KR102623539B1 - 가축분뇨 액비의 성분 분석장치 및 분석방법 - Google Patents
가축분뇨 액비의 성분 분석장치 및 분석방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102623539B1 KR102623539B1 KR1020230109319A KR20230109319A KR102623539B1 KR 102623539 B1 KR102623539 B1 KR 102623539B1 KR 1020230109319 A KR1020230109319 A KR 1020230109319A KR 20230109319 A KR20230109319 A KR 20230109319A KR 102623539 B1 KR102623539 B1 KR 102623539B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cuvette
- sample
- component analysis
- infrared
- holder
- Prior art date
Links
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 title 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 30
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 238000004433 infrared transmission spectrum Methods 0.000 claims description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 11
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 10
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 10
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 claims description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000004497 NIR spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- -1 that is Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000287828 Gallus gallus Species 0.000 description 1
- 238000007696 Kjeldahl method Methods 0.000 description 1
- 241000282887 Suidae Species 0.000 description 1
- 238000001479 atomic absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 235000013330 chicken meat Nutrition 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000003670 easy-to-clean Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 238000001095 inductively coupled plasma mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000003900 soil pollution Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/03—Cuvette constructions
- G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N20/00—Machine learning
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N2021/3125—Measuring the absorption by excited molecules
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
- G01N2021/3155—Measuring in two spectral ranges, e.g. UV and visible
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Hematology (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
본 발명은 가축분뇨 액비의 성분 분석장치 및 분석방법을 제안한다. 본 발명의 성분 분석장치는 근적외선 대역을 포함하는 빛을 조사하는 광원모듈, 상기 광원모듈과 마주보는 위치에 설치되어 큐벳(cuvette)에 수용된 시료를 통과한 근적외선의 투과/흡수 스펙트럼 정보를 획득하는 근적외선 분광계, 상기 광원모듈과 근적외선 분광계 사이에 위치하며, 성분 분석 대상인 시료가 수용된 큐벳이 적재된 가변식 큐벳 적재 홀더, 및 상기 근적외선 분광계가 전달하는 근적외선 분광 정보를 분석하여 시료의 성분 분석 결과를 제공하는 제어부를 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 근적외선 분광 정보를 이용하여 가축분뇨 액비의 성분을 분석하는 장치 및 그 분석방법에 관한 것이다.
소, 돼지, 닭, 젖소 등에서 발생하는 가축분뇨는 오염 부하량이 높은 고농도 오염물질로서, 처리없이 그대로 배출될 경우에는 수질 및 토양오염등의 영향이 크다. 반면 각종 작물 생육에 필요한 성분인 질소, 인, 칼륨 등 미량 원소들을 풍부하게 포함하고 있기에 이용가치가 매우 높다. 이를 올바르게 처리하여 비료 자원으로 활용할 경우 화학비료 소요량의 상당부분을 대체할 수 있어 최근 비료값 상승에 따른 농가의 경영비 부담을 줄이고 친환경 유기질 비료 활용으로 토양 산성화를 막을 수 있어 환경 친화적 효과가 있다.
가축분뇨 액비는 토양의 질소 요구량 및 살포면적등에 맞는 적정 살포량을 결정해야 하며, 과다 살포는 오히려 식물 생육을 저해하는 등 악취 및 환경오염을 발생시킨다. 현행 가축분뇨법에서는 액비를 살포하기 전 전국 시군 농업기술센터 및 농업기술원에서 작물 적정시비등을 증명하는 시비처방전을 발급하며 가축분뇨 액비의 살포량 결정을 위해서 질소, 인, 칼륨 분석이 필수적으로, 올바른 사용을 위해서는 정확한 가축분뇨 액비 성분 분석 결과가 필요하다.
기존에도 가축분뇨 액비의 성분 분석을 위해 다양한 방법이 이용되고 있다. 예를 들면 질소는 킬달(kieldahl) 법 및 총 질소 측정법, 인은 총 인 측정법, 칼륨은 원자 흡수 분광법 및 유도 결합 플라즈마 질량분석법 등으로 측정하였다. 그러나 이러한 방법은 성분 마다 별도의 분석법이 필요하였고, 각 항목마다 필요한 측정 장비와 운영 및 측정을 위한 분석 전문가, 장비에 따라 설치에 필요한 환경 인프라 구성이 별도로 필요하는 등, 분석에 높은 비용이 요구되었으며 또한 시료의 화학적/물리적 전처리 과정이 필요하여 분석 시간이 대략 1 ~ 3일 정도로 오래 소요되어 국내 가축분뇨 액비이용현장에서 사용하기에 어려움이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상이한 분광 특성에 따른 분자 구조를 확인하고 가축분뇨 액비의 성분 분석을 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 기존보다 가축분뇨 액비의 성분 분석 시간의 단축이 가능하고 각 성분 별로 요구되는 측정 장비와 인프라를 구비하지 않고서도 간단하고 정확하게 성분 분석을 할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 가축분뇨 액비의 성분 분석장치는, 근적외선 대역을 포함하는 빛을 조사하는 광원모듈; 상기 광원모듈과 마주보는 위치에 설치되어 큐벳(cuvette)에 수용된 시료를 통과한 근적외선의 투과/흡수 스펙트럼 정보를 획득하는 근적외선 분광계; 상기 광원모듈과 근적외선 분광계 사이에 위치하며, 성분 분석 대상인 시료가 수용된 큐벳이 적재된 가변식 큐벳 적재 홀더; 및 상기 근적외선 분광계가 전달하는 근적외선 분광 정보를 분석하여 시료의 성분 분석 결과를 제공하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 기계학습 알고리즘 기반의 회귀 모델(Regression Model)을 이용하여 성분 분석을 수행한다.
상기 제어부는, 상기 큐벳 내의 시료 상태에 따른 측정 가능여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 큐벳 교체 알림 신호를 선택적으로 제공할 수 있다.
상기 큐벳 교체 알림 신호에 따라 광 투과 경로가 더 짧은 큐벳이 선택될 수 있다.
상기 가변식 큐벳 적재 홀더는, 홀더 장착부가 요입되게 형성된 바디; 상기 홀더 장착부에 장착되는 큐벳 홀더; 및 광축 높이 조절을 위해 상기 바디 하단과 조립되는 소정 높이를 가지는 적어도 하나의 스페이서를 포함한다.
상기 바디는, 상기 광원모듈 및 근적외선 분광계 사이의 광 경로와 직선으로 형성된 제1 광 통과용 홀이 한 쌍의 측면 프레임에 형성되고, 상기 측면 프레임의 상단은 상기 큐벳 홀더의 측면 일부가 외부에 노출되도록 경사지게 형성된다.
상기 큐벳 홀더는, 홀더 몸체; 상기 홀더 몸체 상면에 형성된 가이드 홈을 따라 이동할 수 있는 노브, 상기 노브의 하단에 일체로 형성되며, 제1 고정면 및 제2 고정면을 가지는 원통 형상의 고정부로 형성된 이동부재; 및 상기 노브의 이동 후 탄성 복원력을 제공하도록 설치된 탄성 스프링을 포함한다.
상기 노브의 이동에 따라 상기 홀더 몸체에는 큐벳 장착 공간이 형성되며, 상기 큐벳 장착 공간의 사이즈는 상기 노브의 이동에 따라 가변된다.
상기 큐벳 장착 공간에 큐벳이 장착된 후 상기 노브에 가해진 외력이 제거되면, 상기 탄성 복원력에 의해 상기 큐벳 장착 공간에 장착된 큐벳은 고정된다.
상기 고정부에 길이 방향으로 관통 홀이 더 형성되고, 상기 관통홀은 상기 제1 광 통과용 홀과 직교되게 상기 바디에 형성된 제2 광 통과용 홀과 일직선 상에 위치하며, 일 측에 광원모듈 및 상기 광원모듈과 마주보는 위치에 설치되어 투과/흡수 스펙트럼 정보를 획득하는 자외선/가시광선 분광계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 가축분뇨 액비의 성분 분석방법은, 가축분뇨 액비의 성분 분석장치가, 근적외선 분광계의 암 전류(Dark current) 신호를 측정하는 제1 측정 단계; 시료가 없는 큐벳을 이용하여 입사광 강도 IO을 측정하는 제2 측정 단계; 성분 분석 대상의 시료가 수용된 큐벳을 이용하여 투과광 강도 I을 측정하는 제3 측정 단계; 상기 입사광 강도 IO와 상기 투과광 강도 I를 이용하여 상기 암 전류 신호를 보정하는 보정 단계; 보정된 암 전류 신호를 이용하여 상기 시료의 근적외선 투과/흡수 스펙트럼을 획득하는 획득 단계; 및 상기 근적외선 투과/흡수 스펙트럼을 회귀모델(Regression Model)에 적용하여 상기 시료의 성분 분석 결과를 출력하는 출력 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 획득된 근적외선 투과/흡수 스펙트럼의 감도를 판단하는 판단 단계를 더 포함하며, 상기 감도가 시료의 샘플 정보보다 낮거나 '0'인 경우, 큐벳 교체 알림 신호를 출력한다.
상기 큐벳 교체 알림 신호에 따라 현재 큐벳보다 광 경로 길이가 더 짧은 큐벳이 적재되도록 한다.
상기 큐벳이 교체되면, 교체된 큐벳의 광 경로 길이를 보정한 후 상기 회귀모델에 다시 적용한다.
상기 시료의 성분은 질소, 인, 칼륨일 수 있고, 분석 결과는 PPM 또는 %로 계산되어 제공될 수 있다.
상기 근적외선 투과/흡수 스펙트럼은, 하기 식 1 내지 식 3을 이용하여 획득한다.
(식 1) 투과율(T)= IO/I
여기서 IO는 광원에 의해 조사된 값(입사광 강도), I는 큐벳에 담겨있는 시료에 의해 흡수된 값(투과광 강도)을 말함
(식 2) 흡광도(A)= ebc
여기서 e는 시료의 몰 흡광계수(파장이 분자에 따라 변화하는 상수값, M-1 cm-1), b는 큐벳(셀)의 광 경로 길이(cm), c는 시료의 몰 농도(mol/L)를 말한다.
(식 3) 흡광도(A)= -logT = log(IO/I)
이와 같은 본 발명에 따르면, 가축분뇨 액비의 근적외선 분광 정보를 분석하여 그 가축분뇨 액비에 포함된 각종 성분(즉 질소, 인, 칼륨)을 분석할 수 있고, 기계학습을 기반으로 한 회귀모델을 적용함으로써 성분 분석의 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 가축분뇨 액비의 근적외선 분광 정보에 따라 성분 분석이 어렵더라도 광 경로 길이가 다른 큐벳을 쉽게 교체하여 성분 분석을 계속 수행할 수 있다. 그리고 성분 분석이 어려운 경우 작업자가 인지할 수 있도록 안내하기 때문에, 성분 분석 작업을 효율적으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다양한 사이즈의 큐벳을 이용한 성분 분석이 가능하기 때문에, 감도 저하로 인해 성분 분석을 할 수 없는 문제를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다양한 사이즈의 큐벳은 액상의 시료를 오염이나 손상 없이 수용할 수 있어, 성분 분석의 정확도가 향상되는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 가변식 큐벳 적재 홀더에 광 조사용 홀을 추가 형성하고, 추가 형성된 광 조사용 홀과 일직선 상에 광원모듈과 다른 분광계를 설치하면, 근적외선 파장 대역 이외 다른 대역의 성분 분석을 할 수 있는 장치로 확장 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 가축분뇨 액비의 성분 분석장치에 적용되는 근적외선 분광법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가축분뇨 액비의 성분 분석장치를 나타낸 사시도면이다.
도 3은 제1 하우징 내부를 나타낸 상세 사시도면이다.
도 4는 본 발명의 가변식 큐벳 적재 홀더의 분리 사시도면이다.
도 5는 도 4의 바디 분리 사시도면이다.
도 6은 도 4의 큐벳 홀더의 분리 사시도면이다.
도 7은 큐벳 장착공간에 서로 다른 사이즈의 큐벳이 장착되는 상태를 보여준 예시 도면이다.
도 8은 큐벳 장착공간에 장착되는 다양한 종류의 큐벳들을 나타낸 예시도면이다.
도 9는 본 발명의 가축분뇨 액비의 성분 분석장치의 다른 실시 예 구성도이다.
도 10은 본 발명의 성분 분석장치를 이용한 가축분뇨 액비의 성분을 분석하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가축분뇨 액비의 성분 분석장치를 나타낸 사시도면이다.
도 3은 제1 하우징 내부를 나타낸 상세 사시도면이다.
도 4는 본 발명의 가변식 큐벳 적재 홀더의 분리 사시도면이다.
도 5는 도 4의 바디 분리 사시도면이다.
도 6은 도 4의 큐벳 홀더의 분리 사시도면이다.
도 7은 큐벳 장착공간에 서로 다른 사이즈의 큐벳이 장착되는 상태를 보여준 예시 도면이다.
도 8은 큐벳 장착공간에 장착되는 다양한 종류의 큐벳들을 나타낸 예시도면이다.
도 9는 본 발명의 가축분뇨 액비의 성분 분석장치의 다른 실시 예 구성도이다.
도 10은 본 발명의 성분 분석장치를 이용한 가축분뇨 액비의 성분을 분석하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
공간적으로 상대적인 용어인 아래(below, beneath, lower), 위(above, upper) 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관 관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 아래(below, beneath)로 기술된 소자는 다른 소자의 위(above, upper)에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 아래는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
이하에서는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 가축분뇨 액비의 성분 분석장치에 적용되는 근적외선 분광법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 근적외선 영역은 가시광선과 중적외선(Mid-IR)사이의 대략 900 ~ 2500nm 사이에 존재하는 빛을 말한다. 이러한 근적외선은 광 에너지에 의해 시료 분자의 진동(vibrational) 및 회전(rotational) 운동에 대한 정보를 얻을 수 있고 각 운동에 필요한 에너지가 파장에 따라 방출되는 분광 특성이 다르다는 점을 이용하여, 시료의 성분 분석이 가능하다. 그렇기 때문에 근적외선을 이용하면 시료의 화학적 전처리 없이 비파괴 분석이 가능하며, 흡광도가 낮고 에너지가 중적외선(Mid-IR)에 비해 높아 투과도가 높기 때문에 시료 두께에 덜 민감하게 분광 스펙트럼 측정이 가능하다.
그리고 이러한 근적외선 분광법에 기계학습 기반의 회귀 모델을 적용하면 성분 분석을 매우 짧은 시간(대략 1분 이내)로 할 수 있으며, 기존보다 간단한 분석 절차에 의해 성분 분석이 가능한 이점이 있다.
상기 근적외선 분광법은 수학식 1로 근적외선 투과율(T)을 계산할 수 있다.
여기서 IO는 광원에 의해 조사된 값(입사광 강도), I는 큐벳 또는 셀에 담겨있는 샘플에 의해 흡수된 값(투과광 강도)을 말한다.
그리고 흡광도 A는, Lambert-Beer's law의 수학식 2로 계산된다
여기서 e는 시료의 몰 흡광계수(파장이 분자에 따라 변화하는 상수값, M-1 cm-1), b는 큐벳(셀)의 광 경로 길이(cm), c는 시료의 몰 농도(mol/L)를 말한다.
수학식 2에 따르면, 흡광도(A) 는 빛이 물질을 통과하는 길이(b)에 따라 달라지며(즉, 빛이 통과하는 길이가 길어질수록 흡광도 값은 상승함), 빛이 투과하는 경로에 있는 시료의 농도(c)에 비례함을 알 수 있다.
그리고 상기 흡광도 A는 수학식 3으로 표현할 수도 있다.
이를 통해 흡광도와 농도의 관계를 알 수 있는 바, 분석하고자 하는 시료의 흡광도를 측정하면 농도를 계산할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가축분뇨 액비의 성분 분석장치를 나타낸 사시도면이고, 도 3은 제1 하우징 내부를 나타낸 상세 사시도면이다.
도 2 및 도 3을 보면, 성분 분석장치(1)는 서로 조립 가능한 제1 하우징(10) 및 제2 하우징(20)을 포함할 수 있다. 또는 하나의 하우징 및 표시수단으로 구성될 수도 있다. 즉 기본적으로 아래에서 설명하게 되는 광 측정을 위한 수단들, 측정된 광을 분석하기 위한 제어수단, 그리고 분석된 정보를 출력하는 표시수단을 포함하면, 어떠한 형태로도 성분 분석 장치를 구성할 수 있는 것이다.
제1 하우징(10) 내에는 광원모듈(100), 가변식 큐벳 적재 홀더(200), 근적외선 분광계(300)가 설치된다.
광원모듈(100)은 근적외선 대역을 포함하는 빛을 조사하기 위한 모듈이고, 근적외선 분광계(300)는 광원모듈(100)과 마주보는 위치에 소정 간격 이격 설치되어 큐벳(cuvette)에 수용된 시료를 통과한 근적외선의 투과/흡수 스펙트럼을 획득하기 위한 장치이다. 그리고 가변식 큐벳 적재 홀더(200)는 광원모듈(100)과 근적외선 분광계(300) 사이에 위치하며, 시료가 수용된 큐벳이 적재되는 부분이다.
제1 하우징(10)은 가변식 큐벳 적재 홀더(200)에 큐벳을 적재하거나 꺼낼 수 있도록 일부는 덮개 등의 구조로 형성될 수 있다.
제2 하우징(20)은 제어부(21) 및 디스플레이 패널(22), 그리고 데이터베이스(23)를 포함할 수 있다. 도면에서 제어부(21) 및 데이터베이스(23)가 제2 하우징(20) 외부에 있는 것으로 도시하고 있으나, 실질적으로는 제2 하우징(20) 안에 장착될 것이다. 제어부(21)는 근적외선 분광계(300)가 전달하는 근적외선 분광 정보를 분석하여 가축분뇨 액비의 성분 분석 결과를 제공한다. 본 실시 예에서 상기 시료의 성분은 가축분뇨 액비에 포함된 질소, 인, 칼륨 성분일 수 있다. 물론 이는 일 실시 예이고, 더 많은 성분을 분석할 수 있을 것이다. 제어부(21)는 기계학습(Machine learning) 알고리즘 기반의 회귀 모델 (Regression Model)이 적용될 수 있다.
제어부(21)는 가변식 큐벳 적재 홀더(200)에 적재된 큐벳의 상태에 따라 큐벳 교체 알림 정보를 통보할 수 있다. 여기서 큐벳의 상태는 큐벳 내에 수용된 시료가 고형물에 의해 성분 분석이 어렵거나 적합하지 않는 경우일 수 있다. 예를 들면 시료에 고형물이 많이 포함되면 근적외선 투과/흡수 스펙트럼을 측정할 때 그 고형물 내의 불균일한 미세입자 등에 의해 예기치 못한 미광(Stray light) 및 산란 현상이 발생하거나 광 투과 시 방해요인 등으로 작용할 수 있고, 이에 성분 분석에 필요한 투과/흡수 스펙트럼 감도를 충분히 확보할 수 없게 된다.
결과적으로 성분 분석의 정확도가 떨어지거나 측정을 할 수 없는 상태가 되기 때문에, 본 발명은 분광 스펙트럼 감도를 확보할 수 있도록 광 투과 경로가 상대적으로 짧은 다른 큐벳을 사용할 수 있도록 정보를 제공한다. 종래에는 시료에 고형물 등이 포함된 경우 증류수와 희석하여 측정에 사용하였는데, 이는 물리적 희석 절차를 별도로 진행해야 하는 불편한 점이 있었다. 이에 대해 본 발명은 시료가 담긴 큐벳을 교체하는 것만으로, 측정 불능 상태를 해결할 수 있다.
제어부(21)에 의한 성분 분석결과는 PPM 또는 %로 계산되어 디스플레이 패널(22)에 화면 표시될 수 있다. 디스플레이 패널(22)은 성분 분석결과를 표시하는 것 이외에 화면 표시되는 각종 키나 버튼을 터치 조작할 수 있는 터치스크린 타입일 수 있다.
데이터베이스(23)는 가축분뇨 액비의 이용 현장에 따른 지역별 특징, 시료(샘플) 취득 시기 등을 고려하여 다양한 가축분뇨 액비에 대한 정보가 저장된다. 이러한 데이터베이스(23)는 제2 하우징(20)에 구비되고 유/무선 매체를 통해 지속적으로 업그레이드 가능하다. 물론, 데이터베이스(23)는 외부 서버(미도시) 등과 연계되어 외부에 제공될 수 있으며, 이 경우 본 발명의 성분 분석 장치(1)는 유/무선 통신망을 통해 외부 데이터베이스에 접속할 수 있다.
도 4는 본 발명의 가변식 큐벳 적재 홀더의 분리 사시도면, 도 5는 도 4의 바디 분리 사시도면, 도 6은 도 4의 큐벳 홀더의 분리 사시도면이다.
도 4를 참조하면, 가변식 큐벳 적재 홀더(200)는 홀더 장착부(P)가 마련된 바디(210), 그리고 상기 홀더 장착부(P)에 장착되는 큐벳 홀더(250)를 포함할 수 있다. 또 바디(210) 하단과 조립되어 광축 높이 조절을 위한 스페이서(400)를 더 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5에서 바디(210)는 중앙부분에 홀더 장착부(P)가 요입되게 형성되며, 측면 프레임에는 제1, 제2 광 통과용 홀(214a, 214b)이 형성된다. 제1, 제2 광 통과용 홀(214a, 214b)은 광원모듈(100) 및 근적외선 분광계(300)와 일직선상에 위치되도록 형성된다(제1 광축). 또 상기 측면 프레임의 상단은 홀더 장착부(P)에 장착된 큐벳 홀더(250)의 측면이 노출되도록 상부면(216)은 경사지게 형성된다. 즉 큐벳 홀더(250)의 측면 일부가 외부로 노출되면 작업자가 큐벳 홀더(250)의 측면을 쉽게 파지할 수 잇고, 이에 홀더 장착부(P)에서 큐벳 홀더(250)를 쉽게 꺼낼 수 있다.
그리고 바디(210)는 전방 프레임(220)을 포함한다. 전방 프레임(220)은 바디(210)와 결합/분리되는 구조일 수 있고, 이에 내부 청소 등을 용이하게 할 수 있다.
또한 액상 시료 특성상 큐벳이 적재되는 홀더 부분이 쉽게 오염이 될 수 있는데 가변식 큐벳 적재 홀더의 큐벳 홀더(250)와 바디(210)가 결합/분리 될 수 있는 구조라 분리 후 내부 청소에 용이 할 수 있다.
도 4 및 도 6에서 큐벳 홀더(250)는 홀더 몸체(252)와, 홀더 몸체(252) 내에서 일 방향으로 슬라이딩 이동 가능한 이동부재(254)를 포함한다.
이동부재(254)는 홀더 몸체(252)의 일 면에 조립되는 프레임(258) 사이에 위치한다. 이동부재(254)는 노브(254a) 및 노브(254a)의 하단에 일체로 형성된 고정부(254b)를 포함할 수 있다. 노브(254a)는 홀더 몸체(252)의 상면보다 더 돌출되게 형성되며, 가이드 홈(222)을 따라 이동될 수 있다. 고정부(254b)는 양단이 제1 고정면(b) 및 제2 고정면(b')을 가지는 길이방향의 대략 원통형상일 수 있고, 중앙에 관통홀(256)이 형성된다. 그리고 이동부재(254)와 가이드 홈(222) 사이에는 탄성 스프링(221)이 구비된다. 탄성 스프링(221)은 노브(254a) 조작에 의해 압축 및 압축 해제 상태를 갖는다. 이동부재(254)의 이동에 따라 바디(210)와의 사이에 큐벳 장착공간(S, 도 7 참고)이 마련된다.
큐벳 장착공간(S)은 노브(254a)의 이동에 따라 다양한 사이즈로 형성된다. 노브(254a)를 일 방향으로 이동시키면 그 이동되는 거리에 따라 다양한 사이즈를 가지는 큐벳을 장착할 수 있도록 큐벳 장착공간(S)을 확보할 수 있게 된다.
스페이서(400)는 광축 높이를 용이하게 조절하기 위한 것이다. 앞서 언급한 바와 같이 상기 스페이서(400)는 바디(210) 하단부와 조립 가능한 구조이다. 상기 스페이서(400)는 서로 다른 높이를 가지는 복수 개의 조절 스페이서가 준비될 수 있으며, 가변식 큐벳 적재 홀더(200)의 광축 높이가 필요한 경우, 대응하는 높이를 가지도록 적어도 하나의 스페이서를 바디 하단에 조립하면 된다.
도 7은 큐벳 장착공간에 서로 다른 사이즈의 큐벳이 장착되는 상태를 보여준 예시 도면이다. 도 7의 (a)는 노브를 슬라이딩 이동시키는 상태를 도시하고 있다. 노브의 슬라이딩 이동에 따라 도 7의 (b) 및 (c)와 같이 일 측에는 사이즈가 다른 큐벳 장착 공간(S)이 형성되고, 큐벳 장착 공간(S)마다 광 투과경로가 상이한 큐벳(1000)을 장착할 수 있다.
이때 큐벳 장착공간(S)에 큐벳(1000)이 장착된 후에는 노브에 가해진 힘을 제거하면, 탄성 스프링(221)의 복원력에 의해 노브가 이동하여 큐벳(1000)을 광축과 직교되게 고정시킬 수 있다.
도 8은 큐벳 장착공간에 장착되는 다양한 종류의 큐벳들을 나타낸 예시도면이다.
도 8의 (a) 내지 (d)에 도시한 바와 같이 광 경로 길이에 따른 다양한 사이즈의 큐벳이 준비되어 제공될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 큐벳은 액상인 시료를 오염 및 손상없이 용이하게 보관할 수 있다. 그리고 앞서 언급한 바와 같이 노브 조작을 통해 큐벳 홀더의 큐벳 장착공간에 안정되게 고정시킨 상태에서 측정이 가능하다.
도 9는 본 발명의 가축분뇨 액비의 성분 분석장치의 다른 실시 예 구성도이다. 즉 본 발명은 가변식 큐벳 적재 홀더를 4way 형태로 구성하여 성분 분석장치의 기능을 더 확장할 수 있다.
도 9를 보면, 앞서 설명한 바와 같이 제1 광축 이외에 제1 광축과 직교하는 제2 광축을 더 형성할 수 있다. 가변식 큐벳 적재 홀더(200)의 바디(210) 및 큐벳 홀더(250)의 사면으로 광 통과용 홀이 형성되어 있기 때문에 가능하다. 즉 도 4 및 도 6에서 도면부호 212a, 212b, 214a, 214b, 252a, 258a 등을 참조하면 알 수 있다.
그리고 제1 광축 및 제2 광축에 제1 광원과 제1 분광계, 제2 광원과 제2 분광계를 설치할 수 있다. 제1 분광계는 상기 근적외선 분광계(NIR Spectrometer)일 수 있고, 제2 분광계는 자외선/가시광선 분광계(UV/VIS Spectrometer)일 수 있다. 또는 그 반대로 설치할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 성분 분석장치를 이용한 가축분뇨 액비의 성분을 분석하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
가축분뇨 액비의 성분분석을 위해 먼저 근적외선 분광계(300)의 광 셔터(Optical Shutter)를 닫음(close) 상태가 되게 하여(S101), 광원모듈(100)에서 광원이 근적외선 분광계(300)로 조사되는 것을 막아, 근적외선 분광계(300)의 암 전류(dark current) 신호를 측정한다(S102).
암 전류 신호의 측정이 완료되면, 광원모듈(100)에서 광원이 제1 광축을 통해 근적외선 분광계(300)로 조사될 수 있도록 광 셔텨는 오픈(open) 상태가 되게 한 다음(S103), 시료가 없는 빈 큐벳을 큐벳 홀더(250)의 큐벳 장착공간(S)에 장착한 상태에서 입사광 강도 IO를 측정한다(S104).
다음에 빈 큐벳을 제거하고, 실제 분석하고자 할 시료가 담긴 큐벳을 큐벳 홀더(250)의 큐벳 장착공간(S)에 장착한다. 그리고 광원이 제1 광축을 통해 근적외선 분광계(300)로 조사될 때 투과광 강도 I를 측정한다(S105).
근적외선 분광계(300)는 상기 입사광 강도 IO과 투과광 강도 I를 이용하여 상기 암 전류 신호를 보정한다(S106).
그런 다음 근적외선 분광계(300)는 상기한 수학식 1 내지 수학식 3을 이용하여 근적외선 투과/흡수 스펙트럼 값을 획득한다9S107). 이때 제어부(21)는 근적외선 투과/흡수 스펙트럼이 획득되면 시료의 성분 분석을 위한 충분한 감도 이상인지 판단한다(S108). 판단 근거는 사전에 구축된 데이터베이스를 검색하여 가축분뇨 액비의 샘플 정보보다 측정된 시료의 근적외선 투과/흡수 스펙트럼이 감도가 낮거나 또는 근적외선 투과/흡수 스펙트럼의 감도가 '0'에 가까운 경우, 제어부(21)가 감도 부족 샘플이라고 판단하게 된다.
상기 판단 결과 근적외선 투과/흡수 스펙트럼의 감도가 충분한 경우, 제어부(21)는 근적외선 분광계(300)가 전달하는 근적외선 분광 정보를 회귀 모델(Regression Model)에 적용하여(S109), 가축분뇨 액비의 성분, 즉 질소, 인, 칼륨 성분의 분석 결과를 출력한다(S110).
반면 근적외선 투과/흡수 스펙트럼의 감도가 충분하지 못한 경우에는, 제어부(21)가 큐벳 교체 알림 신호를 출력한다(S120).
큐벳 교체 알림 신호에 따라, 작업자는 현재의 큐벳을 제거하고, 현재보다 광 경로 길이가 상대적으로 짧은 큐벳을 큐벳 홀더(250)의 큐벳 장착공간(S)에 장착한다(S121). 그런 다음 새로 교체된 큐벳의 광 경로 길이를 입력한다(S122). 그러면 제어부(21)는 기존 값을 보상한 후 회귀 모델에 적용하여, 가축분뇨 액비의 성분, 즉 질소, 인, 칼륨 성분의 분석 결과를 출력한다.
이러한 과정에 따라 가축분뇨 액비의 성분, 즉 질소, 인, 칼륨 성분의 분석 결과를 출력할 수 있다. 물론 이 경우 큐벳 교체 후에도 감도가 충분하지 않다면 다시 큐벳을 교체하는 작업이 수반되어야 할 것이다. 예를 들어 큐벳의 광 경로 길이를 기본 2mm로 사용했을 때 충분한 감도가 나오지 않아 큐벳 교체가 필요한 경우, 1mm 또는 0.5mm 와 같이 광 경로 길이가 짧은 큐벳을 사용하는 것이다.
그리고 큐벳 교체로 인해 광 경로 길이는 변경되기 때문에, 제어부(21)는 변경된 광 경로 길이를 보상하여 회귀 모델(Regression Model)에 적용되도록 한다.
이와 같이 본 발명은 근적외선 분광계의 분광 정보를 분석하여 쉽게 가축분뇨 액비의 성분을 분석할 수 있고, 큐벳에 수용된 시료의 상태에 따라 분석이 어려운 경우 다른 큐벳으로 간단하게 교체한 후 성분 분석을 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 성분 분석 장치
10: 제1 하우징
20: 제2 하우징
21: 제어부 22: 디스플레이 패널 23: 데이터베이스
100: 광원모듈
200: 가변식 큐벳 적재 홀더
210: 바디 221: 탄성 스프링 222: 가이드 홈
214a, 214b: 제1, 제2 광 통과용 홀
250: 큐벳 홀더 252; 홀더 몸체
254: 이동부재 254a: 노브
254b: 고정부 256: 관통홀
300: 근적외선 분광계
400: 스페이서
P: 홀더 장착부 S: 큐벳 장착공간
10: 제1 하우징
20: 제2 하우징
21: 제어부 22: 디스플레이 패널 23: 데이터베이스
100: 광원모듈
200: 가변식 큐벳 적재 홀더
210: 바디 221: 탄성 스프링 222: 가이드 홈
214a, 214b: 제1, 제2 광 통과용 홀
250: 큐벳 홀더 252; 홀더 몸체
254: 이동부재 254a: 노브
254b: 고정부 256: 관통홀
300: 근적외선 분광계
400: 스페이서
P: 홀더 장착부 S: 큐벳 장착공간
Claims (15)
- 근적외선 대역을 포함하는 빛을 조사하는 광원모듈;
상기 광원모듈과 마주보는 위치에 설치되어 큐벳(cuvette)에 수용된 시료를 통과한 근적외선의 투과/흡수 스펙트럼 정보를 획득하는 근적외선 분광계;
상기 광원모듈과 근적외선 분광계 사이에 위치하며, 성분 분석 대상인 시료가 수용된 큐벳이 적재된 가변식 큐벳 적재 홀더; 및
상기 근적외선 분광계가 전달하는 근적외선 분광 정보를 분석하여 시료의 성분 분석 결과를 제공하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 큐벳 내의 시료 상태에 따른 측정 가능여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 큐벳 교체 알림 신호를 선택적으로 제공하는 것을 특징으로 하는, 가축분뇨 액비의 성분 분석장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는, 기계학습 알고리즘 기반의 회귀 모델(Regression Model)을 이용하여 성분 분석을 수행하는, 가축분뇨 액비의 성분 분석장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 큐벳 교체 알림 신호에 따라 광 투과 경로가 더 짧은 큐벳이 선택되는, 가축분뇨 액비의 성분 분석장치. - 제1항에 있어서,
상기 가변식 큐벳 적재 홀더는,
홀더 장착부가 요입되게 형성된 바디;
상기 홀더 장착부에 장착되는 큐벳 홀더; 및
광축 높이 조절을 위해 상기 바디 하단과 조립되는 소정 높이를 가지는 적어도 하나의 스페이서를 포함하는, 가축분뇨 액비의 성분 분석장치. - 제5항에 있어서,
상기 바디는,
상기 광원모듈 및 근적외선 분광계 사이의 광 경로와 직선으로 형성된 제1 광 통과용 홀이 한 쌍의 측면 프레임에 형성되고,
상기 측면 프레임의 상단은 상기 큐벳 홀더의 측면 일부가 외부에 노출되도록 경사지게 형성되는, 가축분뇨 액비의 성분 분석장치. - 제6항에 있어서,
상기 큐벳 홀더는,
홀더 몸체;
상기 홀더 몸체 상면에 형성된 가이드 홈을 따라 이동할 수 있는 노브, 상기 노브의 하단에 일체로 형성되며, 제1 고정면 및 제2 고정면을 가지는 원통 형상의 고정부로 형성된 이동부재; 및
상기 노브의 이동 후 탄성 복원력을 제공하도록 설치된 탄성 스프링을 포함하는, 가축분뇨 액비의 성분 분석장치. - 제7항에 있어서,
상기 노브의 이동에 따라 상기 홀더 몸체에는 큐벳 장착 공간이 형성되며,
상기 큐벳 장착 공간의 사이즈는 상기 노브의 이동에 따라 가변되는, 가축분뇨 액비의 성분 분석장치. - 제8항에 있어서,
상기 큐벳 장착 공간에 큐벳이 장착된 후 상기 노브에 가해진 외력이 제거되면, 상기 탄성 복원력에 의해 상기 큐벳 장착 공간에 장착된 큐벳은 고정되는, 가축분뇨 액비의 성분 분석장치. - 제7항에 있어서,
상기 고정부에 길이 방향으로 관통 홀이 더 형성되고,
상기 관통홀은,
상기 제1 광 통과용 홀과 직교되게 상기 바디에 형성된 제2 광 통과용 홀과 일직선 상에 위치하며, 일 측에 광원모듈 및 상기 광원모듈과 마주보는 위치에 설치되어 투과/흡수 스펙트럼 정보를 획득하는 자외선/가시광선 분광계를 더 포함하는, 가축분뇨 액비의 성분 분석장치. - 가축분뇨 액비의 성분 분석장치가,
근적외선 분광계의 암 전류(Dark current) 신호를 측정하는 제1 측정 단계;
시료가 없는 큐벳을 이용하여 입사광 강도 IO을 측정하는 제2 측정 단계;
성분 분석 대상의 시료가 수용된 큐벳을 이용하여 투과광 강도 I을 측정하는 제3 측정 단계;
상기 입사광 강도 IO와 상기 투과광 강도 I를 이용하여 상기 암 전류 신호를 보정하는 보정 단계;
보정된 암 전류 신호를 이용하여 상기 시료의 근적외선 투과/흡수 스펙트럼을 획득하는 획득 단계;
상기 획득된 근적외선 투과/흡수 스펙트럼의 감도를 판단하는 판단 단계; 및
상기 판단 결과 상기 감도가 시료의 성분 분석이 가능한 경우 상기 근적외선 투과/흡수 스펙트럼을 회귀모델(Regression Model)에 적용하여 상기 시료의 성분 분석 결과를 출력하고, 상기 감도가 시료의 샘플 정보보다 낮거나 '0'인 경우, 큐벳 교체 알림 신호를 출력하는 출력 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는, 가축분뇨 액비의 성분 분석방법. - 삭제
- 제11항에 있어서,
상기 큐벳 교체 알림 신호에 따라 현재 큐벳보다 광 경로 길이가 더 짧은 큐벳이 적재되도록 하는, 가축분뇨 액비의 성분 분석방법. - 제13항에 있어서,
상기 큐벳이 교체되면, 교체된 큐벳의 광 경로 길이를 보정한 후 상기 회귀모델에 다시 적용하는, 가축분뇨 액비의 성분 분석방법. - 제11항에 있어서,
상기 시료의 성분은 질소, 인, 칼륨일 수 있고,
분석 결과는 PPM 또는 %로 계산되어 제공되는, 가축분뇨 액비의 성분 분석방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230109319A KR102623539B1 (ko) | 2023-08-21 | 2023-08-21 | 가축분뇨 액비의 성분 분석장치 및 분석방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230109319A KR102623539B1 (ko) | 2023-08-21 | 2023-08-21 | 가축분뇨 액비의 성분 분석장치 및 분석방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102623539B1 true KR102623539B1 (ko) | 2024-01-11 |
Family
ID=89533511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230109319A KR102623539B1 (ko) | 2023-08-21 | 2023-08-21 | 가축분뇨 액비의 성분 분석장치 및 분석방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102623539B1 (ko) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6350656B2 (ko) * | 1982-12-30 | 1988-10-11 | Shimadzu Corp | |
| KR20130017714A (ko) * | 2011-08-11 | 2013-02-20 | 대한민국(농촌진흥청장) | 가축분뇨액비의 성분 분석장치 |
| KR20180123023A (ko) * | 2016-02-04 | 2018-11-14 | 노바 바이오메디컬 코포레이션 | 전혈에서 헤모글로빈 파라미터들을 결하기 위한 분석 시스템 및 방법 |
| KR20190037035A (ko) * | 2017-09-28 | 2019-04-05 | 블루앤 유한회사 | 큐벳의 자동세정이 가능한 흡광도 측정장치 |
| CN209102600U (zh) * | 2018-09-03 | 2019-07-12 | 南通市通佳工程质量检测有限公司 | 一种可调式分光光度计 |
| JP2020085507A (ja) * | 2018-11-16 | 2020-06-04 | 株式会社Ｐｓ＆Ｔ | 検査装置、検査方法、プログラム、記録媒体および粉体成形物製造装置 |
-
2023
- 2023-08-21 KR KR1020230109319A patent/KR102623539B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6350656B2 (ko) * | 1982-12-30 | 1988-10-11 | Shimadzu Corp | |
| KR20130017714A (ko) * | 2011-08-11 | 2013-02-20 | 대한민국(농촌진흥청장) | 가축분뇨액비의 성분 분석장치 |
| KR101250382B1 (ko) | 2011-08-11 | 2013-04-08 | 대한민국 | 가축분뇨액비의 성분 분석장치 |
| KR20180123023A (ko) * | 2016-02-04 | 2018-11-14 | 노바 바이오메디컬 코포레이션 | 전혈에서 헤모글로빈 파라미터들을 결하기 위한 분석 시스템 및 방법 |
| KR20190037035A (ko) * | 2017-09-28 | 2019-04-05 | 블루앤 유한회사 | 큐벳의 자동세정이 가능한 흡광도 측정장치 |
| CN209102600U (zh) * | 2018-09-03 | 2019-07-12 | 南通市通佳工程质量检测有限公司 | 一种可调式分光光度计 |
| JP2020085507A (ja) * | 2018-11-16 | 2020-06-04 | 株式会社Ｐｓ＆Ｔ | 検査装置、検査方法、プログラム、記録媒体および粉体成形物製造装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Paul et al. | High-throughput NIR spectroscopic (NIRS) detection of microplastics in soil | |
| Wetterlind et al. | Soil analysis using visible and near infrared spectroscopy | |
| Rapson et al. | Analytical techniques for measuring nitrous oxide | |
| US8953158B2 (en) | Grading of agricultural products via hyper spectral imaging and analysis | |
| US8472024B2 (en) | Automated soil measurement device | |
| CN105008898B (zh) | 用于组合的libs和ir吸收光谱法研究的系统和方法 | |
| Helfer et al. | A computational model for soil fertility prediction in ubiquitous agriculture | |
| JP4853518B2 (ja) | 分光光度計 | |
| US7576855B2 (en) | Spectrophotometric method and apparatus | |
| Stenberg et al. | Diffuse reflectance spectroscopy for high-resolution soil sensing | |
| Raphael | Application of FTIR spectroscopy to agricultural soils analysis | |
| Zimmerman et al. | Analysis of allergenic pollen by FTIR microspectroscopy | |
| Atherton et al. | Spatial variation of leaf optical properties in a boreal forest is influenced by species and light environment | |
| CN107110776A (zh) | 具有复杂背景成分的样品气体中的目标分析物检测和量化 | |
| CN109475298A (zh) | 确定毛发受损程度的方法和设备、以及确定用户特定的毛发处理剂的方法 | |
| Shi et al. | Alternative particle compensation techniques for online water quality monitoring using UV–Vis spectrophotometer | |
| Zaman et al. | Methodology for measuring greenhouse gas emissions from agricultural soils using non-isotopic techniques | |
| KR102623539B1 (ko) | 가축분뇨 액비의 성분 분석장치 및 분석방법 | |
| Tormena et al. | Potential biomonitoring of atmospheric carbon dioxide in Coffea arabica leaves using near-infrared spectroscopy and partial least squares discriminant analysis | |
| Jie et al. | Determination of Nitrogen Concentration in Fresh Pear Leaves by Visible/Near‐Infrared Reflectance Spectroscopy | |
| Huang et al. | A comparison of calibration methods based on calibration data size and robustness | |
| Jamshidi et al. | Development of a spectroscopic approach for non-destructive and rapid screening of cucumbers based on maximum limit of nitrate accumulation | |
| US20150177129A1 (en) | System and apparatus for analysis of a guayule plant in situ | |
| JP2023518081A (ja) | 通信システム、モニタリングシステム及び関連方法 | |
| Lin et al. | Sources of error in open-path FTIR measurements of N 2 O and CO 2 emitted from agricultural fields |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |