WO2016052914A1 - 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치 - Google Patents

수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치 Download PDF

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WO2016052914A1
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최인철
정현미
박주현
권오상
허유정
안경희
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대한민국(환경부 국립환경과학원장)
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    • G01N30/88—Integrated analysis systems specially adapted therefor, not covered by a single one of the groups G01N30/04 - G01N30/86

Definitions

  • the present invention relates to a real-time automatic analysis device for organic pollutants in water to quickly and accurately detect the time of occurrence of high concentrations of harmful organic pollutants through real-time, continuous sampling while using the existing analyzer.
  • Organic pollutants managed by the water supply system include volatile organic substances, pesticides, disinfection by-products, and taste substances. Since these organic pollutants have a health impact or aesthetic effect, which directly affects the quality of tap water, it is necessary to manage each substance thoroughly.
  • taste-related substances (Geosmin, 2-MIB) have recently been increasing in concentration and frequency of inflow to water treatment plant due to the increase of algae in the water source due to the effects of climate change such as water temperature rise and rainfall pattern change.
  • purified water such as powdered activated carbon in the water purification facility, more thorough management is required because it can be avoided by the consumer below the olfactory detection concentration before entering the distribution network.
  • the water purification plant In the case of odorous substances, the water purification plant currently analyzes it manually or less than once a day and analyzes twice a day when high concentrations occur.However, it is not easy to respond to water treatment quickly by manually measuring the water quality that changes every time. Situation. Volatile organic substances and pesticides that may occur in emergency situations such as chemical plant leaks, chemical tank tank rollover accidents, and traces of disinfection by-products generated during water purification process need to be monitored in real time. In this situation, it is difficult to respond quickly through detection.
  • Republic of Korea Patent No. 10-0901779 (2009.06.02), "Internet-based monitoring and monitoring system for water quality", Patent No. 10-0522764 (October 12, 2005), “Real-time water quality monitoring device and its control method ", Registered Patent No. 10-1406884 (June 05, 2014),” On-line water quality measurement system based on multi-wave analysis for real-time detection of organic contaminants in the water ", Registered Patent No. 10-1253251 (April 04, 2013),” Integer Water Various techniques are being developed to monitor the water quality in real time, such as real-time odor-causing substances monitoring and control devices and methods for treatment.
  • the real-time automatic analysis device of organic pollutants in water of the present invention can use the measurement results in real time quickly by automating all the measurement processes of each item of organic pollutants in water while using the analyzer which is used for the manual analysis.
  • it is possible to analyze in real time certain organic substances such as taste substances, volatile organic substances, pesticides and disinfection by-products, and to measure them at manageable concentrations (levels of several ng / L for taste substances).
  • the objective is to develop a practical analytical system that is reliable and economical in measurement and easy to maintain, install and operate.
  • the present invention is a sample bottle designed specifically for the existing analyzer, a heating block capable of temperature control and stirring (stirring), sample supply and discharge, drain line, sample supply control line, the sample flow can be changed according to the program
  • a flow path changer to be integrated with the existing analyzer, it is possible to analyze organic pollutants such as odorous substances in the water in real time and continuously, thereby allowing high concentrations of organic pollutants. Quickly find and respond to the time of occurrence of a substance.
  • the invention is a useful invention that can be carried out a number of sample bottles on the heating block to perform the water quality test of various locations to be analyzed.
  • FIG. 1 is a side view showing a real-time automatic analysis device for organic pollutants in water according to the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing a coupling relationship between the heating block and the sample bottle in the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B in FIG.
  • Figure 5 is a state diagram showing a state in which a sample is supplied to the sample bottle in the present invention.
  • Figure 6 is a state diagram showing the state at the time of sampling (concentration / extraction) of the sample of the sample bottle in the present invention.
  • Figure 7 is a state diagram showing a state in which a sample of the sample bottle is discharged in the present invention.
  • the analyzer 10 receives a sample extracted through a solid-phase microextraction (SPME) and the solid-phase microextractor 11 for extracting a trace of the sample as shown in FIG. It is composed of a gas chromatograph (Gas Chromatograph (Gas Chromatograph / Mass Spectrometer)) (12) for qualitative and quantitative analysis of the contained sample.
  • SPME solid-phase microextraction
  • the solid-phase microextractor 11 for extracting a trace of the sample as shown in FIG. It is composed of a gas chromatograph (Gas Chromatograph (Gas Chromatograph / Mass Spectrometer)) (12) for qualitative and quantitative analysis of the contained sample.
  • a fiber capable of adsorbing a sample to a needle of a syringe for sampling may be inserted into and removed from the sample to collect a sample to be analyzed.
  • the syringe needle is inserted into a sample introduction part (not shown in the drawing) formed in the gas chromatograph / mass spectrometer 12, and it is composed of a structure capable of qualitative and quantitative analysis of the sample.
  • the gas chromatograph of the above-described gas chromatograph / mass spectrometer 12 performs a role of separating a substance mixed in a sample, and a detector on a gas chromatograph.
  • mass spectrometer as a mass spectrometer, it is possible to accurately grasp the molecular weight of the separated material to 5 digits of hydrogen and to separate, qualitatively and quantitatively analyze the mixture in the sample.
  • the solid phase trace extractor 11 is attached to the upper side of the gas chromatograph / mass spectrometer 12 for analysis of the sample as described above.
  • the heating block 20 is between the solid phase microextractor 11 and the gas chromatograph / mass spectrometer 12 of the analyzer 10 described above with reference to FIGS. 1 to 4, more specifically, the gas chromatograph. It is arranged on the upper side of the mass spectrometer 12, and a plurality of sample bottle seating grooves 21 are formed inward, and the heating means 22 and the temperature sensor 23 are provided for overall heating. .
