KR20190015382A - 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 장치가 개시된다. 장치는 제1 파장 범위의 광 빔을 시료를 향해 지향시키기 위한 광원(22; 102), 및 액체 매질에 대한 제2 파장 특성으로 액체 매질로부터 방출된 광선의 세기를 측정하기 위한 제1 검출기(24; 120)를 포함한다. 장치는, 물질에 대한 제3 파장 특성으로 물질로부터 방출된 광선의 세기를 측정하기 위한 제2 검출기(26; 116), 및 제2 파장 및 제3 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기에 기초하여 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 결정 장치(50; 150)를 더 포함한다. 또한, 제1 검출기에 의해 집광된 광선이 시료의 제1 표면 영역으로부터 방출되고, 제2 검출기에 의해 집광된 광선이 제2 표면 영역으로부터 방출되며, 제1 및 제2 영역이 광원의 광 빔에 의해 조명된 시료의 표면 영역에 의해 적어도 부분적으로 커버되도록, 장치가 배치된다.

Description

액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 방법 및 장치
본 개시물은 일반적으로 시료(test sample)의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 개시물은 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 광학적으로 결정하는 것에 관한 것이다. 액체 매질은 해수(water)일 수 있고 물질은 오일일 수 있다.
액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하는 것이 관심사일 수 있는 많은 응용 분야가 있다. 이러한 응용 분야 중 하나는 해양 플랫폼 및 대형 선박으로부터 바다에 배출되는 해수 중의 오일 농도를 검출하는 용도이다. 해양 플랫폼에서는, 해수와 오일이 펌프 업되고, 해수가 여과되어 다시 바다로 배출된다. 여과된 해수가 해수로 배출되기 전에, 해수 중의 잔류 오일 농도가 측정되어 농도가 예를 들어, 법 규정에 기초하는 임의의 규정된 한도를 초과하지 않는지를 결정한다. 해수 중의 오일 농도는, 오일과 혼합될 수 있는 해수를 함유한 시료 위로 광을 전송하여 시료로부터 산란된 광을 오일 및 해수에 대한 특성인 파장으로 검출하는 광 검출기 시스템에 의해 측정될 수 있다.
미국 특허 제3806727호는 자외선 광원에 의해 조명될 때, 오일로 오염된 해수를 포함하는 액체 시료로부터 산란된 오일 형광 스펙트럼을 측정하여 오일 형광 스펙트럼을 액체 시료로부터의 해수의 라만(Raman) 스펙트럼과 비교함으로써, 해수의 오일 오염 함량이 모니터링되는 종래기술의 광 검출기 시스템을 제시한다. 시료는 제1 방향으로부터 조명되고, 산란된 스펙트럼은 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 검출된다.
그러나, 이러한 시스템에 의하면, 시료가 높은 비율의 입자를 함유하는 경우, 검출되는 산란 광량을 입자가 감소시키기 때문에, 해수 중의 오일의 농도를 정확하게 결정하는 것이 어렵다. 입자는 예를 들어, 해수 중에 고농도의 오일이 존재하는 경우 발생할 수 있는 오일 형성 덩어리일 수 있거나, 또는 입자가 시료의 다른 오염 물질로부터 비롯될 수 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점 및 사안 중 적어도 일부를 해결하는 것이다. 실시형태의 다른 목적은 액체 매질 중의 물질의 농도를 고정밀도로 광학적으로 결정하는 것이다. 본 발명의 실시형태의 다른 목적은 시료가 높은 탁도(turbidity)를 갖는 경우에 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하는 것이다. 본 발명의 실시형태의 다른 목적은 농도가 적절하게 결정되는지를 모니터링하는 것이다. 본 발명의 실시형태의 다른 목적은 농도가 적절하게 결정되지 않을 위험이 있는 경우를 결정하는 것이다. 첨부된 청구범위에서 정의된 바와 같은 방법 및 장치의 실시형태를 사용함으로써 이러한 목적 및 다른 목적을 달성하는 것이 가능하다.
일 양태에 따라, 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 장치는, 제1 파장 범위의 광 빔을 시료를 향해 지향시키기 위한 광원; 시료를 향해 지향된 광 빔의 결과로서 시료의 액체 매질로부터 방출된 광선(irradiation)을 액체 매질에 대한 특성인 하나 이상의 제2 파장으로 집광(collecting)하며, 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선의 세기를 측정하기 위한 제1 검출기를 포함한다. 장치는, 시료를 향해 지향된 광 빔의 결과로서 시료의 물질로부터 방출된 광선을 물질에 대한 특성인 하나 이상의 제3 파장으로 집광하며, 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 광선의 세기를 측정하기 위한 제2 검출기를 더 포함한다. 장치는, 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기 및 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기에 기초하여, 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 결정 장치를 더 포함한다. 또한, 제1 검출기에 의해 집광된 광선이 시료의 제1 표면 영역으로부터 방출되고, 제2 검출기에 의해 집광된 광선이 시료의 제2 표면 영역으로부터 방출되며, 제1 영역 및 제2 영역이 광원의 광 빔에 의해 조명된 시료의 표면 영역에 의해 적어도 부분적으로 커버되도록, 장치가 배치된다.
US 3806727의 광 검출기 시스템으로 반사광을 검출하려고 하는 경우, 광은 입사 윈도우를 향하여 90도 각도를 갖는 출구 윈도우를 통해 방출되기 전에 시료에 흡수되는 경향이 있다. 이는 광이 탁도가 낮은 시료에 흡수되는 것보다 탁도가 높은 시료에 흡수될 때까지 훨씬 더 적은 거리를 이동하기 때문에, 탁한 시료인 경우 특히 그렇다. 결과적으로, US 3806727의 광 검출기 시스템은 탁한 시료에 사용될 수 없다. 그러나, 본 발명에서와 같이, 광원의 광 빔에 의해 적어도 부분적으로 조명되는 시료의 표면 영역으로부터 방출된 광선을 검출함으로써, 예를 들어, 검출된 광선은 광원으로부터의 광이 시료에 진입한 표면 영역에서 시료로부터 나오기 때문에, 높은 탁도를 갖는 시료에 대해서도 반사광이 검출될 정도로 충분히 강할 수 있다.
광원의 광 빔에 의해 조명된 시료의 표면 영역은 광-진입 영역 또는 조명 영역이라 지칭될 수 있다. 또한, 표면 영역은 시료의 외피 표면으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 조명된 영역은 시료의 총 외피 표면 중 조명된 부분으로 간주될 수 있다. 장치는, 제1 및 제2 검출기에 의해 집광된 광선이 방출되는 시료의 영역이 광원의 광 빔에 의해 적어도 부분적으로 조명되도록 달성하기 위한 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 장치 구현의 가능한 상이한 실시예들은 첨부된 도면에 도시된다. 실시형태에 따라, 장치는, 제1 검출기에 의해 집광된 광선 및 제2 검출기에 의해 집광된 광선이 광원에 의해 조명된 시료의 표면 영역에 의해 적어도 부분적으로 커버되는 시료의 표면 영역으로부터 방출되도록 달성하기 위해, 광 지향 장치 및 광 집속 장치와 함께 배치된다. 예를 들어, 프리즘 및 렌즈와 같은 광 지향 장치는 검출기에 수신되는 광이 특정 표면 영역으로부터 반사된 것임을 확인하는데 사용될 수 있다. 유사한 방식으로, 광원에 의해 방출된 광은 효율적이고 충분히 강한 광을 달성하기 위해, 시료의 특정 표면 영역 위로 시료의 광-진입 표면 영역을 향하여 렌즈와 같은 광 지향 장치에 의해 집속될 수 있다. 광 빔을 시료를 향해 지향시키는 광원은 하나 보다 더 많이 있을 수 있다.
실시형태에 따라, 액체 매질에 관련된 하나 이상의 제2 파장은 액체 매질의 라만 스펙트럼의 파장이다. 다른 실시형태에 따라, 물질에 관련된 하나 이상의 제3 파장은 물질의 라만 스펙트럼 및/또는 물질의 형광 스펙트럼의 파장이다. 하나 보다 많은 물질이 존재할 수 있으며, 물질의 방출된 광선은 검출기에 의해 집광되어 측정된다.
실시형태에 따라, 제1 검출기 및 제2 검출기는 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역이 광원의 광 빔에 의해 조명된 시료의 표면 영역에 의해 커버되도록 배치된다. 광선이 검출기에 의해 집광되는 표면 영역을 커버하는 시료의 표면 영역을 조명함으로써, 조명된 표면 영역과 조명되지 않은 표면 영역 사이의 에지에서 발생하는 방출된 에지 효과가 감소된다. 이러한 에지 효과는 방출된 광선의 측정 정확도에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 다른 실시형태에 따라, 조명 영역은 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역을 커버할 뿐만 아니라, 이러한 영역들보다 더 넓다. 이에 의해, 에지 효과가 훨씬 더 감소된다.
다른 실시형태에 따라, 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역은 실질적으로 동일한 영역이다. 제1 검출기에 의해 검출된 광선 및 제2 검출기에 의해 검출된 광선이 시료의 동일한 또는 적어도 실질적으로 동일한 표면 영역으로부터 방출되도록 장치를 배치함으로써, 측정된 세기의 정확도가 증가할 것이다. 특히, 제1 검출기에 의해 검출된 광선의 세기와 제2 검출기에 의해 검출된 광선의 세기 사이의 관계의 정확도, 즉 상호간의 정확도는 검출되는 상이한 광선 세기가 시료의 동일한 표면 영역으로부터 비롯되는 경우 증가할 것이다.
다른 실시형태에 따라, 제1 검출기 및 제2 검출기는 광원에 대하여 대칭적으로 배치된다. 광원에 대하여 제1 검출기 및 제2 검출기를 대칭적으로 배치함으로써, 조명된 부피로부터 제1 검출기 및 제2 검출기에 의해 방출 광선이 검출되고, 바람직하게는 좌표계의 z축 및 반경에 대하여 동일한 광선 세기 분포를 갖는 시료의 조명 방향을 따르는 이의 z축을 갖는 원통 좌표로 기술되도록 보장된다. 이에 의해, 농도 결정의 정확도가 보장된다. 또한, 실시형태에 따라, 광원은 z축에 대하여 대칭인 광 원뿔을 생성할 수 있다. 제1 및 제2 검출기는, 시료로부터 반사 광선을 수신하고 광원으로부터의 입사광을 향하여 제1 각도를 갖도록 제1 검출기를 위치시킴으로써, 그리고 시료로부터 반사 광선을 수신하고 광원으로부터의 입사광을 향하여 제2 각도를 가지며 제1 및 제2 각도가 동일한 크기를 갖도록, 예를 들어 제1 및 제2 각도가 모두 10도가 되도록, 제2 검출기를 위치시킴으로써, 광원에 대하여 대칭적으로 배치될 수 있다.
다른 실시형태에 따라, 장치는 제1 검출기 및 제2 검출기가 시료로부터 방출된 광선을 하나의 동일한 방향으로 수신하도록 배치된다. 이에 의해, 제1 및 제2 검출기가 시료의 동일한 조명된 표면 영역으로부터 광선을 수신하도록 보장된다. 이는 예를 들어, 색선별 미러(dichroic mirror), 또는 제2 파장을 반사하고 제3 파장을 통과시키는 임의의 다른 종류의 기기에 의해 방출 광선을 수신함으로써 달성될 수 있다. 그 다음, 제2 검출기는 제2 파장으로 기기에 의해 반사된 광선을 수신하도록 위치될 수 있고, 제3 검출기는 제3 파장으로 기기에 의해 통과된 광선을 수신하도록 위치될 수 있다.
다른 실시형태에 따라, 장치는 시료를 향하여 지향된 광 빔과 제1 검출기 및 제2 검출기에 의해 수신되는 시료로부터 방출된 광선 사이에 0도의 각도가 되도록 배치된다. 이에 의해, 시료의 조명된 부피는 방출된 광선이 제1 및 제2 검출기에 의해 검출되는 부피와 동일하게 달성된다. 이에 의해, 훨씬 더 정확한 측정값이 획득될 수 있다. 이러한 방식으로 배치되는 장치는 도 4에서 설명된다. 그러나, 단색 레이저 광으로 조명되는 편광 빔 스플리터와 같은 다른 유사한 장치가 동일한 기능을 달성할 수 있다. 비탄성 산란으로 인한 편광 소거된 산란 광 형태의 반응 광선이 빔 스플리터를 통하여 광 검출기로 직행할 것이다.
다른 실시형태에 따라, 제1 검출기는 액체 매질 중의 물질의 공지된 농도를 포함하는 기준 시료로부터 방출되는 광선을 집광하여, 제2 파장으로 광선의 세기를 측정하도록 추가적으로 적응된다. 또한, 제2 검출기는 기준 시료로부터 방출되는 광선을 집광하여 제3 파장으로 광선의 세기를 측정하도록 적응된다. 그 다음, 결정 장치는, 기준 시료로부터 제2 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기 및 기준 시료로부터 제3 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기에 기초하여, 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하도록 추가적으로 적응된다. 또한, 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정할 때 액체 매질 중의 물질의 공지된 농도를 갖는 기준 시료에 대한 측정된 세기 값을 고려함으로써, 장치가 교정될 수 있고, 이에 따라 농도 결정의 정확도를 개선할 수 있다.
실시형태에 따라, 장치는 시료의 온도를 검출하기 위한 온도 센서를 더 포함한다. 또한, 결정 장치는 시료의 검출된 온도에 추가적으로 기초하여, 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하도록 배치된다. 검출된 광선 레벨과 매질 중의 물질의 농도 사이에는 온도 의존성이 존재한다. 상온에서, 입사광의 파장보다 더 큰 파장에서, 즉 더 낮은 에너지 준위에서의 라만 산란, 소위 스토크스(Stokes) 라만은 입사광의 파장보다 더 짧은 파장의 라만 산란, 소위 반-스토크스 라만보다 훨씬 더 일반적이다. 온도가 증가함에 따라, 스토크스 라만은 감소되고, 반-스토크스 라만은 증가된다. 이러한 온도 의존성에 대한 지식은 시료의 매질 중의 물질의 농도를 결정할 때 시료의 실제 온도가 고려되도록 사용될 수 있다.
다른 실시형태에 따라, 액체 매질은 해수이고, 물질은 오일이다.
다른 실시형태에 따라, 장치는 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기가 특정 값 미만인 경우를 표시하기 위한 표시기를 더 포함한다. 이에 의해, 예를 들어, 임계 레벨과 같은 레벨 미만이라는 액체 매질로부터의 광선의 표시에 대응하여, 시료의 흐름을 중단시키거나 흐름을 전환하는 등의 조치를 취하는 것이 가능하다. 표시기는 도 1에 도시된 바와 같이, 결정 장치에 연결된 별개의 장치일 수 있다. 그러나, 표시기는 결정 장치에서 구현될 수도 있다.
실시형태에 따라, 특정 값은 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기가 특정 값 미만인 경우, 장치의 가급적 낮은 농도 결정 정확도의 표시가 되도록 설정된다. 측정된 세기가 특정 값 미만인 경우, 이는 예를 들어 시료 흐름의 부족과 같은, 장치에서의 시료의 부족 또는 손실이 있을 수 있다는 표시일 수 있다. 대안적으로, 시료가 너무 탁하거나 액체 매질의 점유율이 너무 낮을 수 있으므로, 예를 들어 해수와 같은 액체 매질로부터의 광선의 세기가 너무 낮아서 매질 중의 물질의 농도 결정이 신뢰할 수 없게 된다. 특정 값은 제조시에 장치의 전제 조건 및 제약 조건에 기초하여, 사전 설정되는 것이 바람직하다. 특정 값은 설정된 임계값일 수 있다.
다른 실시형태에 따라, 표시기는 경보 신호를 발생시킴으로써 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기가 특정 값 미만인 경우를 표시하도록 배치된다. 경보 신호는 가청 경보 또는 시각 경보일 수 있다. 이러한 이유로, 장치는 확성기 또는 강한 발광 램프 또는 이와 유사한 것을 구비할 수 있으며, 확성기 또는 램프가 표시기에 연결된다. 이러한 경보는 예를 들어 공정 흐름을 중단시킴으로써, 작업자가 낮은 레벨의 액체 매질에 따른 조치를 취하게 할 수 있다.
다른 실시형태에 따라, 표시기는 시료가 획득되는 공정 흐름으로부터 공정 흐름 시스템의 보정을 트리거함으로써 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기가 특정 값 미만인 경우를 표시하도록 배치된다. 예를 들어, 제1 정상 공정 방향으로부터 공정 문제를 표시하는 제2 방향으로 공정 흐름의 방향을 변경시키도록 시스템의 밸브를 설정하기 위해 또는 공정 흐름을 자동으로 중단시키기 위해, 공정 흐름 시스템의 보정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 공정 흐름 시스템이 선박으로부터의 폐수의 흐름을 제어하기 위한 시스템인 경우, 광선이 특정 값 미만이라는 표시는 공정이 바다 대신에 오수 탱크로 흐르도록 밸브의 변경을 트리거한다. 이에 의해, 바다로 보내기 전에 공정 흐름이 보다 양호한 방식으로 처리될 수 있다.
