WO2016114555A1 - 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치 - Google Patents

밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치 Download PDF

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WO2016114555A1
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김영수
박정경
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재단법인 한국조선해양기자재연구원
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    • G01N2021/6417—Spectrofluorimetric devices

Definitions

  • the present invention relates to a representative sample collection device for the analysis of living organisms in ballast water, in order to be able to analyze the presence and quantity of the living organisms living in the discharged ballast water, an apparatus for collecting the representative ballast water sample It is about.
  • Ballast water refers to seawater that fills ballast tanks in a ship to balance the ship when the ship is operating without load.
  • the rate of maritime transportation is gradually increasing. Accordingly, the number of ships and the size of ships are increasing rapidly, and the amount of ballast used by ships is also greatly increased.
  • the amount of ballast water used by ships increases, the incidence of damages to indigenous marine ecosystems due to the migration and inflow of foreign marine species has also increased.
  • the International Convention on the Control and Management of Ballast Water and Sediment of Ships is to be adopted and entered into force in the IMO.
  • ballast water samples are collected from a pipe from which ballast water is discharged, concentrated through a net, and inspected using a microscope.
  • the discharged ballast number in order to obtain a sample that can represent the entire fluid from the closed pipe structure, the discharged ballast number to maintain a stable velocity distribution and laminar flow in the pipe, It is important to obtain a representative sample.
  • the present inventors have developed a collecting device capable of collecting representative samples with improved representativeness and accuracy from the number of discharged ballasts. After confirming that the analysis can be used as indicator analysis, the present invention was completed.
  • the present invention is to provide a representative sample collection device for the analysis of living organisms in ballast water as a technical problem.
  • the present invention to solve the above problems,
  • An inlet part 10 connected to the main pipe in a direction in which the ballast water fluid flows;
  • An outlet part 30 provided at the other end of the inlet part 10;
  • a mixer 40 interposed between the body portion 20 and the outlet portion 30 and homogenizing the number of ballasts.
  • the problem is to provide a representative sample collection device for the analysis of living organisms in ballast water, characterized in that the mixer induces a complete development zone where the ballast water fluid is completely mixed and stabilized.
  • the mixer 40 In the present invention, the mixer 40, the mixer 40, and
  • Primary partitions 411 and 421 provided at a predetermined equal interval and secondary partitions 412 and 422 provided at equal intervals with respect to a direction orthogonal to the primary partitions 411 and 421 are provided.
  • the second lattice filter structure 420 which is configured in the same manner as the first lattice filter structure 410 and is installed while being rotated at a predetermined angle with respect to the first lattice filter structure 410 in one direction. Characterized in that it is provided.
  • the analysis of the living organisms in the ballast water is characterized by analyzing the presence and quantity of the living organisms in the ballast water by fluorescence analysis.
  • the collection device for the analysis of living organisms in the ballast water of the present invention has a mixer to shorten the length of the straight pipe required for the collection of representative samples to ensure the representativeness of the sample, ease of installation and economic efficiency have.
  • the representative ballast sample collected by using the device of the present invention can be confirmed in the presence of living organisms in the ballast water in a simple manner in a short time without a pretreatment process using a fluorescence analysis method, the sample can be analyzed in real time Can be.
  • the indicators can be used for indicator analysis, and based on this, the necessity of precise analysis can be determined.
  • it has excellent analytical sensitivities and can analyze fluorescence even at low concentrations of samples, making it possible to analyze them very effectively, and to easily identify the existence of living organisms such as bacteria, phytoplankton, and zooplankton, and to indirectly survive. You can judge the amount of living things.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a representative sample collection device for analyzing living organisms in ballast water according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing the configuration of the mixer of the representative sample collection device for analysis of living organisms in ballast water according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a state in which the representative sample collection device for analyzing the living organisms in ballast water according to an embodiment of the present invention installed in the main pipe.
  • Figure 4 is a table showing the results of CFD (Computational fluid dynamics) showing the effect on the mixing and stabilization of the collected fluid during the installation of the representative sample collection device for the analysis of living organisms in ballast water according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a 3D fluorescence spectrum analysis result according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 shows the 2D fluorescence spectrum analysis results according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 shows the results analyzed by the 3D fluorescence spectrum analysis method by varying the concentration of the standard solution in one embodiment of the present invention.
  • Figure 8 shows the results analyzed by the 3D fluorescence spectrum analysis method for the ballast water sample in one embodiment of the present invention.
  • 9 and 10 show the results of 2D fluorescence spectrum analysis for the ballast water sample in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 and 12 illustrate 3D fluorescence spectrum analysis results of ballast water samples sterilized and non-sterilized ballast water samples by electrolysis in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 and 14 illustrate a 3D fluorescence spectrum analysis result of a ballast water sample sterilized ballast water by filtration with a filter in one embodiment of the present invention, and a ballast water sample not sterilized. will be.
  • first lattice filter structure 411, 421 primary partition wall
  • 1 is a perspective view showing the configuration of a representative sample collection device for analyzing living organisms in ballast water according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a perspective view showing the configuration of the mixer 40 of the representative sample collection device for analyzing the living organisms in ballast water according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a view showing a state in which the representative sample collection device for analyzing the living organisms in ballast water according to an embodiment of the present invention installed in the main pipe.
