KR101350402B1 - 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층으로 이루어진 시료 중 미지의 내부 성분을 비침습적으로 검출할 수 있는 라인-조사 공간변위라만분광기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기는 종래의 점-조사(point illumination) 방법을 개선한 라인-조사(line illumination) 방법을 사용함으로써, 동일한 광원 출력을 사용할 때 종래의 방법에 비하여 검출 부피가 커지므로 낮은 출력밀도를 유지할 수 있어 광-손상으로부터 시료를 보호할 수 있고, 광섬유를 사용하지 않고 검출기의 슬릿으로 라만 스펙트럼을 직접 검출하여 신호감도를 현저히 향상시킬 뿐만 아니라, 광 조사위치와 라만 산란광 검출위치 사이의 거리를 이송 스테이지를 사용하여 자유롭게 조절함으로써, 조사위치-검출위치 거리에 따른 다양한 데이터를 획득하여 종래에 공명 분광학 분야에서 사용하던 2D 상관분광 소프트웨어로 시료 각각의 성분에서 유도되는 라만 스펙트럼을 따로 분리/복원할 수 있으므로, 다층으로 이루어진 시료 중 미지의 내부 성분을 비침습적으로 안전하고 명확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 다층으로 이루어진 시료 중 미지의 내부 성분을 비침습적으로 검출할 수 있는 라인-조사 공간변위라만분광기에 관한 것이다.
라만 분광기(Raman spectroscopy)는 약학산업, 환경응용, 국토안보, 과학수사, 고고학분석 등을 포함하는 다양한 분야에서 가공할 만한 분석장비이다(Lewis, I. R.; Edwards, H. G. M. Handbook of Raman spectroscopy : from the research laboratory to the process line; Marcel Dekker: New York, 2001).
레이져 기술 및 광학제품산업의 급속한 발전은 최근에 약학 제품, 의학적진단 및 생체 이미징과 같은 화학 또는 생물학적 타겟의 비침습적 검출을 할 수 있는 라만의 응용으로 확장하였다.
그러나, 혼탁한 재료에서 비침습적 검출의 깊이 제한은 극복하기가 매우 어렵다.
심도 라만 분광기(deep Raman spectroscopy)에서 최근의 연구는 검출 깊이를 향상시키고 혼탁한 매질(turbid media) 아래에 있는 분석물질의 화학적 정보를 제공한다.
투과라만분광기(transmission Raman spectroscopy), 공간변위라만분광기(spatially offset Raman spectroscopy, SORS) 및 시분해라만분광기(time-resolved Raman spectroscopy)를 포함하는 공간분해(spatially resolved) 및 일시분해(temporally resolved) 심도 라만 방법(deep Raman method)은 심도 라만 분광기 분야에서 발전하여 널리 사용되고 있다.
이들 중에서, 공간변위라만분광기(spatially offset Raman spectroscopy, SORS)를 이용한 방법은 향상된 깊은 라만 감도로 혼탁한 매질을 조사하는 가장 중요한 방법 중에 하나로 고려되고 있다.
공간변위라만분광기의 컨셉은 입사광이 조사 위치로부터 공간 변위를 수반하는 다중 산란을 겪은 후에 샘플의 깊은 영역으로 침투할 수 있다는 것이다. 이 방법은 약학적 정제, 숨겨진 폭발물, 생물학적 조직 등으로부터 심도 라만 정보를 얻는다.
비특허문헌 1에서는 표면증감공간변위라만분광기(surface enhanced spatially offset Raman spectroscopy, SESORS)를 개발하여, 생체 내 포도당을 비침습적으로 검출하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1에서는 점조사(point illumination)를 이용하는 라만 스펙트럼 검출장치를 이용하여 샘플의 내부 지점으로부터 비파괴적으로 라만 스펙트럼을 검출하는 방법에 관하여 개시하고 있다.
특허문헌 2에서는 비침습 혈당 측정 장치 및 방법에 관하여 개시하고 있다. 더욱 상세하게는, 혈관 위치를 검출하고 이 검출된 혈관 위치로 공초점을 세팅하여 혈관에서만 라만 스캐터링된 광 스펙트럼을 획득함으로써, 혈관 내에 있는 혈액에 포함된 혈당을 추출할 수 있기에, 피검사자의 혈당량을 정확하게 측정할 수 있는 방법에 관하여 개시하고 있다.
특허문헌 3에서는 라만 스펙트럼 신호를 얻기 위한 입력광을 전송하는 입력광 전송부; 상기 입력광 전송부를 통한 입력광을 피검 생체 내부로 집광하여 조사하는 집광부; 상기 입력광의 조사를 통하여 얻어진 라만 스펙트럼 신호를 포함하는 출력광을, 상기 출력광을 파장별로 분류하는 분광기로 전송하는 출력광 전송부; 상기 피검 생체 표면에 접촉하여 발광하는 생체 접촉 발광부; 및, 상기 생체 접촉 발광부와 이격된, 상기 생체 표면에 접촉하여 상기 생체 접촉 발광부에서 투사된 광을 수광하는 생체 접촉 수광부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 체액 성분 측정용 비침습 프로브와, 이를 구비한 비침습적 체액 성분 측정 시스템과, 비침습적 체액 성분 측정 방법에 관하여 개시하고 있다.
특허문헌 4에서는 높은 공간 정밀도하에서 유기 박막의 화학종 및 두께를 비파괴적인 방법으로 동시에 분석할 수 있는 CARS 현미경을 이용한 광학분석장치에 관하여 개시하고 있다. 더욱 상세하게는, 스톡스광과 펌프광을 박막에 조사하여 산란되는 CARS(Coherent Anti-stokes Raman Scattering) 신호의 파장 및 세기를 측정하여 상기 박막의 두께 측정 및 화학종 분석을 하는 방법에 관하여 개시하고 있다.
