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特開2024-149462エアロゾルを分析するレーザー誘導分光分析装置（Ａ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｅｒｏｓｏｌ）
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024149462
(43)【公開日】2024-10-18
(54)【発明の名称】エアロゾルを分析するレーザー誘導分光分析装置（Ａ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｅｒｏｓｏｌ）
(51)【国際特許分類】
G01N 21/71 20060101AFI20241010BHJP
【ＦＩ】
G01N21/71
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024061512
(22)【出願日】2024-04-05
(31)【優先権主張番号】10-2023-0046104
(32)【優先日】2023-04-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2023-0046105
(32)【優先日】2023-04-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】522302367
【氏名又は名称】エスディーティー インコーポレイティド
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100112357
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 繁樹
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 有一
(72)【発明者】
【氏名】ユン チウォン
(72)【発明者】
【氏名】ユ チェハ
(72)【発明者】
【氏名】ヤン チュンソク
【テーマコード（参考）】
2G043
【Ｆターム（参考）】
2G043AA01
2G043BA15
2G043CA01
2G043DA02
2G043EA10
2G043GA07
2G043GB01
2G043HA01
2G043HA02
2G043JA01
2G043KA08
2G043KA09
2G043LA02
2G043LA03
(57)【要約】
【課題】分析対象物質を成分別に分離しない状態で分析対象物質の構成成分を検出することができる分析装置の提供。
【解決手段】レーザービームが通過する第１光学チャンネル及びプラズマ放出光が通過する第２光学チャンネルが内部に形成されているカバー、第１光学チャンネルに配置された第１光学系、及び第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含むＬＩＢＳモジュールを公開する。カバーには、所定のパイプが通過できる結合ホールを形成するクランプ部が形成されており、結合ホールは、第１光学チャンネルの延長経路及び第２光学チャンネルの延長経路が交差する領域に配置されている。クランプ部は、第１及び第２クランプブランチを含み、パイプの第１セグメントが結合ホールに結合された状態で、第１クランプブランチと第２クランプブランチを互いに締めることによって、パイプとＬＩＢＳモジュールを相互結合するようになっている。
【選択図】図３
【解決手段】レーザービームが通過する第１光学チャンネル及びプラズマ放出光が通過する第２光学チャンネルが内部に形成されているカバー、第１光学チャンネルに配置された第１光学系、及び第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含むＬＩＢＳモジュールを公開する。カバーには、所定のパイプが通過できる結合ホールを形成するクランプ部が形成されており、結合ホールは、第１光学チャンネルの延長経路及び第２光学チャンネルの延長経路が交差する領域に配置されている。クランプ部は、第１及び第２クランプブランチを含み、パイプの第１セグメントが結合ホールに結合された状態で、第１クランプブランチと第２クランプブランチを互いに締めることによって、パイプとＬＩＢＳモジュールを相互結合するようになっている。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザービームが通過する第１光学チャンネル（４０１）およびプラズマ放出光が通過する第２光学チャンネル（４０２）が内部に形成されているカバー（１１００）、
前記第１光学チャンネルに配置された第１光学系、および
前記第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含み、
前記カバーには、所定のパイプ（２００）が通過できる結合ホール（１６０）を形成するクランプ部（１７０）が形成されており、
前記結合ホールは、前記第１光学チャンネルの延長経路（１４０１）および前記第２光学チャンネルの延長経路（１４０２）が交差する領域に配置されている、ＬＩＢＳモジュール（１００）。
前記第１光学チャンネルに配置された第１光学系、および
前記第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含み、
前記カバーには、所定のパイプ（２００）が通過できる結合ホール（１６０）を形成するクランプ部（１７０）が形成されており、
前記結合ホールは、前記第１光学チャンネルの延長経路（１４０１）および前記第２光学チャンネルの延長経路（１４０２）が交差する領域に配置されている、ＬＩＢＳモジュール（１００）。
【請求項2】
前記クランプ部は、第１クランプブランチ（７１）および第２クランプブランチ（７２）を含み、
前記パイプの第１セグメント（２１０）が前記結合ホールに結合された状態で、前記第１クランプブランチと前記第２クランプブランチを互いに締めることによって、前記パイプと前記ＬＩＢＳモジュールを相互結合するようになっている、請求項１に記載のＬＩＢＳモジュール。
前記パイプの第１セグメント（２１０）が前記結合ホールに結合された状態で、前記第１クランプブランチと前記第２クランプブランチを互いに締めることによって、前記パイプと前記ＬＩＢＳモジュールを相互結合するようになっている、請求項１に記載のＬＩＢＳモジュール。
【請求項3】
前記第１光学系は前記第１光学チャンネルの一端部に配置された第１ウィンドウメンバー（１８１）を含み、
前記第２光学系は前記第２光学チャンネルの一端部に配置された第２ウィンドウメンバー（１８２）を含み、
前記パイプの第１セグメント（２１０）が前記結合ホールに結合された状態で、前記第１ウィンドウメンバーは前記第１セグメントに形成された第１開口部（２１１）に対して整列する位置に配置されており、
前記パイプの第１セグメントが前記結合ホールに結合された状態で、前記第２ウィンドウメンバーは前記第１セグメントに形成された第２開口部（２１２）に対して整列する位置に配置されている、請求項１に記載のＬＩＢＳモジュール。
前記第２光学系は前記第２光学チャンネルの一端部に配置された第２ウィンドウメンバー（１８２）を含み、
前記パイプの第１セグメント（２１０）が前記結合ホールに結合された状態で、前記第１ウィンドウメンバーは前記第１セグメントに形成された第１開口部（２１１）に対して整列する位置に配置されており、
前記パイプの第１セグメントが前記結合ホールに結合された状態で、前記第２ウィンドウメンバーは前記第１セグメントに形成された第２開口部（２１２）に対して整列する位置に配置されている、請求項１に記載のＬＩＢＳモジュール。
【請求項4】
前記第１ウィンドウメンバーは前記パイプの内部に存在するガスが前記第１光学チャンネルに流入しないように遮断し、
前記第２ウィンドウメンバーは前記パイプの内部に存在するガスが前記第２光学チャンネルに流入しないように遮断し、
前記第１ウィンドウメンバーは前記レーザービームが通過する材質からなり、
前記第２ウィンドウメンバーは前記プラズマ放出光が通過する材質からなっている、請求項３に記載のＬＩＢＳモジュール。
前記第２ウィンドウメンバーは前記パイプの内部に存在するガスが前記第２光学チャンネルに流入しないように遮断し、
前記第１ウィンドウメンバーは前記レーザービームが通過する材質からなり、
前記第２ウィンドウメンバーは前記プラズマ放出光が通過する材質からなっている、請求項３に記載のＬＩＢＳモジュール。
【請求項5】
前記第１光学系は、前記第１光学チャンネルの延長方向に沿って順に配置された第１ウィンドウメンバー（１８１）、第１レンズ（１４１）、第１コリメータ（１５１）、および第１ケーブルホルダ（１２１）を含み、
