LIBS-Raman 통합 시스템의 구축 및 활용성 향상을 위한 연구

Abstract

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.