KR20220093623A - 근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템 및 그의 동작방법 - Google Patents

근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템 및 그의 동작방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220093623A
KR20220093623A KR1020200184525A KR20200184525A KR20220093623A KR 20220093623 A KR20220093623 A KR 20220093623A KR 1020200184525 A KR1020200184525 A KR 1020200184525A KR 20200184525 A KR20200184525 A KR 20200184525A KR 20220093623 A KR20220093623 A KR 20220093623A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microplastic
unknown sample
type
sample
unknown
Prior art date
Application number
KR1020200184525A
Other languages
English (en)
Inventor
최기운
정재훈
Original Assignee
주식회사 넥스트이앤엠
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 넥스트이앤엠 filed Critical 주식회사 넥스트이앤엠
Priority to KR1020200184525A priority Critical patent/KR20220093623A/ko
Publication of KR20220093623A publication Critical patent/KR20220093623A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G01N2021/391—Intracavity sample
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/86—Investigating moving sheets
    • G01N2021/869—Plastics or polymeric material, e.g. polymers orientation in plastic, adhesive imprinted band
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/623—Specific applications or type of materials plastics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0235—Plastics; polymers; soft materials, e.g. rubber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템에 대한 것으로, 분광측정부에 의해 측정된 미세플라스틱의 종류별 표준시료의 파장신호 및 기준DB부의 기준 질량값을 이용하여 미세플라스틱의 종류별로 산출계수를 계산하고, 상기 표준시료와 함께 측정된 미지시료의 파장신호와 기준DB부의 기준 분광스펙트럼데이터를 비교하여 미지시료의 미세플라스틱의 종류를 식별하고, 식별된 미세플라스틱의 종류에 대응하는 산출계수에 의해 미지시료의 파장신호를 분석함으로써 미지시료에 대한 미지시료 질량값을 계산하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 측정조건의 변화에 따라 발생하는 정량분석의 오차를 최소화 할수 있다.

Description

근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템 및 그의 동작방법{System for quantitative analysis of microplastic using near infrared spectroscopy and operating method thereof}
본 발명은 근적외선 분광법을 이용하여 미세플라스틱의 정량적 분석을 수행하는 미세플라스틱 정량분석시스템 및 그의 동작방법에 관한 것이다.
종래 적외선 분광법(Infrared Spectroscopy, IR)에 의한 플라스틱 식별시스템은 적외선 영역대의 빛을 측정 대상물인 시료에 조사하여 흡수된 파장을 측정함으로서 플라스틱의 성분을 분석하는 방법이다.
종래 적외선 분광법을 이용한 플라스틱 분석시스템은 주로 재활용을 위한 폐플라스틱의 분석을 위한 것으로, 강 또는 해양에 존재하는 미세플라스틱의 식별에는 적합하지 않은 문제가 있다.
또한 종래 적외선 분광법을 이용한 플라스틱 분석시스템은 시료의 흡광도를 측정하여 시료에 대한 정량분석을 수행하였다.
그러나 종래의 정량분석 방법은 측정환경 및 측정기기의 측정조건의 변화에 따라 정량분석의 정확성이 떨어지는 문제가 있다.
