KR20060034663A - 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치 및 분석방법 - Google Patents
순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치 및 분석방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060034663A KR20060034663A KR1020060026829A KR20060026829A KR20060034663A KR 20060034663 A KR20060034663 A KR 20060034663A KR 1020060026829 A KR1020060026829 A KR 1020060026829A KR 20060026829 A KR20060026829 A KR 20060026829A KR 20060034663 A KR20060034663 A KR 20060034663A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- sample
- absorbance
- purified water
- quartz cell
- ultraviolet
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 title abstract description 24
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 title abstract description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 93
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims abstract description 90
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims abstract description 23
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 91
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 79
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 79
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 55
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 41
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 27
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 14
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 14
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 14
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 11
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 9
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 7
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 claims description 5
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 claims description 5
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 claims description 4
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 2
- 238000011071 total organic carbon measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 16
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 6
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 4
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 4
- QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 3-nitrobicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid Chemical compound C1C2C=CC1C(C(=O)O)C2(C(O)=O)[N+]([O-])=O QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 description 3
- 239000010413 mother solution Substances 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 2
- 238000009296 electrodeionization Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 2
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011481 absorbance measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000008215 water for injection Substances 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
- G01N33/1826—Organic contamination in water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
본 발명은 순수 및 초순수 정제수(제조수)의 순도를 결정하는 유기물의 농도를 실시간으로 분석하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, TOC 측정 및 분석의 대용으로 UV 파장 254nm의 흡광도를 분석하는 분광광도법을 이용하여 수중에 존재하는 유기물의 농도를 빠른 시간 내에 효과적으로 분석할 수 있도록 구성됨으로써, 공정수의 오염원에 대하여 실시간 대응이 가능하도록 하고, 효율적인 유기물 관리가 이루어지도록 하며, 유지관리비를 절감할 수 있는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치 및 분석방법에 관한 것이다.
순수, 초순수, 정제수, 유기물, 총유기탄소, TOC, 자외선, UV, 분광광도법, 흡광도, TOC
Description
도 1은 본 발명에서 이용되는 UV 분광광도법 이론을 설명하기 위한 도면,
도 2는 UV 분광광도계의 개략도,
도 3은 정제수 공정에서 본 발명의 분석장치가 적용되는 위치의 예를 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 유기물 분석장치를 도시한 구성도,
도 5는 희석배수에 따른 UV 254nm 흡광도 그래프,
도 6은 UV 254nm 흡광도와 TOC 관계를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 정제수 라인 12 : 시료채취 펌프
13 : 시료 주입라인 14 : 유입구
15 : 시료부 석영셀 16 : 자외선 램프
17 : 자외선 18 : 단색화 장치
19 : 자외선 2등분 거울 20 : 시료부 전방 반사거울
21, 22 : 시료부 후방 반사거울 23 : 자외선 단속기
24 : 흡광도 검출기 25 : 대조부 전방 반사거울
26 : 대조부 석영셀 27 : 마개
28 : 대조부 후방 반사거울 29 : 배출구
30 : 시료 배출펌프 31 : 시료 배출 라인
32 : 세정액 탱크 33 : 세정액 공급펌프
34 : 세정액 라인 35 : 신호라인
36 : 분석기 37 : 케이스
본 발명은 순수 및 초순수 정제수(제조수)의 유기물 분석장치 및 분석방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체, 제약, 식품 등의 제조공정 중에 사용되는 순수 및 초순수 정제수에서 순도를 결정하는 유기물의 농도를 실시간으로 측정 및 분석하는 장치와 방법에 관한 것이다.
일반적으로 초순수 제조장치는 90% 이상이 이온교환수지를 사용하는 이온교환방식과, 중공사막(UF), 역삼투압(Reverse Osmosis;R/O) 시스템과 같이 멤브레인을 사용하는 멤브레인 방식을 병행하여 적용하고 있다.
또한 초순수 처리 플랜트에서는 통상 전처리 시스템과 1차 순수 제조 시스템 및 초순수 시스템이 상호 연결되어 운영되고 있다.
여기서, 상기 전처리 시스템에는 응집 침전, 여과 흡착, 살균 등이 적용되고 있으며, 여과 시스템에서는 멤브레인을 적용할 수 있으나 특별한 경우를 제외하고 대부분 전처리 여과 시스템에 미디어 필터(media filter)를 사용하고 있다.
그리고, 초순수 시스템의 경우, 제조산업에 따라 요구 수질이 다르나 멤브레인을 적용한 초순수 시스템이 증가하고 있고, 이에 따라 R/O, EDI(Electro-deionization)와 같은 멤브레인 시스템의 사용량이 급증하고 있다.
초순수란 일반적으로 17 ~ 18㏁/㎝ 정도의 전기적 저항(electrical resistivityr)을 가지면서 물리, 화학적으로 화합물질 및 합성물질 등이 거의 존재하지 않는 고순도의 순수를 말한다.
따라서, 초순수 제조장치의 응용은 사용목적 및 요구되는 수질(quality)에 따라 시스템의 선택적 설계가 필요하며, 목적에 적합한 초순수를 지속적으로 생산하기 위해서는 장치의 운전 및 유지관리가 용이하여야 한다.
또한 정교한 시스템에 의해 생산된 초순수는 주위 환경 및 조건에 의해 민감한 변화를 가져올 수 있으므로 이의 보존 및 관리에 있어서 세심한 주의가 요구된다.
특히, 초순수 정제수(제조수)에서 유기물의 농도를 총칭하는 총유기탄소(Total Organic Carbon;TOC)의 관리는 매우 중요하다.
상기 총유기탄소는 정제수 중에 함유되어 있는 탄소를 분석하여 유기물을 조절, 관리하기 위한 수단으로 사용되고 있으며, 이를 위한 TOC 분석기(TOC analyzer)는 크게 두 가지 방식으로 구별된다.
즉, 유기물을 산화제와 자외선을 이용하여 산화시키는 방식과 전기로에서 400℃ 전후의 고온에 유기물을 산화시키는 방식이다.
이 중에서 산화제와 자외선을 이용하여 산화시키는 방식에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다.
이 방식의 TOC 분석기는 총탄소(total carbon)에서 무기탄소(inorganic carbon)를 뺀 순수한 유기탄소만을 측정한다.
여기서, 무기탄소는 주로 수중에 용존된 CO2, HCO3 -, CO3 2 -의 형태로 존재하므로 산을 첨가하여 CO2 형태로 전환시킨 후 질소가스를 이용해서 스파징(sparging)시킨다.
그리고, TOC 분석기의 구성으로, UV 반응조에서 퍼설페이트(persulfate)와 자외선을 이용하여 시료 중의 탄소를 이산화탄소로 전환시켜 주며, UV 반응조에서 나온 시료가스에는 수분이 많이 함유되어 흡광도 검출기에 도입된 후 CO2와 혼동될 수 있으므로 이를 미리 제거해주는 과정이 필요하다.
