WO2018097458A1 - 다중광원 구조를 이용한 광분석장치 및 그 방법 - Google Patents

다중광원 구조를 이용한 광분석장치 및 그 방법 Download PDF

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오상우
이문진
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한국해양과학기술원
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Definitions

  • the present invention relates to an optical analysis device for detecting an object by detecting the reaction light generated from the measurement object generated after irradiation with light, and more particularly, the number of light sources according to the concentration of the measurement object, such as marine oil spill.
  • the present invention relates to an optical analysis device using a multi-light source structure and a method for adjusting the result to obtain an optimized measurement result.
  • an optical analyzer that analyzes and measures the properties of light such as the intensity and phase of light reacted with a measurement object can know the state of the amount or type of the measurement object according to the reaction light.
  • Such an optical analyzer includes an absorbance analysis device that quantifies the amount of light absorbed and partially passed according to an aspect of a measurement object, a spectroscopic analysis device that results in an amount of light transmitted or absorbed according to a wavelength band, and an ultraviolet ray. Fluorescence analysis equipment using a phenomenon that is excited by the wavelength and emits light.
  • the optical analysis device for analyzing the amount (concentration) of the measurement object of the prior art since the state of the light reacted depends on the amount of the amount of the object, in order to optimize the result value according to the measurement range, That is, in order to obtain the maximum measurement result or to widen the measurement range even when measuring a small amount of sample, the method of controlling the time and spatial reaction with the light according to the characteristics (type, quantity, etc.) of the material to be measured It is reflected in the measuring system or measuring system, such as adjusting the sensitivity of an optical sensor that measures a light, and adjusting the intensity of a light source.
  • the method of controlling the time and spatial range of reaction with light is mainly applied when measuring a small amount of sample, and increases the space and time that passes through or reacts to the measurement object.
  • a method of increasing the optical path length is used.
  • Increasing the length of the optical path not only increases the minimum measurement limit for measuring a small amount of sample, but also changes the state of the light or the like depending on the sample state or a small change in the quantity, so that the measurement resolution It also has the advantage of being able to increase.
  • the amount of sample is increased, the reacted light reaches saturation, and therefore, additional work that requires physically reducing the length of the optical path is required for high concentration measurement. Therefore, a measuring instrument having a single optical path length has a disadvantage in that the measuring range is limited (narrow).
  • the second method of adjusting the sensitivity of the light sensor to measure the light reacted is to use it when you know the result of the light reacted according to the amount of the sample or the type of the sample. It is measured by setting it to an acceptable range.
  • the general measuring range is determined according to the measuring sensitivity (adjustable sensitivity) of the optical sensor, an additional optical component or an electronic component is required to measure an object outside the measuring sensitivity of the optical sensor.
  • a method of amplifying a measurement signal is used.
  • a measurement result is changed into an electrical signal (current or voltage). Additional circuitry that can be amplified is needed.
  • the signal-to-noise ratio of the measurement signal is very low in the case of minute current, the measurement limit value that can be measured is lowered even if it is amplified.
  • the method of adjusting the intensity of a light source which is an area that causes an optical phenomenon of a measuring object, in the optical measuring device is to measure the intensity of the light signal measured by irradiating a greater amount of light to obtain a high signal when the measuring object is a small amount. Is to increase relatively.
  • This method has the advantage of being able to adjust the measuring range without the need for additional optical or electrical amplifiers or structures that change the length of the optical path.
  • the measurement range can be adjusted, but the range in which the amount of light can be adjusted is limited, which has a limitation in that the range of measurement can be fundamentally limited.
  • the light amount of the irradiated light source is basically fixed so that accurate measurement is possible.
  • the reaction value (characteristic of fluorescent light) of the measurement target reacting in advance must be known in advance.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, by selectively applying the number of light sources in the measurement of the object using optical analysis, thereby easily expanding the measurement range according to the concentration of the measurement object, It is an object of the present invention to provide an optical analysis apparatus and method using a multi-light source structure that can be irradiated with the optimum measurement light to obtain an optimized measurement result according to the measurement area.
  • a multiple light source unit having a plurality of light source units each having a light source selectively illuminated for adjusting the amount of light according to the concentration of the measurement object;
  • each side includes a cuvette formed in each column so that each of the light source unit facing each other and the other side to emit the reaction light generated from the object to be measured Cuvette portion to be;
  • An optical sensor unit detecting reaction light emitted through the cuvette unit
  • It may be configured to include; a control unit for controlling the illumination of the light source unit constituting the multi-light source unit.
  • the multiple light source unit includes two light source units,
  • the cuvette is formed of a triangular pillar
  • the control unit The control unit.
  • the light source may be configured to control the multi-light source unit to perform two-step measurement in which the reaction light is linear in the low concentration region and the high concentration region.
  • the multi-light source unit includes three light source units,
  • the cuvette is formed of a square pillar
  • the control unit The control unit.
  • the object is classified into low concentration, medium concentration, and high concentration, and when the measurement object is low concentration, three light sources are irradiated to generate reaction light by the measurement object, and when the measurement object is medium concentration, two light is measured.
  • Reaction light is generated for the object, and when the object to be measured has a high concentration, by generating a reaction light for the object to be measured by irradiating one light, to measure the reaction light for three concentration intervals, the measured reaction
  • the light may be configured to control the multiple light source such that a three-step measurement is performed with linearity in three concentration intervals.
  • the multiple light source unit includes four light source units,
  • the cuvette is formed of a pentagonal column
  • the control unit The control unit.
  • the object is classified into ultra low concentration, low concentration, medium concentration, and high concentration.
  • the measurement object is very low concentration, four light sources are irradiated to generate reaction light by the measurement object.
  • the measurement object is low concentration, three light sources are irradiated.
  • Reaction light is generated by the measurement object, and when the measurement object is medium concentration, the reaction light is generated by irradiating two lights, and when the measurement object is a high concentration, by irradiating one light to the measurement object
  • the optical analysis device comprising a multiple light source unit, a cuvette unit, an optical sensor unit and a control unit
  • the concentration region is equally divided according to the number of light source units.
  • the light source unit When the equally divided concentration region is n, the light source unit emits n light sources in the case of the lowest low concentration, and emits one light source unit at a high concentration including a saturated state in which reaction light is saturated by decreasing one light source unit for each region. In this case, it is configured to perform light analysis by emitting different numbers of light sources for each concentration region of the measurement object.
  • the optical analysis device using the multi-light source structure of the present invention having the above-described configuration provides an effect of measuring a wider measurement area by overcoming the limitation of the measurement area, which is a disadvantage of the conventional optical analysis device.
  • FIG. 1 is a block diagram of a two-stage light emission optical analysis device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating light emission setting for each region set by dividing a concentration of a measurement object into two stage regions;
  • 3 is a light sensor signal measurement graph by a single light irradiation of the prior art for the measurement object having a two-step concentration range.
  • FIG. 4 is a light sensor signal measurement graph of the control unit 40 by the two-stage light emission irradiation by the two-stage light emission optical analysis device 100 of FIG. 1 for the measurement object having a two-step concentration region.
