및 대장균 개체수로 산출된 값을 대장균 리스크(Risk) 위험 범위인 기준값과 비교하여 수질 리스크를 판정한다. 예를 들면, 대장균 리스크(Risk) 위험 범위는 개체수 범위에 따라 0 개체수/100㎖, 0~1 개체수/100㎖ 범위, 1~10 개체수/100㎖ 범위, 10~100 개체수/100㎖ 범위, 및 100 이상의 개체수/100㎖로 구분될 수 있다.
다음으로, 상기 알람정보 생성부(230)가 수질 리스크 판정결과에 따른 알람정보를 생성한다(S170). 여기서, 상기 알람정보 생성부(230)는 연속적으로 측정되는 형광강도를 형광강도 분석부(220)에서 트립토판 농도 및 대장균 개체수로 산출된 값을 대장균 리스크(Risk) 위험 범위인 기준값과의 비교 결과에 따라 알람정보를 생성하며, 이후, 무선통신모듈(240)을 통해 관리자 단말(300)에게 무선으로 실시간 전송한다. 예를 들면, 상기 알람정보 생성부(230)에서 대장균 리스크 범위는 개체수 범위에 따라 0 개체수/100㎖는 "안전함", 0~1 개체수/100㎖ 범위는 "약간 안전함", 1~10 개체수/100㎖ 범위는 "약간 위험함", 10~100 개체수/100㎖ 범위는 "위험함", 100 이상의 개체수/100㎖는 "매우 위험함"으로 알람정보를 생성할 수 있다. 또한, 상기 알람정보 생성부(230)는 상기 트립토판 농도가 10㎍/L 이상이면 미생물에 의한 오염을 간접적으로 표시할 수 있도록 대장균 개체수를 산출하여 알람정보를 생성할 수도 있다.
다음으로, 상기 무선통신모듈(240)을 통해 관리자 단말(300)에게 알람정보를 전송한다(S180).
한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법에서 연속형 형광분석장치가 연속적으로 안정적인 형광강도를 측정할 수 있도록 시료 공급을 제어하고 광원을 조절하는 것을 나타내는 동작흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법에서, 연속 공급되는 시료의 유량 및 연속형 시료 측정부(210)의 광원 세기가 고정되도록 설정하는데, 구체적으로, 상기 여기파장 발생기(211)가 소정 범위의 여기파장을 발생하고, 상기 방출 파장 검출기(212)가 특정 방출파장을 검출하도록 광원 세기를 조절한다(S111).
다음으로, 시료공급펌프(110)의 제어에 따라 상기 시료 공급부(100)로부터 연속 공급되는 시료의 유량을 조절한다(S112).
다음으로, 상기 시료 측정부(210)가 10㎍/L의 트립토판의 형광강도를 측정한다(S113).
다음으로, 상기 측정된 트립토판 형광강도가 설정값보다 큰지 비교한다(S114). 이때, 상기 트립토판 형광강도가 설정값보다 작은 경우, 상기 S111 내지 S114 단계를 반복하여 수행한다.
다음으로, 상기 트립토판 형광강도가 설정값보다 큰 경우, 연속 공급되는 시료의 유량과 및 광원 세기를 고정한다.
이에 따라, 상기 연속형 형광분석장치(200)가 연속적으로 안정적인 형광강도를 측정할 수 있도록 사전에 시료 공급을 제어하고 광원을 조절할 수 있다. 즉, 연속적으로 시료를 측정하기 위해서는 광원을 조절하고, 시료공급펌프(110)의 유량 제어가 필요하며, 예를 들면, 광원 및 유량을 고정하고 트립토판 10㎍/L를 기준으로 측정했을 때, 형광강도가 기준치 이하이면, 광원을 증가시키고, 유량을 조절하여 적정 광원 및 유량을 찾아 측정할 수 있다.
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법에서 대장균 검출에 따른 알람정보 생성을 나타내는 동작흐름도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법에서, 전술한 바와 같이, 시료의 트립토판 형광강도를 측정한 후(S140), 트립토판 농도 및 대장균 개체수를 산출하면(S150), 이후, 상기 산출된 대장균 개체수에 따른 알람정보를 생성하거나 또는 상기 트립토판 농도에 따른 알람정보를 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 산출된 대장균 개체수에 따른 알람정보를 생성한다(S161). 예를 들면, 상기 대장균 개체수에 따른 알람정보는 안전함, 약간 안전함, 약간 위험함, 위험함 및 매우 위험함중 어느 하나일 수 있다.
