KR20090010640A - Apparatus and method for monitoring a gas using gas - permeable material - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 기체 측정 장치를 개략적으로 도시한 투과 사시도.1 is a perspective view schematically showing a gas measuring apparatus according to the present invention.
도 2는 도 1의 기체 측정 장치를 구동하여 기체를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 흐름도.FIG. 2 is a flowchart schematically illustrating a method of measuring a gas by driving the gas measuring device of FIG. 1. FIG.
도 3a은 도 1의 기체 측정 장치 중 제1 기판의 제작 공정에 따른 평면도 및 단면도.3A is a plan view and a cross-sectional view of a manufacturing process of a first substrate of the gas measuring apparatus of FIG. 1.
도 3b는 도 1의 기체 측정 장치 중 제2 기판의 제작 공정에 따른 단면도.FIG. 3B is a cross-sectional view of a second substrate in a gas measurement apparatus of FIG. 1. FIG.
도 3c는 도 3a의 제1 기판과 도 3b의 제2 기판을 결합시킨 기체 측정 장치를 도시한 단면도.3C is a cross-sectional view of a gas measuring device in which the first substrate of FIG. 3A and the second substrate of FIG. 3B are combined;
도 4는 본 발명에 따른 기체 측정 장치의 실시예를 도시한 투과 사시도.4 is a perspective view showing an embodiment of a gas measuring apparatus according to the present invention.
도 5a는 도 4의 기체 측정 장치 중 제1 기판의 제작 공정에 따른 평면도 및 단면도.FIG. 5A is a plan view and a cross-sectional view of the gas measuring apparatus of FIG. 4 according to a manufacturing process of the first substrate. FIG.
도 5b는 도 4의 기체 측정 장치 중 제2 기판의 제작 공정에 따른 평면도 및 단면도.FIG. 5B is a plan view and a sectional view of the gas measurement apparatus of FIG. 4 according to a manufacturing process of the second substrate. FIG.
도 5c는 도 5a의 제1 기판과 도 5b의 제2 기판을 결합시킨 기체 측정 장치를 도시한 단면도.5C is a cross-sectional view of a gas measuring device in which the first substrate of FIG. 5A and the second substrate of FIG. 5B are combined;
도 6은 본 발명에 따른 기체 측정 장치의 일 실시예를 도시한 투과 사시도.Figure 6 is a perspective view of an embodiment of a gas measurement apparatus according to the present invention.
도 7은 도 6의 기체 측정 장치를 구동하여 기체를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 흐름도.7 is a flowchart schematically illustrating a method of measuring a gas by driving the gas measuring device of FIG. 6.
도 8은 도 6의 기체 측정 장치를 구동하여 기체를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 투과 사시도.8 is a perspective view schematically illustrating a method of measuring a gas by driving the gas measuring apparatus of FIG. 6.
도 9a는 도 6의 기체 측정 장치 중 제1 기판의 제작 공정에 따른 평면도 및 단면도.FIG. 9A is a plan view and a cross-sectional view according to a manufacturing process of a first substrate of the gas measuring apparatus of FIG. 6. FIG.
도 9b는 도 6의 기체 측정 장치 중 제2 기판의 제작 공정에 따른 단면도.FIG. 9B is a cross-sectional view of a second substrate in a gas measurement apparatus of FIG. 6. FIG.
도 9c는 도 9a의 제1 기판과 도 9b의 제2 기판을 결합시킨 기체 측정 장치를 도시한 단면도.9C is a cross-sectional view of a gas measuring device in which the first substrate of FIG. 9A and the second substrate of FIG. 9B are combined;
도 10은 도 1의 기체 측정 장치를 제품에 부착한 실시예를 도시한 단면도.10 is a cross-sectional view showing an embodiment in which the gas measurement device of FIG. 1 is attached to a product.
도 11은 도 6의 기체 측정 장치를 제품에 부착한 실시예를 도시한 단면도.FIG. 11 is a cross-sectional view of an embodiment in which the gas measuring device of FIG. 6 is attached to a product. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명> <Brief description of reference numerals for the main parts of the drawings>
1: 기체 측정 장치 10: 제1 기판1: Gas Measuring Device 10: First Substrate
11: 지시 용액 주입부 11a: 제1 지시 용액 주입부11: Instruction
11b: 제2 지시 용액 주입부 11c: 제3 지시 용액 주입부11b: second
11d: 제4 지시 용액 주입부 13: 지시 용액 수용부11d: fourth indicator solution injector 13: indicator solution receiver
13a: 제1 지시 용액 수용부 13b: 제2 지시 용액 수용부13a: first indicator solution container 13b: second indicator solution container
13c: 제3 지시 용액 수용부 13d: 제4 지시 용액 수용부13c: third
15: 제1 흡입부 16: 제1 유로15: first suction unit 16: the first flow path
17: 압력부 18: 제2 유로17: pressure unit 18: second flow path
19: 배출부 20: 제2 기판19: discharge part 20: second substrate
30: 밀폐부30: sealing part
본 발명은 기체 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 고분자 구조의 물질을 이용하여 기체의 존재 유, 무 및 기체의 종류를 판별할 수 있는 기체 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas measuring apparatus and method, and more particularly, to a gas measuring apparatus and method that can determine the presence, absence, and type of gas using a substance having a polymer structure.
일반적으로, 기체를 측정하는 방법은 지시약(指示藥, Indicator)을 이용하는 방법이 이용되며, 기체와 지시약의 화학 반응으로 기체의 일정한 상태를 파악할 수 있고, 이에 따라 기체의 존재 유, 무 및 기체의 종류를 추정할 수 있다.In general, the method of measuring a gas is a method using an indicator, the chemical reaction of the gas and the indicator can determine the constant state of the gas, and thus the presence, absence and presence of the gas The type can be estimated.
그리고, 지시약은 기체 외에도 액체 고체 등에 이용될 수 있으며, 적정을 하면서 중화점을 알기 위하여, 또는 수소 이온의 농도를 파악하기 위하여 이용되는데, 용액의 상황이 변함에 따라 눈에 띄는 변화가 나타나고, 형광 또는 발광 등으로 나타나는 지시약, 용액이 혼탁해지거나 침전물이 생성되는 지시약 등 다양한 결과물로 물질의 일정한 상태를 파악할 수 있다.In addition, the indicator may be used in addition to gas, liquid solids, etc., and is used to determine the neutralization point or titrate the concentration of hydrogen ions while titrating, and a noticeable change appears as the situation of the solution changes. Alternatively, the constant state of the substance may be determined by various results, such as an indicator that appears by light emission, an indicator that becomes cloudy or a solution is formed.
더불어, 통상적인 지시약인 산염기 지시약은 pH에 따라 색이 변화하며, 산염기 지시약 자체가 약산 또는 약염기로 이루어지는데, 산성 물질에 약산의 지시약을 반응시키면 지시약 내에 존재하는 수소 이온의 농도가 높으므로, 수소가 분리되지 않지만, 염기성 물질과 반응시키면 지시약 내의 수소 이온 농도가 감소하므로 지시약에 붙어 있던 수소가 해리되어 이온 상태로 존재하는 분자의 수가 증가한다.In addition, the acidic acid indicator, which is a conventional indicator, changes color according to pH, and the acidic acid indicator itself is made of a weak acid or weak base. When the acidic substance reacts with the weak acid indicator, the concentration of hydrogen ions present in the indicator is high. However, hydrogen is not separated, but reacting with a basic substance decreases the concentration of hydrogen ions in the indicator, so that the hydrogen attached to the indicator is dissociated to increase the number of molecules present in the ionic state.
따라서, 지시약의 산성도가 변함에 따라 분자 구조가 변하는 분자가 증가하고, 분자 구조가 변하면서 색도 함께 변하므로 이를 관찰하면 대략적인 pH를 알 수 있다.Therefore, as the acidity of the indicator changes, the molecules whose molecular structure changes, and the molecular structure changes with the color also change, so the approximate pH can be seen by observing this.
그러나, 물질에 직접적으로 지시약을 반응시켜 확인해야 하므로, 언제 어디서든 확인할 수 없고, 휴대가 용이하지 않으며, 물질에 직접 지시약을 반응시키면 물질의 상태 및 색의 변화가 발생하고, 이에 따라 물질의 변화가 발생하면 안되는 물질에 대해서는 용이하게 실시할 수 없으며, 기체를 측정해야 할 경우에는 직접적으로 기체를 주입하여 반응시켜야 하고, 특정 기체를 주입하는 과정이 복잡하여 기체를 측정하는 과정 및 방법이 용이하지 못한 등의 문제점이 있었다.However, since the indicator must be directly reacted with the substance, the indicator cannot be confirmed anytime, anywhere, and is not easy to carry, and reacting the indicator directly with the substance causes a change in state and color of the substance, thereby changing the substance. If the gas should be measured, it should not be easily carried out, and if it is necessary to measure the gas, the gas must be directly injected and reacted. There was a problem such as not.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 특히 고분자 구조의 물질을 이용하여 기체를 측정할 수 있는 초소형 기체 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an ultra-small gas measuring apparatus that can measure a gas using a material having a polymer structure.
본 발명의 다른 목적은 제품에서 발생하는 기체를 측정하여 제품의 이상 여부를 판단할 수 있는 기체 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a gas measuring device that can determine the abnormality of the product by measuring the gas generated in the product.
본 발명의 다른 목적은 기체량이 미소할 경우, 외부 압력만으로 흡입 과정을 실시하여 지시 용액과 반응률을 높여 기체를 측정할 수 있는 기체 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a gas measuring apparatus and method capable of measuring a gas by increasing the reaction rate with an indicator solution by performing an inhalation process with only an external pressure when the amount of gas is small.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기체와 반응하여 기체를 판별할 수 있는 지시 용액이 주입되도록 요홈 형상으로 형성되는 지시 용액 주입부와, 상기 지시 용액 주입부로 주입된 지시 용액이 수용될 수 있도록 상기 지시 용액 주입부와 연결되되, 요홈 형상으로 형성된 지시 용액 수용부를 포함하는 제1 기판; 상기 요홈이 형성된 제1 기판의 일면에 부착되어 상기 지시 용액이 이동 및 수용될 수 있는 유로가 형성되고, 기체가 유입되어 상기 제1 기판의 지시 용액과 반응할 수 있도록 형성되는 제2 기판; 을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an indicator solution injecting portion formed in a groove shape so that an indication solution capable of determining a gas by reacting with a gas and an indication solution injected into the indicator solution injecting portion are accommodated. A first substrate connected to the indicator solution injector so as to include an indicator solution receiver formed in a recess shape; A second substrate attached to one surface of the first substrate on which the groove is formed to form a flow path through which the indicator solution can be moved and accommodated, and a gas being introduced to react with the indicator solution of the first substrate; It includes.
그리고, 상기 제1 기판의 지시 용액 주입부 및 지시 용액 수용부는 측정할 기체의 수에 대응되도록 더 구비되는 것을 특징으로 한다.The indicator solution injector and the indicator solution receiver of the first substrate may be further provided to correspond to the number of gases to be measured.
또한, 상기 제1 기판은 상기 지시 용액 수용부와 근접하게 형성되어 음압에 의하여 상기 지시 용액 수용부 내의 기체를 흡입할 수 있는 공간인 제1 흡입부; 상기 제1 흡입부로 상기 기체가 이동할 수 있도록 외부의 압력에 의하여 상기 음압이 발생되는 공간인 압력부; 상기 압력부에 가해지는 압력에 의하여, 상기 제1 흡입부 및 압력부의 기체가 외부로 배출될 수 있도록 상기 제1 기판의 일면이 관통된 배출부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The first substrate may include a first suction part which is formed in close proximity to the indicator solution accommodating part and is a space capable of sucking gas in the indicator solution accommodating part by a negative pressure; A pressure unit which is a space in which the negative pressure is generated by an external pressure so that the gas can move to the first suction unit; A discharge part through which one surface of the first substrate penetrates through the first suction part and the pressure part to be discharged to the outside by the pressure applied to the pressure part; It characterized in that it further comprises.
여기서, 상기 제1 흡입부와 압력부 간을 연결하는 제1 유로; 상기 압력부와 배출부를 연결하는 제2 유로; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, a first flow path for connecting between the first suction portion and the pressure portion; A second flow path connecting the pressure part and the discharge part; It characterized in that it further comprises.
더불어, 상기 제2 기판은 상기 압력부에서 발생된 음압에 의하여 기체가 상기 지시 용액 저장부로 유입될 수 있도록, 기체 유입 방향에 수직하게 관통된 유로인 제2 흡입부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the second substrate may include a second suction part which is a flow passage perpendicular to the gas inflow direction so that gas may flow into the indicator solution storage part by the negative pressure generated in the pressure part; It characterized in that it further comprises.
이때, 상기 제2 흡입부는 상기 지시 용액 저장부와 접촉된 면 내에서, 다수개 형성되는 것을 특징으로 한다.In this case, the second suction unit, characterized in that formed in the surface in contact with the indicator solution reservoir.
또한, 상기 제1 기판의 외부면에 형성된 상기 배출부의 일측면을 밀폐시켜 상기 음압이 상기 지시 용액 저장부에서 발생되도록 밀폐부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The liquid crystal display may further include a sealing part sealing one side of the discharge part formed on the outer surface of the first substrate such that the negative pressure is generated in the indicator solution storage part; It characterized in that it further comprises.
그리고, 제1 기판 및 제2 기판은 기체는 통과시키되, 액체는 통과시키지 않는 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.The first and second substrates are formed of a material that allows gas to pass but does not allow liquid to pass therethrough.
이때, 상기 물질은 고분자 구조를 가지는 물질인 것을 특징으로 한다.In this case, the material is characterized in that the material having a polymer structure.
여기서, 상기 고분자 구조를 가지는 물질은 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))인 것을 특징으로 한다.Here, the material having the polymer structure is characterized in that the polydimethylsiloxane (PDMS, poly (dimethylsiloxane)).
더불어, 상기 제2 기판의 기체가 유입되는 면의 수직 방향의 길이는 1mm 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, the length in the vertical direction of the surface on which the gas of the second substrate is introduced is characterized in that less than 1mm.
또한, 상기 지시 용액 주입부 내의 지시 용액으로 외부 물질이 유입될 수 없 도록 상기 제1 기판의 외주면에 형성된 지시 용액 주입부의 일측면을 밀폐시키는 코팅층; 을 더 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the coating layer for sealing one side of the indicator solution injecting portion formed on the outer circumferential surface of the first substrate so that the foreign material does not flow into the indicator solution in the indicator solution injection portion; It is characterized in that the further formed.
그리고, 상기 지시 용액은 상기 기체와 반응하여 상기 기체의 특성에 따라 지시 용액의 색이 변경되는 용액인 것을 특징으로 한다.The indicator solution may be a solution that reacts with the gas and changes the color of the indicator solution according to the characteristics of the gas.
이때, 상기 지시 용액은 상기 기체와 반응하여 수소 이온의 농도에 따라 용액의 분자 구조 및 색이 변경되는 산염기 지시 용액인 것을 특징으로 한다.In this case, the indicator solution is characterized in that the acid-based indicator solution that reacts with the gas to change the molecular structure and color of the solution in accordance with the concentration of hydrogen ions.
또한, 상기 지시 용액은 이산화탄소 또는 트리메틸아민과 반응하는 용액인 것을 특징으로 한다.In addition, the indicator solution is characterized in that the solution to react with carbon dioxide or trimethylamine.
한편, 기체와 반응하여 기체를 판별할 수 있는 지시 용액을 미세 유로인 지시 용액 주입부를 통하여 지시 용액 수용부에 유입시키는 제1 단계; 상기 지시 용액 주입부 및 지시 용액 수용부가 형성된 제1 기판의 일면과 부착되는 제2 기판으로 상기 기체가 상기 지시 용액 수용부 내의 지시 용액과 반응할 수 있도록 유입되는 제2 단계; 상기 기체의 특성에 따라 지시 용액의 색이 변경되고, 변경된 색으로 기체가 판별되는 제3 단계; 를 포함한다.On the other hand, the first step of introducing the indicator solution which can react with the gas to determine the gas through the indicator solution injecting unit which is a fine flow path to the indicator solution receiving unit; A second step of allowing the gas to react with the indicator solution in the indicator solution accommodating part to a second substrate attached to one surface of the first substrate on which the indicator solution injection part and the indicator solution accommodating part are formed; A third step of changing the color of the indicator solution according to the characteristics of the gas and determining the gas by the changed color; It includes.
여기서, 상기 제1 단계는 상기 지시 용액 주입부 및 지시 용액 수용부를 측정할 기체의 수에 대응되도록 형성시켜, 측정할 기체의 수에 대응되도록 지시 용액을 유입시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The first step may include forming the indicator solution injector and the indicator solution receiver so as to correspond to the number of gases to be measured and introducing the indicator solution to correspond to the number of gases to be measured; It characterized in that it further comprises.
그리고, 상기 제2 단계는 상기 제2 기판으로 기체를 유입시키기 위하여, 상기 지시 용액 수용부와 이격되어 제1 기판에 형성된 공간인 압력부에 외부의 압력이 입력되는 과정; 상기 압력부에 입력된 압력으로 상기 압력부 내의 기체가 상기 제1 기판의 외부로 배출될 수 있도록 형성된 배출부를 통하여 배출되는 과정; 상기 제1 기판에 형성된 홀인 배출부의 일측면을 밀폐시켜 음압을 발생시키는 과정; 상기 발생된 음압에 의하여 상기 지시 용액 수용부와 근접하게 형성된 공간인 제1 흡입부에서 지시 용액 수용부 내의 기체를 흡입하는 과정; 상기 제1 흡입부의 흡입 작용으로 기체가 상기 지시 용액 저장부로 유입될 수 있도록 제2 기판에 형성된 유로인 제2 흡입부를 통하여 기체가 유입되는 과정; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And, the second step is a step of inputting the external pressure to the pressure unit which is a space formed in the first substrate spaced apart from the indicator solution receiving portion in order to introduce the gas into the second substrate; Discharging the gas in the pressure unit through a discharge unit configured to discharge the gas in the pressure unit to the outside of the first substrate at a pressure input to the pressure unit; Sealing one side of the discharge part, which is a hole formed in the first substrate, to generate a negative pressure; Sucking the gas in the indicator solution containing part in the first suction part, which is a space formed close to the indicator solution containing part by the generated negative pressure; Allowing gas to flow through the second suction part, which is a flow path formed in the second substrate so that gas may flow into the indicator solution storage part by the suction action of the first suction part; It characterized in that it further comprises.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 기체 측정 장치를 개략적으로 도시한 투과 사시도이고, 도 2는 도 1의 기체 측정 장치를 구동하여 기체를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 기체 측정 장치(1)는 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 포함하여 이루어진다.1 is a perspective view schematically illustrating a gas measuring apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a flowchart schematically illustrating a method of measuring a gas by driving the gas measuring apparatus of FIG. 1. As shown in the figure, the
제1 기판(10)은 지시 용액 주입부(11)와 지시 용액 수용부(13)를 포함하여 이루어진다.The
여기서, 지시 용액 주입부(11)는 제1 기판(10)에 기체와 반응하여 기체를 판별할 수 있는 지시 용액이 주입되도록 제1 기판(10)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성하는데, 상기 요(凹)홈 형상은 지시 용액이 이동할 수 있는 유로를 형성할 수 있는 형상으로 변경될 수 있다.Here, the
또한, 상기 지시 용액 주입부(11)의 폭(Width)은 지시 용액 수용부(13)의 폭 보다 작게 형성되는 것이 바람직하며, 특히 미세 유로로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the width of the indicator
그 이유는, 지시 용액이 지시 용액 주입부(11)를 통하여 지시 용액 수용부(13)로 주입될 때, 상기 지시 용액 주입부(11)가 상기 지시 용액 수용부(13) 보다 상대적으로 작은 폭으로 형성되므로, 모세관 현상으로 용이하게 수용될 수 있기 때문이다.The reason is that when the indicator solution is injected into the
또한, 지시 용액이 상기 지시 용액 주입부(11)에서 지시 용액 수용부(13)로 주입되고 난 후, 상기 지시 용액이 지시 용액 수용부(11)의 외부로 유출되지 않도록 미세 유로를 형성시키는데, 물질의 이동성은 유로의 단면적에 비례하므로, 단면적을 감소시킬 수 있도록 폭을 감소시키고, 상기 지시 용액의 이동에 저항을 증가시켜 지시 용액의 이동성을 감소시킬 수 있기 때문이다.Further, after the indicator solution is injected from the
그리고, 지시 용액이 상기 지시 용액 주입부(11)에서 지시 용액 수용부(13)로 주입되고 난 후, 외부 물질이 상기 지시 용액 수용부(13)로 유입되지 않도록 미세 유로으며, 이에 따라 유로의 표면을 소수성의 특성을 가지도록 형성시키는 것도 바람직하다.After the indicator solution is injected from the
또한, 상기 지시 용액 수용부(13)는 상기 지시 용액 주입부(11)로 주입된 지시 용액이 수용될 수 있도록 상기 지시 용액 주입부(11)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성한다.In addition, the indicator
여기서, 상기 지시 용액 수용부(13)에 지시 용액을 주입하고, 지시 용액 수용부(13)로 외부 물질이 유입되거나 또는 지시 용액 수용부(13) 내의 지시 용액이 외부로 유출되는 것을 차단하기 위하여, 상기 제1 기판(10)의 외부면에 형성된 홀인 지시 용액 주입부(11)의 일측면이 밀폐되도록 코팅 처리로 형성되는 코팅층을 더 포함하는 것도 바람직하다.Here, in order to inject the indicator solution into the indicator
제2 기판(20)은 상기 요홈이 형성된 제1 기판(10)의 일면에 부착(Bonding)되는데, 상기 제2 기판이 형성됨으로써 상기 지시 용액 주입부(11) 및 지시 용액 수용부(13)의 외주면이 형성될 수 있다.The
즉, 제1 기판(10)의 요(凹)홈의 뚫린 부분들을 제2 기판(20)이 부착됨으로써 외주면이 형성되어 상, 하, 좌, 우면이 모두 형성되고, 이에 따라 지시 용액이 이동할 수 있는 유로가 형성될 수 있다는 것이다.That is, the outer peripheral surface is formed by attaching the
또한, 제2 기판(20)으로 상기 지시 용액과 반응할 기체가 유입되도록 얇게 형성되는데, 그 두께는 1mm 이하로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the
그 이유는, 상기 지시 용액 수용부(13)의 하부면이 제2 기판(20)이므로, 상기 제2 기판(20)을 통하여 지시 용액과 반응할 수 있기 때문이다.The reason is that since the lower surface of the indicator
더불어, 상기 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)을 이루는 물질은 기체는 통과시키고, 액체는 통과시키지 않는 고분자 구조를 가지는 물질이고, 특히 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))으로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the material constituting the
그리고, 상기 지시 용액은 기체와 반응하여 상기 기체의 특성에 따라 지시 용액의 색이 변경되고, 변경된 색으로 기체를 판별할 수 있으며, 예를 들면, 산염기 지시 용액은 용액의 산성도가 증감됨에 따라 분자 구조가 변하고, 분자 구조가 변경되면 분자의 색도 함께 변하기 때문에 색 변화로 대략적인 산성도(pH) 범위를 알 수 있다.In addition, the indicator solution may react with a gas to change the color of the indicator solution according to the characteristics of the gas, and determine the gas by the changed color. For example, the acidic acid indicator solution may increase or decrease as the acidity of the solution increases. As the molecular structure changes, and as the molecular structure changes, the color of the molecule also changes, indicating the approximate acidity (pH) range.