한편, 공간변위라만분광 결과는 다중 성분의 혼잡한 라만 스펙트럼을 포함하는데, 각 성분의 독립적인 라만 스펙트럼을 구분하기 위해서 케모메트릭 방법(chemometric method)이 필요하다. 각 성분의 독립적인 라만 스펙트럼을 구분하기 위하여 공간변위라만분광에 적용되는 전형적인 방법으로는 PCA(principal component analysis) 및 BTEM(band-target entropy minimization)이 알려져 있다.
역사적으로, 2D 상관 분광학(two-dimensional correlation spectroscopy)은 핵자기공명(nuclear magnetic resonance, NMR) 및 다른 공명 분광학 분야에서 외부교란에 따른 두 가지 다른 파상수(wavenumber) 사이의 상관관계를 드러내기 위하여 개발된 이론적 방법이다. 그 이후로, 이사오 노다(Isao Noda)가 처음으로 일반화된 2D 상관 분광학을 광학적 분광학에 적용가능성을 제안하였다.
이에 본 발명자들은 라만 분광기를 이용하여 검출 효율을 높이는 방법을 연구하던 중, 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기(linearly-illuminated spatially offset Raman spectroscopy, 이하 LI-SORS라 칭함)가 종래의 점-조사(point illumination) 방법을 개선한 라인-조사(line illumination) 방법을 사용함으로써, 동일한 광원 출력을 사용할 때 종래의 방법에 비하여 검출 부피가 커지므로 낮은 출력밀도를 유지할 수 있어 광-손상으로부터 시료를 보호할 수 있고, 광섬유를 사용하지 않고 검출기의 슬릿으로 라만 스펙트럼을 직접 검출하여 신호감도를 현저히 향상시킬 뿐만 아니라, 광 조사위치와 라만 산란광 검출위치 사이의 거리를 이송 스테이지를 사용하여 자유롭게 조절함으로써, 조사위치-검출위치 거리에 따른 다양한 데이터를 획득하여 종래에 공명 분광학 분야에서 사용하던 2D 상관분광 소프트웨어로 시료 각각의 성분에서 유도되는 라만 스펙트럼을 따로 분리/복원할 수 있어, 다층으로 이루어진 시료 중 미지의 내부 성분을 비침습적으로 안전하고 명확하게 검출할 수 있는 효과가 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
비특허문헌 1: Yuen, J. M.; Shah, N. C.; Walsh, J. T.; Glucksberg, M. R.; Van Duyne, R. P. Anal. Chem. 2010, 82, 8382-8385.
본 발명의 목적은 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기(linearly illuminated spatially offset Raman spectroscopy)를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 라만분광기를 이용하여 비침습적으로 시료의 내부 성분을 분석하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
광원부; 시료부; 및 검출부로 이루어지면서,
상기 광원부는
레이져 광원;
상기 레이져 광원에서 발생하는 광을 이송하는 광섬유;
상기 광섬유를 통과한 광을 평행광으로 만드는 제1볼록렌즈, 상기 제1볼록렌즈를 통과한 평행광을 수신하는 대역필터, 및 상기 대역필터를 통과한 평행광을 수신하여 라인 형태로 촛점을 맞춰 시료에 조사하는 반원기둥렌즈가 구비되는 이송 스테이지;를 포함하여 광원을 라인-형태로 시료에 조사해 라만 산란광(Raman scattering)을 유도하는 것을 특징으로 하고,
상기 검출부는
시료로부터 얻어지는 레이져 광원 산란광 및 라만 산란광을 수집하는 제2볼록렌즈;
상기 라만 산란광만을 선택적으로 투과시키는 장파장투과필터;
상기 장파장투과필터를 통과한 라만 산란광을 검출기로 송신하는 제3볼록렌즈; 및
제3볼록렌즈로부터 라만 산란광을 수신하는 검출기;를 포함하여 시료로부터 얻어지는 라만 산란광을 직접 검출하는 것을 특징으로 하는,
비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기(linearly-illuminated spatially offset Raman spectroscopy, LI-SORS)를 제공한다.
또한, 본 발명은
조사위치를 달리하며 시료에 레이져 광원을 조사하는 단계(단계 1);
상기 조사된 레이져 광원으로 시료로부터 라만 산란광을 유도하는 단계(단계 2);
상기 라만 산란광을 수집하여 검출하는 단계(단계 3); 및
상기 검출된 라만 산란광을 분리하는 단계(단계 4);
를 포함하는 제1항의 분광기를 이용하여 비침습적으로 시료의 내부 성분을 분석하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기는 종래의 점-조사(point illumination) 방법을 개선한 라인-조사(line illumination) 방법을 사용함으로써, 동일한 광원 출력을 사용할 때 종래의 방법에 비하여 검출 부피가 커지므로 낮은 출력밀도를 유지할 수 있어 광-손상으로부터 시료를 보호할 수 있고, 광섬유를 사용하지 않고 검출기의 슬릿으로 라만 스펙트럼을 직접 검출하여 신호감도를 현저히 향상시킬 뿐만 아니라, 광 조사위치와 라만 산란광 검출위치 사이의 거리를 이송 스테이지를 사용하여 자유롭게 조절함으로써, 조사위치-검출위치 거리에 따른 다양한 데이터를 획득하여 종래에 공명 분광학 분야에서 사용하던 2D 상관분광 소프트웨어로 시료 각각의 성분에서 유도되는 라만 스펙트럼을 따로 분리/복원할 수 있으므로, 다층으로 이루어진 시료 중 미지의 내부 성분을 비침습적으로 안전하고 명확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 라인-조사 공간변위라만분광기를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용한 비침습적 라만분광 방법의 원리를 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 PE(두께 3 mm)-tSTB(두께 2 mm) 이중층 시료에 광원을 조사하는 위치와 검출 위치 사이의 거리에 따라 얻어지는 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 PE-tSTB 이중층 시료에 광원을 조사하는 위치와 검출 위치 사이의 거리에 따라 얻어지는 스펙트럼에서 특징적으로 나타나는 4가지 피크의 강도 변화를 나타낸 그래프이다(PE의 특징적인 피크 α, α' 및 tSTB의 특징적인 피크를 β, β'는 도 3에 나타냄).
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 얻은 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼으로부터의 비동시적 상관 스펙트럼을 나타내고, 이를 이용하여 시료 각 층의 스펙트럼을 분리 복원하여 나타낸 이미지이다((a)는 비동시적 상관 스펙트럼이고, (a)의 좌측과 아래에 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼을 나타내었고, 여기서 (a)의 아래에 위치하는 LI-SORS 스펙트럼에서 α 및 β피크는 각각 PE 외부층 및 tSTB 내부층의 특징적인 피크를 나타내며, (b)는 순수 PE의 라만 스펙트럼이고, (c)는 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 PE 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (d)는 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 tSTB 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (e)는 순수 tSTB의 라만 스펙트럼이다).
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 얻은 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼으로부터의 비동시적 상관 스펙트럼을 나타내고, 이를 이용하여 시료 각 층의 스펙트럼을 분리 복원하여 나타낸 이미지이다((a)는 비동시적 상관 스펙트럼이고, (a)의 좌측과 아래에 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼을 나타내었고, 여기서 (a)의 아래에 위치하는 LI-SORS 스펙트럼에서 γ 및 δ피크는 각각 HDPE병 및 Glu분말의 특징적인 피크를 나타내며, (b)는 비어있는 HDPE병의 라만 스펙트럼이고, (c)는 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 HDPE병의 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (d)는 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 Glu분말 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (e)는 순수 Glu분말의 라만 스펙트럼이다).
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 포함하는 3종의 라만분광 장치를 이용하여 봉투에 담겨진 살충제를 각각 분석한 스펙트럼을 나타낸 것이다((a)는 빈 봉투의 라만 스펙트럼이고, (b)는 종래의 라만 시스템(제조사: Bruker, 모델명: Senterra)으로 획득한 라만 스펙트럼이고, (c)는 자체 제작한 점(point)-조사 라만 시스템으로 획득한 라만 스펙트럼이고, (d)는 실시예 1에서 제작한 LI-SORS로 획득한 라만 스펙트럼이고, (e)는 순수 베노밀의 라만 스펙트럼이다).
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용한 비침습적 라만분광 방법의 원리를 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 PE(두께 3 mm)-tSTB(두께 2 mm) 이중층 시료에 광원을 조사하는 위치와 검출 위치 사이의 거리에 따라 얻어지는 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 PE-tSTB 이중층 시료에 광원을 조사하는 위치와 검출 위치 사이의 거리에 따라 얻어지는 스펙트럼에서 특징적으로 나타나는 4가지 피크의 강도 변화를 나타낸 그래프이다(PE의 특징적인 피크 α, α' 및 tSTB의 특징적인 피크를 β, β'는 도 3에 나타냄).
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 얻은 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼으로부터의 비동시적 상관 스펙트럼을 나타내고, 이를 이용하여 시료 각 층의 스펙트럼을 분리 복원하여 나타낸 이미지이다((a)는 비동시적 상관 스펙트럼이고, (a)의 좌측과 아래에 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼을 나타내었고, 여기서 (a)의 아래에 위치하는 LI-SORS 스펙트럼에서 α 및 β피크는 각각 PE 외부층 및 tSTB 내부층의 특징적인 피크를 나타내며, (b)는 순수 PE의 라만 스펙트럼이고, (c)는 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 PE 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (d)는 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 tSTB 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (e)는 순수 tSTB의 라만 스펙트럼이다).
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 얻은 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼으로부터의 비동시적 상관 스펙트럼을 나타내고, 이를 이용하여 시료 각 층의 스펙트럼을 분리 복원하여 나타낸 이미지이다((a)는 비동시적 상관 스펙트럼이고, (a)의 좌측과 아래에 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼을 나타내었고, 여기서 (a)의 아래에 위치하는 LI-SORS 스펙트럼에서 γ 및 δ피크는 각각 HDPE병 및 Glu분말의 특징적인 피크를 나타내며, (b)는 비어있는 HDPE병의 라만 스펙트럼이고, (c)는 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 HDPE병의 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (d)는 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 Glu분말 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (e)는 순수 Glu분말의 라만 스펙트럼이다).
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 포함하는 3종의 라만분광 장치를 이용하여 봉투에 담겨진 살충제를 각각 분석한 스펙트럼을 나타낸 것이다((a)는 빈 봉투의 라만 스펙트럼이고, (b)는 종래의 라만 시스템(제조사: Bruker, 모델명: Senterra)으로 획득한 라만 스펙트럼이고, (c)는 자체 제작한 점(point)-조사 라만 시스템으로 획득한 라만 스펙트럼이고, (d)는 실시예 1에서 제작한 LI-SORS로 획득한 라만 스펙트럼이고, (e)는 순수 베노밀의 라만 스펙트럼이다).
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은
광원부; 시료부; 및 검출부로 이루어지면서,
상기 광원부는
레이져 광원;
상기 레이져 광원에서 발생하는 광을 이송하는 광섬유;
상기 광섬유를 통과한 광을 평행광으로 만드는 제1볼록렌즈, 상기 제1볼록렌즈를 통과한 평행광을 수신하는 대역필터, 및 상기 대역필터를 통과한 평행광을 수신하여 라인 형태로 촛점을 맞춰 시료에 조사하는 반원기둥렌즈가 구비되는 이송 스테이지;를 포함하여 광원을 라인-형태로 시료에 조사해 라만 산란광(Raman scattering)을 유도하는 것을 특징으로 하고,
상기 검출부는
시료로부터 얻어지는 레이져 광원 산란광 및 라만 산란광을 수집하는 제2볼록렌즈;
상기 라만 산란광만을 선택적으로 투과시키는 장파장투과필터;
상기 장파장투과필터를 통과한 라만 산란광을 검출기로 송신하는 제3볼록렌즈; 및
제3볼록렌즈로부터 라만 산란광을 수신하는 검출기;를 포함하여 시료로부터 얻어지는 라만 산란광을 직접 검출하는 것을 특징으로 하는,
비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기(linearly illuminated spatially offset Raman spectroscopy, 이하 "LI-SORS"라 칭함)를 제공한다.
상기 라인-조사 공간변위라만분광기는 종래의 점-조사(point illumination) 방법을 개선한 라인-조사(line illumination) 방법을 사용함으로써, 동일한 광원 출력을 사용할 때 종래의 방법에 비하여 검출 부피가 커지므로 낮은 출력밀도를 유지할 수 있어 광-손상으로부터 시료를 보호할 수 있어, 생물학적 시료 또는 광-손상에 민감한 시료를 안전하게 검사할 수 있다.
또한, 광섬유를 사용하지 않고 검출기로 라만 스펙트럼을 직접 검출하여 신호감도를 현저히 향상시킬 수 있다.
나아가, 광 조사위치와 라만 산란광 검출위치 사이의 거리를 이송 스테이지를 사용하여 자유롭게 조절함으로써, 조사위치-검출위치 거리 조절에 따른 다양한 데이터 획득이 가능하고, 얻어진 데이터들을 이용하여 종래에 공명 분광학 분야에서 사용하던 2D 상관분광(two-dimensional correlation spectroscopy, 이하 "2DCOS"라 함) 소프트웨어로 시료 각각의 성분에서 유도되는 라만 스펙트럼을 따로 분리/복원할 수 있다.
따라서, 시료 중 미지의 내부 성분을 비침습적으로 안전하고 명확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 라인-조사 공간변위라만분광기를 구성요소별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 분광기에 있어서, 상기 레이져 광원은 시료 중의 성분의 라만 산란광(Raman scattering)을 유도하는 역할을 한다.
이때, 상기 레이져 광원으로는 다이오드 레이져, 고체 레이져, 기체 레이져 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 500-1000 nm 파장의 다이오드 레이져를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 분광기에 있어서, 상기 광섬유(optical fiber)는 레이져 광원으로부터 제1볼록렌즈까지 광원을 이송하는 역할을 한다.
이때, 상기 광섬유로는 단일모드광섬유(single-mode optical fiber) 또는 다중모드광섬유(multi-mode optical fiber)를 사용할 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 분광기에 있어서, 상기 제1볼록렌즈는 광섬유로부터 수신한 광을 평행광으로 만드는 역할을 한다.
이때, 상기 제1볼록렌즈로는 평면볼록렌즈, 양면볼록렌즈, 비구면볼록렌즈 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 분광기에 있어서, 상기 대역필터(bandpass filter)는 제1볼록렌즈로부터 수신한 평행광에서 바람직하게는 1-5 nm 범위 이외의 주파수를 감쇠시키고, 다음의 원기둥렌즈로 평행광을 송신하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 분광기에 있어서, 상기 반원기둥렌즈(cylindrical lens)는 대역필터를 통과한 평행광을 라인(line) 형태로 포커싱(focussing)하여 시료에 조사하는 역할을 한다.
이때, 상기 반원기둥렌즈는 평행광을 라인 형태로 포커싱할 수 있는 광학렌즈라면 아무런 제약없이 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 분광기에 있어서, 상기 이송스테이지(translation stage)는 시료에 조사되는 광의 위치를 제어하는 역할을 한다.
이때, 상기 이송스테이지는 수동 또는 자동(컴퓨터로 제어)으로 구비되어 조사위치를 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 분광기에 있어서, 상기 시료부는 두께 및 기하학적 구조가 다양한 시료를 고정하는 역할을 하는 것으로, 시료를 안정적으로 고정할 수 있는 것이라면 그 크기, 형태 또는 소재에 제한을 두지 않는다.
본 발명에 따른 분광기에 있어서, 상기 제2볼록렌즈는 시료로부터 얻어지는 레이져 광원 산란광 및 라만 산란광을 수집하는 역할을 한다.
이때, 상기 제2볼록렌즈로는 평면볼록렌즈, 양면볼록렌즈, 비구면볼록렌즈 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 분광기에 있어서, 상기 장파장투과필터는 제2볼록렌즈를 통과한 레이져 광원 산란광 및 라만 산란광 중에서 라만 산란광만을 선택적으로 투과시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 분광기에 있어서, 상기 제3볼록렌즈는 장파장투과필터를 통과한 라만 산란광을 검출기로 송신하는 역할을 한다.
이때, 상기 제3볼록렌즈로는 평면볼록렌즈, 양면볼록렌즈, 비구면볼록렌즈 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 분광기에 있어서, 상기 검출기는 제3볼록렌즈로부터 라만 산란광을 수신부로 직접 수신하여 전파장을 투과시키는 다색화장치(polychromator); 및
상기 다색화장치를 통과한 라만 산란광을 검출하는 이미징 센서(imaging sensor);를 포함한다.
이때, 상기 다색화장치의 라만 산란광 수신부는 슬릿(slit) 형태인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 슬릿 형태의 수신부를 통해 시료로부터 방출되는 라만 산란광을 직접 수신하여 검출하므로, 종래의 광섬유를 사용하여 수신하는 방법에 비하여 검출 효율이 현저히 향상된다.
따라서, 광섬유는 각 코어의 작은 수광각 및 피복과 같은 비-코어 부분의 존재를 고려할 때, 광섬유로 광이 수집될 때 불가피한 광학적 손실을 야기하지만, 본 발명에 따른 분광기의 설정에서는 이러한 신호 손실을 피할 수 있다.
또한, 상기 이미징 센서로는 CCD(charge coupled device), CMOS, MMOS 등을 사용할 수 있다.
한편, 상기 검출기는 시료 중 여러 성분에서 유도되는 혼잡한 라만 산란광을 독립적으로 분리해내기 위한 2D 상관분광(two-dimensional correlation spectroscopy, 2DCOS) 소프트웨어가 연계되어 있는 컴퓨터를 더 포함할 수 있다.
일반적으로 라만 스펙트럼에는 시료 중 각 성분에서 발생하는 다양한 라만 스펙트럼이 혼합되어 있기 때문에, 각각의 성분에서 유도되는 라만 스펙트럼을 분리/복원하는 것이 중요하다.