  • Figure 5 is a block diagram of a three-stage light emission optical analysis device 200 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating light emission setting for each region set by dividing a concentration of a measurement object into three stage regions
  • FIG. 8 is a light sensor signal measurement graph of the control unit 40 by the three-stage light emission irradiation by the three-stage light emission optical analysis device 200 of FIG. 5 for the measurement object having a three-step concentration region.
  • Figure 9 is a block diagram of a four-stage light emission optical analysis device 300 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating emission settings for respective regions set by dividing a concentration of a measurement object into four step regions;
  • 11 is a light sensor signal measurement graph by a single light irradiation of the prior art for the measurement object having a four-step concentration range.
  • FIG. 12 is a light sensor signal measurement graph of the control unit 40 by the four-stage light emission irradiation by the three-stage light emission optical analysis device 300 of FIG. 9 for the measurement object having a four-step concentration region.
  • Figure 13 is a flow chart showing the processing of the optical analysis method by the optical analysis device having a multi-light source structure of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a two-stage light emission device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the two-stage emission light analyzing apparatus 100 includes a multi-light source unit having a pair of light source units 10, a triangular prism 21 and a light sensor unit 30 in which a measurement object 2 is accommodated. And a control unit 40.
  • the light source unit 10 is configured to include a light source such as a light emitting diode (LED, etc.), an optical lens, an opening, an excitation filter, etc., as necessary, to generate and emit a light source having an optical characteristic suitable for measuring a measurement object. do.
  • a light source such as a light emitting diode (LED, etc.)
  • an optical lens such as a lens
  • an opening such as a lens
  • an excitation filter etc.
  • the triangular prism 21 is made of a triangular prism made of a material that transmits light.
  • the optical sensor unit 30 also blocks an external light as necessary and allows an opening for allowing only the reaction light generated from the measurement object to be incident, an optical lens for focusing the incident light, and a light emission filter for performing fluorescence measurement. And a photodiode for detecting light.
  • the control unit 40 irradiates two light sources when the measurement object 2 is low concentration to generate reaction light by the measurement object, and irradiates one light source when the measurement object is high concentration. It is configured to control the pair of light sources 10 constituting the multi-light source portion so that the three-step measurement having the linearity of the reaction light is performed in the low concentration region and the high concentration region of.
  • the light source unit 10 having the above-described configuration is installed to face two sides of the triangular prism cuvette 21, and the optical sensor unit 30 is installed to face the other side of the cuvette.
  • the controller 40 is connected to the light source units 10 to control the light emission of the light source units 10, and receives the light sensing signal of the light sensor unit 30 to perform light analysis according to the two-step concentration region of the measurement object.
  • the connection is configured to perform.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating emission settings for respective regions set by dividing a concentration of a measurement object into two step regions.
  • the concentration of the light emission of the measurement target 2 is saturated to a high concentration, and the measurement target
  • the concentration region including the saturated state at 0 is divided by 2, which is the number of light source units 10, so that the low concentration region emits two light source units 10.
  • the high concentration region emits one light source unit 10. To be divided into high concentration areas.
  • the performance of the optical analysis after the concentration region of the measurement object is divided is compared with the conventional technology according to the two-stage light emission optical analysis apparatus 100 of FIG. 1 as follows.
  • FIG. 3 is a graph of a light sensor signal measurement by a single light irradiation of the prior art for a measurement object having a two-stage concentration range.
  • a linear response signal may be obtained to a certain extent in the high concentration region, but in the low concentration region, the magnitude of the reacted optical signal is small, resulting in a difference in concentration.
  • the difference in magnitude of the response signal is disadvantageous. That is, in the low concentration region, resolution or resolution according to the concentration of the reaction sample (measurement object 2) decreases, and the discrimination is inferior.
  • FIG. 4 is a light sensor signal measurement graph of the control unit 40 by the two-stage light emission irradiation by the two-stage light emission photoanalyzer 100 of FIG. 1 for a measurement object having a two-step concentration region.
  • the two-stage light emission photoanalyzer 100 selectively applying the number of light sources for each two-stage concentration of the measurement object, as shown in FIG.
  • a linear and high resolution response signal can be obtained.
  • the two light sources 10 operate simultaneously to emit light, although the amount of the sample (measurement object 2) to be reacted is small, but the amount of light of the light source causing the reaction can be increased, thereby making it reactive.
  • FIG. 5 is a block diagram of a three-stage light emission device 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the three-stage emission light analyzing apparatus 200 includes a multi-light source unit having three light source units 10, a square-column cuvette 23 in which the measurement object 2 is accommodated, an optical sensor unit 30, and It is configured to include a control unit 40.
  • the light source unit 10 and the light sensor unit 30 in the three-stage emission optical analysis device 200 may include the light source unit 10 of the two-stage emission optical analysis device 100 described with reference to FIGS. 1 to 4. Since it is the same as the structure of the optical sensor part 30, the detailed description is abbreviate
  • the cuvette 23 is made of a quadrangular pillar made of a material that transmits light.
  • the control unit 40 irradiates three light sources when the measurement object 2 is low in concentration to generate reaction light by the measurement object, and irradiates two light sources when the measurement object is medium in concentration.
  • three light source units constituting the multi-light source unit are configured such that by irradiating one light source, a three-step measurement in which the reaction light is linear in the low concentration region, the intermediate concentration region and the high concentration region of the measurement object is performed. It is configured to control.
  • the light source unit 10 having the above-described configuration is installed to face three sides of the square pillar cuvette 23, and the optical sensor unit 30 is installed to face the other side of the cuvette 23.
  • the controller 40 is connected to the light source units 10 to control the light emission of the light source units 10, and receives the light detection signal of the light sensor unit 30 to perform light analysis according to the three-step concentration region for the measurement object.
  • the connection is configured to perform.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating emission settings for respective regions set by dividing the concentration of the measurement object into three step regions.
  • the concentration of the light emission of the measurement target 2 is saturated to a high concentration, and the measurement target
  • the concentration region including the saturated state at 0 is divided by 3, which is the number of the light source units 10, so that the lowest concentration region emits three light source units 10, and then the middle of emitting two light source units 10.
  • the region including the concentration region and the high concentration is divided into a high concentration region that emits one light source unit 10.
  • the performance of the optical analysis after the concentration region of the measurement object is divided is compared with the conventional technology according to the three-stage emission photoanalysis apparatus 200 of FIG. 5 as follows.
  • FIG. 8 is a light sensor signal measurement graph of the control unit 40 by the three-stage light emission irradiation by the three-stage light emission optical analysis device 200 of FIG. 5 for the measurement object having a three-step concentration region.
  • the three-stage light emission optical analyzer 200 selectively applying the number of light sources for each three-level concentration of the measurement object, as shown in FIG. Only one light source unit 10 emits light, and two light source units 10 emit light in a medium concentration region, and three light source units 10 emit light in a low concentration region, thereby reacting the concentration of the measurement target 2.
  • FIG. 9 is a block diagram of a four-stage emission light analyzing apparatus 300 according to another embodiment of the present invention.
  • the four-stage light emission optical analyzer 300 includes a multi-light source unit having four light source units 10, a pentagonal column cuvette 25, an optical sensor unit 30, and a measurement object 2 housed therein. It is configured to include a control unit 40.
  • the light source unit 10 and the light sensor unit 30 in the four-stage light emission optical analyzer 300 may include the light source unit 10 of the two-stage light emission optical analysis apparatus 100 described with reference to FIGS. 1 to 4. Since it is the same as the structure of the optical sensor part 30, the detailed description is abbreviate
  • the cuvette 25 is made of a pentagonal pillar made of a material that transmits light.
  • the control unit 40 irradiates four light sources when the measurement object 2 is extremely low in concentration to generate reaction light by the measurement object, and irradiates three light sources when the concentration is low and the measurement object is an intermediate concentration. In this case, two light sources are irradiated, and in the case where the measurement object is high concentration, one light source is irradiated so that the reaction light is linear in the ultra low concentration region, the low concentration region, the intermediate concentration region, and the high concentration region. It is configured to control the four light source unit 10 constituting the multiple light source unit so that the measurement is performed.
  • the light source unit 10 having the above-described configuration is installed to face four sides of the pentagonal pillar cuvette 25, and the optical sensor unit 30 is installed to face the other side of the cuvette 25.
  • the control unit 40 is connected to the light source units 10 to control the light emission of the light source units 10, and receives the light detection signal of the light sensor unit 30 to perform light analysis according to the four-level concentration region for the measurement object.
  • the connection is configured to perform.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating emission settings for respective regions set by dividing the concentration of the measurement object into four step regions
  • the concentration of the light emission of the measurement target 2 is saturated to a high concentration, and the measurement target
  • the concentration region including the saturated state at 0 is divided by 4, which is the number of light source units 10, so that the lowest concentration region is an ultra low concentration region for emitting four light source units 10, and a low concentration region for emitting three light source units 10.
  • an intermediate concentration region in which the two light source units 10 emit light, and a region including high concentration are divided into high concentration regions in which one light source unit 10 emits light.
  • the performance of the optical analysis after the concentration region of the measurement object is divided is compared with the conventional technology according to the four-stage light emission optical analysis device 300 of FIG. 9 as follows. .
  • 11 is a graph of a light sensor signal measurement by a single light irradiation of the prior art for a measurement object having a four-step concentration range.
  • FIG. 12 is a light sensor signal measurement graph of the control unit 40 by the four-stage light emission irradiation by the three-stage light emission optical analysis device 300 of FIG. 9 for the measurement object having the four-level concentration range.
  • the four-stage light emission optical analyzer 300 selectively applying the number of light sources for each four-level concentration of the measurement object, as shown in FIG. Only one light source unit 10 emits light, two light source units 10 emit light in the medium concentration region, three light source units 10 emit light in the low concentration region, and four light source units 10 in the ultra low concentration region.
  • Only one light source unit 10 emits light two light source units 10 emit light in the medium concentration region, three light source units 10 emit light in the low concentration region, and four light source units 10 in the ultra low concentration region.
  • the cuvette is a triangular prism, a square pillar, a pentagonal pillar and the light source unit 10 has been described with an example having two, three, four, but the present invention is 6 It can be extended and applied to having a multi-column cuvette, such as each pillar and the number of the light source unit 10 of the number of the sides of the polygonal pillar -1.
  • the cuvette is formed of a polygonal pillar to increase the responsiveness by minimizing interference such as being reflected or refracted by allowing the light incident on the measurement object to be incident vertically on the side of the polygonal pillar.
  • FIG. 13 is a flow chart showing a processing procedure of the optical analysis method by the optical analysis device having a multi-light source structure of the present invention.
  • the optical analysis method using the multi-light source structure of the present invention in the optical analysis method by the optical analysis device comprising a multi-light source unit, a cuvette unit, an optical sensor unit and a control unit, setting the light emission for each concentration (S100) ) And the optical analysis step (S200).
  • the control unit 40 sets the case where the reaction light is saturated to a high concentration, and then divides the concentration region evenly according to the number of light source units, and inversely proportional to the concentration according to the evenly divided region.
  • the number of light source units 10 that emit light is set.
  • the saturation concentration value may be input by the user.
  • control unit 40 sequentially performs light emission according to the concentration-specific emission setting step S100 to perform a light analysis process.
  • the light source unit in the optical analysis step (S200), if the concentration region of the equally divided measurement object 2 is n, the light source unit emits n light sources in the case of the lowest low concentration, and decreases the light source units emitted for each area by one.
  • the light source unit 10 By emitting one light source unit 10 in a high concentration region including a saturated state to be saturated, it is configured to perform light analysis by emitting a different number of light source units for each concentration region of the measurement object.
  • the present invention can be applied to the geological resource analysis industry.

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Abstract

본 발명은 해양 유출유 등의 측정 대상물의 농도에 따라 광원의 개수를 조절하여 최적화된 측정 결과를 얻을 수 있도록 하는 다중광원 구조를 이용한 광분석장치 및 그 방법에 관한 것이다. 상기 다중광원 구조를 이용한 광분석장치는, 측정대상물의 농도에 따라 광량의 조절을 위해 선택적으로 조명되는 광원을 각각 구비한 다수의 광원부를 구비한 다중광원부; 상기 광원부의 개수 +1개의 면을 가지며, 각각의 면에는 상기 광원부 각각이 대면하고 나머지 하나의 면으로는 측정대상물에서 발생한 반응광이 방출되도록 각 기둥으로 형성되어 상기 측정대상물이 위치되는 큐벳을 포함하는 큐벳부; 상기 큐벳을 통해 방출되는 반응광을 검출하는 광센서부; 및 상기 다중광원부를 구성하는 광원부들의 조명을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

다중광원 구조를 이용한 광분석장치 및 그 방법
본 발명은 빛을 조사한 후 발생되는 측정대상물에서 발생하는 반응광을 검출하여 대상물을 조사하는 광분석장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 해양 유출유 등의 측정 대상물의 농도에 따라 광원의 개수를 조절하여 최적화된 측정 결과를 얻을 수 있도록 하는 다중광원 구조를 이용한 광분석장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 측정대상물과 반응한 빛의 세기, 위상 등의 빛의 성질을 분석하여 측정하는 광분석장치는 반응된 빛에 따라서 측정대상물의 양이나 종류 등의 상태를 알 수 있다. 이러한 광분석장치로는 측정대상물의 양태에 따라서 흡수되고 일부 통과한 빛의 양을 정량화하여 결과를 나타내는 흡광도 분석장비, 파장대역에 따라 빛이 투과 또는 흡수되는 양을 결과로 나타내는 분광분석장비, 자외선파장에 의해 여기되어 빛을 방출하는 현상을 이용하는 형광분석장비 등이 있다.
이러한 광분석장의 예로는, 대한민국 공개특허 제 10-2014-0029410 호 '오일-물 혼합물에서 물 질량 분율의 측정 방법 및 장치', 대한민국 등록특허 제 10-0789724 호의 '형광빛 측정에 의한 오일 산화도 실시간 모니터링 방법 및 장치', 대한민국 등록특허 제 10-1229372 호 '기름탐지시스템 및 이를 이용한 기름 탐지방법' 등이 있다.
상술한 바와 같이 종래기술의 측정대상물의 양(농도)을 분석하는 광분석장치의 경우, 대상물의 양의 크기에 따라서 반응되는 빛의 상태가 달라지므로, 측정범위에 따라 결과 값을 최적화하기 위해서는, 즉, 작은 양의 시료를 측정하더라도 측정결과를 최대로 얻거나 측정범위를 넓히기 위해서는, 측정하고자 하는 물질의 특성(종류, 양 등)에 따라서 광과 반응하는 시간 및 공간적 범위를 조절하는 방법, 반응한 빛을 측정하는 광센서의 감도를 조절하는 방법, 그리고 광원의 세기를 조절하는 방법 등을 측정하는 절차나 측정시스템에 반영한다.
이를 구체적으로 설명하면, 첫 번째로, 광과 반응하는 시간 및 공간적 범위를 조절하는 방법은 적은 양의 시료를 측정할 경우 주로 적용되는 방법으로, 측정 대상물을 투과하는 또는 반응하는 공간과 시간을 늘리기 위해, 광로의 길이(optical path length)를 늘리는 방법이 사용된다. 광로의 길이가 늘어날 경우, 적은 양의 시료를 측정할 수 있는 최소 측정한계를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 시료 상태 또는 양의 작은 변화에 따라서도 반응되는 빛의 세기 등의 상태가 달라지므로, 측정 분해능 또한 높일 수 있다는 장점이 있다. 다만, 측정시료의 양이 늘어날 경우 반응되는 빛이 포화상태(saturation)에 도달하기 때문에, 고농도의 측정을 위해서는 광로의 길이를 물리적으로 줄여야 하는 추가적인 작업이 필요하다. 따라서 단일의 광로의 길이를 갖는 측정기구의 경우 측정할 수 있는 범위가 제한적인(좁은) 단점을 갖고 있다.
두 번째로 반응한 빛을 측정하는 광센서의 감도를 조절하는 방법은 시료의 양이나 시료의 종류에 따라 반응한 빛의 결과 상태를 알고 있을 경우 사용되는 방법으로, 광센서의 감도를 반응한 빛을 수용할 수 있는 범위로 설정하여 측정하는 것이다. 이 방법은 일반적인 측정범위가 광센서의 측정감도(조절가능한 감도)에 따라서 결정이 되므로 광센서의 측정감도를 벗어난 범위의 대상물을 측정하기 위해서는 부가적인 광학부품이나 전자부품이 필요하게 된다. 예를 들어, 측정감도보다 낮은 빛의 세기를 측정하기 위해서는 측정신호를 증폭하는 방법이 사용되는데, 일반적으로 광센서의 경우 측정결과가 전기적 신호(전류 또는 전압)로 변화되기 때문에, 전류나 전압을 증폭할 수 있는 회로가 추가로 필요하다. 다만, 미세한 전류의 경우, 측정신호의 신호 대 잡음비가 상당히 낮기 때문에, 이를 증폭하더라도 측정할 수 있는 측정한계 값이 낮아지는 단점을 갖고 있다.
세 번째로 광학측정장치에 측정대상물의 광학 현상을 유발시키는 부분인 광원의 세기를 조절하는 방법은, 적은 양의 측정대상물일 경우 높은 신호를 얻기 위해 더 센 광량을 조사하여 측정되는 광신호의 크기를 상대적으로 높이는 것이다. 이러한 방법은 부가적인 광학적, 전기적 증폭기나, 광로의 길이를 변화시키는 구조물 없이 측정영역(범위)을 조절할 수 있는 장점을 갖고 있다. 다만, 단일 광원의 경우 측정범위의 조절이 가능하지만 광량을 조절할 수 있는 범위가 한정되어 있어, 근본적으로 측정할 수 있는 범위가 제한되어 있다는 한계점을 갖고 있다. 또한, 측정량에 따라 변화되는 광신호를 구분하여 정량적인 결과로 나타내기 위해서는 기본적으로 조사되는 광원의 광량이 고정되어야 정확한 측정이 가능하기 때문에, 측정범위를 넓히기 위해 광량을 조절할 경우, 조절되는 광량에 따라 반응하는 측정대상물의 반응값(형광 빛의 특성)을 사전에 미리 알고 있어야하는 단점도 존재한다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광분석을 이용한 대상물의 측정에 있어서 광원의 개수를 선택적으로 적용하는 것에 의해, 측정 대상물의 농도에 따라 측정범위를 용이하게 확대하고, 최적의 측정광을 조사할 수 있도록 하여 측정영역에 따라 최적화된 측정결과를 얻을 수 있도록 하는 다중광원 구조를 이용한 광분석장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중광원 구조를 이용한 광분석장치는,
측정대상물의 농도에 따라 광량의 조절을 위해 선택적으로 조명되는 광원을 각각 구비한 다수의 광원부를 구비한 다중광원부;
상기 광원부의 개수 + 1개의 면을 가지며, 각각의 면에는 상기 광원부 각각이 대면하고 나머지 하나의 면으로는 측정대상물에서 발생한 반응광이 방출되도록 각 기둥으로 형성되어 상기 측정대상물이 위치되는 큐벳을 포함하는 큐벳부;
상기 큐벳부를 통해 방출되는 반응광을 검출하는 광센서부; 및
상기 다중광원부를 구성하는 광원부들의 조명을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 다중광원부는 2개의 광원부를 포함하고,
상기 큐벳은 삼각 기둥으로 형성되며,
상기 제어부는.
측정대상물이 저농도인 경우에는 2개의 광원을 조사하여 측정대상물에 의한 반응광을 생성하고, 측정대상물이 고농도인 경우에는 하나의 광을 조사하여 측정대상물에 대한 반응광을 생성하는 것에 의해, 측정대상물의 저농도 영역과 고농도 영역에서 반응광이 선형성을 가지는 2단계 측정이 수행되도록 상기 다중광원부를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 다중광원부는 3개의 광원부를 포함하고,
상기 큐벳은 사각 기둥으로 형성되며,
상기 제어부는.
측정대상물을 저농도, 중간농도, 고농도로 분류하여, 측정대상물이 저농도인 경우 3개의 광원을 조사하여 측정대상물에 의한 반응광을 생성하고, 측정대상물이 중간 농도인 경우에는 2개의 광을 조사하여 측정대상물에 대한 반응광을 생성하며, 측정대상물이 고농도인 경우에는 하나의 광을 조사하여 측정대상물에 대한 반응광을 생성하는 것에 의해, 3개의 농도 구간에 대한 반응광을 측정하도록 하고, 측정된 반응광이 3개의 농도 구간에서 선형성을 가지는 3단계 측정이 수행되도록 상기 다중광원부를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 다중광원부는 4개의 광원부를 포함하고,
상기 큐벳은 오각 기둥으로 형성되며,
상기 제어부는.