또한 흡광도 검출기에 염소이온(Cl-) 등의 할로겐 원소가 유입될 경우 흡광도 검출기의 손상이 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 미리 구리와 주석입자가 충전(充塡)된 반응조를 거쳐 흡광도 검출기로 유입시킨다.
상기 흡광도 검출기는 NDIR(비분산식 적외선) 방식을 이용하여 CO2의 양을 측정한 후 수중에 존재하는 유기탄소의 양으로 환산한다.
반면, TOC 분석기의 종류 중에서 전기로를 이용하여 산화시키는 방식은 앞의 방식과 비슷하게 진행되나 산화제와 자외선 대신 열을 이용하는 차이점을 가진다.
하지만, 상기한 두 방식 모두 복잡한 전처리 공정과 부수적인 장치가 구비되어야만 올바른 TOC 분석을 할 수 있는데, 분석시간이 많이 소요되고, 약품의 소모가 많으며, 장비가 고가인데다 시료분석 후 폐기수의 수질 악화가 발생한다.
한편, 현재까지 출원된 특허들을 통해 순수 및 초순수 제조공정에서 유기물을 측정하는 종래 방법과 이들의 문제점을 살펴보면 다음과 같다.
우선, 공개특허 제1985-5615(1985.08.25)에는 창을 갖는 시료 셀, 방사선을 투과시키는 물질로 된 창과 나란히 배치된 유기탄소 화합물의 산화를 촉진시키는 주파수의 자외 방사선 소오스, 시료 셀 내에 배치되는 한 쌍의 전극, 시료가 소오스로부터의 자외 방사선에 노출되는 동안 시간의 함수로 상기 전극들 사이의 전도도를 모니터링 하기 위한 장치, 및 상기 전도도 또는 전도도의 시간 변화율이 산화가 거의 완료됨을 나타내는 안정한 값에 도달한 때를 결정하기 위한 장치로 구성된 물 시료의 유기탄소 함량 측정장치가 개시되어 있으며, 초순수 정제수의 TOC 측정 을 위한 유기물의 초기 산화로 파장 184nm의 자외 방사선을 이용하여 전처리하는 기술이 제시되어 있다.
또한 공개특허 제1994-6203호(1994.03.23)는 피처리수 속의 용존산소 및 유기체탄소를 제거하여 순도가 높은 순수를 얻기 위한 것으로서, 피처리수 속의 용존산소의 적어도 일부를 제거하고, 남은 피처리수 속의 용존산소를 이용해서 우기체탄소를 산화한 후, 산화되어 이온화된 유기체탄소를 제거하되, 용존산소의 제거량을 피처리수 속의 유기체탄소의 농도 및 용존산소의 농도에 따라 제어하는 것에 주된 특징이 있는 것이며, 이는 초순수 정제수에 존재하는 TOC의 측정신뢰도를 높이기 위하여 용존산소를 제거하는 장치를 구비하여 분석하는 방법과 장치를 제시하고 있다.
또한 공개특허 제2001-66377호(2001.07.11)에는 웨이퍼를 세정하기 위해 초순수를 저장하는 습식조와; 습식조에 공급되는 산소공급량을 제어하는 레귤레이터와, 공급된 산소에서 용존산소량을 조절하여 일정하게 공급하는 용존산소량 조절부(MFC)를 포함하여 이루어진 산소공급관과; 습식조로 초순수를 공급하는 제1초순수 공급관과; 서로 다른 유기물을 선택적으로 공급할 수 있는 유기물 공급관과; 제1 초순수 공급관과 유기물 공급관이 연결되며 공급된 초순수와 유기물을 균일하게 혼합하여 유기물 농도를 조절하는 유기물 농도조절장치와; 농도가 조절된 유기물을 묽히도록 초순수를 공급하며, 묽힌 유기물을 습식조로 공급하는 제2초순수 공급관과; 농도가 조절된 유기물의 유속을 제어할 수 있도록 유기물 농도조절장치와 제2 초순수 공급관 사이에 설치된 정량펌프;를 포함하여 이루어진 초순수 강제오염 평 가 시스템이 개시되어 있으며, TOC 측정을 통한 모니터링의 효율성을 극대화하는 방법이 제시되고 있다.
또한 공개특허 제2002-49217호(2002.06.26)는 원수를 전처리한 후 활성탄 처리 및 이온교환수지 처리를 포함하는 1차 순수 제조 단계를 거친 다음, 2차 순수 제조 단계를 거쳐 초순수를 제조하는 방법에 있어서, 1차 순수 제조 단계에서 활성탄 처리가 산 처리된 활성탄을 사용하여 수행하는 것에 특징이 있는 것이며, pH의 변화에 따른 TOC 제거효율을 개선하기 위한 기술이 개시되어 있다.
또한 공개특허 제2003-10822호(2003.02.06)에는 공정조에서 약액표본을 추출하고, 추출된 약액표본에 기포가 포함되어 있는지를 감지하며, 기포가 포함된 약액표본을 버퍼탱크로 공급하여 버퍼탱크에서 기포를 제한 후, 기포가 제거된 약액표본을 분석기로 공급하고, 이후 분석기에서 약액표본의 TOC를 분석한 다음, 분석완료된 약액표본을 공정조로 회수하는 과정들로 이루어진 TOC 농도 측정방법이 개시되어 있으며, 이는 초순수 정제수의 TOC를 분석하는 방법으로 유체에 포함되어 있는 기체를 걸러내는 과정을 거친 후 TOC 분석기로 공급하는 것에 주된 특징이 있는 것이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 TOC 분석에서 문제점으로 대두되고 있는 것은 TOC 분석시간이 5분 이상 소요되는 등 긴 시간을 필요로 한다는 점이다.
이렇게 긴 시간이 소요될 경우에는 급격하게 오염된 수질을 공정수로 사용한 뒤 경고 메시지를 확인할 수밖에 없게 된다.
또한 TOC 분석기가 고가이므로 순수 및 초순수 처리공정에서 유기물의 농도 를 다양하게 분석하지 못하고 최종 공정수에 투입되는 포인트 한두 곳에서만 분석을 할 수밖에 없어 효율적인 유기물 관리가 불가능한 문제점이 있었다.
