KR20150145291A - 흡광광도법을 이용한 시료의 ｐＨ와 농도 측정 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 방법 및 장치가 제시된다. 본 발명에서 제안하는 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치는 복수의 파장의 광을 생성하고, 상기 복수의 파장의 광을 시료를 통과 시킨 후 다시 수광 하는 측광부, 상기 복수의 파장의 광 세기를 조절하는 제어부, 상기 시료를 수집하고 상기 수집한 시료에 상기 생성된 복수의 파장의 광을 통과시켜 상기 시료의 pH 및 농도 측정하도록 하는 검출부, 상기 검출부를 통과한 복수의 파장의 광을 상기 측광부에서 다시 수광하고, 상기 수광한 복수의 파장의 광 정보를 이용하여 상기 시료의 pH 및 농도를 계산하여 데이터화하는 중앙처리부, 상기 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치의 전원을 제어하는 전원부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 아질산 이온과 아질산이 포함되어 있는 시료의 pH와 아질산 이온과 아질산의 농도를 동시에 우수한 감도로 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
질소와 산소 혼합기체, 혹은 공기를 반응기체로 사용한 플라즈마로 처리된 증류수는 질산, 아질산, 아산화질소, 오존 등 다양한 이온과 화학종을 포함하고 있다. 최근에는 플라즈마 처리수를 이용한 살균이나 합성 화학물질 무첨가 육제품의 제조 등이 가능하다는 보고가 되고 있어 다양한 분야에서 플라즈마로 처리된 증류수를 산업적으로 사용하기 위해 시도하고 있다.
플라즈마 처리수는 플라즈마 처리시간, 구동 조건 등 다양한 변수에 따라 특성이 다르게 나타나는데 이 때 대표적으로 측정하는 것이 수소이온농도(pH)와 각 화학종들의 농도이다. 종래의 pH 측정과 시료에 포함된 물질의 농도를 측정하기 위해 사용되는 장치로 pH미터기와 흡광도 측정기가 있다. pH미터의 검출부는 유리전극과 비교전극으로 구성되어 있으며 전극 사이의 기전력 차를 측정하여 분석물질의 pH를 측정하게 된다. 가공기술이 발전함에 따라 pH미터의 검출부도 소형화되고, 측정의 정확도가 높아져서 많은 대학 실험실과 산업현장에서 사용되고 있다. 그러나, 종래의 pH미터는 유리전극이 매우 예민하여 손상이 쉽고, 자주 pH 표준용액을 이용한 보정이 필요하다. 또한 보관 시에도 전극이 마르지 않도록 보존용액에 보관을 해야 한다는 단점을 가지고 있으며, 유수의 pH를 측정하는 경우에 오차가 크게 발생하는 문제점이 있다.
