KR20180015520A - 전도도법과 레이져 산란을 이용한 액상의 초 미세먼지 측정기 - Google Patents

Abstract

광산란은 빛의 산란을 이용하여 고분자 혹은 콜로이드 입자의 분자량, 크기, 모양 등을 분석하는 방법으로, 용액 중에는 용질 브라운 운동에 의하여 굴절률의 변화가 생기며, 입사광은 산란된다. 보통의 현미경으로는 볼 수 없는 미립자라도 Tyndall 현상을 이용하여 빛의 통로 옆 방향에서 관찰하면 반짝이는 점으로서 그 위치를 알 수 있음을 영국의 물리학자인 J. Tyndall에 의해 발견되었다. 빛이 산란되는 정도가 입자가 클수록 심해지는 것을 이용하여 미립자의 크기를 구할 수 있다. 맑은 하늘 담배연기가 푸르게 보이는 것이나 금 콜로이드 용액이 여러 가지 색으로 나타나는 것도 Tyndall 현상에 의한 산란광의 세기가 파장에 따라 다르기 때문이다.

Description

전도도법과 레이져 산란을 이용한 액상의 초 미세먼지 측정기{Fine dust measuring devices utilizing the Tyndall effect and conductivity}

레이저 산란, 입도분석, 전도도법

광산란 방식 의 원리로 미세입자를측정한 후 각사이즈에 대한 무게 정량화작업을 해주므로(ug/m3)의 미세먼지의 질량을 표시한다.

컴퓨터 냉각팬사이에 구멍을 뚫어 미세먼지 필터에 공기를 통과 시킨 후 필터의 오염된 상태에 빛을 투과 시키는 실험을 진행 해보았다. 반대편에 빛 센서를 세운다음 전류계와 연결하여 빛을 통과시킬 경우 파랑색 레이저에서 가장 전류의 변화가 컸고 초록색 빨간색 순으로 전류의 변화가 나타났다.

Log I _0/ I _{t =} εCL···비어의 법칙

여기서 I ₀는 입사하는 빛의 강도이고, I _t 는 통과한 빛의 강도, ε는 흡광계수이다. ε는 입사광의 파장이나 화합물 특유의 상수이다 이러한 법칙을 화학에서 용액상의 농도의 진한 정도를 정량화하는데 많이 사용 되는데 이컴퓨터 팬에 묻은 필터에서도 빛을 투과시켜 이 투과한양을 조도센서로 사용되는 CdS광소자 센서나 태양열 전지에서도 빛의 조도에 따라 전류나 전압의 변화로 검출 할 수가 있게 된다

본 발명에서는 환경부에서 실시하는 총중량법이나 베타선법 같은 방법은 측정기구의 복잡성과 고가의 장비이므로 일반 가정에서는 사용하기에 부적합한 면이 있으므로 미세먼지의 특성에 맞는 물리 화학적 특성을 고려한 전도도측정을 적용한다.

일반적으로 미세먼지를 측정하기 위해 여과장치를 통과하여 2.5마이크론이하의 먼지를 포집하는 시간이 오래 걸리고 이것의 무게를 재서 세제곱 평방 미터당의 중량으로 나타내는 방법이 현재 기준되는 방법이다.

초미세먼지(PM2.5)에 대한 여러 가지 물리 화학적 특성을 바탕으로 미세먼지의 농도를 측정할 수 있는 과학적이고 경제적인 방법을 찾아보고 미세먼지의 화학적 조성 중 양이온과 음이온의 종류는 어떠한 것이 있으며 어떠한 경로로 이러한 미세먼지로 형성 되었는가를 여러 가지 실험을 토대로 미세먼지 형성 메카니즘을 이론적으로 알아보았다. 본 발명에서는 광산란을 미세먼지를 용액에서 분석하고 기체상에서의 차이를 통해 복합적인 미세먼지의 용해성과 입도 분포에 대한 정보를 알아보고자 하였다.

중량 포집법은 임펙터 또는 사이크론 방식을 이용하여 미세 입자 (PM10: 10마이크로 이하입자)를 분리한 후 2마이크로 까지를 분리한 후 포집 총유량 무게값을 계산하여 산출한 다.음 무게와 부피(유량체적)ug/m3으로 표시하고 입방 메타 에 몇 마이크로그램의먼지 가 있는지 계산한 값이다.

광산란 방식은 입자가 광학 챔버에 들어오면 레이져와 만나는데 이때 산란광이 만들어지는데, 입자의 반짝거리는 크기를 가지고 입자 사이즈를 결정하며 반짝거리는 개수를 헤아려 입자의 사이즈별 갯수를 측정하게 된다.

도면.1 은 본발명의 실시예

미세먼지는 50 마이크로미터 크기의 아주 작은 입자로, 중금속 성분, 탄소 성분, 이온 성분 등 다양한 물질들이 섞여 이루어져있다 . 이는 매우 작은 크기를 가지고 있어 호흡기를 통해 여과되지 않고 폐로 직접 침투하기 때문에, 호흡기 질환을 일으킨다. 뿐만 아니라 , 중금속과 같은 물질들은 체외로 배출되지 못하고 축적되어 만성 질환을 일으키기도 한다.

이와 같은 미세먼지에 의한 피해를 미리 대처하기 위해서, 가정에서 쉽게 미세먼지를 측정하여 미세먼지의 정도를 파악하여 대처 할 수 있는 간편하고 효과적인 장치를 만들게 되었다. 이 장치는 베란다나 실내공간에 설치되어, 미세먼지에 따라 미세먼지 제거장치를 작동 시키게 하도록 가능한 한 편리한 측정방식을 취하도록 하였다.

강제순환식으로 마이크로 필터를 장착한 후 일정한 시간에 따른 필터의 까만 정도를 조도 센서로 수치화한다면 미세먼지의 농도를 조도(Lux)값으로 비교하여 나타 낼 수 있다.

생략

Claims (1)

1. 공기순환장치를 100ml 증류수에 일정 유속으로 순환 시킨 후 시간에 따른 전기전도도를 연속해서 측정할 경우 공기 중에 있는 미세먼지가 증류수에 녹아들어가 전기전도도가 증가하는 원리를 이용해 만든 측정 방식에 한함.

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