KR102571713B1 - 통합 생태독성감시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 시료수의 투입에 따른 물벼룩의 움직임의 변화를 측정하여 제 1 독성지수를 산출하는 물벼룩 생태독성감시장치, 시료수의 투입에 따른 조류의 형광량 변화율을 측정하여 제 2 독성지수를 산출하는 조류 생태독성감시장치, 시료수의 투입에 따른 발광박테리아의 발광량 변화율을 측정하여 제 3 독성지수를 산출하는 발광박테리아 생태독성감시장치, 시료수의 투입에 따라 황산화 박테리아에 의하여 생성된 황산염 이온에 의한 전기전도도의 변화율로부터 제 4 독성지수를 산출하는 황산화박테리아 생태독성감시장치 및 상기 물벼룩 생태독성감시장치, 상기 조류 생태독성감시장치, 상기 발광박테리아 생태독성감시장치 및 상기 황산화박테리아 생태독성감시장치에서 산출된 제 1 독성지수 내지 제 4 독성지수를 통합하여 통합독성지수를 산정하는 통합제어부를 포함하는, 통합 생태독성감시장치를 제공한다.
Description
본 발명은 통합 생태독성감시 장치에 관한 것이다.
수질을 개선하고 생태계를 보호하기 위하여 하수와 폐수를 처리하는 시설이 설치되어 운영되고 있지만 생물학적 또는 물리 화학적 처리과정은 유해화학물질을 완벽하게 제거하지 못한다. 하수와 폐수의 처리과정에서 제거되지 않는 유해화학물질들은 공공수역으로 방류되어 생태계와 보건에 악영향을 미치고 있다.
환경분석을 위하여 종래에는 이화학적인 분석기술을 적용해 독성 물질을 정량적으로 분석하였다. 그러나 이화학적인 분석기술은 분석에 소요되는 비용, 시간, 기술, 인력적인 측면에서 광활한 측정영역을 분석하기에는 현실적으로 불가능하다. 그러므로 환경분석을 위한 과학적이고 효율적인 관리방안으로 생태독성평가 분석기술이 대두된다.
생태독성평가 분석기술은 생물을 사용하여 환경 내에 존재하는 물질의 유해성을 평가하는 기술이다. 이 기술은 사용되는 이질적인 물질이 생물에 농축되었을 시 발생하는 피해나 다양한 화합물이 공존했을 시 발생할 수 있는 생물학적 이용성에 대한 정보를 파악할 수 있다.
생물체를 이용하는 생태독성감시장치의 종류는 일반적으로 생물체의 종류에 따라서 구분이 되고 이에 따라 장치의 구성요소가 변화된다. 다양한 생물체(호기성 미생물, 질산화 미생물, 황산화 미생물, 발광 미생물, 반달말 등의 조류 등)를 이용하여 외부 오염물질에 따라서 반응하는 생물체의 성장속도, 호흡율, 발광도 등을 측정한다.
한편, 생물체에 따라 화학물질에 대한 반응도가 상이하게 나타난다. 예를 들면, 구리이온에 대한 반응도는, 물벼룩에서 가장 높게 나타나며, 미세조류, 황산화박테리아, 발광박테리아 순으로 점차 낮아진다. 아울러, 시안이온에 대한 반응도는, 미세 조류에서 가장 높게 나타나며, 물벼룩 또는 황산화박테리아, 발광 박테리아 순으로 점차 낮아진다. 아울러, 잔류염소에 대한 반응도는, 발광 박테리아 또는 황산화 박테리아에서 가장 높게 나타나며, 미세조류, 물벼룩 순으로 점차 낮아진다. 아울러, 농약에 대한 반응도는, 발광 박테리아에서 가장 높게 나타나며, 물벼룩 또는 황산화박테리아, 미세조류 순으로 점차 낮아진다.
이와 같이, 생물체에 따라 화학물질에 대한 반응도가 상이하게 나타나지만, 종래의 생태독성감지장치는 다양한 생물체 중 한 종을 이용하여 생태 독성값을 측정하였기 때문에, 다양한 독성물질의 영향을 정확하게 추정할 수 없다는 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 다종 생물종을 이용하여 생태독성을 측정할 수 있는 통합 생태독성감시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 시료수의 투입에 따른 물벼룩의 움직임의 변화를 측정하여 제 1 독성지수를 산출하는 물벼룩 생태독성감시장치, 시료수의 투입에 따른 조류의 형광량 변화율을 측정하여 제 2 독성지수를 산출하는 조류 생태독성감시장치, 시료수의 투입에 따른 발광박테리아의 발광량 변화율을 측정하여 제 3 독성지수를 산출하는 발광박테리아 생태독성감시장치, 시료수의 투입에 따라 황산화박테리아에 의하여 생성된 황산염 이온에 의한 전기전도도의 변화율로부터 제 4 독성지수를 산출하는 황산화박테리아 생태독성감시장치 및 상기 물벼룩 생태독성감시장치, 상기 조류 생태독성감시장치, 상기 발광박테리아 생태독성감시장치 및 상기 황산화박테리아 생태독성감시장치에서 산출된 제 1 독성지수 내지 제 4 독성지수를 통합하여 통합독성지수를 산정하는 통합제어부; 를 포함하는, 통합 생태독성감시장치를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 통합제어부는 제 1 독성지수 내지 제 4 독성지수 및 통합독성지수를 통합모니터에 표시할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 통합독성지수()는,
에 의해 산출되고, 는 i번째 시각에서의 물벼룩 생태독성감시장치의 값, 는 i번째 시각에서의 조류 생태독성감시장치의 값, 는 i번째 시각에서의 발광박테리아 생태독성감시장치의 값, 는 i번째 시각에서의 황산화박테리아 생태독성감시장치의 값이고, w1내지 w4 는 에 의해 산출될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 물벼룩 생태독성감시장치는, 하우징; 시료를 보관하는 시료 보관부 및 상기 시료를 희석하는 배양액을 보관하는 배양액 보관부를 포함하는 공급부; 상기 시료 보관부로부터 공급받은 시료가 저류되는 시료 저류조, 상기 배양액 보관부로부터 공급받은 배양액이 저류되는 배양액 저류조, 및 상기 시료 저류조에서 분주되는 다수의 시료 분주라인과 상기 배양액 저류조에서 분주되는 다수의 배양액 분주라인과 연결되며 시료 또는 배양액을 서로 다른 희석 비율로 공급하도록 제어되는 다수의 희석용 밸브를 포함하는 연속희석부; 내부에 수생생물이 수용되며, 상기 연속희석부를 통해 시료 및 배양액의 혼합물을 연속적으로 공급받는 챔버부; 수생생물의 활동을 촬영하는 광학 측정부; 및 상기 광학 측정부로부터 전달된 촬영 영상을 통해 상기 시료의 독성을 평가하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연속희석부는, 수직하게 연장되는 바디 및 상기 바디의 후방에서 전방으로 관통하도록 형성되며, 상기 챔버부 그리고 상기 희석용 밸브와 연결되는 다수의 희석라인을 더 포함하고, 상기 시료 저류조 및 상기 배양액 저류조는 상기 바디를 수직방향으로 관통하도록 형성되고, 상기 시료 분주라인은, 상기 시료 저류조에서 상기 바디의 후방으로 관통되고 수직방향을 따라 서로 이격배치되며, 상기 배양액 분주라인은, 상기 배양액 저류조에서 상기 바디의 후방으로 관통되고 수직방향을 따라 서로 이격배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 조류 생태독성감시장치는, 배양액을 보관하는 배양액 보관부, 시료수를 보관하는 시료수 도입부 및 조류를 보관하는 조류 보관부를 포함하는 보관부; 내부에 조류 보관부로부터 공급받은 조류가 수용되는 복수의 챔버; 상기 배양액 보관부의 배양액 및 상기 시료수 도입부의 시료수 중 하나 이상을 상기 복수의 챔버 각각에 공급하도록 제어되는 제어밸브부; 조류의 형광량을 검출하는 형광 측정부; 및 상기 보관부 상기 제어밸브부 및 상기 형광 측정부의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 형광 측정부는, 상기 챔버에 광을 조사하는 광원부 및 각 챔버의 조류의 형광을 검출하는 검출부를 포함하고, 상기 제어부는 각 검출부에서 전달된 형광량으로부터 형광량 변화율을 산출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 발광박테리아 생태독성감시장치는, 제 1 반응조, 제 2 반응조 및 제 3 반응조를 포함하는 반응부; 1 반응조, 제 2 반응조 및 제 3 반응조 각각에 발광박테리아를 포함하는 배양액을 공급하는 배양액 공급부; 상기 제 2반응조 및 상기 제 3 반응조에 서로 상이한 농도의 시료수를 공급하는 시료수 공급부; 발광박테리아의 발광량을 측정하는 광학측정부; 및 상기 배양액 공급부, 상기 시료수 공급부 및 상기 광학측정부의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 각 반응조의 발광량 변화율에 기초하여 시료수의 독성을 측정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 황산화박테리아 생태독성감시장치는, 제 1 반응조, 제 2 반응조 및 제 3 반응조를 포함하며, 내부에 복수의 황입자가 수용되는 반응부; 상기 제 1 반응조 및 상기 제 2 반응조에 배양액을 공급하는 배양액 공급부; 상기 제 2반응조 및 상기 제 3 반응조에 서로 상이한 농도의 시료수를 공급하는 시료수 공급부; 상기 반응부 내부에 구비되며, 전기전도도를 측정하는 전기전도도 측정부; 및 상기 배양액 공급부, 상기 시료수 공급부 및 상기 전기전도도 측정부의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 상기 제어부는, 각 반응조의 전기전도도 변화율에 기초하여 시료수의 독성을 측정할 수 있다.
본 발명의 통합 생태독성측정 장치에 따르면, 물벼룩 생태독성감시장치, 조류 생태독성감시장치, 발광박테리아 생태독성감시장치, 황산화박테리아 생태독성감시장치 각각에서 산정된 독성지수에 기초하여 통합독성지수를 산출하므로, 다양한 독성물질의 영향을 보다 정확하게 추정할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 통합 생태독성감시장치의 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 의한 통합 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 3 는 본 발명의 일 실시예에 의한 물벼룩 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 의한 물벼룩 생태독성감시장치의 개략도이다.
도 5 은 본 발명의 일 실시예에 의한 연속희석부의 사시도이다.
도 6 는 도 5 의 A-A' 방향 단면도이다.
도 7 는 도 5 의 B-B' 방향 단면도이다.
도 8 은 도 5 의 C-C' 방향의 단면 사시도이다.
도 9 는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 10 는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 개략도이다.
도 11 은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치에서 시료수의 독성을 측정하는 방법의 순서도이다.
도 12은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 13 은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 개략도이다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 15 는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치의 개략도이다.
도 16 은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치에서 시료수의 독성을 측정하는 방법의 순서도이다.
