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영어

Various sensors are employed to measure VOCs, the smallest and most suitable for atmospheric environment is the Photoionization Detector(PID). The detection level of a PID is generally determined by the amount of electron flow produced in the ionization chamber. However, PID can be affected by dust, humidity, and temperature on the PID. For the measurement of VOCs, humidity is a major problem with PIDs. Most PIDs and their users are impacted by humidity. Water vapor scatters and absorbs photons, leading to a reduction in the PID detecting singal called the quenching effect. In condition of high RH, PIDs can generate a leakage current along the sensor walls, resulting in higher than the actual reading PID output. Therefore, in this study, we developed a PID with a controlled humidity and temperature ionization chamber and compared its performance with other PID products. Additionally, we developed a PID sensor for VOCs detection and monitoring systems aimed at odor detection. The minimum detection level achieved was at a ppb level similar to that of commercial products, and the linear characteristics.

한국어

본 연구의 목적은 VOC 측정용 광이온화 센서 (Photo ionization detector, PID)개발 및 습도에 따른 VOC 농도의 안정성을 위 한 구조 및 성능에 관한 것이다. PID는 진공자외선(105~120 nm)을 VOC에 조사하게 되면, 광이온화 반응을 통해 양이온과 음 이온이 발생 되고, 이온을 감지하는 전극에 따라 생성된 전류를 측정하는 센서로서, 진공자외선의 에너지에 따라서 VOC 감지 범위가 정해지며, 신속한 반응속도 및 ppb 급의 민감도 및 선형성을 가지고 있다. 광이온화 센서의 측정 결과는 VOC의 이온화 에너지(Ionization potential, IP)에 따라서 반응계수가 달라지며, 이온화에너지가 높은 산소, 질소 등에서는 반응하지 않는다. 일 반적으로 가스크로마토그래피 설비와 같은 정밀 VOC 계측설비에 사용되며 소형화에 적합하여, 대기환경에 VOC 감지를 위한 센서 휴대용기기 및 설치형 복합환경 및 악취 환경 모니터링용 센서로 주로 사용된다. 그러나 광이온화 센서는 먼지, 습도 등에 성능과 수명에 영향을 미칠 수 있다. 특히 습도에 대한 광이온화 센서의 영향은 VOC 농도 측정에 추가 교정이 필요하여, 계절 에 따라서 습도의 변화가 심한 국내 환경에서는 실시간 모니터링 등에 방해를 받을 수 있다. 습도에 대한 영향으로 VOC의 농 도에 따른 센서 측정 결과가 왜곡되는 Quenching 및 누설전류가 발생한다. 광이온화 센서에서는 표준가스를 이용한 교정을 통 해 VOC 농도를 측정해야 한다. 그래서 본 연구에서는 국내 대기환경에 적합한 가열화된 광이온화 반응 챔버 및 전극 구조를 가지는 광이온화 센서를 제안하고, 습도의 변화에 따른 광이온화 센서의 영향성 및 이를 최소화하는 구조를 가지는 광이온화센서에 대하여 평가하고자 한다. 또한 개발된 광이온화 센서에 대하여, 악취 유발 VOC에 대한 최소 감지 농도 및 선형성 평가 를 통해, 광이온화 센서의 성능을 평가하기 위하여, 상용화된 광이온화 센서와 비교하고, 이를 통해 광이온화 센서의 최소 감지 농도 및 결정계수를 평가하고자 한다. 그 결과 최소 검출 수준을 측정한 결과, 상용화된 제품과 유사한 5 ppb 수준에서 측정되 었으며, 센서의 결정계수는 0.99로 측정되었다. 습도에 대한 영향을 Isobuytylene을 이용한 환산 측정 방법을 적용하여 측정한 결과, 0.30 ppm으로 측정되었다. 광이온화 반응 구역 내에서의 상대습도를 최소화에 따라서 습도에 따른 센서의 반응이 감소 되었으며, 향후 추가적인 연구를 통해 광이온화 센서의 습도에 따른 VOC 측정 결과의 영향성을 최소화 하고자 한다.