KR20140139741A - 시료 샘플링 장치, 시료 샘플링 방법 및 시료 샘플링 분석 시스템 - Google Patents
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Abstract
시료 샘플링 장치, 이를 이용한 시표 샘플링 방법 및 시료 샘플링 분석 시스템이 개시되어 있다. 시료 샘플링 장치는 트래핑 용액과 분석 시료를 제공받아 에어로졸 상태로 혼합 분사시키는 스프레이 유닛과, 상기 분석 시료에 포함된 분석 물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 1차 포집되도록 하는 공간을 제공하는 스프레이 챔버와, 상기 스프레이 챔버로부터 에어로졸 상태의 트래핑 용액과 상기 분석 시료를 제공받아 이를 혼합 접촉시켜 상기 스프레이 챔버에서 미 포집된 분석물질을 2차 포집하는 트래핑 튜브와, 상기 트래핑 튜브를 통해 상기 분석물질이 포집된 트래핑 용액을 수용하는 트래핑 용기와, 상기 트래핑 용기 내부로 퍼지가스를 제공하여 분석물이 포집된 트래핑 용액을 시료전달 라인을 통해 분석 유닛으로 제공도록 하는 시료 전달부를 포함하는 구성을 갖는다.
Description
본 발명은 시료 샘플링 장치, 시료 샘플링 방법 및 시료 샘플링 분석 시스템에 과한 것으로서, 보다 상세하게는, 공기 및 고순도 가스, 케미컬 가스 및 액체의 분석 시료 등에 포함되어 있는 분석물질을 보다 빠르게 정량 분석할 수 있도록 하는 시료 샘플링 장치 및 이를 이용한 시료 샘플링 방법 및 시료 샘플링 분석 시스템에 관한 것이다.
공기, 고순도 가스, 케미컬 가스 등에는 금속 및 금속 화합물들이 포함되어 있을 수 있는데, 이는 인체에 유해한 영향을 끼치는 등의 악영향이 있을 뿐만 아니라 금속 및 금속 화합물이 포함되어 있는 대기 또는 각종 가스가 실험이나 제조 현장에서 사용될 경우 실험 결과나 제조물의 상태가 불량해지게 되는 문제점을 유발시키게 된다.
특히, 반도체 제조 공정과 같이 매우 깨끗한 청정도를 유지해야 하는 환경에서는 제조환경의 공기 및 공정 가스 중에 포함되어 있는 극미량의 금속 및 금속 화합물들의 오염에 의해서 패턴 불량, 회로 단락과 같은 심각한 불량을 야기시킬 수 있다는 점이 잘 알려져 있다. 이와 같은 이유로 극미량 금속 및 금속 화합물들을 신속하게 모니터링하여 제조 환경 및 공정 가스 상태를 철저히 관리하여야 하나, 극미량 측정에 대한 기술적 한계와 경제적 측면 등의 문제점 때문에 현재 대기 및 및 공정 가스 중에서 금속 및 금속화합물들을 실시간 내지는 실시간에 거의 준하는 정도로 모니터링하는 장치는 전무한 상태이다.
종래 공기 중의 금속 및 금속 화합물 측정 기술로는 필터나 임핀져, 웨이퍼와 같은 수동 샘플을 통하여 오랜 시간을 샘플링한 후 전처리 과정을 거쳐 실험실에서 ICP-MS, AAS 등의 장비를 이용하여 측정하기 때문에 샘플링 후 데이터를 얻는 과정이 매우 오래 소요된다. 이러한 문제로 인하여 산업 현장이나 환경오염 모니터링에 적용하여 환경을 개선하거나 오염 방지 등을 미연에 대처할 수 없는 한계를 나타내고 있다.
특히, 종래의 포집방법은 공기 중에 포함되어 있는 금속 및 금속 화합물들은 매우 미량이기 때문에, 유의미한 실험 결과를 도출할 수 있을 만큼의 금속 및 금속 화합물들을 포집하기 위해서는 24 ~ 96시간 정도의 매우 긴시간 동안 포집이 이루어져야만 하는 문제점이 있다. 이러한 포집 과정은 물론, 포집된 필터 등을 분석하기 위하여 복잡한 전처리 과정을 거쳐야하기 때문에 많은 시간과 인력이 낭비되는 문제점 또한 있다. 또한, 장시간의 샘플링과 복잡한 전처리 과정 및 분석과정을 거치면서 샘플의 오염으로 인하여 데이터의 신뢰성에 큰 문제점을 지니고 있다. 뿐만 아니라 대체적으로 초극미량 시료 분석에 사용되는 HPIC, ICP-MS 등의 분석기가 고가의 장비이므로 실제 현장에 적용되는 방식은 여러 포인트에서 시료를 채취한 후 하나의 분석기로 시료를 전달하여 순차적으로 모니터링을 진행한다. 특히, 반도체나 디스플레이 제조 라인 규모가 커서 채취된 시료를 수십 ~수백 미터 떨어진 분석기까지 전달해야 하기 때문에 현장에서 쉽게 적용하기 어려운 문제점 또한 있다.
종래의 대기 중 금속 및 금속 화합물 측정 방법의 가장 치명적인 단점은 장시간 샘플링으로 인하여 신속한 모니터링이 불가능하다는 것이다. 반도체 클린룸과 같은 경우, FAB 농도를 관리나 황사와 같은 일반 환경의 대기질관리를 위해서 신속한 샘플링 및 측정, 즉 실시간 모니터링에 대한 필요성이 매우 높은데, 상술한 바와 같은 종래의 방법들은 이러한 실시간 모니터링이 불가능하다는 문제점이 있었다.
이러한 여러 문제점들을 해결하기 위한 많은 연구와 노력이 이루어져 왔는데, 그 중 하나의 기술인 기체 확산 디누더법의 경우, 가스 유량을 증가시켜 농축시킬 수 있으나 전처리 과정이 매우 복잡하며, 수 시간 샘플링이 이루어지기 때문에 측정 장소의 농도 변화를 실시간으로 측정하기 어렵다는 문제점을 가지고 있어, 상술한 바와 같은 문제점을 전혀 극복하지 못하고 있다.
한국특허출원 제10-1999-0005926호("기체확산 스크러버법", 이하 선행기술1)에서는 빠른 시간 내에 용액을 농축 할 수 있는 장점을 가지는 기술을 개시하고 있다. 그러나 상기 선행기술1의 경우, 측정 농도에 따라 포집 효율이 급변하며, 온도와 습도에 따라 측정 효율이 변화하는 등 다양한 환경 조건 등에 따라 변화하기 때문에 절대적으로 정량하기가 매우 어렵다. 또한 확산 스크러버를 통과하는 가스 유속에 따라 효율이 변화하기 때문에 저 유속으로 샘플링을 하여야만 하는 문제점이 있다. 또한 조건에 따라 효율이 일정하지 않기 때문에 기체 표준장치를 사용하여 수시로 검량해야 하는 문제점을 가지고 있다. 또한, 가스 시료의 경우 장거리를 이동할 시 추가 오염이나 손실 등의 문제가 있을 수 있고 시료 전달 관이 오염되면 세정(cleaning)이 어려워 관 자체를 교체해야 하는 문제점을 갖는다.
한국특허출원 제10-2002-0029197호("고효율 암모니아 가스 포집 방법 및 모니터링장치", 이하 선행기술2)에서는 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하여, 높은 효율로 암모니아 가스를 포집할 수 있을 뿐만 아니라 실시간으로 암모니아 가스의 양을 모니터링할 수 있는 장치를 개시하고 있다. 그런데, 상기 선행기술 2는 가스를 포집 샘플링하는 방법으로, 상온조건에서 상온 흡수액만을 이용하여 포집하나, 흡수액의 pH가 낮아서 산성 가스들의 포집이 어려문제점이 있다.
또한, 기존의 시료 분석 모니터링 장치가 반도체나 디스플레이 제조 라인에 적용될 경우 그 규모가 커서 채취된 시료를 수십 ~수백 미터 떨어진 분석기까지 전달해야 하는데 어려움이 있고, 가스 시료의 경우 장거리를 이동할 시 추가 오염이나 손실 등의 문제가 있을 수 있고 시료 전달 관이 오염되면 세정이 어려워 관 자체를 교체해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 스프레이와 트래핑 튜브를 적용하여 가스 또는 액체 상태의 분석 시료로부터 분석물질을 보다 효과적으로 실시간 포집할 수 있는 시료 샘플링 장치 및 이를 이용한 시료 샘플링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 이러한 문제점을 감안한 것으로서, 분석물의 샘플링 후 세정액을 트래핑 용기 내에 공급한 후 상기 세정액을 샘플링 장치의 분석물이 지나가는 라인들을 경유하여 외부로 배출(drain)시킴으로서 보다 효과적으로 상기 샘플링 장치의 오염 없이 2차 샘플링을 수행할 수 있는 시료 샘플링 장치를 및 이의 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 이러한 문제점을 감안한 것으로서, 상술한 샘플링 장치를 적용하여 분석 청정도를 유지할 수 있는 동시에 샘플링 장치로부터 공급된 시료 샘플을 제공받아 실시간으로 분석할 수 있는 시료 샘플링 분석 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 샘플링 장치는 트래핑 용액과 분석 시료를 제공받아 에어로졸 상태로 혼합 분사시키는 스프레이 유닛과, 상기 분석 시료에 포함된 분석 물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 1차 포집되도록 하는 공간을 제공하는 스프레이 챔버와, 상기 스프레이 챔버로 부터 에어로졸 상태의 트래핑 용액과 상기 분석 시료를 제공받아 이를 혼합 접촉시켜 상기 스프레이 챔버에서 미 포집된 분석물질을 2차 포집하는 트래핑 튜브와, 상기 트래핑 튜브를 통해 상기 분석물질이 포집된 트래핑 용액을 수용하는 트래핑 용기와, 상기 트래핑 용기 내부로 퍼지가스를 제공하여 분석물질이 최종적으로 포집된 트래핑 용액을 시료전달 라인을 통해 분석 유닛으로 제공도록 하는 시료 전달부를 포함하는 구성을 갖는다.
일 실시예들에 있어서, 상기 분석 시료는 반도체 공정가스, 배기가스 및 오염된 공기 등을 포함하는 가스일 수 있다. 또한, 상기 분석 시료는 액체일 수 있다.
일 실시예들에 있어서, 시료 샘플링 장치는 상기 트래핑 튜브의 일단에 구비되며 상기 트래핑 튜브를 통해 상기 트래핑 용기 내부로 트래핑 용액을 버블 상태로 제공하는 버블러를 더 포함할 수 있다.
일 실시예들에 있어서, 시료 샘플링 장치는 상기 트래핑 용액에 미 포집된 분석물이 보다 용이하게 포집될 수 있도록 상기 트래핑 용기 및 트래핑 튜브를 냉각시키는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예들에 있어서, 시료 샘플링 장치 상기 트래핑 용기 내에 잔류하는 오염물을 세정하기 위해 상기 트래핑 용기 내부로 세정액을 제공하는 세정액 제공부 및 상기 트래핑 용기를 세정한 세정액을 외부로 배출하는 배출부를 포함하는 세정유닛을 더 포함할 수 있다.
일 실시예들에 있어서, 시료 샘플링 장치 상기 트래핑 용기 내부로 제공되는 트래핑 용액의 수위를 측정하여 샘플링 장치의 제어부로 경고 신호를 보내는 레벨 센서를 더 포함할 수 있다.
일 실시예들에 있어서, 시료 샘플링 장치 상기 트래핑 용기에 수용된 분석물질이 포집된 트래핑 용액을 상기 스프레이 유닛으로 제공하여 분석 시료에 포함된 분석물질을 농축 포집시키기 위한 트래핑 용액 순환 공급부를 더 포함할 수 있다.
상술한 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 샘플링 장치를 이용한 시료 샘플링을 수행하기 위해서는 먼저, 정량의 트래핑 용액과 분석 시료를 스프레이 유닛을 이용하여 에어로졸 상태로 혼합 분사시킴으로서 상기 분석 시료에 포함된 분석물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 1차 포집시키는 제1 단계를 수행한다. 이어서, 상기 분석물질이 1차 포집된 에어로졸 상태의 트래핑 용액과 상기 미 포집된 분석 시료를 트래핑 튜브 내에서 혼합 접촉시켜 상기 트래핑 용액에 분석물질을 2차 포집하는 제2 단계를 수행한다. 이어서, 상기 분석물질이 2차 포집된 트래핑 용액과 분석 시료를 트래핑 용기에 포집하는 제3 단계를 수행한다. 이후, 상기 분석물질이 마지막으로 포집된 트래핑 용액을 시료 샘플 제공라인으로 경유하여 분석 유닛까지 제공함으로서 시료의 샘플링을 수행할 수 있다.
일 실시예들에 따른 시료 샘플링 방법에서, 상기 분석 시료가 기체 상태일 일 경우 상기 제1 단계 내지 상기 제3 단계를 적어도 1회 반복 수행하여 트래핑 용액에 분석물질이 최대한 포집되도록 한다. 구체적으로, 상기 분석 시료가 기체 상태일 일 경우 상기 3) 단계 이후 새로이 제공받은 정량의 분석 시료와 분석물질이 2차 포집된 트래핑 용액을 스프레이 유닛을 이용하여 에어로졸 상태로 혼합 분사시킴으로서 상기 분석 시료에 포함된 분석물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 3차 포집시키는 단계와 상기 분석물질이 3차 포집된 에어로졸 상태의 트래핑 용액과 상기분석 시료를 트래핑 튜브 내에서 혼합 접촉시켜 상기 트래핑 용액에 분석물질을 4차 포집하는 단계 및 상기 분석물질이 4차 포집된 트래핑 용액을 트래핑 용기에 포집하는 단계를 적어도 1회 반복 수행할 수 있다.