그리고, TOC 분석기에 투입되는 약품들로 인해 유지관리비가 많이 들고, 분석 후 방류되는 폐수의 수질 악화로 인해 별도의 보관 및 처리가 필요하며, TOC 분석기의 운용을 위해 전문지식을 습득한 관리자가 있어야만 고장 및 문제점 발생 등의 대응 및 유지, 보수가 가능한 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, TOC 측정 및 분석의 대용으로 UV 파장 254nm의 흡광도를 분석하는 분광광도법을 이용하여 수중에 존재하는 유기물의 농도를 빠른 시간 내에 효과적으로 분석할 수 있도록 구성됨으로써, 공정수의 오염원에 대해 실시간 대응이 가능하고, 효율적인 유기물 관리가 가능하며, 유지관리비를 절감할 수 있는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치 및 분석방법을 제공하는데 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치에 있어서,
정제수 라인으로부터 정제수 일부를 채취하여 공급하는 시료 채취 및 공급수단과; TOC와 254nm 파장 자외선의 흡광도가 알려진 대조부 용액이 채워지는 대 조부 석영셀 및 상기 시료 채취 및 공급수단에 의해 공급되는 시료가 채워지는 시료부 석영셀과; 자외선을 조사하는 광원부 및 상기 광원부의 자외선 조사방향으로 설치되어 254nm 파장 자외선을 선택적으로 추출 및 통과시키는 단색화 장치와; 상기 단색화 장치를 통과한 자외선 진행방향으로 설치되어, 254nm 파장 자외선을 2등분하여 각 방향으로 제공하는 자외선 2등분 거울과; 상기 각 방향의 자외선을 상기 각 석영셀로 안내하여 투과시키는 전방 반사거울 및 상기 각 석영셀을 통과한 자외선을 안내하는 후방 반사거울과; 상기 후방 반사거울에 의해 안내된 시료부와 대조부의 자외선을 번갈아가며 일정 주기로 내보내는 자외선 단속기와; 상기 자외선 단속기를 통해 전달되는 자외선으로부터 흡광도를 검출하여 신호 출력하는 흡광도 검출기 및 상기 흡광도 검출기의 출력신호를 토대로 시료의 흡광도 분석을 수행하는 분석기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 시료 채취 및 공급수단은, 상기 정제수 라인과 상기 시료부 석영셀의 유입구 사이를 연결하는 시료 주입라인과, 상기 시료 주입라인 상에 설치된 시료채취 펌프로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시료부 석영셀은, 셀 본체부가 가로, 세로, 높이 1cm×1cm×3m인 직육면체 구조로 되어 있으면서 상기 셀 본체부 상단 및 하단에 수직거리가 1cm인 상부 및 하부 꼭지점이 형성된 구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대조부 석영셀은, 가로, 세로, 높이가 1cm×1cm×3m인 직육면체 구조로 되어 있고, 상단에 마개가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시료부 석영셀 내부에 세정액을 공급하여 시료부 석영셀 내부를 세정하기 위한 세정수단을 더 포함하고, 상기 세정수단은, 세정액 탱크, 상기 세정액 탱크와 상기 시료부 석영셀의 유입구 사이를 연결하는 세정액 라인, 및 상기 세정액 라인 상에 설치된 세정액 공급펌프로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시료부 석영셀로부터 분석이 끝난 시료를 배출하기 위한 시료 배출수단을 더 포함하고, 상기 시료 배출수단은, 상기 시료부 석영셀의 배출구에 연결된 시료 배출라인과, 상기 시료 배출라인 상에 설치된 시료배출 펌프로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분석기는 분석된 흡광도가 기 설정된 흡광도를 초과하는 경우 운전자에게 경고수단을 통해 경고 메시지를 전달하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은, 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석방법에 있어서,
대조부 석영셀에 TOC와 254nm 파장 자외선의 흡광도가 알려진 대조부 용액을 채우고, 시료 채취 및 공급수단을 통해 정제수 라인으로부터 채취된 시료를 시료부 석영셀로 투입하는 단계와; 석영셀 내부에 시료가 채워지면, 자외선 광원부로부터 자외선을 조사하여, 조사된 자외선이 단색화 장치를 통과하도록 하고, 그로부터 추출된 254nm 파장 자외선이 자외선 2등분 거울 및 전방 반사거울을 통해 대조부와 시료부의 석영셀로 각각 투과되도록 하는 단계와; 상기 각 석영셀을 통과한 후 후방 반사거울을 통해 자외선 단속기를 통과한 자외선으로부터 흡광도 검출기가 흡광도를 검출하여 신호 출력하면, 분석기가 상기 흡광도 검출기의 신호를 토대로 시료의 흡광도를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 시료 채취 및 공급수단을 구성하는 시료 주입라인을 통해 이송 되는 시료의 유속을 15.0 ~ 20.0cm/min의 범위로 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분석기는 분석된 흡광도가 기 설정된 흡광도를 초과하는 경우 운전자에게 경고수단을 통해 경고 메시지를 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대조부 석영셀에 채워지는 대조부 용액은, 2차 증류 후 양이온교환수지와 음이온교환수지, 0.2㎛ 멤브레인 필터를 차례로 거친 정제수로서, TOC가 5ppb 이하이고, 자외선 254nm의 흡광도가 0.0005 이하인 물을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분석기의 흡광도 분석이 완료되면, 시료 배출수단에 의해 시료부 석영셀로부터 시료를 배출하는 단계와; 이후 세정수단에 의해 시료부 석영셀 내부에 세정액을 공급하여 세정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 세정 단계에서 세정액으로서 0.4 ~ 0.6몰 황산용액을 사용하고, 세정을 적어도 2회 이상 실시하되, 1회 세정시마다 시료부 석영셀 내부에 5초 동안의 세정액 체류시간을 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시료 배출라인을 통해 배출되는 시료의 유속을 15.0 ~ 20.0cm/min의 범위로 유지하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 순수 및 초순수 정제수(제조수)의 유기물 농도를 실시간으로 측정 및 분석하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 유기물 농도 분석장치는 분광광도법(spectrophotometry)을 이용하는 UV 254nm의 흡광도 분석 시스템을 포함한 다.
또한 본 발명은 자외선 분광법을 이용하여 유기물 농도를 분석하는 방법을 제시하며, 먼저 자외선 분광법의 측정이론에 대하여 설명하면 다음과 같다.
주지된 바와 같이, 자외선 파장은 유기물이 가진 고유한 발색단(chromophoric group)에 의해 흡수된다.
광범위하게 보면 전자 전이(electron transition)를 일으킬 수 있는 원자단(atomic group)을 모두 발색단이라 할 수 있겠지만, 보통 불포화 결합(unsaturated coupling)을 포함하는 흡광 원자단을 발색단이라 한다.
유기물에서는 작용기(functional group)가 대표적인 예이다.
이들 발색단은 대부분 자외선 영역에서 흡수가 일어나고 n → π* 또는 π → π*의 전자 전이임을 알 수 있다.
이러한 발색단의 흡수 자료는 유기 작용기를 검색하는 매우 중요한 정보로 제공되며, 발색단의 흡수 파장은 발색단 주위의 화학환경에 따라 민감하게 변화된다.
