18F-FDG에서 방사능 농도에 따른 방사화학적 순도변화 연구

이성권 부산가톨릭대학교 생명과학대학원 2011 국내석사

국문초록 18F-FDG에서 방사능 농도에 따른 방사화학적 순도변화 연구 방사선학과 이 성 권 지도교수 강 세 식 연구목적 : 본 연구의 목적은 18F-FDG에서의 단위부피당 방사능 농도에 따른 방사화학적 순도의 변화를 관찰하여 방사성의약품 품질관리의 기준 설정에 기초 자료를 제공하고자 한다. 연구방법 : 사이클로트론(Eclipse HP, Siemens, TN, USA)에서 가속된 양성자를 표적물질 18O에 조사하여 생성되는 18F를 자동합성장치(Explora, Siemens, TN, USA)를 이용하여 18F-FDG를 제조하였다. 단위부피 1 cc당 방사능 농도가 10 mCi에서 200 mCi까지의 6개의 18F-FDG sample를 제조한 후 박층크로마토그래피법(Thin Layer Chromatography; TLC)으로 방사선분해에 의한 방사화학적 순도의 변화 정도를 매 1시간마다 8시간동안 관찰하였다. 연구결과 : 단위부피당 방사능 농도가 10, 25, 50, 100, 150, 200 mCi/cc의 18F-FDG 중 100 mCi/cc 이상에서 시간변화에 대한 방사화학적 순도가 현저하게 떨어졌다. 제조시 98.03%의 방사화학적 순도가 8시간이 지난 후 50 mCi/cc 이하의 농도에서는 95% 이상의 방사화학적 순도가 유지 되었지만 100 mCi/cc 이상의 농도에서는 93%대로 대략 2% 이상의 방사화학적 순도의 차이가 발생하였다. 100, 150, 200 mCi/cc에서의 각각의 방사화학적 순도는 93%대로 비슷하게 나타났고 10, 25, 50 mCi/cc에서의 방사화학적 순도의 차이도 각각 1% 내외로 비슷하게 나타났다. 결론: 18F-FDG 제조 후 단위부피당 방사능의 농도를 50 mCi/cc 이하로 유지시킴으로 18F-FDG의 안정성에 기여할 수 있을 것이다. 또한 제조 시 방사화학적 순도에서 8시간 이후에는 최대 5%에 가까운 순도 감소를 확인하였기에 환자에게 정맥주사 시 방사화학적순도가 대한약전(Korea Pharmacopeia)에서 요구하는 90% 이상을 유지하기 위하여 18F-FDG 제조 시 100 mCi/cc 이상의 방사능 농도일 경우 95% 이상의 방사화학적 순도가 필요할 것이다.

ICP-AES를 이용한 고순도 구리의 불순물 분석에서 란탄공침분리분석방법과 전해분석방법의 회수율 비교 연구

정의철 울산대학교 대학원 2018 국내석사

반도체와 각종 전자제품들에 사용되는 소재가 고성능 사양이 요구되어짐에 따라 고순도 소재의 산업분야 시장도 점차 증가하고 있으며, 각종 고순도 소재를 개발하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 이에 따라 소자 및 회로용 재료의 변화가 기존의 금에서 구리로 변화 하고 있고 여기에 존재하는 불순물은 소자의 성능에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 또한 국내에서는 최근 5N(99.999 %) 이상의 고순도 동에 대한 관심이 증가하여 제조기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 연구개발 과정 중 소재의 성능 확인(제품의 순도)을 위해 불순물 시험평가에 GDMS(Glow Discharge Mass Spectrometer) 장비를 활용하여 고순도 동내 존재하는 불순물을 정량하고 있다. 그러나 GDMS 장비의 경우 유지관리와 고가의 장비금액으로 인해 국내에도 1대 정도 존재하는 장비이다. 때문에 일반적인 기업체 또는 시험평가 기관에서 해당 장비를 보유하거나 사용하기는 어려운 실정이다. 연구의 목적으로써, 5N(99.999 %)이상의 고순도 구리의 불순물 종류를 선정하고 란탄공침분리분석법과 전해분석법을 이용하여 5N 고순도 구리에 포함된 불순물의 분석 및 각각의 원소 회수율을 산출하여, 습식장비를 이용한 고순도 구리불순물 분석이 가능함을 확인하였으며, 이를 통해 기업체들이 5N 이상의 고순도 구리 제품의 개발에 있어 시험분석의 신뢰성을 확보하고 비용의 부담을 줄여 제품개발 투자를 늘릴 수 있으며, 제품의 상용화를 앞당겨 국내의 기술력보다 앞서 있는 선진국의 5N 이상의 고순도 구리의 시험분석 기술격차를 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 현재 대부분의 고순도 소재의 순도를 확인할 때, 불순물을 시험평가 하여 순도를 확인하는데, 이때 알려진 지정된 불순물의 종류가 국내 규격에는 명확한 기준이 없어 최대한 많은 불순물을 시험하여 순도를 확인하고 있다. 이번 연구에서는 표준화된 기준, 연구논문, 국제거래 기준에 명기되어 있는 불순물의 종류를 파악하여 진행하였다. 국내에서 가장 많이 사용되어지는 KS, ASTM, JIS 기준을 조사하여 고순도 구리에서의 금속원소의 불순물 종류를 파악하였다. 그러나 KS, ASTM, JIS 기준에는 5N 이상의 고순도 구리와 관련한 기준은 없는 실정이므로 여러 문헌들을 통하여 5N 이상의 고순도 동에 관련한 불순물 원소를 지정하였으며, 또한 다른 조건의 시료가 발생 가능함을 대비하여, 앞서 명기한 원소 이외에 다른 원소를 포함하여 총 31종의 원소를 분석하였다, 그리고 이를 분석하기 위해 시료와 동일한 조건의 표준용액을 만들어 연구를 진행 하였으며, Alfa Aesar사의 puratronic6N(99.9999%) 구리 표준물질에 31종의 불순물에 해당하는 MERCK사의 표준용액을 10 mg/L 첨가한 시료를 준비하여 질산란탄 시약을 이용한 공침분리분석법과 전해분석방법을 이용하여 분리한 용액을 ICP로 측정하여 첨가된 표준물질의 회수율을 확인하였다.

國內 貴金屬 市場의 高純度 精鍊金 流通活性化 戰略事例 : SW金屬의 貴金屬 再活用 事業을 中心으로

복애라 東國大學校 經營大學院 2004 국내석사

한국의 귀금속 산업이 본격적으로 시작된 것은 1976년 정부의 수출 드라이브 정책에 힘입었으며, 전북 익산에 귀금속 보석가공단지가 조성되면서 부터이다. 그전까지만 해도 한국의 귀금속 산업은 핸드메이드 위주의 영세소매상들이 업계를 이끌어 나가고 있었다. 1980년대 초반에 들어와 한국 귀금속 산업에도 주물(캐스팅) 제조 기법이 소개되기 시작했다. 이때부터 대량생산이 가능해 졌고 제조업과 더불어 제품 도매매장이 서서히 생겨나기 시작했다. 80년대 초반 종로구 봉익동에 도매매장이 생겨나면서 점차 발전을 이루기 시작했다. 1988년 서울올림픽을 계기로 국내 귀금속 산업은 최대의 호황을 누렸다. 시장이 확대되면서 소매상 업계에서도 87년 상공부로부터 사단법인 인가를 받아 (사)전국귀금속판매업중앙회가 설립되기도 하였다. 한편 1990년대 중반에 들어서면서 종로지역의 집중화도 본격화 되었다. 그러나 1997년 말 한국에 IMF라는 엄청난 경제위기가 찾아와 주춤 하였으나, 전화위복의 계기가 되어 국내 귀금속 산업을 구조적으로 변화시키는데 일조하였다. 경제난국의 극복을 위한 운동의 일환으로 시작한 나라 사랑 "귀금속·보석모아 수출하기 운동"으로 큰 흑자를 실현한 것이다. 이는 귀금속·보석업계가 경제 난국을 헤쳐 나가는데 일조를 했다. 2001년에 들어서는 최고의 수출 실적을 올렸으며, 수출을 통한 국제적인 경험은 디자인 개발, 제조기술의 향상, 인제등용과 함께 업계인들의 수준을 올려놓는 매우 중요한 계기가 되었다. 그런데 귀금속 시장에서는 국내의 금보다는 해외의 금을 우선시하는 경향이 크며, 이러한 현상은 국내 귀금속 산업의 발전을 더디게 하는 요인이 되었다. 그렇다면 그 이유는 무엇인가. 국내의 금에 대한 함량을 문제 삼는 것이었다. 조사결과 해외의 금의 경우 99.99%의 순도를 나타내지만, 국내의 금은 99.6%에 미치지 못하는 함량을 나타내어 귀금속 업계에 심각한 문제를 야기했으며 이는 귀금속 업계의 악순환으로 이어지기 때문이다. 더욱이 글로벌시대를 맞이하여 국내 귀금속 산업도 세계 속에 뒤쳐지지 않는 당당한 분야로 발돋움할 때이기 때문이다. 이러한 귀금속 업계의 문제들을 해결하기 위해 SW금속을 소개하였다. SW금속은 국내 귀금속 분석·정련 회사로서, 국내의 귀금속을 재활용하여 금을 생산·판매하고 있다. SW금속은 100%자원 재활용의 정신에 입각하여 귀금속이 함유친 귀금속산업, 도금산업, 전기 & 귀금속을 추출 정제하여 고순도(99.99%) 순금, 순은, 백금 파라듐 등을 생산하고, 잔여 폐기물 또한 재활용하고 있다. 본 연구에서는 SW금속의 사업 중에서 귀금속 재활용 산업부분에 초점을 맞추고 서술하였다. 그리고 고순도 정련금을 생산 판매하고, 유통활성화 전략을 제시하였으며, 국내 귀금속 시장에서 재활용된 고순도 정련금을 유통활성화 시키는데 성공할 수 있었던 요인들을 나타내었다. SW금속은 재활용된 고순도 정련금을 국내 귀금속 시장에 유통활성화할 목적으로 고순도의 금생산, 생산된 전제품의 자사각인과 무궁화 홀마크각인, SW금속의 골드바의 귀금속 사장판매, 미래의 환경을 내다보며 친환경적인 귀금속 폐기물의 재자원화를 전략으로 내세웠다. 최첨단 분석기술을 통한 고순도의 금생산은 오랜 사업 활동으로 튼튼한 재정기반과 인천의 분석 공장을 보유하고 있어, 신속한 금의 수거와 분석 작업을 통해 고순도의 정련금을 생산할 수 있다. 또한 서울과 대구, 부산의 영업망을 통하여 고금과 잡금을 수거할 수 있어 전국적인 영업활동을 확장 할 가능성이 크다. 생산된 전제품의 자사각인과 무궁화 홀마크 각인은 SW 금속이 현재 보유하고 있는 재활용 금을 재분석하여 함량이 떨어지는 금의 경우 함량을 더 보충하여 (재)귀금속보석기술협회 무궁화 홀마크와 함께 SW금속의 마크를 작은 사이즈로 재활용 금 전체에 새겨 넣었다. 재활용 금의 금함량 검사를 여러 번 실시하여 평균 99.8% 이상으로 금을 다시 만들어 낸 것이다. SW금속의 골드바의 귀금속 사장 판매는 앞서 언급된 전략으로 쌓여진 고객에 대한 신용과 명성으로 SW금속 골드바를 귀금속 시장에 널리 퍼드려 사용케 하는 것이다. 현재 귀금속 시장에는 재활용 금을 생산하는 업체가 있어 경쟁요소가 되고 있으나, 인증된 정확한 함량의 금을 생산·판매함으로서 마케팅효과를 기대할 수 있다. 미래의 환경을 내다 보며 친환경적인 귀금속 폐기물의 재자원화는 귀금속 재활용사업에 있어서 폐기물의 감량화와 무해화, 안정화, 100% 재자원화를 목표로 하고 있다. 2000년대에는 정보통신분야를 비롯한 기술 분야와 함께 환경문제가 최대의 이슈로 등장할 전망이다. 이는 산업에 있어 환경문제를 배제하고는 더 이상의 발전을 기대하기 어렵다는 뜻이기도 하다. 이러한 전략 하에 SW금속의 재활용된 금이 시장 내에서 유통활성화에 성공할 수 있었던 요인으로는 다음과 같다. 첫째, 국내 귀금속 시장 내에서의 분석기술력보유이다. 1986년 이후부터 시작된 오랜 영업활동과 재활용 기술의 노하우는 고순도 정련금의 생산에 효과적으로 작용하였다. 이는 큐벨법 분석을 통한 고순도 정련금의 생산과 무궁화 홀마크를 통한 신뢰도 향상을 가능하게 하였다. 둘째, 영업장의 시장위치 선정이다. SW금속은 먼저 세분시장이 기대한 만큼의 매출과 이익을 실현할 수 있을 정도로 충분한 규모를 가지고 있는지 파악하였다. 일반적으로 소비자들은 귀금속을 고가의 화려한 제품으로 인식하고 있고, 특히 남성보다 여성의 경우 아름다워 지고자 하는 끊임없는 욕구는 귀금속에 상당한 매력을 갖게 했다. 이는 상품의 판매에 유리한 조건이며, 지속적인 판매효과를 기대할 수 있다. SW금속은 보다 상위단계로서 귀금속을 제조·생산하는 귀금속 도매시장에서 귀금속의 핵심 원료인 금을 제공하고, 유통되었던 금을 다시 수거하여 재생산·판매하는 시장을 선택하였다. 그러므로 판매대상은 소비자가 아닌 귀금속 제조·생산업체이다. 귀금속의 경우, 경기의 영향을 많이 받기 때문에 불황일 경우엔 위험하지만 호황일 경우 큰 매출 규모와 높은 시장의 성장률을 보이며, 큰 마진을 기대할 수 있다. 더욱이 귀금속 시장 중 재활용 사업은 그다지 경쟁이 치열하지 않다. 셋째, 금시세에 따른 신속한 판매가격의 결정이다. 금을 생산·판매하는 업체의 경우, 매일 변동하는 금값, 즉 시세에 따라 마진이 결정된다. 재활용된 금을 귀금속 시장에 유통시키기 위해서는 금값의 변동을 주시해야 한다. 이는 업체간의 가격경쟁으로 이어지며, 고객은 금을 판매하는 매장의 가격에 따라 선택적으로 금을 구입하게 되는 것이다. 그러므로 고객유치를 위해서는 타경쟁사와 비교하여 보다 빠르게, 보다 싼 금을 판매하고 매입해야 하는 것이다. 마지막으로 신문광고를 통환 활발한 홍보활동을 제시하였다. 이전까지만 해도 열악한 귀금속 시장에 있어서는 인맥을 통한, 구두를 통한 전달방법이 사용되었다. 그동안 귀금속 시장이 폐쇄적으로 움직이고 있었던 이유도 있지만, 이윤을 추구해야 하는 업체로서는 높은 광고비의 부담이 켰기 때문이다. 이에 신문광고는 이러한 움직임을 해소하는 역할을 하였으며 SW금속은 이를 적극 활용하여 자사를 홍보하는 노력을 게을리 하지 않았다. 그렇게 쌓은 SW금속의 노력이 귀금속 업계에 알려지면서, 자사의 발전도 꾀하고 있다 2004년을 맞이하여 국내 귀금속 시장은 국내·외 보석 명품 브랜드가 동시에 존재하는 이른바 글로벌 보석시장으로 면모하였다. 그 만큼 소비자들이 선택할 상품은 많아졌으며 귀금속브랜드들은 자사 상품을 알리기 위해 더 많은 노력을 해야 하는 때가 된 것이다. 이를 더 효과적으로 수행하기 위해서는 On-line, off-line을 통한 광고의 필요성이 있다. 하나의 강력한 브랜드가 또 다른 최고의 브랜드를 낳는다는 브랜드 상승호과를 최대한 활용해야 한다. 본 연구를 하면서 부족한 점이 많았음을 밝힌다. 자사 내의 정확하고 세밀한 자료의 부족으로 용어와 해설의 난해함이 있었으며, 귀금속 업계의 열악한 상황과 비공개된 정보들로 타사와의 비교분석이 어려웠다. 이러한 해결해야 할 과제를 남기고 본 연구를 마무리 한다.

고분해능 유도결합 플라스마 질량 분석기를 이용한 고순도 실리카 내 불순물 분석에 관한 연구

양정환 경북대학교 산업대학원 2015 국내석사

Silica (silicon dioxide, SiO2) powder was widely used for the raw materials in the production of high purity quartz glass and silicon carbide. The physical and chemical roperties of those silicon based materials are significantly influenced by impurities. Therefore, it is very important to know the contents of trace elements in the high purity silica. In this study, we investigated methods for the trace elemental analysis technique of impurities in synthesized fumed silica powders and the high purity quartz sands using high resolution inductively coupled plasma mass spectrometry (HR-ICP-MS). Environmental background, especially from the laboratories, deionized waters, chemicals, and vessels is a serious problem for the trace analysis. In order to overcome the contamination problems, the sample preparations were carried out in clean environmental laboratory with using purified and cleaned materials. The decomposition of silica samples were examined by various acid conditions using sulfuric acid, perchloric acid, and phosphoric acid based on hydrofluoric acid and nitric acid. Furthermore, the addition of mannitol before acid digestion was used for the preventing volatilization of boron during the sample preparation. Most of the spectral interferences could be prevent by getting the high mass resolution (R = 4,000 ~ 10,000). The matrix effect due to silicon in the sample was eliminated by hydrofluoric acid. The method was validated by a certified reference material JCRM R404 NO.1 and a spiking method into the sample. Recovery rates between 70 % ~ 130 % ith around μg/kg levels. The detection limits in the high purity silica sample were in the range of 0.01 μg/kg ~ 2 μg/kg levels. Results for the determination of B, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Zr, Cd, W, and Pb in several high purity silica powders were presented. 실리카(이산화규소, SiO2) 분말은 고순도 석영유리와 탄화규소의 제조원료에 사용 되고 있다. 이러한 실리콘만으로 이루어져 있는 재료의 물리화학적 특성은 불순물함량에 크게 영향을 받는다. 따라서 고순도 실리카 내 미량 원소의 종류와 함량을 알아 내는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 합성된 흄드실리카 및 고순도 석영분말 중의 불순물 미량 원소 분석을 고분해능 유도결합 플라스마 질량 분석법(HR-ICP-MS)을 이용하여 연구하였다. 특히 일반 실험실에서 사용하는 물과 시약 및 환경적 요소들은 고순도 실리카 내 미량원소 불순물 분석을 실시하는데 심각한 영향을 받는다. 이러한 오염 문제를 해결하기 위하여, 실리카 시료의 전처리는 클린룸 안의 깨끗한 환경에서 여러 세정단계를 거친 시료분해 용기 및 시료측정 용기를 사용하고 고순도 시약과 초순수를 사용하였다. 실리카 시료의 분해는 불산 및 질산을 기본으로 하여 다양한 산 분해 조건으로 황산, 과염소산, 인산을 첨가하여 전처리를 하고 정량분석을 실시하여 확인하였다. 더욱이 산 분해 후 만니톨을 첨가하여 증발 전처리를 하면서 붕소의 휘발을 방지하였다. 또한 스펙트럼 간섭의 대부분은 높은 질량 분해능(R = 4,000 ~ 10,000)을 사용하여 제거 할 수 있었다. 그리고 규소에 의한 매트릭스 효과는 불산에 의해 제거 하였다. 이 방법은 인증 표준 물질 JCRM R404 NO.1을 사용하여 위의 시료분해 방법에 의해 검증되었다. 불순물의 회수율은 μg/kg 수준에서 70 % ~ 130 % 정도였으며 고순도 실리카 시료의 검출 한계는 0.01 μg/kg ~ 2 μg/kg 수준의 범위에 있었다. 본 연구에서 사용한 여러 고순도 실리카 분말 내 에서는 B, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Zr, Cd, W, Pb의 다양한 불순물들이 미량으로 포함되어 있음을 확인하였다.

