KR20090038476A - 비색 적정 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

비색 적정을 위한 시스템은 용기(10); 상기 용기(10)의 길이방향의 축의 실질적인 부분을 따라서 연장되게 배치되는 혼합장치(11); 및 실질적으로 상기 용기의 길이방향의 축을 관통하는 평면상으로 연장되고 성가 용기(10)의 내부의 혼합장치와 교차되지 않는 상기 용기의 일부를 둘러싸도록 끼워지고 적어도 부분적으로 둘러싸는 고리형상의 하우징을 가지는 분석장치; 를 포함한다. 상기 고리는, 상기 용기(10)를 향하여 전자기광를 방출하도록 배치되는 적어도 하나의 전자기 광원 및 상기 전자기 광원으로부터 방출되어 상기 용기(10)를 관통하는 상기 전자기를 감지하도록 배치되는 적어도 하나의 전자기광 감지기가 수용된다.

Description

비색 적정 측정 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR COLORIMETRIC TITRATION MEEASUREMENT}

본 발명은 비색 적정 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

적정법이란, 명확하게 기지된 비율의 반응이 완료될 때까지, 예를 들면, 색상변화 또는 전기적 측정에 의하여 기지농도의 시료를 부가하고, 부가된 기지농도의 시료의 부피에 기초하여 구하고자 하는 농도를 계산하여 용액의 농도를 용해상태로 측정하는 방법이다. 적정분석의 예로는, 예를 들면, 산성용액의 적정을 통하여 용액의 내부의 염기의 총합을 측정하는 산/염기 적정, 어느 하나의 시료가 환원되고 및 다른 하나의 시료가 산화되는 산화/환원 적정, 착화합물 형성제의 적정을 통하여 측정된 금속이온의 총합을 통한 착화물 적정, 불용성 화합물의 침점을 위한 평형을 통한 침전 적정이 있다.

적정 종말점을 검출하기 위해서는, 예를 들면, 산/염기적정에서, 비색 적정검출 시스템의 사용이 편리하다. 산/염기적정 동안 용액의 pH를 측정하는데 산을 사용할 수 있는 상업적으로 이용가능한 색상지시약의 광역범위가 있다. 상기 지시약은 pH의 변화에 대응하여 색상을 변화시킨다. 이러한 색상의 변화는 시각적으로, 용이하게 또는 광측정수단에 의하여 감지될 수 있다.

적정분석에 관한 색상변화의 광검출을 위한 방법 및 장치는 기술분야에서 널리 알려져 있다.

미국특허 제3,723,062호에는, 종말점에서 하나의 착색된 형태에서 다른 형태로 변하는 지시약을 사용하는 비색 적정을 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는, 적정 용액 및 지시액의 2개의 형태의 흡광도 특징에 대응하는 2개의 파장에서 광선을 여과하는 한쌍의 필터를 통하여 직접광을 제공하는 광원을 포함한다. 각각 여과된 광선을 위한 2개의 광전자 광 검출기는, 지시약의 농도에 각각 유사하게 대응하는 신호를 제공한다. 각 신호의 대수비율이 기설정된 값에 도달하면, 상기 종말점이 지시된다.

미국특허 제5,618,495호에는, 비색 적정 방법, 적정기 및 비색장치가 개시되어 있다. 상기 적정기는, 용기의 내부의 시료용액의 흡광도의 측정에 사용되고, 자성체 교반기에 의하여 휘저어지며, 상기 시료용기를 통과하여 렌즈에 의하여 초점이 맞추어지는 청색, 녹색 및 적색의 3개의 발광소자(LED)를 포함한다. 포토다이오드는 상기 시료용기를 통과한 LED의 투과도(transmittance)를 검출한다. 자동화된 일실시예에서, 상기 LED는 순차적으로 활성화된다. 각 색상의 LED가 켜지는 동안에, 상기 투과도가 감지되고, 상기 각 색상의 적정곡선이 형성된다. 상기 곡선은 상기 적정반응의 종말점을 측정하는데 사용된다.

또한 광검출기는 미국공개특허 제2003/0058450호에 서술되어 있다. 그 일실시예는, 고리(collar)장치에서 보완적인 검출을 위하여 상반되게 배치되는 LED가 개시되어 있다. 상기 고리장치는, 그 내부를 유동하는 액체에서 변화되는 색상을 감지하는 유동관에 대한 고정에 적당하다.

본 발명의 목적은, 적정 유체의 내부에서 색상의 변화를 감지하는 광검출을 위한 시스템에서, 적정 유체 부피의 부분의 정확한 광도 측정이 수행되는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 적정 유체의 내부에서 색상의 변화를 감지하는 광도검출을 위한 방법에서, 적정 유체 부피의 부분의 정확한 광도 측정이 수행되는 것이다.

광도 측정을 위한 장치 및 방법의 제공에 의하여 본 발명에 따른 상기 목적이 달성된다.