다음으로, 상기 트립토판 농도가 기준값, 예를 들면, 10㎍/L보다 큰지 비교한다(S162).
다음으로, 상기 트립토판 농도가 기준값보다 큰 경우, 상기 트립토판 농도에 따른 알람정보를 생성한다(S163). 후속적으로, 상기 산출된 대장균 개체수에 따른 알람정보 또는 상기 트립토판 농도에 따른 알람정보를 상기 관리자 단말(300)에게 전송한다(S170).
다시 말하면, 상기 트립토판 농도가 10㎍/L 이상이면 미생물에 의한 오염을 간접적으로 표시하며, 대장균 개체수를 산출하여 알람정보를 전송한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 연속적으로 트립토판 형광강도를 측정하여 미생물의 오염을 간접적으로 모니터링할 수 있으며, 미생물 경고 범위에 따른 알람정보를 생성하여 전송할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 시료 공급부 200: 연속형 형광분석 장치
300: 관리자 단말 110: 시료공급펌프
210: 연속형 시료 측정부 220: 형광강도 분석부
230: 알람정보 생성부 240: 무선통신모듈
211: 여기파장 발생기 212: 방출파장 검출기
213: 형광강도 변환부
221: 트립토판 농도 산출부 222: 대장균 개체수 산출부
223: BOD5 결정부 224: 수질 리스크 판정부
211a: UVLED 광원 211b: 여기 단색화 장치
212a: 방출 단색화 장치 212b: 검출기

Claims (23)

  1. 형광분석에 영향이 없는 유속으로 공급될 수 있도록 시료를 연속 공급하는 시료 공급부(100);
    상기 시료 공급부(100)로부터 연속 공급되는 시료를 측정하여 형광강도에 따라 트립토판 농도, 대장균 개체수 또는 BOD5 농도를 산출하고, 알람정보를 생성하는 연속형 형광분석 장치(200); 및
    상기 연속형 형광분석장치(200)의 무선통신모듈(240)을 통해 전송되는 상기 알람정보를 수신하는 관리자 단말(300)을 포함하되,
    상기 시료 공급부(100)는 시료공급펌프(110)의 자동 제어에 의해 상기 연속형 형광분석장치(200)에 의한 형광 분석에 영향이 없는 유속으로 시료를 연속 주입하며;
    상기 연속형 형광분석 장치(200)는, 상기 시료 공급부(100)로부터 연속 공급되는 시료에 대해 형광강도를 측정하는 연속형 시료 측정부(210); 상기 형광강도에 따라 트립토판 농도, 대장균 개체수 및 BOD5 농도로 산출하는 형광강도 분석부(220); 대장균 개체수 범위에 따라 알람 여부를 결정하여 알람정보를 생성하는 알람정보 생성부(230); 및 상기 알람정보를 관리자 단말(300)에게 무선으로 전송하는 무선통신모듈(240)을 포함하며; 그리고
    상기 연속형 형광분석 장치(200)는 미생물 기인 유기물을 트립토판(Tryptophan) 농도를 나타내는 형광강도로 측정하되, 소정 범위의 여기파장과 특정 방출파장에 따라 트립토판 형광강도를 측정하고, 상기 트립토판 형광강도에 따라 트립토판 농도를 산출하며, 상기 산출된 트립토판 농도로부터 대장균 개체수 및 BOD5 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 연속형 시료 측정부(210)는,
    광원(211a) 및 여기 단색화장치(211b)를 포함하고, 광원(211a)인 자외선 발광다이오드(UVLED)를 사용하여 광을 조사하고, 상기 여기 단색화장치(211b)를 통해, 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장을 발생시키며, 상기 시료 공급부(100)를 통해 공급되는 시료 상에 광원을 입사하는 여기파장 발생기(211);
    방출 단색화장치(212a) 및 검출기(212b)를 포함하고, 상기 시료로부터 반사되는 광으로부터 특정 방출파장을 연속적으로 검출하되, 상기 방출 단색화장치(212a)인 밴드패스 필터(Bandpass Filter)가 300㎚ 또는 350㎚의 특정 방출파장을 통과시키면, 소형 분광기(spectrometer)나 광다이오드(photodiode)와 같은 검출기(212b)를 사용하여 상기 특정 방출파장의 광을 검출하는 방출파장 검출기(212); 및
    상기 방출파장 검출기(212)의 검출기(212b)를 통해 검출된 방출파장을 형광강도로 변환하는 형광강도 변환부(213)를 포함하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 여기파장 발생기(211) 및 상기 방출파장 검출기(212)는 90도 각도로 설치되고, 광섬유로 연결되는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 형광강도 분석부(220)는,
