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Breakthrough Analyzer (BTA Frontier)
돌파 분석기

BTA 장비는 영국의 Surface Measurement Systems(SMS)에서 개발한 분석 장비로, 

Breakthrough Analysis(BTA) 기술을 활용하여 다양한 가스, 증기 및 샘플을 사용하여 경쟁 흡착을 측정합니다. 

이 장비는 단일 또는 다성분 흡착 스트림을 사용하여 포장된 샘플 컬럼을 통해 통과시킬 때의 돌파 시간을 테스트할 수 있습니다 .  

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Breakthrough Analyzer란?




BTA는 영국의 Surface Measurement Systems(SMS)에서 개발한 분석 장비로, Breakthrough Analysis(BTA) 

기술을 활용하여 다양한 가스, 증기 및 샘플을 사용하여 경쟁 흡착을 측정합니다. 


BTA는 단일 또는 다성분 흡착 스트림을 사용하여 포장된 샘플 컬럼을 통해 통과시킬 때의 

돌파 시간을 테스트할 수 있습니다 . 


BTA는 고정층 컬럼에 시료를 충진한 후, 특정한 가스 또는 증기 혼합물을 흘려보내면서 

시간에 따른 흡착 및 탈착 거동을 분석하는 실험 방식입니다. 


Breakthrough Analysis (BTA)는 다공성 고체 재료의 동적 흡착 특성을 평가하는 분석 기법으로, 

가스나 증기 혼합물을 시료 컬럼에 통과시키면서 시간에 따른 성분 농도 변화를 측정하는 방식입니다. 




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🧪응용 분야 (Applications)



· 환경 : 공기 중 유해가스 제거 성능 테스트 (예:VOCs, CO2, SO2)



· 에너지 : 수소 저장소재, CO2 포집용 흡착제 평가



· 화학공정 : PSA(Pressure Swing Adsorption) 공정 재료 성능 평가



· 제약 / 식품 : 수분 또는 유기증기 제거용 재료 연구



· 소재 개발 : MOF, 제올라이트, 활성탄 등 신소재의 동적 평가

💡주요 특징 (Key Features)



· DVS 기술 기반 : 증기(수분 또는 유기용매)를 흡착/탈착할 때의 질량 변화를 

  정밀하게 측정하는 장비입니다. 


· 초고감도 질량 측정: 0.1 μg 이하의 미세한 질량 변화도 감지 가능해 매우 정밀한 분석이 가능.


· 정확한 온도/습도 제어: 5℃~85℃ 상대습도 0~95%(RH) 설정으로 다양한 환경 조건 재현 가능.


· 수분 외 다양한 증기 사용 가능: 메탄올, 에탄올, 헥산 등 다양한 유기 증기와 혼합 증기 실험도 가능. 

 

· 흡착/탈착 이력 분석: 히스테리시스 곡선을 통해 재료의 기공 구조나 비가역 특성 분석.


· 다양한 시료 적용 가능:  분말, 필름, 섬유, 고분자 등 여러 형태의 시료에 대응. 

📈  주요 분석 결과



· 돌파 시간(Breakthrough Time) : 처음으로 특정 가스가 컬럼을 통과해 검출되기 

  시작하는 시간


· 포화 시간(Saturation Time) : 컬럼이 완전히 포화되어 더 이상 흡착이 일어나지 않는 시점


· 흡착 용량(Dynamic Adsorption Capacity) : 돌파 곡선을 이용해 계산되는 실질적인 흡착량 


· 선택도(Selectivity) : 다성분 혼합물에서 재료가 특정 성분을 얼마나 선택적으로 

  흡착하는지 측정 가능

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Vapor Pressure Analyzer 사양


가스/증기
유입구 수
최대 3개 (질량 유량 제어기(MFC)로 정밀 제어)
수증기
생성
상대 습도 0~90%까지 제어 가능 (온도 제어 환경에서 수증기 생성)
온도 제어
범위
실험 온도: 15~60℃ ±0.2℃<br>컬럼 오븐 온도: 최대 300℃ (시료 현장 건조 및 활성화 가능)
시료량10~1000mg의 소량 시료로 실험 가능
센서 구성시료 컬럼 전후에 다양한 센서 설치 가능:<br>- CO₂ 센서<br>- 수증기 센서<br>- PID 센서 (유기 화합물 1ppb ~ 100ppm 측정)<br>- 열 전도율 검출기(TCD)
질량 분석기 옵션질량 분석기(Mass Spectrometer)와의 연동 가능 (선택 사항)
데드 볼륨
최소화
헬륨 블랭크 및 컬럼 바이패스를 통한 자동 데드 볼륨 최소화 기능
장비 크기
및 무게
가로: 0.65m, 세로: 0.68m, 높이: 0.8m<br>무게: 약 85kg
데이터
분석 기능
돌파 곡선(Breakthrough Curve) 분석을 통한 평형 시간(te), 돌파 시간(tb) 측정<br>흡착 및 물질 전달 제한의 동역학 분석 가능
응용 사례

다양한 온도에서의 파과 시간 측정<br>- 수분이 CO₂ 흡착에 미치는 영향 분석 (예: 20% RH 및 3.5% vol CO₂ 조건에서의 "Roll-up" 효과 관찰)<br>- 질량 분석기 유무에 따른

비교 분석 가능<br>- 반복 실험을 통한 높은 재현성 확보

Breakthrough Analyzer (BTA) 돌파 측정 데이터

25℃ 에서15% 이산화탄소 동적 컬럼 돌파 시험
25℃ 에서15% 이산화탄소 동적 컬럼 돌파 시험
25℃ 에서 다른 RH H2O 동적 컬럼 돌파 시험
25℃ 에서 다른 RH H2O 동적 컬럼 돌파 시험
건조 조건에서의 톨루엔 흡착
건조 조건에서의 톨루엔 흡착
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단일 구성 요소 파과 곡선

  • 평형(te) 및 돌파(tb) 전부 쉽게 측정할 수 있습니다.


  • 흡착 및 물질 전달 제한의 동역학:                                 유속, 모형, 및 패킹의 영향


  • 최적의 활성화 온도를 측정하기 위해 최대 300℃까지  샘플을 현장 건조/활성

연구 사례: 파과에 대한 온도의 영향

  • 다양한 온도에서 파과 시간을 정확하게 측정


  • 15 ~ 60℃의 사용 가능한 온도 범위


  • 돌파와 평형 사이의 시간 설정
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연구 사례: CO₂ 흡착에 대한  H₂O의 영향(20% RH 및 3.5 %  vol CO₂)

  • 다공성 물질의 CO₂ 흡착에 대한 물의 경쟁 효과 


  • 수분이 흡착된 CO₂를 대체함에 따라 특징적인 "Roll-up" 효과 관찰


  • 질량 분석기를 사용하거나(그림 1), 사용하지 않거나(그림 2)비교 분석 가능


  • 3번의 사이클을 통해 완벽한 반복성
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Breakthrough Analyzer(BTA) 

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