KR20110046179A - Portable GCMS for Real-Time Volatile Organic Compounds Monitoring - Google Patents
Portable GCMS for Real-Time Volatile Organic Compounds Monitoring Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110046179A KR20110046179A KR1020090103053A KR20090103053A KR20110046179A KR 20110046179 A KR20110046179 A KR 20110046179A KR 1020090103053 A KR1020090103053 A KR 1020090103053A KR 20090103053 A KR20090103053 A KR 20090103053A KR 20110046179 A KR20110046179 A KR 20110046179A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gcms
- portable
- volatile organic
- real
- vacuum
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
- G01N30/72—Mass spectrometers
- G01N30/7206—Mass spectrometers interfaced to gas chromatograph
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
- G01N30/72—Mass spectrometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/88—Integrated analysis systems specially adapted therefor, not covered by a single one of the groups G01N30/04 - G01N30/86
- G01N2030/8881—Modular construction, specially adapted therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 대기 중 휘발성 유기 화합물을 극미량까지 실시간으로 정성, 정량 분석 할 수 있는 휴대형 가스크로마토그래프-질량분석기에 관한 것으로, 현장에서 실시간으로 대기 중 휘발성 유기 화합물을 직접 샘플링하여 분석할 수 있도록 소형, 경량화 및 소모품을 최소화한 휴대형 가스크로마토그래프-질량분석기에 관한 것이다.The present invention relates to a portable gas chromatograph-mass spectrometer capable of qualitatively and quantitatively analyzing volatile organic compounds in the atmosphere up to a trace amount in real time. The present invention relates to a portable gas chromatograph-mass spectrometer with light weight and minimal consumables.
일반적으로 가스크로마토그래프-질량분석기(Gas Chromatograph-Mass Spectrometer; 이하, ‘GCMS’라 함)는 기화될 수 있는 성분들을 시간에 따라 분리, 분석하는 기술이다. 이러한 GCMS와 마찬가지로 휴대형 GCMS는 기본 구성은 가스크로마토그래프부와 질량분석부로 이루어진다.In general, Gas Chromatograph-Mass Spectrometer (hereinafter, referred to as 'GCMS') is a technique for separating and analyzing components that can be vaporized over time. Like the GCMS, the portable GCMS has a gas chromatograph and a mass spectrometer.
미국특허번호 제5,426,300호(Portable GCMS System Using Getter Pump)에서는 기체크로마토그래프와 맴브레인 인터페이스 된 진공 챔버로 구성되며, 이 진공 챔버에는 게터 펌프와 질량분석기가 포함된 휴대형 분석 모듈과 서비스 모듈에 대 한 장치를 개시 하였다. 진공 챔버의 고진공 유지를 위하여 챔버 내 사용된 비증발성 게터 펌프와 게터 펌프의 보조 펌프로서 이온 게터 펌프를 사용하였으며, 서비스 모듈은 휴대형 분석 모듈의 초기 고진공을 형성하기 위한 모듈로 고진공을 위한 터보 펌프 또는 확산 펌프와 같은 고진공 용 펌프를 별로도 구성하고 있다. 휴대형 분석 모듈의 진공 챔버 내 고진공 유지를 위해 사용된 비증발성 게터 펌프는 비활성기체에 대해서는 배기능력이 없기 때문에 휴대형 분석 모듈로부터 잔여 비활성기체를 제거하기 위해 이온 게터펌프를 보조 펌프로 사용하여야 한다. 또한, 비증발성 게터 펌프는 일정 기간 사용하면 게터물질의 진공 챔버 내 잔여물의 흡착에 의해 펌핑 스피드가 나빠지며, 고진공 유지 펌프로서 수명이 끝나게 된다. 따라서 소모성이 강하며, 소모품으로 가격도 비싸며, 교체시마다 고진공을 만들기 위해 서비스 모듈이 별도로 필요하다. 휴대형 분석 장비 임에도 불구하고, 휴대형 분석 장비만한 서비스 모듈이 필수 옵션이 되며, 현장에 나갈 때마다 서비스 모듈로 고진공까지 진공 상태를 도달 시킨 후 나가야 하며, 진공도가 나빠졌을 경우 대처에 대한 불편함이 있다.U.S. Patent No. 5,426,300 (Portable GCMS System Using Getter Pump) consists of a vacuum chamber with a gas chromatograph and a membrane interface, which is a device for portable analysis and service modules with a getter pump and a mass spectrometer. Started. In order to maintain the high vacuum of the vacuum chamber, the ion getter pump was used as the auxiliary pump of the non-evaporable getter pump and the getter pump used in the chamber.The service module is a module for forming the initial high vacuum of the portable analysis module. High vacuum pumps such as diffusion pumps are also included. Since the non-evaporable getter pump used to maintain high vacuum in the vacuum chamber of the portable analysis module has no exhaust capacity for the inert gas, the ion getter pump should be used as an auxiliary pump to remove residual inert gas from the portable analysis module. In addition, when the non-evaporable getter pump is used for a certain period of time, the pumping speed becomes worse due to the adsorption of residues in the vacuum chamber of the getter material, and the life of the high vacuum maintenance pump ends. Therefore, it is very consumable, expensive as consumables, and a service module is required separately to make a high vacuum at every replacement. Although it is a portable analysis equipment, a service module that is only a portable analysis equipment becomes a mandatory option, and each time you go out to the field, you have to reach the high vacuum state with a service module and then go out. .
또한, 종래의 미국특허번호 제5,525,799호(Portable Gas Chromatograph Mass Spectrometer)에서도 기존의 휴대형 GCMS보다 간편하게 GCMS를 슈트케이스 안에 넣어 구성하였으나 질량 분석기를 포함하고 있는 진공 챔버 내 ion/sorption 펌프를 이용한 진공 시스템은 상기 기술한 한계점을 지니고 있다. In addition, in the conventional US Patent No. 5,525,799 (Portable Gas Chromatograph Mass Spectrometer), the GCMS is put in a suitcase more easily than a conventional portable GCMS, but a vacuum system using an ion / sorption pump in a vacuum chamber including a mass spectrometer It has the limitations described above.
미국특허번호 제6,351,983호(Portable Gas Chromatograph Mass Spectrometer for On-site Chemical Analyses)에서는 기본 구성이 laboratory-based type의 GCMS로, ~25kg 무게의 휴대형 GCMS를 개시하였다. 기체크로마토그래프부는 다시 GC 컬럼과 주입부로 나뉘는데, 마이크로실린지를 사용하여 주입 후 가열을 통해 샘플을 기화 시켜 컬럼을 통해 질량분석기로 주입시키는 방식이다. 질량분석기를 포함하고 있는 진공 챔버의 고진공을 위해 터보 펌프와 보조 펌프로 다이아프램 펌프를 사용하며, 시료 분석을 하지 않을 때는 진공 유지를 위해 이온화 펌프를 구성하였다. LED 디스플레이 패널을 본 장치에 장착하여 진공펌프, 히터, 밸브 등의 동작 상태를 보여주며, 노트북을 연결해서 튜닝, 히터, 펌프, 팬, 데이터 수집, 검색 등을 수행한다. 별도의 샘플 포집을 통하여 마이크로실리지로 샘플을 주입해야하는 샘플 주입부의 구성이 현장에서 실시간으로 휘발성 유기 화합물을 분석하는데 어려움이 있다.US Patent No. 6,351,983 (Portable Gas Chromatograph Mass Spectrometer for On-site Chemical Analyses) discloses a portable GCMS with a basic configuration of a laboratory-based GCMS, weighing ˜25 kg. The gas chromatograph unit is divided into a GC column and an injection unit again. The injection is performed using a micro syringe, and the sample is vaporized by heating and injected into the mass spectrometer through the column. A diaphragm pump is used as a turbo pump and an auxiliary pump for the high vacuum of the vacuum chamber including the mass spectrometer. An ionization pump is configured to maintain the vacuum when the sample is not analyzed. The LED display panel is mounted on the unit to show the operation status of vacuum pumps, heaters, valves, etc., and the laptop is connected to perform tuning, heaters, pumps, fans, data collection, and search. It is difficult to analyze the volatile organic compound in real time in the configuration of the sample injecting unit which needs to inject the sample into the microsilage through the separate sample collection.
