KR20090073302A - 위치 보정이 가능한 셀 가이드를 포함하는 분광 광도계시스템 및 그 시스템의 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
위치 보정 가능한 시료 부를 포함하는 분광 광도계를 이용한 측정 방법은 다수개의 측정 셀들 중에서 제1셀이 분광 광고계의 시료 부의 셀 가이드 위에 놓이는 단계와, 위치 감지 센서를 이용하여 상기 제1셀의 위치를 감지하고, 감지 결과에 따른 위치 감지 신호를 출력하는 단계와, 마이크로 프로세서가 상기 감지 신호에 응답하여 상기 시료부의 상기 셀 가이드의 위치를 보정하는 단계와, 광속 분할기로부터 출력된 빛을 이용하여 상기 제1셀에 포함된 용액을 측정하는 단계를 포함한다.
분광 광도계
Description
본 발명은 분광 광도 기술에 관한 것으로, 특히 위치 보정이 가능한 셀 가이드를 포함하는 분광 광도계 시스템 및 그 시스템의 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 빛(예컨대, 백색광)이 물체에 닿으면 그 빛은 상기 물체의 표면에서 반사하는 빛, 상기 물체의 표면에서 조금 내부로 들어간 후 반사하는 빛, 상기 물체에 흡수되는 빛, 및 상기 물체를 통과하는 빛으로 나누어지는데, 상기 물체에 의하여 흡수되는 빛의 양은 그 농도에 따라 다르다.
따라서 이와 같은 빛의 흡수 현상을 이용하면 시료 용액 중의 빛을 흡수하는 화학 물질의 양을 정량할 수 있다. 이와 같이 시료 용액 또는 적당한 시약을 넣어 발색시킨 시료 용액의 농도를 각각의 물질의 고유한 파장과 빛의 투과성질을 이용하여 측정하는 방법을 흡광도 법이라고 한다. 상기 흡광도 법은 주로 자외선 (ultraviolet, 180~320㎚) 및 가시광선(visible, 320~800㎚) 영역에서 빛의 흡수를 이용한다. 따라서, 흡광도 법을 이용하여 미지의 혼합 용액의 농도를 측정하기 위 한 방법들이 연구되고 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 위치 보정이 가능한 셀 가이드를 포함하는 분광 광도계 시스템을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 보정 가능한 시료 부를 포함하는 분광 광도계를 이용한 측정 방법은 다수개의 측정 셀들 중에서 제1셀이 분광 광고계의 시료 부의 셀 가이드 위에 놓이는 단계; 위치 감지 센서를 이용하여 상기 제1셀의 위치를 감지하고, 감지 결과에 따른 위치 감지 신호를 출력하는 단계; 마이크로 프로세서가 상기 감지 신호에 응답하여 상기 시료부의 상기 셀 가이드의 위치를 보정하는 단계; 및 광속 분할기로부터 출력된 빛을 이용하여 상기 제1셀에 포함된 용액을 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 위치 보정이 가능한 셀 가이드를 포함하는 분광 광도계 시스템은 정확하게 측정 셀의 위치를 보정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위치 조절 가능한 셀 가이드를 포함하는 분광 광도 시스템의 블록 도를 나타낸다.
도 1을 분광 광도 시스템(20)은 광원 부(21), 단색화 장치(23), 광속 분할 부(25), 시료 부(10), 및 검출 부(27)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 시료 부(10)는 위치 조절이 가능하다. 다수개의 측정 셀들 중에서 제1셀이 분광 광고 시스템(20)의 시료 부(10)의 셀 가이드 위에 놓이게되면, 위치 감지 센서는 상기 제1셀의 위치를 감지하고, 감지 결과에 따른 위치 감지 신호를 마이크로 프로세서로 전송한다. 상기 마이크로 프로세서는 상기 감지 신호에 응답하여 상기 시료 부(10)의 상기 셀 가이드의 위치를 보정하기 위하여 엑츄에이터를 구동한다. 따라서, 광속 분할기를 통과한 빔을 항상 제1셀의 중심 위치에 결상하게 된다.
예컨대, 다수개의 측정 셀들 각각이 셀 가이드 위에 놓이는 위치는 서로 다르다. 따라서, 광속 분할기를 통과한 빔이 셀 가이드 위에 놓이는 다수개의 측정 셀들 각각의 중심 위치에 결상하게 할 필요가 있다.
따라서, 다수개의 측정 셀들 각각이 순차적으로 분광 광고 시스템(20)의 시료 부(10)의 셀 가이드 위에 놓이게 되면, 위치 감지 센서는 다수개의 측정 셀들 각각의 위치를 감지하고, 감지 결과에 따른 각각의 위치 감지 신호를 마이크로 프 로세서로 전송한다. 상기 마이크로 프로세서는 상기 각각의 감지 신호에 응답하여 상기 시료 부(10)의 상기 셀 가이드의 위치를 보정하기 위하여 엑츄에이터를 구동한다. 따라서, 광속 분할기를 통과한 빔은 항상 다수개의 측정 셀들 각각의 중심 위치에 결상하게 된다.
광원 부(21)는 텅스텐 할로겐 램프, 중수소램프, 및 구동부가 부착된 제1미러(mirror 1)를 포함한다.
단색화 장치(23)는 입사 슬릿(Entrance slit), 출사 슬릿(Exit slit), 회절격자(diffracting grating), 회절차수간 중첩 방지를 위한 오더 소팅 필터(order sorting filter), 및 상기 회절 격자를 움직이기 위한 구동 장치로 구성되며, 광원으로부터의 입사광을 파장에 따라 공간적으로 분해하는 역할을 한다.
광속 분할 부(25)는 집속 미러(mirror 2), 광속 분할기(beam splitter), 및 집속 렌즈로 이루어지며 광원의 변화를 모니터링 하기 위해 사용된다.
검출 부(27)는 실제 측정을 위한 단색 광의 입사 강도를 측정하는 부분이다.
좀더 구체적으로, 광원 부(21)는 스테핑 모터(stepping motor)의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하는 구동부, 집속 미러(mirror 1), 및 두 개의 램프들을 포함한다.
광원 부(21)는 빛을 발하는 광원(즉, 램프)과 단색화 장치(20)의 입사 슬릿으로 빛을 모으는 초점 렌즈(lens 1)를 포함한다.
일반적으로 UV-Vis 흡광 분석 장치의 광원은 가시광 및 근적외선(NIR) 영역에서 사용되는 텅스텐-할로겐(tungsten-halogen) 램프, 및 근자외선 영역에서 사용 되는 중수소(deuterium)램프로 구분된다.
두 개의 램프들은 회전경에 의해 선택되며 스텝 모터에 의해 구동된다. 분광분석 장치의 경우, 사용되는 파장 영역이 크므로 색수차에 의한 영향이 크다. 따라서 대부분의 구성 요소들은 색수차를 가지지 않는 미러(mirror)를 이용하며, 렌즈는 검출기 또는 광원 등의 제한된 부분에 사용된다.
구면경의 크기는 단색화 장치(23)의 입력 F-수와 일치되도록 결정된다. 이것이 시스템 전체의 처리량(throughput)을 좌우하게 되며, 상기 F-수가 작을수록 입력에 대한 출력의 비가 크다. 시스템 전체의 상대적인 처리량(throughput)은 기하 (geometrical) etendue를 계산하여 얻을 수 있으며 이 양이 현저히 부족할 경우 집속 렌즈를 넣어 이를 증가시킬 수 있다. 미러(Mirror)의 개구비가 단색화 장치(23)의 F-수보다 작을 경우 빗나간 광(stray-light)의 원인이 되며, 그보다 작을 경우 시스템의 처리량이 작아진다.
구면경 및 렌즈의 곡률 반경은 입사 슬릿 면에 초점을 맺도록 되어있다. 렌즈는 최종 검출기에서의 강도가 문제될 경우 슬릿으로 결상되는 복사선속의 양을 증가시키기 위해 삽입하며 렌즈를 넣을 경우와 그렇지 않을 경우의 미러(mirror 1)의 곡률 반경은 각각 130mm, 90mm로 서로 다르다.
단색화 장치(23)는 단색광을 만들어내는 부분으로 입사 슬릿, 출사 슬릿, 회절격자(grating), 오더 소팅 필터(order sorting filter), 및 구동장치를 포함한다.
회절 격자는 프리즘, 회절 격자 등의 분산소자를 이용해 입력광을 분해하는 장치이다. 시스템의 분해능은 구별해 낼 수 있는 선스펙트럼의 최소 간격을 의미하며 단색화 장치(23)에 의해 결정되는데 이는 회절 격자의 분광(dispersion, 또는 reciprocal linear dispersion)과 슬릿 폭에 의해 좌우된다.
분광(Dispersion)이 8 nm/mm 일 경우 1nm의 분해능을 얻기 위해서는 1mm / 8mm = 125um의 슬릿을 필요로 한다. J-Y에 따르면, 높이 2mm, 폭 0.1mm의 입사 슬릿과 높이 2mm, 폭 0.15mm의 출사 슬릿을 사용할 경우의 밴드패스(bandpass)는 190 - 800nm에서 1nm, 900, 1100nm에서는 1.5nm, 1000nm에서는 3nm정도가 된다.
스테핑 모터를 사용한 구동 장치를 회절 격자의 회전축에 직접 연결할 경우 출력 파장은 회전 스텝 수에 대해 사인함수관계를 지닌다. 이를 이용해 스텝 수와 파장 관계를 계산하여 사용해 구동 모터의 회전 스텝 수와 출력 파장 간의 관계를 선형적으로 유지시킨다.
오더 소팅 필터는 회절 격자의 회절차수간의 스펙트럼의 중첩을 막기 위한 필터로서 특정 파장 이상만을 투과시키는 색유리(colored glass) 형태의 컷오프 필터(cut off filter)가 사용된다. 3차 회절 광은 그 강도가 매우 작으므로 2차 회절 광의 영향만 고려한다. 190nm의 2차 회절 광은 380nm(190nm×2)의 1차 회절 광과 중첩되어 나타나므로 380nm 이후부터는 중첩되어 나타나는 2차 회절 광을 막기 위해 필터를 사용해야만 한다(190nm 이하는 사실상 강도가 0이다). 어떤 필터의 사용영역은 a. 투과율이 일정량 보다 높고, b. 투과가 시작되는 파장(λ)의 두 배(2차 회절광이 발생하는 영역, ×2)까지로 결정된다.
이상적인 경우 고차 회절 광에 대한 고려만으로 만족스러운 결과를 얻을 수 있지만, 실제로는 파장 별로 광원의 강도에 따른 빗나간 광(stray-light)의 분포도 고려해야한다.
W 램프는 그 특성상 Vis-NIR영역의 강도가 매우 크다. 따라서 위와 같은 ㅍ필터 셋(filter set)을 사용할 경우 램프 교환 파장에서 W 램프를 쓸 때, 즉 W 램프의 강도가 매우 작은 영역에서 W 램프를 사용해 측정할 때, 측정 파장의 강도에 비해 상대적으로 슬릿(slit)으로 입사되는 에너지가 크므로 빗나간 광(stray-light)이 크게 증가한다. 따라서 측정된 투과율이 실제 값보다 높게 나오거나 S/N 비 감소로 측정치의 흔들림이 많아지게 된다.
이를 막기 위해 W 램프의 강도는 작지만 사용해야 하는 영역(340 - 420 nm 정도)에서는 Vis-NIR의 투과를 막고 해당 파장만 통과하는 필터를 사용한다.
한편 Wood's anormaly가 발생하는 810nm 영역은 GG455(filter 2), RG695(filter 3) 두 필터의 사용범위가 모두 포함하므로 램프 교환 파장의 설정에 맞추어 810nm에서 사용되는 필터(filter)에 중첩시켜 부착한다. 아래 조합에서는 필터A(filter A)가 대략 350-550nm의 상대적으로 광원의 강도가 작은 영역에서 사용되며 Vis-NIR 영역의 투과를 크게 줄여준다.
광속 분할부(beam split unit; 또는 광속 분할기; 25)는 측정에 사용되는 광선중 일부를 이용하여 광원, 전자부품, 온도, 습도 등 주변환경의 시간적 변화에 의한 드래프트 (drift)의 영향을 보정해 주기 위한 장치이다.
종전에는 상하 반사형의 광속 분할기를 이용하였으나 변경된 설계에서는 반 투과형 또는 polka dot형 분할기를 사용하도록 하였다. 미러(Mirror 2)에서 발생하 는 비점수차의 영향과 슬릿의 형태 때문에 시료부로의 입사빔의 모양이 상하로 크게 늘어나 있는데, 상하 반사형 광속분할기를 사용할 경우 위아래 부분을 제한해주어 입사빔의 왜곡을 감소시켜주는 효과가 있다.
비구면경(toroid)를 사용하고 슬릿의 높이를 작게 하여 원천적으로 시료부에서의 입사빔의 크기를 작아지게 하였다. 따라서 반 투과형 분할기의 사용이 가능하고 슬릿 높이가 작아지는데 따른 입사강도의 감소는 콘덴싱(condensing) 렌즈를 사용하여 보상하도록 하였다.
광속 분할기의 설치각도가 커짐에 따라 프레넬 반사법칙에 의해 투과, 반사광의 편광특성이 변화하므로 입사각이 작을수록 편광특성을 피하는데 유리하다. 그러나 회절격자에서 일차적인 편광이 일어난 상태이므로 설치각도는 크게 고려하지 않았다.
광속 분할기(25)를 통과한 빔은 시료부의 셀 중심위치에 결상하게 된다. ㅁ미러(mirror 1)의 배율이 1.8정도 이므로 상의 크기는 슬릿 길이의 약 2배 가까이 되나 광속 분할기에서 상하 부분이 잘리므로 상의 형태는 상하 12mm 길이에 폭은 1.5mm 정도이다. 변경된 설계의 경우 미러(mirror 1)에 비구면경(toroid)을 사용하여 시료면에서의 상의 길이는 출사 슬릿 높이의 1.8배(예컨대, 5mm 입사 슬릿의 경우 9mm) 정도로 작다.
광검출기는 실리콘 포토다이오드를 사용하고 있는데 모델은 Hamamatsu사의 S1336-8BQ와 S1337-66BQ이다. 이 모델의 사용 가능 파장영역은 190-1100이고 수광부의 크기는 5.8×5.8인데 시료를 투과한 광선을 수광부로 집속시키기 위해서 mirror 3을 사용하며 변경된 설계의 경우 집속 소자로서 렌즈(lens 3)를 사용한다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위치 조절 가능한 셀 가이드를 포함하는 분광 광도 시스템의 블록 도를 나타낸다.
Claims (1)
- 다수개의 측정 셀들 중에서 제1셀이 분광 광고계의 시료 부의 셀 가이드 위에 놓이는 단계;위치 감지 센서를 이용하여 상기 제1셀의 위치를 감지하고, 감지 결과에 따른 위치 감지 신호를 출력하는 단계;마이크로 프로세서가 상기 감지 신호에 응답하여 상기 시료부의 상기 셀 가이드의 위치를 보정하는 단계; 및광속 분할기로부터 출력된 빛을 이용하여 상기 제1셀에 포함된 용액을 측정하는 단계를 포함하는 위치 보정 가능한 시료 부를 포함하는 분광 광도계를 이용한 측정 방법.
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2007
- 2007-12-31 KR KR1020070141209A patent/KR20090073302A/ko not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |