사람 손 타던 시료 희석 자동화…30초 만에 정확도 99.7%[과학을읽다]

지질자원연, 질량 측정부터 희석비 계산까지 전 과정 자동화
최대 60개 연속 처리…반도체·이차전지 정밀분석 활용 기대

사람이 일일이 시료를 나누고 희석액을 넣어 농도를 맞추던 실험실 작업을 자동화하는 기술이 개발됐다. 시료 하나를 처리하는 데 30여초밖에 걸리지 않고, 희석비 정확도는 99.7% 수준이다.

한국지질자원연구원(KIGAM)은 박중헌 지질자원분석센터 박사 연구팀이 시료 분주부터 질량 측정, 희석액 주입, 희석비 계산까지 전 과정을 자동으로 수행하는 '자동 질량비 희석 장치'를 개발했다고 13일 밝혔다.

자동질량희석 장치 모식도. KIGAM 제공

정확한 성분 분석을 위해서는 분석 장비에 시료를 넣기 전 농도를 일정 수준으로 낮추는 희석 과정이 필요하다. 기존에는 주로 부피를 기준으로 희석했지만 온도와 습도, 압력, 용액 밀도 등에 따라 부피가 달라질 수 있고 작업자의 숙련도에 따라서도 편차가 발생할 수 있었다.

연구팀은 부피 대신 질량을 기준으로 삼았다. 장치가 시료의 질량과 희석액을 넣은 뒤 전체 질량을 측정해 실제 희석비를 자동으로 계산·보정한다. 시료 이송과 희석액 주입, 측정값 기록까지 자동화해 작업 과정에서 발생할 수 있는 인적 오류와 오염 가능성도 줄였다.

신뢰성 시험 결과 희석비 정확도는 99.7% 수준으로 나타났다. 시료 질량 측정값의 변동률은 0.310%, 시료와 희석액을 합친 전체 질량의 변동률은 0.083%였다.

최대 60개 연속 처리…첨단산업 정밀분석으로 확대

장치에는 15㎖ 원심관을 최대 60개, 50㎖ 원심관은 최대 24개까지 한 번에 장착할 수 있다. 희석배수는 5~100배까지 설정할 수 있으며 질량은 0.1㎎ 단위로 측정한다. 시료 하나를 희석하는 데 걸리는 시간은 30~35초다.

연구팀은 우선 수질과 토양, 암석, 광물 등 지질자원·환경 시료 분석에 장치를 활용하고 향후 반도체와 디스플레이, 이차전지, 고순도 소재 등 미량 성분 관리가 중요한 첨단산업 분야로 적용 범위를 확대할 계획이다.

박중헌 KIGAM 박사는 "분석 현장에서 반복돼온 수작업 희석 과정을 표준화·자동화해 사람에 따른 편차를 최소화한 것이 핵심"이라며 "반도체·이차전지 등 첨단산업 분야의 초정밀 분석 수요에 대응할 수 있도록 적용 범위를 넓혀 나가겠다"고 말했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr