WO2014137123A1 - 시료 분석을 위한 광경로 자동조절 방법 및 이를 포함하는 시료 분석 방법과 그 장치. - Google Patents

시료 분석을 위한 광경로 자동조절 방법 및 이를 포함하는 시료 분석 방법과 그 장치. Download PDF

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WO2014137123A1
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sample
fixing plate
light
path length
optical path
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PCT/KR2014/001745
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류성윤
이협
최진두
이상욱
오승렬
이종훈
옥기윤
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주식회사 메카시스
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
    • G—PHYSICS
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    • 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
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    • G01N21/59—Transmissivity

Definitions

  • the present invention relates to a micro light path automatic control device for effective analysis of a sample and a method for measuring the absorbance through the transmittance according to the change of the light path.
  • the analytical equipment market is growing rapidly by more than 20% per year, and medical and biotechnology are being actively developed recently, and the demand for the equipment for analyzing it is expected to continue to increase.
  • Nanodrop-Lite is a product developed in order to reduce the size of the entire system by simplifying the function and optimizing the instrument design. Has a competitive edge.
  • the Nanodrop product line currently accounts for 70% of the bio-related market, and the average selling price is about 16 million won.
  • Nanodrop-Lite is a miniaturized DNA and protein-specific measuring instrument, which is more convenient to wash and easier to use than Hellma's traycell.
  • Part of the trace-measuring instrument that can affect the accuracy and reproducibility of the measurement is the path length of the optic and the fixture of the sample.
  • the measurement is performed by changing the path length from 0.05mm to 1.0mm.
  • This fixed path length has a limitation in that the measured dynamic range and the sample volume are fixed.
  • Patent Document 1 Registered Patent No. 10-1214556 relates to a spectrometer for measuring trace characteristics of a sample.
  • a spectrometer for measuring trace characteristics for analyzing the spectroscopic characteristics of a sample one side can accommodate a sample.
  • a sample stage having at least one sample receiving groove formed thereon, an inspection light irradiation device for irradiating inspection light toward a sample accommodated in the sample receiving groove, and analyzing spectroscopic characteristics of the sample by analyzing characteristic light passing through the sample; It is installed between the spectrometer and the sample and the spectrometer, and provides a sufficient absorption distance that can be absorbed while passing the characteristic light to virtually dilute the sample so as to obtain the effect of diluting the sample virtually made of a translucent material It is characterized in that it comprises a dilution plate to determine the spectroscopic characteristics of the trace bio sample After the measurement, the sample can be recovered and reused, and the sample characteristics can be measured by selecting multiple channels in one sample stage, and the sample stage can be simply replaced without changing the structure of the sample stage. And it has the effect of reducing the production cost and greatly improving the productivity. However, there is still a problem in that it is not the development of a system that simultaneously adjusts the path length and simultaneously measures it.
  • the present invention configures a system that can automatically adjust the path length, and can measure the absorbance of the sample without knowing the exact path length. Suggest a method.
  • slope refers to the change in absorbance per unit length.
  • the resulting slope is used to find the final absorbance at 10 mm.
  • Moving the path length can be implemented through a step motor, a linear actuator, or the like.
  • This method eliminates the need to know the exact distance at the outset, which is advantageous for mass production, and the path length can be adjusted to change the dynamic range and sample volume.
  • the relative distance value is determined by the rotation angle of the step motor, thereby eliminating the need for an additional system such as a gap sensor measuring the actual distance.
  • slope refers to absorbance per unit length.
  • the resulting slope is used to find the final absorbance at 10 mm.
  • Moving the path length can be implemented via a step motor.
  • the absorbance of the sample to be measured can be determined.
  • the error in the resolution of the motor is smaller than the machining error, thereby reducing the error in the measured value and improving the initial productivity.
  • the change in the light source appears as an error in the measurement, while the measurement by the proposed method sees the change in the transmittance, so the change in the light source or an external factor is included as the measurement error in every measurement. It doesn't work.
  • FIG. 1 shows a light path automatic control method using a light path automatic control device according to the present invention.
  • Figure 2 shows the structure of the light path automatic control device according to the present invention.
  • Figure 3 shows a sample analysis method using a device for analyzing the sample by transmitting light to the sample, characterized in that it comprises a light path automatic adjustment device according to the present invention.
  • FIG. 4 is a structural diagram of a device for analyzing a sample by transmitting light to a sample, comprising a device for automatically adjusting a light path according to the present invention.
  • Figure 5 is a graph showing the relationship between the absorbance according to the path length obtained by the automatic path adjustment method using the optical path automatic adjustment device according to the present invention.
  • Figure 2 shows the structure of the light path automatic control device according to the present invention.
  • the sample consisting of the first fixing plate 20, the second fixing plate 30, and fixing the sample (1) between the first fixing plate 20 and the second fixing plate 30
  • a gap adjusting unit for adjusting a gap between the first fixing plate 20 and the second fixing plate 30 by moving at least one of the fixing unit 10, the first fixing plate 20, and the second fixing plate 30.
  • the light meter 50 positioned on the first side of the sample holding unit 10 and the photometer positioned on the second side opposite to the first side of the sample holding unit 10. It will be possible to include a detector 60.