또한, 상기 지시 용액은 이산화탄소 또는 트리메틸아민과 반응하여, 상기 이산화탄소 또는 트리메틸아민의 기체 유, 무를 각각 확인할 수 있도록 각각 구비될 수 있고, 판별하고자 하는 기체의 종류에 따른 지시 용액을 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the indicator solution may be provided to react with carbon dioxide or trimethylamine, respectively, so as to confirm the presence or absence of gas of carbon dioxide or trimethylamine, and it is preferable to include an indicator solution according to the type of gas to be determined. .
이하, 본 발명에 따른 기체 측정 장치를 이용한 기체 측정 방법을 설명한다.Hereinafter, a gas measuring method using the gas measuring device according to the present invention will be described.
우선, 판별하고자 하는 기체와 반응하여, 상기 기체의 존재 유, 무를 확인할 수 있는 지시 용액을 지시 용액 주입부(11)를 통하여 지시 용액 저장부(13)로 유입시킨다(S10).First, by reacting with the gas to be determined, the indicator solution which can confirm the presence or absence of the gas is introduced into the indicator
이때, 상기 단계(S10)를 진행한 후, 상기 지시 용액 저장부(13)에 저장된 지시 용액이 기체 측정 장치(1)의 외부로 유출되거나, 또는 기체 측정 장치(1)의 외부 물질이 상기 지시 용액 저장부(13) 내의 지시 용액으로 유입되는 것을 제한하기 위하여 상기 지시 용액 주입부(11)의 일측면을 코팅 처리하여 코팅층을 더 형성시키는 것도 바람직하다.At this time, after the step (S10), the indicator solution stored in the indicator
그리고, 판별하고자 하는 기체를 상기 제2 기판(20)의 하부면으로 유입시키고, 이에 따라 상기 기체는 제2 기판(20)이 기체를 통과시키는 고분자 물질로 형성되었으므로 제2 기판(20)을 통과하여 지시 용액 저장부(13) 내의 지시 용액으로 유입된다(S20).In addition, the gas to be determined is introduced into the lower surface of the
여기서, 상기 단계(S20)에서 제2 기판(20)의 하부면을 기체가 발생하는 지점과 마주보도록 위치시키는 것이 바람직한데, 그 이유는 기체가 미소량이고 유동이 일정한 방향으로 향하지 않을 경우, 극소량만 상기 지시 용액과 반응하여 지시 용액의 색 변화가 거의 나타나지 않아 기체를 판별할 수 없거나 또는 유동이 일정하지 않아 상기 제2 기판(20)으로 유입되지 않고, 이에 따라 지시 용액과 기체가 반응하지 않을 수 있기 때문이다.Here, in the step (S20) it is preferable to position the lower surface of the
더불어, 상기 단계(S20)에서 지시 용액과 기체가 반응하여 지시 용액의 색이 변경되는 경우에는 색의 변화에 따라 기체를 판별할 수 있고, 이에 따라 기체의 종류 및 존재 유, 무를 추정할 수 있게 된다(S30).In addition, when the color of the indicator solution is changed by reacting the indicator solution with the gas in step S20, the gas may be determined according to the color change, and thus, the type and presence or absence of the gas may be estimated. It becomes (S30).
도 3a은 도 1의 기체 측정 장치 중 제1 기판의 제작 공정에 따른 평면도 및 단면도이고, 도 3b는 도 1의 기체 측정 장치 중 제2 기판의 제작 공정에 따른 단면도이며, 도 3c는 도 3a의 제1 기판과 도 3b의 제2 기판을 결합시킨 기체 측정 장치를 도시한 단면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 기체 측정 장치(1)는 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 포함하여 이루어진다.3A is a plan view and a cross-sectional view according to a manufacturing process of a first substrate of the gas measuring apparatus of FIG. 1, FIG. 3B is a cross-sectional view according to a manufacturing process of a second substrate of the gas measuring apparatus of FIG. 1, and FIG. 3C is a view of FIG. 3A. It is sectional drawing which shows the gas measurement apparatus which combined the 1st board | substrate and the 2nd board | substrate of FIG. 3B. As shown in the figure, the
제1 기판(10)의 제작 공정은 도 3a를 참조하여 설명한다.The manufacturing process of the
우선, 제작하고자 하는 제1 기판(10)의 상, 하부면과 동일한 크기의 실리콘 웨이퍼(Si-Wafer)를 준비한다.First, a silicon wafer (Si-Wafer) having the same size as the upper and lower surfaces of the
그리고, 상기 실리콘 웨이퍼의 상부면에 포토 레지스터(Photo Register)를 스핀 코팅(Spin Coating)시키는데, 상기 제1 기판(10)의 형상을 사출하기 위하여 자외선(UV: Ultra Violet)이 조사되는 부분이 경화되는 네가티브(Negative Photo Register) 포토 레지스터인 SU - 8 을 이용하고, 이는 변경 가능하다.In addition, spin coating a photo register on a top surface of the silicon wafer, and a portion to which ultraviolet light (UV) is irradiated is cured in order to eject the shape of the
여기서, 스핀 코팅된 포토 레지스터에 포토 마스크를 이용하여 제1 기판(10)에 형성시키고자 하는 각 구성 요소, 즉 지시 용액 주입부(11) 및 지시 용액 수용부(13)를 형성시키기 위하여, 지시 용액 주입부(11) 및 지시 용액 수용부(13) 부분에 자외선을 조사한다.Here, in order to form each component to be formed on the
이때, 상기 포토 마스크는 자외선을 가려주는 역할과 동시에, 자외선이 통과하는 부분의 재료를 경화시켜 특성 형상을 형성시키도록 제작하고자 하는 제1 기판(10)의 크기와 동일하고, 제1 기판(10) 내에 형성시키고자 하는 지시 용액 주입부(11) 및 지시 용액 수용부(13) 부분은 자외선이 통과하도록 뚫려 있다.At this time, the photo mask is the same as the size of the
그래서, 지시 용액 주입부(11) 및 지시 용액 수용부(13)가 형성될 부분으로만 자외선이 조사되고, 이에 따라 지시 용액 주입부(11) 및 지시 용액 수용부(13)가 형성될 부분의 재료가 경화되어 단단하게 되면서, 제작하고자 하는 패턴이 형성될 수 있다.Thus, the ultraviolet rays are irradiated only to the portion where the instruction
또한, 제1 기판(10)의 재료는 기체는 통과하고 액체는 통과하지 못하는 고분 자 구조의 물질이면 모두 가능한데, 본 발명에 따른 제작 공정에서는 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 사용한다.In addition, the material of the
이에 따라, 지시 용액 주입부(11) 및 지시 용액 수용부(13)의 형상에 따라 경화된 포토 레지스터 상부면에, 제작하고자 하는 제1 기판(10)의 두께만큼 상기 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 증착시키면, 지시 용액 주입부(11) 및 지시 용액 수용부(13)가 철(凸) 형상으로 형성되어 있으므로, 상대적으로 상기 PDMS에는 요(凹) 형상으로 형성되어 홈을 이루게 된다.Accordingly, the polydimethylsiloxane (PDMS, PDMS,) may be formed on the photoresist upper surface cured according to the shape of the
그리고, 상기 PDMS에 상기 지시 용액 주입부(11) 및 지시 용액 수용부(13)의 형상이 형성이 되었으면, 상기 실리콘 웨이퍼 및 포토 레지스터와 상기 PDMS를 분리시키는데, 이로써 제1 기판(10)이 완성된다.When the shape of the
제2 기판(20)의 제작 공정은 도 3b를 참조하여 설명한다.The manufacturing process of the
우선, 제작하고자 하는 제2 기판(10)의 상, 하부면과 동일한 크기의 실리콘 웨이퍼(Si-Wafer)를 준비하는데, 제1 기판(20)과 동일한 크기로 제2 기판이 형성되므로, 제1 기판(10)의 제작 공정의 실리콘 웨이퍼를 이용해도 무방하다.First, a silicon wafer (Si-Wafer) having the same size as the upper and lower surfaces of the
이때, 제2 기판(10)의 재료는 기체는 통과하고 액체는 통과하지 못하는 고분자 구조의 물질이면 모두 가능한데, 본 발명에 따른 제작 공정에서는 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 사용한다.In this case, the material of the
그리고, 상기 실리콘 웨이퍼의 상부면에 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 스핀 코팅(Spin Coating)시키는데, 제2 기판(20)은 특 정 형상이 형성되지 않고, 제1 기판(10)의 하부면을 형성하므로, 제1 기판(10)의 제작 공정과 같이 포토 레지스터를 사용하지 않고 바로 PDMS를 이용하여 제2 기판(20)을 형성시킨다.In addition, spin coating polydimethylsiloxane (PDMS) on the upper surface of the silicon wafer, and the
여기서, 상기 지시 용액 수용부(13)로 기체 유입이 용이하도록, 스핀 코팅을 최대한 얇게하는데, 상기 PDMS 의 두께, 즉 제2 기판(20)의 두께가 1mm 이하가 되도록 형성시키는 것이 바람직하다.In this case, spin coating is made as thin as possible to facilitate gas inflow into the indicator
그리고, 상기 실리콘 웨이퍼와 상기 PDMS를 분리시키는데, 이로써 제2 기판(20)이 완성된다.The silicon wafer is separated from the PDMS, thereby completing the
마지막으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 결합(Bonding)시켜 기체 측정 장치(1)를 완성하는데, 제1 기판(10)의 요(凹)형상의 뚫린 부분과 제2 기판(20)이 접촉하도록 결합시키고, 이에 따라 지시 용액을 유입 및 수용할 수 있고, 기체를 판별할 수 있는 기체 측정 장치(1)가 완성된다.Finally, as shown in FIG. 3C, the
도 4는 본 발명에 따른 기체 측정 장치의 실시예를 도시한 투과 사시도이고,도 5a는 도 4의 기체 측정 장치 중 제1 기판의 제작 공정에 따른 평면도 및 단면도이며, 도 5b는 도 4의 기체 측정 장치 중 제2 기판의 제작 공정에 따른 평면도 및 단면도이고, 도 5c는 도 5a의 제1 기판과 도 5b의 제2 기판을 결합시킨 기체 측정 장치를 도시한 단면도이다.4 is a perspective view showing an embodiment of a gas measuring apparatus according to the present invention, Figure 5a is a plan view and a cross-sectional view according to the manufacturing process of the first substrate of the gas measuring apparatus of Figure 4, Figure 5b is the gas of Figure 4 A plan view and a cross-sectional view according to a manufacturing process of the second substrate of the measuring device, Figure 5c is a cross-sectional view showing a gas measuring device combined the first substrate of Figure 5a and the second substrate of Figure 5b.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 기체 측정 장치(1)는 제 1 기판(10)과 제2 기판(20)을 포함하여 이루어진다.As shown in the figure, the
제1 기판(10)은 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)와 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d )를 포함하여 이루어지는데, 판별하고자 하는 기체의 종류에 따라 상기 지시 용액 주입부(11) 및 지시 용액 수용부(13)는 더 구비될 수 있으며, 본 실시예에서는 4 종류의 기체를 검출할 수 있도록, 4 종류의 기체를 검출할 수 있는 지시 용액이 주입 및 수용되는 4 개의 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)와 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)를 구비한다.The
이때, 상기 4 종류의 지시 용액은 각각 독립적으로 기체를 검출할 수 있는 지시 용액인 것이 바람직한데, 예를 들어, A, B의 기체에 동시에 반응하는 C 라는 지시 용액을 사용하였을 경우에는 반응 결과가 A, B의 기체가 반응하고 난 후 기체를 판별하는데 용이하지 못하므로, 기체의 종류에 각각 대응되도록 독립적으로 반응하는 지시 용액을 구비하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the four types of indicator solutions are indicator solutions capable of detecting gas independently of each other. For example, in the case of using an indicator solution of C which simultaneously reacts with A and B gases, the reaction result is Since the gas of A and B is not easy to distinguish after reacting, it is preferable to provide the indication solution which reacts independently so that it may correspond to each kind of gas.