이중 및 삼중 결합이 각각 단 하나의 단일결합에 의하여 분리되어 있을 때 콘쥬케이션(conjugation) 되어 있다고 한다.
분광광도계의 원리를 설명하면, 도 1에 나타낸 바와 같이 자외선이 I0의 세기로 시료두께가 b인 용액을 통과하다고 할 때 자외선의 흡수로 인한 빛의 감소는 다음의 식(1)로 나타낼 수 있다.
dI = - kㆍIㆍdb (1)
여기서, k는 비례상수이고, - 부호는 빛의 감소를 의미한다.
분광광도계의 원리는 도 1에 나타낸 바와 같이 세기가 I0인 자외선이 시료두께가 b인 용액을 통과한다고 할 때 흡수된 빛의 분율은 통과되는 물질층의 두께에 비례한다는 lambert 법칙을 따른다.
또한 흡수된 빛의 분율은 물질의 농도에 비례한다는 beer 법칙에 따라 일정한 두께의 흡수용기를 사용하고 이미 알고 있는 몇 가지 농도에 대하여 흡광도를 측정하면 검량선(standard curve)을 작성할 수 있으며, 이것이 lambert-beer의 법칙이다.
도 2는 분광광도계의 구성을 나타낸 블럭도로서, 광원으로 190 ~ 400nm 파장의 자외선을 조사하는 자외선 램프, 다양한 자외선 파장 중에 254nm 파장만을 선택적으로 추출(grating)할 수 있는 단색화 장치(monochromator), 시료부의 석영셀(quartz cell), 광전관(phototube type)으로 광음극에서 나오는 전자를 전기장에 의해 가속화시킴으로써 감도를 106 ~ 109 정도 증폭시켜 주는 검출기, 및 표시부로 구성되어 있다.
다음으로, 본 발명의 분석장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 정제수 공정에서 본 발명의 분석장치가 적용되는 위치의 예를 도시한 블럭도로서, 이는 정제수 공정에서 본 발명의 분석장치가 적용되는 위치의 일 예를 나타낸 것일 뿐, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
이에 도시한 바와 같이, 전처리 과정을 거친 전처리수가 5㎛ 필터와 역삼투막, 전기 탈이온화 장치, 자외선 살균기를 차례로 거친 뒤 0.2㎛ 필터에서 최종 정제과정을 거쳐서 저장조에 저장되며, 이와 같이 일련의 정제과정을 모두 거친 저장조의 정제수가 공정용수로 최종 제공된다.
이러한 과정에서 본 발명의 분석장치는 0.2㎛ 필터에 의해 정제과정을 거친 뒤 공정라인을 따라 저장조로 유입되는 정제수를 대상으로 UV 파장 254nm의 흡광도 분석을 통하여 유기물 농도를 분석하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 유기물 분석장치를 도시한 구성도로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 유기물 분석장치의 구성에 대해 상술하면 다음과 같다.
도 4에서 도면부호 11은 정제과정을 모두 거친 순수 및 초순수 정제수(제조수)가 흐르는 공정라인, 즉 정제수 라인을 나타내는 것으로, 본 발명의 유기물 분석장치는 상기 정제수 라인(11)을 따라 흐르는 정제수를 대상으로 유기물 농도를 분석하게 되며, 이를 위하여 정제수 라인 도중에 시료 주입라인(13)을 연결 설치한다.
상기 시료 주입라인(13)은 정제수 라인(11)으로부터 분석하고자 하는 정제수의 일부, 즉 시료를 채취하여 시료부 석영셀(15)로 제공하기 위한 시료 채취 및 공급 도관 역할을 하는 것으로, 분석장치의 구성부들을 보호하기 위한 케이스(37)를 통과하여 케이스 내 시료부 석영셀(15)의 상단 유입구로 연결된다.
또한 상기 시료 주입라인(13) 상에는 정제수 라인(11)으로부터 시료를 흡입하여 압송하기 위한 시료채취 펌프(12)가 설치되며, 이 시료채취 펌프(12)는 상기 시료 주입라인(13)과 함께 시료 채취 및 공급수단을 구성하도록 제공되는 것이다.
한편, 상기 케이스(37) 내에는 TOC와 254nm 파장 자외선의 흡광도가 알려진 대조부 용액이 채워지는 대조부 석영셀(26)과, 정제수 라인(11)으로부터 상기 시료 채취 및 공급수단에 의해 채취된 시료가 채워지는 시료부 석영셀(15이 설치된다.
상기 시료부 석영셀(15)은 254nm 파장의 자외선(UV)이 투과할 수 있도록 제작되며, 바람직한 실시예에서 셀 본체부가 가로, 세로, 높이 1cm×1cm×3m인 직육면체 구조로 되어 있으면서 상기 셀 본체부 상단 및 하단에 수직거리가 1cm인 상부 및 하부 꼭지점이 형성된 구조로 되어 있다.
또한 상기 시료부 석영셀(15)의 상부 꼭지점에 구비된 유입구(14)에는 정제수 라인(11)으로부터 연결된 시료 주입라인(13)이 연결되고, 하부 꼭지점에 구비된 배출구(29)에는 분석이 끝난 시료를 배출하기 위한 시료 배출라인(31)이 연결되며, 상기 시료 배출라인(31) 상에는 시료부 석영셀(15)로부터 시료를 흡입하여 압송하기 위한 시료배출 펌프(30)가 설치된다.
상기 시료 배출라인(31)과 시료배출 펌프(30)는 분석이 끝난 시료를 시료부 석영셀(15)로부터 케이스(37) 밖으로 배출하기 위한 시료 배출수단을 구성하게 된다.
또한 상기 시료부 석영셀(15)의 유입구(14)에는, 시료부 석영셀 내부를 세정하기 위한 세정액이 시료부 석영셀 내부로 공급될 수 있도록, 케이스(37) 외부의 세정액 탱크(32)로부터 연결된 세정액 라인(34)이 별도 포트를 통해 연결된다.
또한 상기 세정액 라인(34) 상에는 세정액 탱크(32) 내부에 저장된 세정액을 흡입하여 압송하기 위한 세정액 공급펌프(33)가 설치되며, 이 세정액 공급펌프(33)는 세정액 탱크(32) 및 세정액 라인(34)과 함께 시료부 석영셀(15)의 내부를 세정하기 위한 세정수단을 구성하게 된다.
그리고, 상기 대조부 석영셀(26)은 가로, 세로, 높이가 1cm×1cm×3cm인 직육면체 구조로 되어 있으며, 셀로부터의 꼭지점은 없는 구조로 되어 있다.
또한 검량선 작성 초기에 대조부 석영셀(26) 내부로 투입되는 정제수는 일반 수돗물을 2차 증류한 뒤 양이온교환수지와 음이온교환수지, 그리고 0.2㎛ 멤브레인 필터를 차례로 거친 정제수로, TOC가 5ppb 이하이고, 자외선 254nm의 흡광도가 0.0005 이하인 물을 사용한다.