  • the sample fixing part 10 is the first fixing plate 20 includes a lower portion of the sample portion 21 for loading the sample 1 and a window 70 formed in a portion through which light passes, and the second fixing plate ( 30 includes a sample upper plate 31 for holding the sample 1 in close contact with the sample 1 and a window 70 formed at a portion through which light is transmitted.
  • the first fixing plate 20 and the second fixing plate 30 will also be able to include a coupling portion 80 to be in close contact with each other to the sample.
  • the coupling part 80 serves to initially fix the sample fixing part 10 including the first fixing plate 20 and the second fixing plate 30.
  • the path length setting of the first fixing plate 20 and the second fixing plate 30 of the sample fixing unit 10 initially fixed by the coupling unit 80 may be set by the gap adjusting unit 40. would be preferred.
  • the sample (1) is maintained between the sample part upper plate (31) and the lower plate (21) so that light is vertically transmitted through the sample (1) of the sample holding unit (10)
  • the light source 50, the sample lower plate 21, the sample 1, the sample upper plate 31, and the photo detector 60 may all be horizontally arranged.
  • the gap controller 40 may include at least one of a linear motor and a step motor.
  • the coupling part 40 may be coupled to the first fixing plate 20 and the second fixing plate 30 to be in close contact with the sample 1 by at least one of the attraction force of the magnet and the extrusion force of the spring. will be.
  • the surface of the sample lower plate 21 and the sample upper plate 31 may be coated with a hydrophobic material to increase the adhesion of the sample.
  • Linear regression means a conditional expected value using (X 1 , X 2 ,..., X n ) as n-dimensional random variables.
  • m 1 (x 2 , ..., x n ) ⁇ + ⁇ 2 x 2 +.
  • ⁇ n x n the regression of X 1 to (X 2 ,..., X n ) is said to be linear.
  • an approximate linear regression function may be obtained by the least square method that minimizes at least E [(X 1 - ⁇ - ⁇ 2 X 2- ... - ⁇ n x n ) 2 ]. .
  • linear regression is a method of knowing that there is a relationship (eg, concentration and absorbance) between variables and estimating the relationship between variables optimally in terms of statistics.
  • Independent variable x 1 , x 2 , x 3 ,... , x k Fixed value, standard solution concentration, dependent variable: Y random variable, absorbance.
  • Linear regression Equation that predicts the relevance to a set of experimental data. For example, in a set of experimental data (concentration, absorbance of a standard solution), the calibration curve representing the relationship between concentration and absorbance is a regression line.
  • Movement of the first fixing plate 20 and the second fixing plate 30 may be automatically moved by a moving part including at least one of a linear motor and a step motor.
  • (I) to (ix) step is also preferable to the optical path control method characterized in that it is made automatically.
  • FIG. 4 is a structural diagram of a device for analyzing a sample by transmitting light to a sample, comprising a device for automatically adjusting a light path according to the present invention.
  • the apparatus for analyzing the sample by transmitting light to the sample includes a sample fixing part 10 and a rotating part 90 for rotating the sample 1, and the rotating part 90 includes a damper, a bearing, and a rotating driving part 94. It further includes, the rotation of the sample holder 10 using the rotating unit 90 is rotated in a direction perpendicular to the rotation axis 91 passing through the front support 92 and the rear support 93, the light source 50 ), The lower portion of the sample portion 21, the sample 1, the upper portion of the sample portion 31 and the photo detector 60 may be arranged horizontally.
  • the sample 1 is held between the upper plate 31 and the lower plate 21 of the sample portion, and the light emitted from the light source 50 is incident directly on the sample 1 without the aid of a light fixture.
  • the transmitted light 51 may also be directly input to the photo detector 60 without the aid of a light fixture.
  • the operation of the gap adjusting unit 40, the rotation driving unit 94, and the like be automatically performed using a motor.
  • FIG. 3 is a sample analysis method using a device for analyzing the sample by transmitting light to the sample, characterized in that it comprises a light path automatic control device according to the present invention is
  • the sample may be a liquid substance having a volume of 10 ml or less, but is not limited thereto. It may be possible to analyze the volume of various samples.
  • the rotation is rotated in a direction perpendicular to the rotation axis 91 penetrating the front support 92 and the rear support 93, the light source 50, the sample lower plate 21, the sample ( 1), the sample plate upper plate 31 and the photo detector (Photo Detector) 60 are all selected at an angle that is arranged horizontally will be possible to rotate.
  • Permeability is measured until the motor reaches its final position.
  • the absorbance of the solvent is added to the obtained slope and finally the absorbance due to the solute in the sample can be obtained.
  • Each slope is 0.52651 / mm at 250ng / ul, 1.10456 / mm at 500ng / ul, and 2.17116 / mm at 1000ng / ul. Through this, the absorbance value at actual 10 mm can be obtained.
  • the present invention is to adjust the path length in a way to solve the inconvenience that must be adjusted manually and difficult to machine during the initial production in order to accurately match the path length of less than 1mm in micro units
  • the present invention can solve the inconvenience of difficult machining and manual adjustment at the time of initial production in order to accurately match the path length of less than 1mm in micro units, and through this method
  • the need to know the exact distance is advantageous for mass production and the path length can be adjusted to change the dynamic range and sample volume. Therefore, the present invention has high industrial applicability.

Abstract

경로 길이(path length)를 이동시키면서 절대적인 거리를 알고 난 후, 시료(sample)의 흡광도(absorbance)를 측정하는 것이 아닌, 경로 길이(path length)를 이동시키면서 흡광도(absorbance)를 측정함으로써 상대적인 거리에서의 흡광도 (absorbance)를 측정한 후 이를 통해 흡광도(absorbance) 기울기를 구한다. 여기서 기울기의 의미는 단위 길이당 흡광도(absorbance)를 나타낸다. 구해진 기울기를 통해 최종적인 10mm에서의 흡광도(absorbance)을 구한다. 경로 길이(path length)를 이동시키는 것은 스텝 모터(step motor)를 통해 구현할 수 있다.

Description

시료 분석을 위한 광경로 자동조절 방법 및 이를 포함하는 시료 분석 방법과 그 장치.
본 발명은 시료의 효과적인 분석을 위한 마이크로 광경로 자동조절 장치 및 광경로의 변화에 따른 투과도를 통한 흡광도를 측정하는 방법에 관한 것이다.
분광법을 이용한 분석장비기술에 있어서, 극미량을 고감도로 측정하는 기술은 단백질을 포함한 생화학 물질의 정량 측정에 있어서 가장 핵심적인 도전 기술이다.
이러한 분석장비시장은 연간 20% 이상 급속도로 성장하고 있으며, 최근 의학 및 생명공학 기술이 활발하게 개발되고 있어 이를 분석하는 장비의 수요는 계속 증가 할 것으로 예상된다.
의학, 바이오, 생명공학의 경우 측정 시료가 한정적이거나 고가이기 때문에 초미량 분석방법이 요구된다.
바이오 분석 장비 경우 미국과 일본제품의 점유율이 60% 이상 차지하고 있으며, 한국 제품의 경우 1% 이하의 점유율을 나타낸다.
초미량 핵산 및 단백질 시료의 휴대용 정량 분석 시스템의 중요성 및 수요가 전 세계적으로 크게 요구되고 있기 때문에 관련 기술에 대한 연구가 꼭 필요하다.
기술 개발 현황을 살펴보면 나노드랍-라이트(Nanodrop-Lite)는 기능의 단순화 및 기구 설계 최적화를 통해 전체 시스템의 크기를 축소하는 방향으로 기술 개발이 이루어져 출시된 제품으로, 이전 버전의 제품들과 크기 면에서 경쟁력을 갖고 있다.
극미량을 측정하는 장비는 두 가지 형태로 분류할 수 있는데, Nanodrop 과 같은 극미량 측정만 할 수 있게 만들어진 장비와 Hellma의 traycell과 같이 cuvette 형태로 기존의 분광기(spectrometer)에 장착하여 사용할 수 있는 장비로 나눌 수 있다.
Nanodrop 제품군은 현재 바이오 관련 시장의 70% 정도를 차지하고 있고 평균 판매가는 약 천육백 만원 정도로 고가이다.
나노드랍-라이트(Nanodrop-Lite) 등은 소형화된 DNA, 단백질 전용 측정 장비로 Hellma의 Traycell에 비해 세척이 편리하며 사용법이 간편한 장점이 있다.
극미량을 측정하는 장비에서 측정의 정확도와 재현성에 영향을 줄 수 있는 부분은 광학부분과 시료(sample)의 고정부의 경로 길이(path length)이다.
일반적으로 극미량 측정장비의 경로 길이(path length) 1mm 미만으로 경로 길이(path length)의 오차를 1% 미만으로 만들기 위해서는 마이크로 단위의 정밀한 길이측정이 가능해야 한다.
Nanodrop 2000c의 경우 0.05mm~1.0mm 까지 경로 길이(path length)를 바꾸면서 측정을 하는 시스템이다.
자동으로 최적의 경로 길이(path length)를 찾더라도 경로 길이(path length)를 정확히 측정해야 하기 때문에 시스템이 매우 복잡해지고 고가가 될 수 밖에 없다.
또한, 고정된 경로 길이(path length)를 사용하는 극미량 측정 장비보다 정확도와 재현성 측면에서 떨어진다.
따라서, 대부분의 극미량 측정장비는 고정된 경로 길이(path length)를 가진 시스템으로 설계된다.
이렇게 고정된 경로 길이(path length)를 갖게 되면 측정 다이나믹 레인지 (dynamic range)와 시료 용량(sample volume)이 고정된다는 한계가 있다.
결론적으로, 경로 길이(path length)를 변화시키면 시스템이 비싸지고 복잡해진다.
또한, 고정된 경로 길이(path length)를 사용하게 되면 다이나믹 레인지 (dynamic range)와 시료 용량(sample volume)이 정해지게 되고 초기 생산이 어려워진다.
즉, 1mm 미만의 경로 길이(path length)를 마이크로 단위에서 정확히 맞추기 위해서는 초기 생산시에 기계가공으로는 어렵고 사람이 직접 조절해줘야 하는 불편함이 생긴다.