측정대상물을 초저농도, 저농도, 중간농도, 고농도로 분류하여, 측정대상물이 초저농도인 경우 4개의 광원을 조사하여 측정대상물에 의한 반응광을 생성하며, 측정대상물이 저농도인 경우 3개의 광원을 조사하여 측정대상물에 의한 반응광을 생성하고, 측정대상물이 중간 농도인 경우에는 2개의 광을 조사하여 측정대상물에 대한 반응광을 생성하며, 측정대상물이 고농도인 경우에는 하나의 광을 조사하여 측정대상물에 대한 반응광을 생성하는 것에 의해, 4개의 농도 구간에 대한 반응광을 측정하도록 하고, 측정된 반응광이 4개의 농도 구간에서 선형성을 가지는 4단계 측정이 수행되도록 상기 다중광원부를 제어하도록 구성될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중광원 구조를 이용한 광분석 방법은, 다중광원부, 큐벳부, 광센서부 및 제어부를 포함하는 광분석장치에 의한 광분석 방법에 있어서,
상기 제어부가 측정대상물에 대한 측정 농도 영역을 분할한 후, 농도별 발광되는 광원부를 선택하는 농도별 발광 설정 단계; 및
상기 제어부가 상기 농도별 발광 설정 단계에 따라 순차적으로 발광을 수행하여 광분석을 수행하는 광분석단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 농도별 발광 설정 단계는,
반응광이 포화인 경우를 고농도로 설정한 후, 광원부의 개수에 따라 농도 영역을 균등 분할하는 것을 특징으로 한다.
상기 광분석단계는,
상기 균등 분할된 농도 영역을 n이라 하면, 최하의 저농도의 경우 n개의 광원부를 발광하고, 영역별 발광되는 광원부를 하나씩 감소시켜 반응광이 포화가 되는 포화상태를 포함하는 고농도에서 하나의 광원부를 발광시키는 것에 의해, 측정대상물의 농도 영역별로 서로 다른 개수의 광원부를 발광시켜 광분석을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성의 본 발명의 다중광원 구조를 이용한 광분석장치는, 종래기술의 광분석장치가 가지고 있는 단점인 측정영역의 한계를 극복하여 보다 넓은 측정영역을 측정할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 2단 발광 광분석장치(100)의 블록 구성도.
도 2는 측정대상물의 농도를 2단계 영역으로 분할하여 설정된 영역별 발광 설정을 나타내는 도면.
도 3은 2단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 종래기술의 단일광 조사에 의한 광센서신호 측정 그래프.
도 4는 2단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 도 1의 2단 발광 광분석장치(100)에 의한 2단계 발광 조사에 의한 제어부(40)에서의 광센서신호 측정 그래프.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 3단 발광 광분석장치(200)의 블록 구성도.
도 6은 측정대상물의 농도를 3단계 영역으로 분할하여 설정된 영역별 발광 설정을 나타내는 도면.
도 7은 3단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 종래기술의 단일광 조사에 의한 광센서신호 측정 그래프.
도 8은 3단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 도 5의 3단 발광 광분석장치(200)에 의한 3단계 발광 조사에 의한 제어부(40)에서의 광센서신호 측정 그래프.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 4단 발광 광분석장치(300)의 블록 구성도.
도 10은 측정대상물의 농도를 4단계 영역으로 분할하여 설정된 영역별 발광 설정을 나타내는 도면.
도 11은 4단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 종래기술의 단일광 조사에 의한 광센서신호 측정 그래프.
도 12는 4단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 도 9의 3단 발광 광분석장치(300)에 의한 4단계 발광 조사에 의한 제어부(40)에서의 광센서신호 측정 그래프.
도 13은 본 발명의 다중광원 구조를 가지는 광분석장치에 의한 광분석방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 단어 "예시적인" 은 "예로서, 일례로서, 또는 예증으로서 역할을 한다."라는 것을 의미하기 위해 이용된다. "예시적"으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 양태들은 다른 양태들에 비해 반드시 선호되거나 또는 유리하다는 것으로서 해석되어야 하는 것만은 아니다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본원 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 2단 발광 광분석장치(100)의 블록 구성도이다..
도 1과 같이, 상기 2단 발광 광분석장치(100)는 한 쌍의 광원부(10)를 가지는 다중광원부와, 측정대상물(2)이 수납되는 삼각기둥 큐벳(21), 광센서부(30) 및 제어부(40)를 포함하여 구성된다.
상기 광원부(10)는 필요에 따라 발광다이오드(LED 등) 등의 광원, 광학렌즈, 개구부, 여기필터 등을 포함하여 구성되어, 측정대상물의 측정에 적정한 광특성을 가지는 광원을 생성하여 방출하도록 구성된다.
상기 삼각기둥 큐벳(21)은 광을 투과하는 재질로 삼각기둥으로 제작된다.
상기 광센서부(30) 또한 필요에 따라 외부의 빛을 차단하고 측정대상물에서 발생된 반응광만이 입사되도록 하는 개구부, 입사되는 광을 집속하는 광학렌즈, 형광 측정을 수행하는 경우에 필요한 광방출필터 및 광을 검출하기 위한 광다이오드(photo diode)를 포함하여 입사되는 광을 검출하도록 구성된다.
상기 제어부(40)는 측정대상물에 의한 반응광 생성을 위해 측정대상물(2)이 저농도인 경우에는 2개의 광원을 조사하고, 측정대상물이 고농도인 경우에는 하나의 광원을 조사하는 것에 의해, 측정대상물의 저농도 영역과 고농도 영역에서 반응광이 선형성을 가지는 3단계 측정이 수행되도록 상기 다중광원부를 구성하는 한 쌍의 광원부(10)를 제어하도록 구성된다.
상술한 구성을 가지는 상기 광원부(10)는 삼각기둥 큐벳(21)의 두 개의 측면에 대향하여 설치되고, 광센서부(30)는 큐벳의 나머지 하나의 측면에 대향하여 설치된다. 그리고 상기 제어부(40)는 광원부(10)들과 접속되어 광원부(10)들의 발광을 제어하며, 광센서부(30)의 광 감지 신호를 수신하여 측정대상물에 대한 2단계 농도영역에 따른 광분석을 수행하도록 접속 구성된다.
도 2는 측정대상물의 농도를 2단계 영역으로 분할하여 설정된 영역별 발광 설정을 나타내는 도면이다.
도 2와 같이, 2단 발광 광분석장치(100)에 의한 측정대상물(2)의 광 분석을 수행하기 위해서는 측정대상물(2)의 발광이 포화가 되는 상태의 농도를 고농도로 설정하여, 측정대상물의 0에서 포화상태를 포함하는 농도 영역을 광원부(10)의 개수인 2로 나누어서 낮은 농도 영역을 2개의 광원부(10)를 발광시키는 저농도 영역으로, 높은 농도 영역을 1개의 광원부(10)를 발광시키는 고농도 영역으로 분할 설정한다.