  • the sample bottle seating groove 21 may be formed a plurality of predetermined intervals
  • the heating block 20 may be configured to further include a stirring means 24, such as magnetic or vibration method.
  • the sample bottle 30 is configured to be seated in the sample bottle seating groove 21 formed in the above-described heating block 20 as shown in FIGS.
  • the storage part 31 which can be made is comprised, and the solid-phase microextractor 11 of the analyzer 10 mentioned above adsorb
  • a cap (not shown in the drawing) is formed on the upper side of the sample bottle 30 through which the needle of the syringe can pass while sealing the sample bottle.
  • sample bottle 30 collects (concentrates / extracts) a sample from the sample supply part 32 for supplying a sample to the accommodating part 31 and the analyzer 10 for analysis of the sample, and then the accommodating part 31.
  • Sample discharge portion 33 for discharging the sample stored in the) is formed.
  • the sample supply part 32 is not particularly limited, but is preferably formed at the upper end of the side of the sample bottle 30, and the sample discharge part 33 is the lower end of the side of the sample bottle 30 for ease of sample discharge. It is good to form on.
  • the sample supply and discharge unit 40 is connected to the sample bottle 30 is a configuration that can supply and discharge the sample.
  • the sample supply and discharge unit 40 has a sample supply line 42 connected to the sample supply unit 32 of the sample bottle 30 as shown in FIG. 2, and on the sample supply line 42,
  • the sample supply control valve 42a is configured to supply and block the supply.
  • one side of the sample supply line 42 is connected to the sample bottle 30, and the other end is a medium that the analyst wants to analyze, that is, the raw water (river, appeal, etc.) that the analyst wants to test the water quality, water treatment plant process
  • One end is connected to a line of treated water, purified water or the like so that the sample can be supplied to the accommodating part 31 formed in the sample bottle 30 in real time.
  • a pump 42b capable of moving a fluid may be further configured at a portion of the sample supply line 42 connected to a position where the analyzer wants to test the water quality.
  • a washing line (not shown in the drawing) for supplying the washing water may be further configured at this end to clean the inside of the sample bottle 30, or the washing water may be supplied by being connected to a portion where the washing water is supplied at the end.
  • the sample supply line 42 as described above is connected to the drain line 50 is configured so that a new sample can always be supplied.
  • the drain line 50 is formed in a branched form from the sample supply line 42, and is formed between the position to be tested for water quality and the sample supply control valve 42a formed in the sample supply line 42, more preferably. Preferably it is formed just before the sample supply control valve (42a) is formed.
  • in the present invention can be configured a component that can fill a predetermined amount of the sample supplied to the above-described sample bottle 30 to enable quantitative analysis.
  • the sample bottle 30 includes a sample supply amount adjusting unit 34 so that only a predetermined amount of the sample is accommodated in the accommodating part 31.
  • the sample supply amount adjusting unit 34 the sample bottle 30 is provided. It is formed on the side, it is good to form at the exact height to be filled with the sample in the housing 31 so that only the sample of the quantity can be stored in the housing 31.
  • a sample supply amount control line 60 including a sample supply amount control valve 61 coupled to the sample supply amount adjusting unit 34 formed in the sample bottle 30 may be added.
  • valves may be configured in such a form that the electronic control is possible, such as a solenoid valve, so that the valves can be opened and closed by the control of the controller C.
  • a filtration device that can selectively filter particulate matter contained in the sample to be supplied. 70 may be further formed.
  • sample supply unit 32 of the sample bottle 30 may be configured to further include a solution injection device 80 that can inject a quantitative amount of the addition solution, such as a standard material in the sample.
  • the apparatus for real-time automatic analysis of organic pollutants in water automatically analyzes organic pollutants in real time in real time while using the analyzer 10 used as it is, in a water treatment facility such as a water purification facility. It should be installed at the site or laboratory in the water quality inspection area to check the water quality of analytical water such as generated water, raw water and process water.
  • the analytical water is supplied in real time through the sample supply line 42 formed in the sample supply and discharge unit 40 connected to the sample supply unit 32 of the sample bottle 30.
  • the process of supplying the analytical water to the sample bottle 30 through the sample supply line 42 is a sample supply control valve 42a formed in the sample supply line 42 by the conventional control unit C as shown in FIG. Is opened to receive the analytical water, and the sample discharge control valve of the sample discharge line 43 formed in the sample supply and discharge portion 40 connected to the sample discharge portion 33 of the sample bottle 30.
  • the drainage control valve 51 of the drainage line 50 connected to the 43a and the sample supply line 42 is adjusted in a closed state to analyze water in the accommodating part 31 of the sample bottle 30. Fill the sample with phosphorus.
  • the sample supplied through the sample supply line 42 may be movable by the water supply supplied from the purified water or raw water or the sample through the conventional pump (42b).
  • the sample supply amount control unit 34 When the amount of the sample to be filled in the sample bottle 30 is filled to an appropriate amount, that is, to the position where the sample supply amount control unit 34 of the sample bottle 30 is formed, the sample supply amount control unit 34 The sample supplied in excess through the connected sample supply amount control line 60 is discharged to the outside so that only a certain amount of the sample is filled in the accommodating part 31.
  • the sample formed in the sample supply line 42 by the control unit C as shown in FIG. 6 in order to perform sampling (concentration / extraction) and analysis through the analyzer 10.
  • the sample supply amount control valve 61 formed in the supply control valve 42a and the sample supply amount control line 60 is closed to block the receiving part 31 inside the sample bottle 30 from the outside,
  • the sample continuously supplied through the sample supply line 42 is drained through the drain line 50 while the drain control valve 51 of the drain line 50 is opened.
  • the drainage line 50 can obtain the effect that only the sample to be supplied in real time the sample existing on the sample supply line 42 can be obtained.
  • the present invention has a purpose to quickly find out whether excessive amounts of organic pollutants are generated in the sample at any point in time by analyzing the sample supplied in real time as described above, the drainage line as described above (50) By introducing a) it is possible to maintain a real-time sample of the sample present in the sample supply line 42 acts to enable real-time analysis.
  • the needle of the solid phase microextractor 11 is then placed into a headspace inside the sample bottle 30 for concentration / extraction of the sample.
  • the solid phase microextractor 11 is operated to adsorb the sample in the sample bottle 30 and then put it into the gas chromatograph / mass spectrometer 12 to perform an analysis operation.
  • the other components of the sample bottle 30 as described above are continuously supplied with the sample is made as soon as the analysis work through the analyzer 10 is completed Subsequently, the sample contained in the other sample bottle 30 can be analyzed continuously.
  • the sample in the sample bottle 30 from which the sample is collected through the analyzer 10 is connected to the sample discharge part 33 formed in the sample bottle 30 as shown in FIG. 7.
  • 43 is discharged to the outside while the sample discharge control valve 43a and the sample feed amount control valve 61 of the sample feed amount control line 60 are opened, and then through the sample supply line 42.
  • the sample discharge control valve 43a is closed after all the samples remaining in the accommodating portion 31 of the first sample bottle 30 are discharged through the sample discharge line 43 while receiving the sample again.
  • By closing the sample supply amount control valve 61 of the sample supply amount control line 60 close), it is possible to repeat the process of receiving and analyzing the sample again.
  • the sample supplied through the sample supply line 42 of the sample supply and discharge unit 40 is a sample supplied in real time, the sample is continuously collected and analyzed through the analyzer 10 to contaminate the organic pollution. It is possible to quickly find the time when the concentration of the substance is increased, as well as to enable continuous analysis.
  • a plurality of sample bottles 30 in the present invention may be formed in the heating block 20, in this case, only one sample may be taken, but the sample supply and connected to any one of the sample bottles 30 and Discharge unit 40 is installed in the treated water, and the sample supply and discharge unit 40 connected to the other sample bottle 30 is installed in a variety of locations at once, such as to be installed in the raw water to analyze the sample at a time through the analyzer It may be.
  • the volume of the above-described sample bottle 30 is formed to a size of about 100 to 150 ml to include an organic pollutant in an amount sufficient for analysis, while the heating means 22 of the heating block 20 is included. It is configured to effectively carry out the collection of the sample (pretreatment of the concentration / extraction process) through the temperature maintenance and the stirring means 24 and the temperature sensor 23, the separate analysis of the sample through the analyzer 10 There is also an advantage that sufficient analytical sensitivity can be obtained without adding a reagent.
  • the analysis of the sample is a process for automatically analyzing the taste substance of the sample in real time, in addition to the chemical analysis through the analyzer 10, there is an advantage in that the sensory analysis work that people take the actual smell and analyze in parallel.
  • the sensitivity of analysis through the sense of smell decreases, so that the analysis is performed through many preparation processes after the sample is warmed.
  • the present invention is directly performed on the spot through the introduction of the heating block 20. Because sensory analysis can be performed, not only real-time continuous analysis is possible, but also the effect of shortening the analysis time can be obtained.
  • the filtration device 70 may be further included at a position before the drain control valve 51 of the drain line 50 formed in the sample supply and discharge part 40.
  • the filtering device 70 may intentionally filter the organic pollutants contained in the particles in the sample to be supplied, the amount of organic pollutants contained in the particles and the amount of organic pollutants not included in the particles ( In other words, it is useful when the amount of organic pollutants dissolved) needs to be measured separately.
  • the data on the organic pollutants in the water measured by the present invention is useful to effectively treat the organic pollutants by determining the type, amount, and injection method of the chemicals required for water treatment. If you measure the amount of particles contained in the sample) and the amount contained in the dissolved state in the water, it will be useful.
  • a solution injection device 80 may be further configured to quantitatively inject the addition solution, such as the standard material into the sample supply unit 32 of the sample bottle 30.
  • the solution injection device 80 is for injecting an additive solution such as an internal standard, and in order to obtain a more accurate measurement value, the internal standard is quantified to improve the accuracy of the data together with the speed of measurement. You can do that.
  • the present invention is equipped with a separate equipment to the existing analyzer to use the existing equipment as it is, by supplying a sample in real time / continuous to quickly find the time when the event occurs, as well as the existing analyzer It can be easily applied to (10), so that it is not necessary to introduce additional equipment or new equipment, and thus it is economically very useful.

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Abstract

본 발명은 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치에 관한 것으로, 종래 사용하던 고체상 미량추출기 및 기체크로마토그래프/질량분석기로 이루어진 분석기와, 히팅블럭과, 시료병과, 배출부 및 제어부로 구성되어, 기존 사용하던 분석기를 그대로 이용하되, 실시간, 연속적으로 시료를 공급하여 고농도의 유기오염물질 발생시점을 정확하고 신속하게 파악하여 후속조치를 취하면서, 화학적 분석 뿐만 아니라 감각적 분석도 용이하게 실시할 수 있는 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치를 제공한다.

Description

수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치
본 발명은 기존 분석기를 활용하면서 실시간, 연속적인 시료 채취를 통해 유해한 유기오염물질의 고농도 발생시점을 신속 정확하게 찾아내어 정수장 등에서 신속히 대응할 수 있도록 하는 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치에 관한 것이다.
