KR102614268B1 - 미세플라스틱 검출 시스템 - Google Patents

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이준석
백경훈
박보람
전수정
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주식회사 마하테크
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Abstract

본 발명은 미세플라스틱 검출 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체가 흐르는 유관을 관통하도록 레이저 광을 조사하고 상기 유체가 조사된 레이저 광을 통과하면서 발생하는 형광의 스펙트럼을 측정하여 분석함으로써, 상기 유체 내에 미세플라스틱의 존재 여부 검출 및 상기 미세플라스틱의 유체 내 포함량, 크기 및 형태 등의 정보를 검출할 수 있는 미세플라스틱 검출 시스템에 관한 것이다.

Description

미세플라스틱 검출 시스템{Microplastic detection system}
본 발명은 미세플라스틱 검출 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체가 흐르는 유관을 관통하도록 레이저 광을 조사하고 상기 유체가 조사된 레이저 광을 통과하면서 발생하는 형광의 스펙트럼을 측정하여 분석함으로써, 상기 유체 내에 미세플라스틱의 존재 여부 검출 및 상기 미세플라스틱의 유체 내 포함량, 크기 및 형태 등의 정보를 검출할 수 있는 미세플라스틱 검출 시스템에 관한 것이다.
미세플라스틱이란, 크기 5 mm 이하의 조각의 플라스틱 입자를 뜻하며, 조각, 파편, 알갱이, 섬유 등 다양한 형태를 가진다.
미세플라스틱은 처음부터 미세플라스틱으로 제조되거나, 플라스틱 제품이 부서지면서 생성되는데, 예를들면 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 치약, 세정제 또는 스크럽 등에 포함되며, 150ml 제품에 대략 280만 개의 미세플라스틱이 함유돼 있는 것으로 알려져 있다.
한편, 미세플라스틱의 경우, 너무 작아 하수처리시설에 걸러지지 않고, 바다와 강으로 그대로 유입되는데, 2015년 영국에서 발표된 [해양 속 작은 플라스틱 쓰레기에 관한 국제 목록] 논문에 따르면, 바닷속에는 최소 15조에서 최대 51조의 미세플라스틱이 있는 것으로 추정된다.
이에 따라, 미세플라스틱은 작은 크기로 인해 플랑크톤 및 어패류가 쉽게 섭취할 수 있고 먹이사슬을 따라 축적되어 최종적으로 인간의 건강을 위협한다는 문제점이 있다.
상세하게는, 미세플라스틱을 먹이로 오인해 먹은 강·바다의 생물들을 결국 인간이 섭취하게 되기 때문에 장폐색을 유발할 수 있으며 에너지 할당 감소, 성장 등에도 악영향을 미칠 수 있다.
이에 따라, 전 세계가 미세플라스틱 문제의 심각성을 인지하고, 미세플라스틱을 감소시키거나 배출을 최소화하는 방법에 대한 연구는 활발히 이루어지고 있으나, 근본적으로는 미세플라스틱 입자들이 유체 내에 포함되어 있는지에 대한 여부를 검출하는 기술이 필요하다
이에, 최근에는 유체 내에 포함되어 있는 미세플라스틱을 검출하기 위해 시료를 채취하여 분석하는 방식을 사용하였으나, 광범위한 유체 내 포함되어 있는 미세플라스틱을 일일히 분석하는 것은 매우 어려운 문제점이 있다.
위의 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 도 1에 도시한 것과 같이, 레이저광원(11)에서 출사된 광을 집속렌즈(12)를 통해 집속시켜 미세플라스틱(1) 검출을 위한 유관(3) 내 유체에 조사함으로써, 조사된 광(2)을 통과하는 미세플라스틱(1)에서 형광되는 광을 측정하여 미세플라스틱의 존재 여부를 검출하였으나, 이는 상기 집속렌즈(12)로부터 집속되어 상기 유관(3)으로 조사된 광(1)의 너비가 상기 유관 내 유체가 흐르는 영역을 다 커버하지 못하고 미세플라스틱이 상기 광(1)을 지나쳐 통과할 수 있는 사각 영역이 발생할 수 있기 때문에 검출 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 광범위한 유체 내 미세플라스틱 존재 여부를 용이하게 검출하여 분석할 수 있으며, 유관 내 흐르는 모든 유체를 분석하여 미세플라스틱을 검출할 수 있어 검출 정확도 또한 향상시킬 수 있는 미세플라스틱 검출 기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 광범위한 검출 영역에서 시료를 채취하여 전체 검출 영역에서의 미세플라스틱 존재 여부 및 포함량 등을 추정하는 것이 아닌 검출 영역을 통과하는 유체를 모두 검사하여 미세플라스틱 존재 여부 및 포함량 등을 검출할 수 있어 검출 정확도를 향상시키면서 용이하게 유체 내 미세플라스틱 모니터링이 가능한 미세플라스틱 검출 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 유관 내 흐르는 유체에 포함된 미세플라스틱을 검출하는 시스템으로, 광을 출력하는 레이저; 상기 레이저로부터 출력되어 입사한 광의 형태 및 크기를 변형하고, 변형된 광을 상기 미세플라스틱의 존재 여부를 검사하기 위한 상기 유관 내 흐르는 유체에 조사하는 광조사수단; 상기 광조사수단로부터 조사된 광이 상기 유관 내 흐르는 유체에서 형광되어 수광된 광의 형광 스펙트럼을 측정하는 분광기; 및 상기 분광기에서 측정된 형광 스펙트럼을 분석하여 상기 유체 내 미세플라스틱의 존재 여부 및 상기 미세플라스틱의 정보를 검출하는 검출수단;을 포함하며, 상기 광조사수단:은 상기 레이저에서 조사된 원형 형태의 광을 상기 유관의 길이 방향에 수직한 방향을 길이로 한 띠 형태로 변형시켜 전달하는 슬릿판; 및 상기 슬릿판으로부터 입사된 띠 형태 광의 두께를 조정하여 상기 유관 내 흐르는 유체를 향해 조사하는 대물렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 검출 시스템을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 검출수단은 상기 유체 내 미세플라스틱의 포함량, 검출된 미세플라스틱의 크기 및 형태 등에 관한 미세플라스틱 정보를 검출한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 슬릿판은 상기 레이저에서 조사된 광을 띠 형태로 변경하기 위한 상기 띠 형태의 슬릿이 형성되며, 상기 슬릿판은 상기 슬릿의 높이를 조절할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 미세플라스틱 검출 시스템은 상기 슬릿의 높이를 조절하기 위해 상기 슬릿판의 동작을 제어하는 제어수단이 더 포함되며, 상기 제어수단은 상기 검출수단으로부터 상기 미세플라스틱의 크기 정보를 수신받아 상기 슬릿의 높이를 가변한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
본 발명의 미세플라스틱 검출 시스템에 의하면, 유체가 흐르는 유관의 통로를 관통하도록 광을 조사하고 조사된 광을 통과하며 흐르는 유체에서 형광되어 측정되는 형광 스펙트럼을 분석함으로써, 유체 내 미세플라스틱의 존재 여부를 검출할 수 있어 방대한 양의 유체에서 미세플라스틱의 존재 여부를 용이하게 모니터링할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 미세플라스틱 검출 시스템에 의하면, 레이저 광을 유체가 흐르는 방향에 수직한 방향을 길이로 하는 띠 형태의 광으로 변경하여 유관을 관통하도록 조사함으로써, 유관 내에서 흐르는 유체가 조사된 광을 통과하지 않는 사각 영역이 존재하지 않고 모든 유체를 검사할 수 있기 때문에 미세플라스틱 검출 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 미세플라스틱 검출 시스템에 의하면, 레이저 광을 띠 형태로 변경하는 슬릿부의 슬릿 높이를 변경할 수 있도록 제어하여 띠 형태 광의 높이를 조절할 수 있기 때문에 다양한 크기 및 형태의 미세플라스틱 정보 또한 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 미세플라스틱 검출 장치를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 검출 시스템을 하부에서 비스듬한 방향으로 바라본 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 검출 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 검출 시스템의 슬릿판을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 검출 시스템을 하부에서 비스듬한 방향으로 바라본 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 검출 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 검출 시스템(100)은 유관(3) 내에 흐르는 유체에 광(2)을 조사하여 발현되는 형광의 스펙트럼을 측정하여 분석함으로써, 유체 내의 미세플라스틱(1) 존재 여부를 검출할 수 있는 시스템이다.
