KR100866642B1 - 대기 중의 이산화탄소 농도 측정방법 및 측정용 카트리지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대기 중의 이산화탄소를 선택적으로 채취 및 측정하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 수산화바륨(Barium hydroxide octahydrate) 용액을 제조하는 단계; 이 용액을 측정기에 주입 후 대기 중에 노출시켜 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 단계; 이산화탄소가 선택적으로 흡수되어 수산화바륨과 반응한 후 탄산바륨을 형성하는 단계; 및 탄산바륨의 형성에 의한 전기전도도의 변화를 전기전도도계를 이용하여 측정하는 단계를 포함하는, 대기 중의 이산화탄소 농도 측정방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 이산화탄소 농도 측정용 카트리지도 제공한다. 이러한 본 발명에 따른 이산화탄소 측정방법 및 카트리지는 전기전도도의 차를 이용하여 대기 중 이산화탄소를 측정 분석할 수 있기 때문에 간단하게 실험실에서 모든 분석 작업이 이루어질 수 있고 무동력의 측정용 카트리지를 사용하기 때문에 비용이 현저히 절감될 수 있다. 또한 시료채취부터 분석과정이 쉽고 간단하기 때문에 전문가에 의한 지구온난화 원인 기체의 모니터링 및 일반시민이나 학생들의 과학실습과 실내오염, 인체노출평가에 많은 활용효과가 있다.
지구온난화 기체, 실내오염측정, 이산화탄소, 측정용 카트리지, 전기전도도
Description
도 1은 본 발명의 이산화탄소 측정방법의 일 구체 예를 도시한 총 공정흐름도.
도 2는 본 발명의 수산화바륨 흡수용액과 반응한 이산화탄소의 양과 전기전도도의 관계를 나타낸 검량선 그래프.
도 3는 본 발명의 이산화탄소 측정방법에 따라 측정된 이산화탄소 양과 비교용으로 임핀저와 펌프를 이용한 액티브 측정방법을 이용해 실제 측정한 이산화탄소 농도 사이의 비례적 관계를 도시한 그래프.
도 4은 대기 중의 이산화탄소 농도 측정용 카트리지의 일 구체 예를 도시한 분해사시도.
도 5는 대기 중의 이산화탄소 농도 측정용 카트리지의 구체 예가 조립된 단면도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
1: 위뚜껑 2: 소수성 멤브레인
3: 중간 몸통 4: 설치용 집게
5: 수용부 본체 6: 밑뚜껑
본 발명은 대기 중의 이산화탄소 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기오염물질, 특히 지구온난화에 영향을 미치는 온실기체 및 실내공기오염물질 중 하나인 이산화탄소를 수산화바륨(Barium hydroxide octahydrate) 용액을 사용하여 채취함으로써 지구온난화 가스의 농도 및 실내공기오염도를 측정, 분석할 수 있는 측정방법에 관한 것이다.
지금까지 대기 중에 존재하는 오염물질의 농도를 측정하는 방법에는 측정현장에서 전기 등의 동력을 사용하는 펌프와 고가의 측정 장비를 이용하여 일정시간 대상 오염물질을 채취하고 분석이 가능한 실험실로 옮겨 추출, 농축, 탈착 등과 같은 여러 가지 전처리과정을 통해 이루어지는 가스 또는 이온교환 크로마토그래피나 자외선이나 적외선을 이용한 분광광도법과 같은 액티브측정방법과 고가의 자동측정장치 및 주변기기를 이용하여 분석하는 자동측정방법이 있다.
지금의 이산화탄소 측정방법 또한 전원이 필요한 펌프를 이용하여 일정량의 공기를 흡인하여 센서에 반응시켜 측정하는 방법과 비분산적외선법을 이용한 측정장비와 같이 고가인 장비를 사용해야 하기 때문에 소요비용의 증가와 유지관리가 어려운 단점이 있다.
또한, 이러한 고도의 장비를 이용한 분석기술을 수행하기 위해서는 전문적으로 분석과 유지관리에 관한 교육과정을 이수한 사람만이 할 수 있는 측정방법이다. 또한 센서를 이용하여 이산화탄소를 측정할 경우에는 고농도의 농도에만 센서가 반응하기 때문에 온실기체 및 실내오염 정도를 판단하는데 민감도가 다소 떨어지는 단점이 있다.
이러한 측정방법은 현장에서 직접 이산화탄소를 채취하기 위해서는 고가의 장비를 설치한 후 장비를 안정화시키는데 많은 시간과 인력이 소비되며, 정확한 유량계 및 일정한 유량을 유지할 수 있는 고성능 공기펌프 등이 필요하고 측정 장치에 전원을 공급해야 하는 문제로 인하여 동시 다발적으로 이산화탄소를 측정하거나 인체영향을 평가하는데 한계가 있다.
이에, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 측정대상지역의 대기 중에 수산화바륨 용액을 노출시켜 이산화탄소를 흡수 반응시킨 후 생성된 탄산바륨에 의해 감소된 전기전도도를 전기전도도계를 사용하여 측정한 후 이산화탄소 농도를 도출함으로써 지구온난화 가스 농도 또는 실내공기오염 정도를 측정하는 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이산화탄소 측정방법은, 수산화바륨용액이 대기 중의 미량의 이산화탄소와 선택적으로 반응하고 전기전도도의 변화를 통해 정량할 수 있게 한다는 발견을 기본으로 하여 완성된 것이다.
구체적으로, 본 발명은 제1 양태로
(i) 일반증류수를 초순수 제조장치(Millipore Milli-Q system)를 이용하여 제조한 초순수를 용액제조 바로 전에 끓인 후 냉각시킨 초순수에 수산화바륨을 용해시켜 수산화바륨 용액을 제조하는 단계;
(ii) 이 수산화바륨 용액을 측정용 카트리지에 주입 후 대기 중에 노출시키는 단계;
(iii) 대기중에 노출시킨 수산화바륨 용액을 회수하고 새로운 초순수로 희석하여 분석용액을 제조하는 단계;
(iv) 전기전도도계로 상기 분석용액의 전기 전도도를 측정하는 단계를 포함하여, 대기 중의 이산화탄소의 농도를 측정하는 방법을 제공한다.
바람직하게는, 본 발명에서 수산화바륨을 용해시키는 초순수의 저항률은 18 mΩcm 이상이 되도록 한다.
또한 바람직하게는, 본 발명에서는 수산화바륨 용액의 농도는 10g/L으로 한다.
더욱 바람직하게는, 본 발명은
(i) 일반증류수를 초순수 제조장치(Millipore Milli-Q system)를 이용하여 저항률 18 mΩcm 이상이 되도록 제조한 초순수를 용액제조 바로 전에 끓인 후 냉각 시킨 초순수에 수산화바륨을 용해시켜 10g/L의 수산화바륨 용액을 제조하는 단계;
(ii) 이 수산화바륨 용액(10g/L) 2mL를 정확하게 취해 측정용 카트리지에 주입 후 대기 중에 노출시키는 단계;
(iii) 대기중에 노출시킨 수산화바륨 용액을 깨끗한 유리병에 옮긴 후 초순수 18mL를 넣고 희석하여 최종적으로 용액의 부피를 정확하게 20mL로 맞추고, 수산화바륨 용액 중 수분의 증발에 의한 손실은 초순수를 보충하여 최종적으로 20mL로 맞춰 분석 용액을 제조하는 단계;
(iv) 상기 분석용액의 전기전도도를 측정하는 단계를 포함하여, 대기 중의 이산화탄소의 농도를 측정하는 방법을 제공한다.
본 발명에서 수산화바륨 용액을 측정하고자 하는 대기 중에 노출시키는 노출시간은 일반적인 실내 및 실외 환경에서 1일에서 1주일로 한다.
이산화탄소의 양과 그 농도는 다음 식(1) 및 식(2)로로부터 계산할 수 있다:
Q(이산화탄소 양(mg)) = [-(Scond - Bcond)/k] × Vabs × D (1)
이산화탄소 농도(ppm) = Q /(SR × t) (2)
여기서, Q는 채취된 이산화탄소 양(mg)이며, Scond는 시료의 전기전도도(μs/cm)이고, Bcond는 공시료의 전기전도도(μs/cm)이며, k는 이산화탄소 검량선으로부터 반응한 이산화탄소의 양과 전기전도도와의 관계식에서 유도된 기울기이고, Vabs는 흡수용액의 부피(mL)이며, D는 희석배수이고, SR는 시료채취율(0.218mL/min)이며, t는 대기 중에서 시료채취를 위한 시간(min)이다.
