KR20210008375A

KR20210008375A - 수중 탄화수소 오염 측정

Info

Publication number: KR20210008375A
Application number: KR1020207034705A
Authority: KR
Inventors: 헬리 엘. 부이스
Original assignee: 에이비비 슈바이쯔 아게
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2021-01-21
Also published as: EP3788364B1; JP7184924B2; KR102600717B1; WO2019211640A1; CA3099348A1; CN112334769A; CA3099348C; CN112334769B; EP3788364A1; MX2020011680A; JP2021522515A

Abstract

수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 적외선 분석을 수행하는 방법은 광원으로부터 광을 제공하는 단계; 광원으로부터의 광을 실험용 물 샘플을 통해 향하게 하는 단계; 실험용 물 샘플로부터 투과된 광을 검출하는 단계; 및 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1 범위에서의 광 손실에 기초하여 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하는 단계를 포함한다. 수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 적외선 분석을 수행하는 장치는, 샘플 셀을 통한 광 손실을 결정하고 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1 범위에서의 광 손실에 기초하여 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

수중 탄화수소 오염 측정

본 출원은 일반적으로 탄화수소 오염에 관한 것이며, 더 구체적으로, 수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이지만 배타적이지는 않다.

수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 방법과 장치는 여전히 관심 분야이다. 일부 기존 장치는 특정 애플리케이션과 관련하여 여러 결점, 약점 및 단점을 갖는다. 예를 들어, 일부 방법 및 장치를 이용하여, 수중 탄화수소 오염을 측정하는 현재 방법은 알려진 양의 물로부터 탄화수소의 용매 또는 막 추출을 사용하고, 이어서 클로로플루오로 카본과 같은 적외선 투명 용매를 사용하여 추출된 탄화수소의 적외선 분석을 통해 탄화수소 양을 결정하는데, 이는 시간이 많이 걸린다. 따라서, 이 기술 분야에 더 많은 기여가 필요하다.

본 발명의 일 실시예는 수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 적외선 분석을 수행하는 독특한 방법이다. 다른 실시예는 수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 적외선 분석을 수행하는 독특한 장치이다. 다른 실시예는 수중 오일 오염을 적외선 분석하기 위한 장치, 시스템, 디바이스, 하드웨어, 방법 및 조합체를 포함한다. 본 출원의 추가 실시예, 형태, 특징, 측면, 이점 및 장점은 여기에 제공된 설명 및 도면으로부터 명백해질 것이다.

본 명세서의 설명은 첨부한 도면을 참조하며, 여러 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 부분을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 장치의 비-제한적인 예의 일부 측면을 개략적으로 도시한다.
도 2는 10 ㎛ 및 100 ㎛ 샘플 경로 길이에 기초한 근적외선 스펙트럼에서 물 흡광도의 비-제한적인 예의 일부 측면을 도시하는 플롯이다.
도 3은 낮은 수분 흡수 및 높은 탄화수소 흡수의 영역을 강조하는 근적외선 스펙트럼에서의 수분 흡수 및 탄화수소 흡수의 비-제한적인 예의 일부 측면을 도시하는 플롯이다.
도 4는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1 영역에서 약 5 % 투과율을 제공하는, 근적외선에서 5 mm 경로 길이 물 샘플의 투과율 스펙트럼의 비-제한적인 예의 일부 측면을 도시한다.
도 5는 상기 영역의 고주파 및 저주파 측 모두에서 수분 흡수에 의해 정의되는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1에서 투과율 영역의 비-제한적인 예의 일부 측면을 도시한다.
도 6은 수중 20 ppm 이소프로판올의 4개의 트레이스 및 순수에 대한 흡광도의 3개의 트레이스에 대한 흡광도 스펙트럼의 비-제한적인 예의 일부 측면을 도시한다.

본 발명의 원리에 대한 이해를 촉진할 목적으로, 이제 도면에 도시된 실시 예가 참조되고 이를 설명하기 위해 특정 언어가 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 없다는 것은 이해될 것이다. 설명된 실시예에서의 임의의 변경 및 추가 수정, 그리고 본 명세서에 설명된 본 발명의 원리의 임의의 추가 적용은 본 발명과 관련된 기술 분야의 숙련자에게 일반적으로 발생하는 바와 같이 고려된다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 장치(10)의 비-제한적인 예의 일부 측면이 개략적으로 도시된다. 장치(10)는 광원(12), 샘플 셀(14), 검출기(16) 및 컨트롤러(18)를 포함한다. 일부 실시예는 예를 들어 샘플 셀과 검출기(16) 사이의 광 경로에 배치된 필터(20)를 포함할 수 있다. 다른 실시예는 필터를 포함하지 않거나 필터(20)에 더하여 또는 필터(20) 대신에 다른 필터들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 광원(12)은 하나 이상의 필터를 포함할 수 있거나, 하나 이상의 필터가 광원(12)과 샘플 셀 사이에 배치되어 샘플 셀이 하나 이상의 소정 파장 또는 파장 대역에서의 광을 수신할 수 있다. 일부 실시예들은 제 2 또는 후속 샘플 셀(들)(22)을 포함할 수 있는 반면, 다른 실시예들은 단일 샘플 셀만 사용할 수 있다. 일부 실시예는 분광기, 분광계, 스펙트럼 분석기, 분산 다이오드 어레이 분광계, 조정 가능한 파장 소스 또는 장치 또는 조정 가능한 레이저(24)를 포함할 수 있다.

장치(10)는 샘플 셀(14) 내에 수용된 실험용 샘플(예: 실험용 샘플은 미량 또는 그 이상의 탄화수소와 같은 탄화수소로 오염된 또는 잠재적으로 오염된 물 샘플임)을 통해 광을 통과시킴으로써, 그리고 샘플을 통해 투과된 광을 분석함으로써, 수중, 예를 들어 오일 중 탄화수소 오염 및/또는 그리스 오염을 측정하도록 작동하여 파수 또는 주파수로 표현된 특정 파장 또는 역파장에서 또는 근적외선(NIR) 스펙트럼의 주파수 또는 파수의 범위 내에서 광 손실을 결정한다. 일부 실시예에서, 실험용 샘플 분석의 결과가 기준 샘플, 예를 들어 순수한 물의 적외선 분석의 결과와 비교되어, 탄화수소 오염의 존재 및 일부 실시예에서 탄화수소 오염의 양이 결정된다. 예를 들어, 특정 파수에서 기준 샘플과 관련된 광 손실은 동일한 파수에서 실험용 샘플과 관련된 광 손실에서 차감되어, 실험용 샘플의 불순물과 관련된 광 손실이 산출될 수 있다. 여기에서 논의된 바와 같이, 분석되는 NIR 파수는 탄화수소 흡수와 관련되므로, 이러한 주파수와 관련된 광 손실은 탄화수소 오염을 반영한다. 일부 실시예에서, 샘플 셀(14)은 예를 들어, 기준 샘플을 분석하고, 기준 샘플을 샘플 셀로부터 플러시하고, 이를 실험용 샘플로 교체한 다음, 상기 실험용 샘플을 후속 분석함으로써, 기준 샘플 및 실험용 샘플을 순차적으로 분석하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예는 분석 순서를 반대로 할 수 있다.