산업화 및 도시화로 인해 환경오염문제는 오래전부터 사회적 문제로 대두되고 있으며, 국가차원에서 체계적인 상수원 보호 및 오염물질 배출시설의 관리 및 규제 등 수질분야에서도 관리가 엄격해지고 있다. 이러한 관리의 기본이 되는 것은 수중의 오염물질을 신속하고 정확하게 측정하는 것이다. 먹는물과 관계되는 상수원수, 정수, 수돗물 등에서의 신속한 수질측정은 적절한 정수처리를 가능하게 하기 때문에 안전성 측면에서 더욱 중요하다.
상수계통에서 관리하고 있는 유기오염물질은 휘발성유기물질, 농약, 소독부산물질, 이취미물질 등 수십 종류의 물질이 있다. 이러한 유기오염물질들은 건강상 유해 영향을 주거나 심미적으로 영향을 주어 수돗물 품질에 직접적인 영향을 주기 때문에 각 물질별로 철저한 관리가 필요하다. 이 중 이취미물질(Geosmin, 2-MIB)은 최근 수온상승 및 강우패턴 변화 등 기후변화의 영향으로 인한 상수원에서의 조류발생 증가로 인해 정수장에 유입되는 농도 및 발생빈도가 증가하는 추세에 있고, 정수시설 내에서 분말활성탄 등의 정수처리 물질을 투입해 신속히 대응함으로써 배급수 관망으로 유입되기 전에 후각감지농도 미만으로 치리되어야 소비자의 불만을 피할 수 있기 때문에 더 철저한 관리가 요구된다.
이취미물질의 경우, 현재 정수장에서는 평상시 수동으로 평소 1일 1회 이하로 분석하고 있고 고농도 발생시에는 1일 2회 정도 분석하고 있으나 시시각각 변하는 수질을 수동으로 측정하여 신속히 정수처리에 대응하기란 쉽지 않은 상황이다. 상수계통에서 화학공장의 누출사고, 화학물질 운반 탱크로리 전복사고 등의 긴급상황에서 발생할 수 있는 휘발성 유기물질 및 농약류와 미량이지만 정수처리과정에서 발생되는 소독부산물의 경우도 실시간으로 감시할 필요가 있지만 수동으로 측정하기 때문에 신속한 검출을 통한 대응이 어려운 상황이다.
이러한, 문제점을 해결하고자 종래에는 실시간으로 수질을 감시하기 위한 노력을 기울이고 있다.
예컨대, 대한민국 등록특허 제10-0901779호(2009.06.02),"인터넷 기반의 수질 계측용 감시 제어 시스템", 등록특허 제10-0522764호(2005.10.12), "실시간 수질 모니터링장치 및 그의 제어방법", 등록특허 제10-1406884호(2014.06.05), "수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템", 등록특허 제10-1253251호(2013.04.04), "정수처리를 위한 실시간 맛냄새 유발물질 감시제어 장치 및 방법과 같이 실시간으로 수질을 감시하기 위해 여러 가지 기술들이 개발되고 있다.
그런데, 상술한 종래기술들은 대부분 기본적인 수질 항목(수온, pH, 탁도, 잔류염소 전기전도도 등) 혹은 총유기물질 지표항목(TOC, COD 등)의 측정에 관한 것이며, 일부 휘발성 유기물질 및 이취미물질과 같은 특정한 유기오염물질의 실시간 측정방법에 관한 것이 일부 있지만 기존의 분석장비와 다른 방법이거나 여러 가지 고가의 장비를 조합한 방법을 이용함으로써 정확성, 신뢰성, 경제성이 떨어지고 운영관리가 어렵다는 단점이 있다.
또한, 상술한 것처럼 이취미물질 등의 수중의 유기오염물질은 실시간 분석의 필요성이 많이 요구된다. 그러나, 이취미물질 등 특정한 유기오염물질 분석에 대한 등록특허들은 별도의 고가장비의 조합으로 이루어져 있어 비경제적이고 운영관리가 까다로우며, 더욱이, 현재 수중의 유기오염물질을 분석하기 위해 보급되어 있는 장비로는 고체상 미량추출기 및 기체크로마토그래프/질량분석기로 구성된 분석기가 널리 이용되고 있는데 이러한 분석기의 활용도가 낮아 새로 장비를 구축하여야 하는 등의 문제점이 지적되어 왔다.
본 발명의 수중의 유기오염물질 실시간 자동분석 장치는 기존에 수동 분석에 많이 사용하고 있는 분석기를 이용하면서 수중 유기오염물질 각 항목의 모든 측정과정을 자동화함으로써 실시간으로 측정결과를 신속히 수질관리에 이용할 수 있고, 이취미물질, 휘발성 유기물질, 농약 및 소독부산물 등의 특정한 유기물질을 실시간으로 분석가능하며, 이 물질들을 관리 가능한 농도(이취미물질의 경우 수 ng/L 수준)로 측정가능할 뿐만 아니라, 측정값의 신뢰성 및 경제적이고 유지관리, 설치, 조작이 용이한 실용적인 분석시스템을 개발하려는데 목적이 있다.
본 발명은 기존 사용하던 분석기기에 특별히 설계된 시료병, 온도조절과 교반(stirring)이 가능한 히팅블럭, 시료 공급 및 배출부, 배수라인, 시료공급량 조절라인, 시료의 흐름을 프로그램에 따라 변경할 수 있는 유로변경 장치를 부가적으로 장착하여 기존의 분석기기와 일체-통합적으로 구동될 수 있도록 함으로써 수중의 이취미물질과 같은 유기오염물질을 실시간, 연속적으로 분석하는 것이 가능하며, 이를 통해 고농도의 유기오염물질 발생시점을 신속히 찾아내어 대응할 수 있다.
