KR20040036470A - 다중 광 이온화를 이용한 다채널 광이온화 검출기 - Google Patents

다중 광 이온화를 이용한 다채널 광이온화 검출기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 GC시스템의 검출기에 사용되는 PID 검출기에 관한 것으로, 측정하고자 하는 시료에 다양한 이온화 에너지를 가지는 자외선을 조사하여 단일 검출기로 여러 가지 시료분석을 동시에 3차원적으로 분석할 수 있다.
본 발명의 광이온화 검출기는 적어도 2종류 이상의 비활성 기체가 혼합 주입된 자외선 램프 및 이의 점멸주기를 조절하여 다른 에너지를 공급하는 장치를 포함하거나, 각기 다른 비활성 기체가 혼합 주입된 2종류 이상의 자외선 램프 및 점멸주기를 제어 분석하는 장치를 포함하거나, 편형 광학 밀도 필터 또는 환형 광학 밀도 필터 및 이를 제어하는 장치를 포함하여 이루어진다.
이런한 본 발명에 따른 광이온화 검출기는 종래 GC 검출기가 가지는 제한적 시료분석 및 저감도의 단점을 극복함과 동시에 종래 PID 가 각각의 분석시료에 따라 자외선 램프를 교체하여 측정 분석하여야 하는 불편함을 효과적으로 개선함과 아울러, 단일 검출기로서 매우 짧은 시간 안에 각 이온화 에너지 채널에 따른 2차원적 크로마토그램은 물론, 이를 조합한 3차원적인 크로마토그램을 확보할 수 있어 다양한 시료를 신속 정확하게 정량 분석할 수 있다.

Description

다중 광 이온화를 이용한 다채널 광이온화 검출기{ Multichannel Photoionization Detector Using Multiphotoionization }
본 발명은 가스 크로마토그래피(GAS CHROMATOGRAPHY, 이하 'GC'라 약칭함) 시스템의 검출기에 관한 것으로, 보다 상세히는 시료를 이온화시켜 그 전류를 측정함으로써 시료를 정량분석할 수 있는 광이온화 검출기(PHOTOIONIZATION DETECTOR, 이하 'PID'라 약칭함)에 관한 것이다.
환경 분석 분야에서 GC 시스템은 기체상 시료의 정량 정성 분석에 있어서 매우 유용하게 이용되어 왔다. 이러한 GC 시스템은 다양한 검출기의 개발로 보다 다양한 화학종의 분석을 가능하게 하였다. 여러 화학종의 정량분석을 가능하게 하는 열 전도도 검출기(TCD), 황이나 질소와 같이 특정 화학종의 정량 분석을 위한 화학발광 방식의 특수한 검출기(NCD, SCD), 그리고 화학종의 정성 분석을 가능하게 하는 질량 분석기 등 다양한 종류의 검출기가 개발되어 있다. 그러나, NCD는 질소 검출, SCD는 황 검출에 매우 탁월한 성능을 가지는 한편, TCD는 비교적 다양한 시료를 분석할 수 있다는 이점이 있으나, 그 감도(Sensitivity)에서 우수하지 못한 단점이 있다. 이에 다양한 시료를 우수한 감도로 분석할 수 있는 PID기술이 개발되었다. 이는 시료에 분석하고자 하는 물질의 이온화 에너지 이상의 에너지를 가진 자외선을 조사함으로써 시료를 광이온화시키고, 이때 생성된 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하여 분석함으로써 시료의 정량분석을 가능하게 하는 방식이다.
PID에 이용되는 자외선 램프는 제논(Xe), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar) 등 비활성 기체가 주입된 것을 사용하는 데, 각각의 비활성 기체는 특정 파장대의 에너지만을 방출하게 된다. 즉, 종래의 광 이온화 검출기의 경우 일정한 이온화 에너지를 가지는 자외선 램프를 사용한다. 현재 상용화되어 사용되는 램프는 9.2eV(Xe램프), 10.8eV(Kr램프), 11.7eV(Ar램프) 영역의 일정한 에너지를 방출하며 대상 화합물에 따라 사용자가 자외선 램프를 교체해주며 대상 분석물질에 대하여 제한된 분석을 수행하고 있다.