일부 실시예에서, 실험용 샘플은 샘플 셀(14) 내에 수용될 수 있고 기준 샘플은 샘플 셀(22) 내에 수용될 수 있으며, 샘플들은 별도로 분석될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 단일 광학 경로를 사용할 수 있으며, 예를 들어 샘플 셀(14)에서 기준 샘플을 분석하고(여기서, 샘플 셀(14)은 광학 경로 내에 배치됨), 샘플 셀(14)을 실험용 샘플을 수용하는 샘플 셀(22)로 교체하여 샘플 셀(22)이 광학 경로 내에 배치되게 한 다음, 실험용 샘플을 분석함으로써, 샘플들을 순차적으로 분석할 수 있다. 다른 실시예에서는 순서가 바뀔 수 있다. 일부 실시예에서, 각각 동일한 광학 특성을 갖는 이중 광학 경로가 사용될 수 있으며, 샘플 셀을 교체할 필요가 없다.

본 발명의 일부 실시예에서 스펙트럼 분석은 적외선 소스, 예를 들어 광원(12)에 의해 생성된 광을 샘플을 통해 향하게 하고, 예를 들어, 광을 다른 파장이나 주파수로 분리하는 분광계 또는 스펙트럼 분석기, 및 광을 측정 가능한 신호로 변환하는 적외선 검출기에 의해 결정되는 바와 같이, 상이한 파장에 대해 샘플에 의한 광 손실을 측정하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 샘플에 의한 광 손실은 기준 스펙트럼의 사용(예: 동일한 샘플 셀 또는 동일한 유형의, 즉 동일한 광학적 특성을 갖는 샘플 셀 내의 순수한 물 샘플과 같은 기준 샘플의 분석)에 의해 광 강도의 다른 변화로부터 분리된다. 예를 들어, 위에 언급된 바와 같이, 기준 샘플의 분석은 일부 실시예에서 기준 샘플로 대체되는 실험용 샘플의 부재를 제외하고는 동일한 광학 경로를 사용할 수 있다. 실험용 샘플 내의 불순물(예: 오일 또는 수중 기타 탄화수소 불순물)을 결정해야 하는 경우, 순수한 물 샘플이 기준 샘플로서 사용될 수 있다.

적외선 분석을 사용하여 수중 탄화수소 오염을 측정하는 것은 가능하지만, 이전의 장치 및 방법은 매우 낮은 농도(예: 수십 ppm 이하로 측정된 미량)를 직접 측정할 수 없다. 예를 들어, 10 마이크로미터(0.01 mm)의 물 필름은 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 적외선으로 투명하며 일반 적외선 투과 분광법에 의해 분석될 수 있다. 샘플을 통과하는 적외선 빔 경로 길이가 10 마이크로미터 이하로 제한되면, 물-탄화수소 혼합물의 샘플이 적외선 분석에 의해 분석될 수 있다. Beer-Lambert 법칙에 따라 측정된 흡광도는 흡수 매체의 농도와 두께에 비례한다. 물 샘플의 경우 경로 길이가 매우 짧으며(예: 10 ㎛), 상대적으로 높은 농도의 탄화수소만이 일반 적외선 투과 분광법에 의해 측정될 수 있다. 일반적으로 측정 가능한 수중 탄화수소 농도는 > 1 %이다. 현재 적외선 분광계는 기존 방법론을 사용하여 측정 가능한 탄화수소 농도를 미량 또는 ppm 수준으로 확장하는데 필요한 매우 높은 감도와 안정성을 갖지 않는다. 수중 탄화수소 오염의 미량 또는 ppm 수준은 예를 들어 수십 ppm 즉, 100 ppm 이하 범위의 오염을 포함하며, 경우에 따라 1-20 ppm(0.0001 %-0.0020 %) 이하 범위의 오염을 포함한다. 적외선 빔 경로 길이를 예를 들어 100 마이크로미터(0.1 mm)로 늘리면, 더 낮은 농도의 탄화수소가 측정될 수 있지만 안타깝게도 물 샘플 경로 길이가 더 길면 물이 더 이상 투명하지 않아서, 기존 방법론을 사용하여 미량의 탄화수소 오염을 측정하는 것을 손상시키거나 방해할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 경로 길이에서의 물 흡광도는 각각 도면 부호 30 및 32로 표시되어 있다. 경로 길이를 10 ㎛에서 100 ㎛로 늘리면 10 배 낮은 농도의 탄화수소 오염이 측정될 수 있지만 물 샘플은 더 이상 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 투명하지 않으며 적외선 분석 능력이 크게 감소될 수 있다. 샘플 경로 길이의 추가 증가는 물 샘플이 투명한 스펙트럼 영역을 추가로 실질적으로 감소시키고, 기존 방법론을 사용하는 더 적은 양의 오염 측정을 손상시키거나 방해할 것이다.

통상적으로, 수중 탄화수소의 ppm 수준 농도를 결정하는 것은 먼저 알려진 양의 물에서 탄화수소를 추출한 다음, 추출한 탄화수소의 양을 결정하는 것을 포함한다. 추출은 예를 들어 용매 추출 또는 막 추출에 의해 수행될 수 있다. CFC(chlorofluorocarbon)와 같은 적외선 투명 용매를 사용하면, CFC 샘플을 통한 몇 cm 경로 길이를 사용하여 적외선 분석으로 추출된 탄화수소를 결정할 수 있다.

발명자들은 NIR 스펙트럼 내의 특정 영역이 분석 전에 물로부터 탄화수소를 추출하는 시간 소모적인 단계를 필요로하지 않으면서, 미량 수준의 수중 탄화수소 오염의 적외선 분석에 특히 유용할 수 있다고 결정했다.

