[논문]lndigo Carmine의 표면증강라만스펙트럼에 관한 연구

이철재

doi:10.17703/jcct.2018.4.2.155

lndigo Carmine의 표면증강라만스펙트럼에 관한 연구
Study on Surface Enhanced Raman Scattering of Indigo Carmine 원문보기

Journal of the convergence on culture technology : JCCT = 문화기술의 융합, v.4 no.2, 2018년, pp.155 - 160

초록
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이 연구에서는 실버 미러 기판의 표면 강화 실험을 수행하여 Tollen의 방법과 ${\gamma}$-선 조사 방법으로 만든 은 표면의 특성을 확인했다. 인디고 카민의 표면 강화 효과는 은 거울 및 은 졸 표면에 의해 분석되었다. SERS 스펙트럼에 나타난 진동 모드는 HyperChem프로그램의 PM3 방법에서 문헌 및 반 경험적 계산에 근거하여 분석하였다. Indigo carmine의 흡착 배향은 표면 선택 규칙을 사용하여 분석해 본 결과 은 표면에 수직으로 약간 기운 형태로 흡착되었음을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the experiments for surface enhancement of silver mirror substrates were done, where we checked the characteristics of silver surface made by Tollen's and ${\gamma}$- irradiation method. The surface enhancement of Indigo carmine was analyzed by silver mirror and silver sol surfaces. The assignments of the vibrational bands shown in SERS spectra are given based on both literature and the semi-empirical calculations at the PM3 methods. We deduced that the adsorption orientation of Indigo carmine was little tilted perpendicular to the silver surfaces by using of the surface selection rules.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

1.에 Tollen‘s법을 이용하여 실리콘 웨이퍼 표면에 제조된 silver mirror surface의 전자현미경 사진을 나타내었다.
감마선 조사에 의한 은졸의 제조는 질산은 10mM 수용액에 2.0% 농도로 PVP를 안정제로 첨가한 후 여기에 하이드록시 라디칼 제거제의 역할을 하는 이소프로필 알코올을 첨가하여 아르곤 가스로 버블링을 1시간 수행하여 용액내의 산소를 제거한 후 ⁶⁰Co 감마선을 20KGy로 1시간 조사하여 제조한 후 SERS 기질로 사용하였다.
따라서본 연구에서는 Indigo carmine의 기질 특성에 따른SERS 증강효과를 감마선조사 방법에 의해 제조된 은졸 용액과 Tollen’s법에 의해 제조된 고체의 Silver mirror substrate를 이용하여 알아보고 주요 흡수 띠를 HyperChem의 PM3 방법을 이용하여 각각의 진동모드를 계산하고 이를 실제 측정된 값과 비교하여 분석하였다.
그림 4. 하이퍼캠 PM3방법으로 계산된 가장 안정한 형태의 인디 고카민의 3D 구조.

대상 데이터

5 nm의 빛을 100 mW로 조사하여 여기 시켰다. 또한, 자외선/가시선 흡수분광기는 SCINO UV S-2100 UV-Vis spectrophotometer를 이용하였다.
본 실험에 사용된 silver nitrate, D-glucose, 및 Indigo carmine는 Aldrich사 제품을, ammonium hydroxide, hydrogen peroxide등은 Junsei사 제품을 구입하여 더 이상의 정제 과정 없이 사용하였다.
Signal은 PC(Personal Computer)에 interfacing하여 DM 3000R 프로그램으로 라만 스펙트럼을 얻었다. 시료는 아르곤이온 레이저(coherent INNOVA 90-5)로 514.5 nm의 빛을 100 mW로 조사하여 여기 시켰다. 또한, 자외선/가시선 흡수분광기는 SCINO UV S-2100 UV-Vis spectrophotometer를 이용하였다.
5 g을 28 wt %-NH₄OH 10 mL에 녹인 용액; [Ag(NH₃)₂]⁺)과 5 wt % D-glucose (C₆H₁₂O₆) 용액을 10 mL 혼합한 후 60～70 ℃의 온도로 약 1시간 동안 물중탕을 수행한다. 이렇게 만들어진 silver surface를 3차 증류수로 수회 세척한 후 공기 중에서 건조하여 SERS 기질로 사용하였다.