그리고 다른 값비싸고 복잡한 장비들과 별도의 약품을 사용하지 않고도 시료병의 용량과 히팅블럭의 히팅수단 및 교반수단을 통해 유기오염물질에 대한 원하는 측정감도를 얻을 수 있으며, 기존의 분석기기에 간단하게 설치할 수 있고 운전과 유지관리가 용이하여 매우 경제적이면서도 실용적이다.
또한, 히팅블럭에 다수의 시료병을 거치하여 분석 대상이 되는 여러 위치의 수질 검사를 실시할 수 있는 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치를 도시한 측면도.
도 2는 본 발명에서의 히팅블럭과 시료병의 결합관계를 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 A-A 단면도.
도 4는 도 2의 B-B 단면도.
도 5는 본 발명에서 시료병에 시료가 공급되는 상태를 도시한 상태도.
도 6은 본 발명에서 시료병의 시료를 분석기에서 채취(농축/추출)시 상태를 도시한 상태도.
도 7은 본 발명에서 시료병의 시료가 배출되는 상태를 도시한 상태도.
* 부호의 설명 *
C : 제어부
10 : 분석기
11 : 고체상 미량추출기 12 : 기체크로마토그래프/질량분석기
20 : 히팅블럭
21 : 시료병 안착홈 22 : 히팅수단 23 : 온도센서 24 : 교반수단
30 : 시료병
31 : 수납부 32 : 시료 공급부 33 : 시료 배출부
34 : 시료공급량 조절부
40 : 시료 공급 및 배출부
42 : 시료공급라인 42a : 시료공급 조절밸브 42b : 펌프
43 : 시료배출라인 43a : 시료배출 조절밸브
50 : 배수라인
51 : 배수 조절밸브
60 : 시료공급량 조절라인
61 : 시료공급량 조절밸브
70 : 여과장치
80 : 용액주입장치
100 : 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 구성에 대해 더욱 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
우선, 분석기(10)는 도 1에서와 같이 시료를 미량 추출하기 위한 고체상 미량추출기(SPME : Solid-Phase MicroExtraction)(11) 및 상기 고체상 미량추출기(11)를 통해 추출한 시료를 공급받아 유기오염물질이 포함된 시료의 정성, 정량하기 위한 기체크로마토그래프/질량분석기(Gas Chromatograph(Gas Chromatograph/Mass Spectrometer))(12)로 구성되어 있다.
상기 고체상 미량추출기(11)는 도면에서는 상세히 도시되지 않았지만 시료채취(농축/추출)용 시린지의 니들에 시료를 흡착할 수 있는 파이버가 삽,탈될 수 있는 구조로 이루어져 있어, 분석하고자 하는 시료의 채취 후 이를 기체크로마토그래프/질량분석기(12)에 형성된 시료도입부(도면에 미도시)에 시린지 니들을 꼽아 시료의 정성, 정량을 할 수 있는 구조로 이루어져 있다.
특히, 상술한 기체크로마토그래프/질량분석기(Gas Chromatograph/Mass Spectrometer)(12)의 기체크로마토그래프(Gas Chromatograph)는 주지하다시피 시료 내에 혼합된 물질을 분리하는 역할을 수행하며, 기체크로마토그래프에 디텍터로서 질량분석기(Mass Spectrometer)를 이용하게 되면 분리된 물질의 분자량을 수소점 5자리까지 정확하게 파악해서 시료 중에 있는 혼합물질의 분리, 정성 및 정량분석까지 할 수 있는 일반적인 구성이다.
여기서, 상기와 같이 시료의 분석을 위해서 통상적으로 기체크로마토그래프/질량분석기(12)의 상측에 고체상 미량 추출기(11)가 부착된 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 히팅블럭(20)은 도 1 내지 도 4에서와 같이 상술한 분석기(10)의 고체상 미량추출기(11) 및 기체크로마토그래프/질량분석기(12) 사이, 더욱 구체적으로는 기체크로마트그래프/질량분석기(12)의 상측에 배치되어 있으며, 내측으로 시료병 안착홈(21)이 다수 형성되고, 전체적인 가온을 위해 히팅수단(22) 및 온도센서(23)를 구비한 상태로 구성되어 있다.
여기서, 상기 시료병 안착홈(21)은 다수개가 일정 간격을 두고 형성될 수 있으며, 히팅블럭(20) 내에는 자석식 또는 진동방식 등의 교반수단(24)이 더 포함되어 구성될 수 있다.
다음으로, 시료병(30)은 도 1 내지 도 4에서와 같이 상술한 히팅블럭(20)에 형성되어 있는 시료병 안착홈(21)에 안착되는 구성으로서, 내측에는 수질 검사를 위한 시료를 수납할 수 있는 수납부(31)가 구성되어 있어, 수납부(31)에 수납된 시료를 상술한 분석기(10)의 고체상 미량추출기(11)가 흡착하게 된다.
여기서, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 상술한 시료병(30)의 수납부(31) 용량은 100 ∼ 150㎖를 수납할 수 있을 정도의 크기로 형성하는 것이 좋다.
물론, 상기 시료병(30)의 상측에는 시료병을 밀폐하면서 시린지의 니들이 통과할 수 있는 마개(도면에 미도시)가 상측에 형성되어 있다.
또한, 상기 시료병(30)에는 수납부(31)에 시료를 공급하기 위한 시료 공급부(32)와 시료의 분석을 위해 분석기(10)에서 시료를 채취(농축/추출)한 후 수납부(31)에 수납된 시료를 배출하기 위한 시료 배출부(33)가 형성되어 있다.
여기서, 상기 시료 공급부(32)는 특별히 한정하는 것은 아니지만 시료병(30)의 측면의 상단부에 형성되는 것이 좋고, 시료 배출부(33)는 시료 배출의 용이성을 위해 시료병(30) 측면의 하단부에 형성하는 것이 좋다.
다음으로, 시료 공급 및 배출부(40)는 상기 시료병(30)에 연결되어 시료의 공급 및 배출을 할 수 있는 구성이다.
이러한, 시료 공급 및 배출부(40)는 도 2에서와 같이 시료병(30)의 시료 공급부(32)와 연결되는 시료공급라인(42)이 구성되고, 이 시료공급라인(42) 상에는 시료의 공급 및 공급차단이 이루어질 수 있도록 시료공급 조절밸브(42a)가 구성된다.
즉, 상기 시료공급라인(42)의 일측은 시료병(30)에 연결되고, 타단은 분석자가 분석하고자 하는 매개물, 다시 말해, 분석자가 수질 검사를 하고자 하는 원수(하천, 호소 등), 정수장 공정처리수, 정수 등의 라인에 일단을 연결하여 실시간으로 시료를 시료병(30)에 형성된 수납부(31)에 공급할 수 있도록 구성되는 것이다.
여기서, 상기 시료공급라인(42) 중 분석자가 수질 검사를 하고자 하는 위치에 연결된 부분에는 유체(시료)를 이동시킬 수 있는 펌프(42b)가 더 구성될 수 있다. 그리고 이 단부에는 시료병(30) 내부를 청소하기 위해 세척수를 공급하기 위한 세척 라인(도면에 미도시)이 추가로 더 구성하거나 또는 단부에 세척수가 공급되는 부분과 연결시켜 세척수를 공급할 수도 있다.
한편, 상기와 같은 시료공급라인(42)에는 배수라인(50)을 연결하여 항상 새로운 시료가 공급될 수 있도록 구성한다.
상기 배수라인(50)은 시료공급라인(42)에서 분기된 형태로 형성되는데, 수질검사를 하고자 하는 위치 및 시료공급라인(42)에 형성된 시료공급 조절밸브(42a) 사이에 형성되며, 더욱 바람직하게는 시료공급 조절밸브(42a)가 형성되는 바로 전에 형성하는 것이 좋다.
한편, 본 발명에서는 정량분석이 가능하도록 상술한 시료병(30)에 공급되는 시료를 일정량 채울 수 있는 구성요소를 구성할 수 있다.
이를 위해 상기 시료병(30)에는 수납부(31)에 일정량의 시료만이 수납될 수 있도록 시료공급량 조절부(34)가 포함되는데, 이 시료공급량 조절부(34)의 경우 시료병(30) 측면에 형성하되, 수납부(31)에 시료가 채워져야 할 정확한 높이에 형성하여 정량의 시료만이 수납부(31)에 수납될 수 있도록 하는 것이 좋다.
또한, 상기 시료병(30)에 형성되어 있는 시료공급량 조절부(34)에 결합하는 시료공급량 조절밸브(61)를 포함한 시료공급량 조절라인(60)을 추가할 수 있다.
여기서, 상술하였던 밸브들은 제어부(C)의 제어에 의해 개방(open) 및 폐쇄(close)가 될 수 있도록 솔레노이드 밸브와 같이 전자적 제어가 가능한 형태로 구성하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에서는 상기 시료 공급 및 배출부(40)에 형성된 배수라인(50)의 배수 조절밸브(51) 이전의 위치에는 공급되는 시료에 포함된 입자성물질을 선택적으로 여과할 수 있는 여과장치(70)가 더 형성될 수 있다.
아울러, 상기 시료병(30)의 시료 공급부(32)에는 시료 내에 표준물질 등의 첨가용액을 정량으로 주입할 수 있는 용액주입장치(80)가 더 포함되어 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치(100)의 바람직한 실시 예에 대해 살펴보면 다음과 같다.
우선, 본 발명의 수중의 유기오염물질 실시간 자동 분석 장치(100)는 기존 사용하고 있던 분석기(10)를 그대로 이용하면서 실시간으로 수중의 유기오염물질을 자동 분석하는 것으로, 정수시설과 같은 수처리 시설에서 발생하는 처리수, 원수, 공정수와 같은 분석수(水)의 수질검사를 하기 위해 해당 수질검사 지역 내의 사이트나 실험실 등에 설치가 되어 있어야 한다.
그런 후, 시료병(30)의 시료 공급부(32)와 연결되어 있는 시료 공급 및 배출부(40)에 형성된 시료공급라인(42)을 통해 분석수를 실시간으로 공급한다.
상기 시료공급라인(42)을 통해 시료병(30)에 분석수를 공급하는 과정은 도 5에서와 같이 통상의 제어부(C)에 의해 시료공급라인(42)에 형성된 시료공급 조절밸브(42a)가 개방(open)되어 분석수를 공급받는 한편, 시료병(30)의 시료 배출부(33)에 연결되어 있는 시료 공급 및 배출부(40)에 형성된 시료배출라인(43)의 시료배출 조절밸브(43a)와 시료공급라인(42)에 연결되어 있는 배수라인(50)의 배수 조절밸브(51)는 폐쇄(close)시킨 상태로 조절하여 시료병(30)의 수납부(31)에 분석수인 시료를 채운다.
여기서, 상기 시료공급라인(42)을 통해 공급되는 시료는 통상의 펌프(42b)를 통해 시료를 공급하거나 또는 정수나 원수에서 공급되는 수압에 의해 이동이 가능할 수도 있다.
상기와 같이 시료병(30)에 채워지는 시료의 양이 적정량, 다시 말해 시료병(30)의 시료공급량 조절부(34)가 형성되어 있는 위치까지 채워지게 되면, 시료공급량 조절부(34)에 연결되어 있는 시료공급량 조절라인(60)을 통해 초과 공급되는 시료는 외부로 방출되어 일정량의 시료만이 수납부(31)에 채워지게 된다.