또한, 오늘날에는 환경오염과 관련하여 토양이나 지하수 오염 등에 대한 복원 작업을 위해서는 현장에서 다양한 오염물질들을 성분별로 신속 정확하게 분석해야 하는 하며, 작업자의 안전에 유해한 오염물질이 존재하는지를 알아냄으로써 각각의 유해 오염물질에 대한 경보를 내릴 수도 있다.
일반적으로 GC를 이용한 미량 성분 분석을 실시할 경우, 분석시간이 수십분에서 1시간 이상이 걸리므로 많은 시료를 처리하기 어렵다. 최근에는 분석시간을 단축하기 위해 여러 형태의 Fast GC가 개발되어 수십초 내지 5분 안에 많은 물질들을 검출하고 있으나, 이러한 Fast GC의 경우 대개 컬럼의 길이가 짧기 때문에, 분석하고자 하는 물질들이 컬럼에서 완벽하게 분리되어 나오지 않으므로, 개별 피크(peak)에 여러 개의 성분들이 겹쳐서 나오게 되어 정확한 성분분석이 어렵다. 예컨데, 시료가 벤젠과 이소프로필 알코올을 포함하고 있다면, 벤젠의 끓는점은 80.1℃ 이고, 이소프로필 알코올의 끓는점은 82.5℃ 으로 양 분석물질은 끓는점이 비슷하여 거의 동시에 추출되므로 정량 정성분석을 위하여 이를 구별해 낼 수 있는 검출기가 사용되어야 하는 데, 벤젠의 이온화 에너지는 9.24eV 이고, 이소프로필 알코올의 이온화 에너지는 10.15eV이므로 9.5eV의 제논(Xe) 자외선 램프를 사용하게 되면 벤젠은 이온화되고, 전자가 방출됨으로써 그 전류치를 측정하여 벤젠의 정량분석을 할 수 있다. 그러나, 이는 이소프로필 알코올의 분석을 위해서는 이소프로필 알코올의 이온화 에너지 이상의 에너지를 가진 적정 자외선을 조사하여야 한다. 즉, 종래 분석에서는 자외선 램프를 교체해 주며 새로 측정해야 하는 번거로움이 있으며, 그만큼 분석시간도 늘어나는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 GC 및 Fast GC 분석 시스템의 문제점과 상기 종래 PID가 가지는 제반 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로, 단일 검출기로써 여러 파장대의 이온화 에너지를 가지는 자외선을 시료에 조사하여 여러 에너지 채널로 크로마토그램을 분리함으로써 다양한 물질을 동시에 신속 정확히 정량분석할 수 있는 검출기를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다채널 광이온화 검출기는, 적어도 2종류 이상의 비활성 기체가 혼합되어 이루어진 자외선 램프와, 상기 자외선 램프로부터 조사되는 자외선 중 유효범위 파장의 자외선만을 투과시키는 자외선 필터와, 상기 자외선 필터로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버와, 상기 이온화 챔버의 시료가 이온화되면서 생성된 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하는 전위계와, 상기 전위계에서 측정된 전류를 증폭하여 신호로 처리하는 신호처리장치와, 상기 자외선 램프의 점멸 시간을 제어하는한편, 신호처리장치(111)에서 출력되는 신호를 자외선 램프의 점멸 주기와 동기화하여 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타를 출력하는 중앙제어장치와, 상기 이온화 챔버내의 시료가스가 배출되는 배출구를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또다른 본 발명의 다채널 광이온화 검출기는, 단일 비활성 기체로 이루어지고 각각의 램프의 비활성 기체의 종류가 서로 다른 복수개의 자외선 램프와, 상기 자외선 램프로부터 조사되는 자외선 중 유효범위 파장의 자외선만을 투과시키는 자외선 필터와, 상기 자외선 필터로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버와, 상기 이온화 챔버의 시료가 이온화되면서 생성된 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하는 전위계와, 상기 전위계에서 측정된 전류를 증폭하여 신호로 처리하는 신호처리장치와, 상기 자외선 램프의 점멸 시간을 제어하는 한편, 신호처리장치에서 출력되는 신호를 자외선 램프의 점멸 주기와 동기화하여 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타를 출력하는 중앙제어장치와, 상기 이온화 챔버내의 시료가스가 배출되는 가스 배출구를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또다른 본 발명의 다채널 광이온화 검출기는, 단일 비활성 기체로 이루어진 자외선 램프와, 상기 자외선 램프로부터 조사되는 자외선을 여러범위 파장의 자외선으로 