한 형태에서, 장치(10)는 예를 들어, 적절하게 밝은 적외선 소스 및 적절하게 민감한 적외선 검출기 요소 또는 적절하게 안정된 조정 가능한 레이저 또는 매우 민감하고 안정적인 분광 데이터를 제공할 수 있는 다른 장치와 함께 FT IR 분광계와 같이, 낮은 수준의 스펙트럼 분해 흡광도를 측정하도록 구성된다. 적외선 스펙트럼의 광범위한 부분이 더 이상 투명하지 않도록 물과 탄화수소 샘플을 통과하는 경로 길이를 늘리는 한편, 대부분의 탄화수소(오일, 지방 및 그리스)가 특징적인 흡수 대역을 갖는 스펙트럼 영역과 일치하는 제한된 스펙트럼 영역의 투명성을 유지함으로써, 미량 탄화수소 오염이 측정될 수 있다. 예를 들어, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 많은 탄화수소에 기인하는 가장 강력한 특징적인 스펙트럼 흡수 대역 중 하나는 약 3450 nm(2900 cm^-1)에서 C-H 스트레치 대역인 것이 고려될 수 있지만, 이 스펙트럼 영역에서 수분 흡수(도 2)는 2770 nm(3600 cm^-1)에서 물의 O-H 스트레치 대역의 넓은 특성으로 인해 여전히 매우 높으므로, 이는 미량 또는 ppm 수준의 수중 탄화수소 오염 측정에 바람직한 스펙트럼 영역을 제공하지 않는다.

반면에, 근적외선의 1770 nm(5700 cm^-1)에서 C-H 스트레치 대역의 제 1 고조파는 이 영역에서 잔류 수분 흡수에 비해 강하다. 최소 농도의 탄화수소를 측정할 수 있도록 물 투과를 작지만 적절한 수준으로 제한함으로써, 샘플 경로 길이가 최대화된다. 도 3은 3 개의 상이한 탄화수소에 대한 탄화수소 흡수(42, 44 및 46) 및 수분 흡수(40)를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 약 5700 cm^-1 내지 약 6300 cm^-1의 영역, 특히 약 5700 cm^-1 내지 약 6000 cm^-1의 영역, 즉 C-H 스트레치 제 1 배음(overtone)을 포함하는 영역은 상대적으로 낮은 수분 흡수를 포함할 뿐만 아니라 상대적으로 높은 탄화수소 흡수 영역을 포함하는 영역이고, 여기서 탄화수소 흡광도 대 물 흡광도의 비율이 가장 크다. 절대적인 규모에서, 탄화수소 흡수는 이들 영역에서 낮으므로 기존 방법론을 사용하는 적외선 분석에 일반적으로 바람직한 영역이 아니다. 그러나 발명자들은 이 영역에서 상대적으로 높은 탄화수소 흡광도 대 물 흡광도 비율이 미량 수준의 탄화수소 오염을 측정할 수 있게 함을 발견했다. 도 4 및 도 5는 5mm 경로 길이 물 샘플에 대한 투과율(50)을 나타내며, 물 투과율은 5700 cm^-1 영역에서 약 5 %이다. C-H 스트레치 제 1 배음(예를 들어, 탄화수소)의 흡광도는 더 짧은 파장에서의 근적외선 대역보다 훨씬 더 강하며, 따라서 도 4에서 7000 cm^-1보다 높은 주파수에서 높은 투과율은 유용하지 않다. 일부 실시예는 광학 필터, 예를 들어 1500 nm 장파 필터와 같은 광학 필터(20)를 사용하며, 이 필터는 약 7000 cm^-1 보다 큰 영역을 차단하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 약 5700 cm^-1 내지 약 6300 cm^-1 근처의 좁은 투과율 영역을 생성한다. 도 4 및 도 5에서, C-H 스트레치 배음 아래, 예를 들어 약 5500 cm^-1 미만의 영역도 명확성을 위해 필터링된다. C-H 스트레치 배음에 대한 제 1 고조파 주변의 탄화수소 흡광도 대 물 흡광도의 높은 비율은 특히 경로 길이가 예를 들어 5 mm로 증가할 때 낮은 또는 미량의 탄화수소 오염량에 대한 적외선 분석 감도를 향상시켜 낮은 ppm 범위, 예를 들어 일부 실시예에서 5 ppm 이하, 그리고 다른 실시예에서 1 ppm 이하의 미량의 탄화수소 오염의 측정을 허용한다.

도 3을 참조하면, 약 4200 cm^-1 내지 4400 cm^-1 범위의 탄화수소 흡수가 약 5700 cm^-1 내지 약 6300 cm^-1 영역에서보다 절대적인 의미에서 더 크지만, 약 4200 cm^-1 내지 4400 cm^-1 범위의 탄화수소 흡수 대 수분 흡수의 비율은 약 5700 cm^-1 내지 약 6300 cm^-1, 특히 NIR 영역이 미량의 탄화수소 오염을 검출하는데 특히 적합하게 하는 약 5700 cm^-1 내지 약 6000 cm^-1의 영역에서 탄화수소 흡수 대 수분 흡수의 비율만큼 크지 않다. 약 5700 cm^-1 내지 약 6300 cm^-1에 가까운 작은 투과 영역 밖의 방사선의 총 흡수는 민감한 근적외선 검출기를 사용할 때 과부하 및 과도한 노이즈를 피하는 FTIR 분광계에 바람직하다. 도 6은 5 mm 샘플 경로 길이를 갖는, 수중 20 ppm 이소프로판올의 4개의 트레이스(62, 64, 66, 68) 및 순수에 대한 흡광도의 3개의 트레이스(70, 72, 74)의 흡광도 스펙트럼을 도시한다. 도 6의 예에서 검출 한계는 5 ppm 미만으로 추정된다. 예를 들어, 광원 특성 및 검출기 특성, 그리고 그렇게 장착된 실시예에 대한 분광계 특성에 따라, 다른 실시예들에서 더 낮은 검출 한계가 달성될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 약 5700 cm^-1 내지 약 6300 cm^-1의 스펙트럼 범위 또는 약 5700 내지 6300의 파수 범위에서 물 샘플의 적외선 분석을 수행하는 것에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 적외선 분석은 약 5700 내지 6300의 파수 범위의 주파수에서만 수행된다. 일부 실시예에서, 더 좁은 영역, 예를 들어 약 5700 내지 6000의 파수에서 또는 상기 파수에서만 적외선 분석이 사용될 수 있다.

광원(12)은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 NIR 스펙트럼의 광을 포함하여 샘플 셀(14) 내에 배치된 샘플의 적외선 분석을 위해 광 또는 방사선을 샘플 셀(14)에 공급하도록 작동한다. 이 범위 밖의 광도 광원(12)에 의해 공급될 수 있다. 한 형태에서, 광원(12)은 필라멘트 기반 백열 광원, 예를 들어 석영 할로겐 자동차 전구와 같은 상업적으로 이용 가능한 석영 할로겐 전구이다. 다른 실시예에서, 광원(12)은 다른 형태를 취할 수 있고, 예를 들어 하나 이상의 레이저 및/또는 발광 다이오드(LED) 또는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에 걸쳐, 그리고 일부 실시예에서는 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위에 걸쳐 적외선을 생성할 수 있는 임의의 광원일 수 있다.