상술한 바와 같이, 측정대상물에 대한 농도 영역이 분할된 후 광분석의 수행을 종래기술과 도 1의 2단 발광 광분석장치(100)에 따라 비교해 보면 다음과 같다.
도 3은 2단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 종래기술의 단일광 조사에 의한 광센서신호 측정 그래프이다.
도 3과 같이, 종래기술의 단일광을 이용하여 광분석을 수행하는 경우에는 고농도 영역에서는 어느 정도 선형적인 반응 신호를 얻을 수 있지만, 저농도 영역에서는 반응된 광신호의 크기가 작아, 농도의 차이에 따른 반응신호의 크기 차이가 작은 단점을 가진다. 즉, 저농도 영역에서는 반응 시료(측정대상물(2))의 농도에 따른 해상도 또는 분해능이 작아져 분별성이 떨어진다.
도 4는 2단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 도 1의 2단 발광 광분석장치(100)에 의한 2단계 발광 조사에 의한 제어부(40)에서의 광센서신호 측정 그래프이다.
도 3의 종래기술과 달리, 측정대상물의 2단계 농도별 광원의 개수를 선택적으로 적용하는 본원의 실시예에 따르는 2단계 발광 광분석장치(100)의 경우에는, 도 4와 같이, 고농도 영역에서는 광원부(10)를 1개만 작동시켜 선형적이고 분해능이 큰 반응신호를 얻을 수 있다. 그리고 저농도 영역에서는 2개의 광원부(10)를 동시에 동작시켜 발광을 수행하는 것에 의해 비록 반응되는 시료(측정대상물(2))의 양은 적지만, 반응을 유발시키는 광원의 광량의 크기를 높일 수 있어 반응성을 높게 함으로써, 저농도 영역에서도 농도별 반응한 광신호의 크기를 전체적으로 높일 수 있을 뿐만 아니라, 농도에 따라 변화되는 광신호의 크기를 높일 수 있어 분해능이 크고 해상도가 높은 측정결과를 얻을 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 3단 발광 광분석장치(200)의 블록 구성도이다.
도 5와 같이, 상기 3단 발광 광분석장치(200)는 3 개의 광원부(10)를 가지는 다중광원부와, 측정대상물(2)이 수납되는 사각기둥 큐벳(23), 광센서부(30) 및 제어부(40)를 포함하여 구성된다.
상기 3단 발광 광분석장치(200)에서 상기 광원부(10)와 상기 광센서부(30)의 구성은 도 1 내지 도 4에서 설명된 2단 발광 광분석장치(100)의 광원부(10)와 광센서부(30)의 구성과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하고, 상기 큐벳(23)과 제어부(40)의 구성에 대하여 설명한다.
상기 큐벳(23)은 광을 투과하는 재질로 4각 기둥으로 제작된다.
상기 제어부(40)는 측정대상물에 의한 반응광 생성을 위해 측정대상물(2)이 저농도인 경우에는 3개의 광원을 조사하고, 측정대상물이 중간 농도인 경우에는 2개의 광원을 조사하며, 측정대상물이 고농도인 경우에는 하나의 광원을 조사하는 것에 의해, 측정대상물의 저농도 영역과 중간 농도 영역과 고농도 영역에서 반응광이 선형성을 가지는 3단계 측정이 수행되도록 상기 다중광원부를 구성하는 세 개의 광원부(10)를 제어하도록 구성된다.
상술한 구성을 가지는 상기 광원부(10)는 사각기둥 큐벳(23)의 3개의 측면에 대향하여 설치되고, 광센서부(30)는 큐벳(23)의 나머지 하나의 측면에 대향하여 설치된다. 그리고 상기 제어부(40)는 광원부(10)들과 접속되어 광원부(10)들의 발광을 제어하며, 광센서부(30)의 광 감지 신호를 수신하여 측정대상물에 대한 3단계 농도영역에 따른 광분석을 수행하도록 접속 구성된다.
도 6은 측정대상물의 농도를 3단계 영역으로 분할하여 설정된 영역별 발광 설정을 나타내는 도면이다.
도 6과 같이, 3단 발광 광분석장치(200)에 의한 측정대상물(2)의 광 분석을 수행하기 위해서는 측정대상물(2)의 발광이 포화가 되는 상태의 농도를 고농도로 설정하여, 측정대상물의 0에서 포화상태를 포함하는 농도 영역을 광원부(10)의 개수인 3으로 나누어서 가장 낮은 농도 영역을 3개의 광원부(10)를 발광시키는 저농도 영역, 다음을 2개의 광원부(10)를 발광시키는 중간 농도 영역, 그리고 고농도를 포함하는 영역을 1개의 광원부(10)를 발광시키는 고농도 영역으로 분할한다.
상술한 바와 같이, 측정대상물에 대한 농도 영역이 분할된 후 광분석의 수행을 종래기술과 도 5의 3단 발광 광분석장치(200)에 따라 비교해 보면 다음과 같다.
도 7은 3단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 종래기술의 단일광 조사에 의한 광센서신호 측정 그래프이다.
도 7과 같이, 종래기술의 단일광을 이용하여 광분석을 수행하는 경우에는 중간농도 영역에서만 선형적인 결과를 얻을 수 있는 반면, 고농도 영역에서는 반응된 광신호가 광센서의 측정범위를 초과하여 포화상태(saturation)에 이르므로 측정이 불가능한 영역이 된다. 또한, 저농도 영역의 경우 농도에 따라 반응한 광신호의 차이가 크지 않으므로 측정결과의 분해능이 떨어지는 단점을 가진다.
도 8은 3단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 도 5의 3단 발광 광분석장치(200)에 의한 3단계 발광 조사에 의한 제어부(40)에서의 광센서신호 측정 그래프이다.
도 7의 종래기술과는 달리, 측정대상물의 3단계 농도별 광원의 개수를 선택적으로 적용하는 본원 실시예에 따르는 3단계 발광 광분석장치(200)의 경우에는, 도 8과 같이, 고농도 영역에서는 광원부(10)를 1개만 발광시키고, 중간농도 영역에서는 광원부(10)를 2개를 발광시키며, 저농도 영역에서는 광원부(10)를 3개를 발광시키는 것에 의해, 반응되는 측정대상물(2)의 농도에 따라서 반응성을 최대로 할 수 있도록 광 세기를 최적화함으로써, 모든 농도 구간에서 선형적이고 분별도가 큰 측정결과를 얻을 수 있는 장점을 가진다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 4단 발광 광분석장치(300)의 블록 구성도이다.
도 9와 같이, 상기 4단 발광 광분석장치(300)는 4 개의 광원부(10)를 가지는 다중광원부와, 측정대상물(2)이 수납되는 오각기둥 큐벳(25), 광센서부(30) 및 제어부(40)를 포함하여 구성된다.
상기 4단 발광 광분석장치(300)에서 상기 광원부(10)와 상기 광센서부(30)의 구성은 도 1 내지 도 4에서 설명된 2단 발광 광분석장치(100)의 광원부(10)와 광센서부(30)의 구성과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하고, 상기 큐벳(25)과 제어부(40)의 구성에 대하여 설명한다.
상기 큐벳(25)은 광을 투과하는 재질로 5각 기둥으로 제작된다.
상기 제어부(40)는 측정대상물에 의한 반응광 생성을 위해 측정대상물(2)이 초저농도인 경우에는 4개의 광원을 조사하며, 저농도인 경우에는 3개의 광원을 조사하고, 측정대상물이 중간 농도인 경우에는 2개의 광원을 조사하며, 측정대상물이 고농도인 경우에는 하나의 광원을 조사하는 것에 의해, 측정대상물의 초저농도 영역과 저농도 영역과 중간 농도 영역 및 고농도 영역에서 반응광이 선형성을 가지는 4단계 측정이 수행되도록 상기 다중광원부를 구성하는 네 개의 광원부(10)를 제어하도록 구성된다.
상술한 구성을 가지는 상기 광원부(10)는 오각기둥 큐벳(25)의 4개의 측면에 대향하여 설치되고, 광센서부(30)는 큐벳(25)의 나머지 하나의 측면에 대향하여 설치된다. 그리고 상기 제어부(40)는 광원부(10)들과 접속되어 광원부(10)들의 발광을 제어하며, 광센서부(30)의 광 감지 신호를 수신하여 측정대상물에 대한 4단계 농도영역에 따른 광분석을 수행하도록 접속 구성된다.
도 10은 측정대상물의 농도를 4단계 영역으로 분할하여 설정된 영역별 발광 설정을 나타내는 도면이다
도 10과 같이, 4단 발광 광분석장치(300)에 의한 측정대상물(2)의 광 분석을 수행하기 위해서는 측정대상물(2)의 발광이 포화가 되는 상태의 농도를 고농도로 설정하여, 측정대상물의 0에서 포화상태를 포함하는 농도 영역을 광원부(10)의 개수인 4로 나누어서 가장 낮은 농도 영역을 4개의 광원부(10)를 발광시키는 초저농도 영역, 3개의 광원부(10)를 발광시키는 저농도 영역, 다음을 2개의 광원부(10)를 발광시키는 중간 농도 영역, 그리고 고농도를 포함하는 영역을 1개의 광원부(10)를 발광시키는 고농도 영역으로 분할한다.
상술한 바와 같이, 측정대상물에 대한 농도 영역이 분할된 후 광분석의 수행을 종래기술과 도 9의 4단 발광 광분석장치(300)에 따라 비교해 보면 다음과 같다. .
도 11은 4단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 종래기술의 단일광 조사에 의한 광센서신호 측정 그래프이다.
도 11과 같이, 종래기술의 단일광을 이용하여 광분석을 수행하는 경우에는 중간농도 영역에서만 선형적인 결과를 얻을 수 있는 반면, 고농도 영역에서는 반응된 광신호가 광센서의 측정범위를 초과하여 포화상태(saturation)에 이르므로 측정이 불가능한 영역이 된다. 또한, 초저농도 영역과 저농도 영역의 경우 농도에 따라 반응한 광신호의 차이가 크지 않으므로 측정결과의 분해능이 떨어지는 단점을 가진다.
도 12는 4단계 농도 영역을 가지는 측정 대상물에 대한 도 9의 3단 발광 광분석장치(300)에 의한 4단계 발광 조사에 의한 제어부(40)에서의 광센서신호 측정 그래프이다.
도 11의 종래기술과는 달리, 측정대상물의 4단계 농도별 광원의 개수를 선택적으로 적용하는 본원 실시예에 따르는 4단계 발광 광분석장치(300)의 경우에는, 도 12와 같이, 고농도 영역에서는 광원부(10)를 1개만 발광시키고, 중간농도 영역에서는 광원부(10)를 2개를 발광시키며, 저농도 영역에서는 광원부(10)를 3개를 발광시키고, 초저농도 영역에서는 광원부(10)를 4개를 발광시키는 것에 의해, 반응되는 측정대상물(2)의 농도에 따라서 반응성을 최대로 할 수 있도록 광세기를 최적화함으로써, 모든 농도 구간에서 선형적이고 분별도가 큰 측정결과를 얻을 수 있는 장점을 가진다.
도 1 내지 도 12의 본원 발명의 실시예의 설명에서 큐벳이 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥이고 광원부(10)가 2개, 3개, 4개를 구비하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본원 발명은 6각 기둥 등의 다각 기둥 큐벳과 다각 기둥의 측면의 개수 -1 개의 광원부(10)를 구비하는 것으로 확장 적용될 수 있다. 또한, 상기 큐벳이 다각 기둥으로 형성되는 것은 측정대상물에 입사되는 광이 다각형 기둥의 측면에서 수직으로 입사되도록 하여 반사되거나 굴절되는 등의 간섭을 최소화하는 것에 의해 반응성을 높이기 위한 것이다.
도 13은 본 발명의 다중광원 구조를 가지는 광분석장치에 의한 광분석방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 13과 같이, 본 발명의 다중광원 구조를 이용한 광분석 방법은, 다중광원부, 큐벳부, 광센서부 및 제어부를 포함하는 광분석장치에 의한 광분석 방법에 있어서, 농도별 발광 설정 단계(S100) 및 광분석단계(S200)을 포함하여 이루어진다.
상기 농도별 발광 설정 단계(S100)는 제어부(40)가 반응광이 포화인 경우를 고농도로 설정한 후, 광원부의 개수에 따라 농도 영역을 균등 분할하여, 균등 분할된 영역에 따라 농도에 반비례하여 발광되는 광원부(10)의 개수를 설정한다. 이때, 포화농도 값은 사용자에 의해 입력될 수 있다.
상기 광분석단계(S200)는 제어부(40)가 상기 농도별 발광 설정 단계(S100)에 따라 순차적으로 발광을 수행하여 광분석을 수행하는 처리과정을 수행한다.
구체적으로 상기 광분석단계(S200)는 균등 분할된 측정대상물(2)의 농도 영역을 n이라 하면, 최하의 저농도의 경우 n개의 광원부를 발광하고, 영역별 발광되는 광원부를 하나씩 감소시켜 반응광이 포화가 되는 포화상태를 포함하는 고농도 영역에서 하나의 광원부(10)를 발광시키는 것에 의해, 측정대상물의 농도 영역별로 서로 다른 개수의 광원부를 발광시켜 광분석을 수행하도록 구성된다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 지질자원 분석 산업에 적용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 측정대상물의 농도에 따라 광량의 조절을 위해 선택적으로 조명되는 광원을 각각 구비한 다수의 광원부를 구비한 다중광원부;
    상기 광원부의 개수 + 1개의 면을 가지며, 각각의 면에는 상기 광원부 각각이 대면하고 나머지 하나의 면으로는 측정대상물에서 발생한 반응광이 방출되도록 각 기둥으로 형성되어 상기 측정대상물이 위치되는 큐벳을 포함하는 큐벳부;
    상기 큐벳을 통해 방출되는 반응광을 검출하는 광센서부; 및
    상기 다중광원부를 구성하는 광원부들의 조명을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되는 다중광원 구조를 이용한 광분석장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다중광원부는 2개의 광원부를 포함하고,
    상기 큐벳은 삼각 기둥으로 형성되며,
    상기 제어부는.
    측정대상물이 저농도인 경우에는 2개의 광원을 조사하여 측정대상물에 의한 반응광을 생성하고, 측정대상물이 고농도인 경우에는 하나의 광을 조사하여 측정대상물에 대한 반응광을 생성하는 것에 의해, 측정대상물의 저농도 영역과 고농도 영역에서 반응광이 선형성을 가지는 2단계 측정이 수행되도록 상기 다중광원부를 제어하도록 구성되는 다중광원 구조를 이용한 광분석장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다중광원부는 3개의 광원부를 포함하고,
    상기 큐벳은 사각 기둥으로 형성되며,
    상기 제어부는.
    측정대상물을 저농도, 중간농도, 고농도로 분류하여, 측정대상물이 저농도인 경우 3개의 광원을 조사하여 측정대상물에 의한 반응광을 생성하고, 측정대상물이 중간 농도인 경우에는 2개의 광을 조사하여 측정대상물에 대한 반응광을 생성하며, 측정대상물이 고농도인 경우에는 하나의 광을 조사하여 측정대상물에 대한 반응광을 생성하는 것에 의해, 3개의 농도 구간에 대한 반응광을 측정하도록 하고, 측정된 반응광이 3개의 농도 구간에서 선형성을 가지는 3단계 측정이 수행되도록 상기 다중광원부를 제어하도록 구성되는 다중광원 구조를 이용한 광분석장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다중광원부는 4개의 광원부를 포함하고,
    상기 큐벳은 오각 기둥으로 형성되며,
    상기 제어부는.
    측정대상물을 초저농도, 저농도, 중간농도, 고농도로 분류하여, 측정대상물이 초저농도인 경우 4개의 광원을 조사하여 측정대상물에 의한 반응광을 생성하며, 측정대상물이 저농도인 경우 3개의 광원을 조사하여 측정대상물에 의한 반응광을 생성하고, 측정대상물이 중간 농도인 경우에는 2개의 광을 조사하여 측정대상물에 대한 반응광을 생성하며, 측정대상물이 고농도인 경우에는 하나의 광을 조사하여 측정대상물에 대한 반응광을 생성하는 것에 의해, 4개의 농도 구간에 대한 반응광을 측정하도록 하고, 측정된 반응광이 4개의 농도 구간에서 선형성을 가지는 4단계 측정이 수행되도록 상기 다중광원부를 제어하도록 구성되는 다중광원 구조를 이용한 광분석장치.
  5. 다중광원부, 큐벳부, 광센서부 및 제어부를 포함하는 광분석장치에 의한 광분석 방법에 있어서,
    상기 제어부가 측정대상물에 대한 측정 농도 영역을 분할한 후, 농도별 발광되는 광원부를 선택하는 농도별 발광 설정 단계; 및
    상기 제어부가 상기 농도별 발광 설정 단계에 따라 순차적으로 발광을 수행하여 광분석을 수행하는 광분석단계;를 포함하여 이루어지는 다중광원 구조를 이용한 광분석방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 농도별 발광 설정 단계는,
    반응광이 포화인 경우를 고농도로 설정한 후, 광원부의 개수에 따라 농도 영역을 균등 분할하는 다중광원 구조를 이용한 광분석방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 광분석단계는,
    상기 균등 분할된 농도 영역을 n이라 하면, 최하의 저농도의 경우 n개의 광원부를 발광하고, 영역별 발광되는 광원부를 하나씩 감소시켜 반응광이 포화가 되는 포화상태를 포함하는 고농도에서 하나의 광원부를 발광시키는 것에 의해, 측정대상물의 농도 영역별로 서로 다른 개수의 광원부를 발광시켜 광분석을 수행하도록 구성되는 다중광원 구조를 이용한 광분석방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU101174B1 (en) * 2019-04-12 2020-10-12 Stratec Se Sample cuvette

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05322658A (ja) * 1992-05-21 1993-12-07 Sharp Corp カラー濃度計
JP2002511580A (ja) * 1998-04-09 2002-04-16 グルコメディテヒ・アクチェンゲゼルシャフト 光学的ベースの液体測定対象物中の低濃度の成分の分析のための偏光計の小型化のための方法並びにこの方法の実施のための装置
JP2003329585A (ja) * 2002-05-09 2003-11-19 Toyota Auto Body Co Ltd オゾン濃度計
JP2009092600A (ja) * 2007-10-11 2009-04-30 Olympus Corp 光源装置および自動分析装置
KR20130084333A (ko) * 2012-01-16 2013-07-25 한국화학연구원 발광 플라즈마 광원을 이용한 촉진식 광열화 시험 장치 및 방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5886555U (ja) 1981-12-07 1983-06-11 横河電機株式会社 光照射濃度計
JP3343156B2 (ja) * 1993-07-14 2002-11-11 アークレイ株式会社 光学式成分濃度測定装置および方法
KR100789724B1 (ko) 2006-02-14 2008-01-02 한국과학기술연구원 형광빛 측정에 의한 오일 산화도 실시간 모니터링방법 및장치
JP2009198190A (ja) 2008-02-19 2009-09-03 Suntory Holdings Ltd 液中投入型発光センサ素子及び発光光度計
US8880363B2 (en) 2009-03-24 2014-11-04 Cameron International Corporation Method and apparatus for the measurement of the mass fraction of water in oil-water mixtures
KR101229372B1 (ko) 2010-10-08 2013-02-05 대한민국 기름탐지시스템 및 이를 이용한 기름탐지방법
KR20160031783A (ko) 2014-09-15 2016-03-23 한국수자원공사 탁도 검출 방법 및 장치
US10324023B1 (en) * 2015-12-14 2019-06-18 Spectroclick, Inc. Energy dispersion cuvette

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05322658A (ja) * 1992-05-21 1993-12-07 Sharp Corp カラー濃度計
JP2002511580A (ja) * 1998-04-09 2002-04-16 グルコメディテヒ・アクチェンゲゼルシャフト 光学的ベースの液体測定対象物中の低濃度の成分の分析のための偏光計の小型化のための方法並びにこの方法の実施のための装置
JP2003329585A (ja) * 2002-05-09 2003-11-19 Toyota Auto Body Co Ltd オゾン濃度計
JP2009092600A (ja) * 2007-10-11 2009-04-30 Olympus Corp 光源装置および自動分析装置
KR20130084333A (ko) * 2012-01-16 2013-07-25 한국화학연구원 발광 플라즈마 광원을 이용한 촉진식 광열화 시험 장치 및 방법

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