따라서, 이러한 한계점을 해결하기 위해서 경로 길이(path length)를 조절하면서 동시에 측정하는 시스템의 개발이 필요하다.
(특허문헌 1) 등록특허 제 10-1214556 호는 미량 시료 특성 측정용 분광기에 관한 것으로서, 시료의 분광학적 특성을 분석하는 미량 시료 특성 측정용 분광기를 구성함에 있어서, 시료를 수용할 수 있도록 일 측에 적어도 하나 이상의 시료 수용홈이 형성되는 시료대, 상기 시료 수용 홈에 수용된 시료를 향하여 검사광을 조사하는 검사광 조사장치, 상기 시료를 통과한 특성광을 분석하여 시료의 분광학적 특성을 분석하는 분광장치 및 상기 시료와 분광장치 사이에 설치되고, 상기 특성광이 통과하면서 흡광될 수 있는 충분한 흡광 거리를 제공하여 시료를 가상으로 희석하는 효과를 얻을 수 있도록 소정의 투광두께를 갖는 투광성 재질의 가상 희석판을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하기 때문에 미량의 바이오 시료에 대한 분광학적 특성을 파악하고, 측정 후 시료를 회수하여 재사용할 수 있으며, 한 개의 시료대 내에서 다수의 채널로 시료를 선택하여 시료의 특성을 측정할 수 있고, 시료대의 구조를 변경할 필요 없이 시료대를 간단하게 교체하여 사용할 수 있으며, 생산 비용을 절감하고 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다. 그러나, 경로 길이(path length)를 조절하면서 동시에 측정하는 시스템의 개발이 아니라는 점에서 여전히 문제점은 존재한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 경로 길이(path length)를 자동으로 조절할 수 있는 시스템을 구성하고, 정확한 경로 길이(path length)를 알지 못해도 시료(sample)의 흡광도(absorbance)를 측정할 수 있는 방법을 제안한다.
경로 길이(path length)를 이동시키면서 절대적인 거리를 알고 난 후, 시료(sample)의 흡광도(absorbance)를 측정하는 것이 아닌, 경로 길이(path length)를 이동시키면서 흡광도(absorbance)를 측정함으로써 상대적인 거리에서의 흡광도 (absorbance)를 측정한 후 이를 통해 흡광도(absorbance) 기울기를 구한다.
여기서 기울기의 의미는 단위 길이당 흡광도(absorbance)의 변화를 나타낸다.
구해진 기울기를 통해 최종적인 10mm에서의 흡광도(absorbance)을 구한다.
경로 길이(path length)를 이동시키는 것은 스텝 모터(step motor), 선형 액츄에이터(linear actuator) 등을 통해 구현할 수 있다.
이러한 방법을 통해 초기에 정확한 거리를 알 필요가 없으므로 대량생산에 유리하고 경로 길이(path length) 조절을 통해 다이나믹 레인지(dynamic range)와 시료 용량(sample volume)을 바꿀 수 있다.
또한, 상대 거리값은 스텝 모터(step motor)의 회전각에 의해 결정되므로 실제 거리를 측정하는 갭 센서(gap sensor)와 같은 추가적인 시스템이 필요 없게 된다.
경로 길이(path length)를 이동시키면서 절대적인 거리를 알고 난 후, 시료(sample)의 흡광도(absorbance)를 측정하는 것이 아닌, 경로 길이(path length)를 이동시키면서 흡광도(absorbance)를 측정함으로써 상대적인 거리에서의 흡광도 (absorbance)를 측정한 후 이를 통해 흡광도(absorbance) 기울기를 구한다.
여기서 기울기의 의미는 단위 길이당 흡광도(absorbance)를 나타낸다.
구해진 기울기를 통해 최종적인 10mm에서의 흡광도(absorbance)을 구한다.
경로 길이(path length)를 이동시키는 것은 스텝 모터(step motor)를 통해 구현할 수 있다.
정확한 경로 길이(path length)를 알지 않아도 측정하고자 하는 시료의 흡광도를 구할 수 있다.
일반적으로 모터의 리솔루션(resolution)의 오차가 가공 오차보다 작으므로 측정 값의 오차를 감소시킬 수 있고, 최초 생산성도 향상시킨다.
즉, 가공시 1mm 미만의 길이(path length)를 마이크로미터 단위의 오차로 가공하는 것이 매우 어려운데 제안된 시스템을 이용할 경우 초기 생산시 경로 길이 (path length)를 마이크로미터 단위 오차로 가공할 필요가 없게 된다.
모터 움직임의 한 스텝(step) 오차가 측정오차가 되기 때문이다.
또한, 외부요인에 의한 오차가 줄어든다.
기존의 분광기(spectrometer)의 경우 광원의 변화가 측정시에 오차로 나타나는 반면, 제안된 방법으로 측정할 경우 투과도의 변화를 보는 것이므로 매 측정시 광원의 변화 또는 외부요인의 변화가 측정의 오차로 포함되지 않는다.
도 1은 본원 발명에 의한 광경로 자동조절 장치를 이용한 광경로 자동 조절 방법을 나타낸다.