이에, 본 발명에서는 광 조사위치와 라만 산란광 검출위치 사이의 거리를 이송 스테이지를 사용하여 자유롭게 조절함으로써, 조사위치-검출위치 거리에 따른 다양한 데이터를 획득하여 종래에 공명 분광학 분야에서 사용하던 2D 상관분광 소프트웨어로 시료 각각의 성분에서 유도되는 라만 스펙트럼을 따로 분리/복원할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 라인-조사 공간변위라만분광기(LI-SORS)를 이용하여 하기의 단계를 포함하는 비침습적으로 시료의 내부 성분을 분석하는 방법을 제공한다:
시료에 레이져 광원을 조사하여 라만 산란광을 유도하는 단계(단계 1);
상기 얻어진 라만 산란광을 검출하는 단계(단계 2); 및
상기 검출된 라만 산란광을 분리하는 단계(단계 3).
본 발명에 따른 분광기에서 고정된 시료에 이송 스테이지를 제어하여 조사위치를 제어함으로써 조사위치-검출위치 거리에 따른 다양한 라만 스펙트럼들이 얻어지고, 이 라만 스펙트럼들을 2DCOS 소프트웨어를 사용하여 분리/복원하여 시료 중 검출하고자 하는 내부 성분을 동정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기는 종래의 점-조사(point illumination) 방법을 개선한 라인-조사(line illumination) 방법을 사용함으로써, 동일한 광원 출력을 사용할 때 종래의 방법에 비하여 검출 부피가 커지므로 낮은 출력밀도를 유지할 수 있어 광-손상으로부터 시료를 보호할 수 있고, 광섬유를 사용하지 않고 검출기의 슬릿으로 라만 스펙트럼을 직접 검출하여 신호감도를 현저히 향상시킬 뿐만 아니라, 광 조사위치와 라만 산란광 검출위치 사이의 거리를 이송 스테이지를 사용하여 자유롭게 조절함으로써, 조사위치-검출위치 거리에 따른 다양한 데이터를 획득하여 종래에 공명 분광학 분야에서 사용하던 2D 상관분광 소프트웨어로 시료 각각의 성분에서 유도되는 라만 스펙트럼을 따로 분리/복원할 수 있으므로, 다층으로 이루어진 시료 중 미지의 내부 성분을 비침습적으로 안전하고 명확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<
실시예
1> 라인-조사 공간변위라만분광기(
linearly
-
illuminated
spatially-offset
Raman
spectroscopy
,
LI
-
SORS
)의 제작
도 1에 나타낸 바와 같이,
광원부의 레이져 광원(101)으로 785 nm 파장의 다이오드 레이져 시스템(제조사: PD-LD, 모델명: Raman boxx)을 사용하였고, 상기 레이져 광원에서 발생하는 광을 이송하는 광섬유(102)로 다중모드 광섬유를 사용하였으며, 상기 광섬유로부터 광을 수신하여 평행광으로 만드는 제1볼록렌즈(103)는 톨랩스(Thorlabs)사의 제품을 사용하였으며, 대역필터(104)로는 셈록(Semrock)사의 맥스라인(MaxLine)을 사용하였고, 상기 대역필터를 통과한 광을 수신하여 라인 형태로 포커싱하는 반원기둥렌즈(105)로는 CVI사의 제품을 사용하였다. 상기 제1볼록렌즈(103), 대역필터(104) 및 반원기둥렌즈(105)가 구비되고, 광원의 조사위치를 제어할 수 있는 이송 스테이지(106)(제조사: NAMIL optical components co.)는 동력설비를 갖춘 작동기(제조사: Thorlabs, 모델명: Z825B) 및 DC 서보-모터 콘트롤러(DC servo-motor controller)(제조사: Thorlabs, 모델명: TDC001)를 장착하였다.
다음으로, 시료부(200)는 시료를 크기 및 형태에 별다른 제약 없이 고정할 수 있도록 자체 제작하였다.
마지막으로, 검출부(300)의 제2볼록렌즈(301) 및 제3볼록렌즈(303)는 2 인치 평면볼록렌즈(제조사: CVI, f=75 mm)를 사용하였고, 장파장투과필터(302)로는 셈록(Semrock)사의 레이저엣지(RazorEdge)를 사용하였으며, 검출기(350)에는 제3볼록렌즈로부터 라만 산란광을 직접 수신하여 전파장을 투과시키는 다색화장치(polychromator)(제조사: Princeton Instrument, 모델명: SP2300i), 상기 다색화장치를 통과한 라만 산란광을 검출하는 이미징 센서로 CCD(charge coupled device)(제조사: Princeton Instrument, 모델명: PIXIS 400BR)를 사용하였다. 한편, 시료 중 여러 성분에서 유도되는 혼잡한 라만 산란광들을 독립적으로 분리해내기 위하여 2D 상관분광(two-dimensional correlation spectroscopy, 2DCOS) 소프트웨어(자체제작)가 연계된 컴퓨터를 상기 CCD에 연결하였다.
이때, 상기 이송 스테이지 제어 및 라만 산란광 스펙트럼의 습득은 랩뷰 소프트웨어(LabVIEW software)(제조사: National Instrument, 모델명: LabVIEW 2010)를 사용하여 동시에 조절할 수 있도록 제작하였다.
<
실험예
1>
이중층
샘플의 조사위치-검출위치 거리에 따른 라만 신호 분석
본 발명에 따른 라인-조사 공간변위라만분광기(linearly-illuminated spatially-offset Raman spectroscopy, 이하 "LI-SORS"라 칭함)를 이용하여 이중층으로 이루어진 샘플의 내층 및 외층의 성분 분석을 위하여 다음과 같이 실험하였다.
구체적으로, 시료부에 장착되는 시료로 폴리에틸렌(PE) 외부층 및 트랜스스틸벤(tSTB) 내부층으로 구성되는 시료를 장착하였다. 여기서, PE-tSTB 이중층 샘플의 두께를 정확히 설정하기 위해서, 2 mm 두께의 양극산화처리된 알루미늄 스페이서를 드릴로 뚫고 그 빈 구멍에 tSTB 분말(제조사: 시그마-알드리히)을 부은 다음, 상기 스페이서의 양면을 0.13-0.17 mm 두께의 얇은 커버 글래스(제조사: Fisher Scientific)로 막아 tSTB 스페이서를 준비하였다. 그리고, 3 mm 두께의 양극산화처리된 알루미늄 스페이서를 드릴로 뚫고 그 빈 구멍에 PE 분말(제조사: Alfa Aesar, 분말크기 400 ㎛ 이하)을 부은 것을 제외하고는 동일한 방법을 사용하여 PE 스페이서를 준비하였고, 상기에서 준비한 tSTB 스페이서 위에 PE 스페이서를 올려 내외부 층 두께가 정밀하게 제어된 PE-tSTB 이중층 시료를 준비하였다.
상기에서 준비한 시료를 실시예 1에서 제작한 LI-SORS 시료부에 장착하고, 샘플표면에서의 레이져 광원 출력이 300 mW가 되도록 설정한 다음, 1초간격으로 조사위치를 달리하며 조사하여 얻어지는 라만 산란광을 분석하였다. 도 2에 본 발명에 따른 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광 방법의 원리를 나타내었고, 도 3 및 도 4에 본 실험의 결과를 나타내었다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용한 비침습적 라만분광 방법의 원리를 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 PE(두께 3 mm)-tSTB(두께 2 mm) 이중층 시료에 광원을 조사하는 위치와 검출 위치 사이의 거리에 따라 얻어지는 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 PE-tSTB 이중층 시료에 광원을 조사하는 위치와 검출 위치 사이의 거리에 따라 얻어지는 스펙트럼에서 특징적으로 나타나는 4가지 피크의 강도 변화를 나타낸 그래프이다(PE의 특징적인 피크 α, α' 및 tSTB의 특징적인 피크를 β, β'는 도 3에 나타냄).
도 3에 나타난 바와 같이, 조사위치-검출위치 거리가 멀어질수록 내부층(tSTB)의 라만 신호가 더 크고, 조사위치-검출위치 거리가 가까울수록 외부층(PE)의 라만 신호가 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 아울러, 조사위치-검출위치가 일치할 경우에도 내부층 및 외부층의 라만 신호를 나타내는 것을 확인하였다.
도 4에 나타난 바와 같이, 깊이 정보 수집 단서를 제공하기 위하여, PE 및 tSTB의 몇몇 특정 피크를 실험적으로 선택하였고(PE의 특징적인 피크 α, α' 및 tSTB의 특징적인 피크를 β, β'는 도 3에 나타냄), 조사위치 및 검출위치 사이의 거리에 따른 신호 강도의 변화를 기록하였다. 그 결과, 조사위치-검출위치 거리가 증가함에 따라서 라만 강도가 서서히 감소하였는데, PE 외부층의 라만 강도가 먼저 더 빠르게 감소하는 반면에, tSTB 내부층의 라만 강도는 나중에 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 도 2에 나타낸 바와 같이 조사위치-검출위치 거리가 짧을 경우에 수집된 라만 신호의 대부분은 레이져 광원에 의해 여기된 라만신호이고, 조사위치-검출위치 거리가 멀 경우에 수집된 라만 신호의 대부분은 산란광에 의해 여기된 라만 신호이다. 결과적으로, 조사위치-검출위치 거리가 짧을 경우에 외부층의 라만 신호가 내부층의 라만 신호보다 더 많이 검출되고, 조사위치-검출위치 거리가 멀 경우에 내부층의 라만 신호가 외부층의 라만 신호보다 더 많이 검출된다.
상기 검출 결과를 이용하여 내부층 및 외부층의 성분을 확인할 수 있었다.
<
실험예
2> 복수의 라만 스펙트럼 분리
실험예 1에서 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼은 조사위치-검출위치 거리에 따라서 다양한 라만 신호 강도로 PE(외부층) 및 tSTB(내부층) 모두의 라만 신호를 포함하는 것을 확인하였다. 따라서, 내부층의 성분을 확인하기 위해서 내부층 및 외부층의 독립적인 스펙트럼을 복원 및 분리하는 것이 매우 중요하다.
본 실험예에서는 독립적인 스펙트럼을 얻기 위해서, LI-SORS 스펙트럼의 복수 피크 중에서 상호상관관계를 분석할 수 있는 수학적 장비로 2D 상관분광(two-dimensional correlation spectroscopy, 2DCOS) 소프트웨어를 적용하였다. 상기 2D 상관분광 소프트웨어로는 하기 수학식 1의 알고리즘 개념이 반영되어 있는 랩뷰 소프트웨어(LabVIEW software)(제조사: National Instrument, 모델명: LabVIEW 2010)를 사용하였다.
[수학식 1]
X(v1, v2) = <y(v1, t)·y(v2, t)> = Φ(v1, v2) + iψ(v1, v2)
상기 수학식 1에서,
X는 주파수에 따른 상관함수를 나타내고,
v1 및 v2는 두 주파수를 나타내고,
y는 라만 신호 크기를 나타내고,
t는 조사위치-검출위치 거리를 나타내고,
Φ는 동시적 상관 강도를 나타내고,
i는 허수를 나타내고,
ψ는 비동시적 상관 강도를 나타낸다.
상기 수학식 1의 개념은 문헌(Noda, I.; Ozaki, Y. Two - dimensional correlation spectroscopy : applications in vibrational and optical spectroscopy; John Wiley & Sons: Chichester, West Sussex, England ; Hoboken, NJ, 2004)에 잘 설명되어 있다.
다음으로, 앞선 실험예 1에서 상술한 바 있는 도 3의 다양한 LI-SORS 스펙트럼 피크 중에서 PE 외부층 및 tSTB 내부층 각각의 라만 특징에 해당하는 α피크와 β피크를 선택하였고, 신호 강도 차이가 감소하는 것을 명확하게 반영하기 위해서 조사위치-검출위치 거리 2-7 mm 사이에서 0.5 mm 간격의 LI-SORS 스펙트럼을 선별하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 얻은 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼으로부터의 비동시적 상관 스펙트럼을 나타내고, 이를 이용하여 시료 각 층의 스펙트럼을 분리 복원하여 나타낸 이미지이다((a)는 비동시적 상관 스펙트럼이고, (a)의 좌측과 아래에 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼을 나타내었고, 여기서 (a)의 아래에 위치하는 LI-SORS 스펙트럼에서 α 및 β피크는 각각 PE 외부층 및 tSTB 내부층의 특징적인 피크를 나타내며, (b)는 순수 PE의 라만 스펙트럼이고, (c)는 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 PE 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (d)는 PE-tSTB 이중층 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 tSTB 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (e)는 순수 tSTB의 라만 스펙트럼이다).
도 5에 나타난 바와 같이, 비동시적 상관 스펙트럼(a)에서 β피크를 따라 나타낸 수직축은 tSTB 내부층의 β피크와 다른 피크들 사이의 관계를 나타낸다. β피크에서 관찰된 상관 스펙트럼(c)는 (b)에 나타낸 순수한 PE 분말의 라만 스펙트럼과 비교하여 주로 PE 외부층의 라만 스펙트럼을 나타낸다. 2D 상관분광기 분석의 관점에서, tSTB 내부층으로부터의 모든 라만 피크는 β피크와 동시에 변하기 때문에 비동시적 스펙트럼에서 상관관계를 나타내지 않는다. 그러나, 조사위치-검출위치 거리 증가에 따른 PE 외부층의 라만 신호 강도의 감소는 내부층의 β피크보다 더 빠르기 때문에 비동기 스펙트럼으로 나타난다. 상관 스펙트럼에서 α피크의 경우에, (d)에 나타난 슬라이스 스펙트럼은 상기와 같은 이유로 (e)에 나타낸 tSTB 내부층의 라만 스펙트럼을 복원한다. 더욱 자세하게는, α피크에서 상관 스펙트럼의 음의 신호는 (d)의 스펙트럼에서 뒤집어진다.
따라서, 본 발명에 따른 LI-SORS는 미지의 내부 성분을 포함하는 시료에서 내부 성분의 라만 스펙트럼만을 독립적으로 분리 및 복원할 수 있다.
<
실험예
3> 병 내부에 있는 분말의
비침습적
라만 분석
라만 분광학의 중요한 응용법 중 하나는 비침습적으로 다양한 포장재 내부의 모르는 성분을 예측하는 것이다. 이에, 실시예 1에서 제작한 LI-SORS를 이용하여 포도당 분말(Glu)이 담겨진 탁한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 병을 이용하여 다음과 같이 실험하였다.
구체적으로, 실시예 1에서 제작한 LI-SORS와 실험예 2에서 사용한 2D 상관 분광 방법을 사용하여 조사위치-검출위치 거리가 3-7 mm인 스펙트럼을 2초 동안 선별하여 분석하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 이용하여 얻은 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼으로부터의 비동시적 상관 스펙트럼을 나타내고, 이를 이용하여 시료 각 층의 스펙트럼을 분리 복원하여 나타낸 이미지이다((a)는 비동시적 상관 스펙트럼이고, (a)의 좌측과 아래에 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼을 나타내었고, 여기서 (a)의 아래에 위치하는 LI-SORS 스펙트럼에서 γ 및 δ피크는 각각 HDPE병 및 Glu분말의 특징적인 피크를 나타내며, (b)는 비어있는 HDPE병의 라만 스펙트럼이고, (c)는 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 HDPE병의 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (d)는 HDPE병-Glu분말 시료의 LI-SORS 스펙트럼에서 상관 스펙트럼을 이용하여 Glu분말 라만 스펙트럼만을 분리하여 복원한 것이고, (e)는 순수 Glu분말의 라만 스펙트럼이다).
도 6에 나타난 바와 같이, 내부 Glu 분말의 δ피크에서 관찰된 상관 스펙트럼(c)는 (b)에 나타낸 순수한 HDPE병의 라만 스펙트럼과 비교하여 주로 HDPE병의 라만 스펙트럼을 나타낸다. 2D 상관분광기 분석의 관점에서, Glu분말로부터의 모든 라만 피크는 δ피크와 비동시적 스펙트럼에서 상관관계를 나타내지 않으며 동시에 변한다. 그러나, 조사위치-검출위치 거리 증가에 따른 HDPE병의 라만 신호 강도의 감소는 Glu분말의 δ피크보다 더 빠르다. 비동시적 상관 스펙트럼에서 γ피크의 경우에, (d)에 나타난 비동시적 스펙트럼은 상기와 같은 이유로 (e)에 나타낸 Glu분말의 원래 라만 스펙트럼을 복원한다. 더욱 자세하게는, γ피크에서 상관 스펙트럼의 음의 신호는 (d)의 스펙트럼에서 뒤집어진다.
따라서, 2D 상관분광 방법과 함께 작동하는 본 발명의 LI-SORS는 Glu분말에서 방출되는 라만 스펙트럼을 명확하게 복원할 수 있다. 상기 실험 결과로 본 발명에 따른 LI-SORS 장치는 포장재를 제거 또는 파손하지 않고도 내부에 존재하는 성분을 쉽게 동정할 수 있다.
<
실험예
4> 검출효율 평가
근래에 테러의 증가로 인하여 국가보안의 중요성이 부각되고 있다. 최근의 테러 방법 중에 하나로 편지봉투나 서류봉투 내부에 독성물질이나 생물학적 무기를 담아 송부하는 사례가 보고된바 있다. 이에, 실시예 1에서 제작한 LI-SORS, 종래의 라만 시스템(제조사: Bruker, 모델명: Senterra) 및 자체 제작한 점(point)-조사 라만 시스템을 이용하여 봉투 내에 담겨진 미지의 성분을 봉투를 뜯지 않고 동정하는 실험을 하였다.
구체적으로, 봉투를 밀봉하기 전에 농업용품점에서 구매할 수 있는 살충제(제조사: 동부한농, 성분: 베노밀(benomyl) 50 중량%, 계면활성제 50 중량%)를 밀봉하고, 상기 3종의 라만 시스템으로 분석하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LI-SORS를 포함하는 3종의 라만분광 장치를 이용하여 봉투에 담겨진 살충제를 각각 분석한 스펙트럼을 나타낸 것이다((a)는 빈 봉투의 라만 스펙트럼이고, (b)는 종래의 라만 시스템(제조사: Bruker, 모델명: Senterra)으로 획득한 라만 스펙트럼이고, (c)는 자체 제작한 점(point)-조사 라만 시스템으로 획득한 라만 스펙트럼이고, (d)는 실시예 1에서 제작한 LI-SORS로 획득한 라만 스펙트럼이고, (e)는 순수 베노밀의 라만 스펙트럼이다).
도 7에 나타난 바와 같이, 빈 봉투의 라만 스펙트럼(a)과 순수 베노밀의 라만 스펙트럼(e)을 근거로하여, 종래의 라만 시스템으로 획득한 라만 스펙트럼(b)에서는 봉투의 라만 신호만이 나타나고, 베노밀의 라만 신호는 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 자체 제작한 점-조사 라만 시스템으로 획득한 라만 스펙트럼에서는 약간의 베노밀 신호를 확인할 수 있었다. 반면에, 실시예 1에서 제작한 LI-SORS로 획득한 라만 스펙트럼에서는 베노밀의 신호를 선명하게 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 LI-SORS는 비침습적으로 시료 내부의 성분을 높은 검출 효율로 획득할 수 있다.
100: 광원부
101: 레이져 광원
102: 광섬유
103: 제1볼록렌즈
104: 대역필터
105: 반원기둥렌즈
106: 이송 스테이지
200: 시료부
300: 검출부
301: 제2볼록렌즈
302: 장파장투과필터
303: 제3볼록렌즈
350: 검출기
101: 레이져 광원
102: 광섬유
103: 제1볼록렌즈
104: 대역필터
105: 반원기둥렌즈
106: 이송 스테이지
200: 시료부
300: 검출부
301: 제2볼록렌즈
302: 장파장투과필터
303: 제3볼록렌즈
350: 검출기
Claims (10)
- 광원부; 시료부; 및 검출부로 이루어지면서,
상기 광원부는
레이져 광원;
상기 레이져 광원에서 발생하는 광을 이송하는 광섬유;
상기 광섬유를 통과한 광을 평행광으로 만드는 제1볼록렌즈, 상기 제1볼록렌즈를 통과한 평행광을 수신하는 대역필터, 및 상기 대역필터를 통과한 평행광을 수신하여 라인 형태로 촛점을 맞춰 시료에 조사하는 반원기둥렌즈가 구비되는 이송 스테이지;를 포함하여 광원을 라인-형태로 시료에 조사해 라만 산란광(Raman scattering)을 유도하는 것을 특징으로 하고,
상기 검출부는
시료로부터 얻어지는 레이져 광원 산란광 및 라만 산란광을 수집하는 제2볼록렌즈;
상기 라만 산란광만을 선택적으로 투과시키는 장파장투과필터;
상기 장파장투과필터를 통과한 라만 산란광을 검출기로 송신하는 제3볼록렌즈; 및
제3볼록렌즈로부터 라만 산란광을 수신하는 검출기;를 포함하여 시료로부터 얻어지는 라만 산란광을 직접 검출하는 것을 특징으로 하는,
비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기(linearly illuminated spatially offset Raman spectroscopy, LI-SORS).
- 제1항에 있어서,
상기 레이져 광원은 고체 레이져, 기체 레이져 또는 다이오드 레이져인 것을 특징으로 하는 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기.
- 제1항에 있어서,
상기 광섬유는 단일모드광섬유(single-mode optical fiber) 또는 다중모드광섬유(multi-mode optical fiber)인 것을 특징으로 하는 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기.
- 제1항에 있어서,
상기 제1볼록렌즈, 제2볼록렌즈 및 제3볼록렌즈는 그 형태가 서로 동일하거나 다르며, 각각 평면볼록렌즈, 양면볼록렌즈 또는 비구면볼록렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기.
- 제1항에 있어서,
상기 이송 스테이지는 시료에 도달하는 라인 형태의 광의 조사위치를 자동 또는 수동으로 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기.
- 제1항에 있어서,
상기 검출기는
제3볼록렌즈로부터 라만 산란광을 수신부로 직접 수신하여 전파장을 투과시키는 다색화장치; 및
상기 다색화장치를 통과한 라만 산란광을 검출하는 이미징 센서(imaging sensor);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기.
- 제6항에 있어서,
상기 다색화장치의 라만 산란광 수신부는 슬릿(slit) 형태인 것을 특징으로 하는 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기.
- 제6항에 있어서,
상기 검출기는 시료 중 여러 성분에서 유도되는 혼잡한 라만 산란광들을 독립적으로 분리해내기 위한 2D 상관분광(two-dimensional correlation spectroscopy, 2DCOS) 소프트웨어가 연계되어 있는 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기.
- 제6항에 있어서,
상기 이미징 센서는 CCD(charge coupled device), CMOS 또는 MMOS인 것을 특징으로 하는 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기.
- 시료에 레이져 광원을 조사하여 라만 산란광을 유도하는 단계(단계 1);
상기 얻어진 라만 산란광을 검출하는 단계(단계 2); 및
상기 검출된 라만 산란광을 분리하는 단계(단계 3);
를 포함하는 제1항의 분광기를 이용하여 비침습적으로 시료의 내부 성분을 분석하는 방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020120035480A KR101350402B1 (ko) | 2012-04-05 | 2012-04-05 | 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기 |
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| KR1020120035480A KR101350402B1 (ko) | 2012-04-05 | 2012-04-05 | 비침습적 라인-조사 공간변위라만분광기 |
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| KR20130113136A KR20130113136A (ko) | 2013-10-15 |
| KR101350402B1 true KR101350402B1 (ko) | 2014-01-13 |
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