변환시켜 투과시키는 편형 광학 밀도 필터와, 상기 광학 밀도 필터로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버와, 상기 이온화 챔버내의 시료가 이온화되면서 생성된 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하는 최소 2쌍 이상의 전극을 갖는 전위계와, 상기전위계 각각의 전극으로부터 전류를 측정하고 증폭하여 신호로 처리하는 신호처리장치와, 상기 신호처리장치에서 출력되는 신호를 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타로 출력하는 중앙제어장치와, 상기 이온화 챔버내의 시료가스가 배출되는 가스 배출구를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또다른 본 발명의 다채널 광이온화 검출기는, 단일 비활성 기체로 이루어진 자외선 램프와, 상기 자외선 램프로부터 조사되는 자외선을 여러범위 파장의 자외선으로 변환시켜 투과시키는 환형 광학 밀도 필터와, 상기 환형 광학 밀도 필터를 회전시키는 구동장치와, 상기 환형 광학 밀도 필터로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버와, 상기 이온화 챔버내의 시료가 이온화되면서 생성된 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하는 전위계와, 상기 전위계에서 측정된 전류를 증폭하여 신호로 처리하는 신호처리장치와, 상기 신호처리장치에서 출력되는 신호를 상기 환형 광학 밀도 필터의 회전주기와 동기화하여 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타를 출력하는 중앙제어장치와, 상기 이온화 챔버내의 시료가스가 배출되는 가스 배출구를 포함한다.
본 발명에 따른 다채널 광이온화 검출기는 종래의 GC 시스템에 별도의 시스템 변경 없이 검출이 가능하고 크로마토그램의 겹침 현상으로 인한 분석 한계와 동시 분석이 어려웠던 다양한 물질도 검출해 낼 수 있어, GC 특히 Fast GC 와 같이 빠른 시간이 요구되는 시스템의 기능을 향상시킬 수 있다. 이로 인하여 분석비용의 감소와 시간의 절감, 분석자의 생산성 향상과 인체 및 환경에 대한 유해 환경으로부터의 빠른 대응이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 적어도 2종류 이상의 비활성 기체가 혼합되어 이루어진 자외선 램프를 이용한 광이온화 검출기의 구성을 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 여러 화학물질의 이온화 에너지를 나타낸 그림,
도 3은 본 발명에 따른 다채널 광이온화 검출기의 3차원적 크로마토그램,
도 4는 본 발명에 따른 단일 비활성 기체로 이루어지고 각각의 램프의 비활성 기체의 종류가 서로 다른 복수개의 자외선 램프를 이용한 광이온화 검출기의 구성을 개략적으로 도시한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 편형 광학 밀도 필터를 이용한 광이온화 검출기의 구성을 개략적으로 도시한 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 편형 광학 밀도 필터를 이용한 광이온화 검출기중 편형 광학 밀도 필터와 전위계의 전극과의 관계를 나타낸 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 환형 광학 밀도 필터를 이용한 광이온화 검출기의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1. 가스크로마토그래피 오븐2. 가스크로마토그래피 분리관
110. 전위계111. 신호처리장치
112. 중앙 제어 장치120. 자외선 필터
122. 자외선 램프 케이스127. 자외선 램프
130. 이온화 챔버131. 가스 배출구
210. 전위계211. 신호처리장치
212. 중앙 제어 장치220. 자외선 필터
221. 자외선 램프222. 자외선 램프 케이스
230. 이온화 챔버231. 가스 배출구
310. 전위계311. 신호처리장치
312. 중앙 제어 장치320. 자외선 필터
321. 자외선 램프322. 자외선 램프 케이스
326. 판형 광학 밀도 필터330. 이온화 챔버
331. 가스 배출구
410. 전위계411. 신호처리장치
412. 중앙 제어 장치420. 자외선 필터
421. 자외선 램프422. 자외선 램프 케이스
423. 원형 광학 밀도 필터424. 진공밸브
425. 구동장치430. 이온화 챔버
431. 가스 배출구
이하, 본 발명의 다채널 광이온화 검출기를 상세히 설명한다.