이론/모형

따라서본 연구에서는 Indigo carmine의 기질 특성에 따른SERS 증강효과를 감마선조사 방법에 의해 제조된 은졸 용액과 Tollen’s법에 의해 제조된 고체의 Silver mirror substrate를 이용하여 알아보고 주요 흡수 띠를 HyperChem의 PM3 방법을 이용하여 각각의 진동모드를 계산하고 이를 실제 측정된 값과 비교하여 분석하였다.5~8 그리고 각각의 SERS 활성기질에 대한 표면증강효과의 상관성에 대하여 알아본 다음, 최종적으로 Silver mirror substrate 표면에 흡착된 Indigo carmine분자의 흡착 배향을 알아보기 위하여 알려진 표면선택법칙(surface selection rule)을 이용하여 알아보았다.[9,10,11]
Indigo carmine 분자의 구조적인 특징을 알아보기 위하여 그림 4에 HyperChem8.0프로그램의 PM3방법을 이용하여 가장 안정한 Indigo carmine의 분자구조를 나타내었다.
이러한 결과는 SERS 활성기질 표면에 존재하는 은입자의 결정성이 좋을 경우 보다 강한 국부 자기장을 원활히 유도하게 되어 표면증강 효과를 높일 수 있으며 또한 흡수 띠의 패턴으로 볼 때 고체상과 액체상에 흡착된 Indigo carmine의 흡착배향이 다소 다르게 배향된 것을알 수 있다. Table 1은 Indigo carmine의 SERS 스펙트럼의 주요 흡수 띠의 측정결과를 HyperChem 프로그램의 PM3 방법을 이용하여 계산한 값을 이용하여 각각의 진동 모드를 나타내었다.[8,9,10]
The SEM image of silver mirror surface prepared by Tollen’s method.
The TEM image of silver sol prepared by γ-irradiation method.