도 17 는 본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 18 은 본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치의 개략도이다.
도 19 는 본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치에서 시료수의 독성을 측정하는 방법의 순서도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 의한 통합 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 3 는 본 발명의 일 실시예에 의한 물벼룩 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 의한 물벼룩 생태독성감시장치의 개략도이다.
도 5 은 본 발명의 일 실시예에 의한 연속희석부의 사시도이다.
도 6 는 도 5 의 A-A' 방향 단면도이다.
도 7 는 도 5 의 B-B' 방향 단면도이다.
도 8 은 도 5 의 C-C' 방향의 단면 사시도이다.
도 9 는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 10 는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 개략도이다.
도 11 은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치에서 시료수의 독성을 측정하는 방법의 순서도이다.
도 12은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 13 은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 개략도이다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 15 는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치의 개략도이다.
도 16 은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치에서 시료수의 독성을 측정하는 방법의 순서도이다.
도 17 는 본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 18 은 본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치의 개략도이다.
도 19 는 본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치에서 시료수의 독성을 측정하는 방법의 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 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 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 와 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들 또는 단계들을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 해당 구성 요소들 또는 단계들은 서수에 의해 한정되지 않아야 한다. 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성 요소 또는 단계를 다른 구성 요소들 또는 단계들로부터 구별하기 위한 용도로만 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 통합 생태독성감시장치의 사시도이다. 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 의한 통합 생태독성감시장치의 블록도이다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 통합 생태독성감시장치(1)는 물벼룩 생태독성감시장치(1000), 조류 생태독성감시장치(2000), 발광박테리아 생태독성감시장치(3000), 황산화박테리아 생태독성감시장치(4000) 및 통합제어부(5000)를 포함한다.
도 3 는 본 발명의 일 실시예에 의한 물벼룩 생태독성감시장치의 블록도이다. 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 의한 물벼룩 생태독성감시장치의 개략도이다. 도 5 은 본 발명의 일 실시예에 의한 연속희석부의 사시도이다. 도 6 는 도 5 의 A-A' 방향 단면도이다. 도 7 는 도 5 의 B-B' 방향 단면도이다. 도 8 은 도 5 의 C-C' 방향의 단면 사시도이다.
이하에서는, 도 3 내지 도 8 을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 물벼룩 생태독성감시장치를 서술한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 물벼룩 생태독성감시장치(1000)는 하우징(1100), 공급부(1200), 연속희석부(1300), 챔버부(1400), 광학 측정부(1500) 및 제어부(1600)를 포함할 수 있다.
하우징(1100)은 물벼룩 생태독성감시장치(1000)의 외형을 형성하며 하우징(1100)의 내부에 구비된 구성을 보호하게 된다. 이러한 하우징(1100)은 수생생물을 이용한 독성 시험이 이루어질 경우, 외부 환경(온도, 빛 등)의 영향을 차단하여 매 실험마다 동일한 실험 조건 상태를 유지하게 된다.
공급부(1200)는 연속희석부(1300)에 시료, 배양액, 및 조류를 공급하기 위한 것으로서 하우징(1100) 내부에 구비되며, 시료 보관부(1210), 배양액 보관부(1220), 조류 보관부(1230), 폐액 보관부(1240) 및 공급용 밸브(1251, 1252)를 포함하도록 구성된다.
시료 보관부(1210)에는 독성 평가를 하고자 하는 시료가 유입되어 담기게 된다. 이러한 시료는 대개 지표면의 하천이나 고여 있는 물이 있는 호수, 저수지, 저류지에서 채취되거나 하수 처리장, 정수장, 착수정, 폐수 처리장의 공정 단계 또는 방류수로부터 유입될 수 있다.
바람직하게는, 시료 보관부(1210)에는 시료유입관(1210a) 및 시료유출관(1210b)이 연결될 수 있다. 상세하게는, 시료는 시료유입관(1210a)을 따라 시료 보관부(1210)로 연속적으로 유입되며, 시료유출관(1210b)을 따라 시료가 채취된 지역으로 연속적으로 배출될 수 있다. 아울러, 시료는 시료 보관부(1210)에서 폐액 보관부(1240)로 연속적으로 배출될 수 있다. 이에 따라, 시료에 포함된 유해독성물질의 실시간 변화를 측정할 수 있다. .
바람직하게는, 시료 보관부(1210) 내에는 시료에 포함된 부유물 등을 여과할 수 있는 필터(1211)가 배치될 수 있다. 예를 들면 필터(1211)는 금속 필터, 세라믹 필터, 섬유필터, 여과막 등으로 구성될 수 있다.
시료 보관부(1210)로 유입된 시료는 제 1 펌프(P1)에 의해 시료 항온부(1212)로 이송된다.
시료 항온부(1212)에는 예를 들면 펠티어 소자를 이용한 항온장치가 구비된다. 수생생물은 각각 서식하는 환경이 다르므로 최적의 온도를 유지해 주어야 한다. 시료 항온부(1212)는 시료를 가열 또는 냉각하여 시료의 온도를 일정하게 유지시켜 준다.
아울러, 시료 항온부(1212)에는 예를 들면 초음파 장치와 같은 기포제거장치가 구비된다. 시료 항온부(1212)는 시료 내의 기포를 제거하여 광학 측정부(1500)에 의한 촬영시 기포에 의한 영향을 최소화하게 된다.
배양액 보관부(1220)에는 시료를 희석하기 위한 배양액이 보관된다. 배양액은 독성시험 생물을 정상적으로 배양할 수 있도록 제조된 합성수이다.
조류 보관부(1230)에는 독성시험 생물의 먹이인 배양된 조류가 보관되며, 냉장 모듈이 구비된다. 이에 의해, 조류 보관부(1230)는 내부의 온도를 조류가 변질하지 않는 적절한 온도인 대략 5도로 유지할 수 있게 된다.
폐액 보관부(1240)는 연속희석부(1300) 및 챔버부(1400)에서 유출된 시료 및 조류의 혼합물 또는 배양액 및 조류의 혼합물을 보관하게 된다.
공급용 밸브(1251, 1252)는 제 2 펌프(P2)의 작동에 의해 배양액 및 시료를 연속희석부(1300)에 공급한다. 예를 들면, 공급용 밸브는 3방향(3-way) 솔레노이드 밸브로 이루어질 수 있다.
상세하게는, 제 1 공급용 밸브(1251)의 입구측에는 시료 보관부 라인(1213) 및 조류 보관부(1231) 라인에 의해 시료 보관부(1210)의 시료 항온부(1212)와 조류 보관부(1230)가 연결되며, 제 1 공급용 밸브(1251)의 출구측에는 시료 공급 라인(1251a)에 의해 시료 저류조(1320)가 연결된다.
보다 상세하게는, 제 1 공급용 밸브(1251)는 인가되는 전류에 따라 시료 또는 조류를 연속희석부(1300)의 시료 저류조(1320)에 공급하게 된다. 예를 들면, 제 1 공급용 밸브(1251)에 전류가 인가되면, 조류 보관부 라인(1231)은 개방되고 시료 보관부 라인(1213)은 폐쇄되어 조류 보관부(1230)에 수용된 조류는 시료 저류조(1320)로 공급된다. 아울러, 제 1 공급용 밸브(1251)에 전류가 미인가되면, 조류 보관부 라인(1231)은 폐쇄 상태로 전환되고 시료 보관부 라인(1213)은 개방 상태로 전환되어, 시료 항온부(1212)에 수용된 시료는 시료 저류조(1320)로 공급된다.
여기서, 제어부(1600)를 통해 제 1 공급용 밸브(1251)의 개폐 시간을 조절하면, 시료 저류조(1320)에 공급되는 조류 농도를 조절할 수 있게 된다.
한편, 제 2 공급용 밸브(1252)의 입구측에는 배양액 보관부 라인(1221) 및 조류 보관부(1232) 라인에 의해 배양액 보관부(1220)와 조류 보관부(1230) 각각 연결되며, 제 2 공급용 밸브(1252)의 출구측에는 배양액 공급라인(1252a)에 의해 배양액 저류조(1330)가 연결된다.
상세하게는, 제 2 공급용 밸브(1252)는 인가되는 전류에 따라 배양액 또는 조류를 연속희석부(1300)의 배양액 저류조(1330)에 공급하게 된다. 예를 들면, 제 2 공급용 밸브(1252)에 전류가 인가되면 조류 보관부 라인(1232)은 개방되고 배양액 보관부 라인(1221)은 폐쇄되어 조류 보관부(1230)에 수용된 조류가 배양액 저류조(1330)로 공급된다. 아울러, 제 2 공급용 밸브(1252)에 전류가 미인가되면, 조류 보관부 라인(1232)은 폐쇄 상태로 전환되고 배양액 보관부 라인(1221)은 개방 상태로 전환되어, 배양액 보관부(1220)에 수용된 배양액은 배양액 저류조(1330)로 공급된다.
여기서, 제어부(1600)를 통해 제 2 공급용 밸브(1252)의 개폐시간을 조절하면, 배양액 저류조(1330)에 공급되는 조류 농도를 조절할 수 있게 된다.
연속희석부(1300)는, 시료 보관부(1210)와 배양액 보관부(1220)로부터 공급되는 시료와 배양액을 다양한 혼합비로 혼합하여 챔버부(1400)에 서로 다른 희석 비율의 혼합물을 공급한다. 도 5 내지 도 8 에 도시된 바와 같이, 연속희석부(1300)는 바디(1310), 시료 저류조(1320), 배양액 저류조(1330), 희석라인(1340) 및 희석용 밸브(1350)를 포함하도록 구성된다.
바디(1310)는 수직방향을 따라 연장되도록 형성되며, 시료 저류조(1320)는 바디(1310)를 수직방향으로 관통하도록 형성된다. 시료 저류조(1320)의 하단에는 시료 보관부(1210) 및 조류 보관부(1230)로부터 공급된 시료 또는 조류가 공급되는 유입구(1321)가 마련되며, 상단에는 벤트부(1322)가 형성된다. 아울러, 바디(1310)의 상단 전방에는 시료 저류조(1320)와 연통하며, 과공급된 시료 및 조류의 혼합물을 폐액 보관부(1240)로 배출시키는 배출구(1323)가 형성된다.
바디(1310)의 후방에는, 수평방향으로 관통형성되어 시료 저류조(1320)와 연통되며, 바디(1310)의 상부에서부터 하부를 따라 서로 이격형성되는 시료 분주라인(1324)이 복수 형성된다. 시료 분주라인(1324) 각각은 희석용 밸브(1350) 각각의 입구측에 유체적으로 연결된다.
이와 같이, 하나의 바디(1310)에 복수의 시료 분주라인(1324)을 형성함에 따라, 복수의 희석용 밸브(1350)에 일정한 유량의 시료를 공급할 수 있다.
배양액 저류조(1330)는 연속희석부(1300)의 바디(1310)를 따라 수직방향으로 관통하도록 형성되며, 시료 저류조(1320)와 서로 수평하도록 형성된다. 하단에는 배양액 보관부(1220) 및 조류 보관부(1230)로부터 공급된 배양액 또는 조류가 공급되는 유입구(1331)가 마련되며, 상단에는 벤트부(1332)가 형성된다. 아울러, 바디(1310)의 상단 전방에는 배양액 저류조(1330)와 연통하며, 과공급된 배양액 및 조류의 혼합물을 폐액 보관부(1240)로 배출시키는 배출구(1333)가 형성된다.
바디(1310)의 후방에는, 수평방향으로 관통형성되어 배양액 저류조(1330)와 연통되며, 바디(1310)의 상부에서부터 하부를 따라 서로 이격형성되는 배양액 분주라인(1334)이 복수 형성된다. 배양액 분주라인(1334) 각각은 희석용 밸브(1350) 각각의 입구측에 유체적으로 연결된다.
이와 같이, 하나의 바디(1310)에 복수의 배양액 분주라인(1334)을 형성함에 따라, 복수의 희석용 밸브(1350)에 일정한 유량의 시료를 공급할 수 있다.
희석라인(1340)은 시료 분주라인(1324)과 배양액 분주라인(1334)의 사이에 연속희석부(1300) 바디(1310)의 수평방향을 따라 후방에서 전방으로 관통하도록 형성된다. 아울러, 희석라인(1340)은 상부에서부터 하부를 따라 복수개가 서로 이격되도록 형성되고, 희석용 밸브(1350)의 출구측에 유체적으로 연결된다.
희석용 밸브(1350)는 제3 펌프(P3)의 작동에 의해 배양액 및 시료를 일정 비율로 희석하며, 예를 들면 3-way 솔레노이드 밸브로 이루어질 수 있다. 희석용 밸브(1350)의 입구측에는 시료 분주라인(1324) 및 배양액 분주라인(1334)이 유체적으로 연결되며, 희석용 밸브(1350)의 출구측에는 희석라인(1340)이 유체적으로 연결된다.
예를 들면, 희석용 밸브(1350)에 전류가 미인가되면, 시료 분주라인(1324)은 개방 상태를 유지하고, 배양액 분주라인(1334)은 폐쇄 상태를 유지하여, 시료 저류조(1320)에 수용된 시료는 시료 분주라인(1324)을 따라 희석라인(1340)으로 이동하게 된다. 아울러, 희석용 밸브(1350)에 전류가 인가되면, 시료 분주라인(1324)은 폐쇄 상태로 전환되고, 배양액 분주라인(1334)은 개방 상태로 전환되어, 배양액 저류조(1330)에 수용된 배양액은 배양액 분주라인(1334)을 따라 희석라인(1340)으로 이동하게 된다.
즉, 희석용 밸브(1350)의 개폐 시간을 조절하면, 시료의 농도를 조절할 수 있다.
바람직하게는, 희석용 밸브(1350)는 시료를 100%(원액), 50%, 25%, 12.5%, 6.25% 및 0% (배양액 100%)으로 희석하는 제 1 희석용 밸브(1350a) 내지 제 6 희석용 밸브(1350f)로 이루어질 수 있다.
여기서, 시료 분주라인(1324)을 통해 공급되는 시료의 농도를 100%라 하고, 배양액 분주라인(1334)을 통해 공급되는 배양액의 농도를 100%라 하고, 시료 및 배양액은 동일한 유량으로 공급된다고 가정한다.
예를 들면, 제 1 희석용 밸브(1350a)는 시료 분주라인(1324)이 계속 개방 상태를 유지하도록 제어되어, 제 1 챔버(1350a)에는 100% 농도의 시료가 공급된다.
제 2 희석용 밸브(1350b)는 시료 분주라인(1324)과 배양액 분주라인(1334)이 동일한 시간만큼 개방 상태를 유지하도록 제어되어, 제 2 챔버(1350b)에는 50% 농도의 시료가 공급된다.
제 3 희석용 밸브(1350c)는 시료 분주라인(1324)과 배양액 분주라인(1334)이 1:3의 비율로 개방 상태를 유지하도록 제어되어, 제 3 챔버(1350c)에는 25% 농도의 시료가 공급된다.
제 4 희석용 밸브(1350d)는 시료 분주라인(1324)과 배양액 분주라인(1334)이 1:7의 비율로 개방 상태를 유지하도록 제어되어, 제 4 챔버(1350d)에는 12.5% 농도의 시료가 공급된다.
제 5 희석용 밸브(1350e)는 시료 분주라인(1324)과 배양액 분주라인(1334) 1:15의 비율로 개방 상태를 유지하도록 제어되어, 제 5 챔버(1350e)에는 6.25% 농도의 시료가 공급된다.
제 6 희석용 밸브(1350f)는 배양액 분주라인(1334)이 계속 열린 상태를 유지하도록 제어되어, 제 6챔버(1350f)에는 100% 농도의 배양액, 즉 0% 농도의 시료가 공급된다.
다만, 희석용 밸브(1350)의 수는 6개에 한정되는 것은 아니고 다양한 수의 희석용 밸브(1350)가 적용될 수 있음은 물론이다.
챔버부(1400)는 복수의 챔버(1410)로 구성되며, 내부에 수생생물이 유영할 수 있는 소정의 수용공간(1411)이 마련된다. 수생생물은 물벼룩으로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 동물성 플랑크톤, 어류, 조류 등 다양한 생물이 적용될 수 있을 것이다.
챔버(1410)의 하단에는 희석라인(1340)과 유체적으로 연통되는 유입구(1412)가 마련되어, 연속희석부(1300)에서 공급되는 시료 및 배양액의 혼합수는 상기 유입구(1412)를 통해 유입된다.
챔버(1410)의 상단에는 폐액 보관부(1240)와 유체적으로 연통되는 유출구(1413)가 마련되고, 시료 및 배양액의 혼합수는 상기 유출구(1413)를 통해 폐액 보관부(1240)로 배출된다.
챔버부(1400)는 도시된 바와 같이 제1챔버(1410a) 내지 제6챔버(1410f)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 희석용 밸브(1350)의 수에 대응하는 다양한 수의 챔버가 적용될 수 있음은 물론이다.
바람직하게는, 챔버(1410)는 육각형상으로 이루어질 수 있다. 챔버(1410) 내부의 수용공간(1411)이 육각형상으로 이루어지면, 시료 및 배양액의 혼합수가 유입구(1412)를 통해 유입될 때 발생할 수 있는 기포가 챔버(1410)의 하부 내벽을 따라 챔버(1410) 상측으로 안내될 수 있다. 아울러, 기포는 챔버(1410) 상부 내벽을 따라 챔버(1410) 상단에 위치하는 유출구(1413)으로 안내될 수 있다.
즉, 챔버부(1400)의 단면이 육각형상으로 이루어지면, 광학 측정부(1500)에 의한 촬영시 방해가 되는 기포가 챔버부(1400)의 유출구(1413)로 안내되어 제거되므로, 기포에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
바람직하게는, 챔버부(1400)의 후면은 반투명 소재로 이루어지고, 챔버부(1400)의 전면은 투명 소재로 이루어질 수 있다.
광학 측정부(1500)는 챔버부(1400) 내의 수생생물의 움직임을 관찰하며, 조명장치(1510) 및 광학 촬영장치(1520)를 포함하도록 구성된다.
조명장치(1510)는 소정의 광량으로 챔버부(1400) 내부를 밝히게 된다. 이 때, 조명장치(1510)는 챔버부(1400)의 후방측에 마련되어 조명장치에서 조사된 광은 반투명한 소재로 구성되는 챔버부(1400)의 후면을 통해 챔버(1410) 내부의 수용공간(1411)을 균일하게 비추게 된다.
광학 촬영장치(1520)는 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 등의 소자를 이용한 디지털 방식으로 저장할 수 있는 광학 카메라 장비로 이루어지며, 챔버부(1400)의 전방에 마련되어 투명한 챔버(1410) 내부의 수용공간(1411)을 촬영하게 된다.
바람직하게는, 광학 카메라 장비는 복수개가 구비되어 서로 다른 챔버(1410)를 촬영할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 하나의 광학 카메라 장비로 챔버(1400) 전체를 촬영할 수도 있다.
광학 측정부(1500)로부터 촬영된 영상은 제어부(1600)로 전송된다. 이때, 영상은 유선의 연결선을 통해 전달될 수도 있고 무선의 형태로 전송될 수도 있음은 물론이다.
제어부(1600)는 공급부(1200)의 제 1 공급용 밸브(1251) 및 제 2 공급용 밸브(1252)의 개폐의 작동을 제어하여 조류 농도비율을 조절하고, 또한 연속희석부(1300)의 제 1 희석용 밸브(1350a) 내지 제 6 희석용 밸브(1350f)의 개폐의 작동을 제어하여 시료의 희석비율을 제어하도록 구성된다.
아울러, 제어부(1600)는 광학 측정부(1500)로부터 전송된 영상에 기초하여 독성물질로 인한 생물의 반응에 대한 독성지수(Toxic Index, TI)를 분석하게 된다.
상세하게는, 제어부(1600)는 복수개의 프레임으로 구성된 영상으로부터 수생생물이 유영하는 궤적을 추적하고, 이로부터 수생생물의 속도, 가속도, 속도 분포, 챔버 내 위치분포, 활동 반경, 총이동거리, 간헐적 이동(hopping) 빈도, 침수 비율, 이동시간, 정지시간, 이동궤적, 회전 각도, 반복 행동 패턴 등의 TI 측정값을 도출하게 된다.
바람직하게는, 제어부(1600)는 복수의 TI 측정값 중 하나 이상을 통합한 통합 TI 측정값을 생성할 수 있다. 예를 들면, 파라미터 별로 가중치를 달리하여 통합 TI 측정값을 생성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 물벼룩 생태독성감시장치(1000)는, 간단한 구조의 연속희석부(1300)를 통해 서로 다른 농도의 시료를 챔버부(1400)에 공급하므로 장치의 소형화를 달성할 수 있다.
도 9 는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 블록도이다. 도 10 는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 개략도이다. 도 11 은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치에서 시료수의 독성을 측정하는 방법의 순서도이다.
이하에서는, 도 9 내지 도11 을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치를 서술한다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치(2000)는 보관부(2100), 챔버부(2200), 제어밸브부(2300), 형광 측정부(2400) 및 제어부(2500)를 포함하도록 구성된다.
보관부(2100)는 배양액 보관부(2110), 시료수 도입부(2120), 조류 보관부(2130), 폐액 보관부(2140)를 포함하도록 구성된다.
배양액 보관부(2110)에는 시료수를 희석하기 위한 배양액이 보관된다. 배양액은 조류가 정상적으로 배양할 수 있도록 제조된 합성수이다.