본 발명의 다채널 광이온화 검출기는, 적어도 2종류 이상의 비활성 기체가 혼합되어 이루어진 자외선 램프와, 상기 자외선 램프로부터 조사되는 자외선 중 유효범위 파장의 자외선만을 투과시키는 자외선 필터와, 상기 자외선 필터로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버와, 상기 이온화 챔버의 시료가 이온화되면서 생성된 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하는 전위계와, 상기 전위계에서 측정된 전류를 증폭하여 신호로 처리하는 신호처리장치와, 상기 자외선 램프의 점멸 시간을 제어하는 한편, 신호처리장치(111)에서 출력되는 신호를 자외선 램프의 점멸 주기와 동기화하여 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타를 출력하는 중앙제어장치와, 상기 이온화 챔버내의 시료가스가 배출되는 배출구를 포함한다.
이하, 상기 본 발명의 다채널 광이온화 검출기를 도면에 따라 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 적어도 2종류 이상의 비활성 기체가 혼합되어 이루어진 자외선 램프를 이용한 광이온화 검출기의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 여러 화학물질의 이온화 에너지를 나타낸 그림이다.
본 발명에 따른 다채널 광이온화 검출기는 적어도 2종류 이상의 비활성 기체가 혼합되어 이루어진 자외선 램프(127)를 포함한다.
자외선 램프에 주입되는 비활성 기체는 일반적으로 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 헬륨(He) 등이다. 이러한 비활성 기체가 채워진 자외선 램프는 그 비활성 기체의 종류에 따라 각기 다른 파장대의 에너지를 방출한다.
이렇게 분석시료에 조사되는 자외선의 에너지가 분석시료 물질의 이온화 에너지보다 크게 되면 그 분석시료 물질은 이온화되고, 이온들이 발생하게 된다.
종래 PID는 단일 비활성 기체가 주입된 자외선 램프를 사용함으로써 특정 파장대의 자외선만을 조사하므로 도 2에 보이는 바와 같이 비활성 기체에 따라 측정할 수 있는 시료의 종류가 한정되어 있다. 그러므로, 다양한 시료를 분석하기 위하여 각기 다른 램프를 교체해 가며 측정하여야 한다. 따라서, 시료에 대한 종합적인 분석시간이 오래걸리고 불편한 점이 있다.
도 2에 보이는 바와 같이 제논(Xe) 자외선 램프는 약 10eV 이하의 이온화 에너지를 가지는 물질을 측정할 수 있고, 크립톤(Kr) 자외선 램프는 약 10 ~ 11eV 사이의 이온화 에너지를 가지는 물질을 측정하는 데 이용되며, 아르곤(Ar) 자외선 램프는 약 11 ~ 12eV 사이의 이온화 에너지를 가지를 물질을 측정하는데 편리하다.
그러나, 본 발명은 적어도 2종류 이상의 비활성 기체를 혼합주입한 자외선 램프를 사용하여 다양한 파장대의 자외선을 시료에 조사함으로써 램프의 교체없이 다양한 종류의 시료를 일회적으로 신속 정확하게 분석한다.
