▲ 한국지질자원연구원이 분주부터 질량 측정, 희석액 주입, 희석비 계산까지 시료 희석 전 과정을 자동으로 수행하는 ‘자동 질량비 희석 장치’를 개발했다.

반도체·이차전지·고순도 소재 등 첨단산업 성장으로 미량 성분 정밀 분석 수요가 확대되는 가운데, 한국지질자원연구원(KIGAM, 원장 권이균)이 시료 희석 전 과정을 자동화했다. 이를 통해 분석 정확도와 재현성, 생산성을 높이고 첨단산업 정밀 분석 역량을 강화할 수 있을 것으로 기대된다.

한국지질자원연구원은 지질자원분석센터 박중헌 박사 연구팀이 분주부터 질량 측정, 희석액 주입, 희석비 계산까지 시료 희석 전 과정을 자동으로 수행하는 ‘자동 질량비 희석 장치’를 개발했다고 밝혔다.

연구팀에 따르면 개발 장치의 희석비 정확도는 99.7% 수준으로, 변동률은 0.321%를 기록했다. 시료 질량 측정값의 변동률은 0.310%, 시료와 희석액을 합한 전체 질량의 변동률은 0.083%로 나타났다.

정확한 성분 분석을 위해서는 분석 장비에 시료를 주입하기 전 적정 농도로 희석하는 과정이 필요하다. 기존에는 주로 부피를 기준으로 희석했지만 온도·습도·압력과 용액의 밀도 등 환경 및 물질 특성에 따라 부피가 달라질 수 있어 작업자에 따른 편차가 발생할 가능성이 있었다.

개발 장치는 시료의 질량과 희석액 투입 후 전체 질량을 측정한 뒤 실제 희석비를 자동으로 계산하고 보정한다. 부피가 아닌 질량을 기준으로 희석함으로써 주변 환경과 용액 특성에 따른 영향을 최소화하고 작업자에 관계없이 일정한 기준으로 시료를 처리할 수 있다.

특히 시료 이송부터 희석액 주입, 측정값 기록, 희석비 계산까지 전 과정을 자동화해 수작업 과정에서 발생할 수 있는 인적 오류를 줄였다. 대량 시료를 연속 처리할 수 있어 작업시간과 노동력을 절감하고, 연구자와 시료의 접촉을 최소화해 오염 가능성도 낮출 수 있다.

장치에는 15mL 원심관 최대 60개, 50mL 원심관 최대 24개를 장착할 수 있으며 분석값 교정에 활용되는 기준물질도 최대 5종까지 자동 주입할 수 있다. 시료 용량은 50μL 미만부터 1,000μL까지 지원하며 시료가 담긴 높이를 자동으로 감지하는 기능도 적용됐다.

희석배수는 5배에서 100배까지 설정할 수 있으며 희석액은 100μL에서 50mL까지 주입 가능하다. 질량은 0.1mg 단위로 측정되며 시료 1개당 희석 소요 시간은 약 30~35초다. 60개 시료를 여러 차례 반복 처리하는 시험에서도 이상 없이 작동해 장비의 안정성과 내구성도 확인했다.

개발 장치는 수질·토양·암석·광물 등 지질자원 및 환경 시료 분석에 우선 활용될 예정이다. 향후 반도체·디스플레이·이차전지·고순도 소재 등 미량 성분에 대한 정밀 관리가 요구되는 첨단산업 분야로 적용 범위가 확대될 것으로 기대된다.

이번 기술은 정밀 분석의 첫 단계인 시료 전처리 과정을 표준화하고 자동화했다는 데 의미가 있다. 반복적인 수작업을 줄이고 시료 오염 위험을 낮추는 동시에 분석 정확도와 데이터 신뢰성, 실험 생산성을 높일 수 있을 것으로 전망된다.

박중헌 지질자원분석센터 박사는 “이번 장치는 그동안 분석 현장에서 반복돼 온 수작업 희석 과정을 표준화·자동화해 사람에 따른 편차를 최소화한 것이 핵심”이라며 “앞으로 반도체·이차전지 등 첨단산업 분야의 초정밀 분석 수요에 대응할 수 있도록 적용 범위를 넓혀 나가겠다”고 말했다.