분광기(24)는 광원(12)으로부터 수신된 광의 주파수를 변조하도록 구성된다. 예를 들어, 분광기(24)는 광을 별도의 주파수 또는 파장으로 분리하고 소정 주파수 또는 원하는 범위의, 예를 들어, 순차적으로 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위, 일부 실시예에서 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 광 또는 방사선의 파수를 스캔하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 분광기(24)는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1범위의 주파수를 통해서만 그리고 다른 실시예에서는 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1 범위의 주파수를 통해서만 광원(12)으로부터 수신된 광 또는 방사선을 변조하도록 작동한다. 주파수 증가는 애플리케이션의 요구에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 분광기(24)는 10 cm^-1 증분으로 주파수 범위를 스캔할 수 있는 반면, 다른 실시예는 100 cm^-1 증분을 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 소정 범위 내의 특정 선택 주파수만이 사용될 수 있다. 일 형태에서, 분광기(24)는 분산 다이오드 어레이 분광계 또는 가변 필터 분광계이다. 다른 형태에서, 소스(12)는 분광기(24)가 필요하지 않은 경우에 조정 가능한 다이오드 레이저일 수 있다. 특정 형태에서, 분광기(24)는 푸리에 변환 적외선(FTIR) 스펙트럼 분석기이다. 적합한 분광기(24)의 비-제한적인 예는 캐나다 퀘벡의 ABB Bomem에 의해 제조된 MB3000 FTIR 스펙트럼 분석기와 같은 상업적으로 이용 가능한 FTIR 스펙트럼 분석기이다. 다른 실시예에서, 다른 분광기 또는 스펙트럼 분석기가 사용될 수 있다.

하나의 형태에서, 분광기(24)는 광원(12)과 분석중인 샘플 셀(예: 장파장 적외선 영역에서의 자체 방출과 같은 샘플에 의한 자체 방출의 스펙트럼 분석을 피하는 샘플 셀(14)) 사이의 광학 경로에 배치된다. 다른 실시예에서, 분광기(24)는 샘플 셀과 검출기(18) 사이, 예를 들어 샘플 셀과 필터(20) 사이 또는 필터(20)와 검출기(16) 사이의 광학 경로에 배치될 수 있다. 일부 실시예는 분광기를 사용하지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 검출기(16)는 광원(12)으로부터 나온 광 또는 방사선을 변조 또는 분산시키기 위해 분광기가 필요하지 않으면서 이산 주파수 또는 주파수 대역을 측정하도록 구성 및 작동될 수 있다. 일부 실시예는 2개의 이산 파장 또는 2개의 이산 파장 대역에서의 광 손실만을 측정하여, 셀(14) 내의 실험용 샘플에서 탄화수소 오염의 존재와 양을 확인하고, 따라서 탄화수소 오염의 유형 또는 화학적 특성을 결정할 수 있게 하는 상세한 스펙트럼 분석은 생략된다. 예를 들어, 이산 NIR 레이저 및/또는 LED 및/또는 다른 광원과 같은 다수의 이미터가 사용될 수 있으며, 각각의 이미터는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위 또는 일부 실시예에서 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 이산 주파수 또는 주파수 대역에서 광 또는 방사선을 방출한다.

샘플 셀(14)은 분석할 샘플(S)로서 소정 양의 물, 예를 들어 순수한 물(기준 샘플) 또는 표면 오염된 물(실험용 샘플)을 수용하고 보유하도록 구성된다. 적외선 분석 동안, 샘플 셀(14)은 광원(12)에 의해 생성된, 예를 들어 분광기(24)에 의해 분해되거나 변조된 광을 수신하기 위해 광학 경로 내에 배치되고 위치된다. 하나의 형태에서, 샘플 셀(14)은 석영으로 형성된다. 즉, 석영 윈도우(14A)를 갖는다. 다른 실시예에서, 다른 적외선-투명 재료, 예를 들어, 일부 실시예에서 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위 또는 다른 실시예에서 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 주파수에서 투명한 재료가 윈도우(14A)로서 사용될 수 있다. 하나의 형태에서, 샘플 셀(14)은 5 mm 또는 약 5 mm의 물 샘플을 통한 광 경로 길이(PL)를 갖는다. 다른 실시예에서, 경로 길이는 애플리케이션의 요구에 따라 변할 수 있으며, 예를 들어 0.5 mm 내지 20 mm 범위, 또는 더 바람직하게는 0.5 mm 내지 10 mm 범위, 또는 더욱 더 바람직하게는 2 mm 내지 8 mm 범위일 수 있다. 다른 실시예에서, 경로 길이는 이러한 범위 밖에 있을 수 있다. 이렇게 장착된 실시예의 샘플 셀(22)은 샘플 셀(14)과 유사하다.

검출기(16)는 샘플 및 샘플 셀을 통해 투과된 광 또는 방사선을 수신하도록 배치된 광 또는 전자기 방사선 검출기이다. 검출기(16)는 일부 실시예에서 적어도 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의, 그리고 다른 실시예들에서 적어도 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 적외선을 검출하도록 작동한다. 검출기(16)는 또한 다른 주파수에서의 광 또는 방사선을 검출할 수 있다. 검출기(16)는 광 또는 방사선을 검출하는 것에 응답하여 전자 신호를 생성하도록 작동하며, 상기 신호는 검출기(16)에 의해 수신되는 광 또는 방사선의 진폭 또는 강도를 나타낸다. 적합한 검출기의 예는 상업적으로 이용 가능한 TE 냉각된 확장 파장 InGaAs 검출기(파장 컷오프가 적어도 2000 nm)이다. 일부 실시예에서, 검출기(16)는 그것이 검출하는 IR 방사선의 주파수를 분해하도록 구성될 수 있다.

컨트롤러(18)는 검출기(16) 및 분광기(24)과 통신 가능하게 결합된다. 컨트롤러(18)는 분광기(24)에 의한 광의 변조를 제어하도록 작동한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(18)는 또한 광원(12)과 통신 가능하게 결합되고 광원(12)의 출력을 제어하도록 작동한다. 컨트롤러(18)는 검출기(16)에 의해 출력된 신호를 수신하고 상기 신호를 사용하여 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 샘플 셀을 통한 광 손실을 결정하도록 작동한다. 일 형태에서, 광 손실은 예를 들어 도 6의 흡광도 스펙트럼과 같은 흡광도 측면에서 측정된 것으로 표시된다. 다른 실시예에서, 광 손실은 예를 들어 투과율을 포함하는 다른 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 손실 결정은 샘플 셀 또는 샘플을 광학 경로에 도입하기 전에 광의 초기 특성, 예를 들어 소정 주파수에서의 진폭을 설정하는 초기 교정(calibration) 또는 기준 값에 기초 할 수있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(18)는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서만 광 손실을 결정하도록 작동한다. 다른 실시예에서, 컨트롤러(18)는 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위에서만 광 손실을 결정하도록 작동할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 컨트롤러(18)는 다른 주파수에서의 광 손실을 결정하도록 작동할 수 있다.