본 발명의 제1양태에 따르면, 용기; 상기 용기의 길이방향의 축의 실질적인 부분을 따라서 연장되게 배치되는 혼합장치; 그리고 상기 용기를 향하여 전자기광(electromagnetic radiation)를 방출하도록 배치되는 적어도 하나의 전자기 광원(electromagnetic radiation source), 및 상기 전자기 광원으로부터 방출되는 상기 전자기광를 감지하도록 배치되는 적어도 하나의 전자기광 감지기, 및 적어도 하나의 상기 전자기 광원 및 적어도 하나의 상기 전자기광 감지기가 그 내부에 제공되고 둘러싸서 끼워지기에 적합하며 적어도 부분적으로 상기 용기의 부분을 둘러싸는 고리를 포함하는 분석장치를 포함하고, 상기 분석장치는 상기 고리에 의하여 적어도 부분적으로 둘러싸여진 상기 용기의 부분을 관통하여 투과되는 전자기광를 측정하도록 배치되고, 상기 부분은 실질적으로 상기 용기의 길이방향의 축을 관통하는 평면에서 연장되고 상기 용기의 내부의 상기 혼합장치에 의하여 교차되지 않도록 위치되는 비색 적정을 위한 시스템이 제공된다.

따라서, 본 발명의 분석장치는, 전자기 광원 및 전자기광 감지기를 동시에 편리한 크기 및 형상의 고리에 조립함으로써 용기의 내부의 유체에 관한 광도 데이터의 획득, 확대 및 다루기 힘든 불변하는 여분의 광도를 만드는 과정을 간단하게 한다. 상기 분석장치는 실질적으로 하나의 유닛으로 조립되어 용이하게 다룰 수 있다. 이러한 방식으로 구성요소의 개수 또한 최소한으로 유지된다.

상기 고리를 특정한 용기 또는 용기의 타입에 끼워지기에 적합한 형상으로 형성함으로써, 재생 방식으로 상기 용기의 기설정된 부분을 둘러쌀 수 있게 된다. 또한 외적인 분석을 위한 유체의 다른 시료의 획득없이 용기의 내부의 상기 유체에서 직접적으로 광도 측정이 이루어질 수 있게 된다. 또한 동시에 반응하는 동안 상기 유체에 관한 광도 데이터를 실시간으로 획득할 수 있게 된다.

동일한 고리에 배치되는, 발광 유닛과 광검출 유닛 둘 모두를 가짐으로써, 상기 유닛들이 서로에 대해 기설정된 동일한 상호관계에서 유지될 수 있으며, 이에 의해 이 점에서는 상기 시스템을 조정(calibration)할 필요가 없다. 상기 고리는 상기 용기의 일부에서 유체를 통과하는 잘 정의된 경로를 제공하도록 배치된다. 따라서 상기 분석장치는 신뢰성 있고 재생가능한 측정을 수행할 수 있게 된다.

또한 상기 분석장치가 상기 용기에 부착되면, 상기 분석장치의 상기 고리는 덮개(shroud)로 동작될 수 있다. 따라서, 감쇠(attenuation)가 감소되고 빛이 빗나가는 문제가 최소화되므로, 상기 분석장치에 의한 어떤 광도 측정의 정확성이 개선된다.

상기 고리가 상기 용기로부터 착탈가능하다면, 상기 분석장치가 하나의 용기에서 탈거되어 다른 용기에 재부착될 수 있기 때문에, 상기 분석장치는 복수개의 용기들에서 순차적으로 유체상의 광도분석을 위하여 사용될 수 있고, 보다 다용도로 사용될 수 있다.

상기 고리는, 그의 목표 용기에 부착가능하다면, 닫힌 고리 또는 부분적으로 열린 고리의 형상일 수 있다. 부분적인 열린 형상은, 예를 들어 부착이 그러한 형상에 의해서 촉진되거나, 또는 그 결과 분석기계에 대한 제조 비용이 재료의 절약에 의하여 감소될 수 있는 경우라면, 유리할 것이다.

적어도 하나의 상기 전자기 광원 및 적어도 하나의 전자기광 감지기는 바람직하게 상기 고리의 내부 테두리면의 정반대측에 서로 마주보도록 배치된다. 이는 상기 용기의 일부의 전체 직경을 따라서 광도감지를 용이하게 하고, 상기 용기에 대해 작은 각도로 입사되는 상기 전자기 광원으로부터 방출되는 전자기광로부터 야기되는 간섭을 피할 수 있게 한다.

적어도 하나의 상기 전자기 광원은 어떠한 유용한 전자기 광원, 바람직하게는 발광다이오드(LED)가 될 수 있다. 상기 LED는 바람직하게는 가능한 작고, 신뢰성 있으며, 효율적인 비용 및 전자기광의 한정된 특정한 영역으로 방출할 수 있다.

유용하게 상기 분석장치는, 복수 개, 일반적으로 2개의 전자기 광원을 포함한다. 하나의 색에서 다른 색으로 변화하는 것을 적정하기 위하여, 이러한 전자기 광원 모두 또는 그 일부는, 종말점 감지를 최적화하기 위해, 선택된 상이한 방출 파장을 가진다. 그러므로, 색 변환(color shift)(예를 들어 청색으로부터 적색으로의 쉬프트)는 적색 광원 및 청색 광원을 사용해서 감지될 수 있다. 상기 적색광 또는 청색광의 파장 대역은 상당히 상이하므로, 상기 2개의 파장대역의 투과도의 측정은 보다 명확하게 색변환을 검출할 수 있다.