  • the present invention relates to a representative sample collection device for the analysis of living organisms in ballast water, and to increase the representativeness and accuracy of the sample to intuitively analyze and evaluate the presence and quantity of organic organisms alive in the discharged ballast water.
  • Representative sample collection device for the analysis of living organisms in ballast water is a representative sample collection device for the analysis of living organisms in ballast water.
  • the representative sample collecting device for analyzing the living organisms in the ballast water includes an inlet part 10 connected to the main pipe in a direction in which a ballast water fluid flows, and the inlet part. It is provided between the outlet portion 30 provided at the other end of the portion 10 and the inlet portion 10 and the outlet portion 30, formed in the L-type, S-type, c-type or U-type
  • the body portion 20 is interposed between the body portion 20 and the outlet portion 30, and comprises a mixer 40 for homogenizing the density of living organisms contained in the ballast water.
  • the mixer 40 serves to homogenize the density of living organisms existing in the ballast water collected through the inlet 10. Therefore, the complete development zone is induced by the complete mixing and stabilization of the fluid by the mixer, and the ballast water complete development zone can represent the ballast number by totally homogenizing the density of living organisms and natural phosphors. That is, the ballast water sample from which the fully developed flow is induced can represent the presence, quantity, or density of living organisms contained in the ballast water as the representative sample. Therefore, by collecting the representative sample for the analysis of the living organisms in the ballast water from the collecting device, it is possible to accurately analyze the presence of living organisms in the ballast water.
  • the mixer 40 has primary equal partitions 411 and 421 provided at predetermined equal intervals, and predetermined equal intervals with respect to a direction orthogonal to the primary partitions 411 and 421.
  • the first grating filter structure 410 is formed in the same manner as the first grating filter structure 410 and the first grating filter structure 410 is formed by combining the secondary partitions 412 and 422 provided with a distance to form a filtering flow path having a square cross section.
  • a second lattice filter structure 420 is installed and provided in a state in which the filter structure 410 is rotated at a predetermined selected angle in one direction.
  • the first grating filter structure 410 is provided with a second grating filter structure 420 which is installed in a state rotated 45 ° in one direction.
  • the collecting device is provided on one side of the main pipe is provided to position the inlet 10 in the direction in which the ballast water flowing in one direction.
  • the collecting device has a shape of L type, S type, c type or U type according to the collection environment.
  • Figure 4 is a table showing the results of CFD (Computational fluid dynamics) showing the effect on the mixing and stabilization of the collected fluid during the installation of a collecting device for the analysis of living organisms in ballast water according to an embodiment of the present invention.
  • the collection device for analyzing the living organisms in the ballast water of the present invention includes a mixer 40 to shorten the length of the straight pipe required for the collection of representative samples, thereby ensuring representativeness of the sample, ease of installation, and economic efficiency. Will be.
  • the collected representative sample may be analyzed using fluorescence analysis.
  • the collected representative sample is further subjected to a filtering step using a filter paper or the like and then analyzed using fluorescence analysis.
  • the fluorescence method may be selected from the three-dimensional or two-dimensional fluorescence method, and the analysis of the standard material is first made a calibration curve, and then the analysis results are confirmed by comparing the collected ballast water samples with the analysis values. .
  • the fluorescence spectrometer selects a natural phosphor standard, measures and analyzes wavelength and intensity using a fluorescence spectrum analyzer, and then uses a fluorescence spectrum analyzer to measure a natural phosphor contained in the collected representative sample. Measure and analyze the excess strength. Next, by comparing the measurement and analysis results obtained above, it is possible to analyze the presence and quantity of living organisms in the representative sample. Through the area shown in the chromatogram according to the analysis result, the existence and amount of living organisms can be intuitively determined and analyzed.
  • the fluorescence spectrum analyzer used in the fluorescence assay is an excitation-emission matrix (EEM) fluorescence spectroscopy, which has high sensitivity and high selectivity without decomposition of a sample.
  • EEM excitation-emission matrix
  • the sample analysis time for identifying the characteristics of living organisms or dissolved organic matter is short, and the device is easy to use.
  • the wavelength measurement range of the fluorescence spectrum analyzer may be 250 ⁇ 600nm.
  • the natural phosphor is a pigmented lipid (lipo-pigment), nicotinamide adenine dinucleotide phosphoric acid (NADPH), nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), flavin coenzyme, tyrosine, tryptophan, fulvic acid (fulvic acid) and It may be a substance such as humic acid.
  • -As a protein standard solution, bovine serum albumin, a bovine serum protein, was used.
  • Albumin was prepared at a concentration of 2.0 mg / mL in a 0.9% NaCl solution containing sodium azide, and then diluted 4: 1 with diluting solvent: standard solution for use as a storage solution.
  • Artificial seawater was prepared by injecting 36 g of purchased artificial seawater (Diago's artificial seawater SP for marine microalgae medium) into 1 L of ultrapure water.
  • Ultrapure water was prepared using a Sigma-Aldrich product or an ultrapure water maker (Milli-Q, 18.2 M ⁇ .cm 25 ° C., 3 ppb TOC).
  • ballast water flows through the pipe, it enters the collecting pipe and filters a certain amount of sample through 5B. Then, about 2 mL of the filtered liquid is injected into a 5 mm quartz cell of the fluorometer, and the excitation wavelength is 275 nm ( Protein), 330 nm (Fuvic acid) and 370 nm (Humic acid) were set to 2D, 3D fluorescence analysis of Protein like, Humic like, Fuvic like materials.