다른 양태에 따라, 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 제1 파장 범위의 광 빔을 시료를 향해 지향시키는 단계; 시료를 향해 지향된 광 빔의 결과로서 시료의 액체 매질로부터 방출된 광선을 액체 매질에 대한 특성인 하나 이상의 제2 파장으로 집광하는 단계; 및 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선의 세기를 측정하는 단계를 포함한다. 방법은, 시료를 향해 지향된 광 빔의 결과로서 시료의 물질로부터 방출된 광선을 물질에 대한 특성인 하나 이상의 제3 파장으로 집광하는 단계; 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 광선의 세기를 측정하는 단계; 및 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기 및 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기에 기초하여, 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선이 시료의 제1 표면 영역으로부터 방출되고, 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 광선이 시료의 제2 표면 영역으로부터 방출되며, 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역이 광원의 광 빔에 의해 조명된 시료의 표면 영역에 의해 적어도 부분적으로 커버되는 것을 더 포함한다.
다른 실시형태에 따라, 시료의 액체 매질 중에 복수의 물질이 존재한다. 방법은 각각의 복수의 물질에 대한 파장 특성의 하나 이상의 제3 파장으로, 집광하는 단계 및 세기를 측정하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함한다. 또한, 각각의 복수의 물질에 대해, 액체 매질 중의 복수의 물질의 농도를 결정한다.
이러한 솔루션의 가능한 추가적인 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
이제 그 솔루션은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시형태로 보다 상세하게 설명될 것이며, 도면으로서:
도 1은 본 발명이 사용될 수 있는 광 검출기 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 낮은 탁도를 갖는 시료와 비교하여 높은 탁도를 갖는 시료 위로 낙하하는 광에 대한 도 1의 광 검출기 시스템에서의 투과 깊이를 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 3a 내지 도 3d는 이들의 x축에 물질 농도를 도시하고 이들의 y축에 측정된 세기를 도시하는 x-y 도표이다.
도 4는 본 발명이 사용될 수 있는 다른 광 검출기 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 다른 실시형태에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
간략하게 설명하면, 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 광학적으로 결정하기 위한 솔루션이 제공되며, 그 솔루션은 특히 탁한 시료와 같이, 높은 흡광 계수를 갖는 시료에서 농도를 결정하도록 적응된다. 높은 흡광 계수는 예를 들어 광(light)과 같은 광선의 짧은 투과 깊이를 의미한다. 시료에 대한 흡광 계수는 시료에 있는 물질들(액체 매질을 포함함)의 흡광 계수, 및 시료 중의 이들 각각의 농도에 좌우된다. 제1 파장 범위의 광 형태의 광선을 시료를 향해 지향시키도록 배치된 광원; 시료를 향해 지향된 광의 결과로서, 예를 들어 해수와 같은 액체 매질에 대한 제2 파장 특성으로 시료로부터 후방 산란 광선의 세기를 검출하기 위한 제1 검출기; 및 예를 들어 오일과 같은 물질에 대한 제3 파장 특성으로 시료로부터 후방 산란 광선의 세기를 검출하기 위한 제2 검출기를 포함하는 장치에 의해, 액체 매질 중의 물질의 농도가 결정된다. 그 다음, 제2 파장의 후방 산란 광선의 검출된 세기 및 제3 파장의 후방 산란 광선의 검출된 세기에 기초하여, 액체 매질 중의 물질의 농도가 결정된다.
제1 실시형태에 따라, 높은 흡광 계수를 갖는 시료에서도 충분한 후방 산란 광선을 획득할 수 있도록 하기 위해, 제1 검출기 및 제2 검출기에 의해 검출되는 광선은 광원에 의해 조명되는 시료의 표면 영역으로부터 방출된다. 이에 의해, 매우 짧은 광선 투과 깊이를 갖는 시료에 대해서도 액체 매질 중의 물질의 농도가 결정될 수 있다.
액체 매질 중의 물질의 농도를 광학적으로 결정하기 위한 장치의 시험에서, 본 발명자는 특히 낮은 액체 매질 반응의 경우, 즉 액체 매질로부터 산란되어 결과적으로 검출되는 광량이 적은 경우, 장치의 정확도가 저하된다는 것을 관측하였다. 액체 매질로부터의 그러한 적은 양의 산란 광선은 상이한 이유들로 인해 기인할 수 있다. 예를 들어, 이는 시료 중의 물질의 높은 점유율로 인해 기인하여 시료 중의 액체 매질의 낮은 점유율을 나타낼 수 있으며, 액체 매질의 점유율이 낮으면 액체 매질로부터 비롯되는 산란 광량이 적어진다. 다른 이유로는 탄성 반사를 방출하는 물질, 즉 시료를 탁하게 하는 물질을 시료가 함유하기 때문일 수 있다. 탄성 반사는 많은 양의 입사광이 시료의 표면에서 또는 시료의 표면 근처에서 반사된다는 것을 의미한다. 결과적으로, 입사광이 시료에서 짧은 투과 깊이를 가지므로, 입사광은 단지 표면에서 또는 표면 근처에서만 액체 매질과 반응할 가능성이 있다. 따라서, 액체 매질로부터 비롯되는 산란 광량이 적어질 것이다. 다른 이유로는 예를 들어, 강한 형광 또는 라만 광선과 같은 강한 비탄성 반사를 방출하는 측정되거나 또는 측정되지 않는 물질을 시료가 함유하고 있기 때문일 수 있다. 결과적으로, 입사광이 시료에서 짧은 투과 깊이를 가지므로, 입사광은 단지 표면에서 또는 표면 근처에서만 액체 매질과 반응할 가능성이 있다. 다른 이유로는 적은 양의 시료가 장치에 존재하며, 적은 양의 시료는 적은 양의 액체 물질을 의미하므로, 액체 매질로부터 비롯되는 산란 광선이 적기 때문일 수 있다. 장치의 이러한 가능한 저하된 정확도에 따라 조치를 취할 수 있도록 하기 위해, 액체 매질의 특성 파장으로 반사 광선의 측정된 세기가 관측된다. 이러한 이유로, 그리고 제2 실시형태에 따라, 장치는 액체 매질로부터의 광선의 측정된 세기가 특정 레벨 미만으로 떨어지는 경우를 표시하는 표시기를 구비하며, 그 레벨은 장치의 저하된 정확도의 표시로 설정된다. 표시기는 경보를 트리거하여 제어하는 작업자의 주의를 끌 수 있거나, 또는 장치에 의해 제어되는 해수 시스템의 밸브에 트리거 신호를 전송하여 예를 들어 해수 시스템을 통해 오염수의 흐름을 차단할 수 있다. 제2 실시형태는 제1 실시형태와 함께 사용될 수 있거나 함께 사용되지 않을 수도 있다.
액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 장치의 실시형태가 도 1에 기술된다. 물질은 액체 물질일 수 있다. 이하의 실시예에서, 물질은 오일로 예시될 것이며, 액체 매질은 해수로 예시될 것이다. 해수와 혼합된 오일을 포함하는 시료(12)는 장치의 습윤부(5)를 통해 안내될 수 있으며, 습윤부는 파이프(10) 및 깔때기(11)를 포함한다. 파이프(10)는 깔때기(11)로부터 이격되어 깔때기(11) 위에 배치된 탭(10a)에서 종단되어, 시료의 해수-오일 혼합물이 파이프 아래에 배치된 깔때기(11)에 수용될 때까지 파이프(10)로부터 자유-낙하 분사로 낙하한다. 장치의 검출부(20)의 광원(22)은 광원으로부터 방출된 광(I0)이 시료가 파이프로부터 깔때기를 향해 자유-낙하 분사로 낙하하는 광-진입 영역(13)에서 시료에 진입하도록 배치된다. 도시되지 않은 대안으로서, 시료는 광-진입 영역(13)을 통과할 때에도 파이프에서 안내될 수 있다. 이러한 대안에서, 파이프(10)는 광 빔이 통과하여 시료와 접촉될 수 있는 투과부를 가질 것이다. 그러나, 시료가 광-진입 영역에서 자유-낙하 분사로 낙하하도록 이격된 깔때기 및 파이프를 습윤부에 배치함으로써, 이러한 투과부가 필요하지 않고, 이러한 투과부가 일정 시간 사용된 후에 더러워지는 위험이 방지된다. 발광 및 광 검출부(20)는 LED(22)에 의해 방출된 광의 일부를 습윤부의 광-진입 영역(13)을 향해 집속시키는 적어도 하나의 제1 볼록 렌즈(28)를 갖는 시준기, 및 제1 파장 범위의 방출된 광만을 통과시키는 대역통과 필터(30)를 포함하며, 제1 파장 범위가 광-진입 영역을 향해 전송된다. 발광 및 광 검출부(20), 예를 들어 LED(22) 및 시준기는 광 진입 영역이 너무 작지 않은 연장부를 수용하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, LED 및 시준기는, 대략적으로 경로 길이의 크기, 시료 내로의 가능한 입사광 투과 깊이의 크기, 또는 입사광의 방향으로의 시료 길이의 크기의 직경을 광-진입 영역이 수용하도록 배치될 수 있다.
또한, 발광 및 광 검출부(20)는, 이미 언급한 광원(22)을 제외하고, 예를 들어 해수의 라만 반사와 같은 해수 반사에 대한 제2 파장 특성으로 광선의 세기를 검출하기 위한 제1 검출기(24)를 포함한다. 제2 파장은 광-진입 영역에서 시료에 진입하는 광의 제1 파장과 상이하다. 발광 및 광 검출부(20)는 예를 들어, 오일의 라만 반사와 같은 오일 반사에 대한 제3 파장 특성으로 광선의 세기를 검출하기 위한 제2 검출기(26)를 더 포함한다. 예를 들어, 오일의 상이한 형광 반사 특성과 같은 다른 특성을 검출하기 위해 2개보다 더 많은 검출기가 있을 수 있다. 각각의 제1 및 제2 검출기는 광 다이오드일 수 있다. 광원(22)은 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 방출되는 광은 자외선, UV 범위일 수 있다. 검출부(20)는, 광/광선을 통과시키고 먼지가 검출부(20)에 진입하는 것을 방지하기 위한 보호 윈도우(14)를 더 포함한다.
입사광(I0)이 시료(12) 위로 낙하함에 따라, 시료의 성분은 입사광을 반사 또는 산란시킬 것이다. 작은 비율의 반사 광선은 비탄성 산란의 결과로서, 즉 산란된 입자는 시료에 낙하하는 광자의 에너지보다 더 낮은 및/또는 어쩌면 더 높은 에너지를 갖는다. 비탄성 산란 광선은 입사 광자를 수신하고 비탄성 산란 광선을 내보내는 물질에 대한 특성이다. 형광 및 라만 산란은 이러한 비탄성 산란의 결과이다. 비탄성 산란 광선은 전방향성(omnidirectional)이다. 비탄성 산란 광선의 일부는 제1 검출기(24)를 향해 그리고 제2 검출기(26)를 향해 재반사될 것이다. 제1 검출기(24) 위로 낙하하기 전에, 반사된 광선(Ir1)은 해수의 라만 반사와 같은 해수의 비탄성 산란에 대한 특성 파장만을 통과시키는 대역통과 필터(34)를 통과한다. 이에 의해, 탄성 산란 파장이 필터링될 뿐만 아니라 다른 비탄성 산란 파장이 필터링된다. 해수의 비탄성 산란에 대한 파장의 광선은 예를 들어, 라만 반사와 같은 해수의 비탄성 산란 광선의 세기를 결정하는 광 다이오드(24)를 향해 광선을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 대물 렌즈(36)에 의해 추가적으로 수신된다. 세기는 수신된 광선의 에너지 준위 또는 전력 레벨을 결정함으로써 결정될 수 있다. 제1 검출기는 수신하는 해수의 비탄성 산란으로 인한 광선(IH20)으로부터 발생되는 세기가 광-진입 영역(13)에 의해 커버되는 시료의 표면 영역으로부터 방출되도록 위치된다. 장치의 광학기, 즉 제1 검출기의 대물 렌즈(36)는 광-진입 영역(13)에 의해 커버된 시료의 표면 영역으로부터 수신된 산란 광선이 광 다이오드(24)에 의해 수신되도록 배치된다.
제2 검출기(26) 위로 낙하하기 전에, 반사된 광선(Ir2)은 오일의 라만 반사 또는 형광과 같은 오일의 비탄성 산란에 대한 특성 파장만을 통과시키는 대역통과 필터(38)를 통과한다. 이에 의해, 탄성 산란 파장이 필터링될 뿐만 아니라 다른 비탄성 산란 파장이 필터링된다. 오일의 비탄성 산란에 대한 파장의 광선은 오일의 비탄성 산란 광선의 세기를 결정하는 광 다이오드(26)를 향해 광선을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 대물 렌즈(40)에 의해 추가적으로 수신된다. 제2 검출기는 수신하는 오일의 비탄성 산란으로 인한 광선(Ioil)으로부터 발생되는 세기가 광-진입 영역(13)에 의해 커버되는 시료의 표면 영역으로부터 방출되도록 위치된다. 장치의 광학기, 즉 제2 검출기의 대물 렌즈(40)는 광-진입 영역(13)에 의해 커버된 시료의 표면 영역으로부터 수신된 산란 광선이 광 다이오드(26)에 의해 수신되도록 배치된다.
오일의 비탄성 산란 광선의 결정된 세기에 관한 정보 및 해수의 비탄성 산란 광선의 결정된 세기에 관한 정보는, 수신된 정보에 기초하여 해수 중의 오일의 농도를 결정하는 결정 장치(50)로 전송된다. 결정된 세기는 신호 강도, 전력 또는 에너지의 레벨일 수 있다.
US 3806727의 종래기술의 솔루션에서, 오일 형광 스펙트럼을 액체 시료로부터의 해수의 라만 스펙트럼과 비교함으로써 해수 중의 오일의 농도가 결정된다. 그러나, 이러한 결정은 특히 시료가 높은 흡광 계수를 갖는 경우가 아니어서, 농도의 정확한 결정을 제공하지 않는다. 이는 오일 농도가 증가함에 따라 세기 비율이 평탄해지는 US 3806727의 도 2의 곡선을 보면 이해될 수 있다.
또한, 도 1의 장치는 표시기(60)를 포함한다. 도 1의 장치의 표시기(1)는 결정 장치(50)에 연결된다. 그러나, 다른 실시형태에서, 표시기(60)는 광 다이오드(24)에 직접 연결될 수도 있다. 표시기(60)는 대안적으로 결정 장치(50)의 일부일 수 있다. 표시기(60)는 광 다이오드(24)에 의해 결정된 해수의 비탄성 산란 광선의 세기가 사전 설정된 레벨 미만인 경우를 표시하도록 배치되며, 이러한 레벨은 장치의 가급적 낮은 농도 결정 정확도를 표시한다. 광 다이오드(24)에 의해 결정된 세기와 사전 설정된 레벨 간의 비교는 표시기(60) 자체에서 또는 결정 장치(50)에서 수행될 수 있다. 표시기(60)는 광 다이오드(24)에 의해 결정된 세기가 사전 설정된 레벨 미만이거나 사전 설정된 레벨 아래로 떨어지는 경우, 경보 신호를 트리거하는 경보 장치를 포함할 수 있다. 경보 신호는 가청 경보 신호가 출력되는 확성기 또는 이와 유사한 장치로 보내질 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 경보 신호는 발광 장치의 발광, 예를 들어 주변의 주의를 끌기 위한 선명한 점멸광과 같은, 광 경보 신호로 보내질 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 경보 신호는 공정 흐름을 제어하는 제어 장치로 전송될 수 있으며, 이러한 공정 흐름으로부터 시료가 획득된다. 제어 장치는 경보 신호를 수신하는 경우 조치를 취할 수 있는데, 예를 들어 물질과 혼합된 액체 매질을 포함하는 공정 흐름을 차단하거나 또는 공정 흐름을 대안적인 경로로 전환할 수 있다. 대안적으로, 표시기(60)로부터 전송된 신호는 공정 흐름을 직접 차단하거나 전환하는데 사용될 수 있다. 또한, 표시기는 액체 매질 중의 물질의 높은 농도를 표시하기 위해 사용될 수 있는데, 예를 들어 농도가 오염 물질에 대한 허용값보다 더 높거나 또는 공정 흐름의 소유자가 수용할 수 없는 값인 경우를 표시하기 위해 사용될 수 있다.
시료는, 액체 매질 및 검출될 하나 이상의 물질(때로는 타겟 물질로 지칭됨)을 제외하고, 방해 물질이 입사광 및/또는 반사된 광선을 흡수할 수 있기 때문에, 농도가 검출되지는 않지만 비탄성 산란으로 인한 광선 반사에 영향을 줄 수 있는 방해 물질도 포함할 수 있다. 이하의 평가 동안에, 제2 검출기(26)에 관련된 타겟 물질, 즉 오일의 일정한 함량 및 액체 매질, 즉 해수의 함량의 무의미한 변경만이 가정된다. 그리고, 제1 및 제2 검출기(24, 26)에서 검출되는 산란 광선의 세기는 광원으로부터 전송된 세기, 및 비탄성 산란을 야기하는 타겟 물질의 비율과 해수의 비율에 각각 영향을 주는 방해 물질의 비율에 좌우된다. 투과 깊이로 지칭되는 시료에서의 입사광의 투과는 시료의 방해 물질 함량이 변경되는 경우에 변경된다. 방해 물질의 함량이 감소되는 경우, 투과 깊이는 증가되며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 투과 깊이가 증가되면, 해수 및 오일의 더 많은 분자가 단위 시간당 여기되어, 더 많은 양의 비탄성 산란을 유발한다. 실제 투과 깊이와 무관하게, 시료 중의 다른 물질 뿐만 아니라 해수 및 오일에 대한 비탄성 산란에서 비례적으로 동일한 변경이 있을 것이며, 즉 비탄성 산란을 야기하는 오일의 비율 및 해수의 비율은 모두 투과 깊이에 대해 동일한 비율로 변경될 것이다. 따라서, 제1 및 제2 검출기(24, 26)에서 검출된 광선 간의 비율은 실제 투과 깊이와 무관하게, 해수 함량에 관련된 일정한 함량의 타겟 물질에 대해 일정할 것이다.
