KR20230106439A - Bubble separator and optical analysis apparatus with The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기포분리장치 및 이를 포함하는 광학분석장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기포 분리를 위한 최적의 기구적 설계를 통해 분석대상물에 포함되어 있는 기포를 효과적으로 분리할 수 있는 기포분리장치 및 이를 포함하는 광학분석장치에 관한 것이다. The present invention relates to a bubble separator and an optical analysis device including the same, and more particularly, to a bubble separator capable of effectively separating bubbles contained in an analysis object through an optimal mechanical design for bubble separation, and the same. It relates to an optical analysis device comprising
생물전환반응, 수소화반응, 할로겐화반응 등과 같이 기체상물질과 액체상물질이 혼합되어 진행되는 기체-액체 반응(gas-liquid reaction)은 다양한 산업분야에서 이용되고 있으며, 반응효율을 높이기 위한 연구도 활발히 진행되고 있다. Gas-liquid reactions in which gaseous and liquid substances are mixed, such as biotransformation, hydrogenation, and halogenation, are used in various industrial fields, and research is being actively conducted to improve the reaction efficiency. It is becoming.
기체-액체 반응의 반응효율 등을 연구하기 위해서는 기체-액체 반응기 내의 물질 예를 들어, 출발물질이나 반응생성물에 대한 분석이 필요하다. 이러한 분석을 위해 일반적으로 크로마토그래피 분석이 널리 이용되고 있다. 크로마토그래피 분석은 분석대상물을 샘플링하여 크로마토그래피 장치를 통해 분석하는 방식인데, 샘플링 과정에서 기체-액체 반응기의 오염이 발생될 수 있고 분석자동화 측면에서 적용하기 어려운 점이 있다. In order to study the reaction efficiency of the gas-liquid reaction, it is necessary to analyze materials in the gas-liquid reactor, such as starting materials or reaction products. Chromatographic analysis is generally widely used for this analysis. Chromatographic analysis is a method of sampling an analyte and analyzing it through a chromatography device. However, contamination of the gas-liquid reactor may occur during the sampling process, and it is difficult to apply in terms of analysis automation.
최근에는 기체-액체 반응기에 분광기를 장착하여 기체-액체 반응기 내의 물질을 직접 실시간으로 분석하는 방식이 시도되고 있다. 이러한 방식은 분석대상물을 샘플링하고 샘플링된 분석대상물을 별도의 분석장치로 이동시키는 과정이 요구되지 않아 샘플링에 따르는 제반 문제를 해결할 수 있다. 그런데, 분광기 등의 광학분석장치를 기체-액체 반응기에 장착하여 기체-액체 반응기 내의 분석대상물을 분석함에 있어서, 분석대상물에 기포가 존재하면 기포로 인한 산란이 발생되어 광학분석장치의 광학신호가 간섭되며, 이러한 기포로 인한 광학신호의 간섭은 분석 신뢰성을 저하시킨다. Recently, a method of directly analyzing materials in a gas-liquid reactor in real time by installing a spectrometer in a gas-liquid reactor has been attempted. This method does not require a process of sampling an analyte and moving the sampled analyte to a separate analysis device, and thus can solve various problems caused by sampling. However, in analyzing an analyte in the gas-liquid reactor by mounting an optical analysis device such as a spectrometer in a gas-liquid reactor, if bubbles exist in the analyte, scattering occurs due to the bubbles, and the optical signal of the optical analysis device interferes. and the interference of optical signals caused by these bubbles deteriorates the reliability of the analysis.
이러한 문제를 해결하기 위해 일본공개특허공보 특개2001-9268호는 반응조(2)에서 탈포측정셀(1)로 샘플이 공급되도록 하고, 고압의 질소가스가 압력원(5)을 통해 탈포측정셀(1)에 공급되도록 함으로써 탈포측정셀(1) 내의 샘플에 포함되어 있는 기포를 제거하는 기술을 제시하고 있다. 또한, 일본특허공보 특허제5843284호는 분광분석장치의 광학프로브(11)의 노치부(K1)에 펌프(22)에 연결된 배관(21)을 배치시키고, 펌프(22)를 통해 광학프로브(11)의 노치부(K1)에 용액(S)를 분사함으로써 기포(B)를 제거하는 기술을 제시하고 있다. In order to solve this problem, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-9268 allows a sample to be supplied from the
그러나, 상술한 특허에 기재된 기술들은 고압가스를 공급을 위한 장치가 요구되거나 광학프로브에 대한 별도의 가공 및 펌프가 설치되어야 하는 등 장치적 복잡성이 뒤따른다. However, the technologies described in the above-mentioned patents require a device for supplying a high-pressure gas, or require a separate process for an optical probe and installation of a pump.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 기포 분리를 위한 최적의 기구적 설계를 통해 분석대상물에 포함되어 있는 기포를 효과적으로 분리할 수 있는 기포분리장치 및 이를 포함하는 광학분석장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and provides a bubble separator capable of effectively separating bubbles contained in an object of analysis through an optimal mechanical design for bubble separation and an optical analysis device including the same. Its purpose is to provide
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기포분리장치는 수직 방향의 축 기준으로 일정 반경으로 상향 연장되는 나선형 유로; 나선형 유로의 일 지점에서 하향 연장되는 형태로 분기된 유입유로; 나선형 유로의 일 지점에서 상향 연장되는 형태로 분기된 기포배출유로; 나선형 유로의 일 지점에서 하향 분기되어 분석샘플챔버에 연결되는 분석샘플유로; 및 분석샘플유로를 통해 전달되는 분석샘플을 저장하는 분석샘플챔버;를 포함하여 이루어지며, 기포가 포함된 액상의 분석대상물이 나선형 유로의 일단 및 유입유로를 통해 나선형 유로로 유입되어 나선형 유로를 따라 상향 이동되며, 분석대상물에 포함된 기포는 기포배출유로를 통해 배출되며, 기포가 분리된 분석대상물인 분석샘플은 분석샘플유로를 통해 분석샘플챔버로 이동되는 것을 특징으로 한다. A bubble separator according to the present invention for achieving the above object includes a spiral passage extending upward at a predetermined radius with respect to a vertical axis; An inflow passage branched in a form extending downward from one point of the spiral passage; A bubble discharge passage branched in a form extending upward from one point of the spiral passage; an analysis sample flow path branching downward from a point of the spiral flow path and connected to the analysis sample chamber; and an analysis sample chamber for storing the analysis sample transferred through the analysis sample passage, wherein the liquid-phase analyte containing bubbles flows into the spiral passage through one end of the spiral passage and the inlet passage, and flows along the spiral passage. It is characterized in that the air bubbles included in the analysis object are discharged through the air bubble discharge passage, and the analysis sample, which is the analysis object from which the air bubbles are separated, is moved to the analysis sample chamber through the analysis sample passage.
유입유로가 나선형 유로에 결합되는 지점과 기포배출유로가 나선형 유로에 결합되는 지점은 나선형 유로 상에서 이격되어 순차적으로 배치된다. A point where the inflow passage is coupled to the spiral passage and a point where the bubble discharge passage is coupled to the spiral passage are spaced apart from each other and sequentially disposed on the spiral passage.
유입유로와 기포배출유로는 한 쌍을 이루어 나선형 유로를 따라 이격되어 복수번 반복 배치된다. The inflow passage and the bubble discharge passage form a pair and are spaced apart along the spiral passage and repeatedly arranged a plurality of times.
프로브 장착부재와 담체를 더 포함하여 이루어지며, 상기 담체 내에 상기 나선형 유로, 유입유로, 기포배출유로, 분석샘플유로 및 분석샘플챔버의 공간이 형성되며, 상기 프로브 장착부재의 일측에 광학분석장치의 프로브에 대응되는 형상의 프로브 장착공간이 구비되며, 상기 프로브 장착부재는 선택적으로 착탈 가능하다. It further includes a probe mounting member and a carrier, wherein a space for the spiral passage, an inflow passage, a bubble discharge passage, an analysis sample passage, and an analysis sample chamber is formed in the carrier, and an optical analysis device is formed on one side of the probe mounting member. A probe mounting space having a shape corresponding to the probe is provided, and the probe mounting member is selectively detachable.
또한, 본 발명에 따른 기포분리장치는 광학분석장치의 프로브가 장착되는 프로브 장착부를 구비하는 프로브 장착부재; 및 분석샘플이 저장되는 분석샘플 저장공간을 구비하는 분석샘플 저장부재;를 포함하여 이루어지며, 프로브 장착부재와 분석샘플 저장부재 결합시, 프로브 장착부의 하부에 분석샘플 저장공간이 마련되고, 프로브 장착부의 둘레에 기포배출유로 및 분석샘플유로가 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다. In addition, the bubble separator according to the present invention includes a probe mounting member having a probe mounting portion to which a probe of an optical analysis device is mounted; and an analysis sample storage member having an analysis sample storage space in which an analysis sample is stored, wherein when the probe mounting member and the analysis sample storage member are coupled, an analysis sample storage space is provided at the bottom of the probe mounting unit, and the probe mounting unit Another feature is that a bubble discharge passage and an analysis sample passage are formed around the .
상기 분석샘플 저장부재의 상단부 둘레를 따라 분석대상물이 유입되는 하나 이상의 유입구가 구비되고, 프로브 장착부재의 상면에 분석대상물로부터 분리된 기포가 배출되는 기포배출구가 구비되며, 분석샘플 저장부재의 유입구를 통해 액상의 분석대상물이 기포분리장치의 내부공간으로 유입되면 분석대상물에 포함되어 있는 기포는 부력에 의해 기포배출유로를 따라 상향 이동되고, 기포가 분리된 분석대상물인 분석샘플은 분석샘플유로를 따라 하향 이동되며, 기포배출유로를 따라 상향 이동된 기포는 프로브 장착부재의 상면에 구비된 기포배출구를 통해 기포분리장치 외부로 배출되며, 분석샘플유로를 따라 하향 이동된 분석샘플은 프로브 장착부의 하부에 구비된 공간인 분석샘플 저장공간에 저장된다. At least one inlet is provided along the upper circumference of the analysis sample storage member, through which the analysis target is introduced, and a bubble outlet through which air bubbles separated from the analysis target are discharged is provided on the upper surface of the probe mounting member, and the inlet of the analysis sample storage member is provided. When the liquid analyte is introduced into the inner space of the bubble separator through this process, the bubbles contained in the analyte are moved upward along the bubble discharge passage by buoyancy, and the analyte sample from which the bubbles are separated moves along the analyte sample passage. The air bubbles moved downward and upward along the bubble discharge passage are discharged to the outside of the bubble separator through the bubble outlet provided on the upper surface of the probe mounting member, and the analysis sample moved downward along the analysis sample passage is disposed at the bottom of the probe mounting portion. It is stored in the provided space, the analysis sample storage space.