한국등록특허 10-1060589, 2011. 08. 24, 도면 1
본 발명의 목적은 측정환경 및 측정기기의 측정조건의 변화에 따라 발생하는 정량분석의 오차를 최소화기 위한 근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템 및 그의 동작방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템은 기준 질량값이 사전에 정해진 미세플라스틱의 종류별 표준시료가 장착된 표준시료홀더; 분석하고자 하는 미지시료를 유지하기 위한 미지시료홀더; 상기 미세플라스틱의 종류별 기준 분광스펙트럼데이터 및 상기 기준 질량값을 저장하는 기준DB부; 상기 표준시료홀더 및 상기 미지시료홀더가 투입된 경우 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 및 상기 미지시료에 근적외선의 빛을 조사하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료의 파장신호 및 상기 미지시료의 파장신호를 각각 측정하는 분광측정부; 및 상기 측정된 미세플라스틱의 종류별 표준시료의 파장신호 및 상기 기준DB부의 상기 기준 질량값을 이용하여 상기 미세플라스틱의 종류별로 산출계수를 계산하고, 상기 측정된 미지시료의 파장신호와 상기 기준DB부의 상기 기준 분광스펙트럼데이터를 비교하여 상기 미지시료의 미세플라스틱의 종류를 식별하고, 상기 식별된 미세플라스틱의 종류에 대응하는 상기 산출계수에 의해 상기 미지시료의 파장신호를 분석함으로써 상기 미지시료에 대한 미지시료 질량값을 계산하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호처리부는, 상기 표준시료의 파장신호 및 상기 미지시료의 파장신호를 각각 분석하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 분광스펙트럼데이터 및 미지시료 분광스펙트럼데이터를 생성하는 획득모듈; 상기 미지시료 분광스펙트럼데이터와 상기 기준DB부의 상기 기준 분광스펙트럼데이터를 비교하여 상기 미지시료의 미세플라스틱의 종류를 식별하는 식별모듈; 상기 표준시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 흡광도를 계산하고, 상기 기준DB부의 상기 기준 질량값을 이용하여 상기 표준시료 흡광도를 분석함으로써 상기 미세플라스틱의 종류별 상기 산출계수를 계산하는 산출계수모듈; 및 상기 미지시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 미지시료 흡광도를 계산하며, 상기 식별된 미세플라스틱의 종류에 대응하는 상기 산출계수에 의해 상기 미지시료 흡광도를 분석함으로써 상기 미지시료에 대한 미지시료 질량값을 계산하는 정량분석모듈을 포함할 수 있다.
상기 산출계수모듈은 상기 미세플라스틱의 종류별로 상기 기준 질량값을 상기 표준시료 흡광도로 나누는 것에 의해 상기 산출계수를 계산할 수 있다.
상기 표준시료홀더 및 상기 미지시료홀더는 일체로서 형성될 수 있다. 또한 상기 미지시료홀더는 상기 미지시료를 복수 개 유지하기 위한 복수의 수용공간을 구비할 수 있다. 상기 미지시료홀더는 외부로부터 유입되는 오염수내의 미세플라스틱을 상기 미지시료로서 여과하기 위한 필터 형태로 마련될 수 있다.
상기 표준시료홀더 및 상기 미지시료홀더를 이송하여 상기 분광측정부로 연속하여 투입하는 이송부를 더 포함할 수 있다.
상기 분광측정부는 복수의 화소를 가진 이미지센서를 구비하고, 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료의 파장신호 및 상기 미지시료의 파장신호는 상기 복수의 화소에 의해 각각 측정될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면은 근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템의 동작방법에 대한 것이다.
본 미세플라스틱 정량분석시스템의 동작방법은 기준 질량값이 정해진 미세플라스틱의 종류별 표준시료와 분석하고자 하는 미지시료가 투입되는 경우 분광측정부를 제어하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 및 상기 미지시료에 근적외선의 빛을 조사하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료의 파장신호 및 상기 미지시료의 파장신호를 각각 측정하는 단계; 상기 표준시료의 파장신호 및 상기 미지시료의 파장신호를 각각 분석하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 분광스펙트럼데이터 및 미지시료 분광스펙트럼데이터를 생성하는 단계; 상기 표준시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 흡광도를 계산하는 단계; 기준DB부에 저장된 상기 미세플라스틱의 종류별 상기 기준 질량값을 추출하여 상기 표준시료 흡광도를 분석함으로써 상기 미세플라스틱의 종류별 산출계수를 계산하는 단계; 상기 기준DB부에 저장된 상기 미세플라스틱의 종류별 기준 분광스펙트럼데이터를 추출하여 상기 미지시료 분광스펙트럼데이터와 비교하여 상기 미지시료의 미세플라스틱의 종류를 식별하는 단계;
상기 미지시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 미지시료 흡광도를 계산하는 단계; 및 상기 식별된 미세플라스틱의 종류에 대응하는 상기 산출계수에 의해 상기 미지시료 흡광도를 분석함으로써 상기 미지시료에 대한 미지시료 질량값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 미세플라스틱의 종류별 산출계수를 계산하는 단계는 상기 기준 질량값을 상기 표준시료 흡광도로 나누는 것에 의해 수행될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 미세플라스틱의 종류별 표준시료를 측정하여 정량분석을 위한 산출계수를 생성하고, 그 산출계수를 표준시료의 측정조건과 동일한 조건에서 측정된 미지시료의 정량분석에 이용함으로써 측정조건의 변화에 따라 발생하는 정량분석의 오차를 최소화할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 표준시료홀더 및 미지시료홀더를 연속적으로 분광측정부에 투입하여 분석하고자 하는 미지시료를 정량분석의 기준이 되는 표준시료와 거의 동일한 측정조건에서 측정함으로써 표준시료와 미지시료의 측정조건의 차이에서 발생하는 측정오차를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호처리부의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱의 미지시료의 파장신호에 대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식별모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
이하 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템에 대해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가진다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 표준시료홀더(110), 미지시료홀더(120), 기준DB부(140), 분광측정부(160), 신호처리부(180)를 포함한다.