시료수 도입부(2120)에는 독성 평가를 하고자 하는 시료수가 유입되어 담기게 된다. 이러한 시료수는 대개 지표면의 하천이나 고여 있는 물이 있는 호수, 저수지, 저류지에서 채취되거나 하수 처리장, 정수장, 착수정, 폐수 처리장의 공정 단계 또는 방류수로부터 유입될 수 있다.
바람직하게는, 시료수 도입부(2120) 내에는 시료수에 포함된 부유물 등을 여과할 수 있는 필터가 배치될 수 있다.
조류 보관부(2130)에는 시료수에 포함된 독성물질에 의하여 형광량이 변화하는 조류가 보관될 수 있다. 상기 조류로는 녹조류를 사용할 수 있다.
조류 보관부(2130)는 조명(2131)을 더 포함할 수 있다. 상기 조명(2131)은 백색의 발광다이오드(LED) 일 수 있으나, 조류에 빛을 제공함으로써 성장을 촉진할 수 있으면 족하고 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.
조류 보관부(2130)는 조류에 공기를 공급하는 공기 공급펌프(2132)를 더 포함할 수 있다.
조류 보관부(2130)는 연동 펌프(2133)를 더 포함할 수 있다. 연동 펌프(2133)의 작동에 의해 조류 보관부(2130)에 보관된 조류는 배양액 챔버(2210), 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230) 각각에 기 설정된 양만큼 공급될 수 있다.
폐액 보관부(2140)는 챔버부(2200)에서 배출된 배양액, 시료수 및 조류 중 하나 이상의 혼합물을 보관하게 된다.
챔버부(2200)는 배양액 챔버(2210), 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230)로 구성되며, 내부에 조류가 유영할 수 있는 소정의 수용공간이 마련된다.
각 챔버(2210, 2220, 2230)의 하단에는 다채널밸브(2310)와 유체적으로 연통되는 제 1 유입구(2211, 2221, 2231)가 마련되어, 다채널밸브(2310)를 통해 공급되는 시료수 및/또는 배양액은 상기 제 1 유입구(2211, 2221, 2231)를 통해 각 챔버(2210, 2220, 2230) 내부로 유입된다.
상세하게는, 배양액 챔버(2210)는 다채널 밸브(2310)를 통해 배양액 보관부(2110)로부터 배양액을 공급받는다.
시료수 챔버(2220)는 다채널 밸브(2310)를 통해 시료수 도입부(2120)로부터 시료수를 공급받는다.
혼합액 챔버(2230)는 다채널 밸브(2310)를 통해 배양액 보관부(2110) 및 시료수 도입부(2120)로부터 배양액 및 시료수를 공급받는다. 예를 들면, 혼합액 챔버(2230)에는 배양액 및 시료수가 동일한 양만큼 공급되어, 시료수의 농도가 50%일 수 있다.
혼합액 챔버(2230)는 필요에 따라 복수개로 구비될 수 있으며, 이 경우 각각의 혼합액 챔버(2230)의 시료수의 농도는 서로 상이할 수 있다.
아울러, 각 챔버(2210, 2220, 2230)에는 조류 보관부(2130)와 유체적으로 연통되는 제 2 유입구(2212, 2222, 2232)가 마련되어, 연동 펌프(2133)의 작동에 의해 조류 보관부(2130)에서 공급되는 조류는 상기 제 2 유입구(2212, 2222, 2232)를 통해 각 챔버(2210, 2220, 2230) 내부로 유입된다.
아울러, 각 챔버(2210, 2220, 2230)의 상측에는 폐액 보관부(2140)와 유체적으로 연통되는 유출구(2213, 2223, 2233)가 마련되고, 시료, 배양액 및 조류의 혼합물은 상기 유출구(2213, 2223, 2233)를 통해 폐액 보관부(2140)로 배출될 수 있다.
바람직하게는, 광원부(2410)와 검출부(2420)가 배치되는 챔버(2210, 2220, 2230)는 유리와 같이 빛의 투과에 용이한 투명 소재로 이루어질 수 있다.
제어밸브부(2300)는 다채널 밸브(2310) 및 다채널 밸브(2310)의 내부유로(2311)에 연결된 시린지 펌프(2320)를 포함하도록 구성된다.
다채널 밸브(2310)는 시린지 펌프(2320)를 통해 배양액 보관부(2110)의 배양액 및/또는 시료수 도입부(2120)의 시료수를 각 챔버(2210, 2220, 2230)에 공급하거나, 각 챔버(2210, 2220, 2230) 내의 배양액, 시료수 및 조류의 혼합물을 폐액 보관부(2140)로 배출하도록 제어될 수 있다.
이를 위해, 다채널 밸브(2310)에는 전환 가능한 내부유로(2311)와 복수개의 연결포트(2312, 2313, 2314, 2315, 2316, 2317)가 마련되며, 각각의 연결포트(2312, 2313, 2314, 2315, 2316, 2317)에는 배양액 보관부(2110), 시료수 도입부(2120), 폐액 보관부(2140), 배양액 챔버(2210), 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230)가 연결될 수 있다. 예를 들면, 다채널 밸브(2310)는 6방 스위치 밸브일 수 있다.
다채널 밸브(2310) 내부유로(2311)가 전환됨에 따라 배양액 보관부(2110) 시료수 도입부(2120), 폐액 보관부(2140), 배양액 챔버(2210), 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230) 중 하나는 시린지 펌프(2320)와 유체적으로 연통될 수 있다.
예를 들면, 도 10 에 참조된 바와 같이, 배양액 보관부(2110)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 배양액 보관부(2110)의 배양액을 시린지 펌프(2320)로 주입할 수 있다.
아울러, 시료수 도입부(2120)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시료수 도입부(2120)의 시료수를 시린지 펌프(2320)로 주입할 수 있다.
아울러, 폐액 보관부(2140)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 분석후 발생한 폐액을 폐액 보관부(2140)로 주입할 수 있다.
아울러, 배양액 챔버(2210)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시린지 펌프(2320) 내부의 배양액을 배양액 챔버(2210)로 주입하거나, 배양액 챔버(2210) 내부의 배양액 및 조류의 혼합물을 시린지 펌프(2320) 내부에 주입할 수 있다.
아울러, 시료수 챔버(2220)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시린지 펌프(2320) 내부의 시료수를 시료수 챔버(2220)로 주입하거나, 시료수 챔버(2220) 내부의 시료수 및 조류의 혼합물을 시린지 펌프(2320) 내부에 주입할 수 있다.
아울러, 혼합액 챔버(2230)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시린지 펌프(2320) 내부의 배양액 및 시료수 혼합액을 혼합액 챔버(2230)로 주입하거나, 혼합액 챔버(2230) 내부의 배양액, 시료수 및 조류의 혼합물을 시린지 펌프(2320) 내부에 주입할 수 있다.
형광 측정부(2400)는 조류의 형광량을 검출하기 위한 것으로서, 광원부(2410) 및 검출부(2420)를 포함하도록 구성된다.
광원부(2410)는 조류의 종류에 따라 상이한 파장의 광을 조사할 수 있다.
예를 들면, 조류가 녹조류인 경우 광원부(2410)는 470nm 파장의 빛을 조사할 수 있다.
이 때, 광원부(2410)는 챔버부(2200)의 후방측에 위치하도록 하며, 광원부(2410)에서 조사된 광을 유리 소재로 구성되는 챔버부(2200)의 후면을 통해 챔버부(2200) 내부의 수용공간을 균일하게 비추게 된다.
검출부(2420)는 유리 소재로 이루어지는 챔버부(2200)의 측면에 마련되며 조류로부터 방출되는 형광을 검출한다. 예를 들면 검출부(2420)는 포토다이오드가 될 수 있다.
조류가 빛을 사용하는 과정에서 발생하는 일반적인 형광량과 최대형광량의 변화율은 독성물질 유입시 변화하므로 검출부(2420)는 이를 감지하게 되는데, 정상 상태의 형광량 변화율은 배양액 챔버(2210)에서 검출하고, 독성물질 유입시의 형광량 변화율은 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230)에서 검출한다.
이 때, 배양액 챔버(2210)에서는 오염되지 않은 표준 수질의 조류의 형광량 변화율이 검출되고, 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230)에서는 독성물질에 노출된 조류의 형광량 변화율이 검출된다. 시료내 독성물질이 존재하는 경우, 독성물질의 농도는 배양액 챔버(2210), 혼합액 챔버(2230) 및 시료수 챔버(2220) 순으로 증가되기 때문에, 형광량 변화량도 시료수 챔버(2220), 혼합액 챔버(2230) 및 배양액 챔버(2210) 순으로 증가하게 된다.
검출부(2420)로부터 검출된 형광량은 제어부(2500)로 전송된다.
제어부(2500)는, 형광의 최대값 등 형광의 특성을 기록할 수 있다.
제어부(2500)는 보관부(2100), 제어밸브부(2300) 및 형광 측정부(2400)의 작동을 제어한다.
제어부(2500)는 형광 측정부(2400)로부터 전달받은 각 챔버(2210, 2220, 2230)의 형광량으로부터 형광량 변화율을 산출하고, 형광량 변화율로부터 시료수에 포함된 독성물질의 독성지수를 산출한다.
이하에서는, 도 10 및 도 11 을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치(2000)에서 시료수의 독성을 측정하는 방법에 대해 상세히 서술한다.
먼저, 각 챔버(2210, 2220, 2230)에 시료수 및/또는 배양액을 다채널 밸브(2310)를 통해 공급한다(S31). 상세하게는, 배양액 보관부(2110)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 배양액 보관부(2110)의 배양액을 시린지 펌프(2320)로 주입하고, 배양액 챔버(2210)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시린지 펌프(2320) 내부의 배양액을 배양액 챔버(2210)로 주입한다.
아울러, 시료수 도입부(2120)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시료수 도입부(2120)의 시료수를 시린지 펌프(2320)로 주입하고, 시료수 챔버(2220) 와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시린지 펌프(2320) 내부의 시료수를 시료수 도입부 (2120)로 주입한다.
아울러, 배양액 보관부(2110)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 배양액 보관부(2110)의 배양액을 시린지 펌프(2320)로 주입하고, 혼합액 챔버(2230)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시린지 펌프(2320) 내부의 배양액을 혼합액 챔버(2230) 로 주입한다. 시료수 도입부(2120)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시료수 도입부(2120)의 시료수를 시린지 펌프(2320)로 주입하고, 혼합액 챔버(2230)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시린지 펌프(2320) 내부의 시료수를 혼합액 챔버(2230)로 주입한다. 예를 들면, 혼합액 챔버(2230)에는 시료수 및 배양액이 1:1의 비율로 공급될 수 있다.