종래의 흡광도 측정기는 크게 광원과 수광센서로 이루어지며 광원을 시료에 통과시켜 투과율을 얻음으로 흡광도를 측정하게 된다. 발광다이오드를 이용한 휴대용 흡광도 장치(등록실용 20-0410029) 및 흡광/형광 측정장치(공개특허 10-2010-0078710)가 발명된 사례가 있다. 그러나, 대부분의 흡광도 측정기는 흡광도 측정법을 이용한 pH 측정이 불가하고, 시료를 반드시 샘플링(sampling) 하여 측정을 하기 때문에 대용량의 흐르는 시료의 농도를 실시간으로 측정하는 것에 한계가 있다. 공개특허 10-2011-0037469에서 흡광광도법을 이용한 pH측정장치 및 측정방법이 소개되고 있으나, 이 장치 또한 시료를 샘플링하여 측정을 하는 방법이며, pH의 변화에 따라 소정의 색깔로 변색되는 특성을 갖는 발색시약을 시료에 투입하는 방식이기 때문에 상시 발색시약(예를 들어, BTB 용액(bromothymol blue))이 필요하고 시료의 오염이 반드시 수반되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 예민한 유리전극과 전해질을 사용하지 않고, 흡광도 측정법을 이용하여 유수에서 보다 정확한 pH 검출이 가능하며 보정이 필요 없는 pH 측정장치 및 이를 이용한 pH 측정 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 또한, 아질산과 아질산 이온이 존재하는 시료(예를 들어, 플라즈마 처리수)의 pH와 농도를 동시에 검출할 수 있는 pH미터와 흡광도 측정기가 통합된 측정 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치는 복수의 파장의 광을 생성하고, 상기 복수의 파장의 광을 시료를 통과 시킨 후 다시 수광 하는 측광부, 상기 복수의 파장의 광 세기를 조절하는 제어부, 상기 시료를 수집하고 상기 수집한 시료에 상기 생성된 복수의 파장의 광을 통과시켜 상기 시료의 pH 및 농도 측정하도록 하는 검출부, 상기 검출부를 통과한 복수의 파장의 광을 상기 측광부에서 다시 수광하고, 상기 수광한 복수의 파장의 광 정보를 이용하여 상기 시료의 pH 및 농도를 계산하여 데이터화하는 중앙처리부, 상기 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치의 전원을 제어하는 전원부를 포함할 수 있다.
상기 측광부는 상기 복수의 파장의 광을 생성하는 광원, 상기 복수의 파장의 광을 수광 하는 수광 센서를 포함할 수 있다.
상기 광원은 연속 스펙트럼을 생성하거나 또는 단파장 광을 생성할 수 있다.
상기 제어부는 상기 흡광광도법을 이용한 pH 및 농도 측정 장치의 변수값을 제어하고, 상기 변수값을 사용자가 직접 입력할 수 있다.
상기 검출부는 상기 복수의 파장의 광을 통과시키기 위한 광 유도경로, 상기 시료를 수집하기 위한 시료 수집부, 상기 시료의 pH 및 농도를 정확하게 측정하기 위해 상기 시료 수집부 내부의 기체를 방출하는 기체 방출구를 포함할 수 있다.
상기 시료 수집부는 상기 복수의 파장의 광을 수집된 시료를 통과시켜 상기 측정부의 수광 센서로 전달할 수 있다.
상기 시료 수집부의 내부는 상기 복수의 파장의 광의 반사를 최대한 줄이기 위해 검은색으로 구성되고, 상기 시료 수집부의 내부 물질은 시료와 반응하지 않는 물질일 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 방법은 측광부에서 복수의 파장의 광을 생성하는 단계, 제어부에서 상기 복수의 파장의 광 세기를 조절하는 단계, 검출부에서 상기 생성된 복수의 파장의 광을 상기 시료에 통과시켜 상기 시료의 pH 및 농도 측정하도록 하는 단계, 상기 시료를 통과 시킨 상기 복수의 파장의 광을 다시 수광 하는 단계, 상기 측광부에서 다시 수광한 복수의 파장의 광 정보를 이용하여 상기 시료의 pH 및 농도를 계산하여 데이터화하는 단계, 상기 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치의 전원을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 측광부에서 복수의 파장의 광을 생성하는 단계는 연속 스펙트럼을 생성하거나 또는 단파장 광을 생성할 수 있다.