[18F]FDG방사성의약품의 방사화학적 순도 안정성에 대한 연구

김쌍태 영남대학교 대학원 2016 국내박사

[18F]FDG radiopharmaceutical should be manufactured in large quantities with high radioactivity concentrations, when the number of patients with PET examination is large, or the distance between the [18F]FDG manufacturing site and the PET inspection hospital is long and so on. In this case, The binding of 18F radioisotopes in [18F] FDG is broken by radiolysis the radiochemical purity of the [18F]FDG radiopharmaceutical decreases, which may reduce the quality of image diagnosis and the reliability of the standard SUV. To solve these problems, the stability of radiochemical purity of [18F]FDG was studied by examining the effect of radioactivity concentration, ethanol concentration, water dilution, storage temperature, and storage volume on the radiochemical purity of [18F]FDG. In addition, the radiochemical purity enhancement of [18F ]FDG was investigated, and the methods and reasons for maintaining stable radiochemical purity suitable for the KP and USP standards during the validity period of [18F]FDG(time from EOS; 8hr) even at high radioactivity concentrations exceeding 200mCi were also considered. Materials and methods: 18F was produced using Cyclotron(Model PETtrace, GE Healthcare) and, and [18F]FDG was manufactured by Synthesis module equipment(Explora FDG4, Siemens Healthcare). As the experimental material, there were 100mCi /㎖, 200mCi /㎖, 300mCi /㎖, and 400mCi /㎖ of [18F]FDG respectively with different radioactivity concentrations. The radiochemical purity was measured by varying the radioactivity concentration, ethanol concentration, water dilution, storage temperature and storage amount as described below. The radioactivity concentrations were 100mCi/㎖, 200mCi/㎖, 300mCi/㎖, and 400mCi/㎖, ethanol concentrations were 0.0%(0㎕), 0.1%(1㎕), 0.2%(2㎕), and 0.3%(3㎕), volumes of water dilution(water for injection) were 0㎖, 1㎖, 3㎖ and 7㎖, storage temperatures were 3℃(cooling temperature), 20℃(real storage temperature), 40℃ and storage amounts were 1㎖, 2㎖ and 4㎖. Radiochemical purity was measured using a radio TLC scanner at intervals of 2 hours for 10 hours after completion of [18F]FDG synthesis. Results and discussions: It might be considered that radioactivity concentration, ethanol addition, storage amount, in this order, had significant effect on the radiochemical purity of [18F]FDG, however, volume of water dilution and storage temperature had no significant effect on the radiochemical purity of [18F]FDG. To increase the radiochemical purity of [18F]FDG, the radioactivity concentration should be as low as possible when preparing or storing [18F]FDG, and the addition of ethanol, which acts as a trapping agent for free radicals, is required and volume of [18F]FDG storage should be minimized by subdividing as much as possible. In the case of [18F]FDG production, the radiochemical purity was maintained to comply with the KP and USP standards for 10 hours after the EOS when the radioactivity concentration was below 200mCi /㎖. When the radioactivity concentration exceeded 200mCi /㎖, ethanol addition to [18F]FDG may be necessary to maintain compliance with USP standards. In case of adding 0.1%, 0.2% and 0.3% of ethanol, the radiochemical purity remained stable even at the high radioactivity concentration exceeding 200mCi /㎖, and it was maintained to conform to KP and USP standards for 10 hours after EOS. In order to minimize the amount of residual solvent ethanol, however, 0.1% ethanol concentration should be added. Conclusions: When the results of this study are reflected in the manufacture or storage of [18F]FDG, the radiochemical purity can be increased and the radiochemical purity can be maintained stably to comply with the KP and USP standards for 10 hours after EOS, even at high radioactivity concentrations exceeding 200 mCi /㎖. Therefore, the stability of radiochemical purity of [18F]FDG is increased and the reliability of image quality and SUV is improved during PET imaging, so that the accuracy of patient disease diagnosis can be improved. Moreover, it might be expected that mass production of [18F]FDG with a high radioactivity concentration will be possible and [18F]FDG will be available for an extended period of time. In this study, the result was from 100mCi/㎖, 200mCi/㎖ and 300mCi/㎖ and 400mCi/㎖. In the case of high radioactive concentration which is over 400mCi/㎖, the additional study is needed for the effect of radioactivity concentration, ethanol concentration, water dilution, storage temperature, and storage volume on the radiochemical purity. 연구의 필요성: PET검사 환자수가 많은 경우, [18F]FDG제조소와 PET검사병원과의 거리가 먼 경우 등은 [18F]FDG방사성의약품을 대량으로 고 방사능농도로 제조해야 한다. 이 경우 방사선분해에 의해 [18F]FDG에서 18F 방사성동위원소의 결합이 끊어져 [18F]FDG 방사성의약품의 방사화학적 순도가 감소하여 PET검사 시 영상의 질 저하와 표준섭취계수(SUV)의 신뢰도가 저하되어 환자 질병 진단의 정확도가 떨어질 수 있다. 연구의 목적: 이러한 문제를 해결하기 위해 방사능농도, 에탄올 농도, 물 희석량, 보관온도, 보관량이 [18F]FDG의 방사화학적 순도에 미치는 영향을 실험하여 [18F]FDG의 방사화학적 순도의 안정성에 대해 연구하고자 한다. 그리고, [18F]FDG의 방사화학적 순도 증가 방안을 고찰하고, 200mCi/㎖ 초과하는 고 방사능농도 경우에서도 안정적으로 방사화학적 순도를 [18F]FDG의 유효기간(time from EOS 8hr) 동안 KP및 USP의 기준에 적합하게 유지하기 위한 방안과 관련 이유를 고찰하고자 한다. 재료 및 방법: 제조사 GE Healthcare, 모델명 PETtrace, 양성자 가속에너지 16.5MeV의 Cyclotron 장비를 사용하여 18F 을 제조하였고, 제조사 Siemens Healthcare USA, 모델명 Explora FDG4의 Synthesis module 장비를 사용하여 [18F]FDG를 제조하였다. 실험재료로 [18F]FDG를 방사능농도가 다르게 100mCi/㎖, 200mCi/㎖, 300mCi/㎖, 400mCi/㎖ 준비하였다. 방사능농도, 에탄올농도, 물 희석량, 보관온도, 보관량을 다음과 같이 변화 시켜 방사화학적 순도를 측정하였다. 방사능농도 : 100mCi/㎖, 200mCi/㎖, 300mCi/㎖, 400mCi/㎖ 에탄올농도 : 0.0%(0㎕), 0.1%(1㎕), 0.2%(2㎕), 0.3%(3㎕) 물 희석량 : 주사용수(Water for injection) 0㎖, 1㎖, 3㎖, 7㎖ 보관온도 : 3℃(냉각), 20℃(실제 보관온도), 40℃ 보관량 : 1㎖, 2㎖, 4㎖ [18F]FDG합성완료 (EOS) 후 10시간 동안 2시간 간격으로 radio TLC scanner 장비를 사용하여 방사화학적 순도를 측정하였다. 결과 및 고찰: [18F]FDG의 방사화학적 순도에 영향이 큰 순서는 방사능농도, 에탄올 첨가, 보관량 이며 보관온도, 물 희석량은 [18F]FDG의 방사화학적 순도에 유의성 있는 영향이 없는 것으로 사료된다. [18F]FDG의 방사화학적 순도를 증가시키기 위해 [18F]FDG제조 또는 보관 시 방사능농도를 가능한 낮추어야 할 것이고 자유라디칼의 포획제 역할을 하는 에탄올의 첨가가 필요하고 [18F]FDG 보관 시에 가능한 여러 곳에 소분 (분산)해서 보관량을 최소화해야 할 것이다. [18F]FDG제조 시 방사능농도 200mCi/㎖ 이하 경우 방사화학적 순도가 EOS 이후 10시간 동안 KP 및 USP의 기준에 적합하게 유지되었고 방사능농도 200mCi/㎖ 초과 경우 방사화학적 순도를 안정적으로 KP 및 USP의 기준에 적합하게 유지하기 위해 [18F]FDG에 에탄올 첨가가 필요할 것으로 사료된다. 에탄올 농도 0.1%, 0.2%, 0.3% 첨가한 경우 200mCi/㎖ 초과하는 고 방사능농도에서도 방사화학적 순도가 안정적으로 EOS 이후 10시간 동안 KP 및 USP의 기준에 적합하게 유지되는 것으로 나타났지만 잔류용매 에탄올의 발생량을 최소화하기 위해 에탄올농도 0.1% 첨가해야 할 것이다. 결론: 본 연구결과를 [18F]FDG제조 또는 보관 시에 반영할 경우 방사화학적 순도를 증가시킬 수 있고 200mCi/㎖초과하는 고 방사능농도 경우에서도 안정적으로 방사화학적 순도를 EOS 이후 10시간 동안 KP 및 USP의 기준에 적합하게 유지할 수 있을 것이다. 그러므로, [18F]FDG의 방사화학적 순도 안정성이 증가하고 PET촬영 시 영상의 질과 표준섭취계수의 신뢰도가 좋아지므로 환자 질병진단의 정확도를 높일 수 있을 것이다. 또한, [18F]FDG를 고 방사능농도로 대량생산이 가능해지고 약의 유효기간 연장도 가능해질 것으로 기대된다. 본 연구는100 mCi/㎖, 200 mCi/㎖, 300 mCi/㎖, 400 mCi/㎖에서 연구결과이며, 400mCi/㎖초과하는 고 방사능농도 경우에서도 방사능농도, 에탄올농도, 물 희석량, 보관온도, 보관량이 방사화학적 순도에 미치는 영향에 대한 추가연구가 필요할 것이다.

무(Raphanus sativus L.)의 SSR marker와 S haplotype specific marker를 이용한 F1 순도검정과 F2 집단의 자가불화합성 인자형 유전 분석

신여진 세종대학교 대학원 2022 국내석사

무(Raphanus sativus L.)는 배추과(Brassicaceae)에 속하는 근채류로, amylase 등 다양한 유용 물질을 함유하고 있으며 전세계적으로 경제적 가치가 매우 큰 원예작물 중 하나이다. 무는 자가불화합성(Self-incompatibility)을 가지고 있으며, 대부분의 무 품종은 우수한 양친을 사용한 F1 품종이므로 무 고순도 F1 종자 생산에 있어 자가불화합성에 대한 정보가 매우 중요하다. 이에따라 본 논문에서는 무 육종 소재로서 가치가 높은 계통인 31(S5), 32(S16) 및 Bakdal(S10), OH(S1)을 이용한 F1 품종인 3001-SI(31(S5)x32(S16)의 정역교배), 8105-SI(Bakdal(S10)xOH(S1)의 정역교배), 3001A-MS 정역교배(31(ms, S5)x32(S16), 32(ms, S16)x31(S5)), 8105A-MS 정역교배(Bakdal(ms, S10)xOH(S1), OH (ms, S1)x Bakdal(S10))의 각 100개체에 대한 무 SSR primer와 S haplotype specific primer를 이용하여 순도검정을 수행하였고, 양친으로는 모계 웅성불임친을 이용해 생산한 F1(ms)과 일반 양친을 사용한 F1(SI)의 순도를 비교하여 웅성불임과 자가불화합성을 이용한 F1 종자 생산이 품종 순도에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 또한, 무 F2 300개체에 대해 SRK 및 SLG specific primer를 이용한 F2 S haplotype 분리비를 분석하여 자가불화합성의 유전양식을 알아보고자 하였다. 첫번째로, 무 F1 품종 3001-SI(31(S5)x32(S16)의 정역교배) 및 8105-SI(Bakdal(S10)xOH(S1)의 정역교배)와 3001A-MS 정역교배(31(ms, S5)x32(S16), 32(ms, S16)x31(S5)), 8105A-MS 정역교배(Bakdal(ms, S10)xOH(S1), OH (ms, S1)x Bakdal(S10))를 재료로 무 SSR primer 및 S haplotype에 따른 specific primer를 이용하여 무 F1 및 F1(ms) 순도검정을 이중으로 수행하였다. 실험 결과, 3001-SI(31(S5)x32(S16))의 순도는 99%, 3001-SI(32(S16)x31(S5))의 순도는 68%, 8105-SI(Bakdal(S10)xOH(S1))의 순도는 100%, 8105-SI(OH(S1)xBakdal(S10))의 순도는 100%로 나타났다. 3001A-MS 정역교배(31(ms, S5)x32(S16), 32(ms, S16)x31(S5)), 8105A-MS 정역교배(Bakdal(ms, S10)xOH(S1), OH (ms, S1)x Bakdal(S10))의 순도는 모두 100%로 나타났다. 이러한 결과는 무 SSR primer를 이용해 순도검정을 수행한 결과와 S haplotype에 따른 specific primer를 이용해 순도검정을 수행한 결과가 일치함을 보였다. 또한 표현형 관찰을 통한 순도검정 결과 와도 일치하였다. 순도검정 결과 중 자가불화합성이 약한 S16을 모계로 사용한 경우, SSR primer 및 S haplotype specific primer 모두에서 순도가 동일하게 낮게 나타나는 것을 알 수 있었다. 또한 순도검정시 두가지 primer(SSR primer 및 S haplotype specific primer)를 이용하면 더욱 안정된 순도검정 결과를 도출할 수 있음을 확인하였다. 두번째로는, 순도검정 결과를 통해 표현형 및 유전자형에 이상이 없는 개체를 조합 당 F1 3개체씩 선발하여, 뇌수분(bud-pollination)을 이용한 자가수정(selfing)을 통해 F2를 만들었다. 이후, 각 조합 당 300개체로 이루어진 F2 집단에 대해 S haplotype에 따른 specific primer를 이용하여 무 31(S5), 32(S16) 및 Bakdal(S10), OH(S1)에 대한 F2 분리비를 분석하였다. 실험 결과, S5S5:S5S16:S16S16의 분리비가 3001-SI(31(S5)x32(S16))는 79:151:70, 3001-SI(32(S16)x31(S5))는 89:143:68 이었고, S10S10:S10S1:S1S1의 분리비가 8105-SI(Bakdal(S10)xOH(S1))는 77:157:66, 8105-SI(OH(S1)xBakdal(S10))는 76:155:69로 나타났다. 이는 멘델의 유전법칙 이론에 따라 SPSS 통계프로그램의 χ2-검정(chi-square test)의 적합도 검정을 이용하여 계산했을 때, 모두 1:2:1의 분리비를 따르는 것으로 나타났으며, 100개체 또는 200개체를 이용한 분석보다 300개체를 이용한 분석이 보다 안정적이고 신뢰성이 높은 것을 확인하였다. 이러한 결과는 S locus가 Single mendelian locus로써 유전된다는 이론과 일치하였으며, 세대진전에 따른 유전양식을 확인하기 위한 집단의 개체 수가 조합에 따라 다르지만 최소 100개체 이상은 되어야 함을 확인하였다. 본 연구결과는 무 F1 순도검정에서 S haplotype specific primer가 유용하게 이용될 것이라 판단되며, 또한 무의 F2 집단에서 자가불화합성의 유전 양식을 이해하는데 매우 유용한 정보를 제공하고, 더 나아가 배추과 작물의 종자 생산을 위한 육종 및 유전 연구에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