도 2는 본원 발명에 의한 광경로 자동조절 장치의 구조도를 나타낸다.
도 3은 본원 발명에 의한 광경로 자동조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료에 빛을 투과시켜 시료를 분석하는 장치를 이용한 시료 분석 방법을 나타낸다.
도 4는 본원 발명에 의한 광경로 자동조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료에 빛을 투과시켜 시료를 분석하는 장치의 구조도를 나타낸다.
도 5는 본원 발명에 의한 광경로 자동조절 장치를 이용한 광경로 자동 조절 방법에 의해 구해진 경로길이에 따른 흡광도의 관계를 나타내는 그래프이다.
<부호의 설명>
1: 시료
10: 시료 고정부
20: 제 1 고정판
21: 시료부 하판
30: 제 2 고정판
31: 시료부 상판
40: 간격 조절부
50: 광원
60: 광 측정기
70: 윈도우
80: 결합부
90: 회전부
91: 회전축
92: 전면 지지대
93: 후면 지지대
94: 회전 구동부
95: 회전 구동모터
도 2는 본원 발명에 의한 광경로 자동조절 장치의 구조도를 나타낸다.
광경로 자동조절 장치에 있어서, 제 1 고정판(20), 제 2 고정판(30)으로 이루어지고, 상기 제 1 고정판(20)과 상기 제 2 고정판(30) 사이에 시료(1)를 고정시키는 시료 고정부(10), 상기 제 1 고정판(20), 제 2 고정판(30) 중 적어도 어느 하나를 이동시켜 상기 제 1 고정판(20)과 상기 제 2 고정판(30) 간의 간격을 조절하는 간격 조절부(40),상기 시료 고정부(10)의 제 1 측면에 위치하는 광원(50), 상기 시료 고정부(10)를 기준으로 제 1 측면의 반대 측면인 제 2 측면에 위치하는 광 측정기(Photo Detector)(60)를 포함하는 것이 가능할 것이다.
상기 시료 고정부(10)는 상기 제 1 고정판(20)은 시료(1)를 적재하는 시료부 하판(21)과 빛이 투과되는 부분에 형성된 윈도우(70)를 포함하며, 상기 제 2 고정판 (30)은 시료(1)를 밀착하여 홀딩하는 시료부 상판(31)과 빛이 투과되는 부분에 형성된 윈도우(70)를 포함한다.
상기 제 1 고정판(20)과 상기 제 2 고정판(30)이 시료에 밀착되어 서로 결합되도록 하는 결합부(80)를 포함하는 것도 가능할 것이다.
상기 결합부(80)는 상기 제 1 고정판(20)과 상기 제 2 고정판(30)을 포함하는 시료 고정부(10)를 결합시키는 초기 고정하는 역할을 한다.
상기 결합부(80)에 의해 초기 고정된 상기 시료 고정부(10)의 상기 제 1 고정판(20)과 상기 제 2 고정판(30)의 경로 길이 설정은 간격 조절부(40)에 의해 설정되는 것이 바람직할 것이다.
본원 발명의 광경로 자동조절 장치는 상기 시료 고정부(10)의 시료(1)에 빛이 수직으로 입사되어 투과되도록 상기 시료(1)는 시료부 상판(31)과 하판(21) 사이에서 유지되고, 광원(50), 시료부 하판(21), 시료(1), 시료부 상판(31) 및 광 측정기(Photo Detector)(60)가 모두 수평하게 배열되는 것이 바람직할 것이다.
상기 간격 조절부(40)는 리니어 모터(Linear Motor), 스텝 모터(Step Motor) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 가능할 것이다.
상기 결합부(40)는 자석의 인력, 스프링의 압출력 중 적어도 어느 하나의 방법으로 상기 제 1 고정판(20)과 상기 제 2 고정판(30)이 시료(1)에 밀착하도록 결합하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 시료부 하판(21) 및 시료부 상판(31)의 표면은 시료의 부착력을 높이기 위해 소수성 물질로 코팅되어 있는 것이 가능할 것이다.