일 실시예들에 따른 시료 샘플링 방법에서, 상기 분석 시료가 기체 상태일 일 경우 상기 트래핑 용기로 제공된 분석 시료를 배출시키는 단계를 더 수행할 수 있다.
일 실시예들에 따른 시료 샘플링 방법에서, 상기 제1 단계를 수행하기 전에 상기 트래핑 용기 내에 잔류하는 오염물을 세정하기 위해 상기 트래핑 용기 내부로 세정액을 제공하여 상기 트래핑 용기를 세정한 세정액 세정하는 단계 및 상기 트래핑 용기에 수용된 세정액을 상기 시료 샘플 제공라인을 경유하여 외부로 배출시키는 단계를 더 수행할 수 있다.
상술한 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 샘플링 분석 시스템은 상기 시료 샘플링 장치로부터 상기 시료 샘플을 제공받는 샘플 수용부 및 샘플 수용부에 제공된 시료 샘플을 일정량 수용하는 샘플 로딩부를 포함하며, 상기 샘플 로딩부에 수용부에 수용된 시료 샘플을 분석기에 제공하는 인터페이스 유닛과, 상기 인터페이스 유닛을 통해 정량의 시료 샘플을 제공받아 이에 포함된 분석물질의 종류와 그 함량을 분석하는 분석기 및 상기 시료 샘플링 장치 및 인터페이스 유닛의 구성요소들의 동작 및 분석기의 작동을 컨트롤하는 제어부를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
일 실시예들에 따른 시료 분석 시스템에 있어서, 상기 인터페이스 유닛은 시료 샘플링 장치로부터 시료 샘플을 제공받아 이를 1차 수용하는 공간을 제공하는 샘플 수용부와, 상기 샘플 수용부에 제공된 시료 샘플을 상기 분석기로 일정량으로 제공하지 위해 상기 시료 샘플을 일정량 수용될 수 있는 공간을 갖는 샘플 로딩부와, 상기 샘플 로딩부에 시료 샘플이 수용되는 압력 또는 샘플 로딩부에 수용된 시료 샘플을 분석기로 주입하는 압력을 제공하는 압력 제공부 및 상기 시료 샘플이 분석기에 주입된 경우 상기 샘플 수용부를 세정하기 위해 그 내부로 세정액을 제공하는 세정액 제공부 및 상기 샘플 수용부를 세정한 세정액 또는 그 내부에 잔류하는 시료 샘플을 외부로 배출하는 배출부가 적용된 세정수단을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 시료 샘플링 장치는 스프레이와 트래핑 튜브를 적용됨으로 인해 가스 또는 액체 상태의 분석 시료로부터 분석물질을 보다 효과적으로 실시간 포집할 수 있다.
또한, 가스 시료와 액체 시료 등의 종류에 무관하게 기존의 시료 샘플링 장치에 비해 보다 효과적으로 시료를 포집한 후 분석기에 전달하여 분석을 자동으로 수행할 있어 실시간 분석 모니터링을 가능하다.
또한, 상술한 구성을 갖는 시료 샘플링 장치를 이용한 분석 방법은 그 내부를 세정하는 세정 공정이 수행됨으로 인해 추후 시료 샘플링 공정을 수행한 한 후 이를 분석기에서 분석할 경우 시료 샘플의 오염이 발생하지 않아 분석 감도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 분석 시스템은 상기 시료 샘플링 장치를 이용하여 보다 효과적으로 시료를 농축하여 포집할 수 있는 동시에 약 100m 거리까지 떨어져 있는 인터페이스 유닛을 통해 분석기까지 정량의 시료를 60초 이내에 전달함으로서 상기 시료에 포함된 분석물질을 실시간 분석 모니터링을 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 샘플링 장치를 개략으로 나타내는 도이다.
도 2은 시료 샘플링 장치를 이용하여 시료 샘플링 하는 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 3는 본 발명의 시료 샘플링 장치를 포함하는 시료 샘플링 분석 시스템을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 4는 도 3에 도시된 시료 샘플링 분석 시스템에 적용되는 인터페이스 유닛을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2은 시료 샘플링 장치를 이용하여 시료 샘플링 하는 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 3는 본 발명의 시료 샘플링 장치를 포함하는 시료 샘플링 분석 시스템을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 4는 도 3에 도시된 시료 샘플링 분석 시스템에 적용되는 인터페이스 유닛을 개략적으로 나타내는 도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 시료 샘플링 장치, 시료 샘플링 방법 및 샘플 시료 분석 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
시료 샘플링 장치
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 샘플링 장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 시료 샘플링 장치(100)은 분석 시료를 제공하는 분석 시료 도입부(170), 트래핑 용기 내부로 트래핑 용액을 제공하는 트래핑 용액 제공부(160), 상기 트래핑 용액과 분석 시료를 제공받아 에어로졸 상태로 혼합 분사시키는 스프레이 유닛(120), 상기 분석 시료에 포함된 분석 물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 1차 포집되도록 하는 공간을 제공하는 스프레이 챔버(130), 상기 스프레이 챔버로부터 에어로졸 상태의 트래핑 용액과 상기 분석 시료를 제공받아 이를 혼합 접촉시켜 상기 스프레이 챔버에서 미 포집된 분석물질을 2차 포집하는 트래핑 튜브(140), 상기 트래핑 튜브를 통해 상기 분석물질이 포집된 트래핑 용액을 수용하는 트래핑 용기(110) 및 상기 트래핑 용기 내부로 퍼지가스를 제공하여 분석물이 포집된 트래핑 용액을 시료전달 라인(184)을 통해 분석 유닛으로 제공도록 하는 시료 전달부(180)를 포함하는 구조를 갖는다.
본 발명에 적용되는 분석 시료 도입부(170)는 분석하고자 하는 분석물질이 포함된 분석 시료를 정량펌프 또는 유량계(171)를 이용하여 분석 시료 제공라인(172)을 통해 스프레이 유닛으로 제공할 수 있는 구조를 갖는다. 분석 시료 제공라인(172)에는 상기 분석 시료가 스프레이 유닛으로 이동할 때에만 오픈되는 게이트 밸브(V)가 구비된다.
일 예로서 상기 분석 시료는 반도체 공정가스, 반도체 배기가스 및 오염된 공기 등을 예로 들 수 있고, 분석 시료에 포함된 분석물질은 금속, 금속이온, 유기화합물 등을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 분석 시료는 반도체 공정, 바이오 분야 및 각종 산업분야에 적용되는 액체일 수 있다.
트래핑 용액 제공부(160)는 저장부에 수용된 트래핑 용액을 제1 펌프(161)를 이용하여 제1 트래핑 용액 제공라인(162)을 통해 세정이 완료된 트래핑 용기(110)의 내부로 제공할 수 있는 구조를 갖는다. 트래핑 용액 제공라인(162)에는 상기 트래핑 용액이 트래핑 용액 수용부(110)로 제공될 때에만 오픈되는 게이트 밸브(V1)가 구비된다.
