전기화학식 센서, 일반 유독가스 대부분 감지

캠카세트, F₂등 특정 맹독성 가스 감지

■전기화학식(Electro-Chemical Type)센서
특정가스에 반응하는 전기화학식(electrochemical)센서는 다양한 안전 분야에서 CO, H₂S, Cl₂, SO₂ 등 대부분의 일반적인 유독성 가스를 감지하는 데 사용할 수 있다. 전기화학식 센서는 크기가 작고 작동을 위한 전력이 매우 적으며 우수한 성형성과 반복성을 갖고 있다. T90으로 표시되는 반응속도(즉, 최종 측정치의 90%에 도달하기까지 걸리는 시간)는 보통 30~60초, 최저 감지범위는 측정대상 가스의 종류에 따라 0.02~50ppm 범위에 있다.

전기화학식 센서는 내장된 전극의 작용에 의해 측정 대상 가스가 산화 또는 환원반응을 일으킬 때 발생하는 전자의 양(전류)을 측정함으로써 가스의 농도를 감지한다. 가스가 확산되는 2개 또는 3개의 전극은 작동전극(sensing electrode)과 대전극(counter electrode)사이의 효율적인 이온 전도를 위해 농축된 수용성 산이나 염 용액과 같은 공통적인 전해질에 잠겨 있다. 개별적인 센서에 따라서 작동전극 표면에서 측정 대상 가스는 산화되거나 환원된다. 이런 반응은 기준전극(reference electrode)에 대한 작동전극의 상대 전위를 변화시킨다.

센서에 연결되는 전자적인 구동회로의 주요 기능은 작동전극과 대전극 사이에 전류를 흘러줌으로써 전위차를 최소화하는 것으로, 이때 흘려준 전류는 측정 가스의 농도에 비례한다.

▲ ▲전기화학식 센서의 구조. ▲전기화학식 센서의 구조

■켐카세트(Chemcassette Type)
켐카세트(Chemcassette)는 건식 반응매체로 이용되는 여과지 재질의 흡수용 테이프를 사용하여 가스를 측정하는 방법이다. 이 테이프는 가스 수집 및 분석의 매체 역할을 하며, 지속적인 운전모드에서 사용될 수 있다.

이 시스템은 전형적인 비색법(colorimetry) 기술에 기초를 두고, 특정 가스들을 극도로 낮은 농도에서 감지할 수 있다. 이 기술은 디이소시아네이트(di-isocyanates), 포스겐(CoCl₂), 염소(Cl₂), 불소(F₂)를 비롯하여 반도체 산업에서 사용하는 수소화물(hydride)가스 등 매우 광범위한 종류의 맹독성 물질을 감지하기 위한 용도로 사용된다.

원하는 가스에만 민감하게 반응하도록 특별히 조제된 화학물질의 사용에 의해 감지의 선택성과 높은 감도를 얻을 수 있다.

시료 가스 분자가 진공펌프에 의하여 켐카세트를 통과하면 여과 테이프에 함침되어 있는 시약과 반응하고, 특정한 가스에 한에서 유색의 얼룩을 형성한다. 이 얼룩의 명암도는 반응 가스의 농도에 비례하는데 가스 농도가 높을수록 얼룩이 진해진다.

켐카세트의 측정 수준에 맞추어 시료의 채취 간격과 채취 유량을 조심스럽게 조절함으로써 십억분율(ppb:10-9) 이하의 낮은 농도까지 감지가 가능하다.

켐카세트에 형성된 얼룩의 명암은 전기 광학식(electro-optical) 시스템으로 측정되는데, 광원에서나온 빛이 켐카세트 테이프 표면에서 반사되어 광원과 일정한 각도로 설치된 광센서(photo cell)로 들어온다.

이 때 얼룩이 생성된 곳에서 반사된 빛은 약해지게 되고, 이러한 빛의 감소는 광센서를 통해 아날로그 신호로 측정된다. 이 신호는 디지털 형태로 변환된 후, 내부에 저장된 교정 곡선과 적절한 보상 소프트웨어에 의해 가스 농도로 환산된다.

켐카세트는 빠르고 민감하며, 특정 가스에 대한 선택성이 우수할 뿐 아니라 켐카세트 테이프에 남아있는 얼룩을 통해 가스의 누설이 발생했다는 물질적인 증거가 남는다.

▲ ▲캠카세트식. ▲캠카세트식

<다음호에 계속>