도 2는 높은 흡광 계수, 즉 높은 탁도를 갖는 시료에서 가능한 투과 깊이를 도시한다. 도시된 바와 같이, 입사광은 표면 아래의 짧은 거리에만 도달한다. 결과적으로, 해수와 오일 모두로부터의 비탄성 산란의 세기는 낮은 흡광 계수, 즉 낮은 탁도를 갖는 시료에서 가능한 투과 깊이를 도시하는 도 1에 비해, 도 2에서 더 낮아질 것이다. US 3806727의 시스템에 대해 이해될 수 있는 바와 같이, 도 2의 높은 탁도의 시료의 짧은 투과 깊이를 보면, 이러한 탁한 시료에 대해 시료를 통과하여 90도 각도로 나오는 광선은 있더라도 거의 존재하지 않을 것이다. 즉, 높은 흡광 계수, 즉 짧은 투과 깊이를 시료에 부여하는 방해 물질을 갖는 시료에서, 액체 매질 중의 타겟 물질의 농도는 종래기술의 시스템에 의해 결정될 수 없다.
제2 검출기에 의해 검출되는 예를 들어, 오일과 같은 물질의 농도가 높아지는 경우에 유사한 문제가 발생할 수 있다. 여기서, 방해 물질의 함량, 제2 검출기에 의해 검출되지 않는 타겟 물질의 함량, 및 해수의 함량은 대략적으로 일정하다고 가정한다. 그러면 시료의 흡광 계수는 주로 타겟 물질의 흡광 계수에 의해 결정된다. 즉, 투과 깊이는 타겟 물질의 농도가 증가함에 따라 낮아질 것이다. 물질의 농도가 증가할 때, 예를 들어 해수와 같은 액체 매질 위로 낙하하는 입사광은 더 적어질 것이다. 결과적으로, 제1 검출기(24) 위로 낙하하는 반사 광선(IH20)은 타겟 물질의 농도가 증가함에 따라 감소할 것이다. 동일한 방식으로, 물질 농도가 증가함에 따라 물질 위로 낙하하는 입사광은 증가하지만, 물질 농도가 증가함에 따라, 투과 깊이가 감소한다. 타겟 물질에 대한 흡광 계수가 시료 중의 다른 물질들에 대한 흡광 계수들의 합보다 더 높고 또한 1/경로 길이보다 더 높은 경우, Ioil은 평탄해지고, 대안적으로 최대 한도에 도달한다. 최대 한도는 예를 들어, 도 3a의 일점 쇄선 곡선에서 알 수 있다. 결과적으로, 시료에 대한 높은 흡광 계수를 유발하는 물질 농도의 경우, 시료의 투과 깊이가 낮고, 시료에 방해 물질이 존재하는 경우와 동일한 충분한 광 수신 문제가 US 3806727의 시스템에서 발생할 것이다.
결과적으로, 비탄성 산란의 결과로서 광선이 반사되어 제1 검출기(24) 및 제2 검출기(26)에 의해 검출되는 시료의 표면 영역이 광원(22)으로부터 비롯되는 광에 의해 조명된 시료의 표면 영역에 의해 적어도 부분적으로 커버되는 도 1에 도시된 바와 같은 장치는, US 3806727의 시스템에 비해 훨씬 더 많은 산란 광선을 수신하므로 더 양호한 정확도를 갖는다.
실시형태에 따라, 제1 검출기(24) 및 제2 검출기(26)는 광원(22)을 중심으로 대칭적으로 배치된다. 도 1의 실시형태에서, 제1 검출기는 제2 검출기에 대향하게 위치되며, 광원이 제1 검출기와 제2 검출기 사이에 배치된다. 제1 검출기와 광원 사이의 거리는 제2 검출기와 광원 사이의 거리와 동일하다. 즉, 시료에 의해 방출되어 제1 검출기에 의해 검출되는 광선(Ir1)과 시료 위로 낙하하는 광(Io) 사이의 각도는, 시료에 의해 방출되어 제2 검출기에 의해 검출되는 광선(Ir2)과 시료 위로 낙하하는 광(I0) 사이의 각도와 동일하다.
이하의 간략화된 수식은 액체 매질 중의 물질 i의 흡광 계수 k Si를 결정하기 위한 장치의 특성을 입증한다.
Figure pct00001
수식 (20)
수식 (20)의 모든
Figure pct00002
은 검출된 광 흐름
Figure pct00003
및 적응 상수로 치환될 수 있다.
수식 (20)에서,
Figure pct00004
및
Figure pct00005
은 물질 i, 대안적으로 m으로부터의 광속(즉, 비탄성 산란 세기)으로서 검출된 반응이다. i = m에 대해
Figure pct00006
,
Figure pct00007
은 액체 매질로부터의 광속으로서 검출된 반응이고,
Figure pct00008
및
Figure pct00009
는 물질 i, 대안적으로 m의 부피 점유율이다. i = m에 대해,
Figure pct00010
,
Figure pct00011
는 방해 물질의 부피 점유율이며,
Figure pct00012
는 물질 i에 대한 흡광 계수이고,
Figure pct00013
는 장치의 교정에 의해 결정되는 상수이다.
이러한 수식의 가정으로서 이하의 제약 조건 중 하나 이상이 충족될 수 있다:
Figure pct00014
는 물질 i로부터의 유일한 필수 반응이며,
Figure pct00015
은 액체 매질로부터의 유일한 필수 반응이다; 액체 매질의 흡광 계수는 경로 길이의 역수 미만이다; 온도는 일정하다; 물질의 밀도는 시료에서의 혼합 관계로 인해 변경되지 않는다; 화학적 반응으로 인해 물질이 환원되거나 첨가되지 않는다; 부피에 영향을 주는 시료 중의 모든 물질은 측정값 또는
Figure pct00016
에 포함된다; 용액은 균질하고, 입자 크기 분포 및 특성은 이들의 농도와 무관하게 일정하다. 방해 물질은 이들의 각각의 검출기에서 임의의 j+1 물질에 대한 임의의 유의한 반응
Figure pct00017
또는 액체 매질에 대한 검출기에서의 임의의 유의한 반응
Figure pct00018
을 직접 부여해서는 안된다. 간접적인 모든
Figure pct00019
및
Figure pct00020
반응은 흡광 계수의 총합의 변경으로 인해 영향을 받을 것이다. 방해 물질은, 방해 물질의 흡광이 증가함에 따라 매질 및 물질 i로부터의 후방 산란 광량이 감소하기 때문에, 방해 물질(SC)에 대한 흡광 계수가 증가함에 따라 측정 정확도가 저하될 수 있는 것 이외의 임의의 다른 방식으로 물질 i에 대한 측정을 방해하지 않을 것이다.
도 3a 내지 도 3c의 도표는 물질(S0), 본 실시예에서 해수인 액체 매질, 및 하나 이상의 방해 물질(SC)을 포함하는 시료 중의 물질(S0)의 농도(CS0)를 결정하기 위한 실험 계산을 도시한다. 도 3a 내지 도 3c의 계산에서, 물질(S0)은 해수의 양과 비교하여 해수 중에 무의미한 부피 점유율을 이룬다. 농도(CS0)는 y축 상에 백만분의 일, PPM으로 나타내며, x축 상의 kS0는 물질(S0)의 흡광 계수를 나타낸다. 물질(S0)의 농도(CS0)는 검출된 해수 라만(SVR), 및 물질(S0)에 대한 검출된 물질 반응(SS0)(예를 들어, 오일 라만)에 기초하여 결정된다. 방해 물질로 인한 흡광 계수(kSC)의 증가는 SVR 및 SS0 반응을 모두 감소시킨다. x축 상의 kS0는, 모든 파라미터가 물질(S0)에 대한 흡광 계수(kS0)를 제외하고는 일정한 것을 고려하면, 농도에 대한 환산 계수가 공지되어 있는 경우에 해수 중의 물질의 실제 농도를 나타낸다. 물질(S0)에 대한 흡광 계수(kS0)의 증가는 물질 반응이 검출되는 파장에서 물질(S0)이 더 많은 비탄성 산란을 가지므로, 다른 모든 파라미터가 일정한 경우, 물질 반응이 증가된다는 것을 나타낸다. 실험 계산에서, 증가된 흡광 계수(kS0)는 시료 중의 물질도의 증가를 시뮬레이션하는 방식으로 알 수 있다.
방해 물질의 흡광 계수(kSC)는 시료의 탁도로서 알 수 있다. KSC = 1은 탁도로 인한 흡광 계수가 1/경로 길이임을 나타낸다. KSC = 0은 방해 물질에 의한 탁도를 갖지 않는 맑은 시료를 나타낸다. 그리고 탁도는 흡광 계수가 증가함에 따라 증가한다. 도 3a는 kSC = 0인 경우의 실험 결과로서, 즉 방해 물질로 인한 탁도에 의해 영향을 받지 않는 시료에 대한 실험 결과를 도시한다. 도 3b는 kSC = 3인 경우의 실험 결과로서, 즉 방해 물질로 인한 탁도가 다소 높은 시료에 대한 실험 결과를 도시한다. 도 3c는 kSC = 30인 경우의 실험 결과로서, 즉 방해 물질로 인한 탁도가 매우 높은 시료에 대한 실험 결과를 도시한다. 도 3a 내지 도 3c 모두에서, 방해 물질은 무의미한 부피 점유율을 이룬다. 또한, 해수 중의 물질(S0)의 흡광 계수(kS0)가 증가됨에 따라 검출된 해수 라만(SVR)은 감소되는 반면에, 물질의 흡광 계수(KS0)가 증가됨에 따라 검출된 물질(S0) 반응이 증가된다는 것을 도면으로부터 알 수 있다. 실험 계산은, 결정된 농도에 비례하는 검출된 물질(S0) 반응(Ss0)과 검출된 해수 라만(SVR) 사이에 일정한 비율이 존재한다는 것을 나타낸다. 결과적으로,
Figure pct00021
. 이러한 관계는 도 3b 및 도 3c에서 알 수 있는 바와 같이, 탁도가 증가하는 경우에도 유효하다. 또한, 도 3a 내지 도 3c의 우측 도표에서 라인 Cs0+E 및 Cs0-E로 도시된 바와 같이, E는 가능한 표준 편차를 나타내고, 측정 정확도는 탁도가 증가함에 따라 감소된다. 이는 탁도가 증가함에 따라 방해 물질의 증가된 흡광 계수(kSC)로 인해 물질 반응 레벨 및 결정된 해수 라만 레벨이 감소되기 때문이다. 이러한 정확도 제한사항은 원리와는 관련이 없다. 그 대신, 이는 정확도 제한사항을 측정하는 것에 관련된다. 방해 물질(SC)은 해수에 용해되는 물질 또는 입자, 또는 이들의 조합물일 수 있다.
도 3d는 물질(S0), 본 실시예에서 해수인 액체 매질, 또한 검출되는 제2 물질(S1), 및 하나 이상의 방해 물질(SC)을 포함하는 시료 중의 물질(S0)의 농도(C'S0)를 결정하기 위한 실험 계산을 도시한다. 도 3c의 계산과 비교하여, 도 3d에서 타겟 물질(S0 및 S1)의 농도는 해수의 부피 점유율에 대하여 유의한 부피 점유율을 갖는다. y축 상의 해수 중의 물질의 농도는 도 3a 내지 도 3c에서와 같은 ppm이 아니라, 이번에는 천분의 일이라는 것을 유의한다. 도 3d에서, 방해 물질의 흡광 계수(kSC)는 0으로 설정되며, 이는 방해 물질로부터의 흡광이 없음을 나타낸다. 도 3d의 실험에서, x축은 시간 순서를 따른다. 먼저, 물질(S0)은 kS0 = 2일 때까지 첨가되며, 즉 시료 중의 S0의 30% 농도까지 첨가된다. 그 다음, 농도가 60% 해수, 30% S0 및 10% S1이 되도록, 물질(S0 및 S1)이 첨가된다. 물질(S0 및 S1)은 해수보다 더 높은 흡광 계수를 갖는다. 따라서, 제1 물질(S0)에 대한 검출된 반응(S'S0)은 kS0 = 2로 도 3d에 도시된 바와 같이, 제2 물질(S1)이 첨가될 때 더 약해진다. 또한 kS0 = 2에서, 제2 물질(S1)에 대한 검출된 반응(S'S1)이 0에서부터 100 초과로 진행됨에 따라, S1의 첨가를 볼 수 있다. 또한, 검출된 해수 라만(S'VR)은 해수가 반사하는 광이 적기 때문에 더 약해진다. 물질(S1)의 첨가 후에, 물질(S0)은 C'S0이 60%가 될 때까지 해수가 S0으로 대체되는 그러한 방식으로 첨가된다. 그러나, 직선 라인 C'S0으로 알 수 있는 바와 같이, S'S0/S'VR 관계가 여전히 유지된다.
도 4는 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 장치의 다른 실시형태를 도시한다. 이러한 장치는 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 입사광과 반사광 사이에 0도의 각도를 갖는다. 이는 색선별 미러의 사용에 의해 달성된다. 색선별 미러는 특정 파장을 반사하면서 다른 파장이 미러를 통과하도록 배치된다. 그러나, 상호 간에 0도의 각도를 갖는 입사광 및 반사광을 달성하기 위한 색선별 미러와 유사한 다른 기술이 사용될 수도 있다. 도 4의 장치는, 예를 들어 특정 파장 또는 파장 범위의 광을 방출하는 고체 레이저 형태의 광원(102)을 포함한다. 장치는, 광원(102)으로부터 비롯되는 광을 제1 색선별 미러(108)를 향해 반사하도록 배치되는 조정 가능할 수 있는 제1 미러(106)를 더 포함한다. 제1 색선별 미러(108)는 제1 미러(106)로부터 반사된 제1 파장 범위의 광을 반사하도록 배치되어, 물질이 존재하는 액체 매질을 포함하는 시료(140) 위로 제1 파장 범위의 광이 입사광(I0)으로서 낙하한다. 제1 파장 범위 외부의 파장의 광은 제1 색선별 미러(108)를 통과한다. 장치는 선택적인 중성 농도 필터(104), 및/또는 제1 미러(106)와 제1 색선별 미러(108) 사이에 배치된 라인 필터를 추가적으로 구비할 수 있다. 중성 농도 필터 및 라인 필터는 원하는 제1 파장 범위가 제1 색선별 미러에서 반사되기 전에 원치 않는 파장을 필터링하기 위해 배치된다. 선택적인 필터(104) 뿐만 아니라, 광원(102), 제1 미러(106) 및 제1 색선별 미러(108) 중 임의의 것 또는 일부는 입사광이 시료의 광-진입 영역을 향해 집속되도록 배치된다. 광-진입 영역은 도 1의 실시형태의 광-진입 영역과 유사한 특성을 갖는다. 유사한 방식으로, 반사되어 최종적으로 검출되는 광선은 도 1의 실시형태와 유사한 특성을 갖는데, 즉 제1 검출기에 의해 집광된 광선이 시료의 제1 표면 영역으로부터 방출되고, 제2 검출기에 의해 집광된 광선이 시료의 제2 표면 영역으로부터 방출되며, 제1 영역 및 제2 영역이 광원의 광 빔에 의해 조명된 시료의 표면 영역에 의해 적어도 부분적으로 커버되도록 하는 특성을 갖는다.
그 다음, 입사광은 앞서 설명된 것과 동일한 방식으로 물질 및 액체 매질에 의해 비탄성적으로 그리고 어쩌면 탄성적으로도 반사된다. 비탄성 반사는 시료 중의 물질들, 즉 액체 매질 및 물질에 대한 특성이며, 이는 제1 파장 범위가 시료의 특성 파장 외부에 있도록 선택되는 경우, 비탄성 반사가 입사광의 제1 파장 범위와 상이한 파장을 갖는다는 것을 의미한다. 탄성 반사는 주로 레이저 빔의 반사로서, 즉 입사광(I0)의 제1 파장 범위를 갖는다. 제1 색선별 미러(108)는 시료로부터 반사 광선(Ir)을 수신하고, 제1 파장 범위와 상이한 파장을 통과시키도록 배치되기 때문에, 비탄성 반사로 인한 반사 광선을 통과시키는 반면에, 제1 파장 범위를 갖는 임의의 가능한 탄성 반사는 미러(108)에 의해 반사된다. 그리고 장치는, 장치에 의해 분석되지 않는 파장을 차단하지만 매질 및 물질의 비탄성 반사에 대한 특성 파장을 통과시키도록 배치된 차단 필터(110)를 더 포함한다. 차단 필터를 통과하는 파장은 제2 미러(112)에 의해 장치의 광 검출기(125)를 향해 반사된다. 광 검출기(125)는 매질 또는 물질의 비탄성 반사, 예를 들어 오일의 라만 반사에 대한 제2 파장 특성의 광선을 반사하도록 배치된 제2 색선별 미러(114)를 포함한다. 그 다음, 제2 파장의 광은 차단 필터(115)를 통하여 안내되어 제2 파장 외부의 임의의 파장을 추가적으로 필터링하고, 입사 광선 세기 또는 레벨을 검출하는 제1 광전자 증배관(PMT)(116)에서 종결된다. PMT는 라만 반사 및 형광으로부터의 레벨과 같은, 낮은 광선 레벨을 검출하도록 적응된다. 광 검출기(125)는, 광선이 제1 색선별 미러(114)에 의해 반사되지 않은 매질 및 물질 중 하나의 비탄성 반사, 예를 들어 해수의 라만 반사에 대한 제3 파장 특성의 광선을 반사하도록 배치된 제3 색선별 미러(118)를 더 포함한다. 검출기(125)는 제3 파장 외부의 임의의 파장을 추가로 필터링하기 위한 차단 필터(119), 및 제3 파장의 입사 광선 레벨을 검출하기 위한 제2 PMT(120)를 더 포함한다. 또한, 광 검출기는 광 검출기의 제2 색선별 미러(114) 및 제3 색선별 미러(118) 모두를 통과한 추가적인 파장을 필터링하기 위한 다른 필터(122), 및 추가적인 파장의 입사 광선 레벨을 검출하기 위한 제3 PMT(124)를 포함할 수 있다. 물질의 라만 반사가 제1 또는 제2 PMT에 의해 검출된 경우, 추가적인 파장은 물질의 형광, 즉 예를 들어 오일의 형광 반사에 대한 특성일 수 있다. 대안적으로, 추가적인 파장은 시료 중에 하나 보다 많은 물질이 존재하는 경우, 그 농도를 결정하는 것이 관심사인 시료의 제2 물질에 대한 특성일 수 있다. 검출기(125)는 또한 요구된 파장으로 에너지를 검출하는 일부 유형의 분광 광도계일 수 있다.
