레이저 분광 기술을 활용한 미지의 환경 및 물질 추정 기법 연구

Abstract

본 연구에서는 LIBS를 이용한 depth profiling 데이터로부터 암석의 성분과 환경의 성분을 각각 양의 스펙트럼과 음의 스펙트럼으로 분리하는 분석 기법들을 개발했다. 암석들은 각각 처한 환경에 의해 표면에 특정 성분들이 쌓이게 된다. 그 작은 입자들로부터 그 환경의 암석을 추정하는 것이 가능함을 보였다. 연구 결과, 암석은 노출된 환경에 따라 스펙트럼이 달라졌다. 하지만, 한 지점에 여러 번의 레이저를 쏴 표면을 삭마 시키게 되면, 환경 성분이 사라지고 본래의 암석의 성분이 나타나게 된다. 그렇다면, 첫번째 스펙트럼에 환경의 영향이 드러나게 되고, 그이후로 점점 환경의 요소가 사라지게 된다. 이 점으로부터, 첫번째 스펙트럼으로 환경에 따라 암석들을 분류하고, 그 환경이 어떠한 원소들을 가지는지 알아낼 수 있을거라고 생각되어졌다. 하지만, 첫번째 스펙트럼 이더라도 환경과 암석의 신호가 동시에 나오기 때문에 환경의 성분을 추정하기가 매우 힘들었다. 즉, 사라지는 환경의 요소를 알기 위해서는 반드시 depth profiling이 필요하다는 결론이 나왔다. Depth profile을 분석하기 위해서는 한 파장에 대한 트렌드를 분석해야 한다. 그래서 모든 파장영역에 대해서 각각의 파장에 대한 트렌드를 구해, 스펙트럼으로 나타내는 방법 4가지를 제시하였다. 그것들은 파장에 따른 신호 세기의 변화율을 누적한 방법 delta analysis 1, 2와 마지막 신호에서 첫 번째 신호 세기를 뺀 방법 differential anylsis와 레이저 횟수에 대한 신호 세기의 선형 근사 기울기를 이용한 방법 slope analysis 이다. 이 과정을 거친 스펙트럼을 이용하면 환경의 성분과 암석의 성분을 분리하여 한 번에 볼 수 있었다. 또한 제안된 방법들의 타당성을 조사하기 위해 계산된 스펙트럼들을 주 성분 분석법에 적용하여, 양의 스펙트럼은 암석의 성분을 음의 스펙트럼은 환경의 성분을 분석하는데 사용 되었다. 그 결과 slope analysis를 사용하여 얻은 스펙트럼이 가장 큰 성능을 보였으며, 이것으로부터 암석과 환경의 독립적인 성분 분석이 가능해졌다.