이산화탄소 검량선은 도 2에서 보는 것과 같이 반응한 이산화탄소의 양과 전기전도도가 직선관계가 있는 것으로 나타났다. 도 2에서 얻어진 직선의 기울기를 이용하여 측정된 전기전도도에 해당하는 반응한 이산화탄소의 양을 구해 농도 계산에 사용한다.
상기된 바와 같은 이산화탄소의 양 및 그 농도를 구하는 식은 저항율이 18 mΩcm인 초순수를 사용하며, 25℃의 대기온도 및 1기압에서 이산화탄소의 농도를 측정하며, 수산화바륨 용액이 대기와 접촉하는 접촉면적은 14 mm2인 경우, 다음 식(1) 및 식(2)와 같이 정의될 수 있다:
이산화탄소 양(mg) = [(전기전도도 - 1568)/(-10286)] × 20 (1)
이산화탄소 농도(ppm) = 이산화탄소 양/(0.218 × 노출시간) × 1000 × 509.4 (2)
여기서, 이산화탄소 양은 노출시간 동안 측정 카트리지에 채취된 이산화탄소 양(mg)이고, 전기전도도는 수산화바륨 용액을 대기 중에 노출시킨 후 제조된 분석용 시료의 전기전도도(μs/cm)이며, 1568은 대기 중에 노출시키지 않은 수산화바륨 용액인 공시료의 전기전도도(μs/cm)이고, -10286은 이산화탄소 검량선에서 반응한 이산화탄소의 양과 전기전도도와의 관계를 나타낸 직선의 기울기이며, 20은 2mL 흡수용액을 10배 희석하여 최종적으로 제조된 분석용액의 부피(mL)이고, 0.218은 시료채취율(mL/min)이며, 노출시간은 대기 중에서 실제적으로 시료채취를 위한 시간(min)이고, 1000은 1000mL를 1L로 환산한 값이며, 509.4는, 25℃ 및 1기압일 경 우, 이산화탄소 1mg/L를 1ppm(uL/L)로 다음과 같은 계산에 의해 환산한 값이고:
1mg/L × 24.45L/48g × 1g/103mg × 106uL/L = 509.4 uL/L
여기서, 48g는 이산화탄소의 분자량, 24.45L는 25℃ 및 1기압에서 이산화탄소 1몰의 부피이다.
수산화바륨 용액인 공시료의 전기전도도(1568 μs/cm)는 측정 카트리지와 동일한 농도와 양의 수산화바륨 용액을 이용하여 동시에 제작된 카트리지를 동일한 분석방법을 통하여 측정된 전기전도도이다. 즉, 수산화바륨 용액이 이산화탄소와 전혀 반응을 하지 않았을 경우를 나타낸 값이다(도 2).
시료채취율은 다음 식과 같이 단위시간당(min) 채취된 공기량(mL)을 의미한다. 그러나 측정 카트리지의 경우 펌프를 이용하여 시료를 채취하는 것이 아니라 기체의 분자확산에 의해 이산화탄소를 흡수 채취하는 것이기 때문에 직접적으로 채취된 공기량을 구할 수 없다. 따라서 아래 식과 같이 펌프를 이용한 액티브방법과 비교하여 시료채취율을 산정한다.
시료채취율(mL/min) = [이산화탄소 양(mg) × 1000(mL/L)]/[대기 중 이산화탄소 농도(mg/L) × 노출시간(min)].
여기서, 이산화탄소 양은 측정용 카트리지를 이용하여 채취된 양이고, 대기 중 이산화탄소 농도는 액티브방법에 의해 얻어진 대기 중 실제 이산화탄소 농도이다. 노출시간은 측정용 카트리지를 대기 중에 노출시켜 시료를 실제 채취한 시간이다. 이때 측정용 카트리지에 주입된 수산화바륨 용액이 대기와 접촉하는 접촉면적 은 14 mm2이고 카트리지 입구에서 용액까지의 확산거리는 35.5mm이다. 위 식을 이용하여 계산된 시료채취율은 0.218mL/min이다.
이러한 양태의 바람직한 구체 예에서, 수산화바륨 용액은 용매로서 초순수를 사용하여 10g/L의 농도로 제조하는 것이 적당하다. 수산화바륨 용액 제조 및 희석에 사용되는 초순수는 전기전도도가 2μs/cm 이하인 초순수를 사용한다.
이러한 측정 카트리지에 흡수용액의 주입은 이산화탄소가 존재하지 않는 환경에서 측정용 카트리지에 2mL를 이용하여 수행하는 것이 적당하다. 바람직하게는 흡수용액 주입 후 즉시 카트리지를 조립하는 것이 좋다.
이와 같이 수산화바륨 흡수용액은 이산화탄소 농도를 측정하기 위해 대기 중에 1일에서 7일 동안 노출시킨다. 정확한 이산화탄소 농도 산출을 위해 측정시간은 정확하게 분단위까지 계산하는 것이 바람직하다.
대기에 노출된 수산화바륨 흡수용액은 대기 중의 이산화탄소와의 반응으로 탄산바륨이 형성되며 감소된 바륨양에 비례하여 전기전도도가 감소한다.
CO2(g) ---> CO2(aq)
CO2(aq) + Ba(OH)2(aq) ---> BaCO3(s) + H2O(l)
바람직한 구체 예에 있어서, 이와 같이 이산화탄소가 흡수되지 않은 공시료의 경우 흡수용액 중의 바륨양이 많기 때문에 전기전도도가 높게 측정되며, 이산화탄소와 반응하여 감소된 바륨 양에 비례하여 전기전도도는 감소한다.
이와 같이 공시험과 시료용액을 전기전도도계를 사용하여 측정된 전기전도도의 차이를 이용하여 이산화탄소 농도를 전술한 농도 계산 방정식을 사용하여 계산할 수 있다.
제2 양태로, 본 발명은 수산화바륨 용액을 주입시킨 대기 중의 이산화탄소 농도 측정용 카트리지를 제공한다.
이러한 양태의 바람직한 구체 예에 있어서, 도 3과 도 4를 참고로 하여 설명하면 측정용 카트리지는 수산화바륨 용액을 수용하고 있는 수용부(5), 액체나 먼지의 유입을 막고 기체만 통과시키는 소수성 멤브레인(2), 소수성 멤브레인을 상부에 안착시키기 위한 중간 몸통(3), 이 중간 몸통에 연결된 카트리지 고정용 집게(4), 그리고 중간 몸통의 위쪽 및 수용부의 아래쪽에 위치하여 측정 카트리지의 밀폐를 위한 위뚜껑(1)과 밑뚜껑(6)을 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명의 측정용 카트리지는 이러한 구체예의 형태에만 한정되는 것은 아니며, 수산화바륨 용액을 수용할 수 있는 수용부만 구성된다면 대기 중의 오염물질 측정에 통상적으로 사용되는 임의의 장치 형태로도 사용될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 사용되는 카트리지는 수산화바륨 용액이 대기와 접촉되는 접촉면적이 14 mm2이다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해, 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면 중에서 도 1은 본 발명의 전기전도도 분석을 이용한 이산화탄소 측정공정에 대한 총 흐름도이다.
실시예
1
이산화탄소 농도 측정용 카트리지 제조
먼저 카트리지 본체는 표면에 존재하는 유지성분과 먼지를 제거하기 위하여 초음파세척기와 순수한 초순수를 이용하여 3회 이상 세척했다. 세척한 카트리지는 60℃의 온도를 유지시킬 수 있는 건조기에서 하루 동안 완전히 건조시킨 후 밀폐용기에 넣어 실온에서 보관했다.
흡수용액으로서 수산화바륨 용액은 일반증류수를 사용하여 초순수제조장치(Millipore Milli-Q system)를 이용하여 제조한 초순수를 다시 끓여서 냉각시킨 초순수에 용해시켜 10g/L로 만든다. 이때 제조된 초순수의 전기전도도는 2μs/cm이하이어야 한다. 마이크로 피펫을 이용하여 2mL를 정확히 취하여 측정용 카트리지 본체에서 주입시킨 후 즉시 카트리지를 조립했다(도 4 및 도 5 참조).
실시예
2
대기 중의 이산화탄소 농도 측정
시료채취를 위해 측정하고자 하는 지역으로 실시예 1에서 수득한 카트리지를 이동시켜 일반성인의 눈높이 정도(약 1.5m)에서 하루(24시간) 동안 공기 중에 노출시켜 시료를 채취했다.
채취한 시료를 분석하기 위해 카트리지를 분해하고 흡수용액을 깨끗한 유리병에 옮긴 후 초순수 18mL를 주입하여 최종적으로 20mL 분석용액을 제조하였다.
제조된 분석용액을 전기전도도계를 이용하여 전기전도도를 측정한 후 아래의 농도계산식을 이용하여 이산화탄소 농도를 계산하였다.
이산화탄소 양(mg) = [(전기전도도 - 1568)/(-10286)] × 20
이산화탄소 농도(ppm) = 이산화탄소 양/(0.218 × 1440) × 1000 × 509.4
여기서 이산화탄소 양은 노출시간 동안 측정 카트리지에 채취된 이산화탄소 양(mg), 전기전도도는 수산화바륨 용액을 대기 중에 노출시킨 후 제조된 분석용 시료의 전기전도도(μs/cm), 1568은 대기 중에 노출시키지 않은 수산화바륨 용액인 공시료의 전기전도도(μs/cm), -10286은 이산화탄소 검량선에서 반응한 이산화탄소의 양과 전기전도도와의 관계를 나타낸 직선의 기울기이다(도 2). 20은 2mL 흡수용액을 10배 희석하여 최종적으로 제조된 분석용액의 부피(mL), 0.218은 시료채취율(mL/min), 1440은 노출시간으로 대기 중에서 실제적으로 시료채취를 위한 시간(min)이다. 1000은 1000mL를 1L로 환산한 값이다. 509.4는 이산화탄소가 25℃ 및 1기압일 경우, 이산화탄소 1mg/L를 1ppm(uL/L)로 다음과 같은 계산에 의해 환산한 값이다.
1mg/L × 24.45L/48g × 1g/103mg × 106uL/L = 509.4 uL/L로 계산된다.
여기서, 48g는 이산화탄소의 분자량, 24.45L는 25℃ 및 1기압에서 이산화탄소 1몰의 부피이다.
이산화탄소 검량선은 도 2에서 보는 것과 같이 반응한 이산화탄소의 양과 전기전도도가 직선관계가 있는 것으로 나타났다. 도 2에서 얻어진 직선의 기울기를 이용하여 측정된 전기전도도에 해당하는 반응한 이산화탄소의 양을 구해 농도 계산에 사용한다.
비교측정을 위해 펌프와 임핀저 흡수장치를 이용한 액티브 측정방법과의 비교를 통해 정확도를 평가하였다. 도 3에서 보는 것과 같이 상기 측정기를 통해 실제 측정된 이산화탄소 농도와 본 발명의 측정방법에 따라 계산된 이산화탄소 양과는 비례적인 직선관계가 나타내는바(도 3), 본 발명의 측정방법이 이산화탄소를 측정하는 정확한 방법임을 확인할 수 있었다.
본 발명의 측정방법을 이용하여 실제 대기 중에서 5개의 세트를 구성시키는데 1세트당 동일 지역에서 3개의 시료를 채취(24시간동안)하여 분석용액의 전기전도도를 측정하여 농도를 산출하였으며, 채취한 시료사이의 정밀도를 평가했다. 그 결과는 하기 표 1에 정리했다.
표 1을 통해 알 수 있듯이, 각각의 농도에서 시료사이의 정밀도는 상대표준편차가 10% 이내로 양호한 것으로 나타났다.
| 이산화탄소 농도(ppm) | 평균 | 표준편차 | 상대표준편차 | ||
| 시료 1 | 시료 2 | 시료 3 | ppm | ppm | (%) |
| 570.3 | 694.2 | 638.5 | 634.3 | 62.1 | 9.8 |
| 762.4 | 852.3 | 858.5 | 824.4 | 53.8 | 6.5 |
| 827.5 | 926.7 | 923.6 | 892.6 | 56.4 | 6.3 |
| 784.1 | 886.4 | 830.6 | 833.7 | 51.2 | 6.1 |
| 266.5 | 269.2 | 251.0 | 262.3 | 9.8 | 3.7 |
또한 본 발명의 측정방법을 이용하여 시료채취기간에 따라 채취되는 이산화탄소의 양을 측정하여 시료채취기간과 채취된 이산화탄소 양과의 관계를 평가하였다. 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다. 표 2에서 보는 것과 같이 1일부터 8일까지 연속적으로 이산화탄소를 측정한 결과 측정시간에 비례해서 이산화탄소 양이 증가함을 알 수 있어 시간에 따라 채취되는 이산화탄소 농도를 정량적으로 산출할 수 있다.
한 시험당 3개의 측정 카트리지를 설치하여 측정, 분석하였으며, 분석결과의 재현성을 보면, 상태표준편차가 15% 이내로 양호한 것으로 나타났다.
| 시료채취기간(일) | 채취된 이산화탄소 양(mg) | 상대표준편차(%) | |
| 평균 | sd | ||
| 1 | 0.37462 | 0.01071 | 2.8 |
| 2 | 0.48416 | 0.04400 | 9.1 |
| 3 | 0.49290 | 0.07287 | 14.8 |
| 4 | 0.67794 | 0.08232 | 12.1 |
| 8 | 1.11090 | 0.04561 | 4.1 |
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이산화탄소 측정방법은 오염물질을 채취하기 위하여 별도의 동력원(전원)을 사용하는 펌프나 유량계를 사용하지 않고 흡수용액을 이용하여 오염물질의 확산에 의해 시료를 채취하므로 소음에 민감한 장소나 전원공급이 불가능한 장소에 구애받지 않고 측정방법을 적용할 수 있다. 또한 측정분석방법도 간단하여 경제성이 있으며, 현장에서 고도로 숙련된 기술 인력을 필요로 하지 않는다.
본 발명은 시료채취부터 분석까지 조작이 간편하고 일반적으로 사용되고 있는 전기전도도계를 이용하기 때문에 전문가들에 의한 환경모니터링 이외에 초, 중, 고등학생 및 일반인들이 직접 시료채취에 참여할 수 있어 환경교육과 과학실습 및 자신이 거주하고 있는 주택의 실내오염도를 직접 측정하는 등 많은 활용효과가 있다.
Claims (4)
- (i) 일반증류수를 초순수 제조장치(Millipore Milli-Q system)를 이용하여 제조한 초순수를 용액제조 바로 전에 끓인 후 냉각시킨 초순수에 수산화바륨을 용해시켜 수산화바륨 용액을 제조하는 단계;(ii) 이 수산화바륨 용액을 측정용 카트리지에 주입 후 대기 중에 노출시키는 단계;(iii) 대기중에 노출시킨 수산화바륨 용액을 회수하고 새로운 초순수로 희석하여 분석용액을 제조하는 단계;(iv) 전기전도도계로 상기 분석용액의 전기 전도도를 측정하고, 하기 방정식(1) 및 방정식(2)를 이용하여 분석용액중의 이산화탄소의 양 및 대기 중의 이산화탄소의 농도를 계산하는 단계를 포함하는, 대기 중의 이산화탄소 농도 측정방법:Q(이산화탄소 양(mg)) = [-(Scond - Bcond)/k] × Vabs × D (1)이산화탄소 농도(ppm) = Q /(SR × t) (2)여기서, Q는 채취된 이산화탄소 양(mg)이며, Scond는 시료의 전기전도도(μs/cm)이고, Bcond는 공시료의 전기전도도(μs/cm)이며, k는 이산화탄소 검량선으로부터 반응한 이산화탄소의 양과 전기전도도와의 관계식에서 유도된 기울기이고, Vabs는 흡수용액의 부피(mL)이며, D는 희석배수이고, SR는 시료채취율(0.218mL/min)이며, t는 대기 중에서 시료채취를 위한 시간(min)이다.
- (i) 일반증류수를 초순수 제조장치(Millipore Milli-Q system)를 이용하여 저항률 18 mΩcm 이상이 되도록 제조한 초순수를 용액제조 바로 전에 끓인 후 냉각시킨 초순수에 수산화바륨을 용해시켜 10g/L의 수산화바륨 용액을 제조하는 단계;(ii) 이 수산화바륨 용액(10g/L) 2mL를 측정용 카트리지에 주입 후 대기 중에 노출시키는 단계;(iii) 대기중에 노출시킨 수산화바륨 용액을 깨끗한 유리병에 옮긴 후 초순수 18mL를 넣고 희석하여 최종적으로 용액의 부피를 20mL로 맞추고, 수산화바륨 용액 중 수분의 증발에 의한 손실은 초순수를 보충하여 최종적으로 20mL로 맞춰 분석 용액을 제조하는 단계;(iv) 전기전도도계로 상기 분석용액의 전기 전도도를 측정하고, 하기 방정식(1) 및 방정식(2)을 이용하여 분석용액중의 이산화탄소의 양 및 대기 중의 이산화탄소의 농도를 계산하는 단계를 포함하는, 대기 중의 이산화탄소 농도 측정방법:이산화탄소 양(mg) = [(전기전도도 - 1568)/(-10286)] × 20 (1)이산화탄소 농도(ppm) = 이산화탄소 양/(0.218 × 노출시간) × 1000 × 509.4 (2)여기서, 이산화탄소 양은 노출시간 동안 측정 카트리지에 채취된 이산화탄소 양(mg)이고, 전기전도도는 수산화바륨 용액을 대기 중에 노출시킨 후 제조된 분석용 시료의 전기전도도(μs/cm)이며, 1568은 대기 중에 노출시키지 않은 수산화바륨 용액인 공시료의 전기전도도(μs/cm)이고, -10286은 이산화탄소 검량선에서 반응한 이산화탄소의 양과 전기전도도와의 관계를 나타낸 직선의 기울기이며, 20은 2mL 흡수용액을 10배 희석하여 최종적으로 제조된 분석용액의 부피(mL)이고, 0.218은 시료채취율(mL/min)이며, 노출시간은 대기 중에서 실제적으로 시료채취를 위한 시간(min)이고, 1000은 1000mL를 1L로 환산한 값이며, 509.4는, 25℃ 및 1기압일 경우, 이산화탄소 1mg/L를 1ppm(uL/L)로 다음과 같은 계산에 의해 환산한 값이고:1mg/L × 24.45L/48g × 1g/103mg × 106uL/L = 509.4 uL/L여기서, 48g는 이산화탄소의 분자량, 24.45L는 25℃ 및 1기압에서 이산화탄소 1몰의 부피이고,단, 상기 식(1) 및 식(2)는 저항율이 18 mΩcm인 초순수를 사용하며, 25℃의 대기온도 및 1기압에서 이산화탄소의 농도를 측정하며, 수산화바륨 용액이 대기와 접촉하는 접촉면적은 14 mm2인 경우에 적용된다.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 수산화바륨 용액을 수용하고 있는 카트리지를 대기 중에 1일에서 7일 동안 노출시키는 것이 특징인 대기 중의 이산화탄소 농도 측정방법.
- 수산화바륨 용액을 수용하고 있는 수용부(5), 액체나 먼지의 유입을 막고 기체만 통과시키는 소수성 멤브레인(2), 소수성 멤브레인을 상부에 안착시키기 위한 중간 몸통(3), 이 중간 몸통에 연결된 카트리지 고정용 집게(4), 그리고 중간 몸통의 위쪽 및 수용부의 아래쪽에 위치하여 측정 카트리지의 밀폐를 위한 위뚜껑(1)과 밑뚜껑(6)을 포함한 대기 중의 이산화탄소 농도 측정용 카트리지를 포함하는, 제 1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행시키기 위한 이산화탄소 농도 측정장치.
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