컨트롤러(18)는 광 손실에 기초하여 실험용 물 샘플에서의 탄화수소 오염 수준을 결정하도록 작동한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(18)는 기준 물 샘플, 예를 들어 순수한 물로 채워진 경우 샘플 셀을 통한 광 손실을 실험용 물 샘플, 즉 표면 오염된 물로 채워진 경우 샘플 셀을 통한 광 손실과 비교하여 광 손실 차이를 결정하고 상기 차이를 기초로 탄화수소 오염 수준을 결정하도록 작동한다. 다양한 실시예에서, 컨트롤러(18)는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실에 기초하거나, 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 광 손실에 기초하거나, 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실에만 기초하거나, 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 광 손실에만 기초하여 탄화수소 오염 수준을 결정하도록 작동한다. 컨트롤러(18)는 실험용 물 샘플에서 탄화수소 오염 수준을 나타내는 출력을 생성하도록 작동한다. 출력은 예를 들어 디스플레이(도시되지 않음)에 표시될 수 있고 및/또는 인쇄된 출력일 수 있다.

필터(20)는 광학 필터이다. 한 형태에서, 필터(20)는 샘플 셀과 검출기(16) 사이의 광 경로에 배치된다. 한 형태에서, 필터(20)는 약 7000 초과의 파수, 즉 약 7000 cm^-1 보다 큰 주파수에서 투과율을 차단하도록 작동한다. 한 형태에서, 필터(20)는 1500 nm 장파 필터이다. 다른 실시예에서, 1500 nm 장파 필터에 추가로 또는 그 대신에 다른 필터가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 필터는 소정 범위 미만, 예를 들어 약 5000-5500 cm^-1 미만의 파수를 추가로 또는 대안으로서 차단하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 일부 실시예에서 필터(20)의 일부로 간주될 수 있다.

수중 탄화수소 오염을 측정하기 위해 적외선 분석을 수행하는 방법론의 비-제한적인 예는 광원(12)으로부터의 광을 샘플 셀, 예를 들어 실험용 물 샘플을 수용함하는 샘플 셀(14)로 그리고 상기 샘플 셀(14)을 통해 향하게하는 것을 포함한다. 광은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 근적외선을 포함한다. 일부 실시예에서, 광은 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 근적외선을 포함한다. 물 샘플로부터 또는 물 샘플을 통해 투과된 광은 검출기(16)에 의해 검출된다. 그런 다음 실험용 물 샘플을 통한 광 손실, 즉 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실이 결정된다. 일부 실시예에서, 실험용 물 샘플을 통한 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실이 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실만 또는 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 광 손실만이 결정될 수 있다.

그리고 나서, 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준은 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 광 손실에 기초하여 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 탄화수소 오염 수준은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실에만 기초하거나, 다른 실시예에서는 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 광 손실에만 기초하여 결정된다. 그 다음, 탄화수소 오염 수준을 나타내는 출력이 생성되는데, 이는 예를 들어 디스플레이(도시되지 않음)에 오염 수준을 표시하는 것 및/또는 인쇄 장치(도시되지 않음)를 사용하여 오염 수준을 인쇄하는 것을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 실험용 샘플에서 탄화수소 오염 수준의 결정은 실험용 샘플을 통한 광 손실뿐만 아니라 기준 샘플, 예를 들어 순수한 물을 통한 광 손실에도 기초한다. 예를 들어, 광원(12)으로부터의 광은 기준 물 샘플, 예를 들어 순수한 물을 통해 향하게 될 수 있으며, 기준 물 샘플을 빠져 나가는 광이 검출될 수 있다. 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위, 또는 일부 실시예에서 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 기준 물 샘플을 통한 광 손실이 결정된다. 기준 물 샘플을 통한 광 손실은 실험용 물 샘플을 통한 광 손실로부터 차감되어 광 손실 차이를 생성한다. 그 다음에, 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실 차이에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준은 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 광 손실 차이에 기초하여 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 탄화수소 오염 수준은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실 차이에만 기초하여 결정되거나, 다른 실시예에서는 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 광 손실 차이에만 기초하여 결정된다. 또 다른 실시예에서, 탄화수소 오염 수준은 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 선택된 단 하나의 또는 2개의 이산 파장 또는 파장 대역에서의 광 손실에 기초하여 결정된다.

다양한 실시예는 실험용 샘플(및 기준 샘플을 사용하는 실시예의 경우 기준 샘플)에 도달하기 전의 광을 변조하는 것을 포함할 수 있거나, 일부 실시예에서는 실험용 샘플(및 기준 샘플을 사용하는 실시예의 경우 기준 샘플)로부터 투과된 후의 광을 변조하는 것을 포함할 수 있다. 상기 변조하는 것은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위 또는 일부 실시예에서 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위의 소정 광 주파수를 통해 변조하는 것 또는 스캐닝하는 것, 예를 들어 샘플을 소정 범위 내의 다른 주파수에 순차적으로 노출하는 것을 포함한다. 예를 들어, 광은 예를 들어 전술한 바와 같이 푸리에 변환 IR 스펙트럼 분석기에 의해 변조될 수 있다. 다른 실시예에서, 광원(12)은 샘플로 향하는 상이한 파장에 고유한 변조 주파수로 광을 변조할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 광은 변조되지 않을 수 있다. 오히려, 검출기(16)는 샘플을 통해 전송되고 검출기에서 수신되는 주파수 성분의 진폭을 분해하도록 구성되고 작동할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 또는 방사선은 필터(20), 예를 들어 약 7000 cm^-1 보다 큰 파수에서 투과율을 차단하도록 작동하는 1500 nm 롱 패스 필터를 사용하여 검출기(16)에 도달하기 전에 필터링된다. 다른 실시예에서, 다른 필터 파라미터가 사용될 수 있다. 일부 실시예는 또한 약 5000-5500 cm^-1 미만의 광 또는 방사선을 필터링할 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 필터 파라미터가 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 실험용 샘플의 오염 수준은 소정 범위(예를 들어, 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위 또는 일부 실시예에서 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위) 내에서 측정되거나 결정된 광 손실(또는 일부 실시예에서 광 손실 차이)을 알려진 광 손실(예를 들어, 알려진 광 손실 값 또는 프로파일 또는 특성)과 비교함으로써 결정된다. 그런 다음, 실험용 샘플의 오염 수준 결정은 상기 비교에 기초한다. 예를 들어, 알려진 광 손실 값 또는 프로파일은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위(또는 일부 실시예에서 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위)에서 해당 광 손실 특성을 얻기 위해 알려진 탄화수소 오염 수준을 갖는 샘플을 측정하고 알려진 탄화수소 오염 수준 또는 알려진 광 손실 특성과 관련된 광 손실 특성을 생성함으로써 얻어질 수 있다. 그리고 나서, 실험용 샘플과 관련된 광 손실 특성(또는 광 손실 차이 특성)은 예를 들어 비교에 의해 그리고 일부 실시예에서 보간에 의해 실험용 샘플의 오염 수준을 결정하기 위해 알려진 광 손실 특성과 비교될 수 있다. 알려진 광 손실 특성의 예가 도 6에 도시되어 있고, 5 mm 샘플 경로 길이를 가진, 수중 20 ppm 이소프로판올의 4개의 트레이스(62, 64, 66, 68) 및 순수한 물에 대한 흡광도의 3개의 트레이스(70, 72, 74)의 흡광도 스펙트럼이 도시되어 있다.