이어서, 연동 펌프(2133)의 작동에 의해 조류 보관부(2130)에 보관된 조류를 배양액 챔버(2210), 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230) 각각에 기 설정된 양만큼 공급한다(S32).
각 챔버(2210, 2220, 2230)에 광원부(2410)를 통해 특정 파장의 빛을 조사하고, 검출부(2420)를 통해 조류의 형광량을 검출하여 제어부(2500)로 전송한다. 제어부(2500)는 상기 복수의 형광량 변화량을 산출하고, 형광량 변화량의 차이로부터 시료수에 포함된 독성물질의 독성지수를 산출한다(S33). 즉, 제어부(2500)는 형광량 변화율을 산출하고, 이로부터 시료수에 포함된 독성물질의 독성지수를 산출한다.
이어서, 각 챔버(2210, 2220, 2230)의 시료수, 배양액 및 조류 중 하나 이상의 혼합물을 다채널 밸브(2310)를 통해 폐액 보관부(2140)로 배출한다(S34).
상세하게는, 배양액 챔버(2210)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 배양액 챔버(2210)의 배양액 및 조류의 혼합물을 시린지 펌프(2320)로 주입하고, 폐액 보관부(2140)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시린지 펌프(2320) 내부의 배양액 및 조류의 혼합물을 폐액 보관부(2140)로 배출한다.
시료수 챔버(2220)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시료수 챔버(2220) 의 시료수 및 조류의 혼합물을 시린지 펌프(2320)로 주입하고, 폐액 보관부(2140)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시린지 펌프(2320) 내부의 시료수 및 조류의 혼합물을 폐액 보관부(2140)로 배출한다.
혼합액 챔버(2230)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 혼합액 챔버(2230) 의 시료수, 배양액 및 조류의 혼합물을 시린지 펌프(2320)로 주입하고, 폐액 보관부(2140)와 시린지 펌프(2320)가 유체적으로 연통되면 시린지 펌프(2320) 내부의 시료수, 배양액 및 조류의 혼합물을 폐액 보관부(2140)로 배출한다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치(2000)에 따르면 스위칭 가능한 다채널 밸브(2310) 및 시린지 펌프(2320)를 사용하여, 배양액 챔버(2210), 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230) 각각에 배양액 또는 시료수를 공급하거나, 배양액 챔버(2210), 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230)의 배양액, 시료수 및 조류의 혼합물을 폐액보관부(2140)로 배출할 수 있으므로, 전체적인 구조 및 작동 메커니즘이 단순화되어 장치의 소형화 및 저가화를 실현할 수 있다
이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치(2000')를 상세히 서술한다. 상기 제 1 실시예와 중복되는 부분은 생략하고, 본 발명의 제 2 실시예에 대해 설명한다. 동일, 유사한 부재 등에는 동일, 유사한 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 12은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 블록도이다. 도 13 은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치의 개략도이다.
도 12 및 도 13 에 참조된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치(2000')는 보관부(2100), 챔버부(2200), 제어밸브부(2300'), 형광 측정부(2400) 및 제어부(2500)를 포함하도록 구성된다.
제어밸브부(2300')는 다채널 밸브(2310'), 다채널 밸브(2310')의 내부유로(2311')에 연결된 연동 펌프(2320') 및 제 1, 2 밸브(2330', 2340')를 포함하도록 구성된다.
다채널 밸브(2310')는 연동 펌프(2320')를 통해 배양액 보관부(2110)의 배양액 및/또는 시료수 도입부(2120)의 시료수를 각 챔버(2210, 2220, 2230)에 공급하거나, 각 챔버(2210, 2220, 2230) 내의 배양액, 시료수 및 조류의 혼합물을 폐액 보관부(2140)로 배출하도록 제어될 수 있다. 이를 위해, 다채널 밸브(2310')에는 전환 가능한 내부유로(2311')와 복수개의 연결포트(2312', 2313', 2314', 2315')가 마련되며, 각각의 연결포트(2312', 2313', 2314', 2315')에는 배양액 챔버(2210), 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230)가 연결될 수 있다. 예를 들면, 다채널 밸브(2310')는 4방 스위치 밸브일 수 있다.
연동 펌프(2320')는 다채널 밸브(2310')의 내부유로(2311')와 제 1 밸브(2330')를 유체적으로 연결할 수 있다.
제 1 밸브(2330')는 배양액 보관부(2110), 다채널 밸브(2310') 및 제 2 밸브(2340')와 연결될 수 있다. 제어부(2500)의 제어에 따라 제 1 밸브(2330')의 내부의 유로가 전환되어, 배양액 보관부(2110)가 다채널 밸브(2310')와 유체적으로 연통되거나, 제 2 밸브(2340')가 다채널 밸브(2310')와 유체적으로 연통될 수 있다.
제 2 밸브(2340')는 시료수 도입부(2120), 폐액 보관부(2140) 및 제 1 밸브(2330')와 연결될 수 있다. 제어부(2500)의 제어에 따라 제 2 밸브(2340') 내부의 유로가 전환되어, 시료수 도입부(2120)가 제 1 밸브(2330')와 유체적으로 연통되거나, 제 1 밸브(2330')가 폐액 보관부(2140)와 유체적으로 연통될 수 있다.
예를 들면, 제 1, 2 밸브(2330', 2340')는 3방향(3-way) 솔레노이드 밸브로 이루어질 수 있다.
다채널 밸브(2310'), 제 1 밸브(2330') 및 제 2 밸브(2340')의 제어에 따라 배양액 챔버(2210), 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230) 중 하나는 배양액 보관부(2110), 시료수 도입부(2120) 및 폐액 보관부(2140) 중 하나와 유체적으로 연통될 수 있다.
예를 들면, 배양액 보관부(2110)와 배양액 챔버(2210)가 다채널 밸브(2310') 및 제 1 밸브(2330')를 통해 유체적으로 연통되면, 연동 펌프(2320')의 작동에 의해 배양액 보관부(2110)의 배양액을 배양액 챔버(2210)로 주입할 수 있다.
시료수 도입부(2120)와 시료수 챔버(2220)가 다채널 밸브(2310'), 제 1 밸브(2330') 및 제 2 밸브(2340')를 통해 유체적으로 연통되면, 연동 펌프(2320')의 작동에 의해 시료수 도입부(2120)의 시료수를 시료수 챔버(2220)로 주입할 수 있다.
배양액 보관부(2110)와 혼합액 챔버(2230)가 다채널 밸브(2310') 및 제 1 밸브(2330')를 통해 유체적으로 연통되면, 연동 펌프(2320')의 작동에 의해 배양액 보관부(2110)의 배양액을 혼합액 챔버(2230)로 주입할 수 있다. 시료수 도입부(2120)와 혼합액 챔버(2230) 가 다채널 밸브(2310'), 제 1 밸브(2330') 및 제 2 밸브(2340')를 통해 유체적으로 연통되면, 연동 펌프(2320')의 작동에 의해 시료수 도입부(2120)의 시료수를 혼합액 챔버(2230)로 주입할 수 있다.
폐액 보관부(2140)와 배양액 챔버(2210)가 다채널 밸브(2310'), 제 1 밸브(2330') 및 제 2 밸브(2340')를 통해 유체적으로 연통되면, 연동 펌프(2320')의 작동에 의해 배양액 챔버(2210)의 배양액 및 조류의 혼합물을 폐액 보관부(2140)로 배출할 수 있다.
폐액 보관부(2140)와 시료수 챔버(2220)가 다채널 밸브(2310'), 제 1 밸브(2330') 및 제 2 밸브(2340')를 통해 유체적으로 연통되면, 연동 펌프(2320')의 작동에 의해 시료수 챔버(2220) 의 시료수 및 조류의 혼합물을 폐액 보관부(2140)로 배출할 수 있다.
폐액 보관부(2140)와 혼합액 챔버(2230)가 다채널 밸브(2310'), 제 1 밸브(2330') 및 제 2 밸브(2340')를 통해 유체적으로 연통되면, 연동 펌프(2320')의 작동에 의해 혼합액 챔버(2230)의 시료수, 배양액 및 조류의 혼합물을 폐액 보관부(2140)로 배출할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 조류 생태독성감시장치(2000')에 따르면 스위칭 가능한 다채널 밸브(2310'), 연동 펌프(2320') 및 제1, 2 밸브(2330', 2340')를 사용하여, 배양액 챔버(2210), 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230) 각각에 배양액 또는 시료수를 공급하거나, 배양액 챔버(2210), 시료수 챔버(2220) 및 혼합액 챔버(2230)의 배양액, 시료수 및 조류의 혼합물을 폐액보관부(2140)로 배출할 수 있으므로, 전체적인 구조 및 작동 메커니즘이 단순화되어 장치의 소형화 및 저가화를 실현할 수 있다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치의 블록도이다. 도 15 는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치의 개략도이다. 도 16 은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치에서 시료수의 독성을 측정하는 방법의 순서도이다.
이하에서는, 도 14 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치(3000)를 서술한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치(3000)는 반응부(3100), 배양액 공급부(3200), 시료수 공급부(3300), 광학측정부(3400), 드레인부(3500), 제어부(3600)를 포함하도록 구성된다.
반응부(3100)는 제 1 반응조(3110), 제 2 반응조(3120) 및 제 3 반응조(3130)로 구성되며, 내부에 발광박테리아, 시료수 및 희석수 등의 혼합물이 수용될 수 있는 소정의 수용공간이 마련된다.
상세하게는, 제 1 반응조(3110)는 후술할 배양액 공급부(3200)를 통해 발광박테리아 및 희석수를 포함하는 배양액을 공급받는다.
제 2 반응조(3120)는 배양액 공급부(3200) 및 시료수 공급부(3300)로부터 발광박테리아를 포함하는 배양액 및 시료를 공급받는다. 예를 들면, 제 2 반응조(3120)에는 50% 농도의 시료수가 공급될 수 있다.
제 3 반응조(3130)는 배양액 공급부(3200) 및 시료수 공급부(3300)로부터 발광박테리아를 포함하는 배양액 및 시료를 공급받는다. 예를 들면, 제 3 반응조(3130) 에는 100% 농도의 시료수가 공급될 수 있다.
바람직하게는, 반응부(3100)는 상기 제 1 내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130) 외에도 복수의 예비 반응조를 구비할 수 있다.
바람직하게는, 각 반응조(3110, 3120, 3130)에는 발광박테리아와 시료를 균일하게 혼합시키는 교반기가 마련될 수 있다.
배양액 공급부(3200)는 반응부(3100)에 발광 박테리아를 포함하는 배양액을 공급하며, 배양실(3210), 희석실(3220), 이송펌프(3230), 제 1 다채널밸브(3240) 및 제 1 시린지펌프(3250)를 포함하도록 구성된다.
배양실(3210) 내부에는 측정의 대상이 되는 발광박테리아가 배양되며, 바람직하게는, 배양실(3210)은 성장억제를 위해 약 4℃를 유지할 수 있다.
