KR101098960B1 - Pollutant detection method using liquid photoreactor and its device - Google Patents
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Abstract
기체상 시료 검출용 액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치가 개시된다. 본 발명의 기체상 시료 검출용 액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치는 배기가스나 대기 중에 포함된 특정 오염물질을 검출하여 검출하기 위한 것으로서,
배기가스나 대기 중에서 채취된 기체상의 시료를 캐리어 가스를 이용하여 운반하기 위한 시료 공급부;
상기 기체상의 시료와 반응하여 광 반응을 발생시키기 위한 액체 반응 유도물질을 연동펌프를 이용하여 공급하기 위한 반응 유도물질 공급부;
상기 시료 공급부에 의해 운반된 기체상의 시료와 상기 반응 유도물질 공급부에 의해 공급된 액체 반응 유도물질이 광 반응을 일으키는 반응챔버를 구비하고, 상기 반응챔버에서 발생된 기체상의 시료와 액체 반응 유도물질의 광 반응을 검출하기 위한 광검출기를 구비한 액상 광반응기; 및
상기 시료 공급부와 반응 유도물질 공급부를 제어하고, 상기 광검출기로부터 얻은 데이터를 가공하고 저장하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A contaminant detection device using a liquid phase photoreactor for gas phase sample detection is disclosed. The pollutant detection device using a liquid phase photoreactor for gas phase sample detection according to the present invention is for detecting and detecting specific pollutants contained in exhaust gas or air.
A sample supply unit for transporting a gaseous sample collected from exhaust gas or air using a carrier gas;
A reaction inducing material supply unit for supplying a liquid reaction inducing material for reacting with the gas phase sample to generate a photo reaction by using a peristaltic pump;
A gaseous sample carried by the sample supply unit and a liquid reaction inducer supplied by the reaction inducing material supply unit have a reaction chamber for causing a photoreaction, and the gaseous sample and liquid reaction inducer generated in the reaction chamber A liquid phase photoreactor having a photodetector for detecting a photoreaction; And
And a control unit for controlling the sample supply unit and the reaction inducing substance supply unit, and processing and storing data obtained from the photodetector.
Description
본 발명은 액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기체상태의 시료에 포함된 특정물질을 액상의 반응물질과 화학적 반응을 유도한 후 생성되는 반응생성 신호를 선택적이고 안정적이면서도 효과적이고 신속하게 검출할 수 있는 액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting a pollutant using a liquid phase photoreactor and a device thereof, and more particularly, to a reaction generation signal generated after inducing a chemical reaction with a liquid phase reactant to a specific substance included in a gaseous sample. The present invention relates to a method and apparatus for detecting pollutants using a liquid phase photoreactor capable of detecting a selective, stable, effective, and rapid process.
발명의 배경이 되는 기술로는 대기나 배기가스 중의 질소산화물을 측정하기 위한 비색법을 이용한 질소산화물의 측정장치가 개시되어 있다. As a background art of the invention, a nitrogen oxide measuring apparatus using a colorimetric method for measuring nitrogen oxides in the atmosphere or exhaust gas is disclosed.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 질소산화물(NOx)의 량을 측정하기 위하여 산화질소(NO₂)와 반응하여 발색되는 시약이 도포된 여과지센서(111)와, 상기 여과지센서(111)를 중앙에 위치하도록 지지하는 센서홀더(110)와, 상기 여과지센서(111)에 일정한 파장의 광을 조사하기 위한 광다이오드(121)와, 상기 여과지센서(111)에서 흡수되고 남은 광을 측정하기 위한 포토다이오드(122)가 내부에 가스가 확산될 수 있는 공간이 형성되고 내부공간으로 가스를 공급하기 위한 공급관(123) 및 내부공간으로부터 가스를 제거하기 위한 배출관으로 구성된 본체(120)와, 상기 본체(120)를 내장하는 뚜껑이 형성된 하우징(130)으로 구성되는 측정부(100)와, 측정부(100)의 포토다이오드(122)로부터 측정된 질소산화물(NOx)의 량에 관한 신호를 증폭시키기 위한 증폭기(210)와 상기 증폭기(210)에 의하여 증폭된 신호를 표시하기 위한 표시기(220)로 이루어진 표시부(200)와 질소산화물(NOx)을 함유하는 가스를 측정부(100)로 도입하고 또 측정부(100)로부터 배출시키기 위한 유량계(310) 및 펌프(320)로 구성되는 배출부(300)로 구성된 것이다.As shown in FIGS. 8 and 9, in order to measure the amount of nitrogen oxides (NOx), a
그러나, 이와 같은 측정장치는 대기나 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 측정하기 위해서는 산화질소와 반응하여 변색반응하는 시약에 여과지를 침적시켜 건조하여 여과지센서를 제조하고, 이 여과지센서가 설치된 공간으로 채취된 시료를 공급한 후 일정 파장을 갖는 광다이오드의 광을 투사하고, 투사된 광 중에서 여과지센서에 습수되고 남은 광을 포토다이오드로 측정한 후 측정된 흡광도를 기 작성된 검량선과 대비하여 산화질소나 질소산화물 등과 같은 특정 오염물질을 측정하도록 구성됨으로써, 특정 오염물질의 연속적인 측정이 곤란하였고, 한 종류의 시료를 측정하는데 많은 시간이 소요되었으며, 한가지 시료를 측정하기 위한 작업이 매우 복잡하였고, 수동적 요소가 대부분 적용되어 측정의 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다. However, in order to measure nitrogen oxides contained in the atmosphere or exhaust gas, such a measuring apparatus manufactures a filter paper sensor by depositing the filter paper in a reagent reacting with nitrogen oxide and discoloring and drying it, and collecting it into the space where the filter paper sensor is installed. After supplying the prepared sample, the light of the photodiode having a certain wavelength is projected, and the light absorbed by the filter paper sensor from the projected light is measured with a photodiode, and then the absorbance measured is compared with the prepared calibration curve and nitrogen oxide or nitrogen. Being configured to measure specific contaminants such as oxides, it was difficult to continuously measure specific contaminants, it took a lot of time to measure one type of sample, the task of measuring one sample was very complicated, and passive elements Has been applied in most cases, the accuracy of the measurement was poor.
본 발명의 기술적 과제는, 배기가스나 대기 중에 포함된 특정 오염물질을 신속하고 효율적으로 검출할 수 있는 검출장치를 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention is to provide a detection apparatus capable of quickly and efficiently detecting specific pollutants contained in exhaust gas or the atmosphere.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.
상기 기술적 과제는, 본 발명에 따라, 배기가스나 대기 중에 포함된 기체상의 특정 오염물질을 검출하기 위한 것으로서, The technical problem is to detect specific pollutants in the gaseous phase contained in the exhaust gas or the atmosphere according to the present invention,
배기가스나 대기 중에서 채취된 기체상의 시료를 캐리어 가스를 이용하여 운반하되, 1회 검출할 양의 시료를 시료루프에 임시로 채운 후 상기 시료루프에 캐리어 가스를 공급하여 기체상 시료를 운반하기 위한 시료 공급부;Carry a gaseous sample collected from the exhaust gas or the atmosphere using a carrier gas, and temporarily fill the sample loop with the amount of sample to be detected once, and then supply the carrier gas to the sample loop to transport the gaseous sample. A sample supply unit;
상기 기체상의 시료와 광 반응을 발생시키기 위한 액체 반응 유도물질을 연동펌프를 이용하여 공급하기 위한 반응 유도물질 공급부; A reaction inducing material supply unit for supplying a liquid reaction inducing material for generating a photoreaction with the gas phase sample using a peristaltic pump;
상기 시료 공급부에 의해 운반된 기체상의 시료와 상기 반응 유도물질 공급부에 의해 공급된 액체 반응 유도물질이 광 반응을 일으키는 반응챔버를 구비하고, 상기 반응챔버에서 발생된 광 반응을 검출하기 위한 광검출기를 구비한 액상 광반응기; 및A photodetector for detecting a photoreaction generated in the reaction chamber, the reaction chamber including a gaseous sample carried by the sample supply unit and a liquid reaction inducer supplied by the reaction inducing material supply unit causing a photoreaction; Liquid photoreactor equipped; And
상기 시료 공급부와 반응 유도물질 공급부를 제어하고, 상기 광검출기로부터 얻은 데이터를 가공하고 저장하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치를 제공함으로써 달성된다.It is achieved by providing a contaminant detection device using a liquid photoreactor characterized in that it comprises a control unit for controlling the sample supply unit and the reaction induction material supply unit, and processing and storing the data obtained from the photodetector.