하나의 형태에서, 탄화수소 오염 수준의 결정은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위(또는 다른 실시예에서 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위)에서 광 손실(또는 일부 실시예에서 광 손실 차이)에 기초하여 이루어진다. 일부 실시예에서, 탄화수소 오염 수준의 결정은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서(또는 다른 실시예에서 약 5700 cm^-1 내지 6000 cm^-1의 범위에서만) 광 손실(또는 일부 실시예에서 광 손실 차이)에만 기초하여 이루어진다.

본 발명의 실시예는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 근적외선(NIR) 출력를 포함하는 광을 광원으로부터 제공하는 단계; 상기 광원으로부터의 광을 실험용 물 샘플을 통해 향하게 하는 단계; 상기 실험용 물 샘플로부터 투과된 광을 검출하는 단계; 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 실험용 물 샘플을 통한 광 손실을 결정하는 단계; 상기 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 상기 광 손실에 기초하여 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하는 단계; 및 상기 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 나타내는 출력을 생성하는 단계를 포함하는 수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 적외선 분석을 수행하는 방법을 포함한다.

개선에서, 상기 방법은 상기 광 손실을 알려진 수중 탄화수소 오염 수준과 관련된 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 알려진 광 손실과 비교하는 단계; 및 상기 광 손실 및 상기 알려진 광 손실에 기초하여 탄화수소 오염 수준을 결정하는 단계를 더 포함한다.

다른 개선에서, 상기 방법은 광이 실험용 샘플에 도달하기 전 또는 실험용 샘플로부터 투과된 후에 상이한 파장과 고유하게 관련된 스위칭 주파수에서 광을 변조하는 단계를 더 포함하며, 여기서 변조는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 적어도 일부 주파수를 통한 변조를 포함한다.

또 다른 개선에서, 상기 방법은 광이 실험용 샘플에 도달하기 전 또는 실험용 샘플로부터 투과된 후에 단 하나 또는 2개의 파장 또는 파장 대역을 갖도록 광원을 선택하는 단계를 더 포함하며, 여기서 파장 또는 파장 대역은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 발생한다.

또 다른 개선에서, 광원은 조정 가능한 레이저 또는 상이한 가변 파장을 갖는 다수의 레이저이며, 상기 조정 가능한 레이저는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 적어도 일부 주파수를 통한 조정을 허용하거나, 상기 다수의 레이저는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 적어도 일부 주파수에서 광을 출력한다.

또 다른 개선에서, 광원은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 발생하는 다른 파장과 고유하게 관련된 스위칭 주파수에서 광을 변조하는 하나 이상의 고정 파장 레이저이다.

추가 개선에서, 적외선 분석은 분산 다이오드 어레이 분광계로 수행된다.

추가 개선에서, 적외선 분석은 분산 스캐닝 분광계로 수행된다.

추가 개선에서, 적외선 분석은 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 분석기를 사용하여 수행된다.

또 다른 개선에서, 상기 방법은 광원으로부터의 광을 기준 물 샘플을 통해 향하게 하는 단계; 상기 기준 물 샘플에서 나오는 광을 검출하하는 단계; 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 기준 물 샘플을 통한 광 손실을 결정하는 단계; 광 손실 차이를 생성하기 위해, 실험용 물 샘플을 통한 광 손실에서 상기 기준 물 샘플을 통한 광 손실을 차감하는 단계; 및 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실 차이에 기초하여 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 다른 추가 개선에서, 상기 방법은 상기 광 손실 차이를 알려진 수중 탄화수소 오염 수준과 관련된 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 알려진 광 손실과 비교하는 단계; 및 상기 비교에 기초하여 탄화수소 오염 수준을 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 다른 개선에서, 실험용 물 샘플은 0.5 내지 10 mm의 경로 길이를 갖는다.

또 다른 개선에서, 실험용 물 샘플은 약 5 mm의 경로 길이를 갖는다.

또 다른 추가 개선에서, 상기 방법은 광을 검출하기 전에 약 7000 초과의 파수에서 투과율을 차단하도록 작동하는 장파 필터로 광을 필터링하는 단계를 더 포함한다.

추가 개선에서, 상기 방법은 알려진 탄화수소 오염 수준과 관련된 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 알려진 광 손실 특성을 얻기 위해 알려진 탄화수소 오염 수준을 가진 물 샘플을 측정하는 단계; 및 광 손실과 알려진 광 손실 특성에 기초하여 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 실시예는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 근적외선(NIR) 스펙트럼 출력을 포함하는 출력을 제공하는 광원; 물을 수용하도록 구성되고 광원으로부터 광을 수신하도록 배치된 샘플 셀로서, 상기 샘플 셀은 약 0.5 mm 이상의 샘플 경로 길이를 갖는, 상기 샘플 셀; 상기 샘플 셀을 통해 투과된 광을 수신하도록 배치된 검출기로서, 상기 검출기는 적어도 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 방사선을 검출하도록 작동하는, 상기 검출기; 및 상기 검출기와 통신 가능하게 결합된 컨트롤러로서, 상기 컨트롤러는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 샘플 셀을 통한 광 손실을 결정하고, 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서의 광 손실에 기초하여 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하며, 상기 실험용 물 샘플에서 탄화수소 오염 수준을 나타내는 출력을 생성하도록 작동하는, 상기 컨트롤러를 포함하는, 수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 적외선 분석을 수행하는 장치를 포함한다.

개선에서, 장치는 광이 실험용 샘플에 도달하기 전 또는 실험용 샘플로부터 투과된 후에 상이한 파장과 고유하게 관련된 스위칭 주파수에서 광을 변조하도록 구성되며, 상기 변조는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 적어도 일부 주파수를 통한 변조를 포함한다.

또 다른 개선에서, 광원은 광이 실험용 샘플에 도달하기 전 또는 실험용 샘플로부터 투과된 후에 단 하나의 또는 2개의 파장 또는 파장 대역만을 생성하도록 구성된다. 여기서 파장 또는 파장 대역은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 발생한다.