CMS와 Zeolite를 이용한 고순도 산소 제조 2단 PSA/VSA 공정

권태훈 연세대학교 대학원 2003 국내석사

고순도의 산소생산을 위해서는 공정에서 산소로부터 아르곤을 분리하는 것이 중요하다. 기존의 공기분리 공정은 아르곤과 산소의 분리능력부족으로 인해 순도 95%의 산소 생산이 한계였다. 그래서 본 연구에서는 4가지의 다른 cycle을 CMS를 이용한 PSA공정을 사용하여 99%이상의 고순도 산소가진 공정을 개발했을 뿐만 아니라 높은 생산성도 가짐을 알 수 있었다. 각각의 PSA공정은 non-isothermal상태에서 순도, 회수율 그리고 생산성을 조사하였으며, 공급조성이 binary (O₂/Ar; 95:5 vol.%)인 기체와 ternary (O₂/Ar/N₂; 95:4:1 and 90:4:6 vol.%)인 기체를 사용하여 PSA실험을 하였다. 이 결과로 Process I인 공정에서는 98%의 순도와 66%정도의 회수율을 가지고 있으며 Process II와 Process III 는 생성물이 99%이상 순도 와 50%정도의 회수율을 가지고 있었다. 여기서 Process I은 다른 Process II와 Process III공정보다 cycle 시간이 길었으며, 공급조성에1%의 질소를 첨가했을 때 질소가 포함되어 있는 것 보다 정상상태에 조금 늦게 도달하였고 순도는 비슷 하였다. 그러나 공급 조성에서 높은 질소의 포함은 PSA공정 운전시 낮은 순도를 생산 하였다. 6%의 질소가 되고 산소가 90%인 공정에서 생성물로 얻어지는 산소의 순도는 97%로 운전되었다. 그러나 유속을 증가 시키면 생성물의 순도는 99%정도로 상승하였고 공정이 운전될 때의 온도 profile은 4K로 온도를 무시 할 수 없다. 또한, 본 연구에서는 속도 분리를 의한 공정이기 때문에 diffusion rate에 의한 model을 제안하였다. 두가지의 modified 된 LDF model로 Darken’s equation과 D.D.Do의 structural diffusion model를 각각 L-F isotherm과 결합하여 effective diffusivity를 농도의 함수로 유도한 modified LDF model의 결과를 constant diffusivity를 가정한 기존의 Gluekauf의 LDF model의 결과와 비교하였다. 이 결과로 Darken과 D.D.Do model이 기존의 상수로 넣은 diffusion model보다 실험값에 근사했다. 또한 D.D.Do의 structural diffusion model보다는 Darken-LF가 더 근사함을 보여 주었다. It is important to separate argon from air to obtain high purity oxygen. The former air separation process was confined to 95% purity due to the difficulty of separation argon from air. Therefore, four different PSA cycles using CMS were compared for producing high purity oxygen over 99% as well as the high productivity. The cyclic performances such as purity, recovery, and productivity of four different PSA processes were investigated experimentally under the non-isothermal condition. The binary (O₂/Ar; 95:5 vol.%) and two different ternary (O₂/Ar/N₂; 95:4:1 and 90:4:6 vol.%) mixtures were used as feed gases for PSA experiments. As a result, the process I with purge (BD2) after product (BD1) step produced the oxygen with about 98% purity and 66% recovery while processes II and III with product (BD2) after purge (BD1) step about 99.2 to 99.9% purity and 56% recovery. However, the productivity of process I was lower than that of processes II and III because of its longer cycle time. When the 1% of nitrogen impurity was added in feed gas, the cyclic steady state was slightly delayed while the total performance was very similar to that of the no nitrogen feed gas. However, the higher the nitrogen impurity in feed gas, the lower the O2 purity. When the 6% of nitrogen impurity accompanied with 90% O₂ product was contained in a feed gas, the O₂ purity was decreased about 97% at a base operating conditions. However, the increased adsorption pressure and feed flow rate caused the increase of O2 purity up to 99%. The range of temperature variation during the whole cyclic operation was about 4K and a thermal effect on the total cyclic performance was not negligible. Also, because the cyclic performances of the suggested processes were significantly affected by the diffusion rate, the two different modified LDF models incorporating concentration-dependent rate parameter that was evaluated from the Darken and structural diffusion models were proposed and compared with the general Gluekauf’s LDF model with constant diffusivity. As a result, these two concentration-dependent rate models showed better agreement with experimental data than that by the constant diffusivity model. Also, the Darken-LF combination showed the slightly better results than that by Do-LF because of its low dependency on the equilibrium parameters.

不溶性 Extrusion 澱粉을 基質로 한 高純度 Maltose의 高濃度 生産

김동선 慶北大學校 1993 국내석사

본 연구는 extrusion시켜 구조를 호화, 팽윤시킨 extruded 전분을 원료로 한 불균일상 효소반응계를 이용한 고순도 maltose의 고농도 생산법을 확립하기 위한 기초 연구로서, extruded 전분을 기질로 한 maltose 생산법의 효용성을 검토하였고, 각종 extruded 전분을 비교 검토하였고, 효소 반응조건을 최적화하였으며, fed-batch식 기질 첨가법을 이용한 고농도 maltose 생산에 관한 연구를 수행하였고, 또한 extruded 전분함유 불균일상 효소반응계에서의 maltose 생성반응 양상을 검토하였다. Extruded 전분함유 불균일상 효소반응계에서의 maltose 생산수율, 속도, 그리고 함량은 액화전분을 이용했을 경우와 거의 유사한 결과를 보여 extrusion 전분은 maltose 생산에 효과적으로 이용될 수 있음을 알았다. Maltose 생성반응에 적합한 전분의 extrusion 조건은 원료전분의 초기 평형수분함량 20%, screw 회전속도 200 rpm이었으며, extruded 전분의 호화도, water solubility index(WSI), 그리고 water absorption index(WAI)는 각각 71.8%, 26.3%, 5.7 g 수분/g 전분 이었다. 초기 반응속도 및 maltose 수율은 extruded 전분의 호화도와 비례하여 증가하였으며, 호화도가 70% 전후 일때 가장 적합하였다. Maltose 생성에 적합한 효소 반응조건을 검토하였다. 특히 extruded 전분을 300 g/L로 고정하고 pH 5.5, 50℃에서 효소 첨가량을 전분 1 g당 40 unit으로부터 500 unit까지 증가시키면서 그 영향을 검토하였다. 그 결과 maltose 생성농도 및 함량은 효소 첨가량에 비례하였으며, 전분 1 g당 40 unit을 첨가하였을 경우 24시간 반응 후 maltose의 농도와 순도는 각각 162 g/L와 60%(w/w)였고, 전분 1 g당 400 unit을 첨가할 경우 반응은 12시간만에 종결되었으며, 이때 maltose 농도와 순도는 각각 220 g/L와 77% (w/w)였다. Extruded 전분을 고농도로 첨가하여 maltose의 생성능을 검토하기 위해서 첨가농도를 700 g/L까지 증가시키며 maltose 생성반응을 수행 하였으며, 기질을 고농도로 첨가할수록 maltose 전환율 및 순도는 비례하여 감소하였으며, 특히 고농도로 갈수록 다량의 수분이 전분입자에 흡수되어 반응액의 유동성이 감소하여 효소작용이 저해받아 maltose의 생성속도가 감소하였다. 이와 같은 문제점을 보완하기 위하여 extruded 전분을 fed-batch식으로 나누어 700 g/L까지 첨가하여 효소반응시킨 결과, maltose 생성속도 및 수율이 증가되었으며, 반응 24시간 후 maltose 생성농도는 465 g/L에 이르렀고, 이때의 maltose 순도는 70% (w/w)였다. Extruded 전분함유 불균일상 효소반응계에서 maltose 생성 효소반응 양상을 규명하기 위하여 미반응 잔류전분의 미세구조의 변화를 SEM으로 관찰하였고, 또한 호화도의 변화도 검토하였다. Extruded 전분은 생전분에 비해 입자가 크게 팽윤되어 있고, 또한 균열이 관찰되어 수분과 효소가 침투하기 용이할 뿐만아니라 효소작용 표면적이 크게 증가되어 있었다. 또한 전분입자는 효소반응이 진행됨에 따라 급격히 단편화가 진행됨을 알 수 있었다. 또한 maltose 생성반응 중 중간 생성물의 축적 양상을 관찰한 결과 액화전분에 비해 반응 중 maltooligosaccharides의 분해가 다소 빠르게 진행되어 반응 후 maltooligosaccarides의 축적량은 적은 반면 maltose 함량이 높은 특징을 보였다. 이는 extrusion 전분을 함유한 불균일상 효소반응계에서는 dextrin이 생기지 않고 중간 생성물이 주로 fungal α-amylase에 의하여 쉽게 분해될 수 있는 maltooligosaccharides로 구성되어 있으며, 효소반응이 전분입자의 표면으로부터 내부로 침식해 들어가는 end-cutting 양상을 나타내기 때문으로 유추되었다. 이와 같은 extruded 전분함유 불균일상 효소반응계를 이용한 maltose 생산법은 기존의 증자법에 비하여 전분질의 전처리에 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 가능성이 있을 뿐만아니라, extrusion 전분은 불용성 상태로 존재하므로 fed-batch식으로 나누어 첨가할 경우 고농도 첨가가 가능하여 고농도 maltose를 얻을 수 있고, 또한 maltodextrin이 생성되지 않아 고순도의 maltose를 얻을 수 있고, 또한 잔류전분은 반을 후 쉽게 분리할 수 있어 maltose의 분리정제가 용이한 점등 많은 장점이 있어 산업적 활용을 위한 후속 연구가 요망된다. The production of maltose in heterogeneous enzyme reaction system using insoluble extruded corm. starch as raw material was studied. The maltose forming rate, maltose content, and maltooligosaccharides content from extruded starch were similar compared with the conventional maltose production method that utilizing soluble starch or dextrinized starch DE(7-14). The enhanced reaction was caused by transformation of the granular structure of raw corn starch by extrusion; increased accessible surface area by expansion of raw starch and decreased hardness of starch granule by a gelatinization. The most suitable form of extruded starch was selected from several extruded starch treated under the various extrusion conditions. The maltose forming rate was proportional to the degrees of gelatinization of extruded starches to 70%, but not changed over than 70%, and the most suitable degree of gelatinizaion was considered to be around 70%. And the effects of various reaction conditions, such as, lands of maltose forming enzyme, pH, temperature, amount of enzyme, and supplimentary enzyme dosage, were investigated. At extruded starch concentration of 300 g/L(w/v), maltose concentration and content were reached 220 g/L and 77 % (w/w), respectively, at pH 5.5 and 50℃ after 12 hours. Although the maltose formation was increased along to increasement of addition of substrate by 700 g/L, maltose forming rate and maltose content were substantially decreased, this may be due to the result of decreased enzyme action caused by the shortage of free water in reaction system. In order to achieve effective maltose-forming reaction at high substrate concentration, the extruded starch was added fed-batch wisely, up to extruded starch at high concentration of 700 g/L(w/v). The fed-batch wise addition significantly increased the maltose concentration compared to batch wise addition from 401 g/L to 465 g/L and maltose content from 67%(w/w) to 70%(w/w). The structural features of extruded starch granule subjected to enzyme reaction were analyzed by means of SEM and degree of gelatinization to clarify the hydrolysis phenomena of extruded starch. The starch granule was rapidly fragmented from initial stage of enzyme reaction, and degree of gelatinization of unreacted residual starch was also drastically decreased. The accumulation pattern of maltose, maltooligosaccharides in reaction mixture was also investigated. The maltooligosaccharides production patterns were similar for both reaction, however, the accumulated maltooligosaccharides was more rapidly decomposed to maltose compared with liquefied starch. This may be due to the limited accumulation of limit dextrin during maltose forming reaction using extruded starch as raw material. The maltose production in heterogeneous reaction system containing extruded starch has many advantages over the conventional maltose production method that utilizing liquefied starch, and hence, the feasibility evaluation of industrial application needs to be conducted.

PVSA processes for high purity O2 generation and purification from ambient air

지정근 Graduate School, Yonsei University 2004 국내박사

A PVSA process with two equilibrium beds and one kinetic bed was developed to overcome the limitation of 94% O2 purity from air in the adsorption technology. To develop the PVSA process, two-bed VSA process for air separation and two-bed PSA process for oxygen purification were designed at first. From the VSA and the PSA processes, higher than 90% O2 from air and 99.8+% O2 from oxygen enriched feeds (higher than 90% oxygen) could be produced, respectively. Then, two different cycles of the PVSA process combined an equilibrium separation with a kinetic separation were designed. To prevent an additional energy cost from the PVSA operation, the operating pressure was fixed from 0.4 to 3.0 atm. In addition, the effluent gas from the purification bed with CMS was backfilled to the equilibrium bed with zeolite 10X to maintain a high recovery. The both cycles could produce directly higher than 97% oxygen from air. The PVSA process I introducing single blowdown step produced the O2 product with 97.4% purity and 67% recovery while the PVSA process II with two-consecutive blowdown step produced the O2 product with 99.2% purity and 47% recovery. Since the developed processes were focused on minimizing N2 amount and maximizing O2 purity from air to prevent a NOx generation from the application of combustion processes, the amounts of N2 in the product were in the level of 4000-5000 ppm at the PVSA I and several tens of ppm at the PVSA II. Therefore, it is expected that the suggested process may produce directly 99.8+% O2 from air, which is a standard O2 specification of semi-conductor industries, by using improved adsorbents and optimized operating condition. A non-isothermal dynamic model incorporating mass, energy, and momentum balances was developed to predict the process dynamics and experimental results. The Gluekauf’s LDF model with constant diffusivity was used to the equilibrium bed while the concentration-dependent rate models were applied to the kinetic bed. 기존의 흡착공정에 의한 95% 산소 순도를 극복하기 위하여 2탑식 PVSA 공정을 개발하였다. 이를 위하여, 공기 벌크분리를 위한 2탑식 VSA 공정과 산소정제를 위한 2탑식 PSA 공정을 우선적으로 개발하였다. 결과로서, 공기로부터 90% 순도의 산소를 생산하는 VSA 공정과, 90% 이상의 산소를 포함하는 공급류에 대하여 99.8% 순도의 산소를 생산하는 PSA 공정을 개발하였다. 위의 결과를 토대로 하여 공기 벌크 분리를 위한 평형분리 공정과 (VSA) 산소 정제를 위한 속도분리 공정(PSA)을 결합한 두 개의 서로 다른 PVSA cycle을 설계하였다. 정제 공정의 추가로 인한 에너지 비용의 증가를 줄이기 위하여 일반 VSA 공정보다 다소 높은 0.4 atm의 재생압력과 PSA 공정보다 낮은 3.0 atm 흡착압력에서 운전하였다. 또한, 높은 회수율을 얻기 위하여 CMS (Carbon Molecular Sieve)가 충전된 산소정제 탑에서의 배출물이 공기 벌크분리를 위한 zeolite 10X 탑으로 재순환 되도록 설계하였다. 결과로서, 제안된 두 개의 PVSA 공정에서 모두 97% 이상의 고순도 산소를 건조공기로부터 직접 생산해 낼 수 있었다. 먼저, 단일 감압 및 backfill 단계를 도입한 첫 번째 PVSA 공정의 경우 97.4%의 순도의 산소를 67%의 회수율로, 그리고 두 단계의 연속적인 감압과 backfill 단계를 도입한 두 번째 PVSA 공정의 경우 99.2% 순도의 산소를 47%의 회수율로 각각 생산해 내었다. 제안된 공정의 경우 연소공정에 적용시 NOx 발생을 방지하기 위하여 산소 순도를 높이는 것 뿐만 아니라 제품에 포함된 질소 불순물의 함량을 최소화 하는 것에 목적을 두고 있으므로, 첫 번째 PVSA 공정에서는 질소 불순물의 함량을 4000 – 5000 ppm 수준으로 그리고 두 번째 PVSA 공정에서는 수십에서 수백 ppm 수준으로 유지하였다. 본 연구에서 제시된 공정의 경우, 흡착제의 개선과 공정 최적화를 통하여 반도체 공정에서 사용되는 99.8% 이상의 고순도 산소를 생산할 수 있으리라 사료된다. 공정 수행시 탑 내의 농도 및 온도에 변화에 대한 동적 모사와 순도 및 회수율, 생산성 등의 성능지표를 예측하기 위하여 물질, 에너지, 그리고 운동량 수지식 등을 동시 고려한 비등온 model을 사용하여 dynamic simulator를 Fortran base로 개발하였다. 특히, 평형분리 공정의 경우는 확산도를 상수로 가정한 기존의 LDF rate model을, 속도 분리 공정의 경우는 확산도의 농도 및 압력 의존성을 고려한 개선된 LDF rate model을 각각 사용하였다.

溶媒抽出法と陰イオン交換法による鐵の高純度精製

송수선 東北大學 1999 해외박사

철의 고순도 정제방법으로 여러 가지가 있으나, 본 연구에서는 화학적 정제방법 중, 이 온교환법에 비해 대량생산적이며 경제성향상에 유리하다고 생각되는, 용매추출법을 주체로 하는 실용적인 철의 정제 프로세스를 시도했다. 또한 용매추출 후 간편화된 음이온교환법을 개발하여, 용매추출법과 음이온교환법 양자를 사용하는 연속적인 정제를 행함으로써, 더욱 고순도화를 도모하는 한편, 최종의 용해 정제법으로써 수소플라즈마 또는 전자 빔 용해를 적용함으로써, 잔류저항비 3000을 넘는 철의 제작 및 정제 프로세스의 개발을 목적으로 하였다. 용매추출법에 있어서는 Fe(Ⅲ)에 뛰어난 추출제로써 알려진 4-메틸-2펜타논 (통상 메틸이소부틸케톤,MIBK라한다)을 사용하여, 철을 염화 제1철의 형태로 2단계추출을 하여, 거의 전 원소를 철로부터 분리, 제거하였다. 본 용매추출법에 의해 잔류저항비 약 100인 원료철을 1300까지 향상(순도 3N에서 5N)시키는 것에 성고하여, 철의 고순도화에 본 용매추출법이 유용하다는 것이 확인되었다. 또한 용매추출 후 음이온교환법을 적용함으로써, 거의 모든 원소가 0.1mass ppm이하로 저감화되어, 잔류저항비 1400 정도의 고순도 철이 얻어졌다. 게다가, 전자 빔 용해를 부가함르로써, 잔류저항비가 최고 5020의 고순도 철(순도 3N정도의 원료철이 6N에 가까운 순도에 해당)을 얻을 수 있었다. 이처럼 본 연구에서는 용매추출법에 의해 본격적인 철의 고순도화를 처음으로 명백하게함과 동시에, 옹매추출법과 음이온교환법에 의해, 더욱더 고순도 철의 제작 및 고순도철 정제 프로세스의 개발을 확립하였다.