상기 검출부에서 상기 생성된 복수의 파장의 광을 상기 시료에 통과시켜 상기 시료의 pH 및 농도 측정하도록 하는 단계는 상기 검출부의 시료 수집부에서 상기 시료를 수집하는 단계, 상기 시료의 pH 및 농도를 정확하게 측정하기 위해 상기 시료 수집부 내부의 기체를 방출하는 단계, 상기 수집한 시료에 상기 생성된 복수의 파장의 광을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 아질산 이온과 아질산이 포함되어 있는 시료의 pH와 아질산 이온과 아질산의 농도를 동시에 우수한 감도로 측정할 수 있고, 상기 시료를 연속적으로 생산, 관리하여 실시간 수질검사를 필요로 하는 곳에 유용하게 이용될 수 있다. 또한, 유리전극과 전해질을 사용하지 않고 시료의 샘플링이 필요하지 않은 방식이고, pH와 농도를 동시에 측정가능하기 때문에 수명이 길뿐만 아니라 빠르고 정확한 측정이 가능하고 주기적인 보정이 필요하지 않다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치를 이용하여 시료의 pH와 농도의 모니터링에 대한 개략도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리수의 pH에 따른 각 질소종의 농도비율을 계산적으로 얻은 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아질산이온과 아질산의 자외선 영역 흡광계수를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광도 비율에 따른 아질산이온과 아질산의 비율을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부에서 시료의 pH 및 농도를 측정하도록 하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치를 이용하여 시료의 pH와 농도의 모니터링에 대한 개략도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리수의 pH에 따른 각 질소종의 농도비율을 계산적으로 얻은 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아질산이온과 아질산의 자외선 영역 흡광계수를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광도 비율에 따른 아질산이온과 아질산의 비율을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부에서 시료의 pH 및 농도를 측정하도록 하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치는 측광부(110), 제어부(120), 검출부(130), 중앙처리부(140), 전원부(150)를 포함할 수 있다.
측광부(110) 복수의 파장의 광을 생성하고, 복수의 파장의 광을 시료를 통과 시킨 후 다시 수광 할 수 있다. 측광부(110)는 복수의 파장의 광을 생성하는 광원 및 복수의 파장의 광을 수광 하는 수광 센서를 포함할 수 있다. 광원은 연속 스펙트럼을 생성하거나 또는 단파장 광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 연속 스펙트럼을 내는 램프 또는 단파장 빛을 발생하는 LED를 사용할 수 있다. 듀테륨(deuterium) 램프를 사용할 경우, 두 파장에 대한 빛을 수광 하기 위해 투과율의 반측폭이 1 nm 수준으로 아주 작은 간섭필터(interference filter)를 수광 센서 앞부분에 사용할 수 있다. 단파장의 LED를 이용할 경우, 추가적인 광학구조를 필요로 하지 않으며 단순히 수광 센서를 이용하여 정확한 흡광도 비를 측정할 수 있다.
제어부(120)는 복수의 파장의 광 세기를 조절할 수 있다. 다시 말해, 복수의 파장의 광 세기뿐만 아니라 수광 센서의 측정 적분시간(integration time), 블랭크(blank) 측정, 측정모드 변경 등 흡광광도법을 이용한 pH 및 농도 측정 장치의 변수값을 제어하고, 변수값을 사용자가 직접 입력할 수 있다.
검출부(130)는 시료를 수집하고 수집한 시료에 생성된 복수의 파장의 광을 통과시켜 시료의 pH 및 농도 측정하도록 할 수 있다. 검출부(130)는 복수의 파장의 광을 통과시키기 위한 광 유도경로, 시료를 수집하기 위한 시료 수집부, 시료의 pH 및 농도를 정확하게 측정하기 위해 시료 수집부 내부의 기체를 방출하는 기체 방출구를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
중앙처리부(140)는 검출부를 통과한 복수의 파장의 광을 측광부에서 다시 수광하고, 수광한 복수의 파장의 광 정보를 이용하여 시료의 pH 및 농도를 계산하여 데이터화할 수 있다.
전원부(150)는 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치의 전원을 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부(130)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2a, 도 2b, 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부(130)의 다양한 구조를 나타낸 것이다.
검출부(130)는 복수의 파장의 광을 통과시키기 위한 광 유도경로(210a, 210b, 210c), 시료를 수집하기 위한 시료 수집부(220a, 220b, 220c), 시료의 pH 및 농도를 정확하게 측정하기 위해 시료 수집부 내부의 기체를 방출하는 기체 방출구(230a, 230b, 230c)를 포함할 수 있다.