액체 매질의 비탄성 산란 광선의 결정된 세기에 관한 정보, 및 물질의 비탄성 산란 광선의 결정된 세기에 관한 정보 뿐만 아니라, 추가적인 파장이 사용된 경우 추가적인 파장의 결정된 세기에 관한 정보는, 수신된 정보에 기초하여 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하는 결정 장치(150)로 각각의 PMT(116, 120, 124)로부터 전송된다. 결정된 세기는 신호 강도, 전력 또는 에너지의 레벨일 수 있다.
도 4의 시료는 시료로 채워지는 보울(bowl) 또는 이와 유사한 것으로서 도시된다. 그러나, 시료는 도 1의 장치에서 수행된 것과 동일한 방식으로 장치로 이동될 수 있으며, 즉 파이프(10)로부터 깔때기(12) 내로 낙하하는 자유 낙하 분사로서, 장치로 이동될 수 있다. 시료는 공정 흐름으로부터의 바이패스 또는 블리드 오프(bleed-off)와 같이, 모니터링되는 공정 흐름과 구별될 수 있다. 유사한 방식으로, 도 1의 장치의 검출부(20)는 도 4의 장치에서와 같이, 시료로 채워지는 보울 또는 이와 유사한 것과 함께 사용될 수 있다.
측정에 영향을 주는 다수의 파라미터가 있기 때문에, 장치는 교정될 필요가 있을 수 있다. 장치를 교정하는 편리한 방식은 매질 중에 물질의 공지된 농도가 있는 기준 시료를 사용하는 것일 수 있다. 이 경우, 기준 시료는 도 1 내지 도 4에서 설명된 바와 같은 장치에서 사용된다. 제1 검출기(24; 116)는 제2 파장으로 광선을 집광하고 집광된 광선의 세기를 측정한다. 제2 검출기(26; 120)는 제3 파장으로 광선을 집광하고 집광된 광선의 세기를 측정한다. 이제 공지된 농도에 대한 측정값들이 수신되었으며, 도 3a 내지 도 3d의 실선은 실선이 좌표 원점을 통과해야 한다는 것을 고려하여 교정될 수 있다. 도 1의 실시형태를 사용하는 경우 교정을 수행하는 가능한 방식은 기준 시료를 포함하는 용기 또는 보울로 자유 낙하 분사를 대체하는 것이다. 이 경우, 기준 시료는 자유 낙하 분사에서와 동일한 거리로 위치되어야 한다. 기준 시료가 습윤부(5)에 도입되는 경우에 최상의 교정이 수행된다 하더라도, 시료를 기준 시료로 교체하기가 어려울 수 있으며, 이 경우 기준 시료가 있는 보울, 용기 또는 이와 유사한 것을 사용하는 그러한 교정이 처리하기에 훨씬 더 용이하다.
이하에서, 비탄성 산란 검출을 사용하여
Figure pct00022
에 대해 물질 Si의 농도 검출을 위한 장치를 교정하기 위한 간단한 수학적 설명이 제공된다. 모든 i에 대해, 기준 시료에 대한 물질 Si의 플럭스
Figure pct00023
, 기준 시료에 대한 해수 라만의 플럭스
Figure pct00024
, 및 기준 시료에 대한 물질 Si의 부피 점유율
Figure pct00025
을 측정하고, 기준 시료들은, 경로 길이의 역수당 약 1일 수 있는 공지된 흡광 계수
Figure pct00026
을 갖지만 부피 점유율이 50% 미만인 물질 Si를 갖는 매질을 갖는다.
Figure pct00027
은 교정 이벤트 m을 지칭한다. 바람직하게는, 기준 시료는 맑아야 하는데, 즉, m = i인 교정 이벤트 m의 물질 i에 대하여, 이하의 관계가 적용되어야 한다;
양호한 결과를 달성하기 위해,
Figure pct00028
.
Figure pct00029
은 방해 물질의 흡광 계수이고,
Figure pct00030
은 액체 매질의 흡광 계수이다. 또한, 물질 m이 교정 이벤트 m 동안에 검출기 m과 다른 검출기에만 무의미하게 영향을 주는 경우, 이는
Figure pct00031
이고 시료가 맑음을 의미하는 것으로서, 즉
모든 m ≠ i에 대해
Figure pct00032
이고
Figure pct00033
이며, 수식 (20)은 다음과 같이 변경되어 적용될 수 있다;
Figure pct00034
인덱싱된 m을 교정 이벤트로 나누면 하기의 식이 유도된다;
Figure pct00035
수식 (20a)
또는;
Figure pct00036
수식 (20a)는 좌측의 자극과 우측의 교정 동안의 교정 상수 및 검출된 광선 레벨로 나누어진다. 하나 이상의 물질에 대한 검출기들 사이에 유의한 누화가 있는 경우, 상수
Figure pct00037
및 자극
Figure pct00038
를 갖고
Figure pct00039
인 선형 j+1 차원 수식 체계가 적용될 수 있다.
Figure pct00040
수식 (20ac),
여기서
Figure pct00041
은 모든 비주류 대각선 항목이 0인 정사각형 j+1 대각선 행렬이다. 일반적으로, 회귀 분석 툴이 복수의 변수를 갖는 이러한 수식 체계를 풀기 위해 적용될 수 있다.
액체 매질의 매우 낮은 검출 세기는 시료 내에 액체 매질이 존재하지 않을 수 있다는 표시로서, 예를 들어 도 1의 파이프를 통과하는 액체 매질의 흐름이 없다는 표시일 수 있다. 도 4의 실시형태에 따라, 결정 장치(150)의 표시기, 또는 별개의 표시기(160)는, 장치의 습윤부에 있는 액체 매질 또는 심지어 시료의 손실이 있을 수 있음을 제어기로 표시할 수 있도록 하기 위해, 액체 매질의 검출된 세기가 설정된 임계값 아래로 떨어지는 경우 경보를 출력하도록 배치될 수 있다.
도 5는 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다. 방법은 제1 파장 범위의 광 빔을 시료를 향해 지향시키는 단계(202)를 포함한다. 방법은, 시료를 향해 지향된 광 빔의 결과로서 시료의 액체 매질로부터 방출된 광선을 액체 매질에 대한 특성인 하나 이상의 제2 파장으로 집광하는 단계(204); 및 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선의 세기를 측정하는 단계(206)를 더 포함한다. 방법은, 시료를 향해 지향된 광 빔의 결과로서 시료의 물질로부터 방출된 광선을 물질에 대한 특성인 하나 이상의 제3 파장으로 집광하는 단계(208); 및 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 광선의 세기를 측정하는 단계(210)를 더 포함한다. 그 후에, 방법은 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기 및 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기에 기초하여, 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정한다(212). 또한, 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선은 시료의 제1 표면 영역으로부터 방출되고, 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 광선은 시료의 제2 표면 영역으로부터 방출되며, 제1 영역 및 제2 영역은 광원의 광 빔에 의해 조명된 시료의 표면 영역에 의해 적어도 부분적으로 커버된다.