여기서, 상기 미세플라스틱(1)은 5mm 이하의 입자 크기를 갖는 플라스틱을 의미하며, 본 발명의 미세플라스틱 검출 시스템(100)은 상기 유체에 포함된 10~500um 크기를 갖는 미세플라스틱(1)을 검출하기 위한 시스템이다.
또한, 상기 미세플라스틱 검출 시스템(100)은 레이저(110), 광조사수단(120), 분광기(130) 및 검출수단(140)을 포함하여 이루어진다.
상기 레이저(110)는 상기 미세플라스틱(1) 검출을 위해 상기 유관(3) 내 흐르는 유체에 조사하기 위한 광(2)을 출력한다.
또한, 상기 레이저(110)는 상기 유관(3)의 측방에 배치되며, 상세하게는, 상기 레이저(110)는 상기 유관(3)의 외측면을 향해 출력된 직선광(2)이 상기 유관(3)의 외측면과 수직하도록 상기 유관(3)의 측방에 배치된다.
또한, 상기 레이저(110)는 단면이 원형 형태인 직선광을 출력한다.
상기 광조사수단(120)은 상기 레이저(110)와 상기 유관(3) 사이에 배치되고,상기 레이저(110)로부터 출력된 광의 형태를 변형시켜 상기 미세플라스틱(1) 검출을 위한 상기 유관(3) 내 흐르는 유체를 향해 조사한다.
상기 광조사수단(120)은 슬릿판(121)와 대물렌즈(122)를 포함하여 이루어진다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 검출 시스템의 슬릿판을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 슬릿판(121)은 상기 레이저(110)에서 상기 광(2)을 출력하는 방향에 배치되어 상기 레이저(110)로부터 출력된 광(2)의 형태를 변형시켜 상기 유관(3)을 향해 전달한다.
또한, 상기 슬릿판(121)은 상판과 하판으로 이루어지며, 상기 유관(3)의 길이방향을 따라 서로 이격되도록 배치하여 상기 상판과 상기 하판 사이에 슬릿(121-1)을 형성한다.
상기 슬릿(121-1)은 상기 슬릿판(121)의 상판과 하판 사이에 형성된 틈을 의미하며, 띠 형태를 갖는다.
여기서, 상기 띠 형태는 상기 유관(3)의 길이방향이 높이이고, 수직한 방향이 길이인 띠 형상이다.
한편, 본 발명에서는 상기 슬릿(121-1)의 높이(h)를 100um으로 설정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 10~500um 크기를 갖는 미세플라스틱(1)을 검출하기 위해 100~5000um 범위로 상기 슬릿(121-1)의 높이(h)를 설정할 수 있다.
즉, 상기 슬릿판(121)은 상기 레이저(110)로부터 출력된 원형 형태의 광(2)을 상기 슬릿(121-1)으로 통과시킴으로써, 상기 원형 형태의 광(2)을 상기 띠 형태의 광(2)으로 변형시켜 상기 유관(3)을 향해 전달한다.
상기 대물렌즈(122)는 상기 레이저(110)에서 광(2)이 출력되는 경로상인 상기 슬릿판(121)과 상기 유관(3) 사이에 배치되며, 상기 슬릿판(121)으로부터 입사된 띠 형태의 광(2) 두께를 조정하여 상기 유관(3)을 향해 조사한다.