도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 본원 발명의 광경로 자동조절 장치를 이용한 광경로 자동조절 방법은,
(i) 상기 제 2 고정판 내의 시료부 상판과 상기 제 1 고정판 내의 시료부 하판 사이에 시료가 장입된 상기 시료 고정부를 측정위치에 위치시키는 단계
(ii) 상기 제 1 고정판과 상기 제 2 고정판 중의 적어도 어느 하나를 이동시켜, 시료가 임의의 제 1 광경로 길이(Path Length)(L1)를 갖도록 하는 단계
(iii) 상기 광원의 입사광을 상기 시료에 투과시켜 상기 광 측정기(Photo Detector)에서 투과도(I1)를 측정하고 저장하는 단계
(iv) 상기 제 1 고정판과 상기 제 2 고정판 중의 적어도 어느 하나를 이동시켜, 시료가 일정 거리(△L)증가된 임의의 제 2 광경로 길이(L2)를 갖도록 하는 단계
(v) 상기 광원의 입사광을 상기 시료에 투과시켜 상기 광 측정기(Photo Detector)에서 투과도(I2)를 측정하고 저장하며,
상기 제 1 광경로 길이(L1)와 상기 제 2 광경로 길이(L2)의 차이만큼 광경로 길이가 증가된 일정거리(△L2= L2 - L1)를 저장하는 단계
(vi) 측정된 상기 투과도 I1, I2로부터 흡광도(An=log10(I0/In)) A1, A2를 계산하는 단계
(vii) 상기 증가된 광경로 길이(△L2)와 상기 증가된 광경로 길이에서의 증가된 흡광도(△A2(A2 - A1))로부터 기울기(S2= △A2/△L2)를 계산하는 단계
(viii) 상기 (i) 내지 (vii) 단계를 복수 회 반복하여,
임의의 증가된 광경로 길이(△Ln = Ln - Ln-1)와 △Ln에서 증가된 흡광도(△An = An - An-1,)를 측정하여,
복수 개의 기울기(Sn = △An/△Ln)를 계산하는 단계
(ix) 상기 복수 개의 Sn 값의 평균치인 Save = (△A/△L)ave 값을 구하는 단계
를 포함하여 이루어지는 것이 가능할 것이다.
상기 (ix) 단계에서 상기 복수 개의 Sn 값의 평균치인 Save = (△A/△L)ave 값은 선형 회귀(linear regression)를 이용하여 구하는 것이 바람직할 것이나 이에 한정된 것은 아니다.
선형 회귀란 (X1, X2, …, Xn)을 n차원의 확률 변수로 하여 조건부 기대값을 의미한다.
X1＝m1(X2, …, Xn)＝E (x1|X2＝x2, …, Xn＝xn)이 존재할 때, 이것을 X1의 (X2, …, Xn)으로의 회귀 함수 또는 회귀 곡선이라고 한다.
특히 m1(x2, …, xn)＝α＋β2x2＋…βnxn일 때 X1의 (X2, …, Xn)으로의 회귀는 선형이라고 한다. 실제로는 위 식이 정확하게 된 경우는 적어도 E[(X1-α-β2X2-…-βnxn)2]을 최소로 하는 최소 제곱법 등에 따라 근사적인 선형 회귀 함수를 구해서 사용하기도 한다.
즉, 선형 회귀란 변수들 사이에 관련성(예;농도와 흡광도)이 존재하는 것을 알고, 통계적 측면으로 변수들 사이에 관련성을 최적으로 추정하는 방법이다.
독립변수(independent variable) : x1, x2, x3,…,xk 고정된 값, 표준용액의 농도를 의미하고, 종속변수(dependent variable) : Y 확률변수, 흡광도를 의미한다.
회귀 직선(linear regression) : 실험 데이터의 집합에 적합한 관련성을 예측해주는 방정식 예를 들어, 실험 데이터(표준용액의 농도,흡광도)의 집합에서 농도와 흡광도 사이의 관련성을 나타내는 검량선은 회귀 직선이다.
또한, 상기 (ix) 단계 이후에, 상기 복수 개의 Sn 값의 평균치인 Save = (△A/△L)ave 값에 물질의 흡수 상수를 곱해 원하는 물질의 농도를 구하는 단계를 더 포함하는 것이 가능할 것이다.
상기 제 1 고정판(20)과 상기 제 2 고정판(30)의 이동은 리니어 모터(Linear Motor), 스텝 모터(Step Motor) 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 이동부에 의해 자동으로 이동되는 것이 가능할 것이다.
상기 (i) 내지 (ix) 단계는 자동으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광경로 조절 방법 또한 바람직할 것이다.
도 4는 본원 발명에 의한 광경로 자동조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료에 빛을 투과시켜 시료를 분석하는 장치의 구조도를 나타낸다.
시료에 빛을 투과시켜 시료를 분석하는 장치는 시료 고정부(10)와 시료(1)를 회전시키는 회전부(90)를 포함하며, 상기 회번부(90)는 댐퍼, 베어링, 회전구동부(94)를 더 포함하며, 상기 회전부(90)를 이용한 시료 고정부(10)의 회전은 전면지지대(92)와 후면 지지대(93)를 관통하는 회전축(91)에 수직하는 방향으로 회전하고, 광원(50), 시료부 하판(21), 시료(1), 시료부 상판(31) 및 광 측정기(Photo Detector)(60)가 모두 수평하게 배열되도록 하는 것이 바람직할 것이다.
상기 시료(1)는 시료부 상판(31)과 하판(21) 사이에서 유지되고, 광원(50)에서 방출된 빛이 광 기구의 도움 없이 시료(1)에 직접 입사되고, 시료(1)를 투과한 빛(51)도 광 기구의 도움 없이 직접 광 측정기(Photo Detector)(60)로 입력되는 것이 가능할 것이다.
상기 간격 조절부(40), 회전구동부(94) 등의 동작은 모터를 이용하여 자동으로 이루어지는 것이 바람직할 것이다.
도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 본원 발명에 의한 광경로 자동조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료에 빛을 투과시켜 시료를 분석하는 장치를 이용한 시료 분석 방법은
(a) 제 1 고정판 내의 시료부 하판에 시료를 장입하는 단계
(b) 제 2 고정판 내에 시료와 밀착되는 시료부 상판을 준비하는 단계
(c) 상기 시료부 상판을 포함하는 제 2 고정판을 상기 시료부 하판을 포함하는 제 1 고정판에 밀착하여
상기 제 1 고정판 내의 시료부 하판과 상기 제 2 고정판 내의 시료부 상판 사이의 시료로 채워진 경로 길이(Path Length)가 형성되도록 하는 단계
(d) 상기 제 1 고정판과 상기 제 2 고정판을 상기 결합부를 이용하여 하나의 시료 고정부로 결합시키는 단계
(e) 결합된 상기 시료 고정부를 회전부를 이용하여 거치대를 관통하는 회전축에 수직하는 방향으로 회전시키는 단계
(f) 상기 시료 고정부의 회전으로 광원, 시료부 하판, 시료, 시료부 상판, 광 측정기(Photo Detector)를 모두 수평으로 배열하는 단계
(g) 상기 청구항 7 내지 청구항 10 중의 어느 하나의 방법으로 평균 기울기 (Save) 또는 농도를 구하는 단계를 포함하는 것이 바람직할 것이다.
상기 (a) 단계에서, 상기 시료는 10㎖ 이하의 체적을 갖는 액체 물질인 것이 가능 할 것이나 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 시료의 체적을 분석하는 것이 가능할 것이다.
상기 (e) 단계에서, 상기 회전은 전면 지지대(92)와 후면 지지대(93)를 관통하는 회전축(91)에 수직하는 방향으로 회전하고, 광원(50), 시료부 하판(21), 시료(1), 시료부 상판(31) 및 광 측정기(Photo Detector)(60)가 모두 수평하게 배열되는 각도로 선택되어 회전이 가능할 것이다.
상기 (a) 내지 (i)단계는 자동으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시료 분석 방법 또한 바람직할 것이다.
처음에 시료를 장착한 후 모터를 통해 시료 고정부를 초기위치에 위치시킨다.
그 후에 광 측정기(photo detector)에서 초기 투과도를 받고, 순차적으로 모터를 원하는 상대거리만큼 이동시키고 다시 투과도를 읽어들인다.
모터가 최종위치로 도착 할 때까지 투과도를 측정한다.
흡광도(A=log10(I0/I))를 통해 구할 수 있다. (I0: 용매의 투과도, I: 시료(sample)의 투과도)
I0=1로 두고 각각의 상대거리에서 흡광도를 구하고 이를 통해 기울기를 구하면 최종적으로 단위길이당 흡광도를 구할 수 있다. (단, 용매의 투과도가 light path length의 변화동안 변하지 않는다는 가정이 필요함. 일반적으로 제안된 UV spectrometer에서의 용매인 증류수의 단위 길이당 흡광도는 10-2/cm 이므로 무시할 수준이다.
만약에 용매의 투과도의 변화가 크다면 용매의 흡광도 문헌값을 구해진 기울기에 더해주면 최종적으로 시료(sample) 내의 용질에 의한 흡광도를 구할 수 있다.
도 5는 250ng/ul, 500ng/ul, 1000ng/ul로 추정되는 potassium sample을 각각 0.3mm 내지 0.5mm까지 0.01mm길이 변화마다 투과도 값을 측정하여 이를 상대 흡광 흡광도(relative absorbance = log(1/I) (I:시료(sample)의 투과도)로 바꾸어 그래프를 그린 것이다.
각각의 기울기는 250ng/ul일때는 0.52651/mm, 500ng/ul일때는 1.10456/mm, 1000ng/ul일때는2.17116/mm로 나타난다. 이를 통해 실제 10mm일때의 흡광도(absorbance) 값을 구할 수 있다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시 예에 불과하며, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시 예에 불과하며, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
본 발명은 1mm 미만의 경로 길이(path length)를 마이크로 단위에서 정확히 맞추기 위해서는 초기 생산시에 기계가공으로는 어렵고 사람이 직접 조절해줘야 하는 불편함을 해결하기 위한 방법으로 경로 길이(path length)를 조절하면서 동시에 측정하는 시스템을 제안한다.
자세히 살펴보면, 모터 움직임의 한 스텝(step) 오차가 측정오차가 되기 때문에 가공시 1mm 미만의 길이(path length)를 마이크로미터 단위의 오차로 가공하는 것이 매우 어려운데 본 발명의 시스템을 이용할 경우 초기 생산시 경로 길이(path length)를 마이크로미터 단위 오차로 가공할 필요가 없게 되는 것이다.
즉, 본 발명은 1mm 미만의 경로 길이(path length)를 마이크로 단위에서 정확히 맞추기 위해서는 초기 생산시에 기계가공으로는 어렵고 사람이 직접 조절해줘야 하는 불편함을 해소할 수 있으며, 이러한 방법을 통해 초기에 정확한 거리를 알 필요가 없으므로 대량생산에 유리하고 경로 길이(path length) 조절을 통해 다이나믹 레인지(dynamic range)와 시료 용량(sample volume)을 바꿀 수 있다. 따라서, 본 발명은 산업상 이용가능성이 높다.

