대기 혹은 특수가스 중의 수분은 미량이라고 할지라도 공정이나 제품에 큰 영향을 주게 된다. 따라서 수분 혹은 습도를 정확하게 측정할 수 있는 분석기기나 분석기법의 개발은 공정이나 제품의 개발과 함께 매우 중요한 기술로 여겨지고 있다.

특히, 특수가스 내에 존재하는 미량의 수분을 측정할 수 있는 기기개발은 재료, 시스템적인 입장에서 시도되어야 하는 것으로서 세계 각국에서 정확한 습도 측정을 위한 재료개발과 장치개발이 계속적으로 보고되고 있다.

취리히(Zurich)의 스위스연방과학기술원(ETH : Swiss Federal Institute of Technology)은 정확한 광학적 습도 감지가 가능한 구리 필름을 개발하였다.

단순한 구리기반의 가느다란 조각인 이 장치는 특정 습도에 도달하면 색깔이 바뀐다. 폴리머 기질에 부유된 탄소코팅 구리 나노입자를 기반으로 하는 이 재료는 용기 자체에 적용될 수 있다.

또한, 친환경적인 습도 측정기로서 쿄도 인쇄(Kyodo Printing)는 발암 가능 물질인 염화 코발트를 전혀 사용하지 않은 습도 인디케이터(indicator)를 개발하였다. 주위 환경의 습도에 반응해 습도가 낮으면 파랑, 습도가 높으면 빨강색으로 색상이 변화하는 시인성이 높은 인디케이터이다.

습도 인디케이터는 일반적으로 반도체 분야, 전기/전자 분야, PCB 분야, 자동차타이어 분야, 정밀소자 분야, 광학소자 분야 등 저습도 분위기에서 보관, 포장을 하는 분야에서 주로 사용하고 있으나, 일정 습도를 유지해야 하는 LED 업체, 박물관을 포함하여, 군수품 업체, 의약품 업체, 식품 업체 등 습도를 관리해야 하는 모든 분야에서의 사용이 확대되고 있다.

최근에는 캘리포니아 란쵸 쿠카몬가(Rancho Cucamonga)에 있는 스펙트라센서스(SpectraSensors) 회사에서 산업공정이나 특수가스 내에 포함된 미량의 수분을 측정할 수 있는 새로운 레이저 기반 수분 분석기를 개발하였다.

고순도 질소, 수소, 건조공기 및 특수가스 사용자에게는 수분과 같은 오염물질이 전혀 없는 안정한 작업분위기가 필수적이다. 이러한 분위기에서 허용될 수 있는 최고 수분 함량은 백만 분의 일 혹은 10억 분의 일 정도까지 낮은 양이다.

이전에는 특수가스 공급업자나 사용자는 산업공정에 사용되는 가스나 혹은 특수가스 내에 포함된 미량의 수분을 측정하기 위해 전기화학 전지, 중량법 및 다른 기술들을 사용하였다.

이들 방법 중에서 중량법은 우수한 분석결과들을 제공하기는 하지만 시간이 오래 걸리고 비경제적이며 가동하기 위해서 많은 전문가들이 필요하다. 비록 전기화학 장비에서 허용될 수 있는 정확도를 가지기는 하지만 측정할 때의 신뢰도는 흔들림 때문에 고농도의 수분은 분석할 수가 없다.

또한, 센서 탐침기는 측정하고 있는 가스 증기들에 의해서 둔감해지게 되는 경향도 있다. 특수가스 제조업체들은 수요자들에게 ppm 혹은 ppb 단위까지 정확한 결과를 확실하게 제공해주어야 하기 때문에 수분 분석기의 정밀도는 매우 중요하다.

이번에 개발된 새로운 수분 분석기술은 특수가스 내의 수분을 매우 정확하게 분석할 수 있으며 실제적으로 동시측정을 위해서 조절이 가능한 레이저 다이오드(tunable laser diode:TDL) 스펙트럼을 적용하는 것이 가능하다.

본래 TLD를 기반으로 하는 가스 감지방법은 노화 영향에는 민감하지 않기 때문에 공장 측정을 항상 일정하게 할 수 있어 결과적으로 소비를 유발하지 않고 또한 주기적으로 교정을 할 필요가 없어 유지보수 필요성이 매우 낮은 분석기이다.

사실상 이 새로운 기술은 측정분야에서 최고로 필요한 조건인 정확도와 속도를 제공해준다. 스펙트라센서에 의해 개발된 TDL 기반 분석기는 천연가스와 같은 석유화학 증기 내의 가스들을 측정하는데 혁명을 가져왔다.

이 기술의 기본적인 원리는 분자들이 특별 파장에서 빛에 의해 여기될 때 진동하는 원리를 이용하여 간단하게 측정하는 원리이다. 따라서, 만약 얼마나 많은 빛들이 이들 파장에서 흡수되는가를 측정할 수 있다면 관심이 있는 가스의 농도를 정확하게 측정할 수 있게 되는 것이다.

시스템은 시료 가스가 통과하여 흐르는 전지, 가스를 통과하는 빛의 특이파장을 방출하는 조절 가능한 레이저 다이오드 및 결과들을 분석하고 출력하는 소프트웨어로 구성된다.

현재 잔류가스를 측정할 수 있는 새로운 기준으로서 폭넓게 여겨지는 이 기술은 매우 빠르게 분석 대상들을 분석할 수 있으며, 분석 결과의 신뢰도는 매우 높다. 더구나, 이 “TLD” 센서 혹은 수분 분석기는 시간 경과에 따라 감도가 떨어지거나 흔들리지 않아 내구성도 우수하다.

(www.azom.com)