상기 시료 공급부는, The sample supply unit,
기체상 시료를 상기 시료루프에 공급하기 위한 시료펌프; A sample pump for supplying a gas phase sample to the sample loop;
상기 시료루프에 공급되는 기체상 시료의 공급량을 제어하도록 구성되는 시료 유량계; A sample flow meter configured to control a supply amount of a gaseous sample supplied to the sample loop;
상기 시료루프에 채워진 기체상 시료를 상기 반응챔버로 운반하기 위한 운반용 가스의 흐름을 제어하기 위한 운반용 가스 유량계; A transport gas flow meter for controlling a flow of a transport gas for transporting the gaseous sample filled in the sample loop to the reaction chamber;
상기 운반용 가스 유량계를 통해 흐르는 운반용 가스에 의해 상기 반응챔버로 공급되는 기체상 시료 중에서 검출하고자 하는 특정 오염물질 이외의 광반응 물질을 분리하여 제거하기 위한 분리컬럼; 및A separation column for separating and removing photoreactive substances other than specific contaminants to be detected from a gaseous sample supplied to the reaction chamber by a carrier gas flowing through the carrier gas flow meter; And
상기 시료펌프, 시료 유량계, 시료루프, 운반용 가스 유량계, 분리컬럼과 각각 연결되어 기체상 시료를 상기 시료루프에 임시로 채운 후 상기 운반용 가스 유량계를 통하여 흐르는 운반용 가스로 상기 분리컬럼으로 공급하도록 상기 제어부에 의해 제어되는 다방향 스위치밸브를 포함하여 이루어질 수 있다. The controller is connected to the sample pump, the sample flow meter, the sample loop, the transport gas flow meter, and the separation column, respectively, to temporarily fill a gas phase sample in the sample loop, and to supply the transport gas flowing through the transport gas flow meter to the separation column. It can be made by including a multi-directional switch valve controlled by.
상기 다방향 스위치밸브는, The multi-directional switch valve,
상기 시료펌프와 연결되는 제1포트;A first port connected to the sample pump;
상기 시료 유량계와 연결되는 제2포트;A second port connected to the sample flow meter;
상기 시료루프의 양단과 각각 연결되는 제3,4포트;Third and fourth ports respectively connected to both ends of the sample loop;
상기 운반용 가스 유량계와 연결되는 제5포트; A fifth port connected to the transport gas flow meter;
상기 분리컬럼과 연결되는 제6포트; 및A sixth port connected to the separation column; And
상기 시료루프에 시료를 채울 때에는 상기 제3,4포트를 상기 제1,2포트와 연결함과 동시에 상기 제5,6포트를 연결하고, 상기 시료루프에 임시로 채워진 시료를 상기 반응챔버로 공급할 때에는 상기 제3,4포트를 상기 제5,6포트와 각각 연결함과 동시에 제1,2포트를 서로 연결하는 다수개의 연결포트를 구비하여 도록 상기 제어부에 의해 구동 제어되는 로터리를 포함할 수 있다. When filling a sample in the sample loop, the third and fourth ports are connected to the first and second ports, and the fifth and sixth ports are connected to each other, and a sample temporarily filled in the sample loop is supplied to the reaction chamber. In this case, the third and fourth ports may be connected to the fifth and sixth ports, respectively, and a plurality of connection ports connecting the first and second ports to each other may include a rotary controlled by the controller. .
상기 제어부는, The control unit,
상기 시료루프에 채워진 기체상 시료가 2 - 3분 간격마다 상기 분리컬럼으로 이송하도록 상기 다방향 스위치밸브의 로터리를 구동 제어할 수 있다.The rotary control of the multi-directional switch valve may be controlled to transfer the gas phase sample filled in the sample loop to the separation column every 2-3 minutes.
상기 액상 광반응기는, The liquid phase photoreactor,
상기 시료 공급부와 연결된 시료 유입구 및 상기 반응 유도물질 공급부와 연결된 유도물질 유입구가 상기 반응챔버의 일측에 구비되고, 상기 반응챔버의 타측에는 광 반응이 완료된 반응물질이 배출되는 배출구가 구비되며, 상기 반응챔버를 통과하는 기체상 시료와 액체 반응 유도물질의 광 반응을 유도하도록 상기 반응챔버 내에 설치되는 멤브레인을 구비한 반응블럭;A sample inlet connected to the sample supply unit and an induction material inlet connected to the reaction inducing material supply unit are provided at one side of the reaction chamber, and the other side of the reaction chamber is provided with an outlet for discharging the reactant having completed the photoreaction. A reaction block having a membrane installed in the reaction chamber to induce an optical reaction between the gaseous sample passing through the chamber and the liquid reaction inducing material;
상기 반응챔버와 마주보는 일측 영역에 광을 통과시키기 위한 관통공이 형성되어 상기 반응블럭과 결합되고, 상기 관통공의 반대 측에는 광검출기를 구비한 검출기 유도관이 결합되는 검출블럭; 및A detection block having a through hole for passing light in a region facing the reaction chamber, coupled to the reaction block, and a detector induction tube having a photodetector coupled to an opposite side of the through hole; And
상기 반응블럭과 상기 검출블럭 사이에 배치되어 상기 반응챔버를 상기 관통공과 구분하여 격리하는 투명격벽을 포함하여 이루어질 수 있다. It may include a transparent partition wall disposed between the reaction block and the detection block to separate the reaction chamber from the through hole.
상기 멤브레인은,The membrane,
친수성 나일론 재질로 이루어지고, 백색으로 이루어질 수 있다. It is made of hydrophilic nylon material and may be white.
상기 반응블럭과 상기 검출블럭 사이에는, Between the reaction block and the detection block,
상기 반응챔버를 2중으로 격리하기 위한 보조 투명격벽이 상기 투명격벽과 간격을 유지하도록 격벽블럭에 의해 배치될 수 있다. An auxiliary transparent partition wall for isolating the reaction chamber in duplicate may be disposed by a partition block to maintain a distance from the transparent partition wall.
상기 반응블럭과 격벽블럭 및 검출블럭 사이에는,Between the reaction block, the partition block and the detection block,
상기 반응챔버를 통과하는 반응물질의 누출을 방지하기 위한 기밀유지부재가 구비될 수 있다. An airtight holding member may be provided to prevent leakage of the reactant material passing through the reaction chamber.
상기 반응챔버의 내부 간격은, The inner interval of the reaction chamber,
1mm - 5mm로 이루어질 수 있다. It can consist of 1mm-5mm.
상기 광검출기는 광증폭기를 더 포함할 수 있다. The photodetector may further include an optical amplifier.
상기 제어부는, The control unit,
프로그램이 시작되면, 모든 인터페이스를 초기화하고, 실행조건을 설정하며, 다방향 스위치밸브의 로터리 위치를 전환하여 시료루프에 채워진 기체상 시료가 운반용 가스에 의해 분리컬럼을 통하여 반응챔버로 이송되도록 하고, 연동펌프를 제어하여 반응 유도물질이 반응챔버로 공급되도록 하며, 상기 반응챔버에서 발생된 광 반응을 감지한 광검출기의 데이터를 수신하여 디스플레이장치에 출력하고, 소정의 시간이 경과되면 상기 다방향 스위치밸브의 로터리 위치를 전환하여 일정유량의 기체상 시료가 시료루프에 채워지도록 하고, 상기 광검출기의 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다. When the program starts, it initializes all interfaces, sets the execution conditions, switches the rotary position of the multi-directional switch valves, so that the gaseous sample filled in the sample loop is transferred to the reaction chamber through the separation column by the carrier gas, By controlling the peristaltic pump to supply the reaction inducing material to the reaction chamber, and receives the data of the photodetector detecting the light reaction generated in the reaction chamber and outputs to the display device, the predetermined time elapses the multi-directional switch The valve may be configured to switch the rotary position so that a certain amount of gaseous sample is filled in the sample loop and store the data of the photodetector.
한편, 본 발명은, 상기 제12항에 따른 오염물질 검출장치를 이용하여 배기가스나 대기 중에 포함된 기체상의 특정 오염물질을 검출하기 위한 방법으로서, On the other hand, the present invention, as a method for detecting a specific pollutant in the gas phase contained in the exhaust gas or the atmosphere using the pollutant detection device according to claim 12,
a) 상기 다방향 스위치밸브를 구동 제어하여 채취된 일정 유량의 기체상 시료가 시료펌프에 의해 시료 유량계로부터 시료루프로 이송되어 상기 시료루프에 임시로 채워지도록 하는 준비단계;a) preparing a gas flow sample of a predetermined flow rate by controlling the multi-directional switch valve to be transferred from the sample flowmeter to the sample loop by a sample pump to temporarily fill the sample loop;
b) 상기 시료루프에 일정 유량의 기체상 시료가 채워진 상태에서 상기 다방향 스위치밸브를 구동 제어하여 상기 시료루프에 채워진 기체상 시료가 운반용 가스 유량계를 통하여 연속적으로 흐르는 운반용 가스에 의해 상기 분리컬럼으로 이송되도록 하는 이송단계;b) driving and controlling the multi-directional switch valve in a state in which the gas phase sample is filled in the sample loop, so that the gaseous sample filled in the sample loop is continuously transported through the gas flow meter to the separation column. A conveying step for conveying;
c) 상기 분리컬럼으로 이송된 기체상 시료로부터 특정 오염물질을 제외한 광 반응물질을 분리하여 제거한 후 상기 반응챔버로 공급함과 동시에, 상기 반응 유도물질 공급부를 제어하여 기체상의 시료와 광 반응을 발생시키기 위한 액체 반응 유도물질을 상기 반응챔버로 공급하는 공급단계;c) separating and removing photoreactive materials except for specific contaminants from the gaseous sample transferred to the separation column and supplying them to the reaction chamber and controlling the reaction inducing material supply unit to generate a photoreaction with the gaseous sample. Supplying a liquid reaction inducing substance for the reaction chamber;
d) 상기 반응챔버로 공급된 기체상 시료와 반응 유도물질이 멤브레인의 표면에서 광 반응을 일으키도록 하는 광반응 단계; 및d) a photoreaction step such that the gaseous sample and the reaction inducing material supplied to the reaction chamber cause a photoreaction at the surface of the membrane; And
e) 상기 멤브레인에서 발생된 광 반응을 상기 광 검출기로 검출하는 검출단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출방법에 의해 달성될 수 있다. e) a contaminant detection method using a liquid phase photoreactor, characterized in that the detection step of detecting the photoreaction generated in the membrane with the photo detector.
상기 e) 단계는, Step e),
상기 광 검출기로 검출된 광 반응 데이터를 분석하고, 분석된 그로마토그램을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include analyzing the photo response data detected by the photo detector and storing the analyzed chromatogram.
본 발명에 의하면, 배기가스나 대기 중에 포함된 특정물질이 시료튜브에 채우전 후 설정된 시간(예를 들면, 2-3분)마다 시료 유입구를 통하여 빛이 차단된 반응챔버로 유입되도록 구성됨으로써, 기체상 시료를 신속하게 반응시켜 특정물질을 검출할 수 있게 된다. According to the present invention, the specific material contained in the exhaust gas or the atmosphere is configured to be introduced into the reaction chamber through which the light is blocked through the sample inlet at a predetermined time (for example, 2-3 minutes) after filling the sample tube. Rapid reaction of gaseous samples enables the detection of specific substances.
또한, 반응챔버에 내설된 멤브레인이 표면적 반응 증폭을 위하여 조성된 친수성 나일론재질로 이루어짐으로써 표면이 고른 멤브레인 상에서 연속적으로 유입되는 액상의 반응 유도물질과 기체상 시료가 광 반응하여 광자를 방출하게 되고, 이를 광검출기로 검출할 수 있게 된다. 따라서, 반응생성 신호를 안정적이면서도 효과적으로 검출할 수 있고, 이로 인하여 기체상 시료로부터 특정물질을 정확하게 측정할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.In addition, the membrane in the reaction chamber is made of a hydrophilic nylon material for amplifying the surface area reaction, the liquid reaction inducing material and the gas phase sample that is continuously introduced on the even surface of the membrane to photoreact to emit photons, This can be detected with a photodetector. Therefore, the reaction generation signal can be detected stably and effectively, thereby providing the effect of accurately measuring a specific substance from the gas phase sample.
그리고, 기체상 시료를 연속적으로 측정할 수 있음으로써, 이동차량이나 항공기 등을 이용하여 대기로부터 특정 오염물질을 정확하게 검출하여 측정할 수 있게 된다.Since the gaseous sample can be measured continuously, it is possible to accurately detect and measure specific contaminants from the atmosphere using a mobile vehicle or an aircraft.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 2a,2b는 도 4에 도시된 오염물질 검출장치의 다방향 스위치 밸브의 작동을 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 3는 도 1에 도시된 액상 광반응기의 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 액상 광반응기의 결합상태 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 오염물질 검출장치에 의해 검출되어 분석된 오염물질의 분석데이터를 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명에 따른 액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치의 성능을 검증하기 위한 표준화 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 제어부의 작동과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 종래기술에 의한 오염물질 측정장치를 도시한 개략적 구성도이다.
도 9는 도 8에 도시된 오염물질 측정장치를 도시한 단면도이다. 1 is a schematic block diagram illustrating a contaminant detection device using a liquid phase photoreactor according to an embodiment of the present invention.
2a and 2b are schematic diagrams for explaining the operation of the multi-directional switch valve of the pollutant detection device shown in FIG.
3 is a front view of the liquid phase photoreactor shown in FIG. 1.
4 is a cross-sectional view of the bonding state of the liquid phase photoreactor shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating analysis data of pollutants detected and analyzed by the pollutant detection device shown in FIG. 1.
6 is a graph showing a standardized analysis result for verifying the performance of the contaminant detection device using a liquid phase photoreactor according to the present invention.
7 is a flow chart for explaining the operation of the control unit according to the present invention.
8 is a schematic configuration diagram showing a pollutant measuring device according to the prior art.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the pollutant measuring apparatus shown in FIG. 8.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to clarify the gist of the present invention. And, as used herein, the singular forms may include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. Also, as used herein, "comprise" and / or "comprising" specifies the presence of the mentioned shapes, numbers, steps, actions, members, elements and / or groups of these. It is not intended to exclude the presence or the addition of one or more other shapes, numbers, acts, members, elements and / or groups.
첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치를 설명하기 위한 개략적 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 액상 광반응기의 정면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 액상 광반응기의 결합상태 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 오염물질 검출장치에 의해 검출되어 분석된 오염물질의 분석데이터를 도시한 그림이다. In the accompanying drawings, FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a contaminant detection apparatus using a liquid photoreactor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the liquid photoreactor shown in FIG. 1 is a cross-sectional view of the combined state of the liquid phase photoreactor shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram showing analysis data of contaminants detected and analyzed by the pollutant detection device shown in FIG.
본 발명에 따른 액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치는 광반응 유도물질, 예를 들면, 루미놀 용액과 광 반응하는 다양한 물질을 검출할 수 있으나, 본 실시 예에서는 환경적으로 문제시되는 질산과산화아세틸(PAN : Peroxyacetyl nitrate)을 검출하는 것을 기준으로 설명하기로 한다. Contaminant detection apparatus using a liquid photoreactor according to the present invention can detect a photoreaction material, for example, a variety of substances that photoreact with a luminol solution, in the present embodiment environmentally acetyl nitrate peroxide ( PAN: Peroxyacetyl nitrate) will be described based on the detection.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 오염물질 검출장치는 기체상 시료 검출용 액상 광반응기(10)를 이용하여 기체상에 포함된 특정물질, 예를 들면, 질산과산화아세틸을 검출하기 위한 장치(200)로서, 배기가스나 대기 중에서 채취된 기체상의 시료를 캐리어 가스를 이용하여 운반하되, 1회 검출할 양의 시료를 시료루프(170)에 임시로 채운 후 상기 시료루프(170)에 캐리어 가스를 공급하여 기체상 시료를 후술할 액상 광반응기(10)의 반응챔버(28)로 운반하기 위한 시료 공급부(100)와, 기체상의 시료와 광 반응을 발생시키기 위한 액체 반응 유도물질, 예를 들면, 루미놀 반응을 나타내는 루미놀액을 연동펌프(320)를 이용하여 반응챔버(28)로 공급하기 위한 반응 유도물질 공급부(300)와, 시료 공급부(100)에 의해 운반된 기체상의 시료와 반응 유도물질 공급부(300)에 의해 공급된 액체 반응 유도물질이 광 반응을 일으키는 반응챔버(28)를 구비하고, 반응챔버(28)에서 발생된 광 반응을 검출하기 위한 광검출기(34)를 구비한 액상 광반응기(10)와, 시료 공급부(100)와 반응 유도물질 공급부(300)를 제어하고, 액상 광반응기(10)로부터 얻은 데이터를 가공하고 저장하며, 디스플레이하기 위한 제어부(400)로 구성된다. As shown in Figures 1 and 3, the contaminant detection device is a device for detecting a specific substance, for example, acetyl nitrate peroxide in the gas phase using the
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. This will be described in more detail as follows.