광 유도경로의 입구(211a, 211b, 211c)로 복수의 파장의 광이 들어오게 되고, 광 유도경로(210a, 210b, 210c)를 거쳐 시료 수집부(220a, 220b, 220c)를 통과한 후, 광 유도경로의 출구(212a, 212b, 212c)를 통해 빠져나갈 수 있다. 예를 들어, 광 유도경로(210a, 210b, 210c)는 광섬유나 얇은 석영관 등 다양한 물질이 사용될 수 있다. 광 유도경로로 사용되는 물질은 광원에 대한 투과율이 좋은 물질이어야 한다.
시료 수집부(220a, 220b, 220c)는 시료 수집부 입구(221a, 221b, 221c)를 통해 수집한 시료에 복수의 파장의 광을 통과시켜 측정부의 수광 센서로 전달할 수 있다. 이러한 시료 수집부(220a, 220b, 220c)의 내부는 복수의 파장의 광의 반사를 최대한 줄이기 위해 검은색으로 구성될 수 있다. 그리고, 시료 수집부의 내부 물질은 시료와 반응하지 않는 물질일 수 있다.
기체 방출구(230a, 230b, 230c)는 시료 수집부(220a, 220b, 220c)에 남아있는 공기로 인해 부정확한 측정을 피하고자 기체 방출 통로를 두어 시료가 시료 수집부의 모든 공간에 채워질 수 있도록 한다. 예를 들어, 기체 방출구(230a, 230b, 230c)는 도 2a 및 도 2c와 같이 기체 방출구 입구(231a, 231c)와 기체 방출구 출구(232a, 232c)를 가질 수 있고, 도 2b와 같이 측면에 기체 방출구 입출구(231b)를 가질 수도 있다.
예를 들어, 광 유도경로(210a, 210b, 210c)를 통해 광원이 시료 수집부(220a, 220b, 220c)까지 전달되면 광원은 시료를 지나 거울과 같은 반사체(222a)에 반사되거나 또는 직접적으로 다시 광 유도경로(210a, 210b, 210c)를 통해 측정부(110)의 수광 센서에 도달하게 된다. 검출부(130)의 총 길이 및 시료 수집부(220a, 220b, 220c)의 위치는 중요하지 않으나, 시료의 총 깊이 및 측정하고자 하는 위치를 고려하여 변경될 수 있다. 시간 분해능은 광원의 세기 및 검출기의 양자효율에 따라 달라지며 통상의 흡수 스펙트럼 측정장치와 비슷한 수준으로 수 ms까지 가능할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치를 이용하여 시료의 pH와 농도의 모니터링에 대한 개략도이다.
시료(320)를 담은 수조(310)에 검출부(130)의 시료 수집부 부분이 잠기도록 넣을 수 있다. 그러면 시료 수집부의 입구를 통해 시료가 시료 수집부에 모이게 되고, 측광부의 광원으로부터 생성된 복수의 파장의 광이 광 유도경로를 거쳐 시료 수집부를 통과하게 된다. 시료 수집부를 통과한 복수의 파장의 광은 다시 측광부의 수광 센서에서 수광하고, 수광한 복수의 파장의 광 정보를 이용하여 중앙처리부에서 시료의 pH 및 농도를 계산하여 데이터화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리수의 pH에 따른 각 질소 종의 몰분율(Mole fraction)을 계산적으로 얻은 결과 그래프이다.
예를 들어, 플라즈마 처리된 방전수에 용해되어 있는 아질산은 수학식1과 같이 pK 값이 3.37로 pH 3.37의 용액에서 50%가 해리되어 아질산염 이온이 생성되며 pH 5.5 이상의 용액에서는 99% 해리되어 아질산염 이온으로 대부분 해리된다.
보통 질소, 산소 기체로 발생된 플라즈마로 처리된 증류수, 다시 말해, 방전수는 강한 산성인 질산에 의해 pH가 2-4범위로 나타날 수 있다. 이러한 영역에서는 아질산 이온과 아질산이 일정 비율로 함께 존재할 수 있다. 다음의 수학식 2 내지 7로 이루어진 모델을 이용하면 pH에 따른 아질산 및 아질산 이온의 비율을 추정할 수 있다. 다음 모델은 물과 여러 질소관련 종의 해리, 그리고 전하량 보존에 관한 식으로 이루어진다.
Kw, Ka, Ka1, Ka2는 각각 H2O, HONO, H2ONO+, HNO3의 해리상수이며, 繩는 평균 이온 활동 세기(mean ionic activity strength)이다. HNO3의 농도를 고정한 채 NaOH의 농도로 pH를 조절하여 계산된 아질산(HNO2), 아질산 이온(NO2 -), 그리고 H2ONO+ 이온의 비율을 도 4에 나타냈다. 이러한 모델에서 Ka의 값은 1 x 10-2.8로 계산하여 도 4에서와 같이 pH가 2.8에서 아질산 이온과 아질산이 1:1로 존재하는 것을 확인할 수 있다. pH가 감소함에 따라 HNO2과 H2NO2 +의 비율이 증가하는 반면 pH가 4.5 이상의 용액에서는 모두 NO2 -로 존재하는 것이 확인되었다. 도면 4에서 나타나듯이 시료의 pH에 따라 아질산과 아질산 이온의 비율이 달라지며 이를 이용하여 pH를 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아질산이온과 아질산의 자외선 영역 흡광계수(Absorption coefficient)를 나타내는 도면이다.
시료의 아질산 이온과 아질산의 농도는 자외선 흡광광도법을 이용하여 측정할 수 있다. 흡광계수(Absorption coefficient)는 빛의 파장에 대한 함수이며, 각 물질에 따라 다른 값을 갖고 있기 때문에 300-400 nm 영역에서 얻어진 흡광 스펙트럼으로 충분히 두 물질의 농도를 측정할 수 있다. 도 5에 각 물질에 대한 흡광계수를 나타내었다. 각 파장에서 시료의 흡광도는 수학식8과 같이 두 물질의 흡광도에 대한 합으로 나타난다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광도 비율에 따른 아질산이온과 아질산의 농도비(Fraction)를 나타내는 도면이다.
연속 방출광을 내는 램프와 분광계를 이용하여 얻어진 흡수 스펙트럼을 통해 정확히 계산할 수 있으나, 단파장의빛을 내는 LED와 수광 검출기만으로 구성하여 간단하게 두 파장에서 측정된 흡광도의 비로 충분히 아질산과 아질산 이온 농도의 비를 추정할 수 있다. 다른 두 파장의 총 흡광도의 비는 수학시9와 같이 계산할 수 있다.
간단한 방정식을 이용하여 총 흡광도 비에 대한 식으로 나타내면 수학식10과 같다.
여기서 Q는 각 물질, 각 파장에서의 흡수계수이다. 수학식10을 이용하면 총 흡광도 비에 따른 아질산과 아질산 이온 농도의 비를 계산할 수 있으며, 파장 364 nm 와 372 nm를 이용한 계산결과를 도 6에 나타내었다. 측정의 정확도를 높이기 위해 두 파장 이상을 선택할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 방법은 측광부에서 복수의 파장의 광을 생성하는 단계(710), 제어부에서 복수의 파장의 광 세기를 조절하는 단계(720), 검출부에서 생성된 복수의 파장의 광을 시료에 통과시켜 시료의 pH 및 농도 측정하도록 하는 단계(730), 시료를 통과 시킨 복수의 파장의 광을 다시 수광 하는 단계(740), 측광부에서 다시 수광한 복수의 파장의 광 정보를 이용하여 시료의 pH 및 농도를 계산하여 데이터화하는 단계(750), 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치의 전원을 제어하는 단계(760)를 포함할 수 있다.