Claims (11)

  1. 광경로 자동조절 장치에 있어서,
    제 1 고정판, 제 2 고정판으로 이루어지고, 상기 제 1 고정판과 상기 제 2 고정판 사이에 시료를 고정시키는 시료 고정부;
    상기 제 1 고정판, 제 2 고정판 중 적어도 어느 하나를 이동시켜 상기 제 1고정판과 상기 제 2 고정판 간의 간격을 조절하는 간격 조절부;
    상기 시료 고정부의 제 1 측면에 위치하는 광원;
    상기 시료 고정부를 기준으로 제 1 측면의 반대 측면인 제 2 측면에 위치하는 광 측정기(Photo Detector);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광경로 자동조절 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시료 고정부에 있어서,
    상기 제 1 고정판은 시료를 적재하는 시료부 하판과 빛이 투과되는 부분에 형성된 윈도우를 포함하며,
    상기 제 2 고정판은 시료를 밀착하여 홀딩하는 시료부 상판과 빛이 투과되는 부분에 형성된 윈도우를 포함하며,
    상기 제 1 고정판과 상기 제 2 고정판이 시료에 밀착되어 서로 결합되도록 하는 결합부;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광경로 자동조절 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 시료 고정부의 시료에 빛이 수직으로 입사되어 투과되도록 상기 시료는 시료부 상판과 하판 사이에서 유지되고, 광원, 시료부 하판, 시료, 시료부 상판 및 광 측정기(Photo Detector)가 모두 수평하게 배열되는 것을 특징으로 하는 광경로 자동조절 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 간격 조절부는 리니어 모터(Linear Motor), 스텝 모터(Step Motor) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광경로 자동조절 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 결합부는 자석의 인력, 스프링의 압출력 중 적어도 어느 하나의 방법으로 상기 제 1 고정판과 상기 제 2 고정판이 시료에 밀착하도록 결합하는 것을 특징으로 하는 광경로 자동조절 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 시료부 하판 및/또는 상판의 표면은 시료의 부착력을 높이기 위해 소수성 물질로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 광경로 자동조절 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6의 광경로 자동조절 장치를 이용한 광경로 자동조절 방법에 있어서,
    (i) 상기 제 2 고정판 내의 시료부 상판과 상기 제 1 고정판 내의 시료부 하판 사이에 시료가 장입된 상기 시료 고정부를 측정위치에 위치시키는 단계;
    (ii) 상기 제 1 고정판과 상기 제 2 고정판 중의 적어도 어느 하나를 이동시켜, 시료가 임의의 제 1 광경로 길이(Path Length)(L1)를 갖도록 하는 단계;
    (iii) 상기 광원의 입사광을 상기 시료에 투과시켜 상기 광 측정기(Photo Detector)에서 투과도(I1)를 측정하고 저장하는 단계;
    (iv) 상기 제 1 고정판과 상기 제 2 고정판 중의 적어도 어느 하나를 이동시켜, 시료가 일정 거리(△L)증가된 임의의 제 2 광경로 길이(L2)를 갖도록 하는 단계;
    (v) 상기 광원의 입사광을 상기 시료에 투과시켜 상기 광 측정기(Photo Detector)에서 투과도(I2)를 측정하고 저장하며,
    상기 제 1 광경로 길이(L1)와 상기 제 2 광경로 길이(L2)의 차이만큼 광경로 길이가 증가된 일정거리(△L2= L2 - L1)를 저장하는 단계;
    (vi) 측정된 상기 투과도 I1, I2로부터 흡광도(An=log10(I0/In)) A1, A2를 계산하는 단계;
    (vii) 상기 증가된 광경로 길이(△L2)와 상기 증가된 광경로 길이에서의 증가된 흡광도(△A2(A2 - A1))로부터 기울기(S2= △A2/△L2)를 계산하는 단계;
    (viii) 상기 (i) 내지 (vii) 단계를 복수 회 반복하여,
    임의의 증가된 광경로 길이(△Ln = Ln - Ln-1)와 △Ln에서 증가된 흡광도(△An = An - An-1,)를 측정하여,
    복수 개의 기울기(Sn = △An/△Ln)를 계산하는 단계;
    (ix) 상기 복수 개의 Sn 값의 평균치인 Save = (△A/△L)ave 값을 구하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광경로 자동조절 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 (ix) 단계에서,
    상기 복수 개의 Sn 값의 평균치인 Save = (△A/△L)ave 값은 선형 회귀(linear regression)를 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 광경로 자동조절 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 (ix) 단계 이후에,
    상기 복수 개의 Sn 값의 평균치인 Save = (△A/△L)ave 값에 물질의 흡수 상수를 곱해 원하는 물질의 농도를 구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광경로 자동조절 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 고정판과 상기 제 2 고정판의 이동은 리니어 모터(Linear Motor), 스텝 모터(Step Motor) 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 이동부에 의해 자동으로 이동되는 것을 특징으로 하는 광경로 자동조절 방법.
  11. 청구항 7 내지 10 중의 어느 하나의 방법에 있어서,
    상기 (i) 내지 (ix) 단계는 자동으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광경로 조절 방법.
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