미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 근적외선 분광법(Near Infrared Spectroscopy, NIR)에 의해 미세플라스틱을 분석하는 시스템으로서, 800nm ~ 2,500nm의 근적외선 빛을 측정 대상물인 미세플라스틱의 시료에 조사하여 흡수된 파장을 스펙트럼데이터로 분석함으로써 미세플라스틱의 종류를 식별하고, 질량 등의 정량값을 계산한다.
미세플라스틱(Microplastic)은 생산과정에서 인위적으로 미세하게 제조되었거나 또는 기존 제품이 물리적인 파쇄, 광(화학) 분해, 생물분해 등 풍화 과정을 거쳐 미세화 된 크기 5 ㎜ 이하의 합성 고분자화합물을 의미한다. 미세플라스틱은 프래그먼트(Fragment), 펠릿(Pellet), 시트(Sheet) 타입으로 분류할 수 있다.
미세플라스틱은 구성 재질에 따라 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC) 등으로 분류될 수 있다.
표준시료홀더(110)에는 미세플라스틱의 종류별 표준시료(112)가 장착된다. 표준시료(112)는 기준 질량값이 사전에 각각 정해진 PP, PS, PVC 등으로 마련될 수 있다. 본 실시예에서는 설명의 편의상 PP, PS, PVC를 중심으로 설명하지만, 본 발명의 미세플라스틱 정량분석시스템(100)가 분석할 수 있는 미세플라스틱의 종류는 이에 한정되지 않는다.
미지시료홀더(120)는 분석하고자 하는 미지시료(122)를 유지하기 위한 수용공간을 구비한다. 분석하고자 하는 미지시료(122)는 PP, PS, PVC 등의 미세플라스틱일 수 있다. 본 실시예에서는 설명의 편의상 PP, PS, PVC를 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 미세플라스틱 정량분석시스템(100)을 통해 분석하고자 하는 미세플라스틱의 종류는 이에 한정되지 않는다.
또한 미지시료홀더(120)는 복수 개의 미지시료(122)를 수용하기 위한 수용공간을 구비할 수 있다. 이에 의해 본 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 다수의 미지시료를 동시에 분석하는 것이 가능하다.
미지시료홀더(120)는 외부로부터 유입되는 오염수내의 미세플라스틱을 미지시료(122)로서 여과하기 위한 필터의 형태로 마련될 수 있다. 일 예로서 오염수는 펌프에 의해 유입되어 유입관을 거쳐 미지시료홀더(120)에 공급될 수 있다.
변형된 실시예로서, 미지시료홀더(120)는 표준시료홀더(110)와 일체로서 형성될 수 있다. 이에 의해 미지시료(122)와 표준시료(112)는 동시에 분광측정부(160)로 투입될 수 있어, 양 시료는 완전히 동일한 측정조건에서 측정이 이루어질 수 있다.
이송부(130)는 신호처리부(180)의 제어에 의해 표준시료홀더(110) 및 미지시료홀더(120)를 연속적으로 분광측정부(160)에 이송하여 투입한다. 예를 들어 이송부(130)는 레일과 같은 가이드수단과 가이드수단을 통하여 표준시료홀더(110) 및 미지시료홀더(120)를 이송하는 구동수단을 구비할 수 있다. 구동수단은 신호처리부(180)의 제어에 의해 표준시료홀더(110) 및 미지시료홀더(120)를 이송시켜 분광측정부(160)로 연속적으로 투입한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 표준시료홀더(110) 및 미지시료홀더(120)를 연속적으로 분광측정부(160)에 투입하여 분석하고자 하는 미지시료(122)를 정량분석의 기준이 되는 표준시료(112)와 거의 동일한 측정조건에서 측정함으로써 표준시료(112)와 미지시료(122)의 측정조건의 차이에서 발생하는 측정오차를 최소화할 수 있다. 측정조건은 측정시의 온도 및 습도와 측정기기 자체의 열화 및 측정인자의 변화와 같은 측정기기의 조건 등을 포함할 수 있다.
