KR950014229B1 - 광섬유를 이용한 질소레이저 유도 우라늄 형광분석 장치의 옵트로드의 구조 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광섬유를 이용한 질소레이저 유도 우라늄 형광분석 장치의 옵트로드의 구조

제1도는 본 발명이 적용되는 전체 장치의 구성도

제2도는 본 발명의 옵트로드(Optrode)의 구조도

제3도는 우라늄 표준용액에 대한 검정선.

본 발명은 우라늄 수용액 시료에 펄스형 질소레이저를 조사시켰을 때에 시료내의 우라닐 이온으로부터 방출되는 형광을 측정하여 시료중에 포함되어 있는 우라늄 농도를 정량분석하는 장치에 적용되는 옵트로드의구조에 관한 것이다. 고전적인 장비에는 시료를 채취하여 일정한 화학적인 전처리 과정을 거친 후에 시료쌜에 넣어 이를 분석장비의 고정적인 위치에 놓고 일련의 분석 행위를 수행하게 되는 것이 일반적인 과정이다.

레이저빔과 시료에서 발생된 형광을 광섬유로 전송시킴으로써 원격측정이 가능하게 하며 또 본 장치에서 사용하고 있는 펄스형 질소레이저는 발진시간이 약 3nano초이고 펄스당 약 1200μJ의 에너지를 방출하고,레이저빔을 석영 광섬유로 전송하여 시료에 조사시키며, 시료에서 발생한 형광은 옵트로드(Optrode)라고 부르는 형광 집광 시스템을 거쳐 다시 광섬유를 통하여 검출기에 이루고, 여기서 형광 강도를 측정하여 시료중의 우라늄 농도를 환산하며 전체 장비는 컴퓨더로 통제할 수 있기 때문에 공정의 자동 원격제어나 작업자의 접근이 어려운 지짐에서의 측정이나 방사능 시료의 측정등에서 매우 유용한 장치인바 본 발명은 특수옵트로드를 사용하여 수용액중의 우라늄을 0.1ppb 농도 수준까지 분석할 수 있게 한 것이다.

형광을 이용하여 시료를 정성·정량 분석하는 것은 미국특허 제4,771,006호와 같이 이미 널리 알려진 분석방법이다. 최근에 빛의 강도가 매우 강한 레이저의 개발이 다양화하고 또한 이를 원거리 전송하기 위한 광섬유도 다양하게 개발되면서 화학분석에도 이의 활용이 증대하고 있다.

본 발명에서 활용하고 있는 특징적인 내용을 우라늄의 경우를 예를 들어 설명하게 한다. 우라늄 수용액을 질소레이저로 여기시키면 수용액중의 우라닐 이온은 494,516,540nm에서 피크를 갖는 형광을 방출하는 것으로 알려져 있다. 이러한 장치에서 사용되는 옵트로드의 구조로서 미국특허 제4,771,006호의 핵심은 할로계네니트 하이드로카본(hydrocarbon)의 측정을 위해 독창적으로 고안한 옵트로드가 있다. 즉, 특정한 물질의측정에 적합한 헝광발생 화학물질의 선택 및 이의 적절한 사용을 위한 옵트로드의 구조이다.

그러나 본 발명은 제2도에서와 같인 오목거울(4)을 사용하여 옵트로드의 구조를 독창적으로 고안함으로써 우라닐 이온의 여기에 사용되는 레이저의 강도도 높이고, 또한 우라닐 이온이 발생시킨 형광도 오목거울(4)를 통해 광섬유에 더 많이 입사되도록 함으로써 전체적으로 형광의 발생 및 발생된 형광의 집광 효율을 높인 것이여서 미국특허와는 전혀 상이하다.

이하 발명의 요지를 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

질소레이저빔을 석영렌즈(L1)를 경유 레이저 전송용 광섬유(1) 전단에 입사시키고 그 후단을 시료(3)가 장입된 옵트로드(2)에 고정시키며 옵트로드(2)에서 형광 전송용 광섬유(la)의 전단을 고정 실치하고 그 후단을 불록렌즈(6a)와 녹색 광필터(6)를 경유 검출기(5)에 입사되게 설치한 구성이며 검출기(5)는 오실로크프(7) 및 제어시스템에 연결한 장치에 있어서 옵트로드(2)는 상,하부 고정체(2d)(2d'), 외부케이스(2a)와 샘플 장입공(2c)을 갖는 내부케이스(2b)로 구성하되 하부 고정제(2d')에 오목거울(4)를 부착 설치한 구조로된 것이다.

이와 같이된 본 발명은 전체적 작용은 제1도에서 보는 바와같이 337mm 파장의 질소레이저빔을 석영렌즈(L1)을 사용하여 레이저 전소용 광섬유(1) 전단에 촉점이 맺히게 입력시키면 례이저빔은 광섬유(1)를 통하여 원거리 전송된다. 그리고 광섬유의 후단은 제2도와 같이 특수하게 제조한 옵트로드(2)에 고정되게 한다. 광섬유(1) 후단에서 나온 레이저 빛은 시료(3)를 여기시키며, 시료 분자에서 발생한 형광은 사방으로 퍼져 방출된다.

이와같이 형광은 사방으로 방출되기 때문에 실제로 형광 전송용 광섬유(1a)로 입사되는 빛의 양은 극히 일부에 불과하므로 형광의 입사를 최대로 하기 위하여 제2도와 같은 구조가 발명한 것이다. 즉 레이저 전소용 광섬유(1a) 후단으로부터 나온 레이저는 약간 퍼져서 시료에 조사되는데 이때 우라닐 이온에 홉수되지 못하고 그대로 통과하는 빛을 다시 시료(3)로 반사시켜 레이저 이용효율을 높이기 위하여 옵트로드(2)후면에 반사용 오목거울(4)을 부착하였다. 이 오목거울(4)은 거울 방향으로 방출된 형광을 반사시켜 형광전송용 광섬유(1a)로 보내는 역할도 하므로 형광의 집광 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 형광 전송용 광섬유(1a)에 입사된 형광은 광섬유로 전송되어 PM(photomultiplier) 튜브 검추기(5)에 이른다.

형광과 함께 전송된 빛 중에는 레이저 자체의 산탄광이나 다른 분자에서 방출된 파장이 다른 빛도 포함되어 있으므로 우라닐 이온에서 방출된 빛만 검출기(5)에 도달할 수 있도록 녹색 광 필터(490mm＜λ＜580mm)(6)를 검출기(5)앞에 설치한 것이다.

펄스형 레이저에 의해 순간적으로 여기된 분자로부더 방출되는 형광은 분자의 특성에 따라 형광 감쇄 특성이 다르다. 그러므로 오실로크프(7)로 형광신호의 시간 특성을 파악한 후 감쇄 곡선상의 일정 구간을 적분하여 우라늄의 정량분석에 사용한다. 제3도는 직경 1.5nm 길이 약 4nm의 석영광섬유를 사용하여 우라늄 표준시료를 본 장치로 측정한 실험 결과이다. 그림에서 보듯이 우라늄 농도 약 0.1ppm부더 2.0ppm 이상까지 매우 양호한 직선성을 나타내었다.

이와 같이된 본 발명은 장치의 몸체는 움직이지 않고 옵트로드만을 움직여 여러 장소에 산재한 시료들에 사용할 수 있고 유동시료에도 옵트로드를 꽂아 사용할 수 있으므로 실시간 농도분석에 유동하며 작업자가 접근하기 어려운 지점에서의 분석이나 방사성 시료에서의 분석 등 원격 분석시 유용하고, 광섬유를 여리 측정지점에서 설치해 놓고 레이저빔을 기계적인 장치를 이용해 순차적으로 보낼 수 있도록 구성하면 분속장치내로 여러 지점을 분석할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 질소레이저빔을 레이저전송용 광섬유에 입사시키고 그 후단을 시료가 장입된 옵트로드에 고정시키며 옵트로드에서 형광전송용 광섬유의 전단을 고정설치하고 그 후단을 불록렌즈와 녹색광필터를 경유 검출기에 입사되게 설치한 통상의 광섬유를 이용한 질소레이저 유도 우라늄 형광 분석장치에 있어서, 옵트로드(2)는 상,하부 고정체(2d)(2d')와 외부케이스(2a)와 샘플 장엄공(2c)를 갖는 내부케이스(2b)로 구성하되 하부고정체(2d')에 오목거울(4)를 부작한 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 질소레이저 유도 우라눔 형광 분석장치의 옵트로드의 구조.