  • EEM fluorescence excitation-emission matrix
  • a 50 mL water sample was filtered in a natural flow method on a 5B filter paper having a high sedimentation retention property to obtain 2 mL or more filtered water samples, and the 2 mL filtered sample was 5 mm using a sterile pipette. Aliquot to quartz cell. Then, a 5 mm quartz cell containing a 2 mL sample was inserted into the 3D analyzer, and the excitation and emission wavelengths were fixed at 250 to 600 nm, respectively, and scanning was performed for about 40 minutes. The procedure was repeated using 2 mL of ultrapure water to obtain a blank to correct the scanning analysis value of the water sample.
  • fluorescence spectra were analyzed using a 2D scanning device.
  • a 5 mm quartz cell containing a 2 mL sample prepared in Example 2 was inserted into a 2D analyzer, and excitation wavelengths for a target analyte were 275 nm (protein), 330 nm (fulvic acid), and 370 nm (humic), respectively. acid) was quantitatively analyzed for about 5 minutes.
  • the procedure was repeated using 2 mL of ultrapure water to obtain a blank to correct the scanning analysis value of the water sample.
  • FIG. 5 shows the results of the 3D fluorescence spectrum analysis according to Example 2, the analysis results of the standard material shown at 250 ⁇ 600nm (left), the analysis results of the ballast water sample (middle) shown at 340 ⁇ 460nm (middle), ultrapure water (blank) The result of analysis (right) is shown.
  • the ballast sample analysis results it can be seen from the ballast sample analysis results that some of the standard materials, fulvic acid and humic acid, exist.
  • the fulvic acid and humic acid are observed in the process of the death, degradation, and birth of living organisms, and the presence of fulvic acid and humic acid can indirectly confirm the presence or absence of living organisms, and thus still survive within the ballast water discharged from the result. You can see that creatures exist.
  • Figure 6 shows the 2D fluorescence spectrum analysis results according to Example 3, the top two graphs are the analysis results of the ballast water sample and the bottom graph shows the analysis results of ultrapure water production (blank). From this, it is possible to determine the existence of living organisms and indirectly the amount of living organisms in the ballast water sample by 2D fluorescence spectrum analysis.
  • Figure 7 shows the results analyzed by the 3D fluorescence spectrum analysis method according to Example 2 by varying the concentration of the standard solution.
  • the standard material is detected at a broader wavelength according to the concentration of the standard solution. From this, it can be seen that the amount of the standard material can be intuitively determined according to the distribution degree of the graph. .
  • FIG. 8 shows the result of analyzing the ballast water sample by the 3D fluorescence spectrum analysis method according to Example 2.
  • the degree of distribution of the graphs differs according to the wavelength.
  • Samples 1, 5, and 6 which show relatively broadly distributed graphs, various concentrations of fulvic acid and humic acid are present. Relatively small amount of fulvic acid and humic acid is present, and in the case of Sample 4 shows a graph similar to the above, it is determined that a relatively large amount of fulvic acid and humic acid of a specific concentration.
  • 11 and 12, 13 and 14 show the results analyzed by the 2D and 3D fluorescence spectrum analysis method with and without ballast water treatment.
  • the ballast water treatment means that the organisms in the ballast water injected into the vessel are removed or harmless by mechanical, physical, chemical or biological methods, and discharged to the ocean after the ballast water treatment.
  • FIG. 11 and 12 show fluorescence spectrum analysis results of a water sample (FIG. 11) in which ballast water was sterilized by electrolysis and a non-sterilized water sample (FIG. 12).
  • FIG. 11 it can be seen that protein, fulvic acid, and humic acid are not detected during the sterilization treatment by electrolysis from the 3D fluorescence spectrum analysis result and the 2D spectral analysis result. In the presence of protein, fulvic acid and humic acid can be confirmed. This means that it is possible to analyze the presence and quantity of aquatic organisms by using a simple fluorescence method from the sample collected by collecting the representative sample through the representative sample collection device for analyzing the living organisms in the ballast water according to the present invention. .
  • FIG. 13 and FIG. 14 show fluorescence spectrum analysis results of a water sample (FIG. 13) in which the ballast water was sterilized by filtration after filtration with a filter, and a water sample (FIG. 14) without the sterilization treatment. It is shown. Comparing FIGS. 13 and 14, from the 3D fluorescence spectrum analysis results and the 2D spectral analysis results, the protein system was not detected during the sterilization treatment by the filter and the UV treatment, but the fulvic acid and the humic acid were compared with the case where the sterilization treatment was not performed. It can be confirmed that a small amount is detected. From these results, it is determined that aquatic organisms exist despite the sterilization treatment.
  • the present invention it is possible to collect the representative sample in which the fully developed flow is induced by providing only a collecting device capable of collecting the representative sample, without installing a complicated facility for analyzing the living organisms in the ballast water.
  • representative samples can be easily collected from vessels that have been temporarily anchored, and then analyzed by the existing apparatus, thereby making it possible to easily perform surface analysis by obtaining analysis results of living organisms.
  • fluorescence analysis it is very useful and convenient.
  • the presence and quantity of living organisms in ballast water can be analyzed.

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Abstract

본 발명은 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치에 관한 것으로, 배출되는 밸러스트 수에 생존하는 유기생물체의 존재여부 및 그 양을 분석할 수 있도록 하기 위하여, 밸러스트 수 대표시료를 포집하는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 밸러스트 수 유체가 유입되는 방향으로 주배관에 접속하여 구비되는 입구부(10)와; 상기 입구부(10)의 타단에 구비되는 출구부(30)와; 상기 입구부(10)와 출구부(30) 사이에 개재되어 구비되고, L형, S형, ㄷ형 또는 U형으로 형성되어 구비되는 바디부(20)와; 상기 바디부(20)와 출구부(30) 사이에 개재되어 구비되고, 상기 밸러스트 수를 균질화 시키는 믹서기(40);를 포함하여 구성되어, 상기 믹서기에 의해 밸러스트 수 유체가 완전 혼합 및 안정화된 완전 발달 구역을 유도하는 것을 특징으로 하는, 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치가 개시된다.

Description

밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치
본 발명은 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치에 관한 것으로, 배출되는 밸러스트 수에 생존하는 유기생물체의 존재여부 및 그 양을 분석할 수 있도록 하기 위하여, 밸러스트 수 대표시료를 포집하는 장치에 관한 것이다.
밸러스트 수(ballast water)란 선박이 짐을 싣지 않고 운항하는 경우에 선박의 균형을 유지하기 위해 선박 내의 밸러스트 탱크에 채우는 해수를 의미한다. 국제교역량의 증가와 함께 해상운송 비율이 점점 증가하고 있고 그에 따라 선박 수의 증가 및 대형화가 빠르게 이루어지고 있어 선박에서 사용하는 밸러스트수의 양도 크게 증가하고 있다. 선박에서 사용하는 밸러스트수의 양이 증가함에 따라 외래 해양생물종들의 이동과 유입으로 인한 토착 해양생태계의 피해 발생 사례 역시 증가하고 있는 바, 이러한 국제적인 환경문제를 해결하기 위해 2004년도에 국제해사기구(IMO)에서 '선박의 밸러스트수와 침전물의 통제와 관리에 대한 국제협약'이 채택되어 발효될 예정에 있다.
관련해서, 선주협회 등에서는 평형수 내 생물체의 분석방법 표준화(지침서 G2)가 완성되지 않은 현상태(IMO BLG 16/4, 2012)에서는 협약을 비준할 수 없다고 강력히 주장(IMO MEPC 66/2/11, 2014; MEPC 65/2/17, 2013 etc.)하고 있는 실정이다.
상기 배출되는 밸러스트 수 내의 생물체를 분석하는 방법으로서 종래에는 밸러스트 수가 배출되는 배관에서 일정량의 밸러스트 수 시료를 채취한 후 이를 네트에 걸러 농축한 후 현미경을 이용하여 검사하는 정밀분석방법이 사용되어 오고 있다.
상기 정밀분석방법을 이용할 경우, 배출되는 밸러스트 수의 검사에 상당한 시간이 소요되므로 실시간으로 배출되는 밸러스트 수에 대한 검사결과를 얻을 수 없고 일시 정박한 선박에서, 배출되는 밸러스트 수에 대한 정밀분석을 수행하기 곤란한 문제점이 있다.
또한, 상기 밸러스트 수의 시료를 채취함에 있어서, 폐쇄된 배관 구조로부터 전체 유체를 대표할 수 있는 시료를 얻기 위해서는, 배출되는 밸러스트 수가 배관 내에서 안정화된 속도분포와 층류를 유지할 수 있도록 한 후, 이로부터 대표 시료를 얻는 것이 중요하다.
따라서, 본 발명자는 상기와 같은 기술적 요구에 착안하여, 배출되는 밸러스트 수로부터 대표성과 정확성을 높인 대표 시료를 채취할 수 있는 포집장치를 개발하고, 상기 포집장치로부터 간단한 분석방법으로 생존생물의 존부를 분석하여 지표분석으로 활용할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명은, 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
밸러스트 수 유체가 유입되는 방향으로 주배관에 접속하여 구비되는 입구부(10)와;
상기 입구부(10)의 타단에 구비되는 출구부(30)와;
상기 입구부(10)와 출구부(30) 사이에 개재되어 구비되고, L형, S형, ㄷ형 또는 U형으로 형성되어 구비되는 바디부(20)와;
상기 바디부(20)와 출구부(30) 사이에 개재되어 구비되고, 상기 밸러스트 수를 균질화 시키는 믹서기(40);를 포함하여 구성되어,
상기 믹서기에 의해 밸러스트 수 유체가 완전 혼합 및 안정화된 완전 발달 구역을 유도하는 것을 특징으로 하는, 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한 본 발명에 있어서 상기 믹서기(40)는,
소정의 등간격의 이격거리로 구비되는 1차 격벽(411,421)들과, 상기 1차 격벽(411,421)들과 직교하는 방향에 대해서 소정의 등간격의 이격거리로 구비되는 2차 격벽(412,422)들이 결합하여 정방형 단면의 필터링 유로를 형성하는 제 1 격자 필터구조물(410)과,
상기 제 1 격자 필터구조물(410)과 동일하게 구성되고, 상기 제 1 격자 필터구조물(410)에 대해서 일방향으로 소정의 선택된 각도로 회전한 상태로 설치되어 구비되는 제 2 격자 필터구조물(420)로 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 밸러스트 수 내 생존생물 분석은, 형광분석법에 의하여 밸러스트 수 내 생존생물의 존부 및 양(量)을 분석하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배출되는 밸러스트 수로부터 대표시료를 용이하게 채취할 수 있는 효과가 있다. 