여기서, 제1 지시 용액 주입부(11a)는 좌측 전면에 형성되고, 제1 기판(10)에서 기체와 반응하여 기체를 판별할 수 있는 지시 용액이 주입되도록 제1 기판(10)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성하고, 상기 제1 지시 용액 주입부(11a)와 연결된 제1 지시 용액 수용부(13a)도 지시 용액이 수용되도록 제1 기판(10)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성한다.Here, the first indicator
또한, 제2 지시 용액 주입부(11b)는 우측 전면에 형성되고, 제1 기판(10)에서 기체와 반응하여 기체를 판별할 수 있는 지시 용액이 주입되도록 제1 기판(10)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성하고, 상기 제2 지시 용액 주입부(11b)와 연결 된 제2 지시 용액 수용부(13b)도 지시 용액이 수용되도록 제1 기판(10)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성한다.In addition, the second indicator solution injection part 11b is formed on the right front side, and the upper surface direction of the
더불어, 제3 지시 용액 주입부(11c)는 좌측 후면에 형성되고, 제1 기판(10)에서 기체와 반응하여 기체를 판별할 수 있는 지시 용액이 주입되도록 제1 기판(10)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성하고, 상기 제3 지시 용액 주입부(11c)와 연결된 제3 지시 용액 수용부(13c)도 지시 용액이 수용되도록 제1 기판(10)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성한다.In addition, the third indicator
그리고, 제4 지시 용액 주입부(11d)는 좌측 후면에 형성되고, 제1 기판(10)에서 기체와 반응하여 기체를 판별할 수 있는 지시 용액이 주입되도록 제1 기판(10)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성하고, 상기 제4 지시 용액 주입부(11d)와 연결된 제4 지시 용액 수용부(13d)도 지시 용액이 수용되도록 제1 기판(10)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성한다.In addition, the fourth indicator
여기서, 각 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)는 각각의 지시 용액이 혼합되지 않도록 일정 두께 간격으로 이격되어 형성되는 것이 바람직하며, 각 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)는 각 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)와 연결되도록 미세 유로를 형성하되, 각각의 지시 용액이 혼합되지 않고, 각각의 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)가 교차되지 않으며, 제2 기판(20) 방향으로 관통되지 않는 범위 내에서 변경 가능하다.Here, each of the indicator solution receiving parts (13a, 13b, 13c, 13d) is preferably formed spaced at a predetermined thickness interval so that each of the indicator solution is not mixed, each indicator solution injection portion (11a, 11b, 11c, 11d) ) Forms a fine flow path so as to be connected to each of the indicator
더불어, 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)의 폭(Width)은 각 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)의 폭 보다 작게 형성되는 것이 바람직하며, 특히 미세 유로로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the width of the indicator
그 이유는, 각각의 지시 용액이 각 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)를 통하여 각 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)로 주입될 때, 상기 각 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)가 상기 각 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d) 보다 상대적으로 작은 폭으로 형성되므로, 모세관 현상으로 용이하게 수용될 수 있기 때문이다.The reason is that when each indicator solution is injected into each
또한, 지시 용액이 상기 각 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)에서 각 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)로 주입되고 난 후, 상기 지시 용액이 각 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)의 외부로 유출되지 않도록 미세 유로를 형성시키는데, 물질의 이동성은 유로의 단면적에 비례하므로, 단면적을 감소시킬 수 있도록 폭을 감소시키고, 상기 지시 용액의 이동에 저항을 증가시켜 지시 용액의 이동성을 감소시킬 수 있기 때문이다.In addition, after the indicator solution is injected from each of the indicator
그리고, 지시 용액이 각 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)에서 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)로 주입되고 난 후, 외부 물질이 상기 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)로 유입되지 않도록 미세 유로를 형성시켜 외부 물질의 이동에 저항을 증가시키면, 상기 외부 물질이 유입될 수 있는 가능성을 감소시킬 수 있기 때문이다.Then, after the indicator solution is injected from the indicator
여기서, 상기 각 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)에 지시 용액을 주입하고지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)로 외부 물질이 유입되거나 또지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d) 내의 지시 용액이 외부로 유출되는 것을 차단하기 위 하여, 상기 제1 기판(10)의 외부면에 형성된 각 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)의 일측면이 밀폐되도록 코팅 처리로 형성되는 코팅층을 더 포함하는 것도 바람직하다.In this case, the indicator solution is injected into each of the
제2 기판(20)은 상기 요홈이 형성된 제1 기판(10)의 일면에 부착(Bonding)되는데, 상기 제2 기판이 형성됨으로써 상기 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d) 및 각 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)의 외주면이 형성될 수 있다.The
즉, 제1 기판(10)의 요(凹)홈의 뚫린 부분들을 제2 기판(20)이 부착됨으로써 외주면이 형성되어 상, 하, 좌, 우면이 모두 형성되고, 이에 따라 지시 용액이 이동할 수 있는 유로가 형성될 수 있다는 것이다.That is, the outer peripheral surface is formed by attaching the
또한, 제2 기판(20)으로 상기 지시 용액과 반응할 기체가 유입되도록 얇게 형성되는데, 그 두께는 1mm 이하로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the
그 이유는, 상기 각 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)의 하부면이 제2 기판(20)이므로, 상기 제2 기판(20)을 통하여 지시 용액과 반응할 수 있기 때문이다.The reason is that since the lower surface of each of the indicator
더불어, 상기 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)을 이루는 물질은 기체는 통과시키고, 액체는 통과시키지 않는 고분자 구조를 가지는 물질이고, 특히 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))으로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the material constituting the
그리고, 상기 지시 용액은 기체와 반응하여 상기 기체의 특성에 따라 지시 용액의 색이 변경되고, 변경된 색으로 기체를 판별할 수 있으며, 예를 들면, 산염기 지시 용액은 용액의 산성도가 증감됨에 따라 분자 구조가 변하고, 분자 구조가 변경되면 분자의 색도 함께 변하기 때문에 색 변화로 대략적인 산성도(pH) 범위를 알 수 있다.In addition, the indicator solution may react with a gas to change the color of the indicator solution according to the characteristics of the gas, and determine the gas by the changed color. For example, the acidic acid indicator solution may increase or decrease as the acidity of the solution increases. As the molecular structure changes, and as the molecular structure changes, the color of the molecule also changes, indicating the approximate acidity (pH) range.
또한, 지시 용액은 이산화탄소 또는 트리메틸아민과 반응하여, 상기 이산화탄소 또는 트리메틸아민의 기체 유, 무를 각각 확인할 수 있도록 각각 구비될 수 있고, 판별하고자 하는 기체의 종류에 따른 지시 용액을 각각 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the indicator solution may be provided to react with carbon dioxide or trimethylamine, respectively, so as to confirm the presence or absence of gas of the carbon dioxide or trimethylamine, and each of the indicator solutions according to the type of gas to be determined is preferably provided. .
이하, 본 실시예에 따른 기체 측정 장치를 이용한 기체 측정 방법을 설명한다.Hereinafter, a gas measuring method using the gas measuring apparatus according to the present embodiment will be described.
우선, 판별하고자 하는 기체와 반응하여, 상기 기체의 존재 유, 무를 확인할 수 있는 4 종류의 지시 용액을 상기 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d) 를 통하여 각 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)로 유입시킨다.First, the four types of indicator solutions capable of identifying the presence or absence of the gas by reacting with the gas to be determined are respectively supplied to the
이때, 4 종류의 지시 용액을 유입시킨 후, 상기 지시 용액 저장부(13)에 저장된 지시 용액이 기체 측정 장치(1)의 외부로 유출되거나, 또는 기체 측정 장치(1)의 외부 물질이 상기 각 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d) 내의 지시 용액으로 유입되는 것을 제한하기 위하여 상기 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d)의 일측면을 코팅 처리하여 코팅층을 더 형성시키는 것도 바람직하다.At this time, after the four types of indicator solution is introduced, the indicator solution stored in the indicator
그리고, 판별하고자 하는 기체를 상기 제2 기판(20)의 하부면으로 유입시키고, 이에 따라 상기 기체는 제2 기판(20)이 기체를 통과시키는 고분자 물질로 형성되었으므로 제2 기판(20)을 통과하여 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d) 내의 지시 용액으로 유입된다.In addition, the gas to be determined is introduced into the lower surface of the
이때, 기체와 기체를 판별할 수 있는 지시 용액은 일대일 대응되도록 구비하는 것이 바람직한데, 그 이유는 임의의 A, B의 기체가 C 라는 지시 용액에 동시에 반응하여 판별이 용이하지 못하게 되는 경우가 발생할 수 있고, 반대로 A 라는 기체가 C, D 라는 지시 용액에 동시에 반응하여 D 가 판별해야할 기체가 D 와 반응할 수 없어서 판별이 불가능하거나, 또는 혼합된 결과가 발생하여 판별이 어려운 경우가 발생할 수 있기 때문이다.At this time, it is preferable to provide a gas and an indication solution capable of discriminating the gas so as to correspond one-to-one, because the gas of arbitrary A and B reacts at the same time with the indication solution of C, which makes the determination difficult. On the contrary, the gas A may react simultaneously with the C and D indicator solutions, and the gas to be determined by D cannot react with D, which may make it impossible to discriminate or the mixed result may be difficult. Because.
여기서, 제2 기판(20)의 하부면을 기체가 발생하는 지점과 마주보도록 위치시키는 것이 바람직한데, 그 이유는 기체가 미소량이고 유동이 일정한 방향으로 향하지 않을 경우, 극소량만 상기 지시 용액과 반응하여 지시 용액의 색 변화가 거의 나타나지 않아 기체를 판별할 수 없거나 또는 유동이 일정하지 않아 상기 제2 기판(20)으로 유입되지 않고, 이에 따라 지시 용액과 기체가 반응하지 않을 수 있기 때문이다.Here, it is preferable to position the lower surface of the
더불어, 각각의 지시 용액과 각각의 기체가 반응하여 지시 용액의 색이 변경되는 경우에는 색의 변화에 따라 기체를 판별할 수 있고, 이에 따라 기체의 종류 및 존재 유, 무를 추정할 수 있게 된다.In addition, when the color of the indicator solution changes due to the reaction of each indicator solution with each gas, the gas can be determined according to the color change, and thus the type and presence or absence of the gas can be estimated.
이하, 본 실시예에 따른 기체 측정 장치의 제조 공정을 설명한다.Hereinafter, the manufacturing process of the gas measuring apparatus which concerns on a present Example is demonstrated.
제1 기판(10)의 제작 공정은 도 5a를 참조하여 설명한다.The manufacturing process of the
우선, 제작하고자 하는 제1 기판(10)의 상, 하부면과 동일한 크기의 실리콘 웨이퍼(Si-Wafer)를 준비한다.First, a silicon wafer (Si-Wafer) having the same size as the upper and lower surfaces of the
그리고, 상기 실리콘 웨이퍼의 상부면에 포토 레지스터(Photo Register)를 스핀 코팅(Spin Coating)시키는데, 상기 제1 기판(10)의 형상을 사출하기 위하여 자외선(UV: Ultra Violet)이 조사되는 부분이 경화되는 네가티브(Negative Photo Register) 포토 레지스터인 SU - 8 을 이용하고, 이는 변경 가능하다.In addition, spin coating a photo register on a top surface of the silicon wafer, and a portion to which ultraviolet light (UV) is irradiated is cured in order to eject the shape of the
여기서, 스핀 코팅된 포토 레지스터에 포토 마스크를 이용하여 제1 기판(10)에 형성시키고자 하는 각 구성 요소, 즉 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d) 및 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)를 형성시키기 위하여, 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d) 및 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d) 부분에 자외선을 조사한다.Here, each component to be formed on the
이때, 상기 포토 마스크는 자외선을 가려주는 역할과 동시에, 자외선이 통과하는 부분의 재료를 경화시켜 특성 형상을 형성시키도록 제작하고자 하는 제1 기판(10)의 크기와 동일하고, 제1 기판(10) 내에 형성시키고자 하는 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d) 및 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d) 부분은 자외선이 통과하도록 뚫려 있다.At this time, the photo mask is the same as the size of the
그래서, 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d) 및 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)가 형성될 부분으로만 자외선이 조사되고, 이에 따라 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d) 및 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)가 형성될 부분의 재료가 경화되어 단단하게 되면서, 제작하고자 하는 패턴이 형성될 수 있다.Thus, ultraviolet rays are irradiated only to the portions where the indicator
또한, 제1 기판(10)의 재료는 기체는 통과하고 액체는 통과하지 못하는 고분자 구조의 물질이면 모두 가능한데, 본 발명에 따른 제작 공정에서는 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 사용한다.In addition, the material of the
이에 따라, 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d) 및 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)의 형상에 따라 경화된 포토 레지스터 상부면에, 제작하고자 하는 제1 기판(10)의 두께만큼 상기 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 증착시키면, 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d) 및 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)가 철(凸) 형상으로 형성되어 있으므로, 상대적으로 상기 PDMS에는 요(凹) 형상으로 형성되어 홈을 이루게 된다.Accordingly, the
그리고, 상기 PDMS에 상기 지시 용액 주입부(11a, 11b, 11c, 11d) 및 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)의 형상이 형성이 되었으면, 상기 실리콘 웨이퍼 및 포토 레지스터와 상기 PDMS를 분리시키는데, 이로써 제1 기판(10)이 완성된다.When the shape of the indicator
제2 기판(20)의 제작 공정은 도 5b를 참조하여 설명한다.The manufacturing process of the
우선, 제작하고자 하는 제2 기판(10)의 상, 하부면과 동일한 크기의 실리콘 웨이퍼(Si-Wafer)를 준비하는데, 제1 기판(20)과 동일한 크기로 제2 기판이 형성되므로, 제1 기판(10)의 제작 공정의 실리콘 웨이퍼를 이용해도 무방하다.First, a silicon wafer (Si-Wafer) having the same size as the upper and lower surfaces of the
이때, 제2 기판(10)의 재료는 기체는 통과하고 액체는 통과하지 못하는 고분자 구조의 물질이면 모두 가능한데, 본 발명에 따른 제작 공정에서는 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 사용한다.In this case, the material of the
그리고, 상기 실리콘 웨이퍼의 상부면에 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 스핀 코팅(Spin Coating)시키는데, 제2 기판(20)은 특정 형상이 형성되지 않고, 제1 기판(10)의 하부면을 형성하므로, 제1 기판(10)의 제작 공정과 같이 포토 레지스터를 사용하지 않고 바로 PDMS를 이용하여 제2 기판(20)을 형성시킨다.In addition, spin coating polydimethylsiloxane (PDMS) on the upper surface of the silicon wafer, and the
여기서, 상기 지시 용액 수용부(13a, 13b, 13c, 13d)로 기체 유입이 용이하도록, 스핀 코팅을 최대한 얇게하는데, 상기 PDMS 의 두께, 즉 제2 기판(20)의 두께가 1mm 이하가 되도록 형성시키는 것이 바람직하다.Here, spin coating is made as thin as possible to facilitate gas inflow into the indicator
그리고, 상기 실리콘 웨이퍼와 상기 PDMS를 분리시키는데, 이로써 제2 기판(20)이 완성된다.The silicon wafer is separated from the PDMS, thereby completing the
마지막으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 결합(Bonding)시켜 기체 측정 장치(1)를 완성하는데, 제1 기판(10)의 요(凹)형상의 뚫린 부분과 제2 기판(20)이 접촉하도록 결합시키고, 이에 따라 여러 종류의 지시 용액을 유입 및 수용할 수 있고, 기체를 판별할 수 있는 본 실시예에 딸느 기체 측정 장치(1)가 완성된다.Lastly, as shown in FIG. 5C, the
도 6은 본 발명에 따른 기체 측정 장치의 일 실시예를 도시한 투과 사시도이고, 도 7은 도 6의 기체 측정 장치를 구동하여 기체를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 본 실시예에 따른 기체 측정 장치(1)는 제1 기판(10)과 제2 기판(20)과 밀폐부(30)를 포함하여 이루어진다.FIG. 6 is a perspective view illustrating an example of a gas measuring apparatus according to the present invention, and FIG. 7 is a flowchart schematically illustrating a method of measuring a gas by driving the gas measuring apparatus of FIG. 6. The
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 제1 기판(10)은 지시 용액 주입부(11)와 지시 용액 수용부(13)와 제1 흡입부(15)와 제1 유로(16)와 압력부(17)와 제2 유로(18)와 배출부(19)를 포함하여 이루어진다.As shown in the drawing, the
여기서, 지시 용액 주입부(11)는 제1 기판(10)에 기체와 반응하여 기체를 판별할 수 있는 지시 용액이 주입되도록 제1 기판(10)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성하는데, 상기 요(凹)홈 형상은 지시 용액이 이동할 수 있는 유로를 형성할 수 있는 형상으로 변경될 수 있다.Here, the
또한, 상기 지시 용액 주입부(11)의 폭(Width)은 지시 용액 수용부(13)의 폭 보다 작게 형성되는 것이 바람직하며, 특히 미세 유로로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the width of the indicator
그 이유는, 지시 용액이 지시 용액 주입부(11)를 통하여 지시 용액 수용부(13)로 주입될 때, 상기 지시 용액 주입부(11)가 상기 지시 용액 수용부(13) 보다 상대적으로 작은 폭으로 형성되므로, 모세관 현상으로 용이하게 수용될 수 있기 때문이다.The reason is that when the indicator solution is injected into the
또한, 지시 용액이 상기 지시 용액 주입부(11)에서 지시 용액 수용부(13)로 주입되고 난 후, 상기 지시 용액이 지시 용액 수용부(11)의 외부로 유출되지 않도 록 미세 유로를 형성시키는데, 물질의 이동성은 유로의 단면적에 비례하므로, 단면적을 감소시킬 수 있도록 폭을 감소시키고, 상기 지시 용액의 이동에 저항을 증가시켜 지시 용액의 이동성을 감소시킬 수 있기 때문이다.In addition, after the indicator solution is injected from the
그리고, 지시 용액이 상기 지시 용액 주입부(11)에서 지시 용액 수용부(13)로 주입되고 난 후, 외부 물질이 상기 지시 용액 수용부(13)로 유입되지 않도록 미세 유로으며, 이에 따라 유로의 표면을 소수성의 특성을 가지도록 형성시키는 것도 바람직하다.After the indicator solution is injected from the
또한, 상기 지시 용액 수용부(13)는 상기 지시 용액 주입부(11)로 주입된 지시 용액이 수용될 수 있도록 상기 지시 용액 주입부(11)의 상부면 방향으로 요(凹)홈을 형성한다.In addition, the indicator
여기서, 상기 지시 용액 수용부(13)에 지시 용액을 주입하고, 지시 용액 수용부(13)로 외부 물질이 유입되거나 또는 지시 용액 수용부(13) 내의 지시 용액이 외부로 유출되는 것을 차단하기 위하여, 상기 제1 기판(10)의 외부면에 형성된 홀인 지시 용액 주입부(11)의 일측면이 밀폐되도록 코팅 처리로 형성되는 코팅층을 더 포함하는 것도 바람직하다.Here, in order to inject the indicator solution into the indicator
더불어, 제1 흡입부(15)는 상기 지시 용액 수용부(13)와 근접하게 형성되고, 상기 지시 용액 수용부(13)의 좌측면과 맞닿도록 위치하고, 지시 용액 수용부(13)의 좌측면의 면적과 동일한 면적에 해당하는 우측면을 가지는 것이 바람직하다.In addition, the
그 이유는, 상기 지시 용액 수용부(13)로 기체의 양이 미소하여 유입량이 적고, 이에 따라 지시 용액과 기체의 반응량이 감소하였을 경우 또는 기체의 유동이 일정하지 않아 상기 지시 용액 수용부(13)로 기체가 도달하지 않은 경우에는 기체를 상기 지시 용액 수용부(13)로 흡입하는 과정이 요구되는데, 상기 제1 흡입부(15)에서 지시 용액 수용부(13)에 음압으로 흡입 과정을 수행할 때, 면적이 동일하지 않거나 적으면 흡입력이 감소되기 때문이다.The reason for this is that the amount of gas is small due to the small amount of gas flowing into the indicator
따라서, 제1 흡입부(15)는 상기 지시 용액 수용부(13)와 근접하게 형성되고, 기체가 통과하기에 용이하도록 두께가 얇게 형성되되, 지시 용액 수용부(13) 내의 액체는 통과하지 못하도록 형성되며, 동일한 면적의 우측면을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.Therefore, the
그리고, 제1 유로(16)는 제1 흡입부(15)와 압력부(17)를 연결하는 통로이며, 상기 제1 흡입부(15)와 압력부(17) 간의 기체의 유동을 위하여 형성된다.In addition, the
또한, 압력부(17)는 외부에서 압력을 가할 수 있는 공간이며, 상기 제1 흡입부(15)와 연결되어 제1 흡입부(15)에 음압(Negative Pressure)을 형성시킬 수 있도록 구비되는데, 상기 제1 기판(10)은 바람직하게는 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))으로 이루어지므로, 압력부(17)의 상부면에서 압력을 가하면, 압력에 따라 압력부(17)가 상, 하 방향으로 압축될 수 있다.In addition, the
여기서, 압력부(17)는 외부의 압력이 입력되는 곳이기 때문에, 외부에서 압력을 가하는 물체 또는 사용자의 압력 입력 수단에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직한데, 예를 들어, 사용자의 압력이 입력되는 경우에는 사용자의 지문이 형성되는 부분인 손가락의 하부면의 크기 및 형상에 대응되도록 압력부(17)를 형성하는 것이 바람직하다.Here, since the
더불어, 제2 유로(18)는 상기 압력부(17)와 상기 배출부(19)를 연결하는 통로이며, 압력부(17)와 배출부(19) 간의 기체의 유동을 위하여 형성된다.In addition, the
또한, 배출부(19)는 기체를 배출할 수 있도록, 제1 기판(10)의 외부면으로 관통되어 형성되는데, 상기 압력부(17)에 외부 압력이 상, 하 방향으로 가해질 경우, 좌, 우 방향으로 기체는 이동하게 되며, 우측 방향으로 이동한 기체는 제2 유로(18)를 통하여 배출부(19)로 배출된다.In addition, the
더불어, 밀폐부(30)는 상기 배출부(19)의 외부면에 관통 형성된 홀을 밀폐시키기 위하여 구비되는데, 압력부(17)에 외부 압력이 가해져서 기체가 배출부(19)를 통하여 배출되면, 배출된 기체의 양만큼의 음압(Negative Pressure)을 발생시키기 위하여 배출부(19)의 홀을 밀폐시키기 위하여 구비된다.In addition, the sealing
여기서, 상기 밀폐부(30)는 기체 및 공기가 배출 및 유입되는 것을 제한할 수 있는 물체 및 사용자로 대체될 수 있다.Here, the
제2 기판(20)은 상기 요홈이 형성된 제1 기판(10)의 일면에 부착(Bonding)되는데, 상기 제2 기판이 형성됨으로써 상기 지시 용액 주입부(11) 및 지시 용액 수용부(13)의 외주면이 형성될 수 있다.The
즉, 제1 기판(10)의 요(凹)홈의 뚫린 부분들을 제2 기판(20)이 부착됨으로써 외주면이 형성되어 상, 하, 좌, 우면이 모두 형성되고, 이에 따라 지시 용액이 이동할 수 있는 유로가 형성될 수 있다는 것이다.That is, the outer peripheral surface is formed by attaching the
또한, 제2 기판(20)으로 상기 지시 용액과 반응할 기체가 유입되도록 얇게 형성되는데, 그 두께는 1mm 이하로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the
그 이유는, 상기 지시 용액 수용부(13)의 하부면이 제2 기판(20)이므로, 상기 제2 기판(20)을 통하여 지시 용액과 반응할 수 있기 때문이다.The reason is that since the lower surface of the indicator
더불어, 상기 제1 기판(10)의 위치에 대응되는 제2 기판(20)의 위치, 즉 제1 기판(10)의 하부면과 결합되는 제2 기판(20)에 제2 흡입부(21)를 형성하는데, 기체의 유입을 용이하도록 전, 후면이 관통되도록 다수개 형성될 수 있다.In addition, the
다시 말하면, 상기 제2 흡입부(21)는 상기 제1 흡입부(15)에서 지시 용액 수용부(13)로 기체를 흡입하는 음압이 발생되면, 상기 지시 용액 수용부(13)에서 기체의 흡입이 용이하도록 형성되는 것이다.In other words, when a negative pressure for sucking gas from the
여기서, 상기 제2 흡입부(21)는 상기 지시 용액 수용부(13)의 하부면에 대응되는 위치에 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 기체가 지시 용액 수용부(13) 내의 지시 용액에 최대한 다량 유입될 수 있도록 하기 위함이다.Here, it is preferable that the
그리고, 상기 제2 흡입부(21)는 본 실시예에서 전, 후 방향으로 관통되도록 형성되는데, 기체가 상기 지시 용액 수용부(13)로 다량 유입될 수 있는 구조로 변경 가능하며, 예를 들어, 지시 용액 수용부(13)의 하부면에 대응되는 위치 및 면적에, 좌, 우 방향으로 형성될 수도 있고, 사선 방향으로 형성될 수도 있으며, 다수개의 제2 흡입부(21)의 수를 증감시킬 수도 있으며, 다양하게 변경 가능하다.In addition, the
더불어, 상기 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)을 이루는 물질은 기체는 통과시키고, 액체는 통과시키지 않는 고분자 구조를 가지는 물질이고, 특히 폴리다이메틸 실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))으로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the material constituting the
그리고, 상기 지시 용액은 기체와 반응하여 상기 기체의 특성에 따라 지시 용액의 색이 변경되고, 변경된 색으로 기체를 판별할 수 있으며, 예를 들면, 산염기 지시 용액은 용액의 산성도가 증감됨에 따라 분자 구조가 변하고, 분자 구조가 변경되면 분자의 색도 함께 변하기 때문에 색 변화로 대략적인 산성도(pH) 범위를 알 수 있다.In addition, the indicator solution may react with a gas to change the color of the indicator solution according to the characteristics of the gas, and determine the gas by the changed color. For example, the acidic acid indicator solution may increase or decrease as the acidity of the solution increases. As the molecular structure changes, and as the molecular structure changes, the color of the molecule also changes, indicating the approximate acidity (pH) range.
또한, 상기 지시 용액은 이산화탄소 또는 트리메틸아민과 반응하여, 상기 이산화탄소 또는 트리메틸아민의 기체 유, 무를 각각 확인할 수 있도록 각각 구비될 수 있고, 판별하고자 하는 기체의 종류에 따른 지시 용액을 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the indicator solution may be provided to react with carbon dioxide or trimethylamine, respectively, so as to confirm the presence or absence of gas of carbon dioxide or trimethylamine, and it is preferable to include an indicator solution according to the type of gas to be determined. .
이하, 본 실시예에 따른 기체 측정 장치를 이용한 기체 측정 방법을 설명한다.Hereinafter, a gas measuring method using the gas measuring apparatus according to the present embodiment will be described.
우선, 판별하고자 하는 기체와 반응하여, 상기 기체의 존재 유, 무를 확인할 수 있는 지시 용액을 지시 용액 주입부(11)를 통하여 지시 용액 저장부(13)로 유입시킨다(S10).First, by reacting with the gas to be determined, the indicator solution which can confirm the presence or absence of the gas is introduced into the indicator
이때, 상기 단계(S10)를 진행한 후, 상기 지시 용액 저장부(13)에 저장된 지시 용액이 기체 측정 장치(1)의 외부로 유출되거나, 또는 기체 측정 장치(1)의 외부 물질이 상기 지시 용액 저장부(13) 내의 지시 용액으로 유입되는 것을 제한하기 위하여 상기 지시 용액 주입부(11)의 일측면을 코팅 처리하여 코팅층을 더 형성시키는 것도 바람직하다.At this time, after the step (S10), the indicator solution stored in the indicator
여기서, 밀폐부(30)를 이용하여 상기 배출부(19)를 통하여 제1 기판(10)의 각 구성 요소에 외부 물질이 유입될 수 없도록 하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to prevent the foreign substance from flowing into each component of the
그리고, 판별하고자 하는 기체가 소량이거나 또는 기체의 유동이 불규칙하여 제2 기판(20)을 통하여 지시 용액 수용부(13)로 유입되지 못할 경우에는, 밀폐부(30)를 열고, 압력부(17)에 외부에서 물체를 이용하여 또는 사용자가 상, 하 방향으로 압력을 가한다(S21).When the gas to be discriminated is a small amount or the flow of the gas is irregular and thus does not flow into the indicator
이에 따라, 상, 하 방향으로 입력된 압력으로 압력부(17) 내의 기체는 좌, 우 방향으로 이동하게 되고, 밀폐부(30)를 제거하였으므로 배출부(19) 측으로 기체는 외부로 이동하게 된다(S22).Accordingly, the gas in the
여기서, 기체가 외부로 배출되고 나서, 외부 기체가 유입되지 않도록 밀폐부(30)를 닫으면, 압력부(17) 및 제1 흡입부(15), 제1 유로(16), 제2 유로(18) 등에 존재하던 기체가 배출된 것이므로, 배출된 기체의 양만큼 기체를 흡입하려는 음압(Negative Pressure)이 발생된다(S23).Here, when the gas is discharged to the outside and the sealing
따라서, 상기 음압이 발생되면 밀폐부(30)는 닫혀있으므로, 밀폐부(30) 측이 아니라, 지시 용액 수용부(13) 측으로 기체를 흡입하려는 음압이 작용하는데, 지시 용액 수용부(13)과 제1 흡입부(15)의 기체 분포의 불균형으로 지시 용액 수용부(13)에서 제1 흡입부(15)로 기체가 이동하여 평형을 이루려고 하는데, 지시 용액 수용부(13)과 제1 흡입부(15)는 고분자 구조의 물질로 이루어진 격벽으로 이격되어 있으므로, 액체는 이동하지 못하고 기체가 이동하게 되는 것이다(S24).Therefore, when the negative pressure is generated, since the sealing
여기서, 지시 용액 수용부(13)는 제1 흡입부(15)로 기체를 이동시켰으므로, 지시 용액 수용부(13)와 제2 흡입부(21)에 존재하는 기체 분포의 불균형을 해소하기 위하여, 제2 흡입부(21)를 통하여 외부 기체를 흡입하게 된다(S25).Here, since the indicator
최종적으로, 외부 기체가 음압에 의하여 제2 흡입부(21)를 통하여 지시 용액 수용부(13) 내의 지시 용액과 반응할 수 있도록 유입된다(S26).Finally, the external gas is introduced through the
그리고, 상기 단계(S10)에서 외부 기체의 유입률이 높은 경우에는 상기 단계(S21, S22, S23, S24, S25, S26)을 수행하지 않는다.If the inflow rate of the external gas is high in step S10, the steps S21, S22, S23, S24, S25, and S26 are not performed.
