한국지질자원연구원 지질자원분석센터
'자동 질량비 희석 장치' 개발
반도체·이차전지 등 첨단 기술에 필요한 성분 분석 과정을 자동화하는 시스템이 개발됐다.
한국지질자원연구원은 박중헌 지질자원분석센터 책임연구원 연구팀이 '자동 질량비 희석 장치'를 개발했다고 13일 밝혔다. 시료의 질량 측정, 희석액 주입, 희석비 계산에 이르는 전 과정을 자동화하는 장치다.
반도체·이차전지 등 고순도 원료를 사용하는 첨단 산업에는 원료와 제품에 포함된 미량 성분까지 정확하게 측정하는 분석 기술이 중요하다.
성분 분석은 분석 장비에 시료를 주입하는 방식으로 이뤄지는데, 이를 위해 먼저 시료의 농도를 일정한 수준으로 낮추는 희석 과정이 필요하다. 다만 기존 희석 방식은 실험실의 온도와 용액의 특성, 작업자의 숙련도에 따라 분석 결과에 편차가 발생할 수 있고 반복 작업에 많은 시간과 노동력이 소모된다는 한계가 있었다.
연구팀이 개발한 장치는 시료의 질량과 희석액 투입 후의 전체 질량을 측정해 실제 희석비를 자동으로 계산하고 보정한다. 부피 대신 질량을 기준으로 희석하기 때문에 주변 환경이나 용액 특성에 따른 영향이 최소화된다. 아울러 시료 이송·희석액 주입·측정값 기록· 희석비 계산 등 모든 과정을 자동화해 작업 과정에서 발생할 수 있는 인적 오류도 차단했다.
장치에는 15mL 원심관 최대 60개, 50mL 원심관 최대 24개를 한 번에 장착할 수 있다. 분석값 교정에 사용하는 기준물질도 최대 5종까지 자동으로 주입할 수 있다. 시료 용량은 50μL(마이크로리터·100만분의 1리터) 미만부터 1000μL까지 지원한다. 시료가 담긴 높이를 자동으로 감지하는 기능도 탑재됐다. 희석배수는 5배에서 100배까지 설정할 수 있다. 희석액은 100μL에서 50mL까지 주입된다.
질량은 0.1mg 단위로 정밀하게 측정된다. 시료 한 개를 희석하는 데 걸리는 시간은 약 30~35초다. 연구팀은 60개 시료를 여러 차례 반복 처리하는 시험을 통해 장비의 안정성과 내구성을 확인했다.
연구를 이끈 박 책임연구원은 "그동안 분석 현장에서 반복돼 온 수작업 희석 과정을 표준화·자동화해 사람에 따른 편차를 최소화한 것이 핵심"이라며 "첨단산업 분야의 초정밀 분석 수요에 대응할 수 있도록 적용 범위를 확대하겠다"고 했다.