상기 제시했던 종래기술에서는 질량분석부의 Mass filter 부분을 사중극자를 이용한 반면에 미국특허번호 제5,515,061호(Miniaturized Chromatograph Mass Spectrometer System)에서는 magnetic sector analyzer를 이용한 질량 분석기로 이루어졌으며, 시료 주입부와 GC 컬럼 모듈이 thermal zone안에 일체형으로 구성된 GCMS를 제시하였다. Magnetic sector analyzer가 포함된 진공 챔버의 진공유지를 위해 터보펌프와 기계식 펌프를 사용하였으며, 기존의 GCMS를 개선하여 농축 장치를 포함하여 다양한 시료 주입방법을 제시하였으나 2-way 또는 3-way 밸브만을 이 용하여 관로가 구성되어 특히, 농축장치를 이용한 시료 주입시 주입되는 모든 휘발성 유기 화합물의 분자량에 관계없이 단일 방향으로 주입되고 주입된 방향대로 농축장치에서 배출되므로 가스크로마토그래프 또는 질량분석기로의 주입시 주입되는 시료의 주입 focusing이 전혀 이루어지지 않는다. 또한, GC 컬럼이 오븐 안에 들어 있기 때문에 전력 소모 및 소형화에 한계가 있다. In the above-described conventional technology, the mass filter portion of the mass spectrometer is used as a quadrupole, while in US Patent No. 5,515,061 (Miniaturized Chromatograph Mass Spectrometer System), the mass spectrometer is used as a magnetic sector analyzer. The module presented an integrated GCMS in the thermal zone. Turbo pumps and mechanical pumps were used to maintain the vacuum in the vacuum chamber including the magnetic sector analyzer, and various sample injection methods including the concentrator were proposed by improving the existing GCMS, but only 2-way or 3-way valves were used. Injecting into gas chromatograph or mass spectrometer because it is composed of a conduit, and especially, it is injected in a single direction regardless of the molecular weight of all volatile organic compounds injected during sample injection using the concentration device and discharged from the concentration device in the injected direction. No injection focusing of the sample is done. In addition, since the GC column is in the oven, there is a limit in power consumption and miniaturization.
따라서 대기 중 휘발성 유기 화합물을 극미량까지 현장에서 실시간으로 정성·정량 분석하기 위해서는 충분한 성능은 물론, 내구성이 강하며, 편리하고, 관리 유지하는데 어려움이 없는 소형·경량화 된 휴대형 GCMS의 개발이 요구되고 있다.Therefore, in order to qualitatively and quantitatively analyze volatile organic compounds in the air in real time in the field, it is required to develop a compact and lightweight portable GCMS that is not only sufficient performance, but also durable, convenient, and easy to maintain and maintain. .
따라서 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해소하면서 대기 중 휘발성 유기 화합물을 현장에서 실시간으로 샘플링하여 극미량까지 정성, 정량 분석하기 위한 현장 적용성 휴대형 GCMS를 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a field-applicable portable GCMS for qualitatively and quantitatively analyzing trace amounts of volatile organic compounds in the field in real time while solving the above problems.
본 발명에 따른 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS는Portable GCMS for real-time monitoring of volatile organic compounds according to the present invention
휘발성 유기 화합물이 주입되는 샘플링 장치, 소형 가스크로마토그래프 모듈 및 상기 가스 크로마토그래프 모듈의 운반기체를 공급하는 질소 공급원을 포함하는 GC부(Gas Chromatograph);A gas chromatograph (GC) including a sampling device into which a volatile organic compound is injected, a small gas chromatograph module, and a nitrogen source for supplying a carrier gas of the gas chromatograph module;
진공 시스템에 의해 진공이 유지되는 진공 챔버와 상기 진공 챔버에 포함되는 사중극자 질량 분석기를 포함하는 MS부(Mass Spectrometer);A mass spectrometer (MS) including a vacuum chamber in which a vacuum is maintained by a vacuum system and a quadrupole mass spectrometer included in the vacuum chamber;
상기 GC부와 MS부를 연결하는 GCMS 인터페이스; 가 일체로 구성된다. A GCMS interface connecting the GC unit and the MS unit; Is configured integrally.
한편, 상기 샘플링 장치는 탄소나노튜브-금속 나노 복합체로 이루어진 흡착제를 포함하는 대기시료 농축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the sampling device is characterized in that it comprises an atmospheric sample concentrator comprising an adsorbent consisting of carbon nanotube-metal nanocomposite.
이때, 상기 샘플링 장치는 교체삽입이 가능한 샘플링 루프 또는 대기시료 농축기를 포함하는 것이 바람직하며 또한 상기 샘플링 장치는 유사개폐단속장치로서 관로 전환용 스위칭 밸브를 포함하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the sampling device includes a sampling loop or an atmospheric sample concentrator which can be replaced and inserted, and the sampling device preferably includes a switching valve for converting a pipeline as a pseudo switching device.
또 다른 한편, 상기 진공 시스템은 소형 터보 펌프와 소형 다이아프램 펌프를 포함하는 것이 바람직하다. On the other hand, the vacuum system preferably comprises a small turbopump and a small diaphragm pump.
또 다른 한편, 상기 질소 공급원은 휴대용으로 재충전할 수 있으며 상기 소형 가스크로마토그래프 모듈은 탈착 가능한 것을 특징으로 한다. On the other hand, the nitrogen source can be recharged portable and the small gas chromatograph module is removable.
본 발명에 따른 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS에는 2차 전지를 사용하는 자체 전원 공급 시스템 또는 내외부와 유무선 데이터 송수신이 가능하며 상기 GC부와 MS부의 데이터를 분석하기 위한 소형 컴퓨터 중 어느 하나 이상이 일체로 더 포함될 수 있다.The portable GCMS for real-time monitoring of volatile organic compounds according to the present invention has a power supply system using a secondary battery or wired / wireless data transmission and reception with internal and external, and any one or more of a small computer for analyzing data of the GC unit and the MS unit. This may be further included integrally.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS는 극미량 농도 범위까지 휘발성 유기 화합물을 현장에서 검출, 분류, 모니터링이 가능하다. As described above, the portable GCMS for real-time monitoring of volatile organic compounds according to the present invention can detect, classify and monitor volatile organic compounds in the field up to the extremely low concentration range.
따라서 환경 개선 효과로는 대기 중 유해성 물질의 실시간 현장 측정을 통해 오염원의 발생이나 배출정보를 더욱 자세히 알게 됨으로써 오염원의 진원지 파악 및 빠른 대처로 오염도를 최소화할 수 있으며, 미래의 중추 산업으로 육성되고 있는 바이오산업의 물질 분석 및 의료산업에서의 진단용 그리고, 군사용 화학제재나 생물학 제재 탐지용은 물론 반도체 관련 산업과 같은 첨단 산업 분야의 미량 공정유해 가스 및 반도체 제조 장비 내 오염원의 실시간 모니터링 분야와 비행기 테러나 금지 약물의 밀수 등에 탐지 검사할 수 있는 장비로 공항이나 항만 등에서 매우 효과적으로 활용될 수 있다.Therefore, the environmental improvement effect is to know in detail the generation or emission information of pollutants through real-time on-site measurement of harmful substances in the air, thereby minimizing the pollution level by identifying the source of pollutant sources and responding quickly, and fostering the future as a backbone industry. Real-time monitoring of pollutants in micro-hazardous gases and semiconductor manufacturing equipment in advanced industries such as semiconductor-related industries, as well as in the analysis of biomaterials and in the medical industry, in the detection of military chemicals and biological materials, This equipment can detect and check the smuggling of prohibited drugs and can be used very effectively in airports and harbors.
이하, 상기한 바와 같은 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS(10)를 첨부된 도면을 참조로 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.Hereinafter, the
본 발명의 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS(10)는 아래의 설명으로부터 명확하게 될 것이다.The portable GCMS 10 for real time volatile organic compound monitoring of the present invention will be apparent from the description below.
도 1은 본 발명에 따른 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS(10)의 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS(10)를 개략적으로 도시한 평면도이다.1 is a block diagram of a
본 발명에 따른 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS(10)는 The portable GCMS 10 for real-time monitoring of volatile organic compounds according to the present invention
휘발성 유기 화합물이 주입되는 샘플링 장치(22), 소형 가스크로마토그래프 모듈(21) 및 상기 가스 크로마토그래프 모듈의 운반기체를 공급하는 질소 공급원(23)을 포함하는 GC부(Gas Chromatograph)(11); 진공 시스템(32)에 의해 진공이 유지되는 진공 챔버(31)와 상기 진공 챔버(31)에 포함되는 사중극자 질량분석기(34)를 포함하는 MS부(Mass spectrometer)(13); 상기 GC부(11)와 MS부(13)를 연결하는 GCMS 인터페이스(12); 2차 전지를 사용하는 자체 전원 공급 시스템(40); 및 내외부와 유무선 데이터 송수신이 가능하며 상기 GC부(11)와 MS부(13)의 데이터를 분석하기 위한 소형 컴퓨터(53)를 일체로 포함하는 구성이다.A gas chromatograph (11) including a sampling device (22) into which a volatile organic compound is injected, a small gas chromatograph module (21), and a nitrogen source (23) for supplying a carrier gas of the gas chromatograph module; A mass spectrometer (13) comprising a vacuum chamber (31) in which a vacuum is maintained by the vacuum system (32) and a quadrupole mass spectrometer (34) included in the vacuum chamber (31); A
상기 샘플링 장치(22)는 휘발성 유기 화합물이 주입되는 구성으로 교체 삽입 할 수 있는 샘플링 루프(Sampling loop) 및/또는 대기시료 농축기(Preconcentrator)를 포함하고 있어 목적으로 하는 휘발성 유기 화합물의 농도 및 특징에 따라서 선택적으로 샘플링이 가능 하다. 또한 유사개폐단속장치로서 관로 전환용 스위칭 밸브를 이용하여 조절하는 것을 특징으로 한다. The
이때 상기 샘플링 장치(22)의 상기 대기시료 농축기(Preconcentrator)는 탄소나노튜브-금속 나노 복합체로 이루어진 흡착제를 포함함으로써 탄소나노튜브-금속 나노 복합체를 응용하여 현장에서 대기 중 휘발성 유기 화합물의 직접 샘플링과 동시에 고 농축효과를 내는 것이 바람직하다. 상기 흡착제로 사용되는 카본 나노튜브-금속 나노 복합체로는 미국 특허번호 US 7,217,311(Method of Producing Metal Nanocomposite Powder Reinforced with Carbon Nanotubes and the Powder Prepared Thereby) 및 한국 공개특허 10-2005-0012556(카본 나노튜브가 강화된 금속 나노복합분말 및 그 제조방법)에 개시된 것을 사용할 수 있다.At this time, the atmospheric sample concentrator (preconcentrator) of the
상기 질소 공급원(23)은 상기 소형 가스크로마토그래프 모듈(21)의 상기 샘플링 루프 또는 대기시료 농축기를 통해 주입된 휘발성 유기 화합물의 운반기체로서 질소가 공급되는 구성으로 휴대용 캐니스터에 100 - 150 psi의 질소를 충전시켜서 장착할 수 있도록 설계되었으며, 장비 동작 시 많이 사용되는 운반기체를 현장에서 휴대용으로 소모품화 되는 것을 방지하기 위해 운반기체 카트리지를 통해 재충전형으로 사용될 수 있도록 하였다. 또한, 실외 현장이 아닌 실내에서 고순도 질소 공급이 가능한 경우 고순도 질소를 직접 공급 받을 수도 있다. The
샘플링 장치(22)의 샘플링 루프 또는 대기시료 농축기를 통해 주입된 휘발성 유기 화합물은 소형 가스크로마토그래프 모듈(21)을 통과하게 되는데, 상기 소형 가스크로마토그래프 모듈(21)은 기존 가스크로마토그래프의 대부분을 차지하는 컬럼의 오븐을 없애고, capillary 컬럼과 capillary 컬럼의 온도를 승온 시키기 위한 열선을 함께 균일하게 감아서 모듈화하였으며, capillary 컬럼의 분리 능력을 그대로 유지하면서 부피를 크게 줄이고, 컬럼 모듈의 중심에 온도 센서가 삽입되어 소형 가스크로마토그래프 모듈(21)의 온도를 정확히 측정하며, 소형 가스크로마토그래프 모듈(21)의 냉각을 위한 팬이 함께 장착되어 있다. 간단한 소형 가스크로마토그래프 모듈(21)은 capillary 컬럼의 오랜 사용 또는 분석하고자하는 물질의 휘발성 유기 화합물의 특징에 따라서 capillary 컬럼의 사용이 달라지므로 소형 가스크로마토그래프 모듈(21) 자체만 별도로 본 발명의 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS(10)로부터 분리할 수 있다.The volatile organic compound injected through the sampling loop or the atmospheric sample concentrator of the
상기 샘플링 장치(22), 소형 가스크로마토그래프 모듈(21), 질소 공급원(23) 및 샘플링을 위한 소형 다이아프램 펌프(32b)와 유량제어장치(미도시)등을 포함하는 GC부(Gas Chromatograph)(11) 기는 150 × 150 × 100 mm 이며, 무게는 3 kg 이하로 소형 가스크로마토그래프 모듈(21)의 온도 제어, 팬, 히터, 그리고 샘플링 장치(22)의 온도 제어, 관로 전환용 스위칭 밸브 및 2-way 그리고 3-way 밸브, 대기 중 휘발성 유기 화합물을 현장에서 샘플링 하는데 필요한 소형 다이아프램 펌 프(32b), 휘발성 유기 화합물이 질량분석기(34)로 주입되기 전까지 관로내의 응축을 막기 위한 히터 동작 등 GC부(11)는 GC부 제어 장치(51)에서 자동으로 제어한다. Gas Chromatograph (GC) including the
후술할 MS부(13)와 상기 GC부(11)를 연결하는 GCMS 인터페이스(12)는 대기압인 소형 가스크로마토그래프 모듈(21)과 10-6 torr의 고진공인 진공 챔버(31) 사이에 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질의 반투과성 막을 사용하여 진공 챔버(31)의 고진공을 유지하였으며, 반투과성 막이 소형 사중극자 질량분석기(34)의 시료 도입과정에서 100배 이상의 휘발성 유기 화합물의 농축효과 갖기 때문에 현장에서 실시간으로 휘발성 유기 화합물의 검출 한도를 더 낮춰 극미량의 농도까지 측정이 가능하도록 하였다.The
상기 진공 챔버(31)는 상기 질량분석기(34)를 포함하며, GCMS 인터페이스(12)를 통과하여 상기 사중극자 질량분석기(34)의 시료 도입부에 주입된 휘발성 유기 화합물은 진공 챔버(31) 내에서 전자충격에 의해서 이온화되고, 발생된 이온은 4중극 필터를 통과하여 각 질량에 따라 이온을 측정하여 휘발성 유기 화합물의 분자량과 구조에 대한 정보를 얻게 된다.The
상기 진공 시스템(32)은 항상 고진공을 유지해야 하는 상기 진공 챔버(31)의 고진공을 유지하기 위해 소형 터보 펌프(32a)와 소형 터보 펌프(32a)의 보조 펌프 로 소형 다이아프램 펌프(32b)를 사용한다. 상기 진공 시스템(32)은 본 발명의 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS(10)와 일체형이다. 따라서 질량분석기(34)는 질량분석기(34)가 포함된 진공 챔버(31)의 크기가 190 × 360 × 120 mm 이며, 진공 시스템(32)을 포함한 전체 무게는 약 6.0 kg 이다. 진공 시스템(32)에 사용된 터보 펌프는 다른 고진공 펌프에 비해 작동의 시작 및 종료의 과정이 단순하고, 빠르며, 오염에도 잘 견딘다. 그리고 유지 보수가 간편하며, 매개체가 오염될 염려가 없다. 대신 약간의 진동이 있으나 문제가 되면 vibration isolator를 설치하면 어느 정도 줄일 수 있다. 또한 터보 펌프 사용 시 기계적 펌프가 필요한데, 여기서는 소형 다이아프램 펌프(32b)를 사용하였으며, 다이아프램 펌프는 공기, 중성가스, 약간의 부식성 가스의 흡입, 이송, 압축을 필요로 하는 분야 쓰이며, 특히 크기가 작아 이동이 간편하다. 진공 시스템(32)에 소형 터보 펌프(32a)와 소형 다이아프램 펌프(32b)의 도입으로 장비의 경량화와 소모성 펌프에 의한 유지 관리 보수의 소모품 비용에 대한 경제성이 고려되었다.The
본 발명의 제어 시스템은 크게 GC부 제어 장치(51)와 MS부 제어 장치(52)로 구성되는데, 상기에서 기술한 바와 같이 GC부 제어 장치(51)는 휘발성 유기 화합물의 실시간 샘플링에서부터 GCMS 인터페이스(12)까지 자동 제어를 하며, 진공 시스템(32)을 포함하여 사중극자 질량분석기(34)의 동작에 대한 제어는 MS부 제어 장치(52)를 통해 자동 제어된다. The control system of the present invention is largely composed of the GC
상술한 소형 컴퓨터(53)는 실시간 제어 및 분석을 편리하고, 용이하도록 하 기 위해 본체에 탑재된다. 상기 GC부 제어 장치(51)와 MS부 제어 장치(52)사이의 데이터 전달체계는 RS 422 이며, GC부 제어 장치(51)는 MS 제어 장치를 통해 소형 컴퓨터(53)와 모든 데이터를 주고받는다. MS 제어 장치는 탑재된 소형 컴퓨터(53)와 USB 통신을 통해 장비를 제어 또는 장비로부터 필요한 데이터를 수집하게 된다. 따라서 본 발명의 장비 본체에 탑재된 271 × 205 × 27 mm 크기이며, 1.25 kg 무게로 windows XP 기반에 touch screen 타입의 소형 컴퓨터(53)는 장비 구동용 소프트웨어와 분석용 소프트웨어를 포함하여 현장에서 사용자가 실시간으로 분석하고, 파일 작성 할 수 있도록 되어 있다.The above-described
상기 자체 전원 공급 시스템(40)은 상기 구성의 동작을 위한 전원으로서 현장 분석시 사용된다. 사용된 전지 충전 가능한 2차 전지이면 어느 것이든 무방하나 본 발명에서는 200 × 52 × 45 mm 크기이며, 1.7 kg 무게의 리튬폴리머 전지로 cell 당 전압이 3.7 Volt인 것을 6개 직렬로 구성하여, 보통상태에서 22.2 Volt, 10600 mAh로 휴대형 GCMS(10)가 현장에서 실시간으로 2시간 이상 배터리를 이용하여 구동이 가능하도록 하였다. The self
본 발명은 현장에서 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS(10)를 소형, 경량화 및 소모품 발생을 최대한 줄이며, 휴대가 가능하여 신속한 현장 이동과 정량·정성분석이 용이하도록 하였다.The present invention is a portable GCMS (10) for real-time monitoring of volatile organic compounds in the field to reduce the small size, light weight and the generation of consumables as much as possible, and to be portable, so as to facilitate rapid field movement and quantitative and qualitative analysis.
도 1은 본 발명에 따른 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS의 블록도.1 is a block diagram of a portable GCMS for real-time volatile organic compound monitoring according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 실시간 휘발성 유기 화합물 모니터링을 위한 휴대형 GCMS의 평면도.2 is a plan view of a portable GCMS for real-time volatile organic compound monitoring according to the present invention.
**** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ******** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ****
10 : 휴대형 GCMS 11 : GC부10: portable GCMS 11: GC part
12 : GCMS 인터페이스 13 : MS부12: GCMS interface 13: MS unit
21 : 소형 가스크로마토그래프 모듈 22 : 샘플링 장치21: small gas chromatograph module 22: sampling device
23 : 질소 공급원 23: nitrogen source
31 : 진공 챔버 32 : 진공 시스템31: vacuum chamber 32: vacuum system
32a : 소형 터보 펌프 32b : 소형 다이아프램 펌프32a:
33 : 진공 게이지 34 : 질량분석기33: vacuum gauge 34: mass spectrometer
40 : 자제 전원 공급 시스템40: Scion Power Supply System
51 : GC부 제어 장치 52 : MS부 제어 장치 51: GC unit control unit 52: MS unit control unit
53 : 소형 컴퓨터 53: small computer
Claims (7)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090103053A KR101345759B1 (en) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Portable GCMS for Real-Time Volatile Organic Compounds Monitoring |
PCT/KR2010/001977 WO2011052863A1 (en) | 2009-10-28 | 2010-03-31 | Portable gcms for monitoring a volatile organic compound in real-time |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090103053A KR101345759B1 (en) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Portable GCMS for Real-Time Volatile Organic Compounds Monitoring |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110046179A true KR20110046179A (en) | 2011-05-04 |
KR101345759B1 KR101345759B1 (en) | 2014-01-03 |
Family
ID=43922280
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090103053A KR101345759B1 (en) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Portable GCMS for Real-Time Volatile Organic Compounds Monitoring |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101345759B1 (en) |
WO (1) | WO2011052863A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102169395B1 (en) * | 2020-06-29 | 2020-10-23 | 심석원 | A method for measuring environmental pollutants with improved repeatability |
KR102169404B1 (en) * | 2020-06-29 | 2020-10-23 | 장동규 | Portable real-time environmental pollutant measurement system |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103884820A (en) * | 2014-04-09 | 2014-06-25 | 杜晨林 | Portable comprehensive quick detection device |
CN105675745A (en) * | 2016-01-08 | 2016-06-15 | 清华大学 | Device and method for quantitative measurement of human body emitted volatile organic compounds |
USD834433S1 (en) | 2017-06-13 | 2018-11-27 | Flir Detection, Inc. | Trace analysis instrument |
CN108333026A (en) * | 2018-04-03 | 2018-07-27 | 南京天成环境科技工程有限公司 | A kind of modular portable air distributing device and its air distributing method compared for volatile organic gases online monitoring instruments |
CN109725103A (en) * | 2019-01-11 | 2019-05-07 | 北京博赛德科技有限公司 | A kind of volatile organic matter on-line monitoring system |
CN110082423B (en) * | 2019-06-05 | 2024-03-19 | 江苏省环境科学研究院 | Quick sampling analysis device for soil gas in gas-coated zone |
CN113960230B (en) * | 2021-11-26 | 2023-05-30 | 天目湖先进储能技术研究院有限公司 | In-situ chromatographic analysis system for gas production analysis of battery |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5313061A (en) * | 1989-06-06 | 1994-05-17 | Viking Instrument | Miniaturized mass spectrometer system |
US5472670A (en) * | 1993-03-05 | 1995-12-05 | Ohio University | Gas chromatography sample injector and apparatus using same |
US5426300A (en) | 1993-09-17 | 1995-06-20 | Leybold Inficon, Inc. | Portable GCMS system using getter pump |
US5525799A (en) | 1994-04-08 | 1996-06-11 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Portable gas chromatograph-mass spectrometer |
US6351983B1 (en) * | 1999-04-12 | 2002-03-05 | The Regents Of The University Of California | Portable gas chromatograph mass spectrometer for on-site chemical analyses |
-
2009
- 2009-10-28 KR KR1020090103053A patent/KR101345759B1/en active IP Right Grant
-
2010
- 2010-03-31 WO PCT/KR2010/001977 patent/WO2011052863A1/en active Application Filing
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102169395B1 (en) * | 2020-06-29 | 2020-10-23 | 심석원 | A method for measuring environmental pollutants with improved repeatability |
KR102169404B1 (en) * | 2020-06-29 | 2020-10-23 | 장동규 | Portable real-time environmental pollutant measurement system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101345759B1 (en) | 2014-01-03 |
WO2011052863A1 (en) | 2011-05-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101345759B1 (en) | Portable GCMS for Real-Time Volatile Organic Compounds Monitoring | |
US9451364B2 (en) | Preconcentrating a sample in a preconcentrator evacuated to substantially the same pressure as an analytical device | |
US5313061A (en) | Miniaturized mass spectrometer system | |
CN100567975C (en) | Be used to detect the method and the measuring system of hazardous material | |
EP2260285B1 (en) | Hand-held trace vapor/particle detection system | |
US20200025717A1 (en) | Miniaturized pulsed discharge ionization detector, non-radioactive ionization sources, and methods thereof | |
CN101308125B (en) | Photoionization detector, gas-chromatography detection system and chromatographic detector method | |
EP0476062B1 (en) | Miniaturized mass spectrometer system | |
Kuribayashi et al. | VUV single-photon ionization ion trap time-of-flight mass spectrometer for on-line, real-time monitoring of chlorinated organic compounds in waste incineration flue gas | |
EP1668253B1 (en) | Detection of contaminants within fluid pumped by a vacuum pump | |
CN103415908A (en) | Evacuating a sample chamber | |
US10229824B2 (en) | Chemical analysis instrument with multi-purpose pump | |
US20110192215A1 (en) | Analytical System for In-Line Analysis of Post-Combustion Capture Solvents | |
JP6641218B2 (en) | Fuel hydrogen gas analyzer and analysis method | |
US8829425B1 (en) | Apparatus and methods for creating a vacuum in a portable mass spectrometer | |
US20120087834A1 (en) | Apparatus for synthesis and assaying of materials with temperature control enclosure assembly | |
JP4091977B2 (en) | Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry method | |
US10605791B2 (en) | Device for taking and analyzing a gaseous sample | |
CN113223923B (en) | Portable mass spectrometer and working method thereof | |
US20180197727A1 (en) | Chemical analyzer with membrane | |
Davey et al. | A membrane introduction mass spectrometer utilizing ion‐molecule reactions for the on‐line speciation and quantitation of volatile organic molecules | |
CN112951701B (en) | In-situ thermal desorption ionization source for mass spectrometry | |
JP2007149681A (en) | Gas inlet device in mass spectrometer | |
CN1856651A (en) | Detection of contaminants within fluid pumped by a vacuum pump | |
Nikolic et al. | SWIM: Progress Report on the Organics Detection from Water |
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: 20170907 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190909 Year of fee payment: 7 |