상기 광원들은 바람직하게는 서로 인접되게 위치된다. 상기 위치는, 상기 광원들이 상기 분석장치의 동일한 구조의 보조유닛에 장착될 수 있는 것을 포함한다. 이러한 보조유닛은 고리로부터 착탈될 수 있도록 맞춰질 수 있으며, 이에 의해 두 개의 광원들은 (예를 들어, 서비스, 청소 또는 상이한 방출 파장의 조합을 제공하기 위한 교체를 위하여) 보다 편리하여 착탈될 수 있다. 또한 상기 배선은 이와 같은 방식으로 보다 간단해진다. 상기 위치는, 각각의 파장들의 투과도를 본질적으로 동일한 부피의 유체에 대해 측정할 수 있고, 둘 모두의 광원들로부터 나오는 광은 하나 및 동일한 감지기에 관련되도록 제공된다. 또한, R, G, B LED 배치는, 아마도 선택적으로 전압을 가할 수 있는 하나의 칩 상에서, 단독으로 또는 조합하여 사용되어, 의도된 측정을 위한 가장 적절한 방출 파장을 만들 수 있다.

상기 적어도 하나의 전자기광 감지기는, 어떠한 유용한 감지기, 예를 들면, 광 광전자 셀이나 광 다이오드와 같은 광검출기일 수 있다.

몇 개의 광원들이 사용되고 이러한 광원들이 동일한 감지기에 관련되는 경우, 감지기에 의해 감지될 때 서로 간섭하지 않기 위하여, 이러한 광원들은 서로 순차적인 방식으로 활성화되는 것이 바람직하다.

상기 시스템의 용기는, 전자기 광이 그 벽을 통해 통과할 수 있는 임의의 용기일 수 있고, 이러한 용기는 동일한 적정 동안 유체의 함유하는데 사용될 수 있는 것으로, 예를 들어 플라스크, 비커 또는 시험관, 또는 어떠한 다른 유용한 형상의 용기일 수 있다.

상기 혼합장치는, 비색 적정분석 동안, 유체가 본질적으로 균일하게 유지되기에 충분하도록 용기의 유체를 혼합할 수 있도록 배치되어야 한다. 이를 만족스럽게 달성하기 위하여, 상기 혼합장치는, 그러한 분석동안, 상기 용기의 상당한 영역, 따라서 그 안에 있는 유체의 상당한 영역에 걸쳐 연장된다. 상기 혼합장치는, 만족스러운 혼합을 달성할 수 있는 임의의 혼합장치일 수 있다. 바람직하게는, 상기 혼합장치가 회전가능하고 나선형상이다. 상기 나선형상의 혼합장치는 상기 용기의 길이방향의 축을 따라서 상기 유체를 이동시킬 수 있고, 이에 의하여 상기 유체의 상이한 구성에 의하여 상기 용기의 내부에 층의 형성이 방지된다.

상기 시스템의 상기 용기의 내부의 유체의 혼합의 개선에 의하여, 상기 유체는 본질적으로 전체 체적을 통하여 균일하므로, 상기 광 투과도는 적정 분석 과정 동안 상기 유체의 일부를 통해 측정될 수 있다. 상기 유체의 일부는 유체의 전체 체적에서 작은 부분을 포함하고, 상기 용기의 길이방향의 축과 본질적으로 교차되는 평면상에서 본질적으로 연장된다. 그 결과 횡방향으로 투과도를 감지할 수 있게 되어, 상기 유체를 관통하는 빛의 경로가 감소됨으로써, 많은 양의 빛이 감지될 수 있고, 방법의 통계오류도 개선된다. 나아가, 상기 혼합장치는, 상기 광원으로부터 상기 감지기로 방출되는 광의 경로를 간섭하지 않으므로, 상기 분석장치는, 투과도를 감지할 수 있도록 배치되는 것이 유리하다. 그러므로, 투과도는 상기 혼합장치에 의하여 간섭받지 않는 일부를 통해 측정될 수 있는 반면, 만족스러운 혼합이 달성된다.

측정이 상기 용기의 바닥에서 수행된다면, 간섭(예를 들어 상기 혼합장치에 의하여 발생되는 공기방울 또는 와류로부터의 간섭)이 또한 최소화된다. 따라서 바람직한 실시예에 따르면, 상기 분석장치는 상기 용기에서 혼합장치의 아래에 바치되어 일부를 모니터할 수 있도록, 혼합 장치는 용기를 통과하여 하방으로 연장되게 배치된다.

일 실시예에 따르면, 상기 혼합장치는 상기 용기의 적어도 절반을 통과하여 연장된다. 이는 상기 용기의 전체 체적을 통하여 균일한 유체의 달성을 위한 혼합을 용이하게 한다.

또한 상기 혼합장치는 상기 용기로부터 착탈가능하게 된다. 이는 상기 혼합장치 및 용기의 세척을 용이하게 한다.

상기 분석장치는 상기 용기의 목을 통하여 투과도를 측정하도록 배치될 수 있다. 이는 상기 용기를 관통하는 매우 짧은 빛의 경로를 제공하여 신뢰성 있는 결과를 얻는 과정에서 방출된 빛의 강도를 낮게 유지되도록 한다.

상기 분석장치는 분광광도계와 같은 임의의 장치일 수 있다. 바람직하게는, 상기 분석장치는, 상술한 바와 같이 광도 측정을 위한 분석장치와 같은 광도계이다.

상기 분석장치의 특징에 대한 이점은 상기 광도 측정을 위한 분석장치에 대한 상세하게 언급되었다. 이와 같은 특징의 이점은 본 발명에 따른 시스템에 동일하게 적용된다.

본 발명의 제2양태에 따르면, 색지시 유체를 용기에 추가하는 단계; 적정액(titrand)을 상기 용기에 추가하는 단계; 그리고 적정제(titrant)를 상기 용기에 추가하는 단계로서, 혼합장치를 사용하여 적정제가 상기 적정액 및 색지시 유체를 혼합하여 본질적으로 균질의 혼합물을 형성하고, 상기 본 발명의 제1양태와 관련하여 언급한 분석 장치에 의해 상기 혼합물을 통한 전자기 광의 투과도를 측정하면서, 적정제를 상기 용기에 추가하는 단계를 포함하는 비색 적정방법을 제공하는 것으로, 상기 혼합은 상기 용기의 길이방향의 축의 상당한 부분을 따라 연장되어 사용되는 상기 혼합장치에 의하여 이루어지고, 상기 분석장치는, 상기 용기의 부분을 관통하여 투과된 상기 전자기광의 투과도를 측정하도록 적어도 부분적으로 상기 고리에 의하여 둘러싸여지며, 상기 부분은 상기 용기의 길이방향의 축을 실질적으로 관통하는 평면상으로 연장되고 상기 용기의 내부에서 상기 혼합장치와 교차되지 않는 비색 적정방법이 제공된다.

'적정액(titrand)'은 하기에 기재된 적정제(titrant)를 사용하여 적정되는 샘플 용액을 의미한다.

'적정제(titrant)'는 이미 알고 있는 농도를 가지는 시약 용액으로, 적정액을 적정하는데 사용되는 용액을 의미한다.

상기 색 지시 유체(colour indicating fluid)는 pH 지시기와 같은 임의의 유체일 수 있다. 이러한 색 지시 유체는 적정의 특정 유형에 따라 결정될 수 있으며, pH 지시기와 같은 색 지시 유체를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 색 지시 유체는, 2 또는 그 이상의 색 지시 구성요소를 포함하는데, 예를 들어 pH 변화를 더 잘 모니터하기 위해, 브로모크레졸 그린(bromocresol green) 및/또는 메틸 레드(methly red)를 포함하는 pH 지시기가 있다.

상기 적정액은 적정에 바람직한 유체일 수 있다. 상기 적정액은, 예를 들어 수용액 중의 산 또는 염기 화합물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 적정액은 수용액에 용해된 기상 유체(gaseous fluid)로부터 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 적정액은, 제1 액상 유체 및 제2 기상 유체를 분리하여 용기에 추가하여, 상기 용기에 적용될 수 있다. 킬달 분석의 특정한 경우에, 제2 기상 유체는 액체에 용해되는 암모니아이고, 제1 유체는 암모늄 이온이다. 바람직한 실시예에서, 액상의 제1유체는 붕산 용액이다.

상기 적정제는 적정분석에서 적정제로서 사용되는 그 어떠한 유체일 수 있다. 산/염기 적정의 경우에, 상기 적정제는 기지 농도의 산 또는 염기일 수 있다. 예를 들면, 적정되는 상기 적정액이 염기, 예를 들면, 암모늄 이온의 그 내용에 기인하여, 염산과 같은 산이 적정제로 사용될 수 있다.

상기 비색 적정방법은, 상기 용기를 관통하여 투과되는 전자기광의 강도에 좌우되도록, 자동 제어될 수 있다.

본 발명에 따른 시스템의 개별적인 특징의 이점은 위에서 언급되었다. 이와 같은 특징을 가지는 시스템에서 본 발명의 제2양태에 다른 방법을 성취함으로써, 이와 같은 특징의 이점은 본 발명에 따른 제2양태에 따른 방법에 동일하게 적용된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 분석장치의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.

도면을 참조한 도번을 부가하여 일 예로서 보다 상세하게 본 발명을 설명한다.

도 1을 참조하여 광검출을 위한 분석장치의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

2개의 전자기 광원(1)(2) 및 1개의 전자기광 감지기(3)가 고리(4)에 배치될 수 있다.

상기 전자기 광원(1)(2)은, 바람직하게는 2개의 발광소자(LED)이고, 보다 바람직하게는 1개의 적색 LED 및 1개의 청색 LED이다. 상기 광원(1)(2)은, 서로 인접되게, 예를 들면, 하나가 다른 하나의 상방에, 상기 고리(4)의 내부 테두리를 따라서, 상기 고리(4)의 반대편 내부 테두리에 마주보게 배치될 수 있다. 상기 전자기 광원(1)(2)은, 바람직하게는 함께 상기 고리(4)로부터 착탈가능한 공용의 장착에 적합하게 배치될 수 있다. 바람직하게는, 상기 전자기 광원(1)(2)은, 순차적으로 또는 서로 독립적으로 활성화 또는 비활성화될 수 있다.

상기 전자기광 감지기(3)는 광검출기, 바람직하게는 광전자 셀(cell) 또는 광다이오드일 수 있다. 상기 전자기광 감지기(3)는, 상기 광원(1)(2)의 반대편에 동일한 내부테두리면과 마주보는 상기 고리(4)의 내부테두리면을 따라서 배치될 수 있다. 상기 전자기광 감지기(3)는, 상기 전자기 광원(1)(2)과 마주보게, 바람직하게는, 상기 전자기광 감지기(3)와 상기 전자기 광원(1)(2) 모두는, 여전히 상기 고리(4)의 내부테두리면을 따라서 배치되는 한 가능한 상기 전자기 광원(1)(2)으로부터 이격되도록 배치, 다시 말하면, 상기 전자기 광원(1)(2) 및 감지기(3)는 서로 정반대로 배치된다. 상기 전자기광 감지기(3)는 바람직하게는 상기 고리(4)에 착탈가능하게 배치된다.

상기 고리(4)는 그 내부에 용기가 수용될 수 있도록 내부개구부를 둘러싸고, 이에 의하여 상기 고리(4)가 고리와 같이 상기 용기의 부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 고리(4)가 링형상 또는 도넛형상으로 형성되면, 상기 고리(4)는 상기 내부개구부를 둘러서 닫힌 형상을 형성한다. 다르게는, 상기 고리(4)가 C형상으로 형성되면, 상기 고리(4)는 상기 내부개구부를 둘러서 부분적으로 개방된다.

상기 분석장치(1)(2)(3)(4)는, 병, 비커, 플라스크 또는 시험관, 또는 다른 적합한 형상의 용기와 같은 용기의 부분을 둘러서 끼워지는데 적합하다. 상기 분석장치(1)(2)(3)(4)는, 상기 용기의 부분을 둘러서 착탈가능하게 끼워지는데 적합하다. 상기 분석장치는 또는 상기 부분을 통하여 광 투과도를 측정하는데 적합할 수 있다. 상기 용기가 유체, 바람직하게는, 액체를 담고 있다면, 상기 분석장치(1)(2)(3)(4)는, 상기 부분의 내부에서 상기 유체를 통하여 광 투과도를 측정하는데 적합할 수 있다. 그러므로 상기 전자기광 감지기(3)는 상기 부분의 내부의 상기 유체를 통하여 상기 전자기 광원(1)(2) 모두 또는 그 중 하나로부터 방출되는 전자기광의 투과도를 측정할 수 있다.

도 2를 참조하여 비색 적정을 위한 시스템의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

시스템은, 용기(10), 혼합장치(11), 분석장치(12) 및 컴퓨터유닛(17)을 포함한다.

상기 용기(10)는, 예를 들면, 병, 비커, 플라스크 또는 시험관, 또는 다른 적합한 형상의 용기와 같은 용기일 수 있다. 상기 용기(10)는, 예를 들면, 하단에 목이 구비되고 상단에 부피가 큰 부분이 구비되는 뒤집힌 병 형상일 수 있다. 상기 용기(10)는, 전자기광이 상기 용기의 벽을 통과하여 전달될 수 있도록 반투명 또는 투명재질일 수 있다. 상기 용기(10)는, 각각 유체가 상기 용기의 내부로 전달되어 상기 용기의 외부로 배출되도록 하는 적어도 하나의 입구(13)(14a)(14b) 또는/및 적어도 하나의 출구(15)를 더 포함할 수 있다.

상기 혼합장치(11)는, 상기 용기(10)의 길이방향의 축을 따라서 적어도 상기 용기(10)의 절반, 바람직하게는 그 이상을 관통하여 연장된다. 상기 혼합장치(11)는 회전가능 또는/및 상기 용기(10)로부터 착탈가능할 수 있다. 상기 혼합장치(11)는, 상기 혼합장치(11)와 함께 상기 용기(10)로부터 착탈될 수 있는 장착부(16)에 끼워질 수 있다. 상기 혼합장치(11)는, 또한 나선형태가 될 수 있다. 상기 나선형상의 혼합장치(11)는, 유체의 다른 구조를 가지는 상기 용기의 내부에 층의 형성이 방지되는 것에 의하여 상기 용기(10)의 길이방향의 축을 따라서 유체를 운송하는데 적합하다. 상기 혼합장치는, 상기 용기(10)의 상면에 부착될 수 있고, 상기 용기의 내부를 통과하여 하방으로 연장될 수 있다. 상기 용기가 뒤집힌 병 형상인 경우에, 상기 혼합장치(11)는, 상기 용기(10)의 상단에 상기 용기(10)의 뚜껑을 형성하는 상기 장착부(16)와 함께, 상기 용기(10)의 상단의 부피가 큰 부분에 끼워질 수 있다.

상기 분석장치(12)는, 도 1을 참조하여 상술한 바와 같은 고리(4)를 포함한다. 상기 분석장치(12)는, 상기 분석장치(12)를 사용하는 부분을 통하여 광도 측정을 다소 용이하게 할 수 있도록 상기 용기(10)의 부분을 둘러서 끼워질 수 있다. 상기 분석장치(12)는 상기 용기(10)의 부분을 둘러서 단단하고 정확하게 끼워질 수 있다. 그러므로 측정의 처음부터 끝까지 동일하고 계획된 일부에 확실한 측정이 수행된다. 상기 혼합장치(11)의 본체에 의하여 방해받지 않는 어떠한 광도 측정을 위해서, 상기 분석장치(12)는 상기 혼합장치(11)와 교차되지 않는 상기 용기(10)의 부분을 통하여 전자기광의 투과도를 측정하도록 배치될 수 있다. 상기 혼합장치(11)가 상기 용기(10)의 상단으로부터 길이방향으로 연장되면, 상기 분석장치(12)는 상기 혼합장치(11)의 하방인 상기 용기(10)의 부분을 통하여 전자기광의 투과도를 측정하도록 배치될 수 있다. 상기 용기(10)가 뒤집힌 병 형상이면, 상기 분석장치(12)는 상기 용기(10)의 목단부의 하부에 상기 용기(10)의 부분을 통하여 전자기광의 투과도를 감지하도록 배치될 수 있다.

상기 분석장치(12)는 투과되어 검출된 빛에 비례하여 신호를 발생시키고 컴퓨터 유닛(17)으로 발신할 수 있고, 적정을 위한 종말점의 도달에 대응하는 기설정된 값에서 상기 컴퓨터 유닛(17)은 상기 입구(13)(14a)(14b) 중 어느 하나를 통한 적정제의 추가를 중지하는데 사용되는 제어신호를 발생시킬 수 있다. 상기 적정제 가 제거된 후, 상기 전기혼합장치(11)는 정지되고 상기 용기의 바닥의 출구(15)를 통하여 상기 용기로부터 상기 용액이 배출된다.

다음으로 적정 종말점에 도달하기 위하여 상기 용액에 추가된 기지농도의 적정제의 총합에 기초하여, 적정된 용액에 중요한 물질의 총합이 상기 컴퓨터 유닛(17)에서 전형적으로 감지될 수 있다.

도 3의 부분적인 블록도를 참조하여 비색 적정을 위한 방법의 현재의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

상기 방법은, 색 지시 유체와 혼합된 적정액(titrand)를 적정제(titrant)의 추가에 의해 적정되는데, 동시에 상기 적정제는 적정액/지시 유체와 혼합되고, 상기 혼합물 내의 지시 유체에 의해 상기 혼합물의 색상 변화를 모니터 하는 투과가 일어난다.

상기 방법은, 색 지시 유체 및 유체 적정액을 용기(10)에 추가하는 단계(21), 및 상기 용기(10)의 길이방향의 축의 실질적인 부분을 따라서 연장되는 혼합장치(11)를 사용하여 유체 적정액 및 유체 적정제가 상기 용기(10)의 내부에 상기 적정제의 추가동안 계속하여 혼합체가 본질적으로 균질을 유지하도록 하기 위하여 충분하게 혼합되는 동안 유체 적정제를 점진적으로 상기 용기(10)에 추가하는 단계(22)를 포함한다. 상기 적정제를 추가하는 단계(22) 동안, 분석장치(12)는 상기 혼합장치(11)의 본체로부터 교차되지 않게 위치되는 상기 용기(10)의 부분을 통하여 전자기광의 투과도를 측정하는데 사용될 수 있다.

특정 실시예에서, 상기 분석장치(12)는, 도 1을 참조하여, 상술한 바와 같은 광도 감지를 위한 분석장치를 포함할 수 있다. 상기 혼합장치(11)가 상기 용기(10)의 상단으로부터 길이방향으로 연장되면, 상기 분석장치(12)는 상기 혼합장치(11)의 하방의 상기 용기(10)의 부분을 통하여 전자기광의 투과도를 측정하도록 배치될 수 있다. 상기 기재된 바와 같이 상기 용기(10)가 뒤집힌 병의 형상이면, 상기 분석장치(12)는 상기 용기(10)의 목단부인 하부에 상기 용기(10)의 부분을 통하여 전자기광의 투과도를 측정하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 방법의 일실시예에서, 상기 적정액은 상기 용기로 제1 액상 유체 및 제2 기상 유체를 분리하여 추가함으로써 용기에 공급될 수 있다. 이러한 실시예에서, 단계(21)는 복수의 하위 단계(21a)(21b)(21c)를 포함한다. 단계(21a)에서, 상기 제1 액상 유체가 상기 용기(10)에 공급되고, 그 다음에 상기 단계(21b)에서 지시액이 상기 용기(10)에 공급되며, 뒤를 이어 상기 단계(21c)에서 상기 제2 기상 유체가 상기 용기(10)에 공급되어 상기 용기(10)의 내부의 상기 액상 유체에 용해된다.

예

예 1: 킬달(Kjeldahl) 분석

상기 킬달분석은, 유기 물질(organic matter)의 질소함유량의 측정을 위한 표준 분석 방법이다. 상기 분석은 종말점 pH 적정 단계를 포함한다.

상기 유기 물질은 구리염 촉매의 존재하에서 진한 황산 및 황산칼륨의 혼합물중에서 가열되어, 유기 물질은 분해되고(digest) 그의 질소는 황산암모늄으로 전 환된다. 상기 분해는 냉각을 허용하고, 그 후에 암모늄 이온을 암모니아 전환하기 위하여 잉여의 수산화나트륨를 추가한다. 이러한 암모니아는 증류되고, 기상 암모니아는 상기 용기(10)의 입구(14a)를 통하여 용기로 내부로 도입되고, 상기 용기(10)에 담겨진 붕산용액의 잉여분의 표면 하에 도입된다. 따라서, 암모니아는 붕산 용액에 용해되고, 이에 의해 암모니아는 다시 암모늄 이온으로 전환되고, 붕산은 보레이트 이온으로 전환된다.

상기 용기(10)는, 투명한 유리로 제작되고, 하단에 목이 구비되고 상단에 부피가 큰 부분이 구비되는 뒤집힌 실린더 병의 형상을 가진다. 상기 용기(10)의 상면에는 전기로 회전가능한 나선형상의 혼합장치(11)가 착탈가능하게 끼워진다. 상기 혼합장치(11)는 상기 용기(10)의 상면으로부터 하방으로 상기 용기의 길이방향의 축을 따라서 상기 용기(10)의 중심을 관통하여 상기 용기(10)의 2/3를 통하여 연장되지만, 상기 용기(10)의 목단부의 하방으로 인입되지는 않는다. 도넛형상의 고리(4)가 착탈가능하게 상기 용기(10)의 목단부 하방을 둘러싼다. 상기 고리(4)에는, 적색 및 청색이고 서로의 상방에 인접되며 2개의 LED(1)(2)가 착탈가능하게 배치되고, 상기 LED의 정반대편에 상기 LED와 마주보도록 포토다이오드(3)가 배치된다. 상기 LED(1)(2) 및 포토다이오드(3)는, 상기 LED(1)(2)에 의하여 방출되는 빛이 상기 용기의 목 부분의 유리벽 및 그 내부의 어떠한 내용물을 관통하여 이동하고 상기 목의 다른 부분에서 상기 포토다이오드(3)에 의하여 검출되기 위하여 배치된다.

상기 암모니아가 상기 붕산용액에 용해된 후에, 상기 붕산암모늄 용액이 형 성되면, 브로모크레졸 그린 및 메틸 레드가 상기 입구(14b)를 통하여 상기 용액에 색 pH 지시기로서 추가된다. 상기 전기로 회전가능한 혼합장치(11)가 활성화되어 상기 용기의 길이방향의 축을 따라서 상기 유체를 들어올림으로써 상기 용액을 완전하게 혼합하고, 상기 유체가 상기 용기의 중앙에서는 상방으로 이동하고 상기 용기의 벽면에서는 하방으로 이동함으로써 순환하도록 한다.

상기 혼합이 이루어지는 동안, 이전에 상기 암모니아가 안내된 상기 입구(14a)와 구별되는 상기 용기(10)의 입구(13)를 통하여 염산(적정제)이 상기 용액에 자동으로 한 방울씩 떨어진다. 상기 염산은 기지농도 및 상기 용기에 추가되어 고도로 정밀하게 측정되는 부피를 갖는다. 상기 염산이 한 방울씩 떨어지는 동안, 상기 고리(4)의 상기 LED(1)(2)는 실질적으로 활성 및 비활성화되고, 상기 LED(1)(2)로부터 방출되는 빛은 상기 용기의 목 및 그 내부의 붕산암모늄 용액을 통하여 전송되어 상기 포토다이오드(3)에 의하여 검출된다. 상기 포토다이오드(3)는 전송되는 빛의 파장을 측정할 수 없으므로, 상기 용액을 통과한 각 파장의 투과도를 검출하는 것이 가능하도록, 상기 LED(1)(2)는 동시에 활성화되지 않고, 순서대로 반복적으로 활성화된다.

상기 염산이 상기 용기에 더욱더 추가되면, 더욱더 염기성이 낮아진다. 상기 과정은, 상기 용액의 pH에 의존하는 상기 용액의 색에 영향을 미치고 이를 변화시키는 상기 색pH 지시기에 의하여 수행된다. 상기 색변화는, 상기 용액을 관통하상기 광 다이오드(3)에 의하여 측정됨으로써 적색 및 청색 빛의 투과도에 의하여 검출된다. 상기 광 다이오드(3)는 투과되어 검출된 빛에 비례하여 신호를 발생시 키고 컴퓨터유닛(17)으로 발신하고, 적정을 위한 종말점(pH 7)의 도달에 대응하는 기설정된 값에서 상기 컴퓨터유닛(17)은 상기 적색 및 청색 빛의 투과도를 위하여 적정제의 추가를 중지한다. 상기 적정제가 제거된 후, 상기 전기혼합장치(11)는 정지되고 상기 용기의 바닥의 출구(15)를 통하여 상기 용기로부터 상기 용액이 배출된다.

적정 종말점(pH7)에 도달하기 위하여 상기 용액에 추가된 기지농도의 염산의 양에 기초하여, 적정된 용액의 암모늄의 양, 그리고 따라서 유기 물질의 질소의 양이 결정된다.

예 2: 다른 암모늄 적정

상기 예 1은, 증류 및 적정에 앞서서 다른 방식으로 처리될 수 있다. 몇 가지 대안이 아래에 제시된다.

암모늄 질소는, 수산화나트륨의 분해 및 추가가 없고, 촉매로써 마그네슘염이 사용된 점을 제외하고는 예 1과 거의 동일한 방법으로 검출될 수 있다.

또한 전체 질소는 예 1과 유사하게 그러나, 질산염(nitrate)을 암모니아로의 전환하기 위한 샘플에 아연/구리 분말을 추가하여 검출될 수 있다.

나아가, 물중의 킬달 질소는 ISO 표준 방법(standard method)에 따라서 검출될 수 있다. 이 경우, 다른 지시기가 사용되는데, 즉 메틸 레드 및 메틸렌 블루의 혼합물이 사용되는데, 이에 의한 종말점은 자주색/보라색에 도달함으로써 달성된다.

상술한 3가지 방법은, 예 1에서 설명한 바와 같은 증류 및 적정을 포함한다.

예 3: 식품에서 이산화황(아황산염)의 검출

산이 식품 샘플에 추가된다. 그런 다음, 상기 산/식품의 혼합물을 증류되고 상기 증류된 기체는 액상의 과산화수소로 도입되고, 이에 의해 황산이 형성된다. 적정은 예 1과 유사하게 수행되지만, 적정제로서 수산화나트륨 및 pH 감지기로서 메틸 레드가 사용된다. 상기 종말점은 상기 적정 혼합물이 황색(yellow)에 도달함으로써 달성된다.

예 4: 포도주에서 휘발성 산의 검출

이산화탄소는 포도주 샘플로부터 증발되고, 그 다음에 상기 시료를 증류시킨다. 그런 다음, 상기 액화된 증기는 적정제로서 수산화나트륨을 사용한 점을 제외하고는 예 1과 동일한 방법에 따라 적정된다. 페놀프탈레인(phenolphthalein)이 지시기로서 사용되고, 이에 의해 종말점에 도달되면 무색에서 핑크색으로 변하는 것으로 도달한다.

이상에서 설명한 실시예로 한정되지 않고, 부가된 청구항으로써 정의된 보호범위 내에서 가능한 다양한 선택적인 실시예가 가능함을 강조한다.

Claims (8)

1. 용기;

   상기 용기의 길이방향의 축의 상당한 부분을 따라서 연장되게 배치되는 혼합장치; 그리고

   상기 용기를 향하여 전자기광를 방출하도록 배치되는 적어도 하나의 전자기 광원, 및 상기 전자기 광원으로부터 방출되는 상기 전자기광를 감지하도록 배치되는 적어도 하나의 전자기광 감지기, 및 적어도 하나의 상기 전자기 광원 및 적어도 하나의 상기 전자기광 감지기가 그 내부에 제공되고 둘러싸서 끼워지기에 적합하며 적어도 부분적으로 상기 용기의 부분을 둘러싸는 고리를 포함하는 분석장치

   를 포함하는 비색 적정을 위한 시스템으로,

   상기 분석장치는 상기 고리에 의하여 적어도 부분적으로 둘러싸여진 상기 용기의 부분을 관통하여 투과되는 전자기광를 측정하도록 배치되고, 상기 부분은 실질적으로 상기 용기의 길이방향의 축을 관통하는 평면에서 연장되고 상기 용기의 내부의 상기 혼합장치에 의하여 교차되지 않도록 위치되는 비색 적정을 위한 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고리는 상기 용기의 부분에 착탈가능하게 둘러싸도록 끼워지기에 적합한 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   적어도 하나의 상기 전자기 광원은 발광다이오드인 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   서로 인접되게 위치되고, 그 전부 또는 일부가 선택적으로 상이한 파장대역의 빛을 다수개 또는 하나의 전자기광 감지기를 향하여 방출하는 다수개의 전자기 광원을 포함하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 용기의 부분은 상기 용기의 목을 구성하는 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부분은 상기 용기의 내부의 상기 혼합장치의 하방에 위치되는 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 혼합장치는, 연장되어 회전가능한 나선형상의 혼합요소를 포함하는 시스템.
8. 색 지시 유체를 용기에 추가하는 단계;

   적정액을 상기 용기에 추가하는 단계; 그리고

   적정제(titrant)를 상기 용기에 추가하는 단계로서, 혼합장치를 사용하여 적정제가 상기 적정액 및 색지시 유체와 혼합되어 본질적으로 균질의 혼합물을 형성하고, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 시스템의 분석 장치에 의해 상기 혼합물을 통한 전자기광의 투과도를 측정하면서, 적정제를 상기 용기에 추가하는 단계를 포함하는 비색 적정방법으로,

   상기 혼합은 상기 용기의 길이방향의 축의 상당한 부분을 따라 연장되어 사용되는 상기 혼합장치에 의하여 이루어지고,

   상기 분석장치는, 상기 용기의 부분을 관통하여 투과된 상기 전자기광의 투과도를 측정하도록 적어도 부분적으로 상기 고리에 의하여 둘러싸여지며,

   상기 부분은 상기 용기의 길이방향의 축을 실질적으로 관통하는 평면상으로 연장되고 상기 용기의 내부에서 상기 혼합장치와 교차되지 않는 비색 적정방법.

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