단계(710)에서, 측광부를 통해 복수의 파장의 광을 생성할 수 있다. 측광부는 복수의 파장의 광을 생성하는 광원을 포함할 수 있다. 광원은 연속 스펙트럼을 생성하거나 또는 단파장 광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 연속 스펙트럼을 내는 램프 또는 단파장 빛을 발생하는 LED를 사용할 수 있다.
단계(720)에서, 제어부를 통해 복수의 파장의 광 세기를 조절할 수 있다. 다시 말해, 복수의 파장의 광 세기뿐만 아니라 수광 센서의 측정 적분시간(integration time), 블랭크(blank) 측정, 측정모드 변경 등 흡광광도법을 이용한 pH 및 농도 측정 장치의 변수값을 제어하고, 변수값을 사용자가 직접 입력할 수 있다.
단계(730)에서, 검출부를 통해 생성된 복수의 파장의 광을 시료에 통과시켜 시료의 pH 및 농도 측정하도록 할 수 있다. 단계(730)는 검출부의 시료 수집부에서 시료를 수집하는 단계, 시료의 pH 및 농도를 정확하게 측정하기 위해 시료 수집부 내부의 기체를 방출하는 단계, 수집한 시료에 생성된 복수의 파장의 광을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 도 8를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
단계(740)에서, 시료를 통과 시킨 복수의 파장의 광을 다시 수광 할 수 있다.
단계(750)에서, 측광부에서 다시 수광한 복수의 파장의 광 정보를 이용하여 시료의 pH 및 농도를 계산하여 데이터화할 수 있다.
단계(760)에서, 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치의 전원을 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부에서 시료의 pH 및 농도를 측정하도록 하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
검출부에서 시료의 pH 및 농도를 측정하도록 하는 단계는 검출부의 시료 수집부에서 시료를 수집하는 단계(810), 시료의 pH 및 농도를 정확하게 측정하기 위해 시료 수집부 내부의 기체를 방출하는 단계(820), 수집한 시료에 생성된 복수의 파장의 광을 통과시키는 단계(830)를 포함할 수 있다.
단계(810)에서, 검출부의 시료 수집부를 통해 시료를 수집할 수 있다. 시료 수집부는 시료 수집부 입구를 통해 수집한 시료에 복수의 파장의 광을 통과시켜 측정부의 수광 센서로 전달할 수 있다. 이러한 시료 수집부의 내부는 복수의 파장의 광의 반사를 최대한 줄이기 위해 검은색으로 구성될 수 있다. 그리고, 수집부의 내부 물질은 시료와 반응하지 않는 물질일 수 있다.
단계(820)에서, 시료의 pH 및 농도를 정확하게 측정하기 위해 시료 수집부 내부의 기체를 방출할 수 있다. 시료 수집부에 남아있는 공기로 인해 부정확한 측정을 피하고자 기체 방출 통로를 두어 시료가 시료 수집부의 모든 공간에 채워질 수 있도록 한다.
단계(830)에서, 수집한 시료에 생성된 복수의 파장의 광을 통과시키는 광 유도경로의 입구로 복수의 파장의 광이 들어오게 되고, 광 유도경로를 거쳐 시료 수집부를 통과한 후, 광 유도경로의 출구를 통해 빠져나갈 수 있다. 예를 들어, 광 유도경로는 광섬유나 얇은 석영관 등 다양한 물질이 사용될 수 있다. 광 유도경로로 사용되는 물질은 광원에 대한 투과율이 좋은 물질이어야 한다.