특히 본 발명의 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 포집장치는 믹서기를 구비함으로써 대표시료의 채취를 위하여 요구되는 직선 배관의 길이를 단축시켜 시료의 대표성, 설치의 용이성 및 경제성을 확보할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명의 장치를 이용하여 포집한 밸러스트 수 대표시료는 형광분석법을 이용하여 전처리 과정 없이 빠른 시간 안에 간단한 방법으로, 밸러스트 수 내 생존생물의 존재여부를 확인할 수 있어, 실시간에 가깝게 시료를 분석할 수 있다. 이에 따라 생존생물의 존재 유무와, 생존생물의 양을 간단히 분석, 평가함으로써 지표분석에 활용하여, 이를 토대로 정밀분석의 필요성 여부를 판단할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 분석감도가 뛰어나서 저농도의 시료에서도 형광분석이 가능하여 매우 효과적으로 분석할 수 있으며, 세균, 식물플랑크톤, 동물플랑크톤 등 생존하는 생물에 대해 전체적으로 존재여부를 용이하게 식별할 수 있고, 간접적으로 생존생물의 양을 판단할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치의 믹서기의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치가 주배관에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치의 설치시 포집된 유체의 혼합 및 안정화에 대한 효과를 나타낸 CFD(Computational fluid dynamics) 결과를 나타낸 표이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 형광 스펙트럼 분석결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 형광 스펙트럼 분석결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 표준용액의 농도를 달리하여 3D 형광 스펙트럼 분석방법으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 밸러스트 수 시료에 대한 3D 형광 스펙트럼 분석방법으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에서 밸러스트 수 시료에 대한 2D 형광 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에서 전기분해에 의하여 밸러스트 수를 살균처리한 밸러스트 수 시료와 살균처리하지 않은 밸러스트 수 시료의 3D 형광 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에서 필터로 여과처리한 후 자외선을 조사하여 밸러스트 수를 살균처리한 밸러스트 수 시료와, 살균처리를 하지 않은 밸러스트 수 시료의 3D 형광 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.
* 부호의 설명
10: 입구부 20: 바디부
30: 출구부 40: 믹서기
410: 제 1 격자 필터구조물 411,421: 1차 격벽
412,422: 2차 격벽 420: 제 2 격자 필터구조물
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치의 구성을 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치의 믹서기(40)의 구성을 나타낸 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치가 주배관에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치에 관한 것으로, 배출되는 밸러스트 수에 생존하는 유기생물체의 존재여부 및 그 양을 직관적으로 분석 및 평가할 수 있도록, 시료의 대표성과 정확성을 높인 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치에 관한 것이다.
구체적으로 도 1 내지 3을 참조하면, 상기 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치의 구성은, 밸러스트 수 유체가 유입되는 방향으로 주배관에 접속하여 구비되는 입구부(10)와, 상기 입구부(10)의 타단에 구비되는 출구부(30)와, 상기 입구부(10)와 출구부(30) 사이에 개재되어 구비되고, L형, S형, ㄷ형 또는 U형으로 형성되어 구비되는 바디부(20)와, 상기 바디부(20)와 출구부(30) 사이에 개재되어 구비되고, 상기 밸러스트 수에 포함된 생존생물의 밀도를 균질화 시키는 믹서기(40)를 포함하여 구성된다.
이 때 상기 믹서기(40)는, 상기 입구부(10)를 통해서 채취되는 상기 선박평형수내의 존재하는 생존생물의 밀도를 균질화시키는 역할을 수행한다. 따라서, 상기 믹서기에 의하여 유체가 완전 혼합 및 안정화됨으로서 완전 발달 구역이 유도되고, 이러한 밸러스트 수 완전 발달 구역은 생존생물, 자연 형광체 등의 밀도가 전체적으로 균질화됨으로써 밸러스트 수를 대표할 수 있게 된다. 즉, 상기 완전 발달 유동(fully developed flow)이 유도된 밸러스트 수 시료는 대표시료로서 밸러스트 수에 포함된 생존생물의 존부, 양 또는 밀도 등을 대표할 수 있게 된다. 따라서 상기 포집장치로부터 밸러스투 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료를 포집한 후 이를 분석함으로써 밸러스트 수 내 생존생물의 존재여부를 정확하게 분석할 수 있게 된다.
바람직한 실시예로서 상기 믹서기(40)는, 소정의 등간격의 이격거리로 구비되는 1차 격벽(411,421)들과, 상기 1차 격벽(411,421)들과 직교하는 방향에 대해서 소정의 등간격의 이격거리로 구비되는 2차 격벽(412,422)들이 결합하여 정방형 단면의 필터링 유로를 형성하는 제 1 격자 필터구조물(410)과, 상기 제 1 격자 필터구조물(410)과 동일하게 구성되고, 상기 제 1 격자 필터구조물(410)에 대해서 일방향으로 소정의 선택된 각도로 회전한 상태로 설치되어 구비되는 제 2 격자 필터구조물(420)로 구비된다. 바람직하게는, 상기 제 1 격자 필터구조물(410)에 대해서 일방향으로 45° 회전한 상태로 설치되어 구비되는 제 2 격자 필터구조물(420)로 구비된다.