배양실(3210)에서 배양된 발광박테리아는 이송펌프(3230)에 의해 희석실(3220)로 이송될 수 있다. 희석실(3220)에서 발광박테리아는 배양액과 혼합될 수 있으며, 바람직하게는 발광박테리아와 배양액을 균일하게 혼합시키는 교반기가 마련될 수 있다. 배양액은 희석수 및/또는 식염수(NaCl)을 포함할 수 있다. 식염수(NaCl)는 발광박테리아의 발광 지속능력을 크게 향상시키므로, 발광박테리아의 발광 지속시간이 증가할 수 있다.
제 1 다채널밸브(3240)는 제 1시린지 펌프(3250)를 통해 희석수 및/또는 식염수(NaCl)를 희석실(3220)에 공급하거나, 희석실(3220)의 발광박테리아를 포함하는 배양액을 각 반응조(3110, 3120, 3130)에 공급하도록 제어될 수 있다.
이를 위해, 제 1 다채널밸브(3240)에는 전환 가능한 내부유로(3241)와 복수개의 연결포트(3242~3249)가 마련된다. 예를 들면, 연결포트(3242, 3243, 3244) 각각은 제 1 내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130)에 연결될 수 있다. 연결포트(3245)는 폐액 보관부(3510)에 연결될 수 있다. 연결포트(3246)는 희석수를 보관하는 희석수 보관부(미도시)와 연결될 수 있다. 연결포트(3247)는 외부와 연결될 수 있으며, 상기 연결포트(3247)를 통해 시린지펌프(3250) 내부의 공기를 외부로 배출할 수 있다. 연결포트(3248)는 식염수를 보관하는 식염수 보관부(미도시)와 연결될 수 있다. 연결포트(3249)는 희석실(3220)과 연결될 수 있다.
예를 들면, 제 1 다채널밸브(3240)는 8방 스위치 밸브일 수 있다.
제 1 다채널밸브(3240)는 내부유로(3241)가 전환됨에 따라 희석실(3220), 희석수 보관부, 식염수 보관부, 폐액 보관부(3510), 제 1내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130) 중 하나는 제 1 시린지 펌프(3250)와 유체적으로 연통될 수 있다. 이를 통해 희석수, 식염수, 발광 박테리아를 포함하는 배양액을 희석실(3220), 희석수 보관부, 식염수 보관부, 폐액 보관부(3510), 제 1내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130)로 공급할 수 있다.
예를 들면, 희석수 보관부와 제 1 시린지 펌프(3250)가 유체적으로 연통되면 희석수 보관부의 희석수를 제 1 시린지 펌프(3250)로 주입할 수 있다.
아울러, 식염수 보관부와 제 1 시린지 펌프(3250)가 유체적으로 연통되면 식염수 보관부의 식염수를 제 1 시린지 펌프(3250)로 주입할 수 있다.
아울러, 폐액 보관부(3510)와 제 1 시린지 펌프(3250)가 유체적으로 연통되면 분석후 발생한 폐액을 폐액 보관부(3510)로 주입할 수 있다.
아울러, 제 1내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130) 중 하나와 제 1시린지 펌프(3250)가 유체적으로 연통되면 제 1시린지 펌프(3250) 내부의 발광 박테리아를 포함하는 배양액을 제 1내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130) 중 하나로 주입할 수 있다.
시료수 공급부(3300)는 반응부(3100)에 독성 평가를 하고자 하는 시료수를 공급하며, 제 2다채널밸브(3310) 및 제 2시린지 펌프(3320)를 포함하도록 구성된다.
제 2 다채널밸브(3310)는 제 2 시린지 펌프(3320)를 통해 희석수, 식염수 및 시료를 각 반응조(3110, 3120, 3130)에 공급하도록 제어될 수 있다.
이를 위해, 제 2 다채널밸브(3310)에는 전환 가능한 내부유로(3311)와 복수개의 연결포트(3312~3319)가 마련된다. 예를 들면, 연결포트(3312, 3313, 3314) 각각은 제 1 내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130)에 연결될 수 있다. 연결포트(3315)는 폐액 보관부(3510)에 연결될 수 있다. 연결포트(3316)는 희석수를 보관하는 희석수 보관부(미도시)와 연결될 수 있다. 연결포트(3317)는 외부와 연결될 수 있으며, 상기 연결포트(3317)를 통해 제 2 시린지펌프(3320) 내부의 공기를 외부로 배출할 수 있다. 연결포트(3318)는 식염수를 보관하는 식염수 보관부(미도시)와 연결될 수 있다. 연결포트(3319)는 시료수를 보관하는 시료수 보관부(미도시)와 연결될 수 있다.
예를 들면, 제 2 다채널밸브(3310)는 8방 스위치 밸브일 수 있다.
제 2 다채널밸브(3310)의 내부유로(3311)가 전환됨에 따라 시료수 보관부, 희석수 보관부, 식염수 보관부, 폐액 보관부(3510), 제 1내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130) 중 하나는 제 2 시린지 펌프(3320)와 유체적으로 연통될 수 있다. 이를 통해 희석수, 식염수, 시료수를 폐액 보관부(3510), 제 1내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130)로 공급할 수 있다.
예를 들면, 희석수 보관부와 제 2 시린지 펌프(3320)가 유체적으로 연통되면 희석수 보관부의 희석수를 제 2 시린지 펌프(3320)로 주입할 수 있다.
아울러, 식염수 보관부와 제 2 시린지 펌프(3320)가 유체적으로 연통되면 식염수 보관부의 식염수를 제 2 시린지 펌프(3320)로 주입할 수 있다.
아울러, 폐액 보관부(3510)와 제 2 시린지 펌프(3320)가 유체적으로 연통되면 분석후 발생한 폐액을 폐액 보관부(3510)로 주입할 수 있다.
아울러, 제 1내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130) 중 하나와 제 2 시린지 펌프(3320)가 유체적으로 연통되면 제 2시린지 펌프(3320) 내부의 시료수 혼합물을 제 1내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130) 중 하나로 주입할 수 있다.
한편, 제 1다채널밸브(3240) 및 제 2다채널밸브(3310)는 통합될 수 있음은 물론이다.
광학측정부(3400)는 각 반응조(3110, 3120, 3130)에 수용되는 발광 박테리아의 발광량을 측정하며, 광센서부(3410), 이송펌프(3420) 및 3 방향 밸브(3430)를 포함하도록 구성된다.
광센서부(3410)는 내부 셀에 유입된 발광 박테리아의 미세 발광량을 측정하고, 측정된 발광량을 제어부(3600)에 제공한다. 여기서, 셀은 빛의 광량을 최적으로 감지하기 위해 석영재질이 적용될 수 있다. 아울러, 셀은 발광하는 빛을 감지하기 위하여 암실로 형성될 수 있다. 광센서부(3410)는 예를 들면 PMT 가 될 수 있다. 아울러, 광센서부(3410)는 시료수는 투입되지 않은 상태에서의 발광미생물의 발광량과 시료수가 투입된 상태에서 소정의 시간이 경과한 후의 발광미생물의 발광량을 측정하게 된다.
구체적으로는, 광센서부(3410)는 반응조(3110, 3120, 3130)의 개수에 대응되는 수만큼 구성되며, 각각의 반응조(3110, 3120, 3130)는 이송펌프를 통해 각각의 광센서부(3411, 3412, 3413)와 연통된다. 이에 따라, 각각의 반응조(3110, 3120, 3130)에 수용된 발광 박테리아 혼합물을 각각의 광센서부(3411, 3412, 3413)에 공급할 수 있게 된다. 광센서부(3411, 3412, 3413) 각각은 그에 대응되는 반응조(3110, 3120, 3130)와 유체적으로 연통되기 때문에, 시험이 끝난 경우 광센서부(3411, 3412, 3413)의 셀 내부에 수용된 혼합물을 각각의 반응조(3110, 3120, 3130)로 배출할 수 있다.
광센서부(3410)로부터 검출된 발광량은 제어부(3600)로 전송된다.
3 방향 밸브(3430)는 이송펌프(3420)의 상류측에 구비될 수 있다. 3 방향 밸브(3430)는 반응조(3110, 3120, 3130)의 개수에 대응되는 수만큼 구비될 수 있으며, 각각의 3 방향 밸브(3430)는 반응조(3110, 3120, 3130), 광센서부(3411, 3412, 3413) 및 희석수 보관부와 연결될 수 있다. 제어부(3600)의 제어에 따라 3 방향 밸브(3430)의 내부의 유로가 전환됨에 따라, 반응부(3100)와 광센서부(3410)가 유체적으로 연통되거나, 희석수 보관부와 광센서부(3410)가 유체적으로 연통될 수 있다.
반응부(3100)와 광센서부(3410)가 유체적으로 연통되는 경우, 전술한 바와 같이 반응부(3100)에 수용된 발광 박테리아 혼합물을 광센서부(3410)에 공급할 수 있다.
희석수 보관부와 광센서부(3410)이 유체적으로 연통되는 경우, 희석수를 광센서부(3410)로 유동시켜 광센서부(3410) 내부의 셀을 희석할 수 있다. 상세하게는, 희석수가 이송펌프(3420)에 의하여 이송되는 통로 및 광센서부(3410)의 셀을 세척한다. 이와 같이, 본 발명에서는 새로운 시험에 앞서 광센서부(3410)를 세척하므로 전의 시험에 사용되었던 시료 또는 발광박테리아의 영향을 받지 않고 시험을 할 수 있다.
예를 들면, 3 방향 밸브(3430)는 3방향(3-way) 솔레노이드 밸브로 이루어질 수 있다.
드레인부(3500)는 제 1 다채널밸브(3240), 제 2 다채널밸브(3310) 및 반응조(3110, 3120, 3130)에서 배출된 폐액을 폐액보관부(3510)에 보관하게 된다. 상세하게는, 제 1 내지 제 3 반응조(3110, 3120, 3130)와 연통되는 드레인 이송펌프(3520)를 통해 발광 박테리아, 시료수, 희석수 등의 혼합물을 폐액 보관부(3510)로 이송하게 된다.
제어부(3600)는, 광센서부(3410)는 시료수는 투입되지 않은 상태에서의 발광미생물의 발광량과 시료수가 투입된 상태에서 소정의 시간이 경과한 후의 발광미생물의 발광량의 차이를 통해 독성지수를 산출한다.
상세하게는, 제어부(3600)는 각각의 광센서부(3411, 3412, 3413)로부터 전달받은 각 반응조(3110, 3120, 3130)의 발광량으로부터 발광량 변화율을 산출하고, 시료의 농도에 따라 발광량이 감소하는 정도를 측정하여 독성지수를 산출한다. 바람직하게는, 제어부(3600)는 제 1반응조(3110)에서 산출된 발광량 변화율에 대한 제 2반응조(3120) 및 제 3 반응조(3130)의 시료의 발광값 변화를 측정하여 독성지수를 산출할 수 있다.
