초록 ▼

최근 레이저 애블레이션과 높은 에너지를 가진 플라즈마의 형성과 전개과정은 고체 물질의 직접적인 분광학적 분석을 위하여 많은 관심을 불러일으키고 있다. 레이저 들뜸화원은 원격분석, 반사성물질분석, 비전도성고체분석과 일정한 영역의 직접적인 분석에 특히 유용한 것이며 원자발광분광법을 이용하여 레이저 유도 플라즈마를 관찰하는 것은 가장 직접적인 원소분석법으로 동시 다원소분석을 가능하게 하여 준다.레이저 유도 플라즈마의 발광을 시간축적공간 분해와 시간 분해분광법에 의하여 연구하였다. 구리플라즈마의 특성, 특히 자체흡수, 선 넓

최근 레이저 애블레이션과 높은 에너지를 가진 플라즈마의 형성과 전개과정은 고체 물질의 직접적인 분광학적 분석을 위하여 많은 관심을 불러일으키고 있다. 레이저 들뜸화원은 원격분석, 반사성물질분석, 비전도성고체분석과 일정한 영역의 직접적인 분석에 특히 유용한 것이며 원자발광분광법을 이용하여 레이저 유도 플라즈마를 관찰하는 것은 가장 직접적인 원소분석법으로 동시 다원소분석을 가능하게 하여 준다.레이저 유도 플라즈마의 발광을 시간축적공간 분해와 시간 분해분광법에 의하여 연구하였다. 구리플라즈마의 특성, 특히 자체흡수, 선 넓힘, 발광세기 및 금속이온형성에 대하여 세 가지 다른 레이저 시스템(ArF excimer : λ= 193 nm, XeCl excimer : λ= 308 nm,and Nd:YAG : λ= 1064 and 532 nm)을 사용하여 여러 가지 다른 주위환경(argon, neon,air, and helium)과 압력(760-10 Torr)하에서 연구를 수행하여 비교하였다. 플라즈마발광은 주위가스의 종류뿐 아니라 압력에 의해서도 큰 차이가 있음이 발견되었다. 510.55 nm의 발광 선은 레이저펄스로부터 지체시간을 연장하여도 별다른 변화를 나타내지 않지만,515.32와 521.82 nm의 선들은 플라즈마의 확장이 진행되면서 선 모양과 선 폭이 큰 변화를나타내었다. 플라즈마에서 자체흡수와 선 넓힘 현상의 차이는 플라즈마의 외부영역에서원자들의 충격파유도들뜸화 메카니즘에 의하여 설명하였다. 308이나 532 nm의 파장에 의한 플라즈마의 들뜸화온드는 1064 nm에 의해 형성된 플라즈마의 들뜸화온도보다 훨씬 높게나타났다.본 연구에서 개발된 시간분해 플라즈마 발광분광분석법을 금속합금과 광석시료중의 원소 분석하는데 적용하였다. 분석신호는 플라즈마발광신호에 대한 시간적 평가를 통하여유추한 최적의 조건인 2.0 μs의 축적시간과 200 ns의 지체시간을 사용하였다. Mg, Cu,Cr, Ca, Si을 포함한 여러 가지 원소에 대한 검정곡선이 절대농도에 대하여 작성되었으며검출한계 (S/N=3)는 원소와 시료조성의 복잡성에 의존하였으며 대략 5-30 μg/g정도로 나타났다.레이저유도플라즈마 발광분석법의 주요한 장점은 고체의 직접적인 원소분석에 사용될수 있다는 것이며 이 분석법은 빠른 분석을 요구하는 on-line분석에 적용될 수 있다. 이분석법은 공장에서 금속의 분석과 또한 지질학적 물질과 화학적 생산품 등을 연구하고 분류하는데 사용될 수있으며 생산품의 품질을 조절하는데 사용될 수 있다.

Abstract ▼

Recently, laser ablation and subsequent development of a highenergy dense plasma are receiving increased attention for direct spectrochemical analysisof solid materials. Laser excitation sources are particularly useful for remote analysis,refractory materials, nonconductive solids, in-situ anal

Recently, laser ablation and subsequent development of a highenergy dense plasma are receiving increased attention for direct spectrochemical analysisof solid materials. Laser excitation sources are particularly useful for remote analysis,refractory materials, nonconductive solids, in-situ analysis of a point on a surface, andlocal analysis. Observation of the plasma using atomic emission spectroscopy is themost direct method for analysis and offers the possibility of simultaneous multielementanalysis.Laser-induced plasma emission was investigated by time-integrated spatiallyresolved and time-resolved spectrometry. The comparative work on the copper plasmaemission characteristics, specifically self-absorption, line-broadening, emission intensity,and metal ion formation under various atmospheric gases (argon, neon, air, and helium)and pressures (760-10 Torr) was carried out by the use of three different laser systems(ArF excimer : λ= 193 nm, XeCl excimer : λ= 308 nm, and Nd:YAG : λ= 1064 and532 nm). The effects of pressure and of atmosphere on Laser-induced plasma cratedabove the surface of copper and lead targets were studied with the use of emissionmeasurements. These factors greatly influenced the shape, size, line-to-background(L/B) ratio, and temperature of the plasma. The emission line at 510.55 nm showed nobig change in linewidth as the delay time of the gate from the laser pulse increased,while the lines at 515.32 nm and 521.82 nm are identified to show a great change inline shape and bandwidth as the expansion proceeds. The differences inself-absorption and line broadening phenomena in the plasma location was explained byshock wave driven excitation mechanism for atoms in outer region in the plasma. Theexcitation temperatures of the plasma induced by 308 or 532 nm irradiation were alsomuch higher that those induced by 1064 nm irradiation.Time-resolved plasma emission spectrometry developed in this project has beenapplied for quantitative elemental analysis of metal alloy and rock samples. Theanalytical signal were integrated within 2.0 μs at an optimum delay time of gate (200ns) which was derived from the evaluation of temporal behavior in plasma emissionsignal. Calibration curves for various elements including Mg, Cu, Cr, Ca, Si weredeveloped on the absolute concentration scale. The detection limits (S/N ration = 3)are element-dependent and varied with complexity in sample composition but are on theorder of 5-30 μg/g.The primary advantages of laser-induced plasma emission spectrometry are that itcan be used for the direct determination of elements in solids, and can be applied, whenspeed is important, to on-line analysis. It can be used to analyse metals, in plants, toinvestigate and classify geological materials and chemical products, and to controlproduct quality, etc.

목차 Contents

• 목차...5
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...9
• 2.1 실험장치의 구성...9
• 2.2 플라즈마의 들뜸화 온도의 측정 및 계산...9
• 3. 결과 및 고찰...11
• 4. 결론...34
• 5. 인용문헌...35