더불어, 상기 단계(S26)에서 지시 용액과 기체가 반응하여 지시 용액의 색이 변경되는 경우에는 색의 변화에 따라 기체를 판별할 수 있고, 이에 따라 기체의 종류 및 존재 유, 무를 추정할 수 있게 된다(S30).In addition, when the color of the indicator solution is changed by reacting the indicator solution with the gas in step S26, the gas may be determined according to the color change, and thus the type and presence or absence of the gas may be estimated. It becomes (S30).
도 8은 도 6의 기체 측정 장치를 구동하여 기체를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 투과 사시도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 기체 측정 장치(1)의 기체 측정 방법은 다음과 같이 시작된다.FIG. 8 is a perspective view schematically illustrating a method of measuring a gas by driving the gas measuring apparatus of FIG. 6. As shown in the figure, the gas measuring method of the
우선, (가)를 보면, 지시 용액을 지시 용액 주입부(11)를 통하여 지시 용액 수용부(13)로 주입하며, 밀폐부(30)를 부착하여 외부 물질이 유입되지 않도록 한다.First, as shown in (a), the indicator solution is injected into the indicator
(나)를 보면, 외부 기체의 유입률이 낮아 지시 용액과 기체가 반응하지 못하고, 이에 따라 반응 결과를 판독할 수 없을 경우에 외부 기체를 강제 흡입하기 위 하여 외부에서 압력을 가해야 하는데, 외부에서 압력을 가하기 전에 압력에 따라 이동하는 내부 기체를 외부로 배출시키기 위하여 밀폐부(30)를 제거시킨다.In (B), when the inflow rate of the external gas is low, the indicated solution and the gas cannot react, and thus, when the reaction result cannot be read, the external pressure must be applied to forcibly inhale the external gas. Before applying the pressure, the sealing
(다)를 보면, 밀폐부(30)를 제거시키고 난 후에, 외부의 기체가 유입될 수 있으므로, 즉시 압력부(17)에 장비 또는 사용자가 압력을 가하면(①), 압력부(17)에 존재하던 기체는 상, 하 방향의 압력으로 좌, 우로 이동하게 되고, 좌측은 지시 용액 저장부(13)와 고분자 구조의 물질로 이루어진 격벽이 형성되어 상대적으로 우측으로 기체가 이동하여 배출부(19)를 통하여 외부로 배출된다(②).As shown in (c), after the sealing
(라)를 보면, 기체가 배출되고 난 후, 즉시 밀폐부(30)를 부착하면 배출된 기체만큼의 음압(Negative Pressure)이 발생된다.Referring to (d), when the gas is discharged and the sealing
(마)를 보면, 밀폐부(30)측은 막혀있으므로, 기체 분포의 불균형을 해소하기 위하여 제1 흡입부(15)는 지시 용액 저장부(13)로부터 기체를 이동시켜 균형을 이루고(①), 이에 따라 지시 용액 저장부(13)도 제2 흡입부(21)를 통하여 외부 기체와 지시 용액 저장부(13) 간의 기체 분포를 균일하게 하려는 작용에 따라(②), 결과적으로 외부 기체를 지시 용액 저장부(13)로 흡입시키는 동작을 수행(③)시킬 수 있는 것이다.As shown in (e), since the
(바)를 보면, 지시 용액과 기체가 반응하여 지시 용액의 색이 변화하고, 색의 변화에 따라 기체의 유, 무를 확인할 수 있으며, 기체의 종류를 추정할 수 있다.As shown in (b), the color of the indicator solution changes as the indicator solution reacts with the gas, the presence or absence of the gas can be confirmed according to the color change, and the type of gas can be estimated.
도 9a는 도 6의 기체 측정 장치 중 제1 기판의 제작 공정에 따른 평면도 및 단면도이고, 도 9b는 도 6의 기체 측정 장치 중 제2 기판의 제작 공정에 따른 단면도이며, 도 9c는 도 9a의 제1 기판과 도 9b의 제2 기판을 결합시킨 기체 측정 장치를 도시한 단면도이다.9A is a plan view and a cross-sectional view according to a manufacturing process of the first substrate of the gas measurement apparatus of FIG. 6, FIG. 9B is a cross-sectional view according to a manufacturing process of the second substrate of the gas measurement apparatus of FIG. 6, and FIG. 9C is a view of FIG. 9A. It is sectional drawing which shows the gas measurement apparatus which combined the 1st board | substrate and the 2nd board | substrate of FIG. 9B.
제1 기판(10)의 제작 공정은 도 9a를 참조하여 설명한다.The manufacturing process of the
우선, 제작하고자 하는 제1 기판(10)의 상, 하부면과 동일한 크기의 실리콘 웨이퍼(Si-Wafer)를 준비한다.First, a silicon wafer (Si-Wafer) having the same size as the upper and lower surfaces of the
그리고, 상기 실리콘 웨이퍼의 상부면에 포토 레지스터(Photo Register)를 스핀 코팅(Spin Coating)시키는데, 상기 제1 기판(10)의 형상을 사출하기 위하여 자외선(UV: Ultra Violet)이 조사되는 부분이 경화되는 네가티브(Negative Photo Register) 포토 레지스터인 SU - 8 을 이용하고, 이는 변경 가능하다.In addition, spin coating a photo register on a top surface of the silicon wafer, and a portion to which ultraviolet light (UV) is irradiated is cured in order to eject the shape of the
여기서, 스핀 코팅된 포토 레지스터에 포토 마스크를 이용하여 제1 기판(10)에 형성시키고자 하는 각 구성 요소, 즉 지시 용액 주입부(11), 지시 용액 수용부(13), 제1 흡입부(15), 제1 유로(16), 압력부(17), 제2 유로(18), 배출부(19)를 형성시키기 위하여, 지시 용액 주입부(11), 지시 용액 수용부(13), 제1 흡입부(15), 제1 유로(16), 압력부(17), 제2 유로(18), 배출부(19) 부분에 자외선을 조사한다.Here, each component to be formed on the
이때, 상기 포토 마스크는 자외선을 가려주는 역할과 동시에, 자외선이 통과하는 부분의 재료를 경화시켜 특성 형상을 형성시키도록 제작하고자 하는 제1 기판(10)의 크기와 동일하고, 제1 기판(10) 내에 형성시키고자 하는 지시 용액 주입 부(11), 지시 용액 수용부(13), 제1 흡입부(15), 제1 유로(16), 압력부(17), 제2 유로(18), 배출부(19) 부분은 자외선이 통과하도록 뚫려 있다.At this time, the photo mask is the same as the size of the
그래서, 지시 용액 주입부(11), 지시 용액 수용부(13), 제1 흡입부(15), 제1 유로(16), 압력부(17), 제2 유로(18), 배출부(19)가 형성될 부분으로만 자외선이 조사되고, 이에 따라 지시 용액 주입부(11), 지시 용액 수용부(13), 제1 흡입부(15), 제1 유로(16), 압력부(17), 제2 유로(18), 배출부(19)가 형성될 부분의 재료가 경화되어 단단하게 되면서, 제작하고자 하는 패턴이 형성될 수 있다.Thus, the
또한, 제1 기판(10)의 재료는 기체는 통과하고 액체는 통과하지 못하는 고분자 구조의 물질이면 모두 가능한데, 본 발명에 따른 제작 공정에서는 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 사용한다.In addition, the material of the
이에 따라, 지시 용액 주입부(11), 지시 용액 수용부(13), 제1 흡입부(15), 제1 유로(16), 압력부(17), 제2 유로(18), 배출부(19)의 형상에 따라 경화된 포토 레지스터 상부면에, 제작하고자 하는 제1 기판(10)의 두께만큼 상기 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 증착시키면, 지시 용액 주입부(11), 지시 용액 수용부(13), 제1 흡입부(15), 제1 유로(16), 압력부(17), 제2 유로(18), 배출부(19)가 철(凸) 형상으로 형성되어 있으므로, 상대적으로 상기 PDMS에는 요(凹) 형상으로 형성되어 홈을 이루게 된다.Accordingly, the
그리고, 상기 PDMS에 상기 지시 용액 주입부(11), 지시 용액 수용부(13), 제1 흡입부(15), 제1 유로(16), 압력부(17), 제2 유로(18), 배출부(19)의 형상이 형성이 되었으면, 상기 실리콘 웨이퍼 및 포토 레지스터와 상기 PDMS를 분리시키는 데, 이로써 제1 기판(10)이 완성된다.In addition, the
제2 기판(20)의 제작 공정은 도 9b를 참조하여 설명한다.The manufacturing process of the
우선, 제작하고자 하는 제2 기판(10)의 상, 하부면과 동일한 크기의 실리콘 웨이퍼(Si-Wafer)를 준비하는데, 제1 기판(20)과 동일한 크기로 제2 기판이 형성되므로, 제1 기판(10)의 제작 공정의 실리콘 웨이퍼를 이용해도 무방하다.First, a silicon wafer (Si-Wafer) having the same size as the upper and lower surfaces of the
이때, 제2 기판(10)의 재료는 기체는 통과하고 액체는 통과하지 못하는 고분자 구조의 물질이면 모두 가능한데, 본 발명에 따른 제작 공정에서는 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 사용한다.In this case, the material of the
그리고, 상기 실리콘 웨이퍼의 상부면에 포토 레지스터(Photo Register)를 스핀 코팅(Spin Coating)시키는데, 상기 제2 기판(20)의 형상을 사출하기 위하여 자외선(UV: Ultra Violet)이 조사되는 부분이 경화되는 네가티브(Negative Photo Register) 포토 레지스터인 SU - 8 을 이용하고, 이는 변경 가능하다.In addition, spin coating a photo register on a top surface of the silicon wafer, and a portion irradiated with ultraviolet rays (UV) to cure the shape of the
여기서, 상기 지시 용액 수용부(13)로 기체 유입이 용이하도록, 스핀 코팅을 최대한 얇게하는데, 상기 PDMS 의 두께, 즉 제2 기판(20)의 두께가 1mm 이하가 되도록 형성시키는 것이 바람직하다.In this case, spin coating is made as thin as possible to facilitate gas inflow into the indicator
여기서, 스핀 코팅된 포토 레지스터에 포토 마스크를 이용하여 제2 기판(20)에 형성시키고자 하는 구성 요소, 즉 제2 흡입부(21)를 형성시키기 위하여, 제2 흡입부(21) 부분에 자외선을 조사한다.Here, in order to form a component to be formed on the
이때, 상기 포토 마스크는 자외선을 가려주는 역할과 동시에, 자외선이 통과 하는 부분의 재료를 경화시켜 특성 형상을 형성시키도록 제작하고자 하는 제2 기판(20)의 크기와 동일하고, 제2 기판(20) 내에 형성시키고자 하는 제2 흡입부(21) 부분은 자외선이 통과하도록 뚫려 있다.In this case, the photomask is the same as the size of the
그래서, 제2 흡입부(21)가 형성될 부분으로만 자외선이 조사되고, 이에 따라 제2 흡입부(21)가 형성될 부분의 재료가 경화되어 단단하게 되면서, 제작하고자 하는 패턴이 형성될 수 있다.Thus, ultraviolet rays are irradiated only to the portion where the
이에 따라, 제2 흡입부(21)의 형상에 따라 경화된 포토 레지스터 상부면에, 제작하고자 하는 제2 기판(20)의 두께만큼 상기 폴리다이메틸실록산(PDMS, poly(dimethylsiloxane))을 증착시키면, 제2 흡입부(21)가 철(凸) 형상으로 형성되어 있으므로, 상대적으로 상기 PDMS에는 요(凹) 형상으로 형성되어 홈을 이루게 된다.Accordingly, when the polydimethylsiloxane (PDMS) is deposited on the upper surface of the photoresist cured according to the shape of the
그리고, 상기 PDMS에 상기 제2 흡입부(21)의 형상이 형성이 되었으면, 상기 실리콘 웨이퍼 및 포토 레지스터와 상기 PDMS를 분리시키는데, 이로써 제2 기판(20)이 완성된다.When the shape of the
마지막으로, 도 9c에 도시된 바와 같이, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 결합(Bonding)시켜 기체 측정 장치(1)를 완성하는데, 제1 기판(10)의 요(凹)형상의 뚫린 부분과 제2 기판(20)의 제2 흡입부(21)가 형성된 면의 반대면이 접촉하도록 결합시키고, 이에 따라 지시 용액을 유입 및 수용할 수 있고, 기체를 판별할 수 있는 기체 측정 장치(1)가 완성된다.Finally, as shown in FIG. 9C, the