스프레이 유닛(120)은 트래핑 용액 제공부(160)를 통해 트래핑 용액 수용부로 경유하여 제공되는 트래핑 용액과 분석 시료 도입부(170)를 통해 제공되는 분석 시료를 제공받아 상기 스프레이 챔버(130) 내부로 에어로졸 상태로 혼합 분사시킨다. 여기서, 상기 스프레이 유닛은 상기 스프레이 챔버 내에서 트래핑 용액을 미세한 방울 상태로 형성함으로서 상기 분석 시료에 포함된 분석물질이 상기 에어로졸 상태에 트래핑 용액에 보다 용이하게 혼합 및 흡수될 수 있도록 한다. 즉, 스프레이 유닛은 상기 분석 시료에 포함된 분석물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 1차 포집하는데 그 특징이 있다.
스프레이 챔버(130)는 상기 스프레이 유닛(120)과 트래핑 튜브(140) 사이에 구비되며, 상기 스프레이 유닛을 통해 분사되는 분석 시료와 트래핑 용액이 에어로졸 상태로 분사될 수 있는 공간을 제공하는 동시에 상기 분석 시료에 포함된 분석 물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 1차 포집되도록 하는 공간을 제공한다.
트래핑 튜브(140)는 상기 스프레이 챔버(130)로부터 에어로졸 상태의 트래핑 용액과 상기 분석 시료를 제공받고, 트래핑 튜브의 내부를 통과하는 동안 혼합 접촉시켜 상기 스프레이 챔버에서 미 포집된 분석물질을 트래핑 용액 내부로 2차 포집하는 미세 코일 튜브이다. 상기 트래핑 튜브(140)는 비선형의 유로를 형성되어 있음으로서 분석물질과 트래핑 용액의 접촉 기회를 늘려 분석물질이 트래핑 용액으로의 포집이 보다 잘 이루어지도록 하였다. 도면상에는 상기 트래핑 코일 형태로 도시되어 있으나 반드시 나선형 코일 형태로 되어 있어야 하는 것은 물론 아니며, 흡수액과 대기가 보다 효과적으로 만날 수 있도록 형성되면 된다. 즉 상기 트래핑 튜브(140)은 나선형 또는 나선형이 아니더라도 비선형 형태를 가지면 되는 것으로, 즉 도면으로 본 발명의 트래핑 튜브(140)의 형태가 제한되는 것은 아니다.
상기 트래핑 튜브(140)는 제2 포집 라인(142)을 통해 트래핑 용기와 연결되는 구조를 갖고, 상기 제2 포집 라인에는 분석 시료의 분석물질이 포집된 트래핑 용액 상기 트래핑 용기로 제공될 때에만 오픈되는 게이트 밸브(V5)가 구비될 수 있다.
트래핑 용기(110)는 트래핑 용액을 수용하는 공간을 갖는 동시에 스프레이 유닛, 스프레이 챔버 및 상기 트래핑 튜브를 통해 분석물질이 포집된 트래핑 용액을 수용하는 공간을 갖는다. 일 예로서, 상기 트래핑 용기는 트래핑 용기를 밀폐하는 캡을 갖고, 상기 캡을 관통하는 제1 포집라인(112)을 통해 스프레이 유닛과 물리적으로 연결된 구조를 갖는다. 상기 제1 포집라인(112)에는 트래핑 용액 또는 분석 시료의 분석물질이 포집된 트래핑 용액 상기 스프레이 유닛으로 제공될 수 있는 압력을 제공하는 순환펌프(P3)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 트래핑 용기는 트래핑 용기의 캡을 관통하여 그 저면에 근접된 일단을 갖는 제2 포집라인(142)과 연결된 구조를 갖는다. 상기 제2 포집라인(142)에는 트래핑 용액 또는 분석 시료의 분석물질이 포집된 트래핑 용액을 상기 트래핑 용기로 제공될 수 있도록 하는 동시에 게이트 밸브(V5)가 구비될 수 있다. 다른 예로서, 상기 트래핑 용기(110)는 다수의 제공 라인들과 연결되며, 상기 각각의 라인들을 통해 그 내부로 트래핑 용액, 세정액, 퍼지가스 및 분석물질이 포집된 트래핑 용액을 각각 선택적으로 수용될 수 있다. 이때, 각각의 제공라인들에 형성된 게이트 밸브의 선택적인 open/close 구동에 의해 트래핑 용기에 제공되는 물질들의 유량이 조절될 수 있다.
일 실시예로서, 트래핑 용기(110)에는 상기 트래핑 튜브(140)를 통해 배출되는 분석 시료 및 트래핑 용액이 함께 유입되는데, 이때, 상기 분석 시료가 기체일 경우 트래핑 용액은 중력에 의하여 상기 트래핑 용기(110)의 하부로 모이게 되며, 반대로 기체인 분석 시료는 상기 트래핑 용기의 상부로 모이게 된다. 상기 트래핑 용기의 상부 및 하부에는 각각 기체인 분석 시료와 트래핑 용액을 각각 배출할 수 있는 라인이 구비되어 있다. 즉, 기체인 분석 시료 경우는 상부 배출라인(114)으로 배출되고, 분석물질이 흡수된 트래핑 용액은 하부의 시료 전달 라인을 경유하여 배출되게 된다.
이때, 상기 스프레이 유닛, 스프레이 챔버, 트래핑 튜브(140)을 통과하면서 분석 시료 내의 분석물질(금속 및 금속 화합물들)이 트래핑 용액으로 포집되었기 때문에, 배출되는 분석 시료에는 분석물질이 거의 포함되지 않은 상태를 갖고, 트래핑 용액은 원래 분석 시료에 포함되어 있던 분석물질(금속 및 금속 화합물)을 포함한 상태가 되어 상기 트래핑 용기에 포집된 후 포집이 완료되면 시료 샘플링 장치의 밖으로 배출되게 된다.
시료 전달부(180)는 퍼지가스 제공라인(180)을 통해 트래핑 용기(110) 내부로 퍼지가스를 공급함으로서, 그 압력으로 인해 분석물질이 포집된 트래핑 용액을 시료전달 라인(184)을 통해 분석 유닛(미도시)으로 제공도록 한다. 여기서 시료 전달부는 퍼지가스 제공부이며, 상기 시료 전달 라인(184)은 상기 트래핑 용기의 하부와 분석유닛을 물리적으로 연결하며, 분석물질이 포집된 트래핑 용액 상기 분석유닛으로 제공될 때에만 오픈되는 게이트 밸브(V6)가 구비될 수 있다.
일 실시예로서, 본 발명의 시료 샘플링 장치(100)은 상기 트래핑 용기와 연결되고, 트래핑 용기에 수용된 트래핑 용액을 상기 스프레이 유닛으로 제공하는 제1 포집라인(112), 상기 제1 포집라인을 통해 스프레이 유닛과, 스프레이 챔버 및 트래핑 코일을 통과하여 분석물이 포집된 트래핑 용액을 트래핑 용기로 제공하는 제2 포집라인(142) 및 상기 분석물이 포집된 트래핑 용액을 상기 제1 포집 라인과 제2 포집 라인을 통과하여 분석물질이 농축 포집될 수 있도록 하는 순환펌프(P3)를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
이때, 상기 순환펌프는 제1 포집라인 상에 구비되며, 제2 포집라인(142)에 구비되는 게이트 밸브(V5)는 오픈된 상태를 가지며, 다른 라인에 구비되는 게이트 밸브(V1~4, V6, v7)는 잠긴(close) 상태를 갖는다. 여기서, 상기 분석물질을 농축 포집할 수 있는 트래핑 용액의 순환 횟수는 포집하려는 분석물질의 종류나 평균 포함량 등에 따라 실험자에 의하여 적절히 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 시료 샘플링 장치(100)은 트래핑 용기 내부로 제공되는 트래핑 용액의 수위를 측정하여 제어부(미도시)로 경고 신호를 보내는 레벨 센서(115)들을 더 포함할 수 있다.
다른 예로서, 본 발명의 시료 샘플링 장치(100)는 상기 트래핑 용액에 미 포집된 분석물질을 보다 용이하게 트래핑 용액 내에 포집될 수 있도록 하기 위해 상기 트래핑 용기(110) 및 트래핑 튜브(140)를 냉각시키는 냉각부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 냉각부는 트래핑 용기와 트래핑 튜브의 외각을 감싸는 냉각 코일일 수 있다.
또 다른 예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 샘플링 장치는 상기 트래핑 튜브와 연결된 제2 포집라인(142)의 일단에 구비되며, 상기 제2 포집라인을 통해 트래핑 용기 내부로 제공되는 트래핑 용액을 버블 상태로 형성하는 버블러를 더 포함할 수 있다. 상기 버블러로 미세구멍이 형성된 맴브레인이 사용될 수 있다.
또 다른 예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 샘플링 장치는 상기 트래핑 용기 및 다수의 라인 내에 잔류하는 분석 물질을 세정하기 위해 세정액 공급라인(152)을 통해 세정액을 제공하는 세정액 제공부(150) 및 상기 트래핑 용기 및 복수의 라인들을 세정한 세정액을 배출라인(192)을 통해 외부로 배출하는 배출부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 세정액 제공부를 통해 제공되는 세정액은 트래핑 용기, 제1 포집라인, 스프레이 유닛, 스프레이 챔버, 트래핑 코일 및 제2 포집라인, 트래핑 용기 및 시료전달 라인(184)을 경유한 뒤에 배출라인(192)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 상기 배출라인에는 세정액이 배출될 때에만 오픈되는 게이트 밸브(V7)가 구비될 수 있다.
상술한 구성을 갖는 시료 샘플링 장치는 스프레이와 트래핑 튜브를 적용하여 가스 또는 액체 상태의 분석 시료로부터 분석물질을 보다 효과적으로 실시간 포집할 수 있는 동시에 분석물질의 샘플링 이후 세정액을 트래핑 용기 내에 공급한 후 상기 세정액을 샘플링 장치의 분석물이 지나가는 라인들을 경유하여 외부로 배출(drain)시킴으로서 보다 효과적으로 상기 샘플링 장의 분석물의 오염 없이 2차 샘플링 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 분석 시료가 기체 상태일 경우 상술한 구성요소를 갖는 샘플링 장치에 트래핑 용액을 순환시켜 연속적으로 농축 포집함으로서, 종래에 트래핑 용액 내에 분석물질을 측정 가능할 만큼 포집하기 위해서 장시간 포집을 수행하거나 또는 가압 조건 등을 사용하였던 것과는 달리, 아무런 환경이나 조건의 제약을 받지 않고 농축 포집을 수행할 수 있다. 따라서 본 발명은 분석 시료가 일반적인 공기뿐만 아니라 고순도 가스나 케미컬 가스 등의 순도 측정에도 매우 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 상술한 구성을 갖는 샘플링 장치는 광범위하게 분포하는 분석 작업 포인트에서 시료를 확보하여 효율적이고 청정하게 시료를 멀리 떨어진 분석기로 전달할 수 있다.
도 2은 도 1에 도시된 시료 샘플링 장치를 이용하여 시료 샘플링 방법을 수행하는 공정흐름도이다.
도 2을 참조하면, 정량의 트래핑 용액을 트래핑 용기에 제공한다(S110).
상기 S110 단계에서는 트래핑 용액 저장부에 수용된 트래핑 용액을 제1 펌프(P1)를 작동시키고, 게이트 밸브(V3)를 개방시킨 이후 제1 트래핑 용액 제공라인(162)을 통해 세정이 완료된 트래핑 용기(110) 내부 제공함으로서 이루어진다.
이어서, 분석 시료 및 트래핑 용액을 스프레이 유닛을 이용하여 에어로졸 상태로 혼합 분사시켜 분석 시료에 포함된 분석물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 1차 포집시킨다(S120).
상기 S120 단계에서 분석물질을 1차 포집하기 위해서는 먼저 스프레이 유닛 으로 트래핑 용액과 분석 시료를 동시에 각각 제공한다. 여기서, 트래핑 용액은 상기 트래핑 용기(110)에 수용된 트래핑 용액을 순환펌프를 작동시켜 제1 포집라인을 경유하여 스프레이 유닛으로 제공된다. 분석 시료 도입부에 수용된 분석 시료는 정량펌프의 동작에 의해 분석 시료 제공라인(172)을 통해 스프레이 유닛으로 제공된다. 상기 스프레이 유닛으로 제공된 분석 시료와 트래핑 용액은 스프레이 유닛에 의해 상기 스프레이 챔버 내부로 에어로졸 상태로 분사되며, 에어로졸 상태의 트래핑 용액은 분석 시료와 접촉되는 면적이 증가되어 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에는 분석물질이 보다 용이하게 혼합 및 흡수될 수 있다. 즉, 트래핑 용액에 분석물질이 빠른 시간 내에 흡수되는 1차 포집이 이루어진다.
이어서, 분석물질이 1차 포집된 에어로졸 상태의 트래핑 용액과 분석 시료를 트래핑 튜브 내에서 혼합 접촉시켜 상기 트래핑 용액에 분석물질을 2차 포집한다. (S130)
상기 S130 단계에서 분석물질의 2차 포집은 분석 시료와 상기 트래핑 용액이 트래핑 튜브(140)의 비선형의 유로를 통과하면서, 에어로졸 상태의 트래핑 용액은 액체 상태의 트래핑 용액으로 형성되며, 상기 분석 시료에 포함된 분석물질과 트래핑 용액의 접촉 및 혼합 기회가 증가되어 분석물질은 트래핑 용액으로 2차 포집될 수 있다.
이어서, 상기 분석물질이 2차 포집된 트래핑 용액과 분석 시료를 트래핑 용기 내부로 제공받아 이를 포집한다.(S140)
상기 S140 단계에서 트래핑 용액과 분석 시료는 트래핑 튜브에서 분석물질이 2차 포집된 트래핑 용액과 상기 분석 시료를 제2 포집 라인을 경유하여 상기 트래핑 용기 내부에 제공됨으로서 포집될 수 있다.
일 실시예들에 따른 시료 샘플링 방법에서, 상기 분석 시료가 기체 상태일 일 경우 분석 시료 제공부를 통해 정량의 분석 시료를 별도로 제공받고, 분석물질 포집된 트래핑 용액을 이용하여 상기 제1 단계 내지 상기 제3 단계를 적어도 1회 반복 수행하여 트래핑 용액에 분석물질을 최대한 포집되도록 한다.
구체적으로, 상기 분석 시료가 기체 상태일 일 경우 상기 3) 단계 이후 분석 시료 제공부를 통해 새로이 제공받은 정량의 분석 시료와 S140 단계의 트래핑 용액을 스프레이 유닛을 이용하여 에어로졸 상태로 혼합 분사시킴으로서 상기 분석 시료에 포함된 분석물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 3차 포집시키는 단계와 상기 분석물질이 3차 포집된 에어로졸 상태의 트래핑 용액과 상기분석 시료를 트래핑 튜브 내에서 혼합 접촉시켜 상기 트래핑 용액에 분석물질을 4차 포집하는 단계 및 상기 분석물질이 4차 포집된 트래핑 용액을 트래핑 용기에 포집하는 단계를 추가적으로 적어도 1회 반복 수행할 수 있다.
또한, 일 실시예들에 따른 시료 샘플링 방법에서, 상기 분석 시료가 기체 상태일 일 경우 상기 트래핑 튜브를 거처 트래핑 용기로 제공된 기체 상태의 분석 시료를 배출시키는 단계를 더 수행할 수 있다.
이후, 상기 분석물질이 마지막으로 포집된 트래핑 용액을 시료 샘플 제공라인으로 경유하여 분석기까지 제공한다.(S150)
상기 S150 단계 이후에 상기 트래핑 용기 내에 잔류하는 오염물을 세정하기 위해 상기 트래핑 용기 내부로 세정액을 제공하여 상기 트래핑 용기를 세정하는 단계(S160) 및 상기 트래핑 용기에 수용된 세정액을 상기 시료 샘플 제공라인을 경유하여 외부로 배출시키는 단계를 더 수행할 수 있다.
다른 예로서, 트래핑 용기의 세정 및 세정액의 배출은 정량의 트래핑 용액을 트래핑 용기에 제공하는 S110 단계 이전에 수행하여 시료 샘플링 장치의 청정도를 확보할 수 있다.
이러한 시료 샘플링 방법은 스프레이와 트래핑 튜브를 적용하여 가스 또는 액체 상태의 분석 시료로부터 분석물질을 보다 효과적으로 실시간 포집할 수 있는 동시에 분석물질의 샘플링 이후 세정액을 트래핑 용기 내에 공급한 후 상기 세정액을 샘플링 장치의 분석물이 지나가는 라인들을 경유하여 외부로 배출(drain)시킴으로서 보다 효과적으로 상기 샘플링 장의 분석물의 오염 없이 2차 샘플링 할 수 있다.
시료 샘플링 분석 시스템
도 3는 본 발명의 시료 샘플링 장치를 포함하는 시료 샘플링 분석 시스템을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 샘플링 분석 시스템(500)은 적어도 하나의 시료 샘플링 장치(100), 상기 시료 샘플링 장치로부터 상기 시료 샘플을 제공받아 이를 수용하는 수용부를 갖고, 상기 수용부에 수용된 시료 샘플을 분석기에 제공하는 인터페이스 유닛(200) 및 상기 인터페이스 유닛을 통해 정량의 시료 샘플을 제공받아 이에 포함된 분석물질의 종류와 그 함량을 분석하는 분석기(300) 및 상기 시료 샘플링 장치 및 인터페이스 유닛의 구성요소들의 동작을 컨트롤하는 제어부(400)를 포함하는 구성을 갖는다. 일 예로서, 시료 샘플링 분석 시스템을 구성하는 시표샘플링 장치는 분석기와 각기 다른 위치 또는 같은 위치에 분석기가 배치될 수 있으나 전체 시스템은 하나의 제어부에 의해 동작될 수 있다.
시료 샘플링 분석 시스템(500)에 적용되는 상기 시료 샘플링 장치(100)는 적어도 하나가 적용되며, 도 1에 도시된 시료 샘플링 장치와 같이 트래핑 용액 제공부(160), 스프레이 유닛(120), 스프레이 챔버(130), 트래핑 튜브(140), 트래핑 용기(110), 시료전달 라인(184)을 통해 분석 유닛으로 제공도록 하는 시료 전달부(180) 및 세정액 제공부(150)를 포함하는 구조를 갖는다. 이에 대한 상세한 설명은 도 1의 상세한 설명에서 구체적으로 설명하였기 때문에 중복을 피하기 위해 생략하였다. 일 예로서, 상기 시료 샐플링 장치가 2개가 적용될 경우 제1 시료 샘플링 장치는 기체의 분석 시료를 샘플링 하며, 제2 시료 샘플링 장치는 액체의 분석 시료를 샘플링 할 수 있다.
인터페이스 유닛(200)는 적어도 하나의 시료 샘플링 장치(100)로부터 확보된 분석 시료 샘플(분석물질이 포집된 트래핑 용액)을 제공받는 샘플 수용부 및 샘플 수용부에 제공된 시료 샘플을 일정량 수용하는 샘플 로딩부를 포함하며, 상기 샘플 로딩부에 수용부에 수용된 시료 샘플을 수십 ~수백 미터 떨어진 분석기까지 전달하기 위해 상기 시료샘플을 교대로 받아서 분석기에 순차적으로 공급하기 위한 장치이다. 이하, 상기 인터페이스 유닛에 대한 구체적인 설명은 도 4를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
분석기(300)는 상기 인터페이스 유닛을 통해 정량의 시료샘플(분석물질이 포집된 트래핑 용액)을 제공받아 시료 샘플 내에 존재하는 분석물질의 종류 및 그 함량을 측정하는 유닛이다. 상기 분석기의 예로서는 HPIC, ICP-MS, ICP-AES, AAS, HPLC, CE, UV-vis, Fluorescence 등을 들 수 있다.
제어부(400)는 상기 시료 샘플링 장치(100)를 구성하는 각각의 구성 요소들의 동작 제어하고, 인터페이스 유닛(200)의 각각의 구성들의 동작을 제어하는 동시에 분석기(300)의 분석 수행할 수 있도록 제어하는 프로그램이 설치된 유닛일 수 있다.