    270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 측정된 형광강도로부터 트립토판 농도를 산출하는 트립토판 농도 산출부(221);
    270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 트립토판 농도를 나타내는 형광강도를 측정하여 대장균 개체수를 산출하는 대장균 개체수 산출부(222);
    270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 트립토판 농도를 나타내는 형광강도를 측정하여 BOD5 농도를 산출하는 BOD5 결정부(223); 및
    트립토판 농도 및 대장균 개체수로 산출된 값을 대장균 리스크(Risk) 위험 범위인 기준값과 비교하여 수질 리스크를 판정하는 수질 리스크 판정부(224)를 포함하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 트립토판 농도 산출부(221)에서 산출되는 트립토판 농도[단위: ㎍/L)는 [(270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도) a]로 주어지며, a는 비례계수로서, 상기 a값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 연속형 형광분석장치(200)는 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 대장균 개체수를 형광강도로 측정하여 산출하되, 상기 대장균 개체수[단위: 개체수/㎖]는 [(270㎚~290㎚의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도)] b]로 주어지며, b는 비례계수로서, 상기 b값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 대장균 개체수 산출부(222)에서 산출되는 대장균 개체수[단위: 개체수/㎖]는 [(트립토판 농도) c]로 주어지며, c는 비례계수로서, 상기 c값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 BOD5 결정부(223)에서 산출되는 BOD5 농도[mg/L]는 [(트립토판 농도) d + e]로 주어지며, d 및 e는 비례계수로서, 상기 d값 및 e값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 알람정보 생성부(230)에서 대장균 리스크 범위는 개체수 범위에 따라 0 개체수/100㎖는 "안전함", 0~1 개체수/100㎖ 범위는 "약간 안전함", 1~10 개체수/100㎖ 범위는 "약간 위험함", 10~100 개체수/100㎖ 범위는 "위험함", 100 이상의 개체수/100㎖는 "매우 위험함"으로 알람정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 알람정보 생성부(230)는 상기 트립토판 농도가 10㎍/L 이상이면 미생물에 의한 오염을 간접적으로 표시할 수 있도록 대장균 개체수를 산출하여 알람정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 시스템.
  13. 연속형 시료 측정부(210), 형광강도 분석부(220), 알람정보 생성부(230) 및 무선통신모듈(240)을 구비한 연속형 형광분석장치(200)를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법에 있어서,
    a) 연속 공급되는 시료의 유량 및 연속형 시료 측정부(210)의 광원 세기가 고정되도록 설정하는 단계;
    b) 상기 연속형 시료 측정부(210)의 여기파장 발생기(211)가 소정 범위의 여기파장을 발생하고, 방출파장 검출기(212)가 특정 방출파장을 검출하도록 설정하는 단계;
    c) 시료 공급부(100)가 상기 연속형 시료 측정부(210)로 시료를 연속 공급하는 단계;
    d) 상기 연속형 시료 측정부(210)가 상기 연속적으로 공급되는 시료를 측정하여, 검출된 방출파장으로부터 형광강도로 변환하는 단계;
    e) 상기 형광강도분석부(220)가 상기 형광강도에 따라 트립토판 농도, 대장균 개체수 및 BOD5 농도를 각각 산출하는 단계;
    f) 상기 형광강도분석부(220)가 기설정된 트립토판 기준값, 대장균 개체수 기준값과 각각 비교하여 수질 리스크를 판정하는 단계;
    g) 상기 알람정보 생성부(230)가 수질 리스크 판정결과에 따른 알람정보를 생성하는 단계; 및