한편, 도 3에서와 같이 상기 포집장치는 주배관의 일측에 설치되어 일방향으로 유동하는 밸러스트 수가 유입되는 방향으로 상기 입구부(10)를 위치하도록 구비된다. 상기 포집장치의 형상은 채집환경에 따라서, L형, S형, ㄷ형 또는 U형 등으로 구비된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 포집장치의 설치시 포집된 유체의 혼합 및 안정화에 대한 효과를 나타낸 CFD(Computational fluid dynamics) 결과를 나타낸 표이다.
도 4에서와 같이, 형상별 상기 포집장치 내에 상기 믹서기(40)를 설치한 결과, 믹서기(40)를 미설치한 경우와 비교해서 직선 배관내의 혼합 및 안정화에 필요한 거리단축 효과와 관련한 CFD(Computational fluid dynamics) 결과를 통해서 그 효과를 확인할 수 있다. 즉, 상기 본 발명의 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 포집장치의 설치 시, 직선 배관 내 혼합 및 안정화를 통한 완전 발달 유동을 유도하기 위한 직선 배관의 길이를 단축시킬 수 있다. 이와같이 본 발명의 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 포집장치는 믹서기(40)를 구비함으로써 대표시료의 채취를 위하여 요구되는 직선 배관의 길이를 단축시켜 시료의 대표성, 설치의 용이성 및 경제성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 상기 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치로부터 완전 발달 유동(fully developed flow)이 유도된 대표시료를 포집한 후, 포집된 대표시료는 형광분석법을 이용하여 분석할 수 있다. 바람직하게는, 상기 채취된 대표시료는 여과지 등을 이용하여 필터링 단계를 더 거친 후 형광분석법을 이용하여 분석한다.
상기 형광분석법은 3차원 또는 2차원 형광분석법 중 하나를 선택할 수 있으며, 먼저 표준물질에 대하여 분석을 실시하여 검량선을 작성한 후 상기 채취한 밸러스트 수 시료를 분석한 값과 비교하여 분석결과를 확정하게 된다. 바람직한 실시예로서 상기 형광분석법은 자연 형광체 표준물질을 선정하고, 형광 스펙트럼 분석기를 이용하여 파장과 강도를 측정ㆍ분석한 다음, 상기 포집된 대표시료에 포함된 자연 형광체를 형광 스펙트럼 분석기를 이용하여 파장과 강도를 측정ㆍ분석한다. 다음으로, 상기에서 얻은 측정ㆍ분석결과를 비교하여, 상기 대표시료 내 생존생물의 존부 및 양(量)을 분석할 수 있다. 이러한 분석결과에 따른 크로마토그램에서 나타난 면적을 통하여 생존생물의 존부와 그 양을 직관적으로 판단 및 분석하게 된다.
또한 이러한 형광분석법에 의하면, 세균, 식물 플랑크톤, 동물 플랑크톤 등 3개 이상 생물 분류군을 모두 포함하여 분석할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 형광분석법에 이용되는 형광 스펙트럼 분석기는 여기-발광 형광 분석장치(excitation-emission matrix (EEM) fluorescence spectroscopy)로서 높은 감도와 시료의 분해 없이 높은 선택도를 가지는 것이 바람직하고, 이에 의해서 생존생물 또는 용존 유기물의 특성을 파악하는 시료 분석 시간이 짧고 장치의 사용이 쉬운 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 형광 스펙트럼 분석기의 파장 측정 범위는 250 ~ 600㎚일 수 있다.
또한, 상기 자연 형광체는 색소성 지질(lipo-pigment), 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오타이드 인산(NADPH), 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오타이드(NADH), 플라빈 보조효소, 티로신, 트립토판, 풀빅산(fulvic acid) 및 휴믹산(humic acid) 등의 물질일 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하기로 하나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
재료
- 단백질 표준용액으로는, 소의 혈청 단백질인 알부민(Bovine serum albumin) 등을 이용하였다. 소디움 아자이드(Sodium azide)를 포함한 0.9% NaCl 용액에 알부민을 2.0 mg/mL 농도로 조제한 다음, 저장용액으로 사용하기 위해 희석용매:표준용액을 4:1로 희석하였다.
- 표준 휴믹산으로는, 초순수 1 L에 IHSS Elliott Soil (1S102H 300 mg, International Humic Substances Society 제조)를 95 mg을 주입하여 제조하여　사용하였다.
- 표준 풀빅산으로는, 초순수 1 L에 IHSS Suwannee River (2S101F 300 mg, International Humic Substances Society 제조)를 0.5~4.0 mg을 주입하여 제조하여 사용하였다.
- 인공해수는, 구입한 인공해수(Diago's artificial seawater SP for marine microalgae medium) 36 g을 1 L 초순수에 주입하여 제조하였다.
- 초순수는, 시그마-알드리치 제품 또는 초순수 제조기(Milli-Q, 18.2 MΩ.cm 25℃, 3 ppb TOC)를 이용하여 준비하였다.
방법
밸러스트 수가 배관을 통과하는 중 포집장치 배관에 유입되어 시료 일정량을 5B여지를 통과하여 여과한 후, 여과된 액 약 2 mL를 형광분석기의 5 mm Quartz cell에 주입하고, 여기 파장을 각각 275 nm(Protein), 330 nm(Fuvic acid), 370 nm(Humic acid)로 설정하여, Protein like, Humic like, Fuvic like 물질들의 2D, 3D 형광분석 조사를 진행하였다.