상기 중앙제어장치(112)는 자외선 램프(127)를 1초에 수십 회 이상 점멸시켜 이온화 챔버(130)내의 분석시료에 조사되는 자외선의 이온화 에너지를 변화시킨다.
예컨데 일정시간(수십 마이크로 초) 동안은 9.2eV(XE)의 파장대의 자외선을 조사시키고, 그 다음 일정시간(수십 마이크로 초) 동안은 10.8eV(Kr)의 파장대의 자외선을 조사시키고, 그 다음 일정시간(수십 마이크로 초) 동안은 11.7eV(Ar)의 파장대의 자외선을 조사시킨다. 이는 짧은 시간 동안 특정한 전류를 자외선 램프(127)에 걸어주면 그에 따른 특정한 비활성 기체만이 에너지를 방출하는 원리를 이용한 것이다.
즉, 자외선 램프(127)는 제어된 시간동안 일정 주기를 가지고 다양한 이온화 에너지를 방출하게 된다. 상기 예에서와 같이 각각 9.2eV, 10.8eV 및 11.7eV 이온화 에너지가 주기적으로 시료에 방출된다. 따라서, 각 방출되는 이온화 에너지 별로 채널(channel)을 형성할 수 있다.
상기 자외선 필터(120)는 자외선 램프(127)에서 조사되는 자외선 중 시료분석에 장애가 될 수 있는 파장대의 빛을 제거하는 역할을 한다. 즉, 측정시 데이타의 노이즈를 제거하게 된다. 일반적으로 사용되는 자외선 필터는 100 내지 200 nm 파장범위의 자외선만을 투과시킨다.
자외선의 조사에 의해 이온화된 시료의 이온들이 이온화 챔버(130)내에 장착된 전극에 수집된다.
상기 전위계(110)는 상기 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하고, 측정된 전류는 신호처리장치(111)에 의해 증폭되고 신호처리되어 중앙제어장치(112)로 전달된다.
또, 중앙제어장치(112)는 상기 자외선 램프 점멸주기를 제어하는 한편, 상기신호처리장치(111)에서 출력되는 신호를 자외선 램프(127)의 조사주기, 즉 이온화 에너지 변환 주기(수십 마이크로 초)와 동기화시킴으로서 각 이온화 에너지 채널에 따른 분석데이타를 제공한다.
상기 중앙제어장치(112)에서 수집된 데이타는 다음 도 3과 같이 이온화 에너지 채널에 대하여 3차원적 그래프를 작성할 수 있게 한다.
분석된 시료는 가스 배출구(131)를 통하여 외부로 배출되게 된다. 상기 검출기는 비파괴 검출기이므로 FID, FPD, ECD 등 다른 검출기를 추가적으로 부착할 수 있다.
본 발명의 또다른 다채널 광이온화 검출기는, 단일 비활성 기체로 이루어지고 각각의 램프의 비활성 기체의 종류가 서로 다른 복수개의 자외선 램프와, 상기 자외선 램프로부터 조사되는 자외선 중 유효범위 파장의 자외선만을 투과시키는 자외선 필터와, 상기 자외선 필터로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버와, 상기 이온화 챔버의 시료가 이온화되면서 발생하는 전자의 전류를 측정하는 전위계와, 상기 전위계에서 측정된 전류를 증폭하여 신호로 처리하는 신호처리장치와, 상기 자외선 램프의 점멸 시간을 제어하는 한편, 신호처리장치에서 출력되는 신호를 자외선 램프의 점멸 주기와 동기화하여 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타를 출력하는 중앙제어장치와, 상기 이온화 챔버내의 시료가스가 배출되는 가스 배출구를 포함한다.
이하, 상기 본 발명의 다채널 광이온화 검출기를 도면에 따라 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 단일 비활성 기체로 이루어지고 각각의 램프의 비활성 기체의 종류가 서로 다른 복수개의 자외선 램프를 이용한 광이온화 검출기의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
각각의 자외선 램프(221)는 각기 다른 비활성 기체가 주입되어 있다. 상기 비활성 기체는 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 헬륨(He) 등 이다.
중앙제어장치(212)는 일정 주기(수십 마이크로 초)를 두고 자외선 램프를 교대로 On/Off 함으로써 이온화 챔버(230)내의 분석시료에 서로 다른 이온화 에너지를 가지는 자외선을 조사한다. 이때 생성된 이온들은 전극에 수집되고 전위계(210)에 의하여 그 전류가 측정되며 신호처리장치(211)에서 증폭되고 신호로 처리된다.
중앙제어장치(212)는 각 자외선 램프(221)의 조사 주기와 신호처리장치(211)에서 출력되는 신호를 상호 동기화시켜 각각의 자외선 램프(221)의 이온화 에너지 채널에 따라 분석데이타를 제공한다.
상기 중앙제어장치(112)에서 수집된 데이타는 다음 도 3과 같이 이온화 에너지 채널에 대하여 3차원적 그래프를 작성할 수 있게 한다.
본 발명의 또다른 다채널 광이온화 검출기는, 단일 비활성 기체로 이루어진 자외선 램프와, 상기 자외선 램프로부터 조사되는 자외선을 여러범위 파장의 자외선으로 변환시켜 투과시키는 편형 광학 밀도 필터와, 상기 광학 밀도 필터로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버와, 상기 이온화 챔버내의 시료가 이온화되면서 발생하는 전류를 측정하는 적어도 2쌍 이상의 전극을 갖는 전위계와, 상기 전위계 각각의 전극에서 발생된 전류를 증폭하여 신호로처리하는 신호처리장치와, 상기 신호처리장치에서 출력되는 신호를 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타로 출력하는 중앙제어장치와, 상기 이온화 챔버내의 시료가스가 배출되는 가스 배출구를 포함한다.
이하, 상기 본 발명의 다채널 광이온화 검출기를 도면에 따라 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 편형 광학 밀도 필터를 이용한 광이온화 검출기의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
상기 자외선 램프(321)는 단일 비활성 기체가 주입된 자외선 램프이다.
편형 광학 밀도 필터(OPTICAL DENSITY FILTER)(326)는 필터의 각 부분에 따라 광학 밀도가 달라서 일정한 자외선이 조사되면, 이를 각 광학 밀도에 따라 각기 다른 파장대의 자외선으로 변환시켜 투과시킨다.
일반적으로 광학 밀도 필터는 조사되는 자외선 파장을 보다 긴 파장으로 변환 투과시키므로 제논(Xe) 자외선 램프 보다는 높은 이온화 에너지를 방출시키는 아르곤(Ar) 자외선 램프를 사용할 경우, 보다 다양한 시료를 분석할 수 있다.
이온화 챔버(330)내에는 전위계(310)와 연결된 적어도 2쌍 이상의 전극이 도 6에 도시된 바와 같이 편형 광학 밀도 필터(326)와 마주보며 설치되어 있다.
자외선 램프(321)로부터 방출된 자외선은 각 부분의 편형 광학 밀도 필터(326)를 투과하면서 각기 다른 이온화 에너지가 이온화 챔버(330)내의 시료에 조사되고, 상기 시료는 이온화되면서 발생하는 이온들이 최단거리에 위치한 한쌍의 전극에 포집된다.
따라서, 전위계(310)의 각 전극은 마주보는 위치의 편형 광학 밀도 필터의 광학 밀도에 따라 이온화 에너지 채널을 가진다. 전위계(310)는 각 이온화 에너지 채널에 따른 전류를 측정하게 된다.
상기 전위계(310)에서 측정된 각 이온화 에너지 채널 별 전류는 신호처리장치(311)에서 증폭되고 처리되어 중앙제어장치(312)로 보내어진다.
중앙제어장치(312)는 각 이온화 에너지 채널에 따른 분석데이타를 제공한다.
상기 중앙제어장치(112)에서 수집된 데이타는 다음 도 3과 같이 이온화 에너지 채널에 대하여 3차원적 그래프를 작성할 수 있게 한다.
본 발명의 또다른 다채널 광이온화 검출기는, 단일 비활성 기체로 이루어진 자외선 램프와, 상기 자외선 램프로부터 조사되는 자외선을 여러범위 파장의 자외선으로 변환시켜 투과시키는 환형 광학 밀도 필터와, 상기 환형 광학 밀도 필터를 회전시키는 구동장치와, 상기 환형 광학 밀도 필터로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버와, 상기 이온화 챔버내의 시료가 이온화되면서 생성된 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하는 전위계와, 상기 전위계에서 측정된 전류를 증폭하여 신호로 처리하는 신호처리장치와, 상기 신호처리장치에서 출력되는 신호를 상기 환형 광학 밀도 필터의 회전주기와 동기화하여 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타를 출력하는 중앙제어장치와, 상기 이온화 챔버내의 시료가스가 배출되는 가스 배출구를 포함한다.
이하, 상기 본 발명의 다채널 광이온화 검출기를 도면에 따라 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 환형 광학 밀도 필터를 이용한 광이온화 검출기의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
환형 광학 밀도 필터(OPTICAL DENSITY FILTER)(423)는 구동장치(425)에 의하여 회전하게 되어 있다. 환형 광학 밀도 필터(423)는 원주방향을 따라 점차로 광학 밀도가 다르게 되어 있다. 따라서, 구동장치(425)에 의하여 환형 광학 밀도 필터(423)가 회전하면서 자외선 램프(421)로부터 방출되는 자외선은 각기 다른 파장대의 자외선으로 변환되어 투과된다.
환형 광학 밀도 필터(423)를 투과한 자외선은 이온화 챔버(430)내의 시료를 이온화시키고, 이 때 방출되는 이온들은 전위계(410)에서 측정되고 신호처리장치 (411)에서 증폭되고 신호처리된다.
중앙제어장치(212)는 환형 광학 밀도 필터(423)의 회전 주기와 신호처리장치 (211)에서 출력되는 신호를 상호 동기화시켜 각 이온화 에너지 채널따라 분석데이타를 제공한다.
상기 중앙제어장치(112)에서 수집된 데이타는 다음 도 3과 같이 이온화 에너지 채널에 대하여 3차원적 그래프를 작성할 수 있게 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 광이온화 검출기는 종래 GC 검출기가 가지는 제한적 시료분석 및 저감도의 단점을 극복함과 동시에 종래 PID 가 각각의 분석시료에 따라 자외선 램프를 교체하여 측정 분석하여야 하는 불편함을 효과적으로 개선함과 아울러, 단일 검출기로서 매우 짧은 시간 안에 각 이온화 에너지 레벨에따른 2차원적 크로마토그램은 물론, 이를 조합한 3차원적인 크로마토그램을 확보할 수 있어 다양한 시료를 신속 정확하게 정량분석할 수 있다.
그리고, 본 발명은 기존의 분석장비에 큰 변화를 주지 않고도 사용이 가능하도록 되어 있어서 기기의 구입이나 변경에 따른 추가적인 비용의 절감도 얻을 수 있으며 기존장비를 사용하는데 있어서도 기기 운영비 및 재료비의 절감효과를 가져다 줄 수 있다.
또한, 본 발명을 일반 GC와 함께 연동할 경우 Fast GC와 같은 성능을 가지게 할 수 있고, Fast GC 또는 휴대용 장치와 같이 매우 빠른 현장용 GC 시스템으로도 응용이 가능하다. 또한 현장에서 운영되고 있는 GC 시스템을 보다 안정화하여 다양한 오염물질에 대한 신속한 정보를 획득, 이를 이용하여 인체에 유해한 오염물질에 대한 상시 관측을 가능하게 할 수 있다. 기존에 오염물질 감시체제를 구축하면서 소요되는 비용과 인력을 저감할 수 있고 현실적으로 신속한 감시 및 경보체제의 구축이 불가능한 기술적 한계를 극복하여 인간이 사회 생활시 인체에 유해한 물질에 노출될 수 있는 위험을 사전에 예방함으로써 보다 안정된 사회 생활을 통하여 경제력 향상에 기여 할 수 있다.

Claims (4)

  1. 적어도 2종류 이상의 비활성 기체가 혼합되어 이루어진 자외선 램프(127); 상기 자외선 램프(127)로부터 조사되는 자외선 중 유효범위 파장의 자외선만을 투과시키는 자외선 필터(120); 상기 자외선 필터(120)로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버(130); 상기 이온화 챔버(130)의 시료가 이온화되면서 생성된 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하는 전위계(110); 상기 전위계(110)에서 측정된 전류를 증폭하여 신호로 처리하는 신호처리장치(111); 상기 자외선 램프(127)의 점멸 시간을 제어하는 한편, 신호처리장치(111)에서 출력되는 신호를 자외선 램프(127)의 점멸 주기와 동기화하여 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타를 출력하는 중앙제어장치(112); 상기 이온화 챔버(130)내의 시료가스가 배출되는 배출구(131); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 광이온화 검출기.
  2. 단일 비활성 기체로 이루어지고 각각의 램프의 비활성 기체의 종류가 서로 다른 복수개의 자외선 램프(221); 상기 자외선 램프(221)로부터 조사되는 자외선 중 유효범위 파장의 자외선만을 투과시키는 자외선 필터(220); 상기 자외선 필터(220)로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버(230); 상기 이온화 챔버(230)의 시료가 이온화되면서 생성된 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하는 전위계(210); 상기 전위계(210)에서 측정된 전류를 증폭하여 신호로 처리하는 신호처리장치(211); 상기 자외선 램프(221)의 점멸 시간을 제어하는 한편, 신호처리장치(111)에서 출력되는 신호를 자외선 램프(127)의 점멸 주기와 동기화하여 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타를 출력하는 중앙제어장치(112); 상기 이온화 챔버(230)내의 시료가스가 배출되는 가스 배출구(231); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 광이온화 검출기.
  3. 단일 비활성 기체로 이루어진 자외선 램프(321); 상기 자외선 램프(321)로부터 조사되는 자외선을 여러범위 파장의 자외선으로 변환시켜 투과시키는 편형 광학 밀도 필터(323); 상기 광학 밀도 필터(323)로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버(330); 상기 이온화 챔버(330)내의 시료가 이온화되면서 생성된 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하는 적어도 2쌍 이상의 전극을 갖는 전위계(310); 상기 전위계(310) 각각의 전극에서 측정된 전류를 증폭하여 신호로 처리하는 신호처리장치(311); 상기 신호처리장치(311)에서 출력되는 신호를 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타로 출력하는 중앙제어장치(312); 상기 이온화 챔버(330)내의 시료가스가 배출되는 가스 배출구(331); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 광이온화 검출기.
  4. 단일 비활성 기체로 이루어진 자외선 램프(421); 상기 자외선 램프(421)로부터 조사되는 자외선을 여러범위 파장의 자외선으로 변환시켜 투과시키는 환형 광학 밀도 필터(423); 상기 환형 광학 밀도 필터(423)를 회전시키는 구동장치(425); 상기 환형 광학 밀도 필터(423)로 필터링된 자외선의 이온화 에너지로 시료를 이온화시키는 이온화 챔버(430); 상기 이온화 챔버(430)내의 시료가 이온화되면서 생성된 이온들이 전극에 수집되어 발생하는 전류를 측정하는 전위계(410); 상기 전위계에서 측정된 전류를 증폭하여 신호로 처리하는 신호처리장치(411); 상기 신호처리장치(411)에서 출력되는 신호를 상기 환형 광학 밀도 필터(423)의 회전주기와 동기화하여 각기 다른 이온화 에너지 채널에 따른 데이타를 출력하는 중앙제어장치(412); 상기 이온화 챔버(430)내의 시료가스가 배출되는 가스 배출구(431); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 광이온화 검출기.
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