시료 공급부(100)는 기체상 시료를 시료루프(170)에 공급하기 위한 시료펌프(110)와, 시료루프(170)에 공급되는 기체상 시료의 공급량을 제어하도록 구성되는 시료 유량계(150)와, 시료루프(170)에 채워진 기체상 시료를 반응챔버(28)로 운반하기 위한 운반용 가스의 흐름을 제어하기 위한 운반용 가스 유량계(140)와, 운반용 가스 유량계(140)를 통해 흐르는 운반용 가스에 의해 반응챔버(28)로 공급되는 기체상 시료 중에서 검출하고자 하는 특정 오염물질 이외의 광반응 물질을 분리하여 제거하기 위한 분리컬럼(190)과, 시료펌프(170), 시료 유량계(150), 시료루프(170), 운반용 가스 유량계(140), 분리컬럼(190)과 각각 연결되어 기체상 시료를 시료루프(170)에 임시로 채운 후 운반용 가스 유량계(140)를 통하여 흐르는 운반용 가스를 이용하여 분리컬럼(190)으로 공급하도록 제어부(400)에 의해 제어되고, 설정된 시간마다 분리컬럼(190)을 통과한 기체상 시표가 반응챔버(28)로 공급되도록 하는 다방향 스위치밸브(120)로 이루어진다. The
이때, 시료루프(170)의 부피는 대략 1ml 정도이다. 이 부피는 여러 가지 조건에 의해 가변될 수 있다. 즉 1ml 용량의 기체상 시료가 시료루프(170)에 채워진 후 설정된 시간마다 분리컬럼(190)을 거쳐서 반응챔버(28)로 공급되도록 구성되는 것이다. 이는 기체상 시료를 신속하게 반응시켜 특정 물질은 검출할 수 있음을 의미한다. At this time, the volume of the
다방향 스위치밸브(120)는 도 2a,2b에 도시된 바와 같이 6개의 포트 들을 구비하여 이루어진 것으로, 시료펌프와 연결되는 제1포트(121)와, 시료 유량계(150)와 연결되는 제2포트(122)와, 시료루프(170)의 양단과 각각 연결되는 제3포트(123) 및 제4포트(124)와, 운반용 가스 유량계(140)와 연결되는 제5포트(125)와, 분리컬럼(190)과 연결되는 제6포트(126)와, 시료루프(170)에 시료를 채울 때에는 제3,4포트(123,124)를 제1,2포트(121,122)와 연결함과 동시에 제5,6포트(125,126)를 연결하고, 시료루프(170)에 임시로 채워진 시료를 반응챔버(280)로 공급할 때에는 제3,4포트(123,124)를 제5,6포트(125,126)와 각각 연결함과 동시에 제1,2포트(121,122)를 서로 연결하는 다수개의 연결포트(127)를 구비하여 제어부(400)에 의해 구동 제어되는 로터리(128)로 구성된다. The
이러한 다방향 스위치밸브(120)는 도 2a에 도시된 바와 같이 기체상 시료가 반응챔버(28)로 공급되지 않을 때에는 시료 펌프(110)와 시료 유량계(150)가 시료루프(170)를 통하여 연결되도록 하여, 시료 펌프(110)가 시료 유량계(150)를 통하여 일정 유량으로 기체상 시료를 흡인하여 항상 시료루프(170)를 채우게 된다. 그리고, 운반용 가스 유량계(140)와 분리컬럼(190)을 연결시켜, 운반용 가스가 운반용 가스 유량계(140)를 통하여 분리컬럼(190)으로 흐르도록 한다. 도 2b에 도시된 바와 같이 기체상 시료가 반응챔버(28)로 공급될 때에는 시료 펌프(110)와 시료 유량계(150)를 시료루프(170)와 연결 차단하여 시료펌프(110)와 시료 유량계(150)가 연결되도록 하고, 시료루프(170)는 각각 운반용 가스 유량계(140) 및 분리컬럼(190)과 연결되어 그 내부에 채워진 기체상 시료가 운반용 가스에 의해 분리컬럼(190)으로 운반되도록 구성되는 것이다.This
분리컬럼(190)은 분석화학에서 보편적으로 사용하는 GC(gas chromatography)의 분리 컬럼으로, 내주면에 특수 코팅된 가는 관으로 이루어진다. 이러한 분리컬럼(190)은 환경 중에 포함되어 있는 매우 다양한 화합물이 특수 코팅이 되어 있는 가는 관을 통과하면서 관 내부에서 물질의 화학적 특성(비극성, 분자량, 휘발성 등)에 따라 분리가 일어나도록 하는 기능을 갖는다.
예를 들면, 대기 중에서 질산과산화아세틸(PAN)의 농도를 검출하기 위해서는, 대기 중에 루미놀과 반응해서 빛을 내는 물질을 미리 분리해서 제거해야만 질산과산화아세틸(PAN)의 농도를 알 수 있다. 이때 대기 중에는 질산과산화아세틸(PAN) 이외에 NO2(이산화질소), O3, H2O2 등이 포함되어 있는데, 본 실시 예에서와 같이 분리컬럼(190)을 액상 광반응기(10) 전단에 배치함으로써 기체상 시료(대기중의 공기)를 액상 광반응기(10)로 공급기 전에, 질산과산화아세틸(PAN)과 NO2를 분리한 뒤 반응챔버(28)에서 반응물질과 광 반응을 시킨 후 빛을 측정해야 질산과산화아세틸(PAN)만의 농도를 알 수 있는 것이다. 이때, O3(오존) 과 H2O2(과산화수소)는 분리관 안에서 분해되어 반응챔버(28) 내로 유입되지 못하기 때문에 따로 분리할 필요는 없다.For example, in order to detect the concentration of acetyl nitrate peroxide (PAN) in the air, the concentration of acetyl nitrate peroxide (PAN) can be known only by separating and removing the material which reacts with luminol in the air in advance. At this time, in addition to acetyl nitrate peroxide (PAN), NO 2 (nitrogen dioxide), O 3 , H 2 O 2, etc. are included. The
이상에서 설명한 시료 공급부(100)는 제어부(400)에 의해 제어되어 일정량의 시료를 설정된 시간 간격으로 시료를 반응챔버(28)로 공급하는 것이다. 즉, 기체상 시료는 제어부(400)에 의해 제어되는 다방향 스위치밸브(120)에 의해 설정된 시간마다 일정량이 반응챔버(28)로 공급된다. The
예를 들면, 제어부(400)는 시료루프(170)에 채워진 기체상 시료가 2 - 3분 간격마다 분리컬럼(190)으로 이송되도록 하여 반응챔버(28)로 공급되도록 운반용 가스 유량계(140)와 시료 유량계(150), 시료펌프(110), 다방향 스위치밸브(120)를 제어하는 것이다. For example, the
한편, 반응 유도물질 공급부(300)는 저장용기에 저장된 액상 반응 유도물질을 연동펌프(320)를 이용하여 유도물질 유입구(22)로 공급하도록 구성된다. 이 연동펌프(320)도 제어부(400)에 의해 제어된다. On the other hand, the reaction induction
그리고, 배출구(26)는 반응이 완료된 물질이 배출되어 보관되기 위한 배출용기와 연결된다. And, the
제어부(400)는 시료 공급부(100)와 반응 유도물질 공급부(300)를 제어하고, 액상 광반응기(100)로부터 얻은 데이터를 가공하고, 저장하며, 디스플레이하도록 구성된다. 이를 위해서, 제어부(400)는 실시간 크로마토그램 피크소프트웨어를 내장한다. 이러한 소프트웨어를 통하여 검출된 광신호가 산출되어 표시될 수 있다. 그리고, 제어부(400)는 각각의 구동장치를 구동하기 위한 시리얼 인터페이스를 구비할 수 있고, 데이터를 디스플레이하기 위한 디스플레이수단을 더 구비한다.The
즉, 제어부(400)는 운반용 가스 유량계(140)와 시료 유량계(150), 시료펌프(110)를 제어하고, 시료루프(170)에 채워진 기체상 시료가 2 - 3분 간격마다 분리컬럼(190)으로 이송되도록 다방향 스위치밸브(120)를 구동 제어하며, 광검출기(34)에서 감지된 크로마토그램(chromatogram) 자료를 처리하여 특정 물질(본 실시예에서는 질산과산화아세틸)의 농도를 산정하게 되는 것이다.That is, the
이를 위해서, 제어부(400)는 다음과 같이 구성될 수 있다. To this end, the
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 프로그램이 시작되면, 모든 인터페이스를 초기화하고, 실행조건을 설정하며, 다방향 스위치밸브(120)의 로터리(128) 위치를 전환하여 시료루프(170)에 채워진 기체상 시료가 운반용 가스에 의해 분리컬럼(190)을 통하여 반응챔버(28)로 이송되도록 하고, 연동펌프(320)를 제어하여 반응 유도물질이 반응챔버(280)로 공급되도록 하며, 반응챔버(280)에서 발생된 광 반응을 감지한 광검출기(340)의 데이터를 수신하여 디스플레이장치(예를 들면, 컴퓨터 모니터 등)에 출력하고, 소정의 시간이 경과되면 다방향 스위치밸브(120)의 로터리(128) 위치를 전환하여 일정유량의 기체상 시료가 시료루프(170)에 채워지도록 하고, 광검출기(34)의 데이터를 저장하도록 구성되는 것이다. That is, as shown in FIG. 7, when the program is started, all interfaces are initialized, execution conditions are set, and rotary 128 positions of the
한편, 기체상 시료를 검출하기 위한 액상 광반응기(10)는 기체상 시료와 액체 반응 유도물질을 반응시켜 기체상 시료에 포함된 특정물질을 검출하도록 된 것으로, 기체상 시료가 유입되는 시료 유입구(24) 및 유도물질 유입구(22)와 연통되고, 반응이 완료된 액체와 기체가 배출되는 배출구(26)와 연결된 반응챔버(28)를 구비한 반응블럭(20)과, 반응블럭(20)의 한쪽에 결합되어 반응챔버(28)에서 광반응으로 발생된 광을 검출하기 위한 광검출기(34)를 구비한 검출블럭(30)과, 반응블럭(20)과 검출블럭(30) 사이에 배치되어 반응챔버(28)를 관통공(32)과 구분하여 격리하는 투명격벽(40)으로 이루어진 것이다. On the other hand, the liquid-
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. This will be described in more detail as follows.