제어부(3600)는 배양액 공급부(3200), 시료수 공급부(3300), 광학측정부(3400), 드레인부(3500)의 작동을 제어한다.
이하에서는, 도 15 및 도 16 을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 발광박테리아 생태독성감시장치(3000)에서 시료수의 독성을 측정하는 방법에 대해 상세히 서술한다.
먼저, 배양실(3210)에서 배양된 발광박테리아는 이송펌프(3230)에 의해 희석실(3220)로 이송한다(S31). 희석실(3220)에는 제 1 다채널밸브(3240)를 통해 공급된 소정의 희석수 및/또는 식염수를 포함하는 배양액이 구비될 수 있다.
각 반응조(3110, 3120, 3130)에 발광 박테리아를 포함하는 배양액 및/또는 시료수를 제 1, 2 다채널 밸브(3240, 3310)를 통해 공급한다. 상세하게는, 제 1 다채널밸브(3240)는 제 1시린지 펌프(3250)를 통해 발광박테리아 배양액을 각 반응조(3110, 3120, 3130)에 공급하도록 제어될 수 있다. (S32)
광학측정부(3400)의 이송펌프(3420)에 의해 각 반응조(3110, 3120, 3130)의 발광박테리아 혼합물은 광센서부(3410)의 셀에 주입되며, 광센서부(3410)는 내부 셀에 유입된 발광 박테리아의 미세 발광량을 측정하고, 측정된 발광량을 제어부(3600)에 제공한다. (S33)
아울러, 제 2 다채널밸브(3310)는 제 2 시린지펌프(3320)를 통해 시료수 및/또는 희석수를 각 반응조(3110, 3120, 3130)에 공급하도록 제어될 수 있다(S34). 예를 들면, 제 1 반응조(3110)에는 희석수가 기 설정된 양만큼 공급될 수 있으며, 제 2 반응조(3120)에는 낮은 농도의 시료수가 기 설정된 양만큼 공급될 수 있으며, 제 3 반응조(3130)에는 높은 농도의 시료수가 기 설정된 양만큼 공급될 수 있다.
광학측정부(3400)의 이송펌프(3420)에 의해 각 반응조(3110, 3120, 3130)의 혼합물은 광센서부(3410)의 셀에 주입되며, 광센서부(3410)는 내부 셀에 유입된 발광 박테리아의 미세 발광량을 측정하고, 측정된 발광량을 제어부(3600)에 제공한다. (S35)
제어부(3600)는 상기 복수의 발광량 변화량을 산출하고, 발광량 변화량의 차이로부터 시료수에 포함된 독성물질의 독성지수를 산출한다(S36). 즉, 제어부(3600)는 발광량 변화율을 산출하고, 이로부터 시료수에 포함된 독성물질의 독성지수를 산출한다.
이어서, 3 방향 밸브(3430)의 내부의 유로가 전환하여 희석수 보관부와 광센서부(3410)가 유체적으로 연통되고, 희석수를 광센서부(3410)로 유동시켜 광센서부(3410) 내부의 셀을 희석할 수 있다. (S37)
이어서, 광센서부(3410)의 셀 내부에 수용된 혼합물을 각각의 반응조(3110, 3120, 3130)로 배출하고, 드레인부(3500)의 이송펌프(3520)를 통해 폐액 보관부(3510)로 배출한다(S38).
도 17 는 본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치의 블록도이다. 도 18 은 본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치의 개략도이다. 도 19 는 본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치에서 시료수의 독성을 측정하는 방법의 순서도이다.
이하에서는, 도 17 내지 도 19 를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치(4000)를 서술한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치(4000)는 반응부(4100), 배양액 공급부(4200), 시료수 공급부(4300), 전기전도도 측정부(4400), 제어부(4500)를 포함할 수 있다.
반응부(4100)는 제 1 반응조(4110), 제 2 반응조(4120) 및 제 3 반응조(4130)를 포함할 수 있다.
상세하게는, 제 1 반응조(4110)는 후술할 배양액 공급부(4200)를 통해 배양액을 공급받는다.
제 2 반응조(4120)는 배양액 공급부(4200) 및 시료수 공급부(4300)로부터 배양액 및 시료를 공급받는다. 예를 들면, 제 2 반응조(4120)에는 50% 농도의 시료수가 공급될 수 있다.
제 3 반응조(4130)는 배양액 공급부(4200) 및 시료수 공급부(4300)로부터 배양액 및 시료를 공급받는다. 예를 들면, 제 3 반응조(4130)에는 100% 농도의 시료수가 공급될 수 있다.
각각의 반응조(4110, 4120, 4130)는 황산화 박테리아와 황입자가 수용되는 외부 반응조(4111, 4121, 4131) 및 외부 반응조(4111, 4121, 4131)로부터 소정거리 이격되는 내부 반응조(4112, 4122, 4132)를 포함하도록 구성된다.
상세하게는, 외부반응조(4111, 4121, 4131) 하측에는 활성화된 황입자(4101)에 의한 황입자 층이 형성되도록 구성되고, 상기 외부반응조(4111, 4121, 4131) 하부에는 배양액, 시료 또는 공기가 유입될 수 있는 유입구(4111a, 4121a, 4131a)가 마련되고, 상기 외부반응조(4111, 4121, 4131)의 상부에는 유출구(4111b, 4121b, 4131b)가 마련된다.
상세하게는 유입구(4111a, 4121a, 4131a) 일측에는 공기 주입펌프(4102)가 구비되어 공기를 외부반응조(4111, 4121, 4131) 내부로 펌핑할 수 있다.
내부반응조(4112, 4122, 4132)는 내부에 전기전도도 측정부(4400)를 구비한다. 이때, 전기전도도 측정부(4400)가 황입자와 직접적으로 접촉되거나, 공기방울과 접촉되면 정확한 전기전도도를 측정하지 못하게 되기 때문에, 내부반응조(4112, 4122, 4132)는 전기전도도 측정부(4400)를 황입자 및 공기에 의한 공기방울과 분리시켜 구비한다.
배양액 공급부(4200)는 배양액 보관부(4210), 제 1 연동펌프(4220) 및 제 1 제어밸브(4230)를 포함한다.
배양액 보관부(4210)에는 시료수를 희석하기 위한 배양액이 보관된다. 배양액은 황산화 박테리아가 정상적으로 배양할 수 있도록 제조된 합성수이다.
제 1 제어밸브(4230)는 제 1 연동펌프(4220)를 통해 배양액 보관부(4210)의 배양액을 제 1 반응조(4110) 또는 제 2 반응조(4120)에 공급한다.
상세하게는, 제 1 제어밸브(4230)는 배양액 보관부(4210), 제 1 반응조(4110) 및 제 2 반응조(4120)와 연결될 수 있다. 제어부(4500)의 제어에 따라 제 1 제어밸브(4230)의 내부의 유로가 전환되어, 배양액 보관부(4210)가 제 1 반응조(4110) 또는 제 2반응조(4120)와 유체적으로 연통될 수 있다.
시료수 공급부(4300)는 시료수 보관부(4310), 제 2 연동펌프(4320) 및 제 2 제어밸브(4330)를 포함한다.
시료수 보관부(4310)에는 독성 평가를 하고자 하는 시료수가 유입되어 담기게 된다. 이러한 시료수는 대개 지표면의 하천이나 고여 있는 물이 있는 호수, 저수지, 저류지에서 채취되거나 하수 처리장, 정수장, 착수정, 폐수 처리장의 공정 단계 또는 방류수로부터 유입될 수 있다.
바람직하게는, 시료수 보관부(4310) 내에는 시료수에 포함된 부유물 등을 여과할 수 있는 필터가 배치될 수 있다.
제 2 제어밸브(4330)는 제 2 연동펌프(4320)를 통해 시료수 보관부(4310)의 시료수를 제 2 반응조(4120) 또는 제 3 반응조(4130)에 공급한다.
상세하게는, 제 2 제어밸브(4330)는 시료수 보관부(4310), 제 2 반응조(4120) 및 제 3 반응조(4130)와 연결될 수 있다. 제어부(4500)의 제어에 따라 제 2 제어밸브(4330)의 내부의 유로가 전환되어, 시료수 보관부(4310)가 제 2 반응조(4120) 또는 제 3반응조(4130)와 유체적으로 연통될 수 있다.
전기전도도 측정부(4400)는 각각의 반응조(4110, 4120, 4130)에 마련되는 복수의 전기전도도 측정센서(4410, 4420, 4430)를 포함하며, 배양액 또는 시료수의 전기전도도값을 측정한다. 상세하게는, 황입자는 산소와 황산화 미생물에 의하여 황산염 이온을 생성하게 되고, 상기 황산염 이온은 전기전도도를 변화시키게 된다. 이때, 시료수에 상기 황산화 미생물의 활성도를 떨어뜨리는 독성물질이 포함된 경우에는, 상기 황산염 이온의 생성률이 변화되고, 그 결과 시료수의 전기전도도(전기전도도 증가율)가 변화되게 된다.
전기전도도 측정부(4400)는 각각의 반응조의 전기전도도값을 측정하여 제어부(4500)에 제공한다.
제어부(4500)는 상기 전기전도도 측정부(4400)에서 측정된 시료수의 전기전도도값을 전기전도도 신호로 전달받아 시료수의 전기전도도 변화율을 연산하고, 상기 시료수의 전기전도도 변화율을 이용하여 시료수에 포함된 독성물질의 독성지수를 산출한다. 구체적으로는, 독성 물질 유입에 따른 전기전도도 변화를 파악하기 위해서 시료수의 농도에 따라 기준 전기전도도 변화율과 새로운 시료의 전기전도도 변화율 값의 차이를 이용하여 독성물질의 독성지수를 산출한다.
이하에서는, 도 18 및 도 19 를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 황산화박테리아 생태독성감시장치(4000)에서 시료수의 독성을 측정하는 방법에 대해 상세히 서술한다.
먼저, 각 반응조 (4110, 4120, 4130)에 배양액 및/또는 시료수를 배양액 공급부(4200) 또는 시료수 공급부(4300) 통해 공급한다(S41). 상세하게는, 제 1 제어밸브(4230)는 제 1 연동펌프(4220)를 통해 배양액 보관부(4210)의 배양액을 제 1 반응조(4110) 또는 제 2 반응조(4120)에 공급한다. 아울러, 제 2 제어밸브(4330)는 제 2 연동펌프(4320)를 통해 시료수 보관부(4310)의 시료수를 제 2 반응조(4120) 또는 제 3 반응조(4130)에 공급한다. 예를 들면, 제 1반응조(4110)에는 배양액만 공급되고, 제 2반응조(4120)에는 50% 농도의 시료수가 공급되고, 제 3반응조(4130)에는 100% 농도의 시료수가 공급될 수 있다.
이어서, 전기전도도 측정부(4400)는 각 반응조(4110, 4120, 4130)의 전기전도도값을 측정하여 제어부(4500)에 제공한다(S42).
제어부(4500)는 상기 전기전도도 측정부(4400)에서 측정된 시료의 전기전도도값을 전기전도도 신호로 전달받아 시료의 전기전도도 변화율을 연산하고, 상기 시료수의 전기전도도 변화율을 이용하여 시료수에 포함된 독성물질의 독성지수를 산출한다(S43). 구체적으로는, 제 2반응조(4120) 및 제 3반응조(4130) 각각의 시료수 주입후 전기 전도도값의 변화 및 전기전도도 변화율을 측정하고, 이를 제 1 반응조(4110)의 변화율 값과 비교하여 50%시료 및 100%시료의 독성도 값을 산출할 수 있다.
이어서, 반응시간인 20분 경과 후에 각각의 반응조(4110, 4120, 4130)에 새로운 배양액과 시료수를 유입시키고, 측정완료된 폐액들은 상부의 유출구(4111b, 4121b, 4131b)를 통해 폐액보관부(미도시)로 배출되도록 한다(S44).
이하에서는, 도 1 및 도 2 를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 통합제어부(5000)를 서술한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 통합제어부(5000)는 물벼룩 생태독성감시장치(1000), 조류 생태독성감시장치(2000), 발광박테리아 생태독성감시장치(3000), 황산화박테리아 생태독성감시장치(4000)에서 산정된 독성지수를 통합하여 아래와 같이 통합독성지수를 산정할 수 있다
각 시각별 통합독성지수()는 하기 식에 의해 산출될 수 있다.
(제 1 독성지수)는 i번째 시각에서의 물벼룩 생태독성감시장치에 의한 값, (제 2 독성지수)는 i번째 시각에서의 조류 생태독성감시장치에 의한 값, (제 3 독성지수)는 i번째 시각에서의 발광박테리아 생태독성감시장치에 의한 값, (제 4 독성지수)는 i번째 시각에서의 황산화박테리아 생태독성감시장치에 의한 값을 의미한다. 바람직하게는, 통합독성지수는 기 설정된 시간(예를 들면 30분)을 주기로 반복하여 계산될 수 있다.
여기서, w 는 각 생물감시종의 TI 값에 가중치로서, 제 1 독성지수 내지 제 4 독성지수 각각을 독성지수의 합으로 나누어 각 생물감시종의 TI에 대한 가중치를 도출할 수 있다.
상세하게는, w1, w2, w3, w4는 하기 식에 의해 산출될 수 있다.
이에 따르면, 물벼룩, 발광박테리아, 조류 클로렐라 및 항산화 박테리아 중 특정한 생물이 독성에 더 많이 반응하면 그 생물에 보다 큰 가중치가 부여되기 때문에, 통합독성지수의 정확도가 향상될 수 있다
아울러, 통합제어부(5000)는 물벼룩 생태독성감시장치(1000), 조류 생태독성감시장치(2000), 발광박테리아 생태독성감시장치(3000), 황산화박테리아 생태독성감시장치(4000)에서 산정된 독성지수 및 통합독성지수를 통합모니터(5100)에 표시할 수 있다.
본 발명의 통합 생태독성측정 장치(1)에 따르면, 물벼룩 생태독성감시장치(1000), 조류 생태독성감시장치(2000), 발광박테리아 생태독성감시장치(3000), 황산화박테리아 생태독성감시장치(4000) 각각에서 산정된 독성지수에 기초하여 통합독성지수를 산출하므로, 다양한 독성물질의 영향을 보다 정확하게 추정할 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 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 통합 생태독성감시장치
1000 물벼룩 생태독성감시장치
2000 조류 생태독성감시장치
3000 발광박테리아 생태독성감시장치
4000 황산화박테리아 생태독성감시장치
5000 통합제어부
1000 물벼룩 생태독성감시장치
2000 조류 생태독성감시장치
3000 발광박테리아 생태독성감시장치
4000 황산화박테리아 생태독성감시장치
5000 통합제어부
Claims (10)
- 시료수의 투입에 따른 물벼룩의 움직임의 변화를 측정하여 제 1 독성지수를 산출하는 물벼룩 생태독성감시장치;
시료수의 투입에 따른 조류의 형광량 변화율을 측정하여 제 2 독성지수를 산출하는 조류 생태독성감시장치;
시료수의 투입에 따른 발광박테리아의 발광량 변화율을 측정하여 제 3 독성지수를 산출하는 발광박테리아 생태독성감시장치;
시료수의 투입에 따라 황산화박테리아에 의하여 생성된 황산염이온에 의한 전기전도도의 변화율로부터 제 4 독성지수를 산출하는 황산화박테리아 생태독성감시장치; 및
상기 물벼룩 생태독성감시장치, 상기 조류 생태독성감시장치, 상기 발광박테리아 생태독성감시장치 및 상기 황산화박테리아 생태독성감시장치에서 산출된 제 1 독성지수 내지 제 4 독성지수를 통합하여 통합독성지수를 산정하는 통합제어부; 를 포함하고,
상기 통합독성지수()는,
에 의해 산출되고
는 i번째 시각에서의 물벼룩 생태독성감시장치의 값, 는 i번째 시각에서의 조류 생태독성감시장치의 값, 는 i번째 시각에서의 발광박테리아 생태독성감시장치의 값, 는 i번째 시각에서의 황산화박테리아 생태독성감시장치의 값이고,
w1 내지 w4 는 에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 통합 생태독성감시장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 통합제어부는 제 1 독성지수 내지 제 4 독성지수 및 통합독성지수를 통합모니터에 표시하는 것을 특징으로 하는, 통합 생태독성감시장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 물벼룩 생태독성감시장치는,
하우징;
시료를 보관하는 시료 보관부 및 상기 시료를 희석하는 배양액을 보관하는 배양액 보관부를 포함하는 공급부;
상기 시료 보관부로부터 공급받은 시료가 저류되는 시료 저류조, 상기 배양액 보관부로부터 공급받은 배양액이 저류되는 배양액 저류조, 및 상기 시료 저류조에서 분주되는 다수의 시료 분주라인과 상기 배양액 저류조에서 분주되는 다수의 배양액 분주라인과 연결되며 시료 또는 배양액을 서로 다른 희석 비율로 공급하도록 제어되는 다수의 희석용 밸브를 포함하는 연속희석부;
내부에 수생생물이 수용되며, 상기 연속희석부를 통해 시료 및 배양액의 혼합물을 연속적으로 공급받는 챔버부;
수생생물의 활동을 촬영하는 광학 측정부; 및
상기 광학 측정부로부터 전달된 촬영 영상을 통해 상기 시료의 독성을 평가하는 제어부를 포함하는, 통합 생태독성감시장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 연속희석부는,
수직하게 연장되는 바디 및
상기 바디의 후방에서 전방으로 관통하도록 형성되며, 상기 챔버부 그리고 상기 희석용 밸브와 연결되는 다수의 희석라인을 더 포함하고,
상기 시료 저류조 및 상기 배양액 저류조는 상기 바디를 수직방향으로 관통하도록 형성되고,
상기 시료 분주라인은, 상기 시료 저류조에서 상기 바디의 후방으로 관통되고 수직방향을 따라 서로 이격배치되며,
상기 배양액 분주라인은, 상기 배양액 저류조에서 상기 바디의 후방으로 관통되고 수직방향을 따라 서로 이격배치되는 것을 특징으로 하는, 통합 생태독성감시장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 조류 생태독성감시장치는,
배양액을 보관하는 배양액 보관부, 시료수를 보관하는 시료수 도입부 및 조류를 보관하는 조류 보관부를 포함하는 보관부;
내부에 조류 보관부로부터 공급받은 조류가 수용되는 복수의 챔버;
상기 배양액 보관부의 배양액 및 상기 시료수 도입부의 시료수 중 하나 이상을 상기 복수의 챔버 각각에 공급하도록 제어되는 제어밸브부;
조류의 형광량을 검출하는 형광 측정부; 및
상기 보관부 상기 제어밸브부 및 상기 형광 측정부의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함하는, 통합 생태독성감시장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 형광 측정부는,
상기 챔버에 광을 조사하는 광원부 및
각 챔버의 조류의 형광을 검출하는 검출부를 포함하고,
상기 제어부는 각 검출부에서 전달된 형광량으로부터 형광량 변화율을 산출하는 것을 특징으로 하는, 통합 생태독성감시장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광박테리아 생태독성감시장치는,
제 1 반응조, 제 2 반응조 및 제 3 반응조를 포함하는 반응부;
제 1 반응조, 제 2 반응조 및 제 3 반응조 각각에 발광박테리아를 포함하는 배양액을 공급하는 배양액 공급부;
상기 제 2반응조 및 상기 제 3 반응조에 서로 상이한 농도의 시료수를 공급하는 시료수 공급부;
발광박테리아의 발광량을 측정하는 광학측정부; 및
상기 배양액 공급부, 상기 시료수 공급부 및 상기 광학측정부의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 통합 생태독성감시장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제어부는, 각 반응조의 발광량 변화율에 기초하여 시료수의 독성을 측정하는 것을 특징으로 하는, 통합 생태독성감시장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 황산화박테리아 생태독성감시장치는,
제 1 반응조, 제 2 반응조 및 제 3 반응조를 포함하며, 내부에 복수의 황입자가 수용되는 반응부;
상기 제 1 반응조 및 상기 제 2 반응조에 배양액을 공급하는 배양액 공급부;
상기 제 2반응조 및 상기 제 3 반응조에 서로 상이한 농도의 시료수를 공급하는 시료수 공급부;
상기 반응부 내부에 구비되며, 전기전도도를 측정하는 전기전도도 측정부; 및
상기 배양액 공급부, 상기 시료수 공급부 및 상기 전기전도도 측정부의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함하고,
상기 제어부는, 각 반응조의 전기전도도 변화율에 기초하여 시료수의 독성을 측정하는 것을 특징으로 하는, 통합 생태독성감시장치.
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| KR101366786B1 (ko) * | 2013-05-14 | 2014-02-24 | 주식회사 코비 | 물벼룩을 이용한 독성 시험 자동화 장치 및 그를 이용한 독성 시험 자동화 평가방법 |
| KR101401015B1 (ko) | 2012-11-28 | 2014-05-29 | 한국건설기술연구원 | 생태 독성 감시 장치 및 유지관리 방법 |
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|---|---|---|---|---|
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2022
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- 2022-12-01 KR KR1020220165812A patent/KR102571713B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 김일호 등. Multi-hazards 대응형 생태독성 모니터링 및 평가기술 개발. 한국건설기술연구원, 2013. KICT 2013-120.* |
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