성능/효과

그림 2에 나타낸 바와 같이 은졸용액에 포함된 은 입자의 크기는 대체적으로 80nm 크기로 나타났으며, 또한 전반적으로 원형에 가까운 형태를 하고 있음을 알 수 있었으며 또한 그림 3에 나타낸 은졸의 자외선/가시선 흡수스펙트럼에서는 최대 흡광도가 406 nm에서 관측되어 전형적인 은졸의 흡광도를 확인할 수 있었다.[13]
따라서, 각 흡착분자의 면내(in plain) 굽힘 진동이나 신축진동모드에 해당하는 밴드들이 강한 세기로 관측되면 이것은 주로 SERS 활성기질에 수직하게 흡착됨을말하며, 이와 반대로 면 바깥(out of plain)의 굽힘이나신축진동모드에 해당하는 밴드들이 강한 세기로 관측되는 경우에는 주로 흡착분자들이 SERS 활성기질에 대하여 수평하게 흡착되어 있음을 나타낸다. 따라서 Indigo carmine의 주요 SERS 스펙트럼을 살펴보면 1252, 1296, 1352, 1475 1582 그리고 1702 cm-1의 흡수 띠가 강한 증강을 나타냄을 알 수 있다. 따라서 이 여섯 가지 특성 흡수 띠의 진동모드를 알아보면 1252, 1296 cm^-1의 경우 C-C, C-N 면내 신축진동 모드임을 알 수 있으며 1352 cm^-1의 경우 각 C-N 신축진동, 1475와 1582 cm^-1의 경우 C-C, C-N 면내 굽힘 진동 모드임을 알 수 있다.
따라서 Indigo carmine의 주요 SERS 스펙트럼을 살펴보면 1252, 1296, 1352, 1475 1582 그리고 1702 cm-1의 흡수 띠가 강한 증강을 나타냄을 알 수 있다. 따라서 이 여섯 가지 특성 흡수 띠의 진동모드를 알아보면 1252, 1296 cm^-1의 경우 C-C, C-N 면내 신축진동 모드임을 알 수 있으며 1352 cm^-1의 경우 각 C-N 신축진동, 1475와 1582 cm^-1의 경우 C-C, C-N 면내 굽힘 진동 모드임을 알 수 있다. 마지막으로 관측된 1702 cm^-1의 경우는 C=O 신축진동임을 알 수 있다.
5 μm의 분포를 나타내고 있다. 또한, silver mirror surface의 은 입자의 결정화도도 양호한 것을 확인 할 수 있었다. 다음으로 그림 2에 감마선 조사에 의해서 제조된 은졸의 투과전자현미경사진을 나타내었다.
본 연구에서는 주요 염색제의 한 종류인 Indigo carmine분자의 SERS 스펙트럼을 silver mirror substrate와 은졸을 이용하여 측정한 다음 흡수 띠의 세기를 측정한 silver mirror substrate가 은졸에 비해 표면증강 효과가 크게 나타났음을 알 수 있었고 최종적으로 SERS 활성기질인 은 표면에 흡착된 Indigo carmine 분자의 흡착배향은 표면선택의 법칙을 고려하여 측정된 흡수 띠를 분석해 본 결과 Indigo carmine분자에 존재하는 산소 원자를 통하여 다소 기울어진 수직배향으로 흡착한다는 사실을 알 수 있었다.
그림 6에 나타낸 바와 같이 관측된 흡수 띠의 세기가 높게 나타나는 진동들은 모두 면내 신축진동이나 면내 굽힘 진동으로 나타났음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 Indigo carmine 분자는 SERS 활성기질에 대해서 산소원자와질소 원자를 통하여 은 표면에 다소 수직한 배향으로 흡착됨을 알 수 있다.
그림 5에 나타난 바와 같이 Indigo carmine의 경우의SERS 측정결과 (a)의 Tollens법으로 제조된 은 표면에서의 피크세기가 (b)의 감마선 조사법에서 제조된 은졸로 측정된 세기보다 강하게 나타난 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 SERS 활성기질 표면에 존재하는 은입자의 결정성이 좋을 경우 보다 강한 국부 자기장을 원활히 유도하게 되어 표면증강 효과를 높일 수 있으며 또한 흡수 띠의 패턴으로 볼 때 고체상과 액체상에 흡착된 Indigo carmine의 흡착배향이 다소 다르게 배향된 것을알 수 있다. Table 1은 Indigo carmine의 SERS 스펙트럼의 주요 흡수 띠의 측정결과를 HyperChem 프로그램의 PM3 방법을 이용하여 계산한 값을 이용하여 각각의 진동 모드를 나타내었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Indigo carmine분자의 SERS 스펙트럼을 분석한 결과는 어떠한가?	본 연구에서는 주요 염색제의 한 종류인 Indigo carmine분자의 SERS 스펙트럼을 silver mirror substrate와 은졸을 이용하여 측정한 다음 흡수 띠의세기를 측정한 silver mirror substrate가 은졸에 비해표면증강 효과가 크게 나타났음을 알 수 있었고 최종적으로 SERS 활성기질인 은 표면에 흡착된 Indigo carmine 분자의 흡착배향은 표면선택의 법칙을 고려하여 측정된 흡수 띠를 분석해 본 결과 Indigo carmine분자에 존재하는 산소 원자를 통하여 다소 기울어진 수직배향으로 흡착한다는 사실을 알 수 있었다.
	Indigo carmine는 어떠한 구조를 가지는가?	염료로 많이 알려진 Indigo는 염색 산업에서 매년생산량이 1만 톤 이상이 되는 매우 중요한 염료로 분류된다.[1,2] Indigo carmine, 즉 5,5′-indigodisulfonic acid sodium salt는 Indigo염료에 술폰화반응을 거쳐 나트륨염의 형태를 가지는 대칭구조로 외과용 수술에서세포조직의 확인에 사용된다.[3] Indigo carmine의 분자 표면증강라만스펙트럼의 연구는 N.
	N.D. Bernardino연구의 한계점은 무엇인가?	[4] 또한 이들의 연구에서는 Indigo carmine의 기질로 은 졸과 구리표면이 사용되었으며 사용된 레이져 파장이 1064nm, 632.8nm 사용하여 표면증강효과를 관측하였으나 이 기질에 흡착된 Indigo carmine의흡착배향에 대해서는 명확히 연구되지 않았다. 따라서본 연구에서는 Indigo carmine의 기질 특성에 따른SERS 증강효과를 감마선조사 방법에 의해 제조된 은졸 용액과 Tollen’s법에 의해 제조된 고체의 Silver mirror substrate를 이용하여 알아보고 주요 흡수 띠를HyperChem의 PM3 방법을 이용하여 각각의 진동모드를 계산하고 이를 실제 측정된 값과 비교하여 분석하였다.

참고문헌 (13)

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상세보기
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상세보기
C.J.Lee, S.Y.Lee, M.R.Karim, M.S.Lee, "Comparison of the adsorption orientation for 2-mercaptobenzothiazole and 2-mercaptobenzoxazole by SERS spectroscopy" Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 68(5), 1313, (2007).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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