먼저, 본 발명에 따른 기체상 시료 검출용 액상 광반응기는 원형 또는 사각형 등으로 이루어질 수 있는 것으로, 어느 한 형상에 국한되지 않는다. First, the liquid phase photoreactor for gas phase sample detection according to the present invention may be formed in a circle or a square, and the like, but is not limited to any one shape.
반응블럭(20)은 기체상 물질과 액체 반응 유도물질이 반응하도록 구성된 것으로, 사각 또는 원형으로 이루어진 일면에 액체 반응 유도물질이 유입되는 유도물질 유입구(22)가 형성되고, 이 유도물질 유입구(22)와 간격을 유지한 위치에 기체상 시료와 액체 반응 유도물질이 반응한 후 반응물질이 배출되는 배출구(26)가 형성된다. 그리고, 유도물질 유입구(22)에는 기체상 시료가 유입되는 시료 유입구(24)가 형성된다. 즉, 유도물질 유입구(22)의 반응챔버(28) 쪽 영역에 시료 유입구(24)가 연통되도록 형성된다. 따라서, 액체상태의 유도물질은 유도물질 유입구(22)를 통과하면서 기체상 시료와 함께 반응챔버(28)로 유입된다. The
한편, 반응블럭(20)의 중앙에는 일측이 유도물질 유입구(22) 및 시료 유입구(24)와 연결되고, 타측은 배출구(26)와 연결되는 반응챔버(28)가 형성된다. 이 반응챔버(28)는 기체상 시료와 반응 유도물질이 광 반응(루미놀 반응)을 일으키기 위한 조건을 만들기 위하여 빛이 차단된 공간으로, 본 실시 예에서와 같이 일측이 개방된 상태에서 격벽블럭(50)과 결합되면서 투명격벽(40)에 의해 밀폐된 반응챔버(28)가 형성될 수도 있고, 반응블럭(20)에 자체적으로 형성될 수도 있는 것이다. On the other hand, in the center of the
이러한 반응챔버(28)는 후술할 멤브레인(27)이 설치되어 기체상 시료와 반응 유도물질이 친수성인 멤브레인(27)의 표면에서 광반응(광자 생성 반응, 일명 루미놀 반응)하기 위한 공간이다. The
이와 같이 반응챔버(28)에서 기체상 시료와 반응 유도물질의 광반응을 유도하기 위한 멤브레인(27)은 친수성 나일론 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. As such, the
이는 친수성 나일론 재질로 된 멤브레인(27)의 표면이 고르기 때문이고, 표면이 고르고 친수성이 좋아서 반응액(반응유도물질)이 표면에 균일하게 확산될 수 있으며, 이로 인하여 고른 표면을 따라서 확산되어 이동하는 반응 유도물질과 기체상 시료가 이동하면서 안정적으로 반응을 할 수 있기 때문이다. 또한, 친수성 나일론 재질의 멤브레인(27)이 백색으로 형성됨으로써 멤브레인(27)의 표면에서 광반응으로 생성된 광자의 손실을 최소화할 수 있기 때문이다. This is because the surface of the
이와 같이 멤브레인(27)이 친수성 나일론 재질로 이루어짐으로써 특정 물질의 저농도 측정이 가능하게 된다. Thus, the
이와 같은 멤브레인(27)은 반응챔버(28)의 일면(투명격벽과 마주보는 면)에 들뜸이 없이 밀착되어 설치된다. 이를 위해서 반응챔버(28)의 일면이 고르게 가공되어야 함은 물론이다. 이때, 멤브레인(27)은 반응챔버(28)의 양쪽(유입구 측과 배출구 측)에 각각 고정수단(본딩, 끼움, 기타 다양한 고정수단)에 의해 고정되어 편평하게 펼쳐진 상태로 설치될 수 있고, 투명격벽(40)에 부착되어 설치될 수도 있으나, 반응챔버(28)의 일측 벽면에 밀착시켜 설치하는 것이 가장 바람직하다. Such a
한편, 반응챔버(28)를 형성하는 투명격벽(40)은 유리 또는 수정으로 이루어진다. 이 투명격벽(40)과 반응블럭(20) 사이에 기밀유지용 패킹이 설치될 수 있다. On the other hand, the
반응챔버(28) 내부의 간격(투명격벽과 이 투명격벽과 마주보는 반응챔버의 일면과의 사이)은 1mm - 5mm로 이루어질 수 있다. 여기서 반응챔버(28)의 내부 간격은 검출할 물질에 따라 달라질 수 있으나, 대략 2mm로 이루어진다. 이는 간격이 1mm 이하일 경우에는 반응물질의 유동이 너무 빠르게 이루어져 충분한 광반응이 일어나기 어렵고, 5mm 이상으로 이루어질 경우에는 액상의 반응 유도물질과 기체에 의해 버블현상이 발생된다. 따라서, 바람직하기로는 2mm로 이루어진다.An interval between the reaction chamber 28 (between the transparent partition wall and one surface of the reaction chamber facing the transparent partition wall) may be 1 mm to 5 mm. In this case, the internal spacing of the
그리고, 투명격벽(40)은 검출블럭(30)이 반응블럭(20)에 결합될 때, 반응블럭(20)과 검출블럭(30) 사이에 배치되어 반응챔버(28)를 형성할 수도 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이 격벽블럭(50)에 의해 반응블럭(20)과 격벽블럭(50) 사이에 배치되어 반응챔버(28)를 형성한다. 이때, 투명격벽(40)과 격벽블럭(50) 사이에는 기밀유지부재(70)가 배치된다. 이때, 격벽블럭(50)의 중앙에는 반응챔버(28)에서 발생된 광자를 통과시키기 위한 관통공(54)이 형성된다. In addition, when the
한편, 격벽블럭(50)의 일면에는 보조 투명격벽(52)이 배치된다. 이 보조 투명격벽(52)은 투명격벽(40)과 더불어 반응챔버(28)를 통과하는 반응물질(기체 및 액체)이 검출블럭(30) 측으로 누출되지 않도록 반응챔버(28)를 2중으로 차단하기 위한 것이다. 이러한 보조 투명격벽(52)도 투명격벽(40)과 마찬가지로 수정 등으로 이루어진다. On the other hand, the auxiliary
그리고, 검출블럭(30)은 격벽블럭(50)과 접하는 영역에 격벽블럭(50)의 관통공(54)와 일치되는 관통공(32)이 형성된다. 이 관통공(32)은 반응챔버(28)에서 방출되는 광자가 광검출기(34)에 도달하도록 하기 위한 것이다. In the
이러한 검출블럭(30)의 타측 말단영역에 광검출기(34)가 구비된 검출기 유도관(36)이 결합된다. 이때, 광검출기(34)는 광증폭기를 구비한다. The
한편, 반응블럭(20)과 투명블럭(50) 및 검출블럭(30)의 서로 맞닿는 영역은 다단으로 형성되고, 그 사이에 전술한 기밀유지부재(70)가 각각 배치된다. 전술한 바와 같이 반응챔버(28)가 투명격벽(40)과 보조 투명격벽(52)에 의해 격리되므로 반응물질이 검출기 유도관(36) 측으로 유출되는 현상이 방지된다. On the other hand, the areas in which the
전술한 반응블럭(20)과 투명블럭(50) 및 검출블럭(30)이 각각 단품으로 구성되어 상호 결합되므로 부품의 교체 등 부품의 정비가 용이하게 이루어질 수 있다. Since the above-described
이와 같이 구성된 오염물질 검출장치를 이용하여 대기 또는 배기가스로부터 오염물질 검출하는 과정을 설명하면 다음과 같다. The process of detecting pollutants from the atmosphere or the exhaust gas using the pollutant detection device configured as described above is as follows.
작용을 설명하기에 앞서, 기체상 시료는 다양하게 적용될 수 있으나, 전술한 바와 같이 본 실시예에서, 대기오염 물질에서 질산과산화아세틸(PAN : peroxyacetyl nitrate)을 검출하는 과정을 설명하기로 한다. Prior to explaining the action, the gas phase sample may be variously applied, but as described above, the process of detecting peroxyacetyl nitrate (PAN) in the air pollutant will be described.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 먼저, 제어부(400)의 제어동작에 의해 시료펌프(110)가 작동되어 채취된 일정유량(대략 1ml)의 기체상 시료가 시료 유량계(150)를 통하여 다방향 스위치밸브(120)에 장착된 시료루프(170)에 채워지도록 한다. 이때에는 도 2a에 도시된 바와 같이 시료펌프(110)와 연결된 제1포트(121)와 시료루프(170)의 양단과 연결된 제3.4포트(123,124) 및 시료 유량계(150)와 연결된 제2포트(122)가 로터리(128)에 의해 연결된 상태이다. 이 단계는 채취된 기체상 시료를 반응챔버(28)로 공급하기 위한 준비단계이다. As shown in FIGS. 1 to 7, first, a gas flow sample of a predetermined flow rate (approximately 1 ml) collected by the
이어서, 준비단계에서 시료루프(170)에 일정 유량의 기체상 시료가 채워진 상태에서 다방향 스위치밸브(120)를 구동 제어하여 시료루프(170)에 채워진 기체상 시료가 운반용 가스 유량계(140)를 통하여 연속적으로 흐르는 운반용 가스에 의해 분리컬럼(190)으로 이송되도록 한다. 즉, 정해진 시간, 예를 들면, 2 - 3분 간격마다 다방향 스위치밸브(120)가 제어부(400)에 의해 작동되어, 시료루프(170)와 연결된 제3포트(123)를 운반용 가스 유량계(140)와 연결된 제5포트(125)와 연결하고, 제4포트(124)를 분리컬럼(190)과 연결된 제6포트(126)과 연결하여 시료루프(170)에 채워진 기체상 시료가 운반용 가스에 의해 분리컬럼(190)으로 이송되도록 한다. 여기서 정해진 시간, 2 - 3분 간격마다 다방향 스위치밸브(120)가 제어부(400)에 의해 작동되어 기체상 시료가 분리컬럼(190)으로 이송된다는 것은, 채취된 시료를 2-3분 간격으로 빠르게 이송시켜 분석할 수 있음을 의미할 뿐만 아니라, 여러 시료를 빠른 시간에 분석할 수 있음을 의미한다. 이와 같이 시료루프(170)에 채워진 시료를 운반용 가스를 이용하여 분리컬럼(190)으로 이송하는 과정은 이송단계이다.Subsequently, the gas phase sample filled in the
이러한 과정으로 분리컬럼(190)으로 이송된 기체상 시료가 분리컬럼(190)를 통과할 때, 시료에 포함하고 있던 특정 물질, 예를 들면, 반응 유도물질과 광 반응을 일으키는 특정물질(예를 들면, NO2)이 분리된다. In this process, when the gaseous sample transferred to the
즉, 분리컬럼(190)은 시료에 포함된 질산과산화 아세틸(PAN)을 제외한 다른 물질을 미리 분리하는 역할을 하는 것으로, 이 분리컬럼(190)이 없을 경우에 액상 반응기(10)에서 나오는 빛이 질산과산화 아세틸에서 나오는지 아니면 다른 물질(시료 중에는 질산과산화 아세틸 이외에 빛을 낼 수 있는 다른 물질이 존재할 수 있음)에서 나오는지 구별할 수 없기 때문에, 통과되는 기체상 시료에서 특정한 물질, 즉 질산과산화 아세틸을 제외한 물질들을 분리하여 제거하는 것이다.That is, the
이어서, 분리컬럼(190)으로 이송된 기체상 시료로부터 특정 오염물질을 제외한 광 반응물질을 분리하여 제거한 후 반응챔버(28)로 공급함과 동시에, 반응 유도물질 공급부(300)를 제어하여 기체상의 시료와 광 반응을 발생시키기 위한 액체 반응 유도물질을 반응챔버(28)로 공급한다. 즉, 기체상 시료가 반응챔버(28)로 공급될 때, 연동펌프(320)가 작동하여 반응 유도물질, 예를 들면 루미놀(luminol) 용액을 유도물질 유입구(22)로 공급한다. 이와 같이 시료와 반응 유도물질을 반응챔버(28)로 시료를 공급하는 공급단계이다. Subsequently, the photoreactive material except for a particular contaminant is separated and removed from the gaseous sample transferred to the
전술한 과정으로 유도물질 유입구(22)로 루미놀 용액이 공급되고, 시료 유입구(24)로 기체상 시료가 공급되면, 반응챔버(28)로 유입된 액체 반응 유도물질(루미놀 용액)은 친수성 나일론재질로 이루어진 멤브레인(27)의 표면에서 균일하게 확산되면서 배출구(26) 측으로 이동하고, 이와 동시에 기체상 시료는 멤브레인(27) 표면에 균일하게 확산된 액체 반응 유도물질과 광반응(루미놀 반응)을 하게 된다. When the luminol solution is supplied to the
이러한 과정으로 멤브레인(27) 상에서 루미놀 용액과 기체상 시료가 루미놀 반응을 하게 되어 빛을 발생시키게 되는 것이다. In this process, the luminol solution and the gas phase sample react with the luminol on the
즉, 기체상 시료가 빛이 차단된 반응챔버(28) 내로 유입되면 표면적 반응을 증폭하도록 구성된 친수성 나일론 멤브레인(27)의 표면에서 아래 화학식에서와 같이 연속적으로 유입되는 액상의 루미놀 용액과 광반응하여 광자를 방출하게 되는 것이다. 이와 같이 시료와 반응물질이 멤브레인(27)의 표면에서 반응하는 과정은 광반응 단계이다.That is, when the gaseous sample is introduced into the light-reacting
이러한 과정으로 반응챔버(28)에서 발생된 빛은 투명격벽(40)과 보조 투명격벽(52)를 통하여 광검출기(34)에 도달하게 되고, 광검출기(34)의 광증폭기는 빛을 증폭하고 검출하여 전기적 신호로 변환한 후 제어부(400)로 전송한다. 이때, 제어부(400)는 광 검출기(34)로 검출된 광 반응 데이터를 분석하고, 분석된 그로마토그램을 저장한다. 이 과정은 시료의 광 반응에 의해 발생된 빛을 통하여 특정물질을 검출하는 검출단계이다.In this process, the light generated in the
즉, 제어부(400)는 내장된 소프트웨어를 이용하여 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이 작동하여 데이터를 가공한다. 또한, 제어부(400)는 데이터를 저장하고, 별도의 명령에 의해 대기오염 물질에 포함된 질산과산화아세틸을 검출하여 이를 분석하게 된다. That is, the
한편, 멤브레인(27)을 통과하면서 반응이 완료된 반응물질은 배출구(26)를 통하여 배출용기로 배출된다. On the other hand, the reaction material completed the reaction while passing through the
이와 같이 다방향 스위치밸브(120)에 시료루프(170)가 구비되고, 이 시료루프(170)에 기체상 시료가 채워지고, 채워진 기체상 시료는 운반용 가스에 의해 분리컬럼(190)으로 이송된 후 반응챔버(28)로 공급되므로 시료의 검출이 짧은 시간에 이루어질 수 있다. 즉, 기체상 시료가 2 - 3분마다 시료루프(170)에 채워지도록 설정 함으로써, 2 - 3분 간격마다 시료루프(170)에 채워진 시료를 분리컬럼(190)을 통하여 반응챔버(28)로 이송하게 되므로 한가지 시료를 2-3분의 짧은 시간에 검출할 수 있게 되는 것이다.As such, the
그리고, 기체상 시료 검출용 액상 광반응기(10)의 다중 격벽구조에 의해 기체상 시료와 액체 반응물질이 누출됨이 없이 안정적으로 반응할 수 있게 되어 물질의 저농도 검출이 가능하게 되며, 이를 토대로 정확한 분석결과를 얻을 수 있게 된다. In addition, the multi-barrier structure of the
<실험예>Experimental Example
본 발명에 따른 액상 광반응기의 성능을 검증하기 위하여, 다른 물질이 포함되지 않은 표준물질, 예를 들면, 질산과산화아세탈(PAN) 만을 공급하여 루미놀 반응에 의한 광자의 갯수를 검출하였고, 그 결과는 도 6에 도시된 그래프와 같다. In order to verify the performance of the liquid-phase photoreactor according to the present invention, only a standard material, for example, nitric acid peroxide (PAN) was supplied to detect the number of photons by the luminol reaction, and the result was Same as the graph shown in FIG.
도 6에 나타난 바와 같이 질산과산화아세탈(PAN) 8,6,5,4,2,1 ppbv(part per billion by volume)에 해당하는 표준 물질을 주입했을 때 액상 광반응기의 광검출기(PMT)에서 측정된 광자의 갯수가 피크 높이(peak height)로 나타난다. 즉, 결과를 볼 때 상당히 직선적인(r2 =0.996374) 결과를 보여 주는 것으로 보아 안정적인 검출 및 분석이 가능하다는 것을 의미하며, 1 ppbv에서 피크높이가 350 정도인 것을 감안하면 최소 감지 농도가 극미량인 0.03-0.05 ppbv 수준인 것을 그래프를 통해 알 수 있었다.As shown in FIG. 6, when a standard material corresponding to 8,6,5,4,2,1 ppbv (part per billion by volume) of nitric acid peroxide (PAN) is injected, the photodetector (PMT) of the liquid phase photoreactor is used. The number of photons measured is represented by the peak height. In other words, the results show a fairly linear (r 2 = 0.996374) result, which means that stable detection and analysis is possible. Considering that the peak height is about 350 at 1 ppbv, the minimum detection concentration is very small. It can be seen from the graph that the level is 0.03-0.05 ppbv.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.While specific embodiments of the invention have been described and illustrated above, it is to be understood that the invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is self-evident to those who have. Therefore, such modifications or variations are not to be understood individually from the technical spirit or point of view of the present invention, the modified embodiments will belong to the claims of the present invention.
10 : 액상 광반응기 20 : 반응블럭
22 : 유도물질 유입구 24 : 시료 유입구
26 : 배출구 27 : 멤브레인
28 : 반응챔버
30 : 검출블럭 32 : 관통공
34 : 광검출기 36 : 검출기 유도관
40 : 투명격벽 50 : 격벽블럭
52 : 보조 투명격벽 70 : 기밀유지부재
100 : 시료 공급부 110 : 시료펌프
120 : 다방향 스위치밸브 121 : 제1포트
122 : 제2포트 123 : 제3포트
124 : 제4포트 125 : 제5포트
126 : 제6포트 127 : 연결포트
128 : 로터리 140 : 운반용 가스 유량계
150 : 시료 유량계 170 : 시료루프
190 : 분리컬럼 200 : 오염물질 검출장치
300 : 유도물질 공급부 320 : 연동펌프
400 : 제어부10: liquid phase photoreactor 20: reaction block
22: induction material inlet 24: sample inlet
26
28: reaction chamber
30: detection block 32: through hole
34: photodetector 36: detector guide tube
40: transparent partition 50: partition block
52: auxiliary transparent partition 70: airtight member
100: sample supply unit 110: sample pump
120: multi-directional switch valve 121: first port
122: second port 123: third port
124: fourth port 125: fifth port
126: 6th port 127: connection port
128: rotary 140: gas flow meter for transport
150: sample flow meter 170: sample loop
190: separation column 200: pollutant detection device
300: induction material supply unit 320: peristaltic pump
400:
Claims (14)
배기가스나 대기 중에서 채취된 기체상의 시료를 캐리어 가스를 이용하여 운반하되, 1회 검출할 양의 시료를 시료루프에 임시로 채운 후 상기 시료루프에 캐리어 가스를 공급하여 기체상 시료를 운반하기 위한 시료 공급부;
상기 기체상의 시료와 광 반응을 발생시키기 위한 액체 반응 유도물질을 연동펌프를 이용하여 공급하기 위한 반응 유도물질 공급부;
상기 시료 공급부에 의해 운반된 기체상의 시료와 상기 반응 유도물질 공급부에 의해 공급된 액체 반응 유도물질이 광 반응을 일으키는 반응챔버를 구비하고, 상기 반응챔버에서 발생된 광 반응을 검출하기 위한 광검출기를 구비한 액상 광반응기; 및
상기 시료 공급부와 반응 유도물질 공급부를 제어하고, 상기 광검출기로부터 얻은 데이터를 가공하고 저장하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.To detect specific pollutants in gaseous gas contained in exhaust gas or atmosphere,
Carry a gaseous sample collected from the exhaust gas or the atmosphere using a carrier gas, and temporarily fill the sample loop with the amount of sample to be detected once, and then supply the carrier gas to the sample loop to transport the gaseous sample. A sample supply unit;
A reaction inducing material supply unit for supplying a liquid reaction inducing material for generating a photoreaction with the gas phase sample using a peristaltic pump;
A photodetector for detecting a photoreaction generated in the reaction chamber, the reaction chamber including a gaseous sample carried by the sample supply unit and a liquid reaction inducer supplied by the reaction inducing material supply unit causing a photoreaction; Liquid photoreactor equipped; And
And a control unit for controlling the sample supply unit and the reaction inducing substance supply unit, and processing and storing data obtained from the photodetector.
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
상기 시료 공급부는,
기체상 시료를 상기 시료루프에 공급하기 위한 시료펌프;
상기 시료루프에 공급되는 기체상 시료의 공급량을 제어하도록 구성되는 시료 유량계;
상기 시료루프에 채워진 기체상 시료를 상기 반응챔버로 운반하기 위한 운반용 가스의 흐름을 제어하기 위한 운반용 가스 유량계;
상기 운반용 가스 유량계를 통해 흐르는 운반용 가스에 의해 상기 반응챔버로 공급되는 기체상 시료 중에서 검출하고자 하는 특정 오염물질 이외의 광반응 물질을 분리하여 제거하기 위한 분리컬럼; 및
상기 시료펌프, 시료 유량계, 시료루프, 운반용 가스 유량계, 분리컬럼과 각각 연결되어 기체상 시료를 상기 시료루프에 임시로 채운 후 상기 운반용 가스 유량계를 통하여 흐르는 운반용 가스로 상기 분리컬럼으로 공급하도록 상기 제어부에 의해 제어되는 다방향 스위치밸브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.The method of claim 1,
The sample supply unit,
A sample pump for supplying a gas phase sample to the sample loop;
A sample flow meter configured to control a supply amount of a gaseous sample supplied to the sample loop;
A transport gas flow meter for controlling a flow of a transport gas for transporting the gaseous sample filled in the sample loop to the reaction chamber;
A separation column for separating and removing photoreactive substances other than specific contaminants to be detected from a gaseous sample supplied to the reaction chamber by a carrier gas flowing through the carrier gas flow meter; And
The controller is connected to the sample pump, the sample flow meter, the sample loop, the transport gas flow meter, and the separation column, respectively, to temporarily fill a gas phase sample in the sample loop, and to supply the transport gas flowing through the transport gas flow meter to the separation column. It characterized in that it comprises a multi-directional switch valve controlled by,
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
상기 다방향 스위치밸브는,
상기 시료펌프와 연결되는 제1포트;
상기 시료 유량계와 연결되는 제2포트;
상기 시료루프의 양단과 각각 연결되는 제3,4포트;
상기 운반용 가스 유량계와 연결되는 제5포트;
상기 분리컬럼과 연결되는 제6포트; 및
상기 시료루프에 시료를 채울 때에는 상기 제3,4포트를 상기 제1,2포트와 연결함과 동시에 상기 제5,6포트를 연결하고, 상기 시료루프에 임시로 채워진 시료를 상기 반응챔버로 공급할 때에는 상기 제3,4포트를 상기 제5,6포트와 각각 연결함과 동시에 제1,2포트를 서로 연결하는 다수개의 연결포트를 구비하여 도록 상기 제어부에 의해 구동 제어되는 로터리를 포함하는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.The method of claim 2,
The multi-directional switch valve,
A first port connected to the sample pump;
A second port connected to the sample flow meter;
Third and fourth ports respectively connected to both ends of the sample loop;
A fifth port connected to the transport gas flow meter;
A sixth port connected to the separation column; And
When filling a sample in the sample loop, the third and fourth ports are connected to the first and second ports, and the fifth and sixth ports are connected to each other, and a sample temporarily filled in the sample loop is supplied to the reaction chamber. And a rotary driven and controlled by the controller so as to have a plurality of connection ports connecting the third and fourth ports to the fifth and sixth ports, respectively and simultaneously connecting the first and second ports to each other. Made,
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
상기 제어부는,
상기 시료루프에 채워진 기체상 시료가 2 - 3분 간격마다 상기 분리컬럼으로 이송하도록 상기 다방향 스위치밸브의 로터리를 구동 제어하는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.The method of claim 3,
The control unit,
Characterized in that the driving control of the rotary of the multi-directional switch valve so that the gaseous sample filled in the sample loop is transferred to the separation column every 2-3 minutes,
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
상기 액상 광반응기는,
상기 시료 공급부와 연결된 시료 유입구 및 상기 반응 유도물질 공급부와 연결된 유도물질 유입구가 상기 반응챔버의 일측에 구비되고, 상기 반응챔버의 타측에는 광 반응이 완료된 반응물질이 배출되는 배출구가 구비되며, 상기 반응챔버를 통과하는 기체상 시료와 액체 반응 유도물질의 광 반응을 유도하도록 상기 반응챔버 내에 설치되는 멤브레인을 구비한 반응블럭;
상기 반응챔버와 마주보는 일측 영역에 광을 통과시키기 위한 관통공이 형성되어 상기 반응블럭과 결합되고, 상기 관통공의 반대 측에는 광검출기를 구비한 검출기 유도관이 결합되는 검출블럭; 및
상기 반응블럭과 상기 검출블럭 사이에 배치되어 상기 반응챔버를 상기 관통공과 구분하여 격리하는 투명격벽을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.The method of claim 1,
The liquid phase photoreactor,
A sample inlet connected to the sample supply unit and an induction material inlet connected to the reaction inducing material supply unit are provided at one side of the reaction chamber, and the other side of the reaction chamber is provided with an outlet for discharging the reactant having completed the photoreaction. A reaction block having a membrane installed in the reaction chamber to induce an optical reaction between the gaseous sample passing through the chamber and the liquid reaction inducing material;
A detection block having a through hole for passing light in a region facing the reaction chamber, coupled to the reaction block, and a detector induction tube having a photodetector coupled to an opposite side of the through hole; And
And a transparent partition wall disposed between the reaction block and the detection block to separate and separate the reaction chamber from the through hole.
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
상기 멤브레인은,
친수성 나일론 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.The method of claim 5,
The membrane,
Characterized in that the hydrophilic nylon material,
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
상기 멤브레인은,
백색으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.The method of claim 6,
The membrane,
Characterized in that it consists of white,
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
상기 반응블럭과 상기 검출블럭 사이에는,
상기 반응챔버를 2중으로 격리하기 위한 보조 투명격벽이 상기 투명격벽과 간격을 유지하도록 격벽블럭에 의해 배치되는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.The method of claim 6,
Between the reaction block and the detection block,
An auxiliary transparent partition wall for isolating the reaction chamber in a double, characterized in that arranged by the partition block to maintain a distance from the transparent partition wall,
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
상기 반응블럭과 격벽블럭 및 검출블럭 사이에는,
상기 반응챔버를 통과하는 반응물질의 누출을 방지하기 위한 기밀유지부재가 구비되는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.The method of claim 8,
Between the reaction block, the partition block and the detection block,
Characterized in that the airtight holding member for preventing the leakage of the reaction material passing through the reaction chamber,
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
상기 반응챔버의 내부 간격은,
1mm - 5mm인 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.The method of claim 5,
The inner interval of the reaction chamber,
Characterized in that it is 1mm-5mm,
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
상기 광검출기는 광증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.The method of claim 5,
The photodetector further comprises an optical amplifier,
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
상기 제어부는,
프로그램이 시작되면, 모든 인터페이스를 초기화하고, 실행조건을 설정하며, 다방향 스위치밸브의 로터리 위치를 전환하여 시료루프에 채워진 기체상 시료가 운반용 가스에 의해 분리컬럼을 통하여 반응챔버로 이송되도록 하고, 연동펌프를 제어하여 반응 유도물질이 반응챔버로 공급되도록 하며, 상기 반응챔버에서 발생된 광 반응을 감지한 광검출기의 데이터를 수신하여 디스플레이장치에 출력하고, 소정의 시간이 경과되면 상기 다방향 스위치밸브의 로터리 위치를 전환하여 일정유량의 기체상 시료가 시료루프에 채워지도록 하고, 상기 광검출기의 데이터를 저장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출장치.The method according to any one of claims 1 to 11,
The control unit,
When the program starts, it initializes all interfaces, sets the execution conditions, switches the rotary position of the multi-directional switch valves, so that the gaseous sample filled in the sample loop is transferred to the reaction chamber through the separation column by the carrier gas, By controlling the peristaltic pump to supply the reaction inducing material to the reaction chamber, and receives the data of the photodetector detecting the light reaction generated in the reaction chamber and outputs to the display device, the predetermined time elapses the multi-directional switch And switching the rotary position of the valve so that a certain amount of gaseous sample is filled in the sample loop, and storing the data of the photodetector.
Pollutant detection device using a liquid photoreactor.
a) 상기 다방향 스위치밸브를 구동 제어하여 채취된 일정 유량의 기체상 시료가 시료펌프에 의해 시료 유량계로부터 시료루프로 이송되어 상기 시료루프에 임시로 채워지도록 하는 준비단계;
b) 상기 시료루프에 일정 유량의 기체상 시료가 채워진 상태에서 상기 다방향 스위치밸브를 구동 제어하여 상기 시료루프에 채워진 기체상 시료가 운반용 가스 유량계를 통하여 연속적으로 흐르는 운반용 가스에 의해 상기 분리컬럼으로 이송되도록 하는 이송단계;
c) 상기 분리컬럼으로 이송된 기체상 시료로부터 특정 오염물질을 제외한 광 반응물질을 분리하여 제거한 후 상기 반응챔버로 공급함과 동시에, 상기 반응 유도물질 공급부를 제어하여 기체상의 시료와 광 반응을 발생시키기 위한 액체 반응 유도물질을 상기 반응챔버로 공급하는 공급단계;
d) 상기 반응챔버로 공급된 기체상 시료와 반응 유도물질이 멤브레인의 표면에서 광 반응을 일으키도록 하는 광반응 단계; 및
e) 상기 멤브레인에서 발생된 광 반응을 상기 광 검출기로 검출하는 검출단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출방법.A method for detecting a specific pollutant in the gas phase contained in the exhaust gas or the atmosphere by using the pollutant detection device according to claim 12,
a) preparing a gas flow sample of a predetermined flow rate by controlling the multi-directional switch valve to be transferred from the sample flowmeter to the sample loop by a sample pump to temporarily fill the sample loop;
b) driving and controlling the multi-directional switch valve in a state in which the gas phase sample is filled in the sample loop, so that the gaseous sample filled in the sample loop is continuously transported through the gas flow meter to the separation column. A conveying step for conveying;
c) separating and removing photoreactive materials except for specific contaminants from the gaseous sample transferred to the separation column and supplying them to the reaction chamber and controlling the reaction inducing material supply unit to generate a photoreaction with the gaseous sample. Supplying a liquid reaction inducing substance for the reaction chamber;
d) a photoreaction step such that the gaseous sample and the reaction inducing material supplied to the reaction chamber cause a photoreaction at the surface of the membrane; And
e) a detection step of detecting the photoreaction generated in the membrane with the photodetector,
Pollutant detection method using liquid photoreactor.
상기 e) 단계는,
상기 광 검출기로 검출된 광 반응 데이터를 분석하고, 분석된 그로마토그램을 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
액상 광반응기를 이용한 오염물질 검출방법.
The method of claim 13,
Step e),
And analyzing the photoreaction data detected by the photo detector and storing the analyzed chromatogram.
Pollutant detection method using liquid photoreactor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110068893A KR101098960B1 (en) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | Pollutant detection method using liquid photoreactor and its device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR101098960B1 true KR101098960B1 (en) | 2011-12-28 |
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|---|---|
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3772597B2 (en) | 1999-07-30 | 2006-05-10 | 三井化学株式会社 | Peroxide analysis method and apparatus |
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2011
- 2011-07-12 KR KR1020110068893A patent/KR101098960B1/en active Active
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