도 10은 도 1의 기체 측정 장치를 제품에 부착한 실시예를 도시한 단면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 기체 측정 장치(1)를 저장 식품에 적용한 예를 도시한다.FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example in which the gas measuring apparatus of FIG. 1 is attached to a product. As shown in the figure, an example in which the
여기서, 저장 식품은 유통 기한이 기재되어 있지만, 유통 과정 및 제조 과정 중에 불량품이 발생할 수 있고, 이에 따라 유통 기한 이전에 상기 저장 식품을 소비자가 섭취할 수 있으므로, 상기 저장 식품에 본 발명에 따른 기체 측정 장치(1)를 적용한다.Here, although the shelf life is described in the expiration date, defective products may occur during the distribution process and the manufacturing process, and thus the consumer may consume the stored food before the expiration date, and thus the gas according to the present invention may be applied to the stored food. The measuring
이때, 본 실시예에서는 썩는 냄새가 나는 기체인 트리메틸아민(Trimethylamine)을 검출하기 위한 지시 용액을 이용한다.At this time, in the present embodiment, an indication solution for detecting trimethylamine, which is a gas having a rotting smell, is used.
그리고, 유통 기한 이전의 저장 식품이 유통 과정의 파손 또는 생산 공정 중의 불량 또는 유통 과정 중의 보관상의 문제가 발생하였을 경우에, 미생물이 번식하게 되고, 이에 따라 저장 식품이 부패할 수 있으므로, 상기 트리메틸아민의 존재 유, 무를 확인할 수 있는 지시 용액이 주입된 기체 측정 장치(1)를 저장 식품에 부착한다.In addition, when the stored food before the expiration date is damaged in the distribution process, or when a defect in the production process or a storage problem occurs during the distribution process, the microorganisms multiply, and thus the stored food may decay. Attach the gas measuring device (1) to which the indicated solution which can confirm the presence or absence of the injected solution to the stored food.
만약, 유통 기한이 지나지 않았더라도, 상기와 같은 경우가 발생하여 트리메틸아민이 발생하였다면, 트리메틸아민과 지시 용액이 반응하여 색이 변하고, 색 변화에 따른 경고 문구를 보고, 식품의 부패 정도를 파악할 수 있다.If the expiration date has not elapsed, and the trimethylamine occurs as described above, the trimethylamine reacts with the indicator solution, the color changes, and the warning message according to the color change may be used to determine the degree of corruption of the food. have.
도 11은 도 6의 기체 측정 장치를 제품에 부착한 실시예를 도시한 단면도이 다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 기체 측정 장치(1)를 저장 식품에 적용한 예를 도시한다.FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an example in which the gas measuring device of FIG. 6 is attached to a product. As shown in the figure, an example in which the
여기서, 저장 식품은 유통 기한이 기재되어 있지만, 유통 과정 및 제조 과정 중에 불량품이 발생할 수 있고, 이에 따라 유통 기한 이전에 상기 저장 식품을 소비자가 섭취할 수 있으므로, 상기 저장 식품에 본 발명에 따른 기체 측정 장치(1)를 적용한다.Here, although the shelf life is described in the expiration date, defective products may occur during the distribution process and the manufacturing process, and thus the consumer may consume the stored food before the expiration date, and thus the gas according to the present invention may be applied to the stored food. The measuring
이때, 본 실시예에서는 이산화탄소(CO2)를 검출하기 위한 BTB(BromoThoymol Blue)라는 지시 용액을 이용한다.At this time, in the present embodiment, an indicator solution called BTB (BromoThoymol Blue) for detecting carbon dioxide (CO 2 ) is used.
그리고, 유통 기한 이전의 저장 식품이 유통 과정의 파손 또는 생산 공정 중의 불량 또는 유통 과정 중의 보관상의 문제가 발생하였을 경우에, 미생물이 번식하게 되고, 이에 따라 저장 식품이 부패할 수 있으므로, 미생물이 번식할 때 호흡의 결과물인 이산화탄소의 존재 유, 무를 확인할 수 있는 지시 용액(BTB)이 주입된 기체 측정 장치(1)를 저장 식품에 부착한다.In addition, when the stored food before the expiration date is damaged in the distribution process, or when a defect in the production process or a storage problem occurs during the distribution process, the microorganisms multiply, and thus the stored foods may decay. When the gas measuring device (1) is injected into the stored food is injected with the indicator solution (BTB) that can determine the presence or absence of carbon dioxide as a result of respiration.
만약, 유통 기한이 지나지 않았더라도, 상기와 같은 경우가 발생하여 이산화탄소가 발생하였다면, 이산화탄소와 지시 용액이 반응하여 색이 변하고, 색 변화에 따른 경고 문구를 보고, 식품의 부패 정도를 파악할 수 있다.If, even if the expiration date has not passed, if the above case occurs and carbon dioxide is generated, the carbon dioxide reacts with the indicator solution to change the color, see the warning message according to the color change, it is possible to determine the degree of corruption of the food.
여기서, 미생물 번식에 따른 이산화탄소량이 미소하여 실제로 식품이 부패했을지라도, 이산화탄소가 지시 용액과 반응한 반응량이 적어서 이산화탄소의 존재 유, 무를 판별할 수 없을 경우에는 사용자가 배출부(19)를 열고 『PUSH』로 기재된 부분을 손가락으로 누르고 다시 배출부(19)를 닫는다.Here, although the amount of carbon dioxide due to microbial propagation is so small that the food actually decays, when the carbon dioxide reacts with the indicator solution so little that the presence or absence of carbon dioxide cannot be determined, the user opens the
이와 같은 과정으로 포장 내부의 기체를 본 발명에 따른 기체 측정 장치(1)가 흡입하게 되고, 이에 따라 지시 용액의 색이 변하는 경우에는 기체 측정 장치(1)가 이산화탄소를 감지한 경우이므로, 제품에 기재된 색 변화에 따른 경고 문구로 부패 여부를 파악할 수 있고, 색이 변하지 않은 경우에는 기체 측정 장치(1)가 이산화탄소를 감지하지 못한 경우이므로, 미생물 번식에 따른 이산화탄소가 발생하지 않은 식품인 것을 확인할 수 있다.In this manner, the
그리고, BTB 지시 용액을 사용하여 이산화탄소를 검출할 경우, 색 변화에 따른 경고 문구의 실시예는 다음 표 1과 같다.And, when detecting the carbon dioxide using the BTB indicator solution, the embodiment of the warning phrase according to the color change is shown in Table 1 below.
여기서, 색상은 지시 용액의 색상을 나타내며, 제품의 상태를 약 3 단계로 나누어 설명하였지만, 단계를 증가시켜 더욱 정확하게 분류시키는 것도 바람직하고, 컬러 색상표를 이용하여 삽입하고, 소비자가 색 별로 대조할 수 있도록 구비되는 것도 바람직하다.Here, the color represents the color of the indicator solution, and the state of the product is described in three stages, but it is preferable to increase the level to classify more accurately, insert it using a color palette, and the consumer can contrast by color. It is also preferable to be provided so that.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.While the exemplary embodiments of the present invention have been described above by way of example, the scope of the present invention is not limited to these specific embodiments, and a person skilled in the art is appropriate within the scope described in the claims of the present invention. It will be possible to change.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 기체를 판별하기 위하여 지시 용액을 고분자 구조의 물질에 저장하고, 기체를 통과시켜 반응 결과를 알 수 있으므로, 실시간으로 언제 어디서든 기체를 측정할 수 있으며, 투명한 고분자 물질을 이용하여 소형화시킴으로써, 측정하고자 하는 기체가 있는 장소 또는 제품에 부착하여 색 변화를 확인할 수 있도록 측정가능하여 휴대성 및 측정의 용이성이 증가하고, 제품에 적용될 경우 제품 내에 포함된 기체로 제품 이상 여부를 파악할 수 있으며, 이에 따라 제품의 신뢰도를 증가시킬 수 있고, 제작 공정이 단순하여 기체 반응 확인을 위한 장치의 단가를 감소시킬 수 있으며, 기체 반응 확인을 위한 기타의 고가 장비가 요구되지 않는 등의 효과를 거둘 수 있다.As described above, the present invention having the configuration as described above stores an indication solution in a polymer-structured material to determine a gas, and allows the gas to be measured at any time and anywhere in real time since the reaction result can be known. By miniaturization using a transparent polymer material, it is possible to measure the color change by attaching it to the place or product where the gas to be measured is located, thereby increasing portability and ease of measurement, and when applied to the product, included in the product. This can be used to determine the abnormality of the product, thereby increasing the reliability of the product, and the simple manufacturing process can reduce the cost of the device for gas reaction confirmation, and other expensive equipment for gas reaction confirmation It is possible to achieve such effects as not required.
Claims (18)
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