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[국내논문] 레이저 분광법을 활용한 토양 2차원 화학적 분포도 검출 연구
The Study of Two-dimensional Chemical Distribution about Soil using Laser Spectroscopy 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.45 no.6, 2017년, pp.523 - 530  

양준호 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Seoul National University) ,  여재익 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Seoul National University)

초록
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높은 에너지의 레이저가 조사되면 레이저 삭마 현상을 일으키고, 결과적으로 플라즈마가 물질에 따라 특정한 파장의 빛을 방출하는 레이저 유도 파괴 분광법(LIBS, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)과 빛은 산란 현상에 대해 분자 간 혹은 분자 내의 회전 및 진동 운동을 측정하는 라만 분광법은 높은 정확도와 실시간 분석이 가능하다는 점, 원거리 검출이 가능하다는 장점들을 기반으로 우주 탐사 기술로써 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 레이저 분광법을 활용하여 토양 성분의 변화에 따른 레이저 스펙트럼의 경향성을 파악하고, 이를 기반으로 2차원 화학적 분포도 실험을 진행하였다. 또한 화성(4-7 torr)과 달의 대기(<1 torr) 환경을 레이저 실험 환경 내에 구축하여 인공적인 우주 환경에서 LIBS와 라만 분광법을 활용하여 토양 성분의 변화에 따른 LIBS와 라만 분광법을 통한 계측이 가능함을 증명하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) which a plasma is irradiated at a specific wavelength depending on the material when a high-energy laser is irradiated, and a Raman spectroscopy which measures rotation and vibration in molecules as light-scattering phenomenon occurs, are attracting attent...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 토양 샘플의 구성비가 바뀜에 따라 변동하는 레이저 스펙트럼의 경향성을 확인하고, 인공적으로 모사된 달의 대기 환경과 화성의 대기 환경에서도 같은 실험을 수행하였다. 레이저 스펙트럼의 경향성을 2차원 평면 분석에 적용하여 토양의 특정 영역에 대한 2차원 화학적 분포도를 도출할 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
파괴 분광분석법의 장점은 무엇인가? 원자 성분에 따라 방출하는 빛의 스펙트럼 차이가 존재하므로 레이저 유도 플라즈마 분광법을 통하여 원자 성분을 실시간으로 확인할 수 있다[1-3]. LIBS는 성분 및 측정 시간이 빠르고 시약에 의한 오염 가능성이 적은 점, 소량의 시료 역시 손실의 우려 없이 검출할 수 있다는 점, 원거리 검출이 가능하다는 점, 화학적 전처리가 불필요하다는 장점을 기반으로 차세대 우주 탐사방식으로 주목을 받으며 연구되고 있다[4, 5].
파괴 분광분석법은 어떤 방법인가? 레이저 유도 플라즈마 혹은 파괴 분광분석법(LIBS: Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)은 레이저 삭마 현상을 이용한 물리적, 화학적 원소 분석 방식으로 비교적 높은 에너지의 레이저가 샘플의 특정 영역에 조사 되면 특정 영역 내에서 레이저 삭마 현상이 일어나며 플라즈마가발생하게 된다. 플라즈마에 의해 샘플의 원자들은 들뜬상태가 되었다가 수천 나노 초 이후에 바닥상태로 떨어지면서 빛 에너지를 방출하게 된다.
라만 분광법은 어떤 방법인가? 라만 분광법이란 분자의 진동 및 회전 운동을 분자 간 혹은 분자 내 상태에 대해 확인하는 분광 분석법으로써, 레이저 빛이 샘플에 조사되면 빛의 일부가 진행방향에서 이탈하여 산란 현상이 일어나게 되고 이때 빛 에너지를 흡수하거나 방출하여 빛의 파장이 변화하게 된다. 이를 라만 산란이라고 말하며, 분자 간의 배열이나 분자 성분에 따라 산란 정도를 측정할 수 있어 라만 분광법을 통하여 레이저가 조사된 샘플의 분자 성분을 파악할 수 있다.
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참고문헌 (8)

  1. Leon J Radziemski "From LASER to LIBS, the path of technology development", Spectrochemica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, Vol.57, Issue 7. 2002. 

  2. David W. Hahn, and Nicolo Omenetto "Laser-Induced Breakdown Spectroscopy(LIBS), part I: Review of Basic Diagonostics and Plasma-Particle Interactions: Still-Challenging Issues Within the Analytical Plasma Community", Applied Spectroscopy, Vol.64, Issue 12. 2010. 

  3. David W. Hahn, and Nicolo Omenetto "Laser-Induced Breakdown Spectroscopy(LIBS), part II: Review of instrumental and Methodological Approaches to Material Analysis and Applications to Different Fields", Applied Spectroscopy, Vol.66, No 4. 2012. 

  4. Soo-Jin Choi, and Jai-ick Yoh, "Precision exploration of spce resources using laser-induced breakdown spectroscopy", Journal of Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol.39, No 5. 2011. 

  5. Kang-Jae Lee, Soo-Jin Choi, and Jack J. Yoh, "Stand-off lase-induced breakdown spectroscopy of aluminum and geochemical reference materials at pressure below 1 torr". Spectrochemica Acta Part B, Vol. 101, 2014, 335-341. 

  6. G. B. Courreges-Lacoste, Berit Ahlers, and Fernando Rull Perez, "Combined Raman spectrometer/laser-induced breakdown spectrometer for the next ESA mission to MArs", spectrochemica Acta Part A: Atomic Spectroscopy, Vol.68, 2007. 

  7. Alian Wang, Brandley L. Jolliff, and Larry A. Haskin, "Raman spectroscopy for a method for mineral identification on lunar robotic exploration missions", Journal of geophysical research, Vol 100, 1995 

  8. Javier Moros and Jose Javier Laserna, "New-Raman-Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Identity of Explosives Using Parametric Data Fusion on an Integrated Sensing Platform", analytical chemistry, Vol 83, 2011, 6275-6285. 

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