프로브 장착부재의 프로브 장착부는 일정 길이의 원통이 하향 연장된 형태를 이루며, 프로브 장착부의 길이는 프로브 장착부재의 높이보다 길어 프로브 장착부재와 분석샘플 저장부재의 결합시 프로브 장착부의 일부 영역은 분석샘플 저장부재의 내부공간에 위치한다. The probe mounting portion of the probe mounting member has a shape in which a cylinder of a certain length extends downward, and the length of the probe mounting portion is longer than the height of the probe mounting member, so that when the probe mounting member and the analysis sample storage member are coupled, a portion of the probe mounting portion is covered with the sample to be analyzed. It is located in the inner space of the storage member.
본 발명에 따른 광학분석장치는 기포분리장치가 광학신호를 인가하는 프로브에 장착된 것을 특징으로 한다.An optical analysis device according to the present invention is characterized in that a bubble separator is mounted on a probe for applying an optical signal.
본 발명에 따른 기포분리장치 및 이를 포함하는 광학분석장치는 다음과 같은 효과가 있다. The bubble separation device and the optical analysis device including the same according to the present invention have the following effects.
반응기의 분석대상물을 광학분석장치를 통해 직접 분석함에 있어서 분석대상물에 포함되어 있는 기포를 분석샘플로부터 효과적으로 분리시킴으로써 기포로 인한 분석 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. When the analyte in the reactor is directly analyzed through the optical analysis device, air bubbles contained in the analyte are effectively separated from the analysis sample, thereby preventing degradation of analysis reliability due to air bubbles.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기포분리장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기포분리장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기포분리장치의 기포분리과정을 설명하기 위한 참고도.
도 4는 프로브 장착부재 및 담체를 포함하는 제 1 실시예에 따른 기포분리장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기포분리장치의 사시도.
도 6은 도 5의 A-A`선에 따른 단면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기포분리장치의 기포분리과정을 설명하기 위한 참고도.
도 8은 비교군의 기포분리 시뮬레이션 결과를 나타낸 참고도.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기포분리장치의 기포분리 시뮬레이션 결과를 나타낸 참고도.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기포분리장치의 기포분리 시뮬레이션 결과를 나타낸 참고도.
도 11은 비교군이 적용된 경우의 표면증강라만분광장치에 의한 용존 일산화탄소 분석결과.
도 12는 제 1 실시예에 따른 기포분리장치, 제 2 실시예에 따른 기포분리장치, 비교군 각각이 적용된 경우의 표면증강라만분광장치에 의한 용존 일산화탄소 분석결과.
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기포분리장치가 결합된 프로브가 기체-액체 반응기에 결합된 것을 나타낸 사진. 1 is a perspective view of a bubble separator according to a first embodiment of the present invention.
2 is a plan view of a bubble separator according to a first embodiment of the present invention.
Figure 3 is a reference diagram for explaining the bubble separation process of the bubble separator according to the first embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram of the bubble separator according to the first embodiment including a probe mounting member and a carrier.
5 is a perspective view of a bubble separator according to a second embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along line AA` of FIG. 5;
7 is a reference view for explaining the bubble separation process of the bubble separator according to the second embodiment of the present invention.
Figure 8 is a reference diagram showing the bubble separation simulation results of the comparison group.
FIG. 9 is a reference view showing simulation results of bubble separation of the bubble separator according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a reference view showing simulation results of bubble separation of the bubble separator according to the first embodiment of the present invention.
11 is a result of analyzing dissolved carbon monoxide by a surface-enhanced Raman spectrometer when a comparative group is applied.
12 is a result of analyzing dissolved carbon monoxide by a surface-enhanced Raman spectrometer when a bubble separator according to the first embodiment, a bubble separator according to the second embodiment, and a comparative group are respectively applied.
13 is a photograph showing that a probe coupled with a bubble separator according to a second embodiment of the present invention is coupled to a gas-liquid reactor.
본 발명은 광학분석장치를 이용하여 반응기 내의 분석대상물을 실시간 분석함에 있어서 분석대상물에 존재하는 기포를 분리함으로써 분석대상물에 대한 분석 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술을 제시한다. The present invention proposes a technique capable of improving the reliability of analysis of an analyte by separating air bubbles present in the analyte in real-time analysis of the analyte in the reactor using an optical analysis device.
분광기 등과 같이 광학신호를 이용하여 분석대상물의 성분을 분석하는 광학분석장치는 액상의 분석대상물에 근적외선 등의 광학신호를 인가하고 수신되는 신호를 분석하여 분석대상물에 대한 정량 및 정성 분석을 실시하는 장치이다. An optical analysis device that analyzes the components of an analysis object using optical signals, such as a spectrometer, is a device that applies an optical signal such as near infrared rays to a liquid analysis object and analyzes the received signal to perform quantitative and qualitative analysis on the analysis object. am.
이러한 광학분석장치는 앞서 '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, 기체-액체 반응기에 장착되어 기체-액체 반응기 내의 분석대상물을 실시간 분석하는데 이용되고 있으며, 분석 신뢰성 향상을 위해 분석대상물 내의 기포를 분리하는 것이 필요하다. 또한, 특허문헌 1, 2의 경우 분석대상물 내의 기포를 분리하는 기술을 제시하고 있으나 고압가스 공급을 위한 장치, 광학 프로브에 대한 별도의 가공 등이 요구되는 문제점이 있음을 기술한 바 있다. As mentioned above in the 'Background of the Invention', this optical analysis device is mounted on a gas-liquid reactor and used for real-time analysis of an analyte in the gas-liquid reactor, and to improve analysis reliability, It is necessary to separate air bubbles. In addition, in the case of
본 발명은 액상의 분석대상물에 침지되는 광학분석장치의 프로브(probe)에 소정의 기구적 구조를 갖는 기포분리장치를 결합시킴으로써 기포가 분리된 분석샘플을 대상으로 한 광학분석이 진행되도록 하여 기포로 인한 분석 신뢰성 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 기술을 제시한다. In the present invention, a bubble separation device having a predetermined mechanical structure is coupled to a probe of an optical analysis device immersed in a liquid analyte, so that an optical analysis is performed on an analysis sample from which bubbles are separated, thereby forming bubbles. We propose a technique that can effectively prevent the degradation of analysis reliability caused by
광학분석장치의 프로브에 장착되는 기포분리장치는, 반응기 내 액상의 분석대상물에 침지된 상태에서 분석대상물이 기포분리장치에 유입되도록 하고, 분석대상물로부터 기포를 분리시키고 기포가 분리된 분석샘플이 분석샘플챔버에 채워지도록 하는 방식을 택한다. The bubble separator mounted on the probe of the optical analysis device allows the analyte to flow into the bubble separator in a state of being immersed in the liquid phase analyte in the reactor, separates the bubbles from the analyte, and analyzes the sample from which the bubbles are separated. Choose a way to fill the sample chamber.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 기포분리장치 및 이를 포함하는 광학분석장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a bubble separator according to the first and second embodiments of the present invention and an optical analysis device including the same will be described in detail with reference to the drawings.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기포분리장치는 나선형 유로(110), 유입유로(120), 기포배출유로(130), 분석샘플챔버(150) 및 분석샘플유로(140)를 포함하여 이루어진다. 1 to 3, the bubble separator according to the first embodiment of the present invention includes a
상기 나선형 유로(110)는 수직 방향의 축 기준으로 일정 반경으로 상향 연장되는 형태를 이룬다. 나선형 유로(110)의 일단(111)으로부터 반응기 내의 액상 분석대상물이 유입되고, 분석대상물은 나선형 유로(110)를 따라 상향 이동되어 나선형 유로(110)의 다른 일단(112)을 통해 배출된다. The
상기 유입유로(120) 및 기포배출유로(130)는 나선형 유로(110)의 일 지점에서 분기되는 형태로 구비된다. 유입유로(120)는 나선형 유로(110)의 일 지점에서 하향 연장되는 형태를 이루고, 기포배출유로(130)는 나선형 유로(110)의 일 지점에서 상향 연장되는 형태를 이룬다. 따라서, 상기 유입유로(120)는 분석대상물의 나선형 유로(110)로의 상향 유입을 유도하고, 기포배출유로(130)는 기포가 포함된 분석대상물이 나선형 유로(110)로부터 상향 배출되는 것을 유도한다. The
나선형 유로(110)에 결합되는 지점 측면에서, 기포배출유로(130)가 나선형 유로(110)에 결합되는 지점은 유입유로(120)가 나선형 유로(110)에 결합되는 지점으로부터 후단으로 이격된 지점에 위치한다. 즉, 유입유로(120)가 나선형 유로(110)에 결합되는 지점과 기포배출유로(130)가 나선형 유로(110)에 결합되는 지점은 나선형 유로(110) 상에서 이격되어 순차적으로 배치된다. In terms of the point at which the
또한, 상기 유입유로(120)와 기포배출유로(130)는 한 쌍을 이루어 나선형 유로(110)를 따라 일정 간격을 두고 반복 배치된다. 유입유로(120)와 기포배출유로(130)의 쌍을 나선형 유로(110)를 따라 복수개 배치하는 이유는, 나선형 유로(110)를 따라 이동되는 기포를 지속적으로 배출시키기 위함과 함께 기포들이 서로 결합되는 것을 유도하여 기포의 배출을 용이하게 하기 위함이다. 나선형 유로(110)를 따라 상향 이동되는 기포들은 이동하는 과정에서 서로 결합되어 기포의 크기가 커지며, 기포의 크기가 커짐에 따라 부력이 증가하여 기포배출유로(130)를 통해 용이하게 배출될 수 있다. In addition, the
이와 같이, 나선형 유로(110)의 일단 및 복수의 유입유로(120)를 통해 유입된 분석대상물은 나선형 유로(110)를 따라 상향 이동되고, 상향 이동되는 과정에서 분석대상물에 포함되어 있는 기포는 기포배출유로(130)를 통해 배출되는데, 기포가 분리된 분석대상물 즉, 분석샘플은 분석샘플유로(140)를 거쳐 분석샘플챔버(150)로 이동된다. In this way, the analyte introduced through one end of the
분석샘플유로(140)는 나선형 유로(110)로부터 분기되어 분석샘플챔버(150)에 연결되며, 나선형 유로(110)의 기포가 분리된 분석대상물인 분석샘플을 분석샘플챔버(150)로 이동되는 것을 유도한다. 분석샘플유로(140)는 나선형 유로(110)의 일 지점에서 하향 분기되는 형태를 이루는데, 이는 분석샘플이 하향 이동되도록 하여 분석샘플에 기포가 포함되지 않도록 하기 위함이다. 이러한 분석샘플유로(140) 역시 나선형 유로(110)를 따라 일정 간격을 두고 반복 배치되도록 할 수 있다. 다만, 기포분리과정이 일정 수준 진행되어야 함에 따라, 분석샘플유로(140)는 나선형 유로(110)의 상단부에 구비되는 것이 바람직하다. The analysis
이상의 설명을 간략히 정리하면, 기포분리장치가 액상의 분석대상물에 침지된 상태에서 기포가 포함된 분석대상물은 나선형 유로(110)의 일단 및 나선형 유로(110)를 따라 반복 배치된 유입유로(120)를 통해 나선형 유로(110)로 유입되고, 유입된 분석대상물은 나선형 유로(110)를 따라 상향 이동되며, 분석대상물이 상향 이동하는 과정에서 기포는 서로 결합되어 기포배출유로(130)를 통해 기포분리장치 밖으로 배출되며, 기포가 분리된 분석대상물 즉, 분석샘플은 나선형 유로(110)로부터 하향 분기된 형태의 분석샘플유로(140)를 통해 분석샘플챔버(150)로 이동된다. 이와 같은 과정을 통해 기포가 제거된 분석샘플을 얻을 수 있으며, 이러한 분석샘플을 대상으로 광학분석을 진행할 수 있다. Briefly summarizing the above description, in a state in which the bubble separation device is immersed in the liquid analyte, the analyte containing the bubbles is disposed at one end of the
참고로, 반응기 내의 분석대상물은 교반기에 의해 교반되는 상태이어서 분석대상물이 기포분리장치로 유입됨에 있어서 별도의 동력 예를 들어, 펌프 등의 설치는 필요하지 않다. For reference, the analyte in the reactor is in a state of being agitated by an agitator, so that a separate power source, such as a pump, is not required when the analyte is introduced into the bubble separator.
한편, 상술한 나선형 유로(110), 유입유로(120), 기포배출유로(130), 분석샘플유로(140) 및 분석샘플챔버(150)는 담체(10) 내에 형성되도록 할 수 있다(도 4 참조). 일 실시예로, 원통 형태의 담체(10) 내부에 상기 나선형 유로(110), 유입유로(120), 기포배출유로(130), 분석샘플유로(140) 및 분석샘플챔버(150)의 공간이 파여진 형태로 구성할 수 있다. 이 경우, 나선형 유로(110)의 일단과 다른 일단, 유입유로(120)의 유입구 및 기포배출유로(130)의 배출구만이 담체(10) 외부로 노출된 형태를 이루게 된다. 상기 담체(10)의 재질로는 고분자, 세라믹, 금속, 스테인리스강 등등을 이용할 수 있으며, 고분자로 담체(10)를 구성하는 경우 PDMS, PMMA, PET, PE, PP, 하이드로겔 중 어느 하나를 이용할 수 있다. Meanwhile, the
이와 함께, 본 발명에 따른 기포분리장치는 광학분석장치에 의한 분석시의 편의를 위해 광학분석장치의 프로브에 탈장착이 가능한 구조를 추가적으로 구비한다. In addition, the bubble separator according to the present invention additionally has a structure capable of being detached from the probe of the optical analysis device for convenience during analysis by the optical analysis device.
구체적으로, 도 4에 도시한 바와 같이 프로브 장착부재(20)와 담체(10)의 조합으로 기포분리장치를 구성할 수 있다. 상기 담체(10)는 상술한 바와 같이 나선형 유로(110), 유입유로(120), 기포배출유로(130), 분석샘플유로(140) 및 분석샘플챔버(150)의 공간이 형성된 것이며, 상기 프로브 장착부재(20)는 광학분석장치의 프로브가 장착되는 공간을 구비함과 함께 상기 담체(10)와 결합되는 부재이다. Specifically, as shown in FIG. 4 , a bubble separator may be formed by a combination of the
일 실시예로, 프로브 장착부재(20)와 담체(10) 모두 원통 형태를 이루도록 하고, 프로브 장착부재(20)와 담체(10)가 나사결합되는 형태로 구성할 수 있다. 이 때, 프로브 장착부재(20)의 일측에 프로브에 대응되는 형상의 프로브 장착공간(21)이 구비되며, 프로브 장착부재(20)의 프로브 장착공간(21)에 프로브(P)가 장착된 상태에서 프로브 장착부재(20)와 담체(10)를 나사결합함으로써 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기포분리장치를 광학분석장치의 프로브에 결합시킬 수 있다. In one embodiment, both the
이와 같이, 광학분석장치의 프로브에 기포분리장치가 결합된 상태에서 기포분리장치를 반응기의 분석대상물에 침지시키고, 기포분리장치의 기포분리과정을 통해 기포가 분리된 분석샘플이 기포분리장치의 분석샘플챔버에 이동되도록 유도하고, 이어 프로브를 통해 분석샘플에 광학신호를 인가함으로써 광학분석장치에 의한 분석샘플의 성분 분석이 진행 가능하게 된다. In this way, in a state where the bubble separator is coupled to the probe of the optical analysis device, the bubble separator is immersed in the object to be analyzed in the reactor, and the analysis sample from which bubbles are separated through the bubble separation process of the bubble separator is analyzed by the bubble separator. By inducing movement into the sample chamber and then applying an optical signal to the analysis sample through the probe, component analysis of the analysis sample can be performed by the optical analysis device.
이상, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기포분리장치에 대해 설명하였다. 다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기포분리장치에 대해 설명하기로 한다. In the above, the bubble separator according to the first embodiment of the present invention has been described. Next, a bubble separator according to a second embodiment of the present invention will be described.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기포분리장치는 프로브 장착부재(210)과 분석샘플 저장부재(220)를 포함하여 이루어진다. 5 to 7, the bubble separator according to the second embodiment of the present invention includes a
프로브 장착부재(210)과 분석샘플 저장부재(220)는 각각 상하 위치에서 서로 결합된다. 일 실시예로, 분석샘플 저장부재(220)는 원통 또는 그릇 형상을 이루고, 프로브 장착부재(210)은 분석샘플 저장부재(220)의 내부공간을 밀폐하는 뚜껑 형태로 분석샘플 저장부재(220)에 결합된다. The
프로브 장착부재(210)과 분석샘플 저장부재(220)는 모두 내부가 비어 있는 형태이며, 프로브 장착부재(210)의 경우 프로브 장착부재(210)의 가운데 부위에 광학분석장치의 프로브가 장착되는 프로브 장착부(211)가 구비된다. Both the
프로브 장착부재(210)의 프로브 장착부(211)는 일정 길이의 원통이 하향 연장된 형태를 이루며, 프로브 장착부(211)의 길이는 프로브 장착부재(210)의 높이보다 길어 프로브 장착부재(210)과 분석샘플 저장부재(220)의 결합시 프로브 장착부(211)의 일부 영역은 분석샘플 저장부재(220)의 내부공간에 위치된다. The
프로브 장착부재(210)과 분석샘플 저장부재(220)의 결합시, 프로브 장착부재(210)과 분석샘플 저장부재(220) 그리고 프로브 장착부(211)에 의해 정의되는 공간이 형성되는데, 프로브 장착부(211)가 프로브 장착부재(210)의 가운데 부위에 위치함에 따라 공간적으로, 독립적인 공간인 프로브 장착부(211)의 공간과 그 이외의 공간으로 구분할 수 있다. When the
프로브 장착부(211) 이외의 공간은 프로브 장착부(211) 하부의 공간과, 프로브 장착부(211) 둘레의 공간으로 구분된다. 프로브 장착부(211) 하부의 공간은 분석샘플이 저장되는 공간이고, 프로브 장착부(211) 둘레의 공간은 분석대상물로부터 기포가 분리되는 공간이다. 여기서, 프로브 장착부(211) 하부의 공간 즉, 분석샘플이 저장되는 공간은 이하 '분석샘플 저장공간(221)'이라 칭하기로 한다. 또한, 프로브 장착부(211) 둘레의 공간 즉, 분석대상물로부터 기포가 분리되는 공간은 공간적인 구분으로 상부는 '기포배출유로(231)', 하부는 '분석샘플유로(232)'로 명명된다. The space other than the
기포의 분리 및 분석샘플의 이동을 위해, 분석샘플 저장부재(220)의 상단측에는 둘레를 따라 복수의 유입구(222)가 이격되어 배치되며, 프로브 장착부재(210)의 상면에는 복수의 기포배출구(212)가 구비된다. For the separation of air bubbles and the movement of the analysis sample, a plurality of
이와 같은 구조 하에, 분석샘플 저장부재(220)의 유입구(222)를 통해 액상의 분석대상물이 기포분리장치의 내부공간으로 유입되면 분석대상물에 포함되어 있는 기포는 부력에 의해 기포배출유로(231)를 따라 상향 이동되고, 기포가 분리된 분석대상물 즉, 분석샘플은 분석샘플유로(232)를 따라 하향 이동된다. 전술한 바와 같이, 프로브 장착부(211) 이외의 공간 즉, 프로브 장착부(211) 둘레의 공간은 상부는 기포배출유로(231), 하부는 분석샘플유로(232)로 구분된다. Under such a structure, when the liquid-type analyte is introduced into the inner space of the bubble separator through the
기포배출유로(231)를 따라 상향 이동된 기포는 프로브 장착부재(210)의 상면에 구비된 기포배출구(212)를 통해 기포분리장치 외부로 배출되며, 분석샘플유로(232)를 따라 하향 이동된 분석샘플은 프로브 장착부(211)의 하부에 구비된 공간인 분석샘플 저장공간(221)에 저장된다. The bubbles moved upward along the
이와 같은 기포분리과정에 의해 분석샘플 저장공간(221)에 분석샘플이 저장된 상태에서 프로브 장착부(211)에 장착된 프로브를 통해 분석샘플에 광학신호가 인가되면 분석샘플에 대한 성분 분석이 가능하게 된다. In the state where the analysis sample is stored in the analysis
참고로, 도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기포분리장치가 결합된 프로브가 기체-액체 반응기에 결합된 것을 나타낸 사진이다. For reference, FIG. 13 is a photograph showing that a probe coupled with a bubble separator according to a second embodiment of the present invention is coupled to a gas-liquid reactor.
이상, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 기포분리장치에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. In the above, the bubble separator according to the first and second embodiments of the present invention has been described. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples.
<실험예 1 : 기포분리 시뮬레이션><Experimental Example 1: Bubble Separation Simulation>
제 1 실시예에 따른 기포분리장치, 제 2 실시예에 따른 기포분리장치 및 비교군 각각에 대해 기포분리 시뮬레이션을 실시하였다. 비교군은 분석샘플이 도입되는 원통챔버에 유입구만 구비된 형태이며, 유입구의 직경을 2cm, 0.4cm로 각각 달리 적용하였다. A bubble separation simulation was performed for each of the bubble separator according to the first embodiment, the bubble separator according to the second embodiment, and the comparative group. In the comparative group, the cylindrical chamber into which the analysis sample was introduced was equipped with only an inlet, and the diameters of the inlet were 2 cm and 0.4 cm, respectively.
비교군에 대한 시뮬레이션 결과를 살펴보면(도 8 참조), 유입구의 직경이 2cm인 경우 원통챔버 내부에 상당량의 기포가 유입됨을 확인할 수 있으며, 유입구의 직경이 0.4cm인 경우에는 원통챔버 내부에 기포의 분율은 낮으나 원통챔버 내부와 외부 간의 농도 차이가 63%로 크게 발생됨을 알 수 있다. Looking at the simulation results for the comparative group (see FIG. 8), it can be seen that a significant amount of air bubbles flow into the cylindrical chamber when the diameter of the inlet is 2 cm, and when the diameter of the inlet is 0.4 cm, the amount of air bubbles inside the cylindrical chamber is confirmed. Although the fraction is low, it can be seen that the concentration difference between the inside and outside of the cylindrical chamber is large at 63%.
제 1 실시예에 따른 기포분리장치에 대한 시뮬레이션 결과를 살펴보면(도 9 참조), 유입유로측의 기포분율이 0.128인 반면 기포배출유로 후단의 나선형 유로 일 지점에서의 기포분율이 0.001로 기포가 대부분 분리됨을 확인할 수 있다. 또한, 분석샘플챔버 내부의 경우 기포분율이 0.000로 기포가 완전히 제거되어 있음을 알 수 있으며, 분석샘플챔버 내부와 외부 간의 농도 차이가 거의 없음을 알 수 있다. Looking at the simulation results for the bubble separator according to the first embodiment (see FIG. 9), the bubble fraction at the inflow passage side was 0.128, while the bubble fraction at a point in the spiral passage at the rear end of the bubble discharge passage was 0.001, and most of the bubbles were present. separation can be confirmed. In addition, in the case of the inside of the analysis sample chamber, it can be seen that the bubble fraction is 0.000, and the air bubbles are completely removed, and it can be seen that there is almost no difference in concentration between the inside and outside of the analysis sample chamber.
제 2 실시예에 따른 기포분리장치에 대한 시뮬레이션 결과를 살펴보면(도 10 참조), 분석샘플 저장공간 내에 기포가 거의 존재하지 않음을 확인할 수 있다. Looking at the simulation results of the bubble separator according to the second embodiment (see FIG. 10), it can be confirmed that almost no bubbles exist in the analysis sample storage space.
<실험예 2 : 용존 일산화탄소 분석><Experimental Example 2: Analysis of dissolved carbon monoxide>
제 1 실시예에 따른 기포분리장치, 제 2 실시예에 따른 기포분리장치 및 비교군 각각을 표면증강라만분광장치에 결합시킨 상태에서 분석대상물의 용존 일산화탄소를 분석하였다. Dissolved carbon monoxide of the object to be analyzed was analyzed in a state in which the bubble separator according to the first embodiment, the bubble separator according to the second embodiment, and the comparative group were each coupled to a surface-enhanced Raman spectrometer.
비교군이 적용된 경우, 도 11에 도시한 바와 같이 라만신호가 60분까지 증가하다가 이후 감소함을 알 수 있으며, 이는 기포로 인한 라만신호의 간섭 현상 때문이다. 반면, 제 1 실시예에 따른 기포분리장치, 제 2 실시예에 따른 기포분리장치 각각이 적용된 경우, 도 12에 도시한 바와 같이 용존 일산화탄소의 신호가 감소되지 않음을 확인할 수 있다. When the comparison group was applied, as shown in FIG. 11, it can be seen that the Raman signal increases until 60 minutes and then decreases, which is due to the interference of the Raman signal due to bubbles. On the other hand, when the bubble separator according to the first embodiment and the bubble separator according to the second embodiment are applied, it can be seen that the signal of dissolved carbon monoxide is not reduced as shown in FIG. 12 .
이와 같은 결과를 통해, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 기포분리장치를 적용하는 경우 분석샘플로부터 기포가 효과적으로 분리되며, 그에 따라 기포로 인한 분석 신뢰성 저하를 방지할 수 있음을 알 수 있다. Through these results, when the air bubble separator according to the first and second embodiments of the present invention is applied, air bubbles are effectively separated from the analysis sample, and thus, it is possible to prevent degradation of analysis reliability due to air bubbles. Able to know.
10 : 담체 20 : 프로브 장착부재
21 : 프로브 장착부재
110 : 나선형 유로 120 : 유입유로
130 : 기포배출유로 140 : 분석샘플유로
150 : 분석샘플챔버
210 : 프로브 장착부재 211 : 프로브 장착부
212 : 기포배출구 220 : 분석샘플 저장부재
221 : 분석샘플 저장공간 222 : 유입구
231 : 기포배출유로 232 : 분석샘플유로10: carrier 20: probe mounting member
21: probe mounting member
110: spiral flow path 120: inlet flow path
130: bubble discharge flow path 140: analysis sample flow path
150: analysis sample chamber
210: probe mounting member 211: probe mounting portion
212: bubble outlet 220: analysis sample storage member
221: analysis sample storage space 222: inlet
231: bubble discharge flow path 232: analysis sample flow path
Claims (8)
나선형 유로의 일 지점에서 하향 연장되는 형태로 분기된 유입유로;
나선형 유로의 일 지점에서 상향 연장되는 형태로 분기된 기포배출유로;
나선형 유로의 일 지점에서 하향 분기되어 분석샘플챔버에 연결되는 분석샘플유로; 및
분석샘플유로를 통해 전달되는 분석샘플을 저장하는 분석샘플챔버;를 포함하여 이루어지며,
기포가 포함된 액상의 분석대상물이 나선형 유로의 일단 및 유입유로를 통해 나선형 유로로 유입되어 나선형 유로를 따라 상향 이동되며, 분석대상물에 포함된 기포는 기포배출유로를 통해 배출되며, 기포가 분리된 분석대상물인 분석샘플은 분석샘플유로를 통해 분석샘플챔버로 이동되는 것을 특징으로 하는 기포분리장치.
A spiral passage extending upward at a predetermined radius with respect to a vertical axis;
An inflow passage branched in a form extending downward from one point of the spiral passage;
A bubble discharge passage branched in a form extending upward from one point of the spiral passage;
an analysis sample flow path branched downward from a point of the spiral flow path and connected to the analysis sample chamber; and
An analysis sample chamber for storing the analysis sample delivered through the analysis sample passage;
A liquid analyte containing bubbles is introduced into the spiral passage through one end of the spiral passage and the inflow passage and moves upward along the spiral passage, and the bubbles contained in the analyte are discharged through the bubble discharge passage. The analysis object, the analysis sample, is moved to the analysis sample chamber through the analysis sample passage.
The bubble separator according to claim 1, wherein a point where the inflow passage is coupled to the spiral passage and a point where the bubble discharge passage is coupled to the spiral passage are spaced apart from each other and sequentially disposed on the spiral passage.
The bubble separator according to claim 1, wherein the inflow passage and the bubble discharge passage form a pair and are spaced apart along the spiral passage and repeatedly arranged a plurality of times.
상기 담체 내에 상기 나선형 유로, 유입유로, 기포배출유로, 분석샘플유로 및 분석샘플챔버의 공간이 형성되며,
상기 프로브 장착부재의 일측에 광학분석장치의 프로브에 대응되는 형상의 프로브 장착공간이 구비되며,
상기 프로브 장착부재는 선택적으로 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 기포분리장치.
The method of claim 1, further comprising a probe mounting member and a carrier,
Spaces for the spiral passage, the inflow passage, the bubble discharge passage, the analysis sample passage, and the analysis sample chamber are formed in the carrier,
A probe mounting space having a shape corresponding to the probe of the optical analysis device is provided on one side of the probe mounting member,
The bubble separator, characterized in that the probe mounting member is selectively detachable.
분석샘플이 저장되는 분석샘플 저장공간을 구비하는 분석샘플 저장부재;를 포함하여 이루어지며,
프로브 장착부재와 분석샘플 저장부재 결합시, 프로브 장착부의 하부에 분석샘플 저장공간이 마련되고, 프로브 장착부의 둘레에 기포배출유로 및 분석샘플유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 기포분리장치.
a probe mounting member having a probe mounting portion to which a probe of an optical analysis device is mounted; and
An analysis sample storage member having an analysis sample storage space in which the analysis sample is stored;
When the probe mounting member and the analysis sample storage member are coupled, an analysis sample storage space is provided under the probe mounting portion, and a bubble discharge passage and an analysis sample passage are formed around the probe mounting portion.
분석샘플 저장부재의 유입구를 통해 액상의 분석대상물이 기포분리장치의 내부공간으로 유입되면 분석대상물에 포함되어 있는 기포는 부력에 의해 기포배출유로를 따라 상향 이동되고, 기포가 분리된 분석대상물인 분석샘플은 분석샘플유로를 따라 하향 이동되며,
기포배출유로를 따라 상향 이동된 기포는 프로브 장착부재의 상면에 구비된 기포배출구를 통해 기포분리장치 외부로 배출되며, 분석샘플유로를 따라 하향 이동된 분석샘플은 프로브 장착부의 하부에 구비된 공간인 분석샘플 저장공간에 저장되는 것을 특징으로 하는 기포분리장치.
The method of claim 5, wherein at least one inlet through which the analysis target is introduced is provided along the circumference of the upper end of the analysis sample storage member, and a bubble outlet through which air bubbles separated from the analysis object are discharged is provided on the upper surface of the probe mounting member,
When the liquid analyte flows into the inner space of the bubble separator through the inlet of the sample storage member, the bubbles contained in the analyte are moved upward along the bubble discharge passage by buoyancy, and the bubbles are separated from the analyte. The sample is moved downward along the analysis sample flow path,
The air bubbles moved upward along the bubble discharge passage are discharged to the outside of the bubble separator through the bubble outlet provided on the upper surface of the probe mounting member, and the analysis sample moved downward along the analysis sample passage is a space provided at the bottom of the probe mounting portion. Bubble separation device, characterized in that stored in the analysis sample storage space.
The probe mounting portion of claim 5, wherein the probe mounting portion of the probe mounting member has a shape in which a cylinder of a certain length extends downward, and the length of the probe mounting portion is longer than the height of the probe mounting member when the probe mounting member and the analysis sample storage member are coupled. A part of the region of the bubble separator, characterized in that located in the inner space of the analysis sample storage member.
An optical analysis device, characterized in that the bubble separator according to any one of claims 1 to 8 is mounted on a probe for applying an optical signal.
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2022
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