前記第２光学系は、前記第２光学チャンネルの延長方向に沿って順に配置された第２ウィンドウメンバー（１８２）、第２レンズ（１４２）、第２コリメータ（１５２）、および第２ケーブルホルダ（１２２）を含む、請求項１に記載のＬＩＢＳモジュール。
前記第２光学系は、前記第２光学チャンネルの延長方向に沿って順に配置された第２ウィンドウメンバー（１８２）、第２レンズ（１４２）、第２コリメータ（１５２）、および第２ケーブルホルダ（１２２）を含む、請求項１に記載のＬＩＢＳモジュール。
【請求項6】
前記第１ウィンドウメンバーおよび前記第１ケーブルホルダは、それぞれ前記第１光学チャンネルの一端部および他端部に配置されており、
前記第２ウィンドウメンバーおよび前記第２ケーブルホルダは、それぞれ前記第２光学チャンネルの一端部および他端部に配置されており、
前記第１ケーブルホルダは、前記レーザービームを供給する第１ケーブル（１３１）に結合されるようになっており、
前記第２ケーブルホルダは、前記レーザービームを供給する第２ケーブル（１３２）に結合されるようになっている、請求項５に記載のＬＩＢＳモジュール。
前記第２ウィンドウメンバーおよび前記第２ケーブルホルダは、それぞれ前記第２光学チャンネルの一端部および他端部に配置されており、
前記第１ケーブルホルダは、前記レーザービームを供給する第１ケーブル（１３１）に結合されるようになっており、
前記第２ケーブルホルダは、前記レーザービームを供給する第２ケーブル（１３２）に結合されるようになっている、請求項５に記載のＬＩＢＳモジュール。
【請求項7】
ＬＩＢＳモジュール（１００）、および
パイプ（２００）を含み、
前記ＬＩＢＳモジュールは、
レーザービームが通過する第１光学チャンネル（４０１）およびプラズマ放出光が通過する第２光学チャンネル（４０２）が内部に形成されているカバー（１１００）、
前記第１光学チャンネルに配置された第１光学系、および
前記第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含み、
前記カバーには、前記パイプ（２００）が通過できる結合ホール（１６０）を形成するクランプ部（１７０）が形成されており、
前記結合ホールは、前記第１光学チャンネルの延長経路（１４０１）および前記第２光学チャンネルの延長経路（１４０２）が交差する領域に配置されており、
前記パイプは前記結合ホールを貫通して前記ＬＩＢＳモジュールに結合されている、ＬＩＢＳ装置。
パイプ（２００）を含み、
前記ＬＩＢＳモジュールは、
レーザービームが通過する第１光学チャンネル（４０１）およびプラズマ放出光が通過する第２光学チャンネル（４０２）が内部に形成されているカバー（１１００）、
前記第１光学チャンネルに配置された第１光学系、および
前記第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含み、
前記カバーには、前記パイプ（２００）が通過できる結合ホール（１６０）を形成するクランプ部（１７０）が形成されており、
前記結合ホールは、前記第１光学チャンネルの延長経路（１４０１）および前記第２光学チャンネルの延長経路（１４０２）が交差する領域に配置されており、
前記パイプは前記結合ホールを貫通して前記ＬＩＢＳモジュールに結合されている、ＬＩＢＳ装置。
【請求項8】
前記クランプ部は、第１クランプブランチ（７１）および第２クランプブランチ（７２）を含み、
前記パイプの第１セグメント（２１０）が前記結合ホールに結合された状態で、前記第１クランプブランチと前記第２クランプブランチを互いに締めることによって、前記パイプと前記ＬＩＢＳモジュールを相互結合するようになっている、請求項７に記載のＬＩＢＳ装置。
前記パイプの第１セグメント（２１０）が前記結合ホールに結合された状態で、前記第１クランプブランチと前記第２クランプブランチを互いに締めることによって、前記パイプと前記ＬＩＢＳモジュールを相互結合するようになっている、請求項７に記載のＬＩＢＳ装置。
【請求項9】
前記パイプの第１セグメント（２１０）には、第１開口部（２１１）および第２開口部（２１２）が形成されており、
前記第１光学系は、前記第１光学チャンネルの一端部に配置された第１ウィンドウメンバー（１８１）を含み、
前記第２光学系は、前記第２光学チャンネルの一端部に配置された第２ウィンドウメンバー（１８２）を含み、
前記パイプの第１セグメントが前記結合ホールに結合された状態で、前記第１ウィンドウメンバーは、前記第１開口部に対して整列する位置に配置されており、
前記パイプの第１セグメントが前記結合ホールに結合された状態で、前記第２ウィンドウメンバーは、前記第２開口部に対して整列する位置に配置されている、請求項７に記載のＬＩＢＳ装置。
前記第１光学系は、前記第１光学チャンネルの一端部に配置された第１ウィンドウメンバー（１８１）を含み、
前記第２光学系は、前記第２光学チャンネルの一端部に配置された第２ウィンドウメンバー（１８２）を含み、
前記パイプの第１セグメントが前記結合ホールに結合された状態で、前記第１ウィンドウメンバーは、前記第１開口部に対して整列する位置に配置されており、
前記パイプの第１セグメントが前記結合ホールに結合された状態で、前記第２ウィンドウメンバーは、前記第２開口部に対して整列する位置に配置されている、請求項７に記載のＬＩＢＳ装置。
【請求項10】
ＬＩＢＳモジュール（１００）、
パイプ（２００）、
エアロゾル供給部（３００）、
レーザー発生部（７１０）、および
検出器（７７０）を含み、
前記ＬＩＢＳモジュールは、
レーザービームが通過する第１光学チャンネル（４０１）およびプラズマ放出光が通過する第２光学チャンネル（４０２）が内部に形成されているカバー（１１００）、
前記第１光学チャンネルに配置された第１光学系、および
前記第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含み、
前記カバーには前記パイプ（２００）が通過できる結合ホール（１６０）を形成するクランプ部（１７０）が形成されており、
前記結合ホールは前記第１光学チャンネルの延長経路（１４０１）および前記第２光学チャンネルの延長経路（１４０２）が交差する領域に配置されている、分析装置。
パイプ（２００）、
エアロゾル供給部（３００）、
レーザー発生部（７１０）、および
検出器（７７０）を含み、
前記ＬＩＢＳモジュールは、
レーザービームが通過する第１光学チャンネル（４０１）およびプラズマ放出光が通過する第２光学チャンネル（４０２）が内部に形成されているカバー（１１００）、
前記第１光学チャンネルに配置された第１光学系、および
前記第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含み、
前記カバーには前記パイプ（２００）が通過できる結合ホール（１６０）を形成するクランプ部（１７０）が形成されており、
前記結合ホールは前記第１光学チャンネルの延長経路（１４０１）および前記第２光学チャンネルの延長経路（１４０２）が交差する領域に配置されている、分析装置。
【請求項11】
前記パイプは前記結合ホールを貫通して前記ＬＩＢＳモジュールに結合されており、
前記エアロゾル供給部は前記パイプの内部空間にエアロゾルを供給するようになっており、
前記レーザー発生部は前記レーザービームを生成するようになっており、
前記検出器は前記第２光学系が検出したプラズマ放出光を検出するようになっている、請求項１０に記載の分析装置。
前記エアロゾル供給部は前記パイプの内部空間にエアロゾルを供給するようになっており、
前記レーザー発生部は前記レーザービームを生成するようになっており、
前記検出器は前記第２光学系が検出したプラズマ放出光を検出するようになっている、請求項１０に記載の分析装置。
【請求項12】
前記パイプには第１開口部（２１１）および第２開口部（２１２）が形成されており、
前記エアロゾル供給部は水と分析対象物質を含む混合物のエアロゾルを生成して、前記生成されたエアロゾルを前記パイプに供給するようになっており、
前記第１光学チャンネルの延長経路（１４０１）に前記第１開口部が配置され、前記第２光学チャンネルの延長経路（１４０２）に前記第２開口部が配置されるように、前記ＬＩＢＳモジュールが前記パイプに結合されている、請求項１０に記載の分析装置。
前記エアロゾル供給部は水と分析対象物質を含む混合物のエアロゾルを生成して、前記生成されたエアロゾルを前記パイプに供給するようになっており、
前記第１光学チャンネルの延長経路（１４０１）に前記第１開口部が配置され、前記第２光学チャンネルの延長経路（１４０２）に前記第２開口部が配置されるように、前記ＬＩＢＳモジュールが前記パイプに結合されている、請求項１０に記載の分析装置。
【請求項13】
前記ＬＩＢＳモジュールは、前記第１光学チャンネルに配置された第１ウィンドウメンバー（１８１）および前記第２光学チャンネルに配置された第２ウィンドウメンバー（１８２）を含み、
前記パイプを通って移動する前記エアロゾルが前記第１開口部と前記第２開口部を介して前記ＬＩＢＳモジュールの内部に流出しないように、前記第１光学チャンネルの両端部のうちの前記第１開口部に隣接した一端部は前記第１ウィンドウメンバー（１８１）によって塞がれており、前記第２光学チャンネルの両端部のうちの前記第２開口部に隣接した一端部は前記第２ウィンドウメンバー（１８２）によって塞がれている、請求項１２に記載の分析装置。
前記パイプを通って移動する前記エアロゾルが前記第１開口部と前記第２開口部を介して前記ＬＩＢＳモジュールの内部に流出しないように、前記第１光学チャンネルの両端部のうちの前記第１開口部に隣接した一端部は前記第１ウィンドウメンバー（１８１）によって塞がれており、前記第２光学チャンネルの両端部のうちの前記第２開口部に隣接した一端部は前記第２ウィンドウメンバー（１８２）によって塞がれている、請求項１２に記載の分析装置。
【請求項14】
前記クランプ部は、第１クランプブランチ（７１）および第２クランプブランチ（７２）を含み、
前記パイプの第１セグメント（２１０）が前記結合ホールに結合された状態で、前記第１クランプブランチと前記第２クランプブランチを互いに締めることによって、前記パイプと前記ＬＩＢＳモジュールを相互結合するようになっている、請求項１０に記載の分析装置。
前記パイプの第１セグメント（２１０）が前記結合ホールに結合された状態で、前記第１クランプブランチと前記第２クランプブランチを互いに締めることによって、前記パイプと前記ＬＩＢＳモジュールを相互結合するようになっている、請求項１０に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はレーザー誘導分光分析技術に関し、特にエアロゾルの成分を分析する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
レーザー誘導分光分析技術（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＬＩＢＳ）は、サンプルの元素構成を決定するために使用される分析技術中の１つである。高エネルギーレーザーパルスを使用してサンプル物体のプラズマを生成し、分光学を使用して分析する。分析過程は、高エネルギーレーザー光線をサンプル表面に集中させ、一部物体が蒸気化されてプラズマを形成することから始まる。このプラズマは様々な波長で光を放出し、分光計を使用してキャプチャーして分析することができる。サンプルの各元素は、固有の波長セットで光を放出するので、各元素が放出する特定の分光線を識別してサンプルの構成を決定することができる。ＬＩＢＳは他の元素分析技術より様々な利点がある。サンプルを変形するか破壊せずに分析できるため、非破壊的である。また、結果が相対的に早く出るので、一般的に数秒から数分以内に結果を得ることができる。また、ＬＩＢＳは固体、液体、気体を含む様々な状態のサンプルを分析するために使用することができる。ＬＩＢＳは環境分析、材料科学、産業プロセス制御などの分野で多様に活用される。特に、サンプルの準備や運搬が困難な場合に適しており、少量の物体のみ必要であって、大きなサンプル準備が必要でないため非常に有用である。
【0003】
ＬＩＢＳの主要構成は次の通りである。ＬＩＢＳは、高出力レーザーを使用してサンプルでプラズマを生成する。レーザーエネルギーは、サンプルに集中して物体が除去されて気体化される。レーザー誘導プラズマには、サンプルから発生したイオンと原子が含まれている。これらは基準状態（ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）に戻るとき特性光を放出する。この光を分析してサンプルの元素構成を決定することができる。ＬＩＢＳは、分光計を使用してプラズマから放出される光を収集して分析する。光は構成波長に分散され、各波長の強度が測定される。ＬＩＢＳは、検出器を使用して各波長でプラズマから放出される光の強度を測定する。検出器は通常、ＣＣＤカメラやフォトマルチプライヤーチューブで構成される。ＬＩＢＳは、補正曲線を使用して放出された光の強度とサンプルの元素濃度を関連させる。補正曲線は、分析対象であるサンプルと同じ実験条件で知られた構成のサンプルを分析して構成される。分析対象であるサンプルは、正確かつ精密な測定のために適切に準備されなければならない。このためには、サンプルの研磨または研削、サンプルホルダやマトリックスの使用などでサンプルの均一性を維持しなければならない。
【0004】
ＬＩＢＳは次のような特性を有する。ＬＩＢＳは、数秒内にサンプルを早く分析することができるため、大量分析に有用である。そして、ＬＩＢＳはサンプルを破壊しない非破壊的分析技術であるため、価値のあるまたは代替できないサンプルを分析するときに特に重要である。ＬＩＢＳは、サンプル内の極微量元素を検出できる高感度の技術であるため、環境モニタリング、産業プロセス制御、法医学分析などの様々な分野で有用に活用されることができる。ＬＩＢＳは金属、ミネラル、セラミック、高分子および生物組織など様々な材料を分析することができる技術である。ＬＩＢＳは最小限のサンプル準備を必要とし、これは時間を節約してサンプル汚染の危険を減らすことができる。ＬＩＢＳシステムは携帯性を考慮して設計することができ、現場分析や現場測定に有用である。ＬＩＢＳは、１回の分析で複数の元素を検出して量的に分析することができる。ＬＩＢＳはサンプルの元素構成を量的に分析することができるため、品質管理およびプロセスの最適化など様々な分野で有用に活用される。
【0005】
ＬＩＢＳでレーザービームを生成するために、レーザーキャビティ、ポンプソース、Ｑ－スイッチ、光学装置、および制御電子機器を含むことができる。前記レーザーキャビティは、レーザービームを生成する核心構成要素であり、２つのミラー、活性媒体（ガスまたはクリスタルなど）、そして活性媒体にエネルギーを供給する電源を含むことができる。前記ポンプソースは、レーザーキャビティの活性媒質にエネルギーを提供する要素であり、活性媒質の吸収スペクトルに該当する特定の波長で光を放出するフラッシュランプ、ダイオードレーザーまたは他のレーザーであり得る。前記Ｑ－スイッチは、レーザーパルスのタイミングを制御する装置であって、キャビティを早く２つの状態に転換して高エネルギーパルスを生成する。前記光学装置は、レンズとミラーの連続体であって、レーザービームを形態化し、焦点を合わせるために使用される。前記光学装置は、レーザーパルスの持続時間とエネルギーを制御するのに役立つ。前記制御電子機器は、レーザーパルスの電源とタイミングを規制することによって、レーザーが安定的で一貫した結果を生成することを保障する。
【0006】
前記光学装置は、フォーカシングオプティック、放出収集光学装置、分光計（ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）、および検出器を含むことができる。前記フォーカシングオプティックは、サンプルにレーザービームの焦点を合わせるために使用される。光学装置は、所望のスポットサイズを達成するためにレンズ、ミラー、またはこの２つの組み合わせを含むことができる。前記放出収集光学装置は、プラズマから放出される光を収集するために使用され、レンズとミラーが含まれて光を分光計に集中させて案内する。前記分光計は、プラズマから放出される光を分析するために使用され、光を構成波長（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ）に分散させて各波長の強度を測定する。前記検出器は各波長でプラズマによって放出される光の強度を測定するために使用され、前記検出器はＣＣＤカメラまたは光電子増倍管（ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅ）であり得る。
【0007】
図１は、レーザー誘導分光分析機の動作原理を示す図である。
【0008】
パルスレーザー７１０が照射したパルスレーザーは、ミラー７２０を介してフォーカシングレンズ７３０に提供される。フォーカシングレンズ７３０は、分析対象であるサンプル８００の表面にフォーカシングするように配置されていることができる。フォーカシングレンズ７３０を通過したパルスレーザーは、サンプル８００のプラズマ８１０を生成することができる。プラズマ８１０から放出された様々な波長の光は、コレクションレンズ７４０、光収集器７５０、および分光器７６０を通過して分光されることができる。分光された波長の光は、検出器７７０によって検出されることができる。本明細書において、パルスレーザー７１０はレーザー発生部７１０と称することができる。
【0009】
ＬＩＢＳは原油分析のために利用することができる。原油は、石油供給源によって組成が異なる炭化水素の複雑な混合物である。原油成分の分析は、石油探査、精製および環境モニタリングを含む様々な応用分野において重要である。原油分析のための従来技術によると、原油を構成要素別に分離しなければならないため、時間と費用が多く所要され得るという問題がある。
【0010】
また、ＬＩＢＳは原油だけでなく、他の種類のオイル、微細粉塵のような粉末状の物質、および原子力発電所の冷却水に溶けている放射線元素のような物質の分析にも利用されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、分析対象物質を成分別に分離しない状態で分析対象物質の構成成分を検出することができる分析装置を提供しようとする。
【0012】
また、本発明では、分析対象物質と水とが混合されたエアロゾルを生成し、前記生成されたエアロゾルをＬＩＢＳを利用して分析する技術を提供しようとする。また、本発明では、前記エアロゾルに含まれた水分がＬＩＢＳモジュールの一部表面に凝結して分析結果に誤りが発生する問題を解決できる技術を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明では、分析対象物質と水が混合されて生成されたエアロゾルをＬＩＢＳを利用して分析する技術を提供しようとする。ＬＩＢＳは、極微量の元素も測定できるため、前記エアロゾルを利用して前記分析対象物質を分析することができる。
【0014】
本発明の一態様によれば、分析対象物質の成分を分析するために、まず分析対象物質をエアロゾル形態に変換することができる。エアロゾルは、気体中の小さい固体または液体粒子の分散体である。この粒子は、ホコリや花粉のような自然的なもの、煙やスモッグのような人工的なものであり得る。また、気体大気圧で気体間の化学反応によって生成されることもできる。
【0015】
本発明の前記分析対象物質は、水ではない物質、または水を一部含んだ物質であり得る。例えば、原油、原油ではない他の種類のオイル、微細粉塵のような粉末状の物質、および原子力発電所の冷却水に溶けている放射線元素などであり得、これに限定されない。
【0016】
本発明の一観点によって、分析対象物質をエアロゾルに変換して分析対象物質の成分を分析する方法が提供されることができる。前記方法は、容易に分析することができる小さな分析対象物質の液滴雲を生成するために分析対象物質をエアロゾルに変換する過程を含む。分析対象物質をエアロゾルに変換するために超音波噴霧、空圧噴霧、および静電気噴霧など様々な方法を利用することができるが、本発明がエアロゾルに変換するための具体的な技術的構成によって完全に制限されるものではない。
【0017】
分析対象物質がエアロゾルに変化したら、ＬＩＢＳ、ＸＲＦ、質量分析法、ガスクロマトグラフィーおよび赤外線分光法のような様々な分析技術を使用して分析することができる。分析された結果のデータは、分析対象物質の構成と個別構成要素を決定するのに使用することができる。
【0018】
本発明の一観点によって、分析対象物質と水と空気を混合する混合装置、加熱装置、および前記混合物をエアロゾルに変換するためのエアロゾル変換装置を提供することができる。前記エアロゾル変換装置は、分析対象物質の試料注入口、空気注入口、および水注入口を含む混合装置チャンバー、ミキサー、およびエアロゾル変換装置を含む。
【0019】
このとき、前記分析対象物質と混合される水は、例えば９９％以上の純度を有する水であり得る。
【0020】
例えば、前記分析対象物質がオイルの場合、オイルと空気のみを混合した状態でエアロゾルを作るためには高圧または高温の環境が必要であるが、オイルと空気、そして水を共に混合するとエアロゾルを作るために前記高圧または高温より相対的に低い低圧または低温の環境のみを提供してもよい。
【0021】
本発明の一観点によって、レーザー誘導プラズマ分光法（ＬＩＢＳ）を利用して気体を分析することができる。このために圧縮噴射されたエアロゾルを所定の直径を有する（ｅｘ１インチ）パイプにＬＩＢＳシステムを装着し、前記パイプ内で移動するエアロゾル試料がパイプ中央にある試料の焦点が合ったパルスレーザービームを使用して、前記試料の表面で少量の質量を焼いて発生するプラズマから放出された光を集光して化学的構成を分析することができる。
【0022】
このとき、前記パイプの第１位置および第２位置で前記パイプの外側にヒーティングワイヤを巻いて設置することができる。前記ヒーティングワイヤに電気を流して前記ヒーティングワイヤおよびその周辺のパイプを加熱すると、前記パイプの内側面のうちの前記ヒーティングワイヤに近い部分の結露を防ぐことができる。前記第１位置は、ＬＩＢＳモジュールと前記パイプとの結合領域から前記パイプの延長方向に沿って所定の第１距離だけ離隔した位置であり得る。前記第２位置は、ＬＩＢＳモジュールと前記パイプとの結合領域から前記パイプの延長方向の反対側延長方向に沿って所定の第２距離だけ離隔した位置であり得る。前記第１距離と前記第２距離は同じ大きさを有することができる。
【0023】
本発明の一観点によって、レーザービームが通過する第１光学チャンネル４０１およびプラズマ放出光が通過する第２光学チャンネル４０２が内部に形成されているカバー１１００、前記第１光学チャンネルに配置された第１光学系、および前記第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含むＬＩＢＳモジュール１００が提供されることができる。前記カバーには、所定のパイプ２００が通過できる結合ホール１６０を形成するクランプ部１７０が形成されており、前記結合ホールは、前記第１光学チャンネルの延長経路１４０１および前記第２光学チャンネルの延長経路１４０２が交差する領域に配置されている。
【0024】
このとき、前記第１光学系は前記第１光学チャンネルの一端部に配置された第１ウィンドウメンバー１８１を含み、前記第２光学系は前記第２光学チャンネルの一端部に配置された第２ウィンドウメンバー１８２を含み、前記パイプの第１セグメント２１０が前記結合ホールに結合された状態で、前記第１ウィンドウメンバーは前記第１セグメントに形成された第１開口部２１１に対して整列する位置に配置されていることができる。そして、前記パイプの第１セグメントが前記結合ホールに結合された状態で、前記第２ウィンドウメンバーは前記第１セグメントに形成された第２開口部２１２に対して整列する位置に配置されていることができる。
【0025】
このとき、前記第１ウィンドウメンバーは前記パイプの内部に存在するガスが前記第１光学チャンネルに流入しないように遮断し、前記第２ウィンドウメンバーは前記パイプの内部に存在するガスが前記第２光学チャンネルに流入しないように遮断し、前記第１ウィンドウメンバーは前記レーザービームが通過する材質からなり、そして前記第２ウィンドウメンバーは前記プラズマ放出光が通過する材質からなり得る。
【0026】
このとき、前記第１光学系は、前記第１光学チャンネルの延長方向に沿って順に配置された第１ウィンドウメンバー１８１、第１レンズ１４１、第１コリメータ１５１、および第１ケーブルホルダ１２１を含むことができる。そして、前記第２光学系は、前記第２光学チャンネルの延長方向に沿って順に配置された第２ウィンドウメンバー１８２、第２レンズ１４２、第２コリメータ１５２、および第２ケーブルホルダ１２２を含むことができる。
【0027】
このとき、前記第１ウィンドウメンバーおよび前記第１ケーブルホルダは、それぞれ前記第１光学チャンネルの一端部および他端部に配置されており、
前記第２ウィンドウメンバーおよび前記第２ケーブルホルダは、それぞれ前記第２光学チャンネルの一端部および他端部に配置されており、前記第１ケーブルホルダは、前記レーザービームを供給する第１ケーブル１３１に結合されるようになっており、そして前記第２ケーブルホルダは、前記レーザービームを供給する第２ケーブル１３２に結合されるようになっていることができる。
前記第２ウィンドウメンバーおよび前記第２ケーブルホルダは、それぞれ前記第２光学チャンネルの一端部および他端部に配置されており、前記第１ケーブルホルダは、前記レーザービームを供給する第１ケーブル１３１に結合されるようになっており、そして前記第２ケーブルホルダは、前記レーザービームを供給する第２ケーブル１３２に結合されるようになっていることができる。
【0028】
このとき、前記第１光学系によって、前記レーザービームの焦点領域が前記パイプの内部に形成されるようになっていることができる。
【0029】
このとき、前記クランプ部は、第１クランプブランチ７１および第２クランプブランチ７２を含み、前記パイプの第１セグメント２１０が前記結合ホールに結合された状態で、前記第１クランプブランチと前記第２クランプブランチを互いに締めることによって、前記パイプと前記ＬＩＢＳモジュールを相互結合するようになっていることができる。
【0030】
本発明の他の観点によって、ＬＩＢＳモジュール１００、およびパイプ２００を含むＬＩＢＳ装置１０が提供されることができる。前記ＬＩＢＳモジュールは、レーザービームが通過する第１光学チャンネル４０１およびプラズマ放出光が通過する第２光学チャンネル４０２が内部に形成されているカバー１１００、前記第１光学チャンネルに配置された第１光学系、および前記第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含む。前記カバーには、前記パイプ２００が通過できる結合ホール１６０を形成するクランプ部１７０が形成されており、前記結合ホールは、前記第１光学チャンネルの延長経路１４０１および前記第２光学チャンネルの延長経路１４０２が交差する領域に配置されており、そして前記パイプは前記結合ホールを貫通して前記ＬＩＢＳモジュールに結合されている。
【0031】
このとき、前記パイプの第１セグメント２１０には、第１開口部２１１および第２開口部２１２が形成されており、前記第１光学系は、前記第１光学チャンネルの一端部に配置された第１ウィンドウメンバー１８１を含み、そして前記第２光学系は、前記第２光学チャンネルの一端部に配置された第２ウィンドウメンバー１８２を含むことができる。そして、前記パイプの第１セグメントが前記結合ホールに結合された状態で、前記第１ウィンドウメンバーは、前記第１開口部に対して整列する位置に配置されていることができる。そして、前記パイプの第１セグメントが前記結合ホールに結合された状態で、前記第２ウィンドウメンバーは、前記第２開口部に対して整列する位置に配置されていることができる。
【0032】
本発明のまた他の観点によって、ＬＩＢＳモジュール１００、パイプ２００、エアロゾル供給部３００、レーザー発生部７１０、および検出器７７０を含む分析装置１が提供されることができる。前記ＬＩＢＳモジュールは、レーザービームが通過する第１光学チャンネル４０１およびプラズマ放出光が通過する第２光学チャンネル４０２が内部に形成されているカバー１１００、前記第１光学チャンネルに配置された第１光学系、および前記第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含む。このとき、前記カバーには前記パイプ２００が通過できる結合ホール１６０を形成するクランプ部１７０が形成されており、前記結合ホールは前記第１光学チャンネルの延長経路１４０１および前記第２光学チャンネルの延長経路１４０２が交差する領域に配置されており、前記パイプは前記結合ホールを貫通して前記ＬＩＢＳモジュールに結合されており、前記エアロゾル供給部は前記パイプの内部空間にエアロゾルを供給するようになっており、前記レーザー発生部は前記レーザービームを生成するようになっており、そして前記検出器は前記第２光学系が検出したプラズマ放出光を検出するようになっている。
【0033】
このとき、前記パイプには第１開口部２１１および第２開口部２１２が形成されており、前記エアロゾル供給部は水と分析対象物質を含む混合物のエアロゾルを生成して、前記生成されたエアロゾルを前記パイプに供給するようになっており、そして前記第１光学チャンネルの延長経路１４０１に前記第１開口部が配置され、前記第２光学チャンネルの延長経路１４０２に前記第２開口部が配置されるように、前記ＬＩＢＳモジュールが前記パイプに結合されていることができる。
【0034】
このとき、前記ＬＩＢＳモジュールは、前記第１光学チャンネルに配置された第１ウィンドウメンバー１８１および前記第２光学チャンネルに配置された第２ウィンドウメンバー１８２を含むことができる。そして、前記パイプを通って移動する前記エアロゾルが前記第１開口部と前記第２開口部を介して前記ＬＩＢＳモジュールの内部に流出しないように、前記第１光学チャンネルの両端部のうちの前記第１開口部に隣接した一端部は前記第１ウィンドウメンバー１８１によって塞がれており、前記第２光学チャンネルの両端部のうちの前記第２開口部に隣接した一端部は前記第２ウィンドウメンバー１８２によって塞がれていてもよい。
【0035】
このとき、前記レーザー発生部７１０は前記レーザービームを生成するようになっており、前記検出器７７０は前記第２光学チャンネルを介して収集された前記プラズマ放出光を検出するようになっていることができる。
【0036】
このとき、前記パイプを通って移動する前記エアロゾルが前記第１開口部と前記第２開口部を介して前記パイプの外側に流出しないように、前記パイプと前記ＬＩＢＳモジュールとの間の結合部位はシーリングされていることができる。
【0037】
このとき、前記パイプには第１ヒーティングワイヤ５０１が設置されており、前記パイプを通って移動する前記エアロゾルは前記第１ヒーティングワイヤが提供する熱によって加熱されるようになっていることができる。
【0038】
本発明において、分析対象物質と水の混合物をエアロゾルに変換するために、まず、空気注入口、分析対象物質の試料注入口、および水注入口を介して空気、分析対象物質の試料、および水を混合装置チャンバーの中に入れる。
【0039】
そして、前記加熱装置を利用して前記分析対象物質の試料と水がよく混合できるように、前記分析対象物質の試料と水の混合物を十分な温度（３０度～４００度）に加熱することができる。前記加熱装置は、溶鉱炉または熱交換器のように熱を発生させることができる任意の適切な装置であり得る。
【0040】
加熱と同時に、前記ミキサーは分析対象物質の試料と水と空気が混合されるのに十分に大きいＲＰＭで回転するミキサープロペラを利用し、前記水と分析対象物質の試料の混合物を回転して混合することができる。
【0041】
前記水および空気と混合された分析対象物質の試料は、エアロゾル変換装置に流れ込んでエアロゾルに変換されることができる。
【0042】
前記エアロゾル変換装置は、空圧噴霧方式、超音波噴霧方式、静電気噴霧方式を含む適切な装置であり得る。
【0043】
本発明の一観点によって、レーザー誘導プラズマ分光法（ＬＩＢＳ）を利用して気体を分析することができる。このために圧縮噴射されたエアロゾルを所定の直径を有する（ｅｘ：１インチ）パイプにＬＩＢＳシステムを装着し、前記パイプ内で移動するエアロゾル試料がパイプ中央にある試料の焦点が合っているパルスレーザービームを使用して、前記試料の表面で少量の質量を焼いて発生するプラズマから放出された光を集光して化学的構成を分析することができる。
【0044】
このとき、前記パイプの第１位置および第２位置で前記パイプの外側にヒーティングワイヤを巻いて設置することができる。前記ヒーティングワイヤに電気を流して前記ヒーティングワイヤおよびその周辺のパイプを加熱すると、前記パイプの内側面のうちの前記ヒーティングワイヤに近い部分の結露を防ぐことができる。前記第１位置は、ＬＩＢＳモジュールと前記パイプとの結合領域から前記パイプの延長方向に沿って所定の第１距離だけ離隔した位置であり得る。前記第２位置は、ＬＩＢＳモジュールと前記パイプとの結合領域から前記パイプの延長方向の反対側延長方向に沿って所定の第２距離だけ離隔した位置であり得る。前記第１距離と前記第２距離は同じ大きさを有することができる。
【0045】
本発明の一観点によって、第１開口部２１１および第２開口部２１２が形成されているパイプ２００、水と分析対象物質を含む混合物のエアロゾルを生成し、前記生成されたエアロゾルを前記パイプに供給するエアロゾル供給部３００、およびレーザービームが通過する第１光学チャンネル４０１およびプラズマ放出光を収集する第２光学チャンネル４０２が内部に形成されているＬＩＢＳモジュール１００を含む分析装置が提供されることができる。このとき、前記第１光学チャンネルの延長経路１４０１に前記第１開口部が配置され、前記第２光学チャンネルの延長経路１４０２に前記第２開口部が配置されるように、前記ＬＩＢＳモジュールが前記パイプに結合されている。
【0046】
このとき、前記パイプを通って移動する前記エアロゾルが前記第１開口部と前記第２開口部を介して前記パイプの外側に流出しないように、前記パイプと前記ＬＩＢＳモジュールとの間の結合部位はシーリングされていることができる。
【0047】
このとき、前記ＬＩＢＳモジュールは、前記第１光学チャンネルに配置された第１ウィンドウメンバー１８１および前記第２光学チャンネルに配置された第２ウィンドウメンバー１８２を含むことができる。そして、前記パイプを通って移動する前記エアロゾルが前記第１開口部と前記第２開口部を介して前記ＬＩＢＳモジュールの内部に流出しないように、前記第１光学チャンネルの両端部のうちの前記第１開口部に隣接した一端部は前記第１ウィンドウメンバー１８１によって塞がれており、前記第２光学チャンネルの両端部のうちの前記第２開口部に隣接した一端部は前記第２ウィンドウメンバー１８２によって塞がれていてもよい。
【0048】
このとき、前記パイプには第１ヒーティングワイヤ５０１が設置されており、前記パイプを通って移動する前記エアロゾルは前記第１ヒーティングワイヤが提供する熱によって加熱されるようになっていることができる。
【0049】
このとき、前記レーザービームを生成するようになっているレーザー発生部７１０、および前記第２光学チャンネルを介して収集された前記プラズマ放出光を検出するようになっている検出器７７０をさらに含むことができる。
【0050】
このとき、前記ＬＩＢＳモジュールは、カバー１１００、前記第１光学チャンネルに配置された第１光学系、および前記第２光学チャンネルに配置された第２光学系を含むことができる。そして、前記第１光学チャンネルおよび前記第２光学チャンネルは、前記カバーの内部に形成されており、前記カバーには、前記パイプが通過できる結合ホール１６０を形成するクランプ部１７０が形成されており、前記結合ホールは、前記第１光学チャンネルの延長経路および前記第２光学チャンネルの延長経路が交差する領域に配置されていることができる。
【0051】
このとき、前記第１光学系は、前記第１光学チャンネルの一端部に配置された第１ウィンドウメンバー１８１を含み、前記第２光学系は、前記第２光学チャンネルの一端部に配置された第２ウィンドウメンバー１８２を含み、前記第１開口部および前記第２開口部は、前記ＬＩＢＳモジュールと結合する前記パイプの一部分である第１セグメント２１０に形成されていることができる。そして、前記第１セグメントが前記結合ホールに結合された状態で、前記第１ウィンドウメンバーは、前記第１開口部に対して整列する位置に配置されていることができる。そして、前記第１セグメントが前記結合ホールに結合された状態で、前記第２ウィンドウメンバーは、前記第２開口部に対して整列する位置に配置されていることができる。
【0052】
このとき、前記第１ウィンドウメンバーは、前記パイプの内部に存在するガスが前記第１光学チャンネルに流入しないように遮断し、前記第２ウィンドウメンバーは、前記パイプの内部に存在するガスが前記第２光学チャンネルに流入しないように遮断し、前記第１ウィンドウメンバーは、前記レーザービームが通過する材質からなっており、前記第２ウィンドウメンバーは、前記プラズマ放出光が通過する材質からなっていることができる。
【0053】
このとき、前記第１光学系は、前記第１光学チャンネルの延長方向に沿って順に配置された第１ウィンドウメンバー１８１、第１レンズ１４１、第１コリメータ１５１、および第１ケーブルホルダ１２１を含むことができる。そして、前記第２光学系は、前記第２光学チャンネルの延長方向に沿って順に配置された第２ウィンドウメンバー１８２、第２レンズ１４２、第２コリメータ１５２、および第２ケーブルホルダ１２２を含むことができる。
【0054】
このとき、前記第１ウィンドウメンバーおよび前記第１ケーブルホルダは、それぞれ前記第１光学チャンネルの一端部および他端部に配置されており、前記第２ウィンドウメンバーおよび前記第２ケーブルホルダは、それぞれ前記第２光学チャンネルの一端部および他端部に配置されており、前記第１ケーブルホルダは、前記レーザービームを供給する第１ケーブル１３１に結合されるようになっており、前記第２ケーブルホルダは、前記レーザービームを供給する第２ケーブル１３２に結合されるようになっていることができる。
【0055】
このとき、前記第１光学系によって前記レーザービームの焦点領域が前記パイプの内部に形成されるようになっていることができる。
【0056】
このとき、前記クランプ部は、第１クランプブランチ７１および第２クランプブランチ７２を含み、前記パイプの第１セグメント２１０が前記結合ホールに結合された状態で、前記第１クランプブランチと前記第２クランプブランチを互いに締めることによって、前記パイプと前記ＬＩＢＳモジュールを相互結合するようになっていることができる。
【発明の効果】
【0057】
本発明によれば、分析対象物質のＬＩＢＳ分析のために分析対象物質を構成成分別に分離する必要がない。
【0058】
また、本発明によれば、分析対象物質と水が混合されたエアロゾルを生成し、前記生成されたエアロゾルをＬＩＢＳを利用して分析する技術を提供することができる。また、本発明では、前記エアロゾルに含まれた水分がＬＩＢＳモジュールの一部表面に凝結して分析結果に誤りが発生する問題を解決できる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0059】
【図1】レーザー誘導分光分析機の動作原理を示す図である。
【図2】本発明の一実施例によって提供される分析装置の構成を示す図である。
【図4a】本発明の一実施例によって提供されるＬＩＢＳモジュールの本体の外箱を構成する第１カバーおよび第２カバーの結合関係を示す。
【図4b】本発明の一実施例によって提供されるＬＩＢＳモジュールの本体を構成する前記第２カバーの内側面のプロファイルを示す。
【図4c】本発明の一実施例によって提供されるパイプの構造を示す。
【図5】本発明の一実施例によって提供されるＬＩＢＳモジュール内に形成された第１光学チャンネルを通過する入力光学系の構成および前記ＬＩＢＳモジュール内に形成された第２光学チャンネルを通過する出力光学系の構成を示す。
【図6】本発明の一実施例によって提供されるパイプの内部空間とＬＩＢＳモジュールとの間の光学的連結関係を示す。
【図7】本発明の一実施例によって提供されるエアロゾル供給部の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0060】
以下、本発明の実施例を添付した図面を参考して説明する。しかし、本発明は本明細書で説明する実施例に限定されず、他の様々な形態で具現されることができる。本明細書で使用される用語は実施例の理解を助けるためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。また、以下で使用される単数形は文面がそれと明らかに反対の意味を示さない限り、複数形も含む。
【0061】
図２は、本発明の一実施例によって提供される分析装置の構成を示す図である。
【0062】
分析装置１は、ＬＩＢＳモジュール１００およびパイプ２００を含むことができる。分析装置１は、パルスレーザー７１０、ミラー７２０、光収集器７５０、分光器７６０、および検出器７７０のような追加構成をさらに含むことができ、この追加構成は具体的な実施例によって変更することができる。分析装置１は光学分析装置１と称することができる。本明細書において、前記ＬＩＢＳモジュールはＬＩＢＳ装置またはレーザー誘導分光分析装置と称することもできる。本明細書において、パルスレーザー７１０はレーザー発生部７１０と称することができる。
【0063】
パイプ２００は、エアロゾル供給部２４０が供給したエアロゾルの移動通路として利用される。パイプ２００は、後述する所定の構造に従って前記ＬＩＢＳモジュール１００に結合されている。
【0064】
【0065】
図４ａは、前記ＬＩＢＳモジュール１００の本体１１０の外箱を構成する第１カバー１１１０および第２カバー１１２０の結合関係を示す。
【0066】
図４ｂは、前記ＬＩＢＳモジュール１００の本体１１０を構成する前記第２カバー１１２０の内側面のプロファイルを示す。
【0067】
図４ｃは、前記パイプ２００の構造を示す。
【0068】
前記第１カバー１１１０と前記第２カバー１１２０によって形成される外箱を本明細書ではカバー１１００と称することができる。カバー１１００を構成するピースの個数およびカバー１１００を製造する方法は、実施例によって異なり得るが、これによって本発明が制限されるものではない。
【0069】
【0070】
所定の前記エアロゾル供給部３００が供給したエアロゾルは、前記パイプ２００の内部を通って移動することができる。一実施例において、前記エアロゾル供給部３００は、分析対象物質をエアロゾルに変換して、前記エアロゾルを前記パイプの内部に供給するようになっていることができる。
【0071】
前記ＬＩＢＳモジュール１００は、前記パイプ２００の第１セグメント２１０を囲むようになっていることができる。本明細書において、前記第１セグメント２１０は結合セグメントと称することもできる。
【0072】
前記パイプ２００の第１地点には、第１ヒーティングワイヤ５０１が設置されていることができる。前記パイプ２００の第２地点には、第２ヒーティングワイヤ５０２が設置されていることができる。前記パイプ２００を通って移動するエアロゾルに水分が含まれている場合、前記水分が凝結して前記パイプ２００の内側表面に結露することがあり得る。このとき、もし水分が結露する位置が前記ＬＩＢＳモジュール１００が提供するレーザービームの経路に存在する場合、正確な分析を行うことができない。したがって、前記第１ヒーティングワイヤ５０１および第２ヒーティングワイヤ５０２は、水分を含む前記エアロゾルが前記ＬＩＢＳモジュール１００が提供するレーザービームの経路に到達する直前に前記エアロゾルおよびその内部の水分を暖かく加熱することによって、前記ＬＩＢＳモジュール１００の近くで水分が凝結して結露しないように防止する役割をする。
【0073】
図４ａを参照すると、前記ＬＩＢＳモジュール１００の外箱は、第１カバー１１１０と第２カバー１１２０を結合して提供されることができる。一実施例において、前記第１カバー１１１０と前記第２カバー１１２０は互いに対称な形状を有することができる。したがって、前記第２カバー１１２０の構造を説明すると、前記第１カバー１１１０の構図も同じ方式で理解されることができる。
【0074】
前記第１カバー１１１０と前記第２カバー１１２０が結合されて形成された外箱であるカバー１１００の内部には、第１ケーブル１３１が提供したレーザービームが通過する第１光学チャンネル４０１および前記ＬＩＢＳモジュール１００が収集したプラズマ放出光が通過する第２光学チャンネル４０２が形成されることができる。一実施例において、前記レーザービームはパルス状のレーザーであり得る。前記プラズマ放出光は、パイプ２００の内部空間に存在するエアロゾルが前記ＬＩＢＳモジュール１００が提供したレーザービームによるエネルギーを得て発生することができる。
【0075】
一実施例において、前記第１光学チャンネル４０１は、互いに異なる高さと直径を有するシリンダーの形状を有する複数の空いた空間が前記第１光学チャンネルの延長方向に沿って順番に配置されて提供されるものであり得る。前記シリンダー形状を有する空いた空間は、同軸に配置されていることができる。前記第２光学チャンネル４０２は、互いに異なる高さと直径を有するシリンダーの形状を有する複数の空いた空間が前記第２光学チャンネルの延長方向に沿って順番に配置されて提供されるものであり得る。前記シリンダー形状の空いた空間は、同軸に配置されていることができる。
【0076】
前記第１光学チャンネル４０１と前記第２光学チャンネル４０２が互いに交差する領域に、前記パイプ２００が通過する第１結合ホール１６１、前記パイプ２００が通過する第２結合ホール１６２、前記第１クランプ部１７１、および前記第２クランプ部１７２が配置されていることができる。本明細書において、前記第１クランプ部１７１と前記第２クランプ部１７２を統合してクランプ部１７０と称し、前記第１結合ホール１６１と前記第２結合ホール１６２を統合して結合ホール１６０と称することができる。
【0077】
前記第１カバー１１１０には前記第１結合ホール１６１が形成されており、前記第２カバー１１２０には前記第２結合ホール１６２が形成されている。前記第１結合ホール１６１および前記第２結合ホール１６２の断面の形状は、前記パイプ２００の断面の形状に対応する形状であり得る。
【0078】
前記第１結合ホール１６１の形状は、前記第１カバー１１１０に形成されている第１クランプ１７１によって定義され、前記第２結合ホール１６２の形状は、前記第２カバー１１２０に形成されている第２クランプ１７２によって定義される。
【0079】
図４ｂを参照すると、前記第２クランプ部１７２は、第１クランプブランチ７１および第２クランプブランチ７２を含むことができる。
【0080】
前記第１カバー１１１０は、前記第２カバー１１２０と対称な構造を有するので、前記第１クランプ部１７１も第１クランプブランチ７１および第２クランプブランチ７２を含むことができる。
【0081】
一実施例において、前記第１クランプブランチ７１には第１ねじホールが形成されており、前記第２クランプブランチ７２には第２ねじホールが形成されていることができる。前記第１ねじホールと前記第２ねじホールは互いに整列した状態に配置されていることができる。前記第１結合ホール１６１および前記第２結合ホール１６２に前記パイプ２００を通過させ、前記パイプ２００の前記結合セグメント２１０と前記ＬＩＢＳモジュール１００の本体１１０を互いに整列させることができる。前記結合セグメント２１０が前記ＬＩＢＳモジュール１００の本体１１０に整列した状態で、前記第１ねじホールと前記第２ねじホールをボルト９０で互いに結合して締めると、前記第１クランプブランチ７１と前記第２クランプブランチ７２が前記パイプ２００をしっかり締め付けることになり、その結果、前記パイプ２００が前記ＬＩＢＳモジュール１００に対して移動せずに、前記ＬＩＢＳモジュール１００に結合された状態を維持することになる。
【0082】
図４ｃを参照すると、前記パイプ２００の結合セグメント２１０には、第１開口部２１１および第２開口部２１２が形成されていることができる。前記ＬＩＢＳモジュール１００のクランプ１７０は、前記結合セグメント２１０で前記パイプ２００と結合されることができる。
【0083】
前記結合セグメント２１０から離隔している前記パイプ２００の第１地点に前記第１ヒーティングワイヤ５０１が設置されており、前記結合セグメント２１０から離隔している前記パイプ２００の第２地点に前記第２ヒーティングワイヤ５０２が設置されていることができる。前記第１地点は、前記結合セグメント２１０を基準として前記エアロゾルが流入する方向に存在し、前記第２地点は、前記結合セグメント２１０を基準として前記エアロゾルが流出する方向に存在することができる。前記第１ヒーティングワイヤ５０１と前記第２ヒーティングワイヤ５０２は、前記パイプ２００の外側表面に巻かれて結合されていることができるが、結合形態が図４ｃに示した状態に限定されるものではない。
【0084】
前記パイプ２００に流入したエアロゾルに含まれた水分が前記結合セグメント２１０の内部空間に隣接した前記ＬＩＢＳモジュール１００の表面で凝結しないように、エアロゾルが図４ｃの左側端部から前記パイプ２００に流入する場合には、前記分析装置１に含まれた制御装置６００が前記結合セグメント２１０の左側に配置された前記第１ヒーティングワイヤ５０１を加熱し、エアロゾルが図４ｃの右側端部から前記パイプ２００に流入する場合には、前記分析装置１に含まれた制御装置６００が前記結合セグメント２１０の右側に配置された前記第２ヒーティングワイヤ５０２を加熱することができる。
【0085】
図５は、前記ＬＩＢＳモジュール１００内に形成された前記第１光学チャンネル４０１を通過する入力光学系の構成および前記ＬＩＢＳモジュール１００内に形成された前記第２光学チャンネル４０２を通過する出力光学系の構成を示す。本明細書において、前記入力光学系は第１光学系と称し、前記出力光学系は第２光学系と称することができる。
【0086】
前記入力光学系は、順に配置された第１ケーブル１３１、第１ケーブルホルダ１２１、第１コリメータ１５１、フォーカシングレンズ１４１、および第１ウィンドウメンバー１８１を含むことができる。前記フォーカシングレンズ１４１は、本明細書で第１レンズ１４１と称することもできる。
【0087】
前記第１ケーブルホルダ１２１の一部分は前記第２カバー１１２０に結合され、他の一部分は前記第１ケーブル１３１に結合されることができる。前記フォーカシングレンズ１４１は、前記第１ケーブル１３１から提供されたレーザービームの焦点をエアロゾル試料がパイプ２００の内部に形成するようになっていることができる。前記第１ウィンドウメンバー１８１は、前記レーザービームを通過させる透明または半透明の素材からなっており、前記第１光学チャンネル４０１と前記パイプ２００の内部を光学的に連結する機能および前記第１光学チャンネル４０１を前記ＬＩＢＳモジュール１００の外部のガスから分離する機能を提供する。前記第１ケーブルホルダ１２１は、前記第１ケーブル１３１を前記第１光学チャンネル４０１に光学的に連結する機能および前記第１光学チャンネル４０１を前記ＬＩＢＳモジュール１００の外部から密閉する機能を提供する。
【0088】
前記出力光学系は、順に配置された第２ケーブル１３２、第２ケーブルホルダ１２２、第２コリメータ１５２、プラズマ放出光収集レンズ１４２、および第２ウィンドウメンバー１８２を含むことができる。本明細書において、前記プラズマ放出光収集レンズ１４２は第２レンズ１４２と称することもできる。
【0089】
前記第２ケーブルホルダ１２２の一部分は前記第２カバー１１２０に結合され、他の一部分は前記第２ケーブル１３２に結合されることができる。前記プラズマ放出光収集レンズ１４２は、前記パイプ２００の内部に発生したプラズマ放出光を収集して前記第２コリメータ１５２、前記第２ケーブル１３２に提供する機能を提供する。前記第２ウィンドウメンバー１８２は、透明または半透明の素材であり、前記第２光学チャンネル４０２と前記パイプ２００の内部を光学的に連結する機能および前記第２光学チャンネル４０２を前記ＬＩＢＳモジュール１００の外部のガスから分離する機能を提供する。前記第２ケーブルホルダ１２２は、前記第２ケーブル１３２を前記第２光学チャンネル４０２に光学的に連結する機能および前記第２光学チャンネル４０２を前記ＬＩＢＳモジュール１００の外部から密閉する機能を提供する。
【0090】
図６は、前記パイプ２００の内部空間と前記ＬＩＢＳモジュール１００との間の光学的連結関係を示す。
【0091】
図６には、前記パイプ２００、前記フォーカシングレンズ１４１、前記プラズマ放出光収集レンズ１４２、前記第１ウィンドウメンバー１８１、および前記第２ウィンドウメンバー１８２のみを表示した。図６は、図４ａおよび図４ｃに示すｘ＝０での断面を示す。
【0092】
前記フォーカシングレンズ１４１および前記第１ウィンドウメンバー１８１を順に通過したレーザービームは、前記第１開口部２１１を介して前記パイプ２００の内部に進入することができる。このために、前記第１ウィンドウメンバー１８１と前記第１開口部２１１は互いに整列している。
【0093】
前記パイプ２００内で発生したプラズマ放出光は、前記第２開口部２１２および前記第２ウィンドウメンバー１８２を順に通過して前記プラズマ放出光収集レンズ１４２に到達する。このために、前記第２ウィンドウメンバー１８２と前記第２開口部２１２は互いに整列している。
【0094】
本発明の一実施例によって提供されるＬＩＢＳモジュール１００は、前記第１カバー１１１０、前記第２カバー１１２０、前記第１ケーブルホルダ１２１、前記第２ケーブルホルダ１２２、前記第１コリメータ１５１、前記第２コリメータ１５２、前記フォーカシングレンズ１４１、前記プラズマ放出光収集レンズ１４２、前記第１ウィンドウメンバー１８１、および前記第２ウィンドウメンバー１８２を含むことができる。前記ＬＩＢＳモジュール１００は、前記第１ケーブル１３１および前記第２ケーブル１３２をさらに含むことができる。
【0095】
本発明の一実施例によって提供されるＬＩＢＳ装置１０は、前記ＬＩＢＳモジュール１００および前記パイプ２００を含むことができる。前記ＬＩＢＳ装置１０は、前記第１ヒーティングワイヤ５０１および前記第２ヒーティングワイヤ５０２をさらに含むことができる。
【0096】
本発明の一実施例によって提供される分析装置１は、前記ＬＩＢＳ装置１０、前記パルスレーザー７１０、前記分光器７６０、前記検出器７７０、およびエアロゾル供給装置３００を含むことができる。前記分析装置１は、制御装置６００をさらに含むことができる。前記制御装置６００は、様々な装置インターフェースを有するコンピューティング装置であって、前記エアロゾル供給部３００の動作、前記第１ヒーティングワイヤ５０１、前記第２ヒーティングワイヤ５０２、前記パルスレーザー７１０、および前記検出器７７０の動作を制御することができる。
【0097】
図２において、ミラー７２０を含む第１光学系は第１ケーブル１３１を含む光学系に代替されることができ、光収集器７５０を含む第２光学系は第２ケーブル１３２を含む光学系に代替されることができる。
【0098】
図７は、本発明の一実施例によって提供されるエアロゾル供給部の構成例を示す。
【0099】
エアロゾル供給部３００は、混合器３１０、加熱装置３３０、およびエアロゾル変換装置３４０を含むことができる。
【0100】
前記混合器３１０はミキサー３１１を含むことができる。
【0101】
前記混合器３１０には、前記混合器３１０に空気を供給する空気インレット３５１、前記混合器３１０に分析対象物質を供給する分析対象物質インレット３５２、および前記混合器３１０に水を供給する水インレット３５３が形成されていることができる。前記空気インレット３５１、前記分析対象物質インレット３５２、および前記水インレット３５３を介して空気３６１、分析対象物質３６２、および水３６３が前記混合器３１０の内部に提供されることができる。
【0102】
前記分析対象物質は、水ではない物質、または水を一部含む物質であり得る。例えば、原油、原油ではない他の種類のオイル、微細粉塵のような粉末状の物質、および原子力発電所の冷却水に溶けている放射線元素などである得るが、これに限定されない。
【0103】
前記加熱装置３３０は、前記分析対象物質３６２と水３６３が前記混合器３１０内で前記ミキサー３１１によってよく混合されるように前記分析対象物質３６２と水３６３の混合物を十分な温度（例えば、３０度～４００度）に加熱することができる。前記加熱装置は、溶鉱炉または熱交換器のように熱を発生させることができる任意の適切な装置であり得る。
【0104】
前記空気３６１、分析対象物質３６２、および水３６３が混合された分析対象物質の混合物３６０は、前記エアロゾル変換装置３４０に供給されることができる。前記エアロゾル変換装置３４０は、加圧ガスインレット３４１、ピンホール３４２、およびエアロゾルアウトレット３４３を含むことができる。
【0105】
前記加圧ガスインレット３４１を介して流入するガスが、前記エアロゾル変換装置３４０に準備された分析対象物質の混合物３６０に圧力を加えると、分析対象物質の混合物３６０が圧力によってピンホール３４２を通過しながらエアロゾルに変換され、変換された前記エアロゾルは前記エアロゾルアウトレット３４３を介して噴出することができる。
【0106】
前記エアロゾルアウトレット３４３は前記パイプ２００に連結され、前記パイプ２００の内部に分析対象物質、水、そして空気で構成されたエアロゾルを供給することができる。
【0107】
本発明の変形された実施例において、エアロゾル供給部は水、分析対象物質、そして空気を混合した混合物をエアロゾルに変形する構成を有するものであれば、どのような構成を有していても関係なく本発明のために利用されることができる。
【0108】
前述した本発明の実施例を利用して、本発明の技術分野に属する者は、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内に様々な変更および修正を容易に実施することができる。特許請求の範囲の各請求項の内容は、本明細書によって理解できる範囲内で引用関係がない他の請求項に結合されることができる。
【符号の説明】
【0109】
１：分析装置
１０：ＬＩＢＳ装置
７１：第１クランプブランチ
７２：第２クランプブランチ
１００：ＬＩＢＳモジュール
１１０：本体
１２０：ケーブルホルダ
１２１：第１ケーブルホルダ
１２２：第２ケーブルホルダ
１３０：ケーブル
１３１：第１ケーブル
１３２：第２ケーブル
１４１：フォーカシングレンズ、第１レンズ
１４２：プラズマ放出光収集レンズ、第２レンズ
１５１：第１コリメータ
１５２：第２コリメータ
１６０：結合ホール
１６１：第１結合ホール
１６２：第２結合ホール
１７０：クランプ部（ｃｌａｍｐｉｎｇ ｐａｒｔ）
１７１：第１クランプ部
１７２：第２クランプ部
１８１：第１ウィンドウメンバー
１８２：第２ウィンドウメンバー
２００：パイプ
２１０：結合セグメント、第１セグメント
２１１：第１開口部
２１２：第２開口部
３００：エアロゾル供給部
３１０：混合器
３１１：ミキサー
３３０：加熱装置
３４０：エアロゾル変換装置
３４１：加圧ガスインレット
３４２：ピンホール
３４３：エアロゾルアウトレット
３５１：空気インレット
３５２：分析対象物質インレット
３５３：水インレット
３６０：分析対象物質の混合物
３６１：空気
３６２：分析対象物質
３６３：水
４０１：第１光学チャンネル
４０２：第２光学チャンネル
５０１：第１ヒーティングワイヤ
５０２：第２ヒーティングワイヤ
７１０：パルスレーザー
７２０：ミラー
７５０：光収集器
７６０：分光器
７７０：検出器
１１００：カバー
１１１０：第１カバー
１１２０：第２カバー
１４０１：第１光学チャンネルの延長経路
１４０２：第２光学チャンネルの延長経路
１０：ＬＩＢＳ装置
７１：第１クランプブランチ
７２：第２クランプブランチ
１００：ＬＩＢＳモジュール
１１０：本体
１２０：ケーブルホルダ
１２１：第１ケーブルホルダ
１２２：第２ケーブルホルダ
１３０：ケーブル
１３１：第１ケーブル
１３２：第２ケーブル
１４１：フォーカシングレンズ、第１レンズ
１４２：プラズマ放出光収集レンズ、第２レンズ
１５１：第１コリメータ
１５２：第２コリメータ
１６０：結合ホール
１６１：第１結合ホール
１６２：第２結合ホール
１７０：クランプ部（ｃｌａｍｐｉｎｇ ｐａｒｔ）
１７１：第１クランプ部
１７２：第２クランプ部
１８１：第１ウィンドウメンバー
１８２：第２ウィンドウメンバー
２００：パイプ
２１０：結合セグメント、第１セグメント
２１１：第１開口部
２１２：第２開口部
３００：エアロゾル供給部
３１０：混合器
３１１：ミキサー
３３０：加熱装置
３４０：エアロゾル変換装置
３４１：加圧ガスインレット
３４２：ピンホール
３４３：エアロゾルアウトレット
３５１：空気インレット
３５２：分析対象物質インレット
３５３：水インレット
３６０：分析対象物質の混合物
３６１：空気
３６２：分析対象物質
３６３：水
４０１：第１光学チャンネル
４０２：第２光学チャンネル
５０１：第１ヒーティングワイヤ
５０２：第２ヒーティングワイヤ
７１０：パルスレーザー
７２０：ミラー
７５０：光収集器
７６０：分光器
７７０：検出器
１１００：カバー
１１１０：第１カバー
１１２０：第２カバー
１４０１：第１光学チャンネルの延長経路
１４０２：第２光学チャンネルの延長経路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図5】
【図6】
【図7】