한편, 본 발명에서는 상기 띠 형태의 광(2) 두께를 10um으로 설계하여, 10배율의 스펙을 갖는 대물렌즈(122)를 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 설계자가 설계하고자 한 띠 형태의 광(2) 두께에 따라 다양한 배율 스펙을 갖는 대물렌즈(122)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 대물렌즈(122)는 상기 슬릿판(121)으로부터 입사된 광을 상기 유관(3)의 중심부에서 상이 맺히도록 조사하기 위해 상기 유관(3)과의 거리가 상기 상이 맺히는 초점거리(d)만큼 이격되어 배치된다.
따라서, 본 발명의 미세플라스틱 검출 시스템(100)은 상기 레이저(110)에서 출력된 원형 형태의 광(2)을 상기 슬릿판(121)을 통해 띠 형태의 광(2)으로 변형시키고 상기 대물렌즈(122)로 상기 광(2) 두께를 조정하여 상기 유관(3)의 수직 단면을 관통하도록 조사함으로써, 상기 유관(3) 내에서 유체가 흐르면서 상기 광(2)을 통과하도록 한다.
상기 분광기(130)는 상기 유관(3) 내에 흐르는 유체에 형광되어 수광되는 광의 형광 스펙트럼을 측정한다.
상세하게는, 상기 분광기(130)는 상기 레이저(110)로부터 출력된 광(2)이 상기 유체에 포함된 미세플라스틱(1)에 조사되면 방출하는 형광 신호를 측정한다.
또한, 상기 분광기(130)는 광섬유에 의해 상기 유관(3) 내에 흐르는 유체에 형광되어 수광된 광을 입력받을 수 있다.
상기 검출수단(140)은 상기 분광기(130)로부터 측정된 데이터를 수신받아 상기 유관(3) 내 흐르는 유체에 상기 미세플라스틱(1)의 존재 여부를 검출할뿐만 아니라 상기 미세플라스틱(1)의 정보를 검출한다.
여기서, 상기 미세플라스틱(1)의 정보는 상기 미세플라스틱(1)의 크기 및 형태 등의 정보를 의미한다.
상세하게는, 상기 검출수단(140)은 상기 분광기(130)에서 측정된 형광 신호의 파장 대역을 기반으로 상기 유체 내에 상기 미세플라스틱(1)의 존재 여부를 검출할 수 있으며, 상기 분광기(130)에서 상기 미세플라스틱(1)의 형광 신호가 연속해서 측정된 시간을 기반으로 상기 미세플라스틱(1)의 크기 및 형태 정보를 검출할 수 있다.
이 외에도, 상기 검출수단(140)은 상기 분광기(130)에서 측정된 형광 신호의 횟수를 기반으로 상기 유관(3) 내에 흐르는 유체에 포함된 미세플라스틱(1)의 포함량 정보를 검출할 수 있다.
또한, 상기 검출수단(140)은 유무선 통신망을 통해 상기 분광기(130)로부터 측정된 데이터를 수신받을 수 있으나, 이 외에도 상기 분광기(130) 내부에 탑재되어 일체형으로 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 미세플라스틱 검출 시스템(100)은 상기 슬릿판(121)의 슬릿(121-1) 높이(h)를 조절할 수 있는 제어수단(150)이 더 포함된다.
상기 제어수단(150)은 상기 슬릿(121-1)의 높이(h)를 가변시키기 위해 상기 슬릿판(121)의 상판과 하판을 상하 방향으로 이동하는 동작을 제어한다.
이에, 상기 제어수단(150)은 상기 슬릿(121-1)의 높이(h)를 100~5000um 범위 내에서 가변시킬 수 있다.
또한, 상기 제어수단(150)은 상기 검출수단(140)으로부터 상기 미세플라스틱(1)의 크기 및 형태 정보를 수신받아 상기 미세플라스틱(1)의 크기 및 형태 정보를 기반으로 상기 슬릿(121-1)의 높이(h)를 가변시킬 수 있다.
상세하게는, 상기 제어수단(150)은 상기 검출수단(140)에서 측정된 상기 미세플라스틱(1)의 크기가 상기 대물렌즈(130)로부터 상기 유관(3)으로 조사된 광(2)의 두께보다 작을 경우, 상기 조사된 광(2)의 두께가 상기 미세플라스틱(1)의 크기보다 작도록 상기 슬릿판(121)의 상판과 하판 사이의 이격거리를 감소시켜 상기 슬릿(121-1)의 높이(h)를 줄인다.
따라서, 본 발명의 미세플라스틱 검출 시스템(100)은 상기 슬릿판(121)을 통해 상기 띠 형태의 광 두께를 100~5000um 범위로 변형시켜 상기 대물렌즈(130)로 전달할 수 있으며, 10배율을 갖는 대물렌즈(130)를 통해 상기 띠 형태의 광 두께를 10~500um 범위로 조정하여 상기 유관(3)으로 조사함으로써, 상기 유관(3) 내 흐르는 유체에 포함된 10~500um 크기의 미세플라스틱(1)을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 미세플라스틱 검출 시스템(100)은 상기 유체가 흐르는 유관(3)의 수직 단면을 모두 커버하며 관통하도록 상기 광(2)을 조사하고 조사된 광(2)을 통과하며 흐르는 유체에서 형광되어 측정되는 형광 스펙트럼을 분석함으로써, 유체 내 미세플라스틱(1)의 존재 여부를 검출할 수 있어 방대한 양의 유체에서 상기 미세플라스틱(1)의 존재 여부를 용이하게 모니터링할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
1 : 미세플라스틱 2 : 광
3 : 유관 10 : 종래의 미세플라스틱 검출 장치
11 : 레이저광원 12 : 집속렌즈
100 : 미세플라스틱 검출 시스템 110 : 레이저
120 : 광조사수단 121 : 슬릿판
121-1 : 슬릿 122 : 대물렌즈
130 : 분광기 140 : 검출수단
150 : 제어수단 d : 초점거리
h : 슬릿의 높이

Claims (4)

  1. 유관 내 흐르는 유체에 포함된 미세플라스틱을 검출하는 시스템으로,
    광을 출력하는 레이저;
    상기 레이저로부터 출력되어 입사한 광의 형태 및 크기를 변형하고, 변형된 광을 상기 미세플라스틱의 존재 여부를 검사하기 위한 상기 유관 내 흐르는 유체에 조사하는 광조사수단;
    상기 광조사수단로부터 조사된 광이 상기 유관 내 흐르는 유체에서 형광되어 수광된 광의 형광 스펙트럼을 측정하는 분광기; 및
    상기 분광기에서 측정된 형광 스펙트럼을 분석하여 상기 유체 내 미세플라스틱의 존재 여부 및 상기 미세플라스틱의 정보를 검출하는 검출수단;을 포함하며,
    상기 광조사수단:은
    상기 레이저에서 조사된 원형 형태의 광을 상기 유관의 길이 방향에 수직한 방향을 길이로 한 띠 형태로 변형시켜 전달하는 슬릿판; 및
    상기 슬릿판으로부터 입사된 띠 형태 광의 두께를 조정하여 상기 유관 내 흐르는 유체를 향해 조사하는 대물렌즈;를 포함하고,
    상기 슬릿판은 상기 레이저에서 조사된 광을 띠 형태로 변경하기 위한 상기 띠 형태의 슬릿이 형성되며,
    상기 슬릿판이 상기 슬릿의 높이를 조절할 수 있어 상기 슬릿의 높이를 조절하기 위해 상기 슬릿판의 동작을 제어하는 제어수단이 더 포함되고,
    상기 제어수단은 상기 검출수단으로부터 상기 미세플라스틱의 크기 정보를 수신받아 상기 슬릿의 높이를 가변시키는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출수단은 상기 유체 내 미세플라스틱의 포함량, 검출된 미세플라스틱의 크기 및 형태 등에 관한 미세플라스틱 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 검출 시스템.
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