또한 상기 대조부 석영셀(26)의 상단에는 셀 내부의 오염을 막기 위하여 마개(27)를 설치한다.
한편, 상기 케이스(37) 내에는 시료 분석을 위한 자외선(17)을 제공하는 광원부로서 자외선 램프(16)를 설치하며, 이때 자외선 램프로는 빛의 세기가 강한 중수소램프가 사용된다.
또한 상기 자외선 램프(16)의 자외선 조사방향으로는 자외선 램프로부터 조사되는 자외선(17)으로부터 순수한 파장의 254nm 만을 선택적으로 추출 및 통과시킬 수 있는 단색화 장치(18)가 설치된다.
그리고, 상기 단색화 장치(18)를 통과한 254nm 파장의 자외선이 진행하는 방향으로는 단색화 장치를 통과한 254nm 파장의 자외선을 2등분하여 제공하기 위한 자외선 2등분 거울(19)이 설치된다.
또한 대조부와 시료부에서, 상기 자외선 2등분 거울(19)을 통해 제공되는 각 방향의 자외선을 각각 대조부 석영셀(26)과 시료부 석영셀(15)로 반사시켜 해당 셀을 투과하도록 안내하는 전방 반사거울(20,25)이 설치되고, 각 셀의 반대쪽에는 자외선 일부가 흡광된 후 해당 셀을 통과하여 나오는 자외선을 자외선 단속기(23)로 안내하는 후방 반사거울(21,22,28)이 설치된다.
도시한 실시예에서는 대조부와 시료부에서 전방 반사거울(20,25)이 각각 1개씩 설치되고 있으며, 대조부의 후방 반사거울(28)은 1개, 시료부의 후방 반사거울(21,22)은 2개가 설치되고 있는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것이며, 설치되는 거울의 갯수와 위치는 자외선의 필요한 진행방향에 따라 적절히 변경이 가능하다.
그리고, 케이스(37) 내에서 대조부와 시료부의 후방 반사거울(21,22,28)에 의해 안내된 자외선이 통과할 수 있도록 자외선 단속기(23)가 설치되며, 이 자외선 단속기(23)는 후방 반사거울을 통해 전달된 시료부와 대조부의 자외선을 번갈아가며 일정한 주기로 내보내게 된다.
또한 케이스(37) 내에서 자외선 단속기(23)를 통과하여 전달되는 자외선으로부터 흡광도를 검출하여 검출값에 따른 신호를 출력하는 흡광도 검출기(24)가 설치되고, 상기 흡광도 검출기(24)에서 출력되는 신호는 신호라인(35)을 통해 케이스(37) 외부의 분석기(36)로 입력되도록 되어 있다.
상기 분석기(36)는 흡광도 검출기(24)로부터 입력되는 신호를 처리하여 시료의 흡광도를 분석하고, 분석된 흡광도가 기 설정된 흡광도를 초과하는 경우 운전자에게 소정의 경고수단을 통해 경고 메시지를 발령하여 신속한 대응을 할 수 있도록 한다.
상기 케이스(37)는 분석장치의 각 구성부를 보호하고, 외부로부터 구성부의 오염 및 파손을 막아주는 역할을 하게 된다.
시료부와 대조부의 검출기를 분리하여 시료부에 검출기를 설치하고 대조부에 검출기를 설치할 경우를 공간 겹빛살형(double beam in space)이라 한다.
이 경우 단색화 장치의 출구 슬릿을 통과한 빛이 거울에 의하여 똑같이 2등분되어 각각 시료와 대조용액을 통과한 후, 각각의 검출기가 동일해야 하는 어려움과 광원의 빛의 세기가 반으로 감소되는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여, 본 발명에서는 시간 겹빛살형(double beam in time)을 사용하며, 시간 겹빛살형에서는 시료와 대조부 용액을 번갈아가며 일정한 주기로 같은 검출기에서 비교할 수 있다.
이 경우 기계적인 오차, 광원이나 검출기의 안정성 문제, 전압의 불균일성 문제 등을 제거할 수 있는 장점을 가진다.
또한 UV 흡광광도계에서 대조부 셀이 없는 경우를 직접측정형이라 하고, 대조부 셀을 가지는 형태를 영점조절형이라 한다.
전자는 흡광도값을 지시하는 1개의 측정계기를 이용하는 것이고, 후자는 전위차를 이용하여 표준신호와 측정될 신호의 비교값으로 결과를 나타내게 하는 균형장치를 가지는 것이다.
따라서, 영점조절형 기기는 흡광도 측정의 정확성이 크다.
직접측정형 기기의 흡광도 정확도 범위는 1 ~ 3%인데 비해 영점조절형 기기 의 경우에는 0.2%이하이며, 그러기에 대조부 셀을 가진 영점조절형 흡광도의 사용이 정확도 측면에서 유리하다.
시간 겹빛살형에 영점조절형의 대조셀의 경우 흡광도를 분석하는 매회에 영점을 잡기 때문에 시간의 변화와 분석시에 대기온도의 변화에 대응하며, 초기 검량선 작성에 사용된 대조부 용액을 그대로 사용하면 된다.
그러나, 검량선을 새로 작성을 경우에는 검량선에 사용된 용액이 대조부 용액이 된다.
이하, 본 발명의 분석장치를 이용하여 정제수 내 유기물의 농도를 분석하는 과정을 상세히 설명하기로 한다.
우선, 상기 대조부 석영셀(26)에는 TOC와 254nm 파장 자외선의 흡광도가 알려진 대조부 용액이 미리 채워진다.
그리고, 시료채취 펌프(12)를 구동시켜 정제수 라인(11)으로부터 시료 주입라인(13)을 통해 분석하고자 하는 정제수의 일부, 즉 시료를 시료부의 석영셀(15)로 투입한다.
이때, 시료 주입라인(13)을 통해 이송되는 시료의 유속은 15.0 ~ 20.0 cm/min의 범위로 유지하는 것이 바람직하며, 이보다 느릴 경우 시료부 석영셀(15)에서 필요한 목표 유량을 얻을 수 없고, 이보다 빠를 경우 과량의 시료가 투입되므로 바람직하지 않다.
상기와 같이 시료 주입라인(13)을 통해 시료부 석영셀(15)의 유입구(14)로 시료가 투입된 후 석영셀 내부에 시료가 모두 채워지면, 자외선 램프(16)를 작동시 켜 단색화 장치(18)로 자외선(17)을 조사한다.
상기와 같이 자외선 램프(16)로부터 조사된 자외선이 단색화 장치(18)를 통과하면서 단색화 장치로부터는 254nm 파장의 자외선만이 선택적으로 추출 및 통과되어 자외선 2등분 거울(19)로 보내지고, 이에 254nm 파장의 자외선은 2등분으로 나뉘어 각각 대조부와 시료부로 보내진다.
여기서, 자외선 2등분 거울(19)에 의해 2등분된 각 방향의 254nm 자외선은 전방 반사거울(20,25)에 의해 안내되어 각각 대조부 및 시료부의 석영셀(15,26)을 투과하게 된다.
상기와 같이 석영셀(15,26)로 254nm 자외선이 제공되면, 이 자외선은 석영셀에 채워진 대조부 용액과 시료를 통과하며, 이때 유기물이 254nm 자외선을 흡수하게 된다.
이렇게 254nm 자외선 일부가 흡수된 후 나머지는 석영셀(15,26)을 통과하여 후방 반사거울(21,22,28)에 안내되고, 이 후방 반사거울에 의해 안내된 254nm 자외선은 자외선 단속기(23)로 들어간다.
상기 자외선 단속기(23)에서는 시료부와 대조부를 통과한 자외선을 번갈아가며 일정한 주기로 흡광도 검출기(24)에 보내며, 상기 흡광도 검출기(24)는 자외선 단속기(23)로부터 전달된 254nm 자외선으로부터 흡광도를 검출하여 검출값에 따른 신호를 출력한다.
그리고, 상기 흡광도 검출기(24)에서 출력된 신호는 신호라인(35)을 통해 케이스(37) 외부의 분석기(36)로 입력되고, 상기 분석기는 흡광도 검출기로부터 입력 되는 신호를 처리하여 시료의 흡광도를 분석한다.
또한 상기 분석기(37)는 분석된 흡광도가 기 설정된 흡광도를 초과하는 경우 운전자에게 경고 메시지를 발령하여 신속한 대응을 할 수 있도록 한다.
상기와 같이 흡광도 분석이 모두 완료되면, 시료배출 펌프(30)를 구동시켜 시료부 석영셀(15)의 배출구(29)를 통하여 분석이 끝난 시료를 시료 배출라인(31)을 통해 배출시킨다.
이때, 시료 배출라인(31)을 통해 배출되는 시료의 유속은 15.0 ~ 20.0 cm/min의 범위로 유지하는 것이 바람직하며, 15.0 cm/min 미만으로 할 경우 다음 시료 분석을 위한 시간이 느려지며 20.0 cm/min보다 빠르게 할 경우 세정 과정을 올바르게 할 수 없다.
상기와 같이 시료 배출이 모두 완료되면 시료부의 석영셀(15) 내부를 세정수단을 이용해 세정하고, 다음 분석을 위의 설명과 동일하게 반복 실시한다.
시료부 세정시에는 세정액 공급펌프(33)를 구동시켜 세정액 탱크(32) 내부에 저장된 세정액을 세정액 라인(34)을 통해 공급하게 되며, 이에 세정액이 석영셀(15)의 유입구(14)를 통해 투입되면서 세정이 이루어진다.
상기 세정액은 시료부 석영셀(15) 내부의 유기물을 제거하기 위한 것으로, 0.4 ~ 0.6몰의 황산용액으로 제조하며, 0.4몰 보다 농도가 묽을 경우 효율적인 세정이 되지 않은 문제가 있고, 농도가 0.6보다 진할 경우 황산용액이 잔류하여 시료에 영향을 줄 수 있는 문제가 있어, 바람직하지 않다.
또한 상기와 같은 시료부 석영셀(15)의 세정은 적어도 2회 이상 실시하고, 1 회 세정시마다 시료부 석영셀 내부에 5초 동안의 세정액 체류시간을 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명자는 254nm 파장의 자외선을 이용하여 흡광도를 측정하고, 이 흡광도를 이용하면 TOC를 직접 측정하지 않더라도 유기물의 농도 분석이 가능함을 다음의 실험을 통하여 확인하였는 바, 이를 설명하면 다음과 같다.
1. 대조부 용액 제조
대조부의 용액을 제조하기 위하여 수돗물을 1차 증류(태광-TK51)한 후, 이를 다시 2차 증류하여 양이온 및 음이온교환수지를 거쳤으며, 최종적으로 0.2㎛ 멤브레인 필터(Milli-Q(Millipore Corp., ZFMQ 05001))를 통과한 처리수에 대하여 UV 254nm 흡광도(UV/Vis Spetropohotometer - Varian, Cary 3 Bio)와 TOC(DOHRMANN, Phoenix8000)를 측정하여, 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.
초기 수돗물의 경우 UV 254nm 흡광도가 1.1246이었고, TOC 농도는 816ppb를 나타내었다. 이 수돗물을 1, 2차 증류하였을 경우 UV 254nm 흡광도가 0.0068이었고, 45ppb의 TOC 농도를 나타내었다. 최종적으로 양/음이온교환수지와 0.2㎛ 멤브레인 필터를 통과하였을 경우 0.0008의 UV 254nm 흡광도와 4ppb의 TOC 농도를 얻었으며, 이 처리수를 대조부 용액으로 사용하였다.
2. UV 254nm 흡광도와 TOC 농도의 상관관계
위의 설명과 같이 제조한 대조부 용액을 이용하여 유기물을 농도별로 제조하였다. 사용된 유기물은 부식산(Aldrich Chemical사 - H1, Lot-No 675-2)으로, 이 부식산 1g을 대조부 용액 1L에 넣은 후 하루 동안 교반하였다. 이와 같이 제조한 부식산 용액을 모용액이라 할 때, 상기 모용액은 4,520ppb의 TOC 농도를 나타내었다. 모용액을 10배 희석하였을 경우 437ppb를, 100배 희석하면 45ppb를 나타내었으며, 1000배 희석하면 5ppb를 나타내었다. 다음의 표 2는 희석배수에 따른 UV 254nm 흡광도와 TOC 농도를 나타낸 것이다.
도 5는 희석배수에 따른 UV 254nm 흡광도를 나타낸 것으로, Y축은 log 단위 그래프이다. 직선에 가까운 것으로 보아서 희석배수와 UV 254nm 흡광도는 비례성을 가짐을 확인하였다.
도 6은 UV 254nm 흡광도와 TOC 관계를 나타낸 것이다. 상관관계 R2의 값이 1로 나타나 UV 254nm 흡광도와 TOC 관계가 정비례한다. 따라서, UV 254nm 흡광도 값에 대응하는 TOC 농도를 확산할 수 있기 때문에 TOC 측정을 하지 않고도 유기물 농도를 효과적으로 산출할 수 있음을 알 수 있다.
3. UV 254nm 흡광도를 통한 미지 TOC 농도 산출
임의의 희석을 통한 미지 시료(A,B,C)를 3개 제조하여 UV 254nm 흡광도를 측정한 후, 도 6의 관계식 Y=8025.8X + 5.339(Y:TOC 농도, X:UV 254nm 흡광도)를 이용하여 TOC 농도를 예측하고, 이를 실제 TOC 측정기를 이용하여 분석한 결과치와 비교해 보았으며, 그 결과를 다음의 표 3에 나타내었다.
시료 A의 경우, UV 254nm 흡광도가 0.0097일 때 예측 TOC 농도가 83ppb이고, 실측 TOC 농도가 76ppb이었다. 시료 B의 경우, UV 254nm 흡광도가 0.0846일 때 예측 TOC 농도가 684ppb이고, 실측 TOC 농도는 697ppb이었다. 시료 C는 예측 TOC 농도가 494ppb이고, 실측 TOC 농도는 502ppb를 나타내어, UV 254nm 흡광도와 TOC와의 상관관계가 일치함을 확인하였다.
4. 검량선 작성과 현장운영 방법
본 발명의 올바른 구현을 위해서는 검량선을 작성해야 한다. 현장에서 TOC 대신에 UV 254nm 흡광광도계를 사용한다면 운전 초기에 검량선을 작성해야 하며, 이는 이미 알고 있는 농도의 유기물(TOC 표준용액)을 대조부 용액에 희석하여 작성한다.
다음의 표 4는 검량선 작성의 일 예를 나타낸 것이다.
상기 UV 254nm 흡광도를 이용하여 도 6과 같은 관계식을 구할 수 있다. 이 관계식을 통하여 TOC 농도의 규제치를 설정하여 모니터링하고, 경고 메시지가 발령되도록 설정한다. 예로 제약공정에서 주사용수의 TOC 농도 최대 허용치가 500ppb일 경우 위에서 얻은 관계식 Y=8025.8X + 5.339를 이용하여 UV 254nm 흡광도가 0.0616을 초과할 경우 경고 메시지가 발생하도록 하면 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치 및 분석방법에 의하면, 다음과 같은 장점을 제공할 수 있게 된다.
1) 본 발명의 유기물 분석장치는 빠른 시간에 분석이 가능하여 모니터링의 효율성을 높인다.
2) TOC 측정기의 올바른 구현을 위해 투입되는 첨가제를 사용하지 않기 때문에 약품비와 분석 후 배출되는 폐수의 수질 악화가 발생하지 않는다.
3) 소요부품이 간결하기에 운전은 물론 유지관리가 용이하여 경제적인 이득을 제공한다.
4) 순수/초순수 제조수의 미량 유기물에 대하여 신뢰성 있는 민감도를 가지므로 100ppb 이하의 유기물 농도에 대하여 분석이 가능하다.
Claims (14)
- 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치에 있어서,정제수 라인으로부터 정제수 일부를 채취하여 공급하는 시료 채취 및 공급수단과; TOC와 254nm 파장 자외선의 흡광도가 알려진 대조부 용액이 채워지는 대조부 석영셀 및 상기 시료 채취 및 공급수단에 의해 공급되는 시료가 채워지는 시료부 석영셀과; 자외선을 조사하는 광원부 및 상기 광원부의 자외선 조사방향으로 설치되어 254nm 파장 자외선을 선택적으로 추출 및 통과시키는 단색화 장치와; 상기 단색화 장치를 통과한 자외선 진행방향으로 설치되어, 254nm 파장 자외선을 2등분하여 각 방향으로 제공하는 자외선 2등분 거울과; 상기 각 방향의 자외선을 상기 각 석영셀로 안내하여 투과시키는 전방 반사거울 및 상기 각 석영셀을 통과한 자외선을 안내하는 후방 반사거울과; 상기 후방 반사거울에 의해 안내된 시료부와 대조부의 자외선을 번갈아가며 일정 주기로 내보내는 자외선 단속기와; 상기 자외선 단속기를 통해 전달되는 자외선으로부터 흡광도를 검출하여 신호 출력하는 흡광도 검출기 및 상기 흡광도 검출기의 출력신호를 토대로 시료의 흡광도 분석을 수행하는 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 시료 채취 및 공급수단은, 상기 정제수 라인과 상 기 시료부 석영셀의 유입구 사이를 연결하는 시료 주입라인과, 상기 시료 주입라인 상에 설치된 시료채취 펌프로 구성되는 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 시료부 석영셀은, 셀 본체부가 가로, 세로, 높이 1cm×1cm×3m인 직육면체 구조로 되어 있으면서 상기 셀 본체부 상단 및 하단에 수직거리가 1cm인 상부 및 하부 꼭지점이 형성된 구조인 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 대조부 석영셀은, 가로, 세로, 높이가 1cm×1cm×3m인 직육면체 구조로 되어 있고, 상단에 마개가 설치되는 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 시료부 석영셀 내부에 세정액을 공급하여 시료부 석영셀 내부를 세정하기 위한 세정수단을 더 포함하고, 상기 세정수단은, 세정액 탱크, 상기 세정액 탱크와 상기 시료부 석영셀의 유입구 사이를 연결하는 세정액 라인, 및 상기 세정액 라인 상에 설치된 세정액 공급펌프로 구성되는 것을 특징으 로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 시료부 석영셀로부터 분석이 끝난 시료를 배출하기 위한 시료 배출수단을 더 포함하고, 상기 시료 배출수단은, 상기 시료부 석영셀의 배출구에 연결된 시료 배출라인과, 상기 시료 배출라인 상에 설치된 시료배출 펌프로 구성되는 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 분석기는 분석된 흡광도가 기 설정된 흡광도를 초과하는 경우 운전자에게 경고수단을 통해 경고 메시지를 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치.
- 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석방법에 있어서,대조부 석영셀에 TOC와 254nm 파장 자외선의 흡광도가 알려진 대조부 용액을 채우고, 시료 채취 및 공급수단을 통해 정제수 라인으로부터 채취된 시료를 시료부 석영셀로 투입하는 단계와;석영셀 내부에 시료가 채워지면, 자외선 광원부로부터 자외선을 조사하여, 조사된 자외선이 단색화 장치를 통과하도록 하고, 그로부터 추출된 254nm 파장 자 외선이 자외선 2등분 거울 및 전방 반사거울을 통해 대조부와 시료부의 석영셀로 각각 투과되도록 하는 단계와;상기 각 석영셀을 통과한 후 후방 반사거울을 통해 자외선 단속기를 통과한 자외선으로부터 흡광도 검출기가 흡광도를 검출하여 신호 출력하면, 분석기가 상기 흡광도 검출기의 신호를 토대로 시료의 흡광도를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 시료 채취 및 공급수단을 구성하는 시료 주입라인을 통해 이송되는 시료의 유속을 15.0 ~ 20.0cm/min의 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 분석기는 분석된 흡광도가 기 설정된 흡광도를 초과하는 경우 운전자에게 경고수단을 통해 경고 메시지를 전달하는 하는 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 대조부 석영셀에 채워지는 대조부 용액은, 2차 증류 후 양이온교환수지와 음이온교환수지, 0.2㎛ 멤브레인 필터를 차례로 거친 정제 수로서, TOC가 5ppb 이하이고, 자외선 254nm의 흡광도가 0.0005 이하인 물을 사용하는 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 분석기의 흡광도 분석이 완료되면, 시료 배출수단에 의해 시료부 석영셀로부터 시료를 배출하는 단계와;이후 세정수단에 의해 시료부 석영셀 내부에 세정액을 공급하여 세정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석방법.
- 청구항 12에 있어서, 상기 세정 단계에서 세정액으로서 0.4 ~ 0.6몰 황산용액을 사용하고, 세정을 적어도 2회 이상 실시하되, 1회 세정시마다 시료부 석영셀 내부에 5초 동안의 세정액 체류시간을 유지하는 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석방법.
- 청구항 12에 있어서, 상기 시료 배출라인을 통해 배출되는 시료의 유속을15.0 ~ 20.0cm/min의 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 순수 및 초순수 정제수 의 유기물 분석방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060026829A KR100728600B1 (ko) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치 및 분석방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060026829A KR100728600B1 (ko) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치 및 분석방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060034663A true KR20060034663A (ko) | 2006-04-24 |
| KR100728600B1 KR100728600B1 (ko) | 2007-06-14 |
Family
ID=37143394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060026829A KR100728600B1 (ko) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치 및 분석방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100728600B1 (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107324410A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-11-07 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种净水器 |
| CN107337238A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-11-10 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种净水器 |
| CN109386971A (zh) * | 2017-08-14 | 2019-02-26 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种热水器 |
| WO2020186078A1 (en) | 2019-03-12 | 2020-09-17 | Hattingh Paul | Testing method for residual organic compounds in a liquid sample |
| CN113252594A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-08-13 | 同济大学 | 一种利用uv吸光度监测预警消毒副产物的方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8491794B2 (en) * | 2007-10-23 | 2013-07-23 | Siemens Industry, Inc. | Process for enhanced total organic carbon removal while maintaining optimum membrane filter performance |
| KR101221878B1 (ko) | 2010-11-30 | 2013-01-16 | 주식회사 과학기술분석센타 | 오염수의 오염 성분 패턴 판별 장치 |
| KR101684030B1 (ko) | 2014-12-26 | 2016-12-21 | 경북대학교 산학협력단 | 열-광학 탄소 분석 장치 및 방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4666860A (en) * | 1984-01-10 | 1987-05-19 | Anatel Instrument Corporation | Instrument for measurement of the organic carbon content of water |
| KR20010066377A (ko) * | 1999-12-31 | 2001-07-11 | 윤종용 | 초순수 강제오염 평가시스템 |
| KR100441249B1 (ko) * | 2001-07-27 | 2004-07-21 | 삼성전자주식회사 | 반도체 제조 공정에서의 티오씨 측정 장치 및 그 측정 방법 |
| KR100585139B1 (ko) * | 2004-04-12 | 2006-05-30 | 삼성전자주식회사 | 웨이퍼 세정액의 금속 측정 시약과 웨이퍼 세정액의 금속오염 모니터링 장치 및 방법 |
-
2006
- 2006-03-24 KR KR1020060026829A patent/KR100728600B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107324410A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-11-07 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种净水器 |
| CN107337238A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-11-10 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种净水器 |
| CN107337238B (zh) * | 2017-03-29 | 2022-10-21 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种净水器 |
| CN107324410B (zh) * | 2017-03-29 | 2022-10-21 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种净水器 |
| CN109386971A (zh) * | 2017-08-14 | 2019-02-26 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种热水器 |
| CN109386971B (zh) * | 2017-08-14 | 2023-11-17 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种热水器 |
| WO2020186078A1 (en) | 2019-03-12 | 2020-09-17 | Hattingh Paul | Testing method for residual organic compounds in a liquid sample |
| EP3938757A4 (en) * | 2019-03-12 | 2022-11-16 | Hattingh, Paul | TEST PROCEDURE FOR RESIDUAL ORGANIC COMPOUNDS IN A LIQUID SAMPLE |
| CN113252594A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-08-13 | 同济大学 | 一种利用uv吸光度监测预警消毒副产物的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100728600B1 (ko) | 2007-06-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100728600B1 (ko) | 순수 및 초순수 정제수의 유기물 분석장치 및 분석방법 | |
| US5902751A (en) | Method and apparatus for the measurement of dissolved carbon | |
| CN107209112B (zh) | 基于吸光度和荧光确定水处理参数 | |
| EP2423677B1 (en) | Total organic carbon meter provided with system blank function | |
| CN100541171C (zh) | 紫外光协同臭氧消解光度法测量水体总氮总磷的方法 | |
| WO2004008090A1 (en) | Method and system for the determination and remediation of arsenic in aqueous media | |
| EP0498888A1 (en) | Method of measuring total quantity of organic substances in ultrapure water and ultrapure water treating system utilizing said method in preparation of ultrapure water | |
| AT504205B1 (de) | Einrichtung zur entkeimung eines fluids | |
| WO1994009357A1 (de) | Verfahren zum bestimmen der konzentration eines einen tracer enthaltenden wirkstoffes in wirkstofflösungen | |
| KR20190040278A (ko) | 수질 감지 | |
| JPH0323858B2 (ko) | ||
| JP4538604B2 (ja) | 光反応管内蔵型光反応装置及びこれを用いる水質モニタリング装置 | |
| CA2228337A1 (en) | Method and apparatus for the measurement of dissolved carbon | |
| US11307138B2 (en) | Testing method for residual organic compounds in a liquid sample | |
| KR101754557B1 (ko) | 전인 흡광도계용 흡수 셀을 구비한 전질소 및 전인 자동 측정 장치 | |
| JP2953904B2 (ja) | 水中のシリカ成分の分析装置 | |
| KR100840181B1 (ko) | 전질소 및 전인 자동 측정 장치 및 방법 | |
| EP3945304A1 (en) | Analysis system with cleaning device | |
| KR101617822B1 (ko) | 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치 및 그 방법 | |
| KR101580894B1 (ko) | 다파장 분석법을 이용한 cod 측정 방법 | |
| JP3329071B2 (ja) | 硝酸イオンと亜硝酸イオンの分析方法及び分析装置 | |
| KR102235405B1 (ko) | 미량의 과산화수소수의 농도를 측정하는 장치 및 방법 | |
| JPH08136526A (ja) | 溶存オゾン濃度連続測定装置 | |
| JPS62228146A (ja) | 紫外線式有機物測定装置 | |
| JP3237400B2 (ja) | 水中の窒素化合物及びリン化合物の分析装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110608 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |