시료 희석 30초 만에…지질연, 전처리 전 과정 자동화 장치 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국지질자원연구원(KIGAM)은 지질자원분석센터 박중헌 박사 연구팀이 시료를 일정량씩 나눠 담는 분주부터 질량 측정, 희석액 주입, 희석비 계산까지 전 과정을 자동으로 수행하는 '자동 질량비 희석 장치'를 개발했다고 13일 밝혔다.

반도체나 이차전지, 고순도 소재 등 첨단산업에 필요한 원료와 제품 성분의 정확한 분석을 위해서는 분석 장비에 시료를 주입하기 전 농도를 일정한 수준으로 낮추는 희석 과정이 필수적이다.

기존에는 주로 부피를 기준으로 희석했지만 부피는 온도, 습도, 압력 및 용액의 밀도 등 주변 환경에 따라 변해 실제 희석비와 차이가 발생한다.

연구팀이 개발한 장치는 시료의 질량과 희석액 투입 후의 전체 질량을 측정해 실제 희석비를 자동으로 계산하고 보정한다. 부피 대신 질량을 기준으로 희석해 주변 환경이나 용액 특성에 따른 영향이 최소화되며, 작업자가 달라져도 일관된 기준으로 시료를 처리할 수 있다.

특히 시료 이송, 희석액 주입, 측정값 기록, 희석비 계산 등 모든 과정을 자동화해 작업 과정에서 발생할 수 있는 인적 오류 차단했다. 희석 튜브를 저울로 이동해 계량하거나 사용한 물품 폐기, 희석액을 주입한 희석 튜브를 회전형 튜브랙으로 이동하는 것도 자동으로 수행한다. 대량 시료 연속 처리로 시간과 노동력을 줄이고 연구자와 시료 간 접촉을 최소화해 오염 가능성도 낮췄다.

개발 장치에는 15mL 원심관 최대 60개, 50mL 원심관 최대 24개를 한 번에 장착할 수 있다. 분석값 교정에 사용하는 기준물질도 최대 5종까지 자동으로 주입 가능하다. 시료 용량은 50마이크로리터(μL) 미만부터 1000μL까지 지원한다. 시료가 담긴 높이를 자동으로 감지하는 기능도 탑재했다.

희석배수는 5배에서 100배까지 설정할 수 있고 희석액은 100μL에서 50mL까지 주입된다. 질량은 0.1mg 단위로 정밀하게 측정되며, 시료 한 개를 희석하는 데 걸리는 시간은 약 30~35초에 불과하다. 60개 시료를 여러 차례 반복 처리하는 시험에서도 별다른 이상이 발생하지 않아 장비의 안정성과 내구성도 확인했다.

신뢰성 시험 결과 희석비 정확도는 99.7% 수준(변동률 0.321%)을 기록했다. 시료 질량 측정값의 변동률은 0.310%, 시료와 희석액을 합한 전체 질량의 변동률은 0.083%에 그쳐 기존 수작업 대비 높은 정밀도를 확보하는 데 성공했다.

개발된 장치는 수질, 토양, 암석, 광물 등 지질자원 및 환경 시료 분석에 우선 활용할 수 있다. 반도체와 디스플레이, 이차전지, 고순도 소재 등 미량 성분의 철저한 관리가 요구되는 첨단산업 분야에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

박 박사는 "그동안 분석 현장에서 반복돼 온 수작업 희석 과정을 표준화·자동화해 사람에 따른 편차를 최소화한 것이 핵심"이라고 설명했다.

jongseo12@news1.kr