아울러, 초순수 제조수 2 mL를 이용하여 상기 과정을 반복하여 바탕값(blank)을 확보하여 수 시료의 스캐닝 분석값이 보정되어 결과 데이터로 출력하였다.
실시예 1: 검량선 작성
먼저, 단백질, 풀빅산, 휴믹산계 표준물질을 이용하여, 0.1, 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 mg/L 농도로 제조하고, 제조 즉시 2D 형광스펙트럼분석기(Fluorescence spectrometer FS-2, SCINCO, KOREA)를 이용하여, 상기 단백질, 풀빅산, 휴믹산계 표준물질을 각각 275 nm, 330 nm, 370 nm의 파장에서 약 5분씩 정량분석하였다. 상기 정량분석으로 얻어진 그래프를 수 시료 분석 결과의 검량선으로 이용하였다.
실시예 2: 3D 형광 스펙트럼 분석
본 실시예에서는, 3D 스캐닝 기기를 활용하여, 형광 EEM(excitation-emission matrix) 분석법을 수행하였다.
구체적으로, 상대적으로 침전보지성이 높은 5B 여과지에 50 mL 水시료를 자연유하식으로 여과시켜 2 mL 이상의 여과된 수 시료를 확보하고, 상기 2 mL의 여과된 시료를 멸균피펫을 이용하여 5 mm Quartz cell에 분취하였다. 이후, 2 mL 시료를 포함한 5 mm Quartz cell을 3D 분석기에 삽입하고, 여기 및 방출 파장을 각각 250~600 nm로 고정하고 약 40분간 스캐닝을 실시하였다. 초순수 제조수 2 mL를 이용하여 상기 과정을 반복하여 바탕값(blank)을 확보하여 수 시료의 스캐닝 분석값을 보정하였다.
실시예 3: 2D 형광 스펙트럼 분석
본 실시예에서는, 2D 스캐닝 기기를 활용하여, 형광 스펙트럼을 분석하였다. 먼저, 상기 실시예 2에서 준비된 2 mL 시료를 포함한 5 mm Quartz cell을 2D 분석기에 삽입하고, 목표 분석물질을 위한 여기 파장을 각각 275 nm(protein), 330 nm(fulvic acid), 370 nm(humic acid)로 하여 약 5분씩 정량분석하였다. 또한 초순수 제조수 2 mL를 이용하여 상기 과정을 반복하여 바탕값(blank)을 확보하여 수 시료의 스캐닝 분석값을 보정하였다.
분석결과는 도 5 내지 도 10에 나타내었다.
도 5는 상기 실시예 2에 따른 3D 형광 스펙트럼 분석결과를 나타낸 것으로, 250~600nm에서 나타난 표준 물질의 분석결과(좌), 340~460nm에서 나타난 밸러스트 수 시료의 분석결과(가운데), 초순수 제조수(blank) 분석결과(우)를 나타낸다. 이를 참고하면, 밸러스트 수 시료 분석결과로부터 표준물질인 풀빅산 및 휴믹산이 일부 존재함을 확인할 수 있다. 상기 풀빅산 및 휴믹산은 생물의 사멸, 분해, 탄생의 과정에서 관찰되는 것으로서 풀빅산 및 휴믹산의 존재는 생존생물의 존재유무를 간접적으로 확인할 수 있게 되는바, 상기 결과로부터 배출되는 밸러스트 수 내에 여전히 생존 생물이 존재함을 확인할 수 있다.
또한 도 6은 상기 실시예 3에 따른 2D 형광 스펙트럼 분석결과를 나타낸 것으로, 상단의 2개 그래프는 밸러스트 수 시료의 분석결과이고 하단의 그래프는 초순수 제조수(blank)의 분석결과를 나타낸 것이다. 이로부터 2D 형광 스펙트럼 분석에 의해서 밸러스트 수 시료에서 생존생물의 존재유무와, 간접적으로 생존생물의 양을 파악할 수 있다.
또한 도 7은 표준용액의 농도를 달리하여 상기 실시예 2에 따른 3D 형광 스펙트럼 분석방법으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 7을 참고하면 표준용액의 농도에 따라 보다 넓은 파장에서 표준물질이 검출됨을 직관적으로 파악할 수 있는바, 이로부터 그래프의 분포 정도에 따라 표준물질의 양을 직관적으로 파악하는 것이 가능함을 확인할 수 있다.
또한 도 8은 밸러스트 수 시료에 대하여, 상기 실시예 2에 따른 3D 형광 스펙트럼 분석방법으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
시료에 따라 파장에 따른 그래프의 분포정도가 상이하게 나타나는바, 상대적으로 넓게 분포된 그래프를 나타내는 시료 1, 5, 6의 경우 다양한 농도의 풀빅산 및 휴믹산이 존재하는 것으로, 시료 2, 3의 경우 상대적으로 적은 양의 풀빅산 및 휴믹산이 존재하는 것으로, 시료 4의 경우 상기 도 7과 유사한 그래프를 나타내는바, 특정 농도의 풀빅산 및 휴믹산이 상대적으로 다량 존재하는 것으로 판단된다.
또한 도 9 및 도 10은 상기 실시예 3에 따른 2D 형광 스펙트럼 분석방법으로 밸러스트 수 시료를 분석한 결과를 나타낸 것으로, 수중 생물을 포함한 시료에서 풀빅산 및 휴믹산이 존재함을 분명하게 확인할 수 있고, 농도 또는 양에 따라 그래프의 양상이 달라짐을 확인할 수 있는 바, 이로부터 수중생물의 존재여부 및 양을 직관적으로 파악할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한 도 11 및 도 12, 도 13 및 도 14는 밸러스트 수 처리 유ㆍ무의 2D 및 3D 형광 스펙트럼 분석방법으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
이 때, 밸러스트 수 처리란, 선박에 주입된 밸러스트 수 중의 생물에 대해서 기계적·물리적·화학적 또는 생물학적 방법을 사용하여 제거하거나 또는 무해하게 하는 것을 의미하는 것으로, 밸러스트 수 처리 후 해양으로 배출하게 된다.
도 11 및 도 12는 전기분해에 의하여 밸러스트 수를 살균처리한 수 시료(도 11)와, 살균처리하지 않은 수 시료(도 12)의 형광 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 11을 참고하면 3D 형광 스펙트럼 분석결과 및 2D 스펙트럼 분석결과로부터 전기분해에 의한 살균 처리시 단백질계, 풀빅산 및 휴믹산이 검출되지 않음을 확인할 수 있고, 도 12로부터 살균처리를 하지 않은 비처리수에 있어서는 단백질계, 풀빅산 및 휴믹산이 존재함을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치를 통해 대표시표를 채취함으로써 채취된 시료로부터 간단한 형광분석법을 이용하여 수중생물의 존재여부 및 양을 분석할 수 있음을 의미한다.
또한 도 13 및 도 14는 필터로 여과처리한 후 자외선을 조사하여 밸러스트 수를 살균처리한 수 시료(도 13)와, 상기의 살균처리를 하지 않은 수 시료(도 14)의 형광 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 13 및 도 14를 비교하면 3D 형광 스펙트럼 분석결과 및 2D 스펙트럼 분석결과로부터, 필터 및 자외선 처리에 의한 살균처리시 단백질계는 검출되지 않았으나, 살균처리를 하지 않은 경우와 비교하여 풀빅산 및 휴믹산이 적은 양으로 검출됨을 확인할 수 있다. 이러한 결과로부터 상기 살균처리에도 불구하고 수중생물이 존재하는 것으로 판단된다.
또한 상기 도 11 및 도 13을 비교하면 필터 및 자외선 처리에 의한 살균처리와 비교하여 전기분해에 의한 살균처리시 생존생물에 대한 살균력이 더 우수한 것을 확인할 수 있다.
또한, 결과를 도시하지 않았으나, 실제로 살균처리를 한 밸러스트 수 시료와 살균처리를 하지 않은 밸러스트 수 시료 179개에 대하여 분석하였고, 그 결과 약 80% 가까운 시료에서 상기와 같이 살균처리에 따른 생존생물의 분석에 대한 상관관계를 나타내었다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 복잡한 설비를 선박 내에 설치하지 않고, 대표시료를 채취할 수 있는 포집장치만 구비하도록 하여 완전 발달 유동이 유도된 대표시료를 채취할 수 있고, 기존의 분석장치를 이용하여 밸러스트 수 내 생존생물의 존부 및 양을 용이하게 분석할 수 있다. 이에 따라 일시 정박한 선박에서 간편하게 대표 시료를 채취한 후 기존 장치로 분석하여 용이하게 생존생물의 분석결과를 얻음에 따라 지표분석을 수행할 수 있게 되고, 특히 형광분석법을 이용하여, 매우 유용하고 간편하면서 직관적으로 밸러스트 수 내 생존생물의 존부 및 양을 분석할 수 있는 것으로 판단된다.

Claims (3)

  1. 밸러스트 수 유체가 유입되는 방향으로 주배관에 접속하여 구비되는 입구부(10)와;
    상기 입구부(10)의 타단에 구비되는 출구부(30)와;
    상기 입구부(10)와 출구부(30) 사이에 개재되어 구비되고, L형, S형, ㄷ형 또는 U형으로 형성되어 구비되는 바디부(20)와;
    상기 바디부(20)와 출구부(30) 사이에 개재되어 구비되고, 상기 밸러스트 수를 균질화 시키는 믹서기(40);를 포함하여 구성되어,
    상기 믹서기에 의해 밸러스트 수 유체가 완전 혼합 및 안정화된 완전 발달 구역을 유도하는 것을 특징으로 하는, 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹서기(40)는,
    소정의 등간격의 이격거리로 구비되는 1차 격벽(411,421)들과, 상기 1차 격벽(411,421)들과 직교하는 방향에 대해서 소정의 등간격의 이격거리로 구비되는 2차 격벽(412,422)들이 결합하여 정방형 단면의 필터링 유로를 형성하는 제 1 격자 필터구조물(410)과,
    상기 제 1 격자 필터구조물(410)과 동일하게 구성되고, 상기 제 1 격자 필터구조물(410)에 대해서 일방향으로 소정의 선택된 각도로 회전한 상태로 설치되어 구비되는 제 2 격자 필터구조물(420)로 구비되는 것을 특징으로 하는, 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸러스트 수 내 생존생물 분석은, 형광분석법에 의하여 밸러스트 수 내 생존생물의 존부 및 양(量)을 분석하는 것을 특징으로 하는, 밸러스트 수 내 생존생물 분석을 위한 대표시료 포집장치.
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