상술한 구성을 갖는 시료 샘플링 분석 시스템은 수십 내지 수백 미터 떨어진 분석기로 시료 샘플을 장거리를 이동할 수 있는 효과적인 전달체계를 가지고 있을 뿐만 아니라 시료 샘플이 장거리 이동할 경우 추가 오염이나 손실 등의 문제이 발생되지 않는다. 또한, 시료 샘플링 분석 시스템은 시료 샘플의 분석이 진행되는 동안 신규 시료 샘을 인터페이스 유닛의 시료 수용부에 제공받을 수 있어 이후 시료 샘플의 분석 모니터링 시간을 단축시킬 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 시료 샘플링 분석 시스템에 적용되는 인터페이스 유닛을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 4를 참조하면, 시료 샘플링 분석 시스템에 적용되는 상기 인터페이스 유닛(200)은 시료 샘플링 장치(100)로부터 시료 샘플을 제공받아 이를 1차 수용하는 공간을 제공하는 샘플 수용부(310), 상기 샘플 수용부에 제공된 시료 샘플을 상기 분석기로 일정량으로 제공하지 위해 상기 시료 샘플을 일정량 수용될 수 있는 공간을 갖는 샘플 로딩부(320), 상기 샘플 로딩부에 시료 샘플이 수용되는 압력 또는 샘플 로딩부에 수용된 시료 샘플을 분석기로 주입되는 압력을 제공하는 압력 제공부 및 상기 시료 샘플이 분석기에 주입된 경우 상기 샘플 수용부(310) 및/또는 샘플 로딩부를 세정하기 위해 상기 샘플 수용부(310) 내부로 세정액을 제공하는 세정액 제공부(330) 및 상기 샘플 수용부를 세정한 세정액 및 그 내부에 잔류하는 시료 샘플을 외부로 배출하는 배출부(350)를 포함하는 세정수단을 하는 구성을 갖는다.
샘플 수용부(310)는 시료 샘플링 장치로부터 제공되는 시료 샘플을 제공아 일차적으로 수용하는 공간을 갖는다. 일 예로서, 상기 샘플 수용부는 그 상부를 밀폐시키는 캡을 포함하며, 상기 캡을 관통하는 제1 샘플 제공라인(302)을 통해 시료 샘플링 장치(100)와 연결된 구조를 갖는다. 다른 예로서, 상기 샘플 수용부는 상기 캡을 관통하는 제2 샘플 제공라인(306)을 통해 또 다른 샘플링 장치(100)와 연결될 수 있다. 상기 제1 샘플 제공라인(302)에는 시료 샘플을 샘플 수용부 내부로 전달될 경우 개방되는 게이트 밸브(304)가 구비될 수 있고, 제2 샘플 제공라인(306) 또한 시료샘플이 샘플 수용부로 내부로 전달될 경우 개방되는 게이트 밸브(307)가 구비될 수 있다.
구체적으로 상기 샘플 수용부(310)에는 다수의 라인(상부 배출라인(362), 하부배출라인(352), 세정액 제공라인(332), 샘플 제공라인(302,306), 샘플 주입라인(312))들과 연결되어 있으며, 상기 각각의 라인들을 통해 그 내부로 세정액을 제공받거나, 세정액을 배출시키거나, 잔류 시료 샘플을 배출시키거나, 시료 샘플을 상기 샘플 로딩부로 제공되는데 적용된다. 이와 같은 시료 샘플 또는 세정액의 이동은 각각의 라인들에 형성된 게이트 밸브(307,304,333,323))의 선택적인 open/close 구동 및 라인에 연결된 펌프(354,325,331)의 동작에 의해 이루어질 수 있다.
샘플 로딩부(320)는 샘플 주입라인(312)을 통해 상기 샘플 수용부와 연결되며, 주입위치와 로딩위치를 갖는 스위칭 밸브 타입으로 정량의 샘플을 로딩(주입) 받을 수 있는 공간을 갖는다. 일 예로서, 상기 샘플이 로딩되는 공간은 샘플 루프(322)에 의해 마련될 수 있다. 또한, 상기 샘플 로딩부에(320)서의 샘플 로딩(sample loading)은 스위칭 밸브 타입의 샘플 로딩부를 로딩위치에 위치시킨 후 샘플 로딩부에 연결된 펌프(352)의 동작으로 인해 샘플 루프(322)에 시료 샘플을 채움으로서 이루어 질 수 있다. 반대로 샘플의 분석기로 주입되는 것은 스위칭 밸브 타입의 샘플 로딩부를 주입위치에 위치시킨 후 캐리어 가스를 샘플 루프(322)로 주입시키므로 그 내부에 채워진 시료 샘플은 분석기(300)로 배출 또는 제공될 수 있다.
압력 제공부는 샘플 로딩부(320)의 일단에 연결되고 샘플 로딩부가 로딩위치에 위치할 경우 샘플 루프 내부를 압력은 낮추어 샘플이 그 내부로 유입되도록 하는 펌프(325)를 포함한다. 또한 및 연결되어 있어 샘플 로딩부(320)의 타단에 연결되고 샘플 로딩부가 주입위치에 위치할 경우 샘플 루프 내부를 가압하여 그 내부에 수용된 샘플이 분석기로 주입되도록 하는 캐리어 가스 제공부(328)를 포함한다.
세정 수단은 상기 샘플 수용부를 세정하기 위해 세정액 공급라인(332)을 통해 상기 샘플 수용부 내부로 세정액을 제공하는 세정액 제공부(335) 및 상기 샘플 수용부를 세정한 세정액 및/또는 그 내부에 잔류하는 시료 샘플을 하부 배출라인(352)을 통해 외부로 배출하는 배출펌프(354)를 포함하는 세정액 배출부(350)를 포함한다. 상기 샘플 수용부의 세정은 상기 시료 샘플이 분석기에 주입될 경우 다음 시료 샘플을 오염 없이 제공받기 위해 수행된다.
구체적으로 상기 샘플 수용부의 세정을 수행하기 위한 세정액 제공부(330)은 세정조(335)에 수용된 세정액을 세정액 공급 펌프(331)의 동작과 게이트 밸브(333)의 개방으로 인해 상기 시료 수용부에 정량적으로 공급함으로서 수행될 수 있다. 상기 세정액의 공급량은 상기 샘플 수용부의 일측에 구비되는 레벨 센서(315)에 의해 조절될 수 있다. 이어서, 세정액이 정량 공급되면 상기 세정액 공급 펌프(335)의 동작의 중단과 게이트 밸브(333)를 닫는다. 이어서, 상기 샘플 수용부 내부에 제공된 세정액을 하부 배출라인(352)에 연결된 배출 펌프(354)를 작동시키는 동시에 게이트 밸브(353)를 개방하여 외부로 배출하는 한다. 이러한 세정액의 제공과 배출은 상기 샘플 수용부의 내부의 오염이 없을 때까지 반복 수행할 수 있다.
100 : 시료 샘플링 장치 170 : 분석 시료 도입부
160 : 트래핑 용액 제공부 120 : 스프레이 유닛
130 : 스프레이 챔버 140 : 트래핑 튜브
110 : 트래핑 용기 180 : 시료 전달부
200 : 인터페이스 유닛 300 : 분석기
400 : 제어부 500 : 시료 샘플링 분석 시스템
160 : 트래핑 용액 제공부 120 : 스프레이 유닛
130 : 스프레이 챔버 140 : 트래핑 튜브
110 : 트래핑 용기 180 : 시료 전달부
200 : 인터페이스 유닛 300 : 분석기
400 : 제어부 500 : 시료 샘플링 분석 시스템
Claims (13)
- 트래핑 용액과 분석 시료를 제공받아 에어로졸 상태로 혼합 분사시키는 스프레이 유닛;
상기 분석 시료에 포함된 분석 물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 1차 포집되도록 하는 공간을 제공하는 스프레이 챔버;
상기 스프레이 챔버로부터 에어로졸 상태의 트래핑 용액과 상기 분석 시료를 제공받아 이를 혼합 접촉시켜 상기 스프레이 챔버에서 미 포집된 분석물질을 2차 포집하는 트래핑 튜브;
상기 트래핑 튜브를 통해 상기 분석물질이 포집된 트래핑 용액을 수용하는 트래핑 용기; 및
상기 트래핑 용기 내부로 퍼지가스를 제공하여 분석물이 포집된 트래핑 용액을 시료전달 라인을 통해 분석 유닛으로 제공도록 하는 시료 전달부를 포함하는 시료 샘플링 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 분석 시료는 반도체 또는 디스플레이의 공정가스, 배기가스 및 오염된 공기 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 샘플링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 분석 시료는 액체인 것을 특징으로 하는 시료 샘플링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 트래핑 튜브를 통해 상기 트래핑 용기 내부로 제공되는 트래핑 용액을 버블 상태로 형성하는 버블러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 샘플링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 트래핑 용액에 미 포집된 분석물이 보다 용이하게 포집될 수 있도록 상기 트래핑 용기 및 트래핑 튜브를 냉각시키는 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 샘플링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 트래핑 용기 내에 잔류하는 오염물을 세정하기 위해 상기 트래핑 용기 내부로 세정액을 제공하는 세정액 제공부 및 상기 트래핑 용기를 세정한 세정액을 외부로 배출하는 배출부를 포함하는 세정유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 샘플링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 트래핑 용기 내부로 제공되는 트래핑 용액의 수위를 측정하여 샘플링 장치의 제어부로 경고 신호를 보내는 레벨 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 샘플링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 트래핑 용기에 수용된 분석물질이 포집된 트래핑 용액을 상기 스프레이 유닛으로 제공하는 제1 포집라인;
상기 1차 포집라인을 통과한 후 트래핑 코일에서 분석물이 2차 포집된 트래핑 용액을 트래핑 용기로 제공하는 제2 포집라인; 및
상기 분석물이 2차 포집된 트래핑 용액을 상기 제1 포집 라인과 제2 포집 라린으로 순환하여 분석물질이 농축 포집시키는 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 샘플링 장치. - 1) 정량의 트래핑 용액과 분석 시료를 스프레이 유닛을 이용하여 에어로졸 상태로 혼합 분사시킴으로서 상기 분석 시료에 포함된 분석물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 1차 포집시키는 단계;
2) 상기 분석물질이 1차 포집된 에어로졸 상태의 트래핑 용액과 상기 미 포집된 분석 시료를 트래핑 튜브 내에서 혼합 접촉시켜 상기 트래핑 용액에 분석물질을 2차 포집하는 단계;
3) 상기 분석물질이 2차 포집된 트래핑 용액을 트래핑 용기에 포집하는 단계; 및
4) 상기 분석물질이 마지막으로 포집된 트래핑 용액을 시료 샘플 제공라인으로 경유하여 분석 유닛까지 제공하는 단계를 포함하는 시료 샘플링 방법. - 제 9 항에 있어서, 상기 분석 시료가 기체 상태일 일 경우
상기 3) 단계 이후 새로이 제공받은 정량의 분석 시료와 분석물질이 2차 포집된 트래핑 용액을 스프레이 유닛을 이용하여 에어로졸 상태로 혼합 분사시킴으로서 상기 분석 시료에 포함된 분석물질을 상기 에어로졸 상태의 트래핑 용액에 3차 포집시키는 단계;
상기 분석물질이 3차 포집된 에어로졸 상태의 트래핑 용액과 상기분석 시료를 트래핑 튜브 내에서 혼합 접촉시켜 상기 트래핑 용액에 분석물질을 4차 포집하는 단계; 및
상기 분석물질이 4차 포집된 트래핑 용액을 트래핑 용기에 포집하는 단계를 적어도 1회 더 수행하는 것을 특징으로 하는 시료 샘플링 방법. - 제 9 항에 있어서, 상기 1) 단계 전에 또는 상기 4) 단계 후에 상기 트래핑 용기 내에 잔류하는 오염물을 세정하기 위해 상기 트래핑 용기 내부로 세정액을 제공하여 상기 트래핑 용기를 세정한 세정액 세정하는 단계; 및
상기 트래핑 용기에 수용된 세정액을 상기 시료 샘플 제공라인을 경유하여 외부로 배출시키는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 시료 샘플링 방법. - 청구항 1항의 구성을 갖는 적어도 하나의 시료 샘플링 장치;
상기 시료 샘플링 장치로부터 상기 시료 샘플을 제공받는 샘플 수용부 및 샘플 수용부에 제공된 시료 샘플을 일정량 수용하는 샘플 로딩부를 포함하며, 상기 샘플 로딩부에 수용부에 수용된 시료 샘플을 분석기에 제공하는 인터페이스 유닛;
상기 인터페이스 유닛을 통해 정량의 시료 샘플을 제공받아 이에 포함된 분석물질의 종류와 그 함량을 분석하는 분석기; 및
상기 시료 샘플링 장치 및 인터페이스 유닛의 구성요소들의 동작 및 분석기의 작동을 컨트롤하는 제어부를 포함하는 시료 샘플링 분석 시스템. - 제 12 항에 있어서, 상기 인터페이스 유닛은
시료 샘플링 장치로부터 시료 샘플을 제공받아 이를 1차 수용하는 공간을 제공하는 샘플 수용부;
상기 샘플 수용부에 제공된 시료 샘플을 상기 분석기로 일정량으로 제공하지 위해 상기 시료 샘플을 일정량 수용될 수 있는 공간을 갖는 샘플 로딩부;
상기 샘플 로딩부에 시료 샘플이 수용되는 압력 또는 샘플 로딩부에 수용된 시료 샘플을 분석기로 주입되는 압력을 제공하는 압력 제공부; 및
상기 시료 샘플이 분석기에 주입된 경우 상기 샘플 수용부를 세정하기 위해 상기 샘플 수용부 내부로 세정액을 제공하는 세정액 제공부 및 상기 샘플 수용부를 세정한 세정액 또는 그 내부에 잔류하는 시료 샘플을 외부로 배출하는 배출부를 포함하는 세정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 샘플링 분석 시스템.
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