    h) 상기 무선통신모듈(240)을 통해 관리자 단말(300)에게 알람정보를 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 연속형 형광분석 장치(200)는 미생물 기인 유기물을 트립토판(Tryptophan) 농도를 나타내는 형광강도로 측정하되, 소정 범위의 여기파장과 특정 방출파장에 따라 트립토판 형광강도를 측정하고, 상기 트립토판 형광강도에 따라 트립토판 농도를 산출하며, 상기 산출된 트립토판 농도로부터 대장균 개체수 및 BOD5 농도를 산출하며;
    상기 a) 단계에서 연속형 형광분석장치(200)의 연속형 시료 측정부(210)가 시료를 연속적으로 측정하기 위해서 광원 세기를 조절하고 시료공급펌프(110)에서 유량을 제어하고; 그리고 상기 a) 단계에서 연속형 형광분석장치(200)는 광원 및 유량을 고정하고 트립토판 10㎍/L를 기준으로 측정했을 때 형광강도가 기준치 이하이면, 광원을 증가시키고, 유량을 조절하여 적정 광원 및 유량을 찾아 측정할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서, 상기 a) 단계는,
    a-1) 상기 여기파장 발생기(211)가 소정 범위의 여기파장을 발생하고, 상기 방출 파장 검출기(212)가 특정 방출파장을 검출하도록 광원 세기를 조절하는 단계;
    a-2) 시료공급펌프(110)의 제어에 따라 상기 시료 공급부(100)로부터 연속 공급되는 시료의 유량을 조절하는 단계;
    a-3) 상기 시료 측정부(210)가 10㎍/L의 트립토판의 형광강도를 측정하는 단계;
    a-4) 상기 측정된 트립토판 형광강도가 설정값보다 큰지 비교하는 단계; 및
    a-5) 상기 트립토판 형광강도가 설정값보다 큰 경우, 연속 공급되는 시료의 유량과 및 광원 세기를 고정하는 단계를 포함하되,
    상기 트립토판 형광강도가 설정값보다 작은 경우, 상기 a-1) 내지 a-4) 단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 e) 단계에서 산출되는 트립토판 농도[단위: ㎍/L)는 [(270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도) a]로 주어지며, a는 비례계수로서, 상기 a값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 e) 단계에서 270㎚~290㎚ 범위의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에 따라 대장균 개체수를 형광강도로 측정하여 산출하되, 상기 대장균 개체수[단위: 개체수/㎖]는 [(270㎚~290㎚의 여기파장과 300㎚ 또는 350㎚의 방출파장에서의 형광강도)] b]로 주어지며, b는 비례계수로서, 상기 b값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 e) 단계에서 산출되는 대장균 개체수[단위: 개체수/㎖]는 [(트립토판 농도) c]로 주어지며, c는 비례계수로서, 상기 c값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 e) 단계에서 산출되는 BOD5 농도[mg/L]는 [(트립토판 농도) d + e]로 주어지며, d 및 e는 비례계수로서, 상기 d값 및 e값은 UVLED 광원(211a)의 세기에 대응하는 형광강도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 g) 단계에서, 상기 산출된 대장균 개체수에 따른 알람정보를 생성하거나 또는 상기 트립토판 농도에 따른 알람정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법.
  22. 제13항에 있어서, 상기 g) 단계는,
    g-1) 상기 산출된 대장균 개체수에 따른 알람정보를 생성하는 단계;
    g-2) 상기 트립토판 농도가 기준값인 10㎍/L보다 큰지 비교하는 단계; 및
    g-3) 상기 트립토판 농도가 기준값보다 큰 경우, 상기 트립토판 농도에 따른 알람정보를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 대장균 개체수에 따른 알람정보는 안전함, 약간 안전함, 약간 위험함, 위험함 및 매우 위험함중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 g-1) 단계에서 대장균 개체수 범위에 따라 0 개체수/100㎖는 "안전함", 0~1 개체수/100㎖ 범위는 "약간 안전함", 1~10 개체수/100㎖ 범위는 "약간 위험함", 10~100 개체수/100㎖ 범위는 "위험함", 100 이상의 개체수/100㎖는 "매우 위험함"으로 알람정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 연속형 형광분석장치를 이용한 미생물 기인 유기물 측정 방법.
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