KR20120072264A - 마이크로 입자의 크기 측정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용액 내에 분산되어 있는 마이크로 입자들의 평균 크기를 용이하게 측정할 수 있도록 한 마이크로 입자의 크기 측정 방법에 관한 것으로, 마이크로 입자가 분산되어 있는 매질의 소광 스펙트럼을 측정하는 단계; 및 측정한 상기 소광 스펙트럼과 Mie 산란이론을 이용하여 상기 마이크로 입자의 평균 크기를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 입자의 크기 측정 방법 및 장치{METHOD FOR MEASURING THE SIZE OF MICROPARTICLES AND APPARATUS THEREOF}

본 발명은 마이크로 입자의 크기 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 용액 내에 분산되어 있는 마이크로 입자들의 평균 크기를 용이하게 측정할 수 있도록 한 마이크로 입자의 크기 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로 입자라 함은 수용액이나 유기용제에 섞여 있는 1㎛에서 100㎛ 사이의 크기를 가지는 입자들을 말한다.

이러한 마이크로 입자로는 혈액 안에 들어 있는 적혈구, 백혈구 또는 혈소판 등과 같은 혈액세포군이나, 오줌, 타액 또는 척수액 등에 들어 있는 세포군, 맥주와 같은 발효식품에서의 효모군, 수용액 상에 들어 있는 박테리아군, 극소 플랑크톤, 주스, 케찹, 우유 등과 같은 현탁액 속에 들어 있는 세포와 불순물, 포유류의 생식 세포군, 불완전 용해된 혼탁액 속에 들어 있는 불순물, 수용액이나 용제에 섞여 있는 각종 금속 결정이나 비금속 결정 등을 들 수 있다.

이러한 용액 내에 분산되어 있는 마이크로 입자의 크기 측정은 물리, 화학적으로 매우 중요한 정보로 활용된다.

상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

본 발명은 Mie 산란이론과 분광기를 이용하여 마이크로 입자의 크기를 용이하게 측정할 수 있도록 한 마이크로 입자의 크기 측정 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 마이크로 입자의 크기 측정 방법은, 마이크로 입자가 분산되어 있는 매질의 소광 스펙트럼을 측정하는 단계; 및 측정한 상기 소광 스펙트럼과 Mie 산란이론을 이용하여 상기 마이크로 입자의 평균 크기를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 마이크로 입자의 평균 크기를 측정하는 단계는 상기 소광 스펙트럼로부터 소광효율의 최대값과 최소값을 획득하는 단계; 및 상기 소광효율의 최대값과 최소값을 상기 Mie 산란이론에 대응시켜 마이크로 입자의 크기를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 마이크로 입자의 크기 측정은 상기 소광 스펙트럼으로부터 획득한 소광효율의 최대값 및 최소값과, 상기 Mie 산란이론에서 크기 파라미터를 조절하여 계산된 소광효율의 최대값 및 최소값의 비교를 통해 상기 마이크로 입자의 크기를 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 소광 스펙트럼은 적어도 두 개 이상의 국소적인 최대값과 최소값을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 매질로는 물과 버퍼(buffer)를 포함하는 액체, 공기(air)와 유리(silica)와 중합체(polymer)를 포함하는 기체, 고체 중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 마이크로 입자는 유리(silica)와 폴리스티렌(polystyrene)을 포함하는 유전매질, 금과 은을 포함하는 금속입자 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 의한 마이크로 입자의 크기 측정 장치는, 마이크로 입자들이 분산되어 녹아 있는 매질을 담는 셀; 상기 셀로 광원을 입사시키는 백색광원; 및 상기 백색광원의 광원 입사에 의한 상기 셀의 소광 스펙트럼을 측정하고, 측정한 상기 소광 스펙트럼과 Mie 산란이론을 이용하여 소광효율의 최대값과 최소값을 획득하기 위한 분광기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 Mie 산란이론과 분광기를 이용하여 용액에 분산되어 녹아 있는 마이크로 입자의 크기를 용이하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자의 크기 측정 방법과 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 소광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자의 크기 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자의 크기 측정 방법과 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 소광 스펙트럼을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자의 크기 측정 장치는 셀(cuvette cell, 210)과 백색광원(white light, 220)과 분광기(spectrometer, 230)를 포함한다.

셀(210)에는 측정하고자 하는 마이크로 입자들이 분산되어 녹아 있는 용액이 담겨 진다.

백색광원(220)은 마이크로 입자들이 분산되어 녹아 있는 용액을 담고 있는 셀(210)에 광원을 입사한다.

분광기(230)는 셀(210)에 담겨 있는 시료의 분석기기로서, 광원 입사에 의한 마이크로 입자가 분산되어 있는 용액의 소광 스펙트럼(extinction spectrum, 240)을 검출한다.

이렇게 분광기(230)를 이용하여 측정 시료로부터 얻어지는 시료 스펙트럼(sample spectrum)과 기준 시료로부터 얻어지는 기준 스펙트럼(reference spectrum)을 이용하여 Beer-Lambert 법칙에 따라 광밀도(OD:optical density) 값을 측정한다.