기준DB부(140)는 신호처리부(180)의 제어에 의해 동작하고, 미세플라스틱의 종류별 기준 분광스펙트럼데이터와 미세플라스틱의 종류별 기준 질량값을 저장한다. 기준DB부(140)는 신호처리부(180)의 제어에 의해 기준 분광스펙트럼데이터 및 기준 질량값을 검색하고 추출하여 신호처리부(180)로 전달한다. 기준DB부(140)의 미세플라스틱의 종류는 표준시료(112)의 미세플라스틱의 종류에 대응할 수 있다.
분광측정부(160)는 표준시료홀더(110) 및 미지시료홀더(120)가 투입된 경우 표준시료홀더(110)에 장착된 미세플라스틱의 종류별 표준시료(112)에 근적외선의 빛을 조사하여 표준시료(112)의 파장신호를 측정하고, 미지시료홀더(120)에 유지된 미지시료(122)에 근적외선의 빛을 조사하여 미지시료(122)의 파장신호를 측정한다.
분광측정부(160)는 표준시료(112) 및 미지시료(122)가 분광측정부(160)에 투입되는 경우, 800nm ~ 2,500nm의 근적외선 빛을 대상물인 표준시료(112) 및 미지시료(122)에 조사하여 흡수된 표준시료(112) 및 미지시료(122)의 파장신호를 측정한다. 근적외선 빛을 이용한 분광법은 다른 적외선 분광법에 비해 물 부착이나 온도 방사의 영향을 적게 받는 측정방법이다.
분광측정부(160)는 복수의 화소를 가진 CCD 이미지센서 또는 CMOS 이미지센서를 구비할 수 있다. 즉 미세플라스틱의 종류별 표준시료의 파장신호 및 미지시료의 파장신호는 복수의 화소에 의해 각각 측정되는 영상신호의 형태일 수 있다.
신호처리부(180)는, 정량분석의 기준이 되는 표준시료(112)의 측정값과 기준DB부(140)에 사전에 저장된 미세플라스틱의 종류별로 저장된 기준분광스펙트럼데이터 및 기준 질량값을 이용하여 표준시료(112)와 동일한 조건에서 측정된 미지시료의 정량분석을 수행한다. 또한 신호처리부(180)는 이송부(130), 기준DB부(140), 분광측정부(160)를 제어한다.
즉 신호처리부(180)는 분광측정부(160)에 의해 측정된 미세플라스틱의 종류별 표준시료(112)의 파장신호 및 기준DB부(140)의 기준 질량값을 이용하여 미세플라스틱의 종류별로 산출계수를 계산하고, 표준시료(112)와 동일 측정조건에서 측정된 미지시료의 파장신호와 기준DB부(140)의 기준 분광스펙트럼데이터를 비교하여 미지시료(122)에 대한 미세플라스틱의 종류를 식별하며, 미세플라스틱의 종류별 산출계수로부터 식별된 미지시료(122)의 미세플라스틱의 종류에 대응하는 산출계수를 추출하여 미지시료(122)의 파장신호를 분석함으로써 미지시료(122)에 대한 미지시료 질량값을 계산한다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 신호처리부(180)에 대해 상세히 설명한다. 신호처리부(180)는 획득모듈(182), 식별모듈(184), 산출계수모듈(186), 정량분석모듈(188)을 포함한다.
획득모듈(182)은 분광측정부(160)에 의해 측정된 파장신호를 분석하여 분광스펙트럼데이터를 생성한다. 분석된 분광스펙트럼데이터는 미세플라스틱의 -CH, -OH, -NH기를 함유하는 분자의 기본 진동의 overtone과 combination 특징에 의한 분광스펙트럼데이터로서 미세플라스틱의 종류 마다 다르게 표현될 수 있다. 즉 측정된 파장신호에 대해 푸리에변환을 수행하여 분광스펙트럼데이터를 생성한다.
획득모듈(182)은 분광측정부(160)에 의해 측정된 표준시료(112)의 파장신호 및 미지시료(122)의 파장신호를 각각 분석하여 미세플라스틱의 종류별 표준시료 분광스펙트럼데이터 및 미지시료 분광스펙트럼데이터를 생성한다.
식별모듈(184)은 미지시료 분광스펙트럼데이터와 기준DB부(140)의 기준 분광스펙트럼데이터를 비교하여 미지시료(122)의 미세플라스틱의 종류를 식별한다.
식별모듈(184)은 기준DB부(140)에 저장된 기준 분광스펙트럼데이터를 각 미세플라스틱의 종류별로 검색하여 획득모듈(182)에서 생성된 미지시료 분광스펙트럼데이터와의 유사정도를 계산하는 것에 의해 미지시료(122)의 미세플라스틱의 종류를 식별할 수 있다.
일예로서, 식별모듈(184)은 종류별 미세플라스틱의 기준 분광스펙트럼데이터와 미지시료 분광스펙트럼데이터와의 상관관계로부터 미지시료(122)의 미세플라스틱의 종류를 식별할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 미세플라스틱의 미지시료(122)의 파장신호는 1709nm, 1729nm, 2279nm, 2313nm, 2356nm의 파장에 피크가 있는 신호로 표현될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 식별모듈(184)은 PP, PS 및 PVC와 같은 미세플라스틱의 종류별 기준 분광스펙트럼데이터와 3개의 미지시료 분광스펙트럼데이터에 대해서 상관계수를 산출하여 미지시료(122)에 대한 미세플라스틱의 종류를 식별할 수 있다.
식별모듈(184)은, PP, PS, PVC 미세플라스틱과 같은 종류별 기준 분광스펙트럼데이터와 시료 분광스펙트럼데이터에 대해서 상관계수를 산출한다.
산출된 각 종류별 기준 분광스펙트럼데이터와 미지시료 분광스펙트럼데이터의 상관계수의 값들을 비교하여 상관계수가 높은 기준 분광스펙트럼데이터에 해당하는 미세플라스틱을 측정된 미지시료(122)의 파장신호에 대응하는 미세플라스틱의 종류로 결정한다.
도 4에 나타난 바와 같이, 3개의 미지시료 분광스펙트럼데이터(S1,S2,S3)와 PP에 해당하는 기준 분광스펙트럼데이터의 상관계수의 값은 "0.98", "0.99", "0.98"에 해당하여 다른 PS, PVC와의 상관계수의 값 보다 크게 나타났다. 이에 의해 식별모듈(156)은 3개의 미지시료(122)에 대한 미세플라스틱의 종류를 폴리프로필렌(PP)으로 결정할 수 있다.
본 실시예에서는 편의상 PP, PS, PVC 미세플라스틱을 기준으로 식별을 수행하였으나, 다른 종류의 미세플라스틱에 대해서도 위와 동일한 작업을 수행할 수 있다.
산출계수모듈(186)은 획득모듈(182)에 의해 생성된 표준시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 미세플라스틱의 종류별 표준시료 흡광도를 계산하고, 기준DB부(140)로부터 미세플라스틱의 종류별 기준 질량값을 추출하여 표준시료 흡광도를 분석함으로써 미세플라스틱의 종류별 산출계수를 계산한다. 표준시료 분광스펙트럼데이터를 적분하기 전 베이스라인 보정을 수행할 수 있다.
예를 들어, 산출계수모듈(186)은 미세플라스틱의 종류별로 기준 질량값을 표준시료 흡광도로 나누는 것에 의해 미세플라스틱의 종류별 산출계수를 계산할 수 있다.
정량분석모듈(188)은 미지시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 미지시료 흡광도를 계산하며, 미세플라스틱의 종류별 산출계수로부터 식별모듈(184)에 의해 식별된 미지시료(122)에 대한 미세플라스틱의 종류에 대응하는 산출계수를 추출하여 미지시료 흡광도를 분석함으로써 미지시료(122)에 대한 미지시료 질량값을 계산한다. 미지시료 분광스펙트럼데이터를 적분하기 전 베이스라인 보정을 수행할 수 있다.
예를 들어, 정량분석모듈(188)은 미지시료의 흡광도에 미지시료(122)에 대한 미세플라스틱의 종류에 대응하는 산출계수를 곱하는 것에 의해 미시료 질량값을 계산할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 미세플라스틱의 종류별 표준시료(112)를 측정하여 정량분석을 위한 산출계수를 생성하고, 그 산출계수를 표준시료(112)의 측정조건과 동일한 조건에서 측정된 미지시료(122)의 정량분석에 실시간으로 이용함으로써 측정조건의 변화에 따라 발생하는 정량분석의 오차를 최소화할 수 있다.
이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)의 동작방법에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 분석하고자 하는 미세플라스틱의 미지시료(122)와 정량분석의 기준이 되는 표준시료(112)가 분광측정부(160)에 의해 동일 측정조건에서 측정되는 경우 측정된 미세플라스틱의 종류별 표준시료(112)의 파장신호 및 기준DB부(140)의 기준 질량값을 이용하여 미세플라스틱의 종류별로 산출계수를 계산하고, 측정된 미지시료(122)의 파장신호와 기준DB부(140)의 기준 분광스펙트럼데이터를 비교하여 미지시료(122)에 대한 미세플라스틱의 종류를 식별하며, 식별된 미지시료(122)의 미세플라스틱의 종류에 대응하는 산출계수를 이용하여 미지시료(122)의 파장신호를 분석함으로써 미지시료 질량값을 계산한다.
먼저, 본 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 기준 질량값이 정해진 미세플라스틱의 종류별 표준시료(112)와 분석하고자 하는 미지시료(122)가 투입되는 경우 분광측정부(160)를 제어하여 미세플라스틱의 종류별 표준시료(112) 및 미지시료(122)에 근적외선의 빛을 조사하여 미세플라스틱의 종류별 표준시료(112)의 파장신호 및 미지시료(122)의 파장신호를 각각 측정한다(S110).
다음, 본 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 S110단계에서 측정된 표준시료(112)의 파장신호 및 미지시료(122)의 파장신호를 각각 분석하여 미세플라스틱의 종류별 표준시료 분광스펙트럼데이터 및 미지시료 분광스펙트럼데이터를 생성한다(S120).
다음, 본 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 S120단계에서 생성된 표준시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 미세플라스틱의 종류별 표준시료 흡광도를 계산한다(S130). 표준시료 분광스펙트럼데이터를 적분하기 전 베이스라인 보정을 수행할 수 있다.
다음, 본 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 기준DB부(140)에 저장된 미세플라스틱의 종류별 기준 질량값을 추출하여 S130단계에서 계산된 표준시료 흡광도를 분석함으로써 미세플라스틱의 종류별 산출계수를 계산한다(S140). 산출계수는 기준 질량값을 표준시료 흡광도로 나누는 것에 의해 계산될 수 있다.
다음, 본 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 기준DB부(140)에 저장된 미세플라스틱의 종류별 기준 분광스펙트럼데이터를 추출하여 미지시료 분광스펙트럼데이터와 비교하여 미지시료(122)의 미세플라스틱의 종류를 식별한다(S150). 미지시료 분광스펙트럼데이터와 미세플라스틱의 종류별 기준 분광스펙트럼데이터의 유사성을 각각 분석하여 유사성이 높은 기준 분광스펙트럼데이터를 미지시료(122)의 미세플라스틱의 종류로 결정할 수 있다.
다음, 본 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 S120단계에서 생성된 미지시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 미지시료 흡광도를 계산한다(S160). 미지시료 분광스펙트럼데이터를 적분하기 전 베이스라인 보정을 수행할 수 있다.
마지막으로, 본 실시예에 따른 미세플라스틱 정량분석시스템(100)은 S150단계에서 식별된 미지시료(122)의 미세플라스틱의 종류에 대응하는 산출계수에 의해 S160단계에서 계산된 미지시료 흡광도를 분석함으로써 미지시료(122)에 대한 미지시료 질량값을 계산한다(S170). 미지시료 질량값은 미지시료 흡광도에 미지시료(122)의 미세플라스틱의 종류에 대응하는 산출계수를 곱하여 계산할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 미세플라스틱 정량분석시스템
110: 표준시료홀더
112: 표준시료
120: 미지시료홀더
122: 미지시료
130: 이송부
140: 기준DB부
160: 분광측정부
180: 신호처리부
182: 획득모듈
184: 식별모듈
186: 산출계수모듈
188: 정량분석모듈

Claims (10)

  1. 기준 질량값이 사전에 정해진 미세플라스틱의 종류별 표준시료가 장착된 표준시료홀더;
    분석하고자 하는 미지시료를 유지하기 위한 미지시료홀더;
    상기 미세플라스틱의 종류별 기준 분광스펙트럼데이터 및 상기 기준 질량값을 저장하는 기준DB부;
    상기 표준시료홀더 및 상기 미지시료홀더가 투입된 경우, 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 및 상기 미지시료에 근적외선의 빛을 조사하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료의 파장신호 및 상기 미지시료의 파장신호를 각각 측정하는 분광측정부; 및
    상기 측정된 미세플라스틱의 종류별 표준시료의 파장신호 및 상기 기준DB부의 상기 기준 질량값을 이용하여 상기 미세플라스틱의 종류별로 산출계수를 계산하고, 상기 측정된 미지시료의 파장신호와 상기 기준DB부의 상기 기준 분광스펙트럼데이터를 비교하여 상기 미지시료의 미세플라스틱의 종류를 식별하고, 상기 식별된 미세플라스틱의 종류에 대응하는 상기 산출계수에 의해 상기 미지시료의 파장신호를 분석함으로써 상기 미지시료에 대한 미지시료 질량값을 계산하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 정량분석시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    상기 표준시료의 파장신호 및 상기 미지시료의 파장신호를 각각 분석하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 분광스펙트럼데이터 및 미지시료 분광스펙트럼데이터를 생성하는 획득모듈;
    상기 미지시료 분광스펙트럼데이터와 상기 기준DB부의 상기 기준 분광스펙트럼데이터를 비교하여 상기 미지시료의 미세플라스틱의 종류를 식별하는 식별모듈;
    상기 표준시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 흡광도를 계산하고, 상기 기준DB부의 상기 기준 질량값을 이용하여 상기 표준시료 흡광도를 분석함으로써 상기 미세플라스틱의 종류별 상기 산출계수를 계산하는 산출계수모듈; 및
    상기 미지시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 미지시료 흡광도를 계산하며, 상기 식별된 미세플라스틱의 종류에 대응하는 상기 산출계수에 의해 상기 미지시료 흡광도를 분석함으로써 상기 미지시료에 대한 미지시료 질량값을 계산하는 정량분석모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 정량분석시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산출계수모듈은 상기 미세플라스틱의 종류별로 상기 기준 질량값을 상기 표준시료 흡광도로 나누는 것에 의해 상기 산출계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 정량분석시스템의 동작방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표준시료홀더 및 상기 미지시료홀더는 일체로서 형성된 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 정량분석시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미지시료홀더는 상기 미지시료를 복수 개 유지하기 위한 복수의 수용공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 정량분석시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미지시료홀더는 외부로부터 유입되는 오염수내의 미세플라스틱을 상기 미지시료로서 여과하기 위한 필터 형태인 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 정량분석시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 표준시료홀더 및 상기 미지시료홀더를 이송하여 상기 분광측정부로 연속하여 투입하는 이송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 정량분석시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분광측정부는 복수의 화소를 가진 이미지센서를 구비하고, 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료의 파장신호 및 상기 미지시료의 파장신호는 상기 복수의 화소에 의해 각각 측정되는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 정량분석시스템.
  9. 기준 질량값이 정해진 미세플라스틱의 종류별 표준시료와 분석하고자 하는 미지시료가 투입되는 경우 분광측정부를 제어하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 및 상기 미지시료에 근적외선의 빛을 조사하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료의 파장신호 및 상기 미지시료의 파장신호를 각각 측정하는 단계;
    상기 표준시료의 파장신호 및 상기 미지시료의 파장신호를 각각 분석하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 분광스펙트럼데이터 및 미지시료 분광스펙트럼데이터를 생성하는 단계;
    상기 표준시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 상기 미세플라스틱의 종류별 표준시료 흡광도를 계산하는 단계;
    기준DB부에 저장된 상기 미세플라스틱의 종류별 상기 기준 질량값을 추출하여 상기 표준시료 흡광도를 분석함으로써 상기 미세플라스틱의 종류별 산출계수를 계산하는 단계;
    상기 기준DB부에 저장된 상기 미세플라스틱의 종류별 기준 분광스펙트럼데이터를 추출하여 상기 미지시료 분광스펙트럼데이터와 비교하여 상기 미지시료의 미세플라스틱의 종류를 식별하는 단계;
    상기 미지시료 분광스펙트럼데이터를 적분하여 미지시료 흡광도를 계산하는 단계; 및
    상기 식별된 미세플라스틱의 종류에 대응하는 상기 산출계수에 의해 상기 미지시료 흡광도를 분석함으로써 상기 미지시료에 대한 미지시료 질량값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 정량분석시스템의 동작방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 미세플라스틱의 종류별 산출계수를 계산하는 단계는 상기 기준 질량값을 상기 표준시료 흡광도로 나누는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 정량분석시스템의 동작방법.
KR1020200184525A 2020-12-28 2020-12-28 근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템 및 그의 동작방법 KR20220093623A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200184525A KR20220093623A (ko) 2020-12-28 2020-12-28 근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템 및 그의 동작방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200184525A KR20220093623A (ko) 2020-12-28 2020-12-28 근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템 및 그의 동작방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220093623A true KR20220093623A (ko) 2022-07-05

Family

ID=82401917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200184525A KR20220093623A (ko) 2020-12-28 2020-12-28 근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템 및 그의 동작방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220093623A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102545148B1 (ko) * 2023-02-17 2023-06-20 부경대학교 산학협력단 형광염색을 이용한 미세플라스틱의 질량추정방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101060589B1 (ko) 2010-06-23 2011-08-31 (주)이오니아이엔티 광분배장치를 이용한 실시간 폐플라스틱의 성분 및 색상 선별장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101060589B1 (ko) 2010-06-23 2011-08-31 (주)이오니아이엔티 광분배장치를 이용한 실시간 폐플라스틱의 성분 및 색상 선별장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102545148B1 (ko) * 2023-02-17 2023-06-20 부경대학교 산학협력단 형광염색을 이용한 미세플라스틱의 질량추정방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110161013B (zh) 基于机器学习的激光诱导击穿光谱数据处理方法和系统
Gendrin et al. Pharmaceutical applications of vibrational chemical imaging and chemometrics: a review
EP2976620B1 (en) System for and method of combined libs and ir absorption spectroscopy investigations
US5731581A (en) Apparatus for automatic identification of gas samples
US20060197957A1 (en) Method to reduce background noise in a spectrum
Shi et al. Alternative particle compensation techniques for online water quality monitoring using UV–Vis spectrophotometer
CN110108658B (zh) 一种污染气体红外光谱识别方法及系统
KR20080084701A (ko) 오검지 판정 기능을 갖는 가스 농도 측정 방법, 프로그램및 장치
Westerhaus et al. Quantitative analysis
US20080042064A1 (en) Method and apparatus on-line measurement of polymer properties
Hansen et al. In‐line fiber‐optic near‐infrared spectroscopy: Monitoring of rheological properties in an extrusion process. Part I.
KR20220093623A (ko) 근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 정량분석시스템 및 그의 동작방법
Dai et al. On-line UV-NIR spectroscopy as a process analytical technology (PAT) tool for on-line and real-time monitoring of the extraction process of Coptis Rhizome
CN109541100B (zh) 多通道波长的信号漂移处理方法、装置及多通道检测器
Mou et al. Robust calibration model transfer
Van den Broek et al. Application of a spectroscopic infrared focal plane array sensor for on-line identification of plastic waste
GB2561879A (en) Spectroscopic analysis
JP7150373B2 (ja) 可視近赤外分光分析装置及び可視近赤外分光分析方法
CN113970531A (zh) 一种校正光谱的方法
US20230102813A1 (en) Open-loop/closed-loop process control on the basis of a spectroscopic determination of undetermined substance concentrations
CN114018856B (zh) 光谱校正方法
Workman Jr et al. Calibration transfer chemometrics, part I: Review of the subject
US7427508B2 (en) Method for assaying multi-component mixtures
KR102425669B1 (ko) 근적외선 분광법을 이용한 미세플라스틱 식별시스템 및 그의 동작방법
Stephani et al. Automatically detecting peaks in terahertz time-domain spectroscopy