예를 들어, 광 유도경로를 통해 광원이 시료 수집부까지 전달되면 광원은 시료를 지나 거울과 같은 반사체에 반사되거나 또는 직접적으로 다시 광 유도경로를 통해 측정부의 수광 센서에 도달하게 된다. 검출부의 총 길이 및 시료 수집부의 위치는 중요하지 않으나, 시료의 총 깊이 및 측정하고자 하는 위치를 고려하여 변경될 수 있다. 시간 분해능은 광원의 세기 및 검출기의 양자효율에 따라 달라지며 통상의 흡수 스펙트럼 측정장치와 비슷한 수준으로 수 ms까지 가능할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (10)
- 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치에 있어서,
복수의 파장의 광을 생성하고, 상기 복수의 파장의 광을 시료를 통과 시킨 후 다시 수광 하는 측광부;
상기 복수의 파장의 광 세기를 조절하는 제어부;
상기 시료를 수집하고 상기 수집한 시료에 상기 생성된 복수의 파장의 광을 통과시켜 상기 시료의 pH 및 농도 측정하도록 하는 검출부;
상기 검출부를 통과한 복수의 파장의 광을 상기 측광부에서 다시 수광하고, 상기 수광한 복수의 파장의 광 정보를 이용하여 상기 시료의 pH 및 농도를 계산하여 데이터화하는 중앙처리부; 및
상기 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치의 전원을 제어하는 전원부
를 포함하는 흡광광도법을 이용한 pH 및 농도 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 측광부는,
상기 복수의 파장의 광을 생성하는 광원; 및
상기 복수의 파장의 광을 수광 하는 수광 센서
를 포함하는 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치. - 제2항에 있어서,
상기 광원은,
연속 스펙트럼을 생성하거나 또는 단파장 광을 생성하는
흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 흡광광도법을 이용한 pH 및 농도 측정 장치의 변수값을 제어하고, 상기 변수값을 사용자가 직접 입력 가능한
흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 검출부는,
상기 복수의 파장의 광을 통과시키기 위한 광 유도경로;
상기 시료를 수집하기 위한 시료 수집부;
상기 시료의 pH 및 농도를 정확하게 측정하기 위해 상기 시료 수집부 내부의 기체를 방출하는 기체 방출구
를 포함하는 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치. - 제5항에 있어서,
상기 시료 수집부는,
상기 복수의 파장의 광을 수집된 시료를 통과시켜 상기 측정부의 수광 센서로 전달하는
흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치. - 제5항에 있어서,
상기 시료 수집부의 내부는 상기 복수의 파장의 광의 반사를 최대한 줄이기 위해 검은색으로 구성되고, 상기 시료 수집부의 내부 물질은 시료와 반응하지 않는 물질인
흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치. - 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 방법에 있어서,
측광부에서 복수의 파장의 광을 생성하는 단계;
제어부에서 상기 복수의 파장의 광 세기를 조절하는 단계;
검출부에서 상기 생성된 복수의 파장의 광을 상기 시료에 통과시켜 상기 시료의 pH 및 농도 측정하도록 하는 단계;
상기 시료를 통과 시킨 상기 복수의 파장의 광을 다시 수광 하는 단계;
상기 측광부에서 다시 수광한 복수의 파장의 광 정보를 이용하여 상기 시료의 pH 및 농도를 계산하여 데이터화하는 단계; 및
상기 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 장치의 전원을 제어하는 단계
를 포함하는 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 방법. - 제8항에서,
상기 측광부에서 복수의 파장의 광을 생성하는 단계는,
연속 스펙트럼을 생성하거나 또는 단파장 광을 생성하는
흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 방법. - 제8항에 있어서,
상기 검출부에서 상기 생성된 복수의 파장의 광을 상기 시료에 통과시켜 상기 시료의 pH 및 농도 측정하도록 하는 단계는,
상기 검출부의 시료 수집부에서 상기 시료를 수집하는 단계;
상기 시료의 pH 및 농도를 정확하게 측정하기 위해 상기 시료 수집부 내부의 기체를 방출하는 단계; 및
상기 수집한 시료에 상기 생성된 복수의 파장의 광을 통과시키는 단계
를 포함하는 흡광광도법을 이용한 시료의 pH 및 농도 측정 방법.
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