상기와 같이 일정량의 시료가 채워지게 되면 분석기(10)를 통한 시료 채취(농축/추출) 및 분석작업이 이루어지기 위해 도 6에서와 같이 제어부(C)에 의해 시료공급라인(42)에 형성된 시료공급 조절밸브(42a)와 시료공급량 조절라인(60)에 형성되어 있는 시료공급량 조절밸브(61)는 폐쇄(close)되어 시료병(30) 내부의 수납부(31)를 외부와 차단시키는 한편, 시료공급라인(42)을 통해 지속적으로 공급되는 시료는 배수라인(50)의 배수조절 밸브(51)가 개방(open)되면서 배수라인(50)을 통해 배수가 이루어지게 된다.
이러한, 배수라인(50)은 시료공급라인(42) 상에 존재하는 시료가 실시간으로 공급되는 시료만이 남아 있을 수 있도록 작용하는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이 실시간으로 공급되는 시료를 분석하여 어느 시점에서의 시료에서 유기오염물질이 과다하게 발생되는지 여부를 신속히 찾아내기 위한 목적을 가지고 있는 것으로서, 상기와 같은 배수라인(50)의 도입을 통해 시료공급라인(42) 내에 존재하는 시료가 실시간의 것을 유지할 수 있도록 하여 실시간 분석이 가능하도록 작용하게 된다.
그 다음 시료의 농축/추출을 위해 고체상 미량추출기(11)의 니들이 시료병(30) 내부의 빈공간(headspace)으로 위치하게 된다.
한편, 시료병(30)의 수납부(31)에 채취된 시료 중의 유기오염물질이 시료병(30) 내부의 빈공간(headspace)으로 잘 이동할 수 있도록 상기 시료병(30)을 수납하고 있는 히팅블럭(20)에서는 시료병(30)을 분석하기 좋은 온도(분석항목에 따라 조절)로 가온하는 작업과 필요에 따라 교반수단(24) 작동을 실행하도록 한다.
그런 후, 고체상 미량추출기(11)가 작동하여 시료병(30)의 시료를 흡착한 후 이를 기체크로마토그래프/질량분석기(12)에 투입하여 분석작업이 이루어지게 된다.
물론, 상기 분석기(10)를 통한 작업이 이루어지는 과정 중간에도 다른 시료병(30)에서는 상술한 바와 같은 구성요소들이 지속적으로 시료의 공급이 이루어지게 되어 분석기(10)를 통한 분석 작업이 완료되면 바로 뒤이어 다른 시료병(30)에 수납된 시료를 연속적으로 분석할 수 있게 된다.
한편, 상기에서 분석기(10)를 통해 시료가 채취된 시료병(30) 내의 시료는 도 7에서와 같이 시료병(30)에 형성되어 있는 시료 배출부(33)와 연결되어 있는 시료배출라인(43)의 시료배출 조절밸브(43a)와 시료공급량 조절라인(60)의 시료공급량 조절밸브(61)가 개방(open)되면서 외부로 배출이 이루어지게 되고, 그 다음 시료공급라인(42)을 통해 재차 시료를 공급받으면서 최초 시료병(30)의 수납부(31)에 잔존하는 시료가 모두 시료배출라인(43)을 통해 배출이 이루어진 후에 시료배출 조절밸브(43a)를 폐쇄(close)시킨 상태에서 시료공급량 조절라인(60)의 시료공급량 조절밸브(61)을 폐쇄(close)하여 다시 시료를 수납하는 과정 및 분석하는 과정을 반복적으로 수행할 수 있게 된다.
이때에, 시료 공급 및 배출부(40)의 시료공급라인(42)을 통해 공급되는 시료는 실시간으로 공급되는 시료이기 때문에 연속적으로 실시간의 시료 채취 및 분석기(10)를 통한 시료분석이 이루어져 유기오염물질의 농도가 높아지는 시점을 신속히 찾아낼 수 있음은 물론, 지속적인 분석이 가능하게 된다.
한편, 본 발명에서의 시료병(30)은 히팅블럭(20)에 다수개가 형성될 수 있는데, 이럴 경우 어느 한곳의 시료만을 채취할 수도 있지만, 어느 하나의 시료병(30)과 연결된 시료 공급 및 배출부(40)는 처리수에 설치하고, 다른 하나의 시료병(30)에 연결된 시료 공급 및 배출부(40)는 원수에 설치하는 등 한번에 다양한 위치에 설치하여 분석기를 통해 한번에 시료 분석이 이루어질 수도 있다.
그리고 본 발명에서는 상술한 시료병(30)의 용량을 약 100 ∼ 150㎖의 크기로 형성하여 분석에 충분한 양의 유기오염물질이 포함될 수 있도록 하는 한편, 히팅블럭(20)의 히팅수단(22)과 온도센서(23)를 통한 온도유지 및 교반수단(24)을 통해 시료의 채취(농축/추출과정의 전처리)가 효과적으로 수행될 수 있도록 구성되어 있어, 분석기(10)를 통한 시료 분석시 별도의 반응약품 투입과정 없이도 충분한 분석감도를 얻을 수 있는 장점도 있다.
특히, 시료의 분석이 시료의 이취미물질을 실시간으로 자동 분석하기 위한 과정일 경우 분석기(10)를 통한 화학적 분석 이외에 사람들이 실제 냄새를 맡아 분석하는 감각적 분석 작업을 병행할 수 있는 장점이 있다.
감각적 분석은 시료의 온도가 낮을 경우 후각을 통한 분석감도가 떨어지기 때문에 시료를 가온시킨 후 많은 준비과정을 거쳐 분석이 이루어지게 되는데, 본 발명은 히팅블럭(20)의 도입을 통해 그 자리에서 바로 감각적 분석 작업이 이루어질 수 있기 때문에 실시간 연속적인 분석이 가능할 뿐만 아니라, 분석시간을 단축시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 시료 공급 및 배출부(40)에 형성된 배수라인(50)의 배수 조절밸브(51) 이전의 위치에 여과장치(70)가 더 포함될 수 있다.
상기 여과장치(70)는 공급되는 시료 내의 입자에 포함되어 있는 유기오염물질을 의도적으로 여과할 수 있는 것으로, 입자에 포함되어 있는 유기오염물질의 양과 입자에 포함되어 있지 않은 유기오염물질의 양(즉, 용존되어 있는 유기오염물질의 양)을 구별하여 측정할 필요가 있는 경우에 유용하다.
즉, 본 발명을 통해 측정되는 수중 유기오염물질에 대한 데이터는 물 처리에 필요한 약품의 종류, 양 및 주입방법 등을 결정하여 유기오염물질을 효과적으로 처리하는데 유용하게 활용되는데, 유기오염물질이 물(시료)속에서 입자에 포함되어 있는 양과 물속에서 용존상태로 포함되어 있는 양이 얼마인지 측정하게 되면 훨씬 유용하게 활용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 시료병(30)의 시료 공급부(32)에 시료 내에 표준물질 등의 첨가용액을 정량으로 주입할 수 있는 용액주입장치(80)가 더 구성될 수 있다.
상기 용액주입장치(80)는 내부표준물질(internal standard) 등의 첨가용액을 주입하기 위한 것으로, 보다 정확한 측정값을 얻기 위해 내부표준물질을 정량 주입시켜 측정의 신속성과 함께 데이터의 정확성을 향상시킬 수 있도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 기존 사용하던 분석기에 별도의 장비를 장착하여 기존 장비를 그대로 이용하되, 실시간/연속적으로 시료를 공급하여 이벤트가 발생하는 시점을 신속히 찾아냄으로써 신속한 대응이 이루어짐은 물론 기존 분석기(10)에 간단히 적용 가능하여 추가장비나 새로운 장비의 도입이 필요치 않아 경제적으로도 매우 유용한 효과를 얻을 수 있게 된다.
상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 대해 기재한 것이지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음을 명시한다.

Claims (5)

  1. 시료를 미량 추출하기 위한 고체상 미량추출기(SPME : Solid-Phase MicroExtraction)(11) 및 상기 고체상 미량추출기(11)를 통해 추출한 시료를 공급받아 유기오염물질이 포함된 시료의 정성, 정량하기 위한 기체크로마토그래프/질량분석기(Gas Chromatograph(Gas Chromatograph/Mass Spectrometer))(12)로 이루어진 분석기(10);
    상기 분석기(10)를 구성하는 고체상 미량추출기(11)의 하측에 형성되며, 내측에 다수의 시료병 안착홈(21)과 히팅수단(22) 및 온도센서(23)가 포함되어 있는 히팅블럭(20);
    상기 히팅블럭(20)의 시료병 안착홈(21)에 안착되며 내측으로는 시료를 수납하기 위한 수납부(31)가 형성되고, 상기 수납부(31)로 분석하고자 하는 시료를 실시간으로 공급하기 위한 시료 공급부(32)가 형성되며, 상기 수납부(31)의 시료를 배출하기 위한 시료 배출부(33)를 포함한 다수의 시료병(30);
    상기 시료병(30)의 시료 공급부(32)와 연결되어 시료를 공급하기 위해 시료공급 조절밸브(42a)를 포함하는 시료공급라인(42)과, 상기 시료병(30)에 형성된 수납부(31)의 시료를 배출하기 위해 형성된 시료 배출부(33)와 연결되어 시료를 배출하기 위해 시료배출 조절밸브(43a)를 포함하는 시료배출라인(43)으로 이루어진 시료 공급 및 배출부(40); 및 이를 제어하기 위한 제어부(C)로 이루어져 있으며,
    상기 시료 공급 및 배출부(40)에 형성된 시료공급라인(42)에는 실시간의 시료를 시료병(30)에 공급하기 위해 배수 조절밸브(51)를 포함하는 배수라인(50)을 더 포함하고,
    상기 시료병(30)에는 수납부(31)에 수납되는 시료의 양을 조절하기 위한 시료공급량 조절부(34)가 더 포함되며, 상기 시료공급량 조절부(34)에 연결되어 시료의 양을 조절하기 위해 시료공급량 조절밸브(61)를 포함하는 시료공급량 조절라인(60)이 더 포함되어 구성되는 것에 특징이 있는 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 히팅블럭(20)에는 시료병 안착홈(21)에 안착된 시료병(30)의 수납부(31) 내의 시료를 교반하기 위해 교반수단(24)이 더 포함되어 구성되는 것에 특징이 있는 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 시료 공급 및 배출부(40)의 시료공급라인(42) 중 시료병(30)의 시료 공급부(32)와 연결된 반대편 끝단은 분석을 실시하고자 하는 수처리 시설 또는 원수, 공정수를 포함하는 분석수에 연결되며, 시료를 시료병(30)에 공급하기 위해 펌프(42b)가 더 포함되어 구성되는 것에 특징이 있는 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 시료 공급 및 배출부(40)에 형성된 시료공급라인(42)에는 시료 내의 입자에 포함된 유기오염물질을 선택적으로 여과할 수 있는 여과장치(70)가 더 포함되어 구성되는 것에 특징이 있는 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 시료병(30)의 시료 공급부(32)에는 시료 내에 첨가용액을 정량으로 주입할 수 있는 용액주입장치(80)가 더 포함되어 구성되는 것에 특징이 있는 수중 유기오염물질 실시간 자동분석 장치.
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