실시형태에 따라, 액체 매질 중에 그 농도가 결정되어야 하는 하나 보다 많은 물질이 있는 경우, 단계(210~212)는 각각의 추가적인 물질에 대해 반복될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 방법에 대한 대안적인 방법을 도시한다. 이러한 방법은, 방법이 액체 매질의 집광된 광선의 측정된 세기가 일정 값 미만인 경우를 표시하는 단계(207)를 더 포함한다는 점에서 도 5의 방법과 상이하다. 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선의 측정된 세기가 특정 값 미만인 경우, 이것이 장치 내의 충분하지 않은 양의 시료에 대한 표시이거나 또는 액체 매질 중의 물질의 농도의 어쩌면 신뢰할 수 없는 결정에 대한 표시가 되도록, 특정 값이 설정될 수 있다. 또한, 이러한 대안적인 방법에서, 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 광선이 시료의 제1 표면 영역으로부터 방출되고, 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 광선이 시료의 제2 표면 영역으로부터 방출되며, 제1 영역 및 제2 영역이 광원의 광 빔에 의해 조명된 시료의 표면 영역에 의해 적어도 부분적으로 커버되는 특징은 선택적일 수 있다.
위의 설명은 복수의 특이성을 포함하지만, 이들은 본원에서 설명된 개념의 범주를 제한하는 것으로 해석되는 것이 아니라, 단지 설명된 개념의 일부 예시적인 실시형태의 예시를 제공하는 것으로 해석되어야 한다. 현재 설명된 개념의 범주는 당업자에게 자명해질 수 있는 다른 실시형태를 완전하게 포함하며, 현재 설명된 개념의 범주가 이에 따라 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 단수형의 요소에 대한 참조는 명시적으로 상술되지 않는 한, "하나 및 단지 하나"를 의미하는 것이 아니라, "하나 이상"을 의미하는 것으로 의도된다. 당업자에게 공지된 상술한 실시형태의 요소에 대한 모든 구조적 및 기능적 등가물이 본원에 명백히 포함되며, 본원에 의해 포함되는 것으로 의도된다. 더욱이, 본원에 의해 포함되어야 하는, 장치 또는 방법이 현재 설명된 개념에 의해 해결되어야 하는 각각의 문제 및 모든 문제를 해결할 필요는 없다. 예시적인 도면에서, 파선은 일반적으로 파선 내의 피처가 선택적인 것임을 의미한다.

Claims (16)

  1. 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 장치로서,
    제1 파장 범위의 광 빔을 상기 시료를 향해 지향시키기 위한 광원(22; 102);
    상기 시료를 향해 지향된 상기 광 빔의 결과로서 상기 시료의 상기 액체 매질로부터 방출된 광선을 상기 액체 매질에 대한 특성인 하나 이상의 제2 파장으로 집광하고, 상기 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 상기 광선의 세기를 측정하기 위한 제1 검출기(24; 120);
    상기 시료를 향해 지향된 상기 광 빔의 결과로서 상기 시료의 상기 물질로부터 방출된 광선을 상기 물질에 대한 특성인 하나 이상의 제3 파장으로 집광하고, 상기 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 상기 광선의 세기를 측정하기 위한 제2 검출기(26; 116); 및
    상기 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 상기 광선의 측정된 세기 및 상기 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 상기 광선의 측정된 세기에 기초하여, 상기 시료의 상기 액체 매질 중의 상기 물질의 농도를 결정하기 위한 결정 장치(50; 150)를 포함하며,
    상기 장치는, 상기 제1 검출기에 의해 집광된 상기 광선이 상기 시료의 제1 표면 영역으로부터 방출되고, 상기 제2 검출기에 의해 집광된 상기 광선이 상기 시료의 제2 표면 영역으로부터 방출되며, 상기 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역이 상기 광원의 상기 광 빔에 의해 조명된 상기 시료의 표면 영역에 의해 적어도 부분적으로 커버되도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
    시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 검출기(24; 120) 및 상기 제2 검출기(26; 116)는 상기 제1 표면 영역 및 상기 제2 표면 영역이 상기 광원의 상기 광 빔에 의해 조명된 상기 시료의 상기 표면 영역에 의해 커버되도록 배치되는, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 표면 영역 및 상기 제2 표면 영역은 실질적으로 동일한 영역인, 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 검출기(24; 120) 및 상기 제2 검출기(26; 116)는 상기 광원에 대하여 대칭적으로 배치되는, 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 제1 검출기(24; 120) 및 상기 제2 검출기(26; 116)가 상기 시료로부터 방출된 광선을 하나의 동일한 방향으로 수신하도록 배치되는, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 장치는 상기 제1 검출기(24; 120) 및 상기 제2 검출기(26; 116)에 의해 수신되는 상기 시료로부터 방출된 상기 광선과 상기 시료를 향해 지향된 상기 광 빔 사이에 0도의 각도가 되도록 배치되는, 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 검출기(24; 120)는 상기 액체 매질 중의 상기 물질의 공지된 농도를 포함하는 기준 시료로부터 방출되는 광선을 집광하여 상기 제2 파장으로 상기 광선의 세기를 측정하도록 추가적으로 적응되며,
    상기 제2 검출기(26; 116)는 상기 기준 시료로부터 방출되는 광선을 집광하여 상기 제3 파장으로 상기 광선의 세기를 측정하도록 추가적으로 적응되고,
    상기 결정 장치(50, 150)는, 상기 기준 시료로부터 상기 제2 파장으로 집광된 상기 광선의 측정된 세기 및 상기 기준 시료로부터 상기 제3 파장으로 집광된 상기 광선의 측정된 세기에 추가적으로 기초하여, 상기 시료의 상기 액체 매질 중의 상기 물질의 농도를 결정하도록 추가적으로 적응되는, 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시료의 온도를 검출하기 위한 온도 센서를 더 포함하며, 상기 결정 장치(50, 150)는 상기 시료의 상기 검출된 온도에 추가적으로 기초하여, 상기 시료의 상기 액체 매질 중의 상기 물질의 농도를 결정하도록 배치되는, 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 매질은 물(water)이고 상기 물질은 오일인, 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 상기 광선의 측정된 세기가 특정 값 미만인 경우를 표시하기 위한 표시기(60, 160)를 더 포함하는, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 특정 값은 상기 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 상기 광선의 측정된 세기가 상기 특정 값 미만인 경우, 상기 장치의 가급적 낮은 농도 결정 정확도의 표시가 되도록 설정되는, 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 표시기(60, 160)는 경보 신호를 출력함으로써 상기 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 상기 광선의 측정된 세기가 특정 값 미만인 경우를 표시하도록 배치되는, 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시기(60, 160)는 상기 시료가 획득되는 공정 흐름으로부터 공정 흐름 시스템의 보정을 트리거함으로써 상기 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 상기 광선의 측정된 세기가 특정 값 미만인 경우를 표시하도록 배치되는, 장치.
  14. 시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 방법으로서,
    제1 파장 범위의 광 빔을 상기 시료를 향해 지향시키는 단계(202);
    상기 시료를 향해 지향된 상기 광 빔의 결과로서 상기 시료의 상기 액체 매질로부터 방출된 광선을 상기 액체 매질에 대한 특성인 하나 이상의 제2 파장으로 집광하는 단계(204);
    상기 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 상기 광선의 세기를 측정하는 단계(206);
    상기 시료를 향해 지향된 상기 광 빔의 결과로서 상기 시료의 상기 물질로부터 방출된 광선을 상기 물질에 대한 특성인 하나 이상의 제3 파장으로 집광하는 단계(208);
    상기 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 상기 광선의 세기를 측정하는 단계(210);
    상기 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 상기 광선의 측정된 세기 및 상기 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 상기 광선의 측정된 세기에 기초하여, 상기 시료의 상기 액체 매질 중의 상기 물질의 농도를 결정하는 단계(212)를 포함하며,
    상기 방법은, 상기 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 상기 광선이 상기 시료의 제1 표면 영역으로부터 방출되고, 상기 하나 이상의 제3 파장으로 집광된 상기 광선이 상기 시료의 제2 표면 영역으로부터 방출되며, 상기 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역이 상기 광원의 상기 광 빔에 의해 조명된 상기 시료의 표면 영역에 의해 적어도 부분적으로 커버되는 것을 특징으로 하는,
    시료의 액체 매질 중의 물질의 농도를 결정하기 위한 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 시료의 상기 액체 매질 중에 복수의 물질이 존재하고, 상기 방법은, 각각의 상기 복수의 물질에 대한 파장 특성의 상기 하나 이상의 제3 파장으로 상기 집광하는 단계(208) 및 상기 세기를 측정하는 단계(210)를 반복하는 단계, 및 각각의 상기 복수의 물질에 대해 상기 액체 매질 중의 상기 복수의 물질의 농도를 결정하는 단계(212)를 더 포함하는, 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 파장으로 집광된 상기 광선의 측정된 세기가 특정 값 미만인 경우를 표시하는 단계(207)를 더 포함하는, 방법.
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