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가설 설정
- 1) 전기이동도가 큰 이온은작은 이온보다 항상 질량값이 작다. 2) 각각의 데 이터 군은 전기 이동도가 작은 이온부터 20 amu 간격으로 증가하며 결정된다. 데이터 결정방법은 그림 2에나타난 바와 같이 양이온은 질량범위 중 최소값으로고정하고 음이온은 질량 범위내에서 가장 작은 전기이동도를 지닌 이온부터 20 amu씩 증가시켜 데이터군을 만들어내는 방법을 이용하였다.
제안 방법
- (2006)°] 측정한 200 nm 이하의 미세입자에 대한 하전율과 이온의 질량 범위를 1 amu 간격으로 나누어 시행 오차과정을 거쳐 표 5와 같이 최적화된 이온의 질량값을 Fuchs의 하전 이론 식과 Lee at”. (2005)에 의해 소개된 혼합이온 입자 하전식에 적용하여 계산된 하전율을 비교하였다.
- 충돌확률 계산을 위해 필요한 또 하나의 변수인 이온의 질량은 기존의 연구자들이 사용했던 이온의 질량범위 내에서 Kwon d a/. (2006)에의해 측정된 5종류의 음이온 및 양이온 각각에 대한질량을 임의로 결정하고 Fuchs 하전 이론식에 대입하여 입자와 대상 이온과의 충돌확률을 구하였다. 그림 1에서 보여주듯이 이온 질량 대입을 위해서 5종류의 양이온 및 음이온의 질량범위를 다음과 같은가정 하에 결정하였다.
- 그러나 이러한 방법 또한 현재까지는 하나의대표적인 이온에 대해서만 고려되었다. 그러므로 본연구에서는 기존의 이온 질량 결정법을 개선하여 입자와 동일 공간에 존재하는 모든 종류의 물분자 클러스터 이온 각각에 대한 질량을 예측할 수 있는 시행 오차법을 이용한 계산과정을 개발하였으며, 실험을 통해 측정된 이온의 전기이동도와 개발된 계산과정을 통해 결정된 이온 질량을 Fuchs 하전이론식에적용하여 각각의 이온과 입자의 충돌확률을 구하고 Lee 屛 (2005)에 의해 개발된 혼합이온 입자 평형하전식에 계산된 충돌확률 적용하여 예측된 입자 하 전율을 실제 측정된 입자 하전율과 비교하여 개발된 계산 방법을 평가하였다.
- 2) 각각의 데 이터 군은 전기 이동도가 작은 이온부터 20 amu 간격으로 증가하며 결정된다. 데이터 결정방법은 그림 2에나타난 바와 같이 양이온은 질량범위 중 최소값으로고정하고 음이온은 질량 범위내에서 가장 작은 전기이동도를 지닌 이온부터 20 amu씩 증가시켜 데이터군을 만들어내는 방법을 이용하였다. 이러한 방법으로 최적 질량값을 구하기 위해 만들어낸 데 이터군의수는 총 22, 177개로 각각의 데이터군에 해당하는 입자와 이온의 충돌확률을 구하였으며 Lee 咨 以 (2005) 에 의해 개발된 혼합 입자 평형 하전식(1~3)에 각각의 충돌확률을 대입하여 입자의 하전율을 계산하였다.
- 본 연구에서는 1차 수행됐던 20amu 간격의 계산결과에 의해 최적화된 이온의 질량을 중심으로 전과후 각각 500개의 데 이터군을 계산 대상의 이온 질량범위로 정하고 그 범위를 다시 5 amu 간격으로 나누어 계산을 수행하였으며, 이러한 과정은 lamu 간격에 대해서도 수행되었다. 그림 4와 5는 각각 5amu와 lamu 간격으로 결정된 이온의 질량 데이터군을 대상으로 수행된 입자하전율 계산결과와 실험 결과의 오차를 보여준다.
- (2006) 계산한 입자하전율과 본 연구를 통해 최적화된 이온질량값으로 계산된 입자하전율을 비교하였다. 비교방법은 그림 7과 같이 직경 33nm 그리고 199nm 미세 입자에 대한 음 및 양 하전율의 비 (仁疗打)를 이용하여 서로 비교하였다. 실험을 통하여 측정된 하전율의 비는 33nm, 199nm 입자에 대해 (f_Jf+i)는 1.
- 시행 오차 법을 활용한 수치계산법으로 결정된 다양한 이온의 질량을 Fuchs의 하전이론 및 혼합 하전식에 적용하여 입자하전율을 계산하였으며 실험을 통해 측정된 입자 하 전율과 비교함으로써 본 연구를 통해 개발된 이온 질량 결정을 위한 계산과정의 타당성을 검토하였다.
- 데이터 결정방법은 그림 2에나타난 바와 같이 양이온은 질량범위 중 최소값으로고정하고 음이온은 질량 범위내에서 가장 작은 전기이동도를 지닌 이온부터 20 amu씩 증가시켜 데이터군을 만들어내는 방법을 이용하였다. 이러한 방법으로 최적 질량값을 구하기 위해 만들어낸 데 이터군의수는 총 22, 177개로 각각의 데이터군에 해당하는 입자와 이온의 충돌확률을 구하였으며 Lee 咨 以 (2005) 에 의해 개발된 혼합 입자 평형 하전식(1~3)에 각각의 충돌확률을 대입하여 입자의 하전율을 계산하였다. 계산결과는 Kwon "泌 (2006)의 계산 및 실험결과인 200 nm 이하의 입자 하전율과 비교하였으며, 비교방법은 식 (4)와 같이 계산결과와 실험 결과의 오차(E)를 계산하는 방법을 이용하였다.
- 결과를 볼 수 있었다. 임의의 이온 질량값 하나만을 사용했던 기존의 방법으로 Kwon et al. (2006) 계산한 입자하전율과 본 연구를 통해 최적화된 이온질량값으로 계산된 입자하전율을 비교하였다. 비교방법은 그림 7과 같이 직경 33nm 그리고 199nm 미세 입자에 대한 음 및 양 하전율의 비 (仁疗打)를 이용하여 서로 비교하였다.
이론/모형
- 이러한 방법으로 최적 질량값을 구하기 위해 만들어낸 데 이터군의수는 총 22, 177개로 각각의 데이터군에 해당하는 입자와 이온의 충돌확률을 구하였으며 Lee 咨 以 (2005) 에 의해 개발된 혼합 입자 평형 하전식(1~3)에 각각의 충돌확률을 대입하여 입자의 하전율을 계산하였다. 계산결과는 Kwon "泌 (2006)의 계산 및 실험결과인 200 nm 이하의 입자 하전율과 비교하였으며, 비교방법은 식 (4)와 같이 계산결과와 실험 결과의 오차(E)를 계산하는 방법을 이용하였다. 이러한 계산은각각 5종류의 음 및 양이온에 해당하는 질량범위내의 값이 모두 적용될 때까지 반복 수행됐다.
- 본 연구에서는 입자상 물질과 동일 공간에 존재하면서 입자의 하전에 지대한 영향을 미치는 다양 한물 분자 클러스터 이온의 특성 중 현재 기술로 측정이 불가능한 질량을 결정하는 방법으로 시행 오차 법을 활용한 수치계산법을 활용하였다. 시행 오차 법을 활용한 수치계산법으로 결정된 다양한 이온의 질량을 Fuchs의 하전이론 및 혼합 하전식에 적용하여 입자하전율을 계산하였으며 실험을 통해 측정된 입자 하 전율과 비교함으로써 본 연구를 통해 개발된 이온 질량 결정을 위한 계산과정의 타당성을 검토하였다.
- 방법을 보여준다. 입자와 이온의 충돌확률 계산에 필요한 이온의 전기 이 동도는 Kwon 爵 泌 (2006) 이 SM AC bipolar ionizei에서 발생한 이온을 고성능 differential mobility analyser (DMA)로 측정한 결과를 사용하였다. 충돌확률 계산을 위해 필요한 또 하나의 변수인 이온의 질량은 기존의 연구자들이 사용했던 이온의 질량범위 내에서 Kwon d a/.
성능/효과
- 그림 1에서 보여주듯이 이온 질량 대입을 위해서 5종류의 양이온 및 음이온의 질량범위를 다음과 같은가정 하에 결정하였다. 1) 전기이동도가 큰 이온은작은 이온보다 항상 질량값이 작다. 2) 각각의 데 이터 군은 전기 이동도가 작은 이온부터 20 amu 간격으로 증가하며 결정된다.
- SMAC 발생 이온의 질량 예측을 위해 결정된 임의의 이온 질량 범위를 20amu, 5 amu, 1 amu 간격으로 나누어 이온의 질량예측을 위한 수치계산을 수행한 결과 5amu 이하의 간격으로 나뉜 이온의 최적질량 데이터를 이용할 때 실험적으로 측정된 입자 하 전율과의 편차가 최소화됨을 확인할 수 있었다. 또한 본 연구를 통해 개발된 시행오차 계산과정을 거쳐 최적화된 이온 질량을 통해 계산된 입자 하 전율이 이온 질량을 임의적으로 결정하여 사용했던 기존의 방법에 의해 결정된 입자하전율에 비해 실측된 입자 하전율과의 오/卜가 작게 나타나 본 연구에서 사용된 시행오차- 계산과정을 통해 최적화된 다양한 종류의 물분자 클러스터 이온 질량을 입자 하 전율 예측에 사용하는 방법이 실제 입자 하전율을 보다 정확하게 모사할 수 있는 비교적 합리적인 방법임을 확인할 수 있었다.
- 보듯이 2。amu 간격으로 나뉘어진 이온의 질량 데이터군으로 계산된 결과 중 최적의 데이터 군에 대한 입자 하전율은 실험을 통하여 측정된 하전율과 7.22의 오차■를 보였다. 이온의 질량예측을 위해 이온의 질량범위를 임의로 정하고 그 범위를 20amu 간격으로만 나누어 계산을 수행하는 방법은 이온 질량 데이터 사이의 차이가 너무 커서 심각한 오차를 유발할 수 있으므로 질량 간격을 줄여가며 결정된 이온의 질량데이터를 이용하여 입자하전율을 계산하고 그 결과를 실험적으로 측정된 입자하전율과 비교할 필요가 있다.
- 그림 4와 5는 각각 5amu와 lamu 간격으로 결정된 이온의 질량 데이터군을 대상으로 수행된 입자하전율 계산결과와 실험 결과의 오차를 보여준다. 결과에서 보듯이 이온의 질량 범위가 각각 5 amu 와 lamu 간격으로 나뉘어졌을 때의 최적 이온 질량값으로 계산된 입자 하전율과 측정하전 율과의 오차는 각각 6.45 그리고 6.38로 20 amu 간격으로 나뉘었을 때의 결과에 비해 감소된 오차값을 보였다. 이는 20 amu 간격으로 계산이 수행 되 어 결정된 이온 질량데 이터에 비해 5 amu 이하의 간격으로 나누어 결정된 이온의 질량 데이터를 이용할 때 보다 정확한 입자하전율을 예측할 수 있다는 것을 의미하는 결과이다.
- 또한 본 연구를 통해 개발된 시행오차 계산과정을 거쳐 최적화된 이온 질량을 통해 계산된 입자 하 전율이 이온 질량을 임의적으로 결정하여 사용했던 기존의 방법에 의해 결정된 입자하전율에 비해 실측된 입자 하전율과의 오/卜가 작게 나타나 본 연구에서 사용된 시행오차- 계산과정을 통해 최적화된 다양한 종류의 물분자 클러스터 이온 질량을 입자 하 전율 예측에 사용하는 방법이 실제 입자 하전율을 보다 정확하게 모사할 수 있는 비교적 합리적인 방법임을 확인할 수 있었다.
- 이러한 계산은각각 5종류의 음 및 양이온에 해당하는 질량범위내의 값이 모두 적용될 때까지 반복 수행됐다. 수행 결과는 서로 비교하여 오차가 가장 작은 이온 질량 데이터 군을 중심으로 일정 이온의 질량 범위를 초기보다 좁게 설정하고 그 범위를 5 amu 및 1 amu 간격으로 같은 계산을 반복 수행하였으며, 이러한 계산과정을 통해 오차율이 가장 작게 나타난 데이터 군의질량값을 Kwon et al. (2006)°] 사용했던 SMAC bipolar ionizer에서 발생한 각각 5종류의 음이온 및양이온의 합리적인 질량값이라 판단하였다.
- 69로 나타났다. 이 값들을 기준으로 Kwon et al. (2006)4 본 연구의결과를 비교한 결과 나노입자인 33nm에 대해서는두 가지 방법으로 결정된 1, 2가 입자 하전율의 비 (f-p/f+p) 모두 실험값과 비교적 잘 일치하였으나, 100 nm보다 큰 서브마이크론 입자에 대해서는 기존의 방법으로 계산된 결과보다 본 연구에서 수행된 계산법에 의해 결정된 입자 하전율이 실험값과 가까운 결과를 보였다.
- 38로 20 amu 간격으로 나뉘었을 때의 결과에 비해 감소된 오차값을 보였다. 이는 20 amu 간격으로 계산이 수행 되 어 결정된 이온 질량데 이터에 비해 5 amu 이하의 간격으로 나누어 결정된 이온의 질량 데이터를 이용할 때 보다 정확한 입자하전율을 예측할 수 있다는 것을 의미하는 결과이다.
- 이러한 결과들은 아직까지 부족한 측정기술로 인해 이온 질량을 임의적으로 결정하여 사용했던 방법에 비해 본 연구를 통해 개발된 시행오次卜 계산과정을 거쳐 최적화된 이온 질량을 사용하는 방법이 실측된 입자 하전율과의 오차를 줄일 수 있는 비교적합리적인 방법임을 확인시켜 주는 결과라 할 수 있다 .
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