이상적인 내부표준물질을 이용한 음용수 속 칼슘의 LIBS 분석

최대웅 목포대학교 대학원 2014 국내석사

레이저유도 플라즈마 분광법(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)을 이용하여 물속의 칼슘 농도를 분석하였다. 액체 시료에 대한 LIBS 분석의 검출한계 성능을 향상시키기 위해서 많은 양의 시료 용액을 거름종이 위해서 증발시켜 액체 시료를 고체화하고 칼슘을 거름종이에 농축하여 이 거름종이를 LIBS로 분석하였다. 이 실험에서는 농축 효율, 시료 표면에 접속되는 레이저의 출력 밀도, 시료 표면에서 칼슘의 분포 균일성 등이 측정의 정밀도에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 정밀도는 스트론튬을 내부표준물질로 사용함으로써 크게 향상시킬 수 있었다. 칼슘과 스트론튬의 분광학적 파라미터가 가장 유사한 방출선을 분석에 사용하여 시료 표면에서 레이저 출력 밀도 변화에 의한 플라즈마 온도 변화 효과를 보정하였다. 또한 칼슘과 스트론튬은 화학적 성질이 매우 유사하기 때문에 시료의 농축 과정에서 매트릭스인 거름종이에 대해서도 비슷한 상호작용을 하였고, 이로 인해 농축 효율과 분포 균일성을 향상시킬 수 있었다. 이 분석 방법을 수돗물, 생수, 지하수 속의 칼슘 정량분석에 적용하였다. 내부표준물질로 스트론튬을 사용했을 때, 칼슘 농도의 상대표준편차는 1% 내외로 상당히 향상되었다. LIBS 분석 결과는 원자흡수 분광법(Atomic Absorption Spectroscopy, AAS)을 이용하여 얻은 측정값과 비교하였고, 서로 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 이 실험 결과를 통해서 LIBS 분석에서 사용될 내부표준물질을 선택할 때, 분석 대상 원소의 방출선과 내부표준물질의 방출선 사이의 분광학적 유사성뿐만 아니라, 시료의 사전 농축과 같은 전처리 과정이 있는 경우에는 이들 사이의 화학적 성질의 유사성도 매우 중요하게 고려되어야 함을 알 수 있었다. We report a method improving the precision of Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) analysis for determining calcium (Ca) concentration in water by using the ideal internal standard, strontium (Sr). The calcium dissolved in water were preconcentrated on a filter paper by evaporating water. The filter paper was dried and analyzed by LIBS. By adding strontium chloride to sample solutions and choosing the Sr II line at 407.771 nm as a reference line for the intensity normalization of the analyte Ca II lines at 393.366 or 396.847 nm, the analysis precision could be remarkably improved. The Ca II and Sr II line intensities were mapped across the filter paper and they showed strong positive shot-to-shot correlation with same spatial distribution on the filter paper surface. We applied this method to analysis of Ca in tap, bottled, and ground water samples. The Ca concentrations determined by LIBS are in good agreement with those obtained from flame atomic absorption spectrometry. Finally, we suggest homologous relation of the strongest emission lines of period 4 and 5 elements in groups IA and IIA based on their similar electronic structures.

The Remote Compositional Analysis of Molten Salt(KF-LiF-ZrF4) by using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy(LIBS) with Metal Probe for In-situ Monitoring in Pyroprocess

김승현 충남대학교 에너지과학기술대학원 2015 국내박사

In the pyroprocess, the electrorefining process is used to treat spent nuclear fuel for recycling through electrolysis in molten salt. The pyroprocess conducts experiments within a "hot cell" due to high heat emitting nuclides and a radioactive environment. One of the most important factors for the pyroprocess to be commercialized is the effect of proliferation resistance. There are many cases throughout the hot cell where compositional analysis is needed during routine inspection. In conventional hot cells, the molten salt is sampled by a quartz tube. This method is simple, but a very dangerous activity due to the highly radioactive material inside. There are also problems with repeatability and verification. Compositional analysis of highly radioactive process materials during spent nuclear fuel recycling poses major problems since the removal, transport, and chemical analysis of the sample require highly specialized equipment and facilities. The analysis of components and process materials in-situ can, therefore, offer significant savings in cost and time compared with physical sampling and laboratory analysis. Another benefit of in-situ analysis is that, unlike the use of wet-chemical laboratory techniques, no secondary waste is produced. This is because the electrorefining process generates solid particles. The noble metal degrades the uranium product's purity. Therefore, there must be a method to track the distribution of the noble metals in the electrolyte. Also, during the electrorefining process, the concentration of UCl3 should be maintained constant at about 9wt% while the electrolyte composition changes. Therefore, technology that can monitor changes in UCl3 concentration is necessary. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) has been demonstrated to offer a convenient alternative to the sampling and laboratory analysis of a wide range of materials, irrespective of the activity of the material or the ambient radiation levels. For the quantitative analysis of various types of molten salt, LIBS was used in this study for three types of standard samples. First, the salt-metal system with Fe/ZrF4 was investigated to check the behavior of the noble metal in molten salt. The salt-salt systems with ZrF4/KF-LiF composition were used to monitor the changes in UCl3 concentration. Finally, the metal-metal system with Fe/Zr powder as a surrogate material was used to measure the purity of the uranium products recovered by electrorefining the spent nuclear fuel. The standard samples were prepared for each composition, and the calibration curves for each sample were obtained. The homogeneity of the test sample was analyzed by inductively coupled plasma (ICP), where it shows a uniform concentration of elements. In particular, in order to obtain a depth profile of molten salt composition, a specially designed metal probe was used for coupling LabVIEW with LIBS. In this dissertation, when conducting real-time analysis of the depth composition of molten salt using LIBS, the following details are considered. In the first test, the standard sample calibration curves were achieved for the various compositions, and quantitative analysis was done based on these values. In the case of the KF-LiF-ZrF4 salt, Zr spectra could be observed at 324.754nm and k at 303.47nm. In the second test, based on this basic data, a metal probe was designed to measure the depth profile of the molten salt. Comparisons were made for the CFX computer simulation and the actual molten salt's thickness was compared with numerical analysis. In order to avoid the contaminated salt layer being covered on the solidified salt sample during lift up, multi pulses of layer were used to ablate the surface layer. Also, zirconium electrorefining was used for the verification test. Finally, in order to implement image mapping, an analytic algorithm was developed using LabVIEW. The spectra and intensity data measured while actually moving the metal probe were also collected and analyzed as image mapping. In the case of low concentration (under the 0.2wt%ZrF4) of the KF-LiF composition, the valid spectra of Zr and K were not obtained. Therefore, the limit of detection (LOD) value is 2wt%ZrF4 in LIBS systems. Also, a high concentration (3~10wt% ZrF4) of only up to a concentration of 7wt% ZrF4 was observed.

(A) study on the component analysis method using laser spectroscopy for the real time stand-off space exploration

최수진 서울대학교 대학원 2015 국내박사

The Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) has great advantages as an analytical technique, namely real-time rapid analysis without sample preparation and stand-off detection capability, ideal for mobile chemical sensor for space exploration. In this research, we investigated the LIBS specification required to build the payload for space exploration and prepared the basis for real circumstances analysis by building a vacuum chamber for space environment. We also built a database to understand the effect of LIBS signals with respect to the properties of laser and samples and to predict the plasma signal under the working circumstances that changed through the application of low pressure condition. Moreover, we built a database of quantitative analysis by drawing the calibration curves with the effects of pressure, elements and samples utilizing the certified reference materials (CRMs) which are appropriate for the space exploration and investigated the characteristics of the samples. Researches of stand-off detection were carried out for further understanding of space science by considering the environmental condition. The confinement method was devised to enhance the signal for optimum plasma detection at space environment. The results obtained through this research will allow more precise mapping compared to widely used conventional elemental analyzing method in space exploration and provide a guideline for design of various LIBS experiments. 레이저 유도 플라즈마 분광분석법 (LIBS : Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) 은 샘플에 레이저를 조사했을 때 발생하는 플라즈마를 활용한 실시간 비접촉 성분 분석 기법이다. 레이저 에너지를 집중시켜 109 W/cm2 이상의 높은 에너지 밀도로 조사하면 샘플이 고온 고압의 플라즈마 형태로 붕괴된다. 플라즈마는 이온, 원자, 전자, 분자 등이 공존하는 상태로, 여기된 물질이 에너지를 잃고 안정한 상태로 되돌아 가면서 원소의 성분과 여기 상태에 따라 특정한 파장의 빛을 방출한다. 이때 방출된 빛의 파장을 분석하여 물질의 구성 성분을 정성•정량적으로 분석할 수 있다. LIBS는 실시간으로 물질의 성분 분석이 가능하고, 샘플의 전처리 과정 없이 비접촉으로 검출할 수 있는 기법이라는 점에서 우주 탐사 착륙선의 로버에 탑재되어 탐사 임무를 수행할 수 있다. 본 연구에서는 LIBS 기술의 우주 활용을 위한 기초 연구를 수행하였다. 실제 우주 탐사에 LIBS 기술을 적용하고 있는 NASA의 정보를 바탕으로 우주 탐사 탑재체에 요구되는 LIBS 규격을 규명하고, 우주 환경을 모사하는 진공 챔버를 구축함으로써 실제 운용 환경을 고려한 연구의 기반을 마련하였다. 레이저와 시편의 특성에 대한 신호 영향을 파악하고, 이를 낮은 압력 조건에 적용하여 변화하는 운용 환경에서도 특성의 예측이 가능하도록 데이터 베이스를 구축하였다. 위의 결과는 시스템 운용 조건과 그에 대한 결과를 물리화학적인 관점에서 분석함으로써 LIBS 연구 분야에 현재까지 알려져 있지 않았던 결론을 도출하였다. 탐사 대상 물질의 농도 분석을 위하여 우주 탐사에 적합한 표준물질을 활용하여 압력, 원소, 시편의 특성에 대한 검량선을 작성하고 특성을 규명함으로써 정량 분석 데이터 베이스를 구축하였고 특성을 예측할 수 있도록 하였다. 특히 기존의 연구와 다르게 6가지의 그룹으로 분류된 다양한 표준 물질을 사용함으로써 정량 분석 시 가장 큰 문제가 되는 매트릭스 효과를 극복하여 정확도를 향상시켰다. 또한 단변량/다변량 기법에 의한 정량 분석을 통하여 검량선의 상관계수를 향상시킴으로써 매트릭스 효과에 의한 오차를 보정할 수 있었다. 실제 탐사를 위하여 5~7 m 원거리 검출 연구가 수행되었으며, 최종적으로 소형화된 LIBS 장비를 제작하여 소형화 장비의 성능을 검증하고 탑재체로써의 LIBS 시스템 활용 가능성을 확인하였다. 실제 탐사 환경에 해당하는 저압 조건에서는 플라즈마가 급격히 팽창하여 소멸하는 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하고 저압에서의 검출 성능을 향상시키기 위하여 플라즈마의 팽창을 물리적으로 막고 팽창 방향을 제어하기 위한 confinement 기법 연구가 수행되었다. 기존에는 0.1 torr 이하의 압력 환경에서는 ICCD 검출기를 사용해야 플라즈마 검출이 가능하였는데, confinement 기법을 도입함으로써 CCD 검출기를 활용한 저압 검출이 가능하였다. 또한 신호 세기가 크게 향상되었고, 낮은 에너지로도 검출이 가능하게 됨으로써 전체 시스템의 소형화 가능성을 확인하였다. LIBS의 응용 범위로는 바이오 연료 개발 과정에서 중간 공정 장비의 손상을 야기하는 염소와 황의 검출 방법이 주목받고 있는 가운데 LIBS를 바이오 연료 개발에 접목할 수 있다. 녹색 산업의 중요성이 대두되면서 그동안 안정성을 중요시하여 규제하지 않았던 항공 매연의 규제가 이루어질 시기이므로 항공 매연의 실시간 검출에 응용되어 매연 규제 및 환경 오염 방지를 가능하게 한다. 또한 고에너지 위험 물질 검출. 독성 물질 분석을 통한 제어•관리 및 대기 중 중금속 입자의 실시간 분석, 그리고 치아, 석회화 조직, 인체 피부, 인체 모발, 박테리아 연구에 이르기까지 다양한 생체 공학 연구에 LIBS 성분 분석법이 응용되고 있다. 또한 범죄수사학적인 측면에서 지문 분석에도 적용이 가능하다. 본 연구를 통하여 LIBS 시스템을 탐사 탑재체로 활용할 수 있는 가능성을 다각도로 검증하였다. 또한 위에서 언급한 다양한 활용 분야에 있어서 본 연구의 결과는 목적에 적합한 시스템 설계를 위한 일련의 참고 자료가 될 수 있다.

스파크 유도 플라즈마 분광 시스템의 최적화 개발과 우주탐사용 암석 분석 연구

정재헌 서울대학교 대학원 2021 국내석사

스파크 유도 플라즈마 분광법 (SIBS)은 전기 스파크를 사용하여 강력한 플라즈마를 유도한 후 원자 방출 스펙트럼 신호를 수집하는 방법이다. 스파크는 고전압과 낮은 전류량으로 인한 전기적 방전으로, 전극 사이의 매질에 인가된 전압이 전극을 둘러싼 주변의 항복 전압보다 높을 때 발생한다. 이 연구는 우주 탐사에 활용되는 기존의 레이저 유도 분해 분광법 (LIBS)를 대체하여 SIBS를 사용할 수 있는지의 가능성을 보기 위해 진행되었다. 과거에는 SIBS를 사용하여 부피가 큰 고체 샘플을 대상으로 실험하는 것이 성공적이지 않았기 때문에, 본 연구에서는 전극 위치 및 전극 재료의 SIBS의 최적화 연구가 수행되었다. LIBS를 사용할 때에 비해 SIBS의 검출 한계 (LOD)가 78에서 20ppm으로 최대 4배 향상되어 있음을 볼 수 있었다. 생성된 플라즈마의 더 높은 에너지로 인해, SIBS에 의한 신호 세기는 동일한 분광계 설정에서 LIBS보다 3 배 정도 높았다. 우주탐사에 활용될 시 필요한 SIBS의 최적화 설정을 위해 전극 재료를 변경하고 전극의 최적 위치를 찾는 연구도 수행되었다. Spark-induced breakdown spectroscopy (SIBS) utilizes an electric spark for inducing a strong plasma for collecting atomic emissions. The spark is an electric discharge characterized by a high voltage and low current, which occurs when the applied voltage between electrodes is higher than the breakdown voltage of the ambient surrounding the electrodes. This study analyses the potential for complementing a compact SIBS over conventional laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) in discriminating rocks and soils for planetary missions. Targeting bulky solids using SIBS has not been successful in the past, and therefore a series of optimizations of electrode positioning and electrode materials was performed in this work. The limit of detection (LOD) was enhanced up to 4 times from when LIBS was used, showing a change from 78 ppm to 20 ppm from LIBS to SIBS. Within the same CCD gate delay time and width, the signal intensity by SIBS was substantially higher than LIBS in three orders of magnitude due to the bigger energy of plasma generated. Changing the electrode material and locating the optimum position of the electrodes were considered for optimizing the current SIBS set up being tested for the planetary origin.

레이저 유도 플라즈마 분광 기술을 활용한 기체 및 액체 연료 화염 분석

전형민 서울대학교 대학원 2019 국내석사

본 논문에서는 레이저 유도 플라즈마 분광분석법(laser-induced breakdown spectroscopy: LIBS)을 응용하여 액체 및 기체 연료 화염 내에서의 연료의 분포를 측정하는 방법을 제시한다. 기존의 LIBS 결과인 전체 스펙트럼에서 당량비와 깊게 관여하는 두 개의 파장 (H: 656.3 nm, O: 777 nm)만을 선정하여 플라즈마를 분석하더라도 해당 지점의 연료와 공기의 비율을 알 수 있다는 점에서 착안하여 본 연구가 진행되었다. 연소실 내부의 연료 분포를 실시간으로 측정하는 목적을 가진 소형화 장비인 LIBS plug를 개발 및 제작하였으며 이를 통한 탄화수소 연료의 분포를 비롯하여 화염의 발생 유무를 측정하는 실험을 진행하였다. 추가적으로 실시간으로 2차원적인 연료의 분포도를 작성하기 위한 실험이 진행되었다. 이상상태의 가솔린 스프레이 연료장 내에서는 파괴 한계 값의 차이로 인하여 한 번의 레이저 조사로 여러개의 플라즈마가 발생하는 것을 확인하였고, 강력한 레이저 에너지를 이용하여 평면 내에 플라즈마 시트를 형성하였다. 초고속카메라를 이용하여 다중 플라즈마의 형성을 확인하였으며, 2차원 연료 분포도를 작성하였다. In this paper, we propose a method to measure the distribution of fuel in liquid and gaseous fuel flames by applying laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). It is noted that the ratio of the fuel to the air at the corresponding point can be known even if plasma is analyzed by selecting only two wavelengths (H: 656.3 nm, O: 777 nm) deeply involved in the equivalence ratio in the entire spectrum as a result of the conventional LIBS. LIBS plug, which is a miniaturized device with the purpose of measuring the fuel distribution inside the combustion chamber in real time, was developed and manufactured, and experiments were conducted to measure the distribution of hydrocarbon fuels as well as the occurrence of flames. In addition, experiments were conducted to create a two-dimensional fuel distribution in real time. In the two-phase gasoline spray fuel field, it was confirmed that several plasma were generated by one laser irradiation due to the difference of the breakdown threshold, and the plasma sheet was formed in the plane by using the strong laser energy. We confirmed the formation of multiple plasmas using a high-speed camera and obtained a two-dimensional H/O intensity ratio map.

레이저 기반 분광학의 응용 및 성능 향상

김대형 서울대학교 대학원 2015 국내석사

본 논문에서는 레이저 유도 플라즈마의 자기장을 이용한 제어가 연구 되었다. 플라즈마의 전자 밀도는 주로 자기장뿐만 아니라 주변 기압에 의해서 결정된다. 두 조건의 다른 레이저 에너지를 이용하여 연구를 진행하였고, 주변 압력은 760 torr에서 10 torr 사이에서 변동 하였다. Nd:YAG (1064 nm, 6 ns) 레이저를 렌즈를 이용하여 두 자석사이에 있는 샘플에 집중시켰고 이 때, 자기장의 세기는 0.1 T에서 0.5 T 사이로 변동시켰다. 샘플에 자기장을 가하였을 때 대기압에서는 낮은 레이저 에너지를 사용한 경우에만 신호 세기의 향상이 나타났다. 하지만 저압에서는 에너지의 크기에 상관없이 신호의 향상을 얻어내었다. 이는 자기장의 세기와 주변 압력을 저압으로 적절히 조정함으로 인해 제어 될 수 있기 때문이다. 또한 본 연구에서는 원자 신호 분석에 강한 LIBS와 분자 신호 검출에 용이한 Raman spectroscopy를 융합한 시스템의 성능 신뢰성에 대한 연구를 진행하였다. 원자와 분자 신호의 차이점을 동시에 보기 위하여 다형체 (Polymorphs)를 이용한 분석을 진행하였다. 원자와 분자 신호의 신뢰성을 확인하였으며 LIBS를 통한 다형체 분석 가능성에 대한 연구를 진행하였다.

Design of high performance anode materials for Li-ion batteries using NiMoO4 nanostructures

안지현 Graduate School, Korea University 2016 국내박사

The lithium ion batteries (LIBs), the most widely used energy storage system in recent year, has become more and more important as they have a great potential in the next-generation power sources for the future electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV). To satisfy these high demand, the design of electrode materials plays a key role in further improvement of LIBs in terms of energy density, high capacity, long term stability and cycle life. Compared to the cathode materials, there has been little progress in commercializing new anode materials over the past decades. Therefore, the design of new anode material with high capacity and long stability for next-generation LIBs remains challenging issue. In the present study, we suggested high capacity and long cycle life of NiMoO4 anode materials by tuning of compositions and/or structures. NiMoO4/NiO core-shell hierarchical structures assembled from 2D nanosheets were prepared by simple hydrothermal method and post-heat treatment. The high initial discharge/charge capacities of NiMoO4/NiO core-shell hierarchical powders were investigated (1702/1149 mA h g-1) at a current density of 200 mA g-1. Their discharge/charge capacities remained high after 50 cycles (1503/1444 mA h g-1), while the similar hierarchical structures of NiMoO4/NiO composite powders which obtained at the lower heat-treatment temperature showed relatively lower discharge/charge capacities of 1303/1279 mA h g-1. The high capacity and long stability of NiMoO4/NiO core-shell hierarchical powders were explained by the hierarchical structures with effective Li-ion diffusion as well as NiMoO4/NiO core-shell structures with compositional gradient. Phase-pure β-NiMoO4 yolk-shell spheres for lithium-ion battery anodes were prepared for the first time by one-pot spray pyrolysis, and their electrochemical properties were investigated. The yolk-shell-structured β-NiMoO4 powders exhibited high initial discharge/charge capacities (1634/1253 mA h g-1) at a current density of 1000 mA g-1. After 200 cycles, these powders exhibited a high discharge capacity of 1292 mA h g-1, whereas the initial discharge capacity (1341 mA h g-1) of the NiMoO4 powders with dense inner structures was dramatically decreased to 479 mA h g-1. The significant enhancement of the cycling performance of the β-NiMoO4 powders with ultrafine crystallite size was attributed to the structural stability of the yolk-shell structure. The NiMoO4 nano-architectures such as hierarchical and yolk-shell structures with high Li-ion accessibility and excellent accommodation of volume change during electrochemical reaction can be prepared facile hydrothermal reaction and one-pot ultrasonic spray pyrolysis, which exhibit enhanced lithium ion storage capabilities and promise for next-generation battery applications.

레이저를 활용한 비접촉식 분광 분석법 연구

최재준 서울대학교 대학원 2015 국내석사

레이저 유도 플라즈마 붕괴 분광 분석법(LIBS)는 원자 방출 분광법(AES)의 한 종류로써 높은 에너지를 가지는 펄스 레이저를 샘플의 표면에 조사하여 생긴 플라즈마를 분광하여 샘플의 화학 조성 및 원소 구성을 정성, 정량적으로 분석할 수 있는 기법으로 원자 검출에 장점을 가진다. 레이저 유도 플라즈마 붕괴 분광 분석법은 해저탐사, 폭발물 검출, 환경오염 감시 등과 같은 다양한 분야에 적용되고 있으며, 원격검출이 가능하다는 장점을 활용하여 최근에는 우주 탐사 분야에도 적용하기 위하여 활발한 연구가 진행 되고 있다. 기존의 원거리 레이저 유도 플라즈마 붕괴 분광 분석법의 경우 화성탐사를 주 목적으로 하여 7 torr, 대기에서 많은 연구들이 진행 되어 왔다. 본 연구에서는 다양한 표준물질을 활용하여 기존에 고려되지 않았던 달 탐사까지의 적용 가능한 torr의 압력환경 모사를 통해 원거리 LIBS기술의 활용 가능성에 대하여 분석하였다. 또한, 고분자 및 암석 샘플을 활용하여 분자 신호 측정에 강점을 가지는 라만 분광법에 대한 연구를 함께 진행하였으며, 각 분광 분석법의 강점을 융합하고 약점을 극복하고자 두 분광 시스템을 하나의 장비로 구성하기 위한 Raman-LIBS 융합 기술에 대하여 기초연구를 수행 하였다.

LIBS-Raman 통합 시스템의 구축 및 활용성 향상을 위한 연구

한동우 서울대학교 대학원 2016 국내석사

본 연구에서는 통합 LIBS-Raman 시스템의 구축을 목적으로 하는 두 가지 연구가 진행되었다. 우선 Raman 시스템의 구축을 위해 CW 레이저와 Pulse 레이저를 활용한 기초 연구를 진행했다. 그리고 레이저의 에너지와 파장, 외부 대기 압력, 샘플 각도 등 Raman 신호에 영향을 주는 요인들을 변화시켜 실험한 결과, 형광의 영향을 적게 받아 선명한 신호를 얻을 수 있는 532nm Pulse 레이저를 사용하는 것이, 본 연구실의 통합 시스템 구축 목적에 가장 부합하다는 결론을 내렸다. 이 결과를 토대로, 532nm의 Pulse 레이저를 이용해 5m 원거리에서 Raman 신호를 얻는 데에 성공하였다. 또한 기존에 기초 연구에서 설정한 변수들이 Raman 신호에 미치는 영향을 분석하고, 이를 근거리의 데이터와 비교하였다. 그 결과, 5mJ의 같은 에너지를 사용했을 때 근거리에서는 플라즈마가 발생한 반면에, 원거리에서는 Raman 신호를 얻을 수 있었다. 또한 원거리 조건에서는, 최적의 신호를 얻을 수 있는 영역이 좌우 20°로 나타났으며, Raman 산란 현상이 근거리에 비해 짧았으나, Raman 신호를 얻기에는 충분한 시간 동안 지속되었다. 두 번째로는 LIBS를 이용해 Ca를 기반으로 하는 동소체를 구분하는 방법을 제시하였다. CaCO3와 CaSO4의 신호는 모두 5s-4p 오비탈 간의 경로에서 신호의 역전 혹은 작은 신호 세기의 차이를 보여주었다. 본 연구에서는 플라즈마 내에 존재하는 전자의 상호작용과 원자 내에서의 전자 전이 과정 등 두 가지 요인을 고려해 설명하였다. 또한 CaSO4가 CaCO3에 비해 작은 신호 변화를 보인 것은, SO4-2이온이 전자에 미치는 영향이 CO3-2보다 더 크기 때문이라고 분석하였다. 더불어 두 동소체 간의 상대적인 신호 세기의 비율을 구체적인 표로 나타내어, 일반화된 동소체 구분의 기준이 되는 파장 영역을 쉽게 찾을 수 있도록 하였다. 상기 연구들을 통해, 본 연구실에서 구축할 LIBS-Raman 통합 시스템의 상호보완성을 극대화하고, 관측의 신뢰도와 활용성을 향상시킬 수 있었다. 또한 특정한 목표로 탐사를 할 때 필요한 기준을 효율적으로 마련하고 분석하는 방법을 찾게 되어, 장비 구축의 신속성과 효율성을 도모할 수 있게 되었다.

국소적인 플라즈마 발생의 조절을 통한 LIBS의 정확도 향상에 관한 연구

김승현 충남대학교 2008 국내석사

The LIBS can utilized to analyze multi-elements in real time. This study was done on quantitative analysis of Lanthanum series mixed samples though highly reproducibility plasma sphere generation.