그리고 광밀도를 입사광의 파장에 따른 소광효율(Q_EXT: extinction efficiency)로 표현한다.

도 2를 참고하면, 소광 스펙트럼(240)은 최대값과 최소값을 갖는 간섭패턴(interference pattern)을 보인다.

또한 y-축에 나타낸 광밀도(optical density)는 Beer-Lambert법칙에 따라 계산된 소광효율의 값이며, 이의 offset값은 용액의 몰 농도(molar concentration)에 따라 달라지게 된다.

아래의 수학식은 Mie 산란이론에 따른 소광효율을 계산하기 위한 식이다.

수학식을 참조하면, 소광효율 Q_EXT는 산란계수 a_n, b_n과 파장λ혹은 파수벡터 k, 그리고 마이크로 입자의 반지름 a로부터 계산이 가능하다.

여기서, x와 m은 각각 파장에 따른 크기 파라미터(size parameter)와 주변 매질에 대한 마이크로 입자의 굴절률 혹은 분산식(dispersion relation)의 비(ratio)를 나타내고, j_n(x), h⁽¹⁾ _n(x)는 각각 Riccati-Bessel 함수와 Riccati-Hankel 함수를 나타낸다.

파장에 따른 소광효율의 최대값과 최소값은 마이크로 입자와 용액의 굴절률을 알면 입자의 크기 a에 정확히 대응하게 된다.

따라서, Mie 산란이론에 따른 소광효율을 계산하기 위한 수학식에서 크기 파라미터 x를 조절하여 계산되는 소광효율의 최대값과 최소값을 실험 값에 대응시키면 마이크로 입자의 크기 a를 측정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자의 크기 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3을 참고하면, 먼저 셀(210)에 광을 입사시켜 분광기(230)를 통해 마이크로 입자가 분산되어 있는 용액의 소광 스펙트럼(extinction spectrum, 240)을 검출한다(S1).

이어서, 검출한 소광 스펙트럼으로부터 소광효율의 최대값, 최소값을 획득한다(S2).

소광 스펙트럼은 통상 광밀도(Opical Density, OD 값)로 표시되는데, 소광효율(extinction coefficient Q_ext)은 OD 값과 OD=Q_ext*n*d의 관계에 있다. 여기서 n은 입자 갯수의 밀도(number density), d는 광로(light path)의 길이이다(즉 cell의 두께에 해당한다).

다음으로, 소광 스펙트럼으로부터 획득한 소광효율의 최대값 및 최소값과, Mie 산란이론에서 크기 파라미터를 조절하여 계산된 소광효율의 최대값 및 최소값 비교를 통해 마이크로 입자의 평균 크기를 계산한다(S3).

이와 같이 본 발명은 Mie 산란이론과 분광기를 이용하여 용액에 분산되어 녹아 있는 마이크로 입자의 크기를 용이하게 측정할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

210 : 셀 220 : 백색광원
230 : 분광기 240 : 소광 스펙트럼

Claims (7)

1. 마이크로 입자가 분산되어 있는 매질의 소광 스펙트럼을 측정하는 단계; 및
   측정한 상기 소광 스펙트럼과 Mie 산란이론을 기반으로 상기 마이크로 입자의 평균 크기를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 입자의 크기 측정 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 입자의 평균 크기를 측정하는 단계는
   상기 소광 스펙트럼로부터 소광효율의 최대값과 최소값을 획득하는 단계; 및
   상기 소광효율의 최대값과 최소값을 상기 Mie 산란이론에 대응시켜 마이크로 입자의 크기를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 입자의 크기 측정 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 마이크로 입자의 크기 측정은
   상기 소광 스펙트럼으로부터 획득한 소광효율의 최대값 및 최소값과, 상기 Mie 산란이론에서 크기 파라미터를 조절하여 계산된 소광효율의 최대값 및 최소값 비교를 통해 상기 마이크로 입자의 크기를 계산하는 것을 특징으로 하는 마이크로 입자의 크기 측정 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 소광 스펙트럼은
   적어도 두 개 이상의 국소적인 최대값과 최소값을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 입자의 크기 측정 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 매질로는
   물과 버퍼(buffer)를 포함하는 액체, 공기(air)와 유리(silica)와 중합체(polymer)를 포함하는 기체, 고체 중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로 입자의 크기 측정 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 입자는
   유리(silica)와 폴리스티렌(polystyrene)을 포함하는 유전매질, 금과 은을 포함하는 금속입자 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로 입자의 크기 측정 방법.
   
7. 마이크로 입자들이 분산되어 녹아 있는 매질을 담는 셀;
   상기 셀로 광원을 입사시키는 백색광원; 및
   상기 백색광원의 광원 입사에 의한 상기 셀의 소광 스펙트럼을 측정하고, 측정한 상기 소광 스펙트럼과 Mie 산란이론을 이용하여 소광효율의 최대값과 최소값을 획득하기 위한 분광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 입자의 크기 측정 장치.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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