또 다른 개선에서, 광원은 조정 가능한 레이저 또는 상이한 가변 파장을 갖는 다수의 레이저이고, 상기 조정 가능한 레이저는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 적어도 일부 주파수를 통한 조정을 허용하거나, 상기 다수의 레이저는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 적어도 일부 주파수에서 광을 출력한다.

또 다른 개선에서, 광원은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 발생하는 상이한 파장과 고유하게 관련된 스위칭 주파수에서 광을 변조하는 하나 이상의 고정 파장 레이저이다.

또 다른 개선에서, 적외선 분석은 분산 다이오드 어레이 분광계를 사용하여 수행된다.

추가 개선에서, 적외선 분석은 분산 스캐닝 분광계를 사용하여 수행된다.

추가 개선에서, 샘플 경로 길이는 0.5 내지 10 mm이다.

추가 개선에서, 샘플 경로 길이는 5 mm이다.

또 다른 추가 개선에서, 장치는 광원과 샘플 셀 사이 또는 샘플 셀과 검출기 사이에 위치한 광 변조기를 더 포함하며, 상기 광 변조기는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 적어도 일부 광 주파수를 통해 광을 변조하도록 작동한다.

또 다른 개선에서, 광 변조기는 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 분석기이다.

또 다른 개선에서, 컨트롤러는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실에만 기초하는 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하도록 작동한다.

또 다른 추가 개선에서, 컨트롤러는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 단 하나의 또는 2개의 이산 파장 또는 파장 대역에서의 광 손실에만 기초하는 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하도록 작동한다.

추가 개선에서, 장치는 샘플 셀과 검출기 사이에 배치된 장파 필터를 더 포함하고, 상기 필터는 광을 검출하기 전에 약 7000 초과의 파수에서 투과율을 차단하도록 작동한다.

또 다른 추가 개선에서, 컨트롤러는 기준 물 샘플로 채워진 경우 샘플 셀을 통한 광 손실을 실험용 물 샘플로 채워진 경우 샘플 셀을 통한 광 손실과 비교하도록 작동한다.

또 다른 추가 개선에서, 컨트롤러는 기준 물 샘플로 채워진 경우 샘플 셀을 통한 광 손실과 실험용 물 샘플로 채워진 경우 샘플 셀을 통한 광 손실 사이의 차에 기초하여 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하도록 작동한다.

본 발명의 실시예는 광원; 물을 수용하도록 구성되며 상기 광원으로부터 광을 수신하도록 배치된 샘플 셀로서, 상기 샘플 셀은 약 2 mm 내지 약 8 mm의 샘플 경로 길이를 갖는, 상기 샘플 셀; 상기 샘플 셀을 통해 투과된 광을 수신하도록 배치된 검출기로서, 상기 검출기는 적어도 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 방사선을 검출하도록 작동하는, 상기 검출기; 상기 광원과 상기 샘플 셀 사이 또는 상기 샘플 셀과 상기 검출기 사이에 배치된 광 변조기로서, 상기 광 변조기는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 적어도 하나의 또는 2개의 광 주파수 또는 광 주파수 범위를 통해 광을 변조하도록 작동하는, 상기 광 변조기; 및 상기 검출기와 통신 가능하게 결합된 컨트롤러로서, 상기 컨트롤러는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 샘플 셀을 통한 광 손실을 결정하는 프로그램 명령을 실행하여, 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 광 손실에만 기초하는 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하고, 상기 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 나타내는 출력을 생성하도록 구성되는, 상기 컨트롤러를 포함하는, 수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 적외선 분석을 수행하는 장치를 포함한다.

본 발명이 도면 및 상기 설명에 도시되고 상세하게 설명되었지만, 이는 예시적인 것으로 간주되어야 하고 특성을 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 바람직한 실시예만이 도시되었고 설명되었으며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 모든 변경 및 수정이 보호되어야 함을 이해해야 한다. 상기 설명에서 사용된 바람직한, 바람직하게 또는 더 바람직한과 같은 단어의 사용은 그렇게 설명된 특징이 더 바람직할 수 있음을 나타내지만, 그럼에도 불구하고 그것이 필요하지 않을 수 있고 동일하지 않은 실시예가 다음의 청구 범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려될 수 있음을 이해해야 한다. 청구 범위에서, "a", "an", "적어도 하나" 또는 "적어도 일부"와 같은 단어가 사용되는 경우 청구 범위에 달리 구체적으로 명시되지 않는 한 청구 범위를 단 하나의 항목으로 제한하려는 의도는 없다. "적어도 일부" 및/또는 "일부"라는 언어가 사용되는 경우, 달리 구체적으로 명시되지 않는 한 항목은 일부 및/또는 전체 항목을 포함할 수 있다.

달리 명시되거나 제한되지 않는 한, "장착된", "연결된", "지지된" 및 "결합 된"이라는 용어와 그 변형은 넓은 의미로 사용되며, 직접 및 간접 장착, 연결, 지지 및 결합을 모두 포함한다. 또한, "연결" 및 "결합"은 물리적 또는 기계적 연결 또는 결합으로 제한되지 않는다.

Claims

수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 적외선 분석을 수행하는 방법으로서,
약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 근적외선(NIR) 출력을 포함하는 광을 광원으로부터 제공하는 단계;
상기 광원으로부터의 광을 실험용 물 샘플을 통해 향하게 하는 단계;
상기 실험용 물 샘플로부터 투과된 광을 검출하는 단계;
약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 상기 실험용 물 샘플을 통한 광 손실을 결정하는 단계;
약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서의 상기 광 손실에 기초하여 상기 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하는 단계; 및
상기 실험용 물 샘플의 상기 탄화수소 오염 수준을 나타내는 출력을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
알려진 수중 탄화수소 오염 수준과 관련된 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 알려진 광 손실과 상기 광 손실을 비교하는 단계; 및
상기 광 손실 및 상기 알려진 광 손실에 기초하여 탄화수소 오염 수준을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광이 실험용 샘플에 도달하기 전 또는 상기 실험용 샘플로부터 투과된 후에 상이한 파장과 고유하게 관련된 스위칭 주파수에서 상기 광을 변조하는 단계를 더 포함하고, 상기 변조는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 적어도 일부 주파수를 통한 변조를 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광이 실험용 샘플에 도달하기 전 또는 상기 실험용 샘플로부터 투과된 후에 상기 광원이 단 하나의 또는 2개의 파장 또는 파장 대역을 갖도록 선택하는 단계를 더 포함하고, 상기 파장 또는 파장 대역은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 발생하는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광원은 조정 가능한 레이저 또는 상이한 가변 파장을 갖는 다수의 레이저이고, 상기 조정 가능한 레이저는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 적어도 일부 주파수를 통한 조정을 허용하거나, 또는 상기 다수의 레이저는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 적어도 일부 주파수에서 광을 출력하는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광원은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 발생하는 상이한 파장과 고유하게 관련된 스위칭 주파수에서 광을 변조하는 하나 이상의 고정 파장 레이저인, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 적외선 분석은 분산 다이오드 어레이 분광계로 수행되는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 적외선 분석은 분산 스캐닝 분광계로 수행되는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 적외선 분석은 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 분석기를 사용하여 수행되는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 광원으로부터의 광을 기준 물 샘플을 통해 향하게 하는 단계;
상기 기준 물 샘플에서 나오는 광을 검출하는 단계;
약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 상기 기준 물 샘플을 통한 광 손실을 결정하는 단계;
광 손실 차이를 생성하기 위해, 상기 실험용 물 샘플을 통한 광 손실로부터 상기 기준 물 샘플을 통한 광 손실을 차감하는 단계; 및
약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 상기 광 손실 차이에 기초하여 상기 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 10 항에 있어서,
알려진 수중 탄화수소 오염 수준과 관련된 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 알려진 광 손실과 상기 광 손실 차이를 비교하는 단계; 및
상기 비교에 기초하여 탄화수소 오염 수준을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 실험용 물 샘플이 0.5 내지 10 mm의 경로 길이를 갖는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 실험용 물 샘플이 약 5 mm의 경로 길이를 갖는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광을 검출하기 전에 약 7000 cm^-1 보다 큰 파수에서 투과율을 차단하도록 작동하는 장파 필터로 광을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
알려진 탄화수소 오염 수준과 관련된 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 알려진 광 손실 특성을 얻기 위해 알려진 탄화수소 오염 수준을 갖는 물 샘플을 측정하는 단계; 및
상기 광 손실 및 상기 알려진 광 손실 특성에 기초하여 상기 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 적외선 분석을 수행하는 장치로서,
약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 근적외선(NIR) 스펙트럼 출력을 포함하는 출력을 제공하는 광원;
물을 수용(admit)하도록 구성되고 상기 광원으로부터의 광을 수신하도록 배치된 샘플 셀로서, 상기 샘플 셀은 약 0.5 mm 이상의 샘플 경로 길이를 갖는, 상기 샘플 셀;
상기 샘플 셀을 통해 투과된 광을 수신하도록 배치된 검출기로서, 상기 검출기는 적어도 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1범위의 방사선을 검출하도록 작동하는, 상기 검출기; 및
상기 검출기와 통신 가능하게 결합된 컨트롤러로서, 상기 컨트롤러는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 상기 샘플 셀을 통한 광 손실을 결정하고, 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서의 상기 광 손실에 기초하여 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하며, 상기 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 나타내는 출력을 생성하도록 작동하는, 상기 컨트롤러를 포함하는, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 장치는 광이 실험용 샘플에 도달하기 전 또는 상기 실험용 샘플로부터 투과된 후에 상이한 파장과 고유하게 관련된 스위칭 주파수에서 광을 변조하도록 구성되고, 상기 변조는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 적어도 일부 주파수를 통한 변조를 포함하는, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 광원은 광이 실험용 샘플에 도달하기 전 또는 상기 실험용 샘플로부터 투과된 후에 단 하나의 또는 2개의 파장 또는 파장 대역을 생성하도록 구성되고, 상기 파장 또는 파장 대역은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 발생하는, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 광원은 조정 가능한 레이저 또는 상이한 가변 파장을 갖는 다수의 레이저이고, 상기 조정 가능한 레이저는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 적어도 일부 주파수를 통한 조정을 허용하거나, 또는 상기 다수의 레이저는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 적어도 일부 주파수에서 광을 출력하는, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 광원은 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 발생하는 상이한 파장과 고유하게 관련된 스위칭 주파수에서 광을 변조하는 하나 이상의 고정 파장 레이저인, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 적외선 분석은 분산 다이오드 어레이 분광계를 사용하여 수행되는, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 적외선 분석은 분산 스캐닝 분광계를 사용하여 수행되는, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 적외선 분석은 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 분석기를 사용하여 수행되는, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 샘플 경로 길이는 0.5 내지 10 mm인, 장치.
제 24 항에 있어서, 상기 샘플 경로 길이는 5 mm인, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 광원과 상기 샘플 셀 사이 또는 상기 샘플 셀과 상기 검출기 사이에 위치한 광 변조기를 더 포함하고, 상기 광 변조기는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 적어도 일부 광 주파수를 통해 광을 변조하도록 작동하는, 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 광 변조기는 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 분석기인, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 광 손실에만 기초하여 상기 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하도록 작동하는, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위의 단 하나의 또는 2개의 이산 파장 또는 파장 대역에서의 광 손실에만 기초하여 상기 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하도록 작동하는, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 샘플 셀과 상기 검출기 사이에 배치된 장파 필터를 더 포함하고, 상기 필터는 광을 검출하기 전에 약 7000 초과의 파수에서 투과를 차단하도록 작동하는, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 기준 물 샘플로 채워진 경우 상기 샘플 셀을 통한 광 손실을 상기 실험용 물 샘플로 채워진 경우 상기 샘플 셀을 통한 광 손실과 비교하도록 작동하는, 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 기준 물 샘플로 채워진 경우 상기 샘플 셀을 통한 광 손실과 상기 실험용 물 샘플로 채워진 경우 상기 샘플 셀을 통한 광 손실 사이의 차이에 기초하여 상기 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하도록 작동하는, 장치.
수중 탄화수소 오염을 측정하기 위한 적외선 분석을 수행하는 장치로서,
광원;
물을 수용(admit)하도록 구성되고 상기 광원으로부터 광을 수신하도록 배치된 샘플 셀로서, 상기 샘플 셀은 약 2 mm 내지 약 8 mm 사이의 샘플 경로 길이를 갖는, 상기 샘플 셀:
상기 샘플 셀을 통해 투과된 광을 수신하도록 배치된 검출기로서, 상기 검출기는 적어도 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서의 방사선을 검출하도록 작동하는, 상기 검출기;
상기 광원과 상기 샘플 셀 사이 또는 상기 샘플 셀과 상기 검출기 사이에 배치된 광 변조기로서, 상기 광 변조기는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 적어도 일부 광 주파수를 통해 광을 변조하도록 작동하는, 상기 광 변조기; 및
상기 검출기와 통신 가능하게 결합된 컨트롤러로서, 상기 컨트롤러는 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 상기 샘플 셀을 통한 광 손실을 결정하기 위한 프로그램 명령을 실행하고, 약 5700 cm^-1 내지 6300 cm^-1의 범위에서 광 손실에만 기초하여 상기 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 결정하며, 상기 실험용 물 샘플의 탄화수소 오염 수준을 나타내는 출력을 생성하도록 구성되는, 상기 컨트롤러를 포함하는, 장치.