KR20100118426A - Apparatus of spectrum analyzing by using laser and method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저를 이용한 분광 장치 및 레이저를 이용한 분광 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용한 플라스마 분광 장치 및 레이저를 이용한 플라스마 분광 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a spectroscopic apparatus using a laser and a spectroscopic method using a laser, and more particularly, to a plasma spectroscopic apparatus using a laser and a plasma spectroscopic method using a laser.
레이저를 이용한 플라스마(Plasma) 분광 방법(레이저 유도 플라스마 분광 방법)은 시료를 구성하는 원소의 종류와 농도를 측정하는 분석 방법이다.Plasma spectroscopy (laser-induced plasma spectroscopy) using a laser is an analytical method for measuring the type and concentration of elements constituting a sample.
레이저 유도 플라스마 분광 방법은 일반적으로 109 - 1011 W/cm2의 에너지를 시료에 집속시켜 시료를 구성하는 물질을 어블레이션(ablation)시키고 동시에 플라스마를 발생시킨다. 발생된 플라스마는 주로 운동에너지가 매우 높은 원자, 이온 및 전자들로 구성된다. 플라스마를 구성하는 원자, 이온 및 전자의 상호 충돌을 통해서 입자들이 여기(Excited) 되고, 여기 된 입자는 특정 파장에서 빛을 방출하므로, 분광을 통해서 시료를 구성하는 원소들을 정성 및 정량 분석할 수 있다.Laser-induced plasma spectroscopy generally focuses the energy of 10 9-10 11 W / cm 2 onto the sample to ablate the material constituting the sample and simultaneously generate plasma. The generated plasma is mainly composed of atoms, ions and electrons with very high kinetic energy. Particles are excited by the collision of atoms, ions, and electrons that make up the plasma, and the excited particles emit light at specific wavelengths. .
플라스마의 수명은 초기 에너지에 따라 달라지는데, 일반적으로 10ns의 펄스 레이저를 사용하는 경우 수 내지 수십μs 정도이다. 레이저 유도 플라스마 분광 방법에서 신호 세기는 시료에서 어블레이션된 물질의 양, 이온 또는 원자 전이선의 발광 수명, 플라스마 온도, 압력, 플라스마 또는 전자 밀도에 의해서 결정된다. 이와 같은 인자들은 플라스마가 발생하는 분위기에 따라 다양한 방식으로 영향을 받는다.The lifetime of the plasma depends on the initial energy, typically from several tens to several tens of microns using a 10 ns pulsed laser. In laser induced plasma spectroscopy, signal strength is determined by the amount of ablated material in the sample, the emission lifetime of the ion or atomic transition line, plasma temperature, pressure, plasma or electron density. These factors are influenced in various ways, depending on the atmosphere in which the plasma is generated.
일반적으로 압력이 낮을수록 플라스마에 의한 레이저 흡수 효과(plasma shielding effect)가 감소하므로 저압 분위기에서 분석을 수행할 경우 실제로 시료 표면에 더 큰 레이저 에너지가 도달하게 되므로 시료에서 어블레이션되는 물질의 양, 플라스마 온도, 전자 밀도가 증가하는 효과가 있다. 그러나 압력이 더 감소하면 플라스마 팽창속도가 빨라져서 수광 렌즈 광학계의 초점 부피로 제한된 측정영역에서 플라스마 밀도가 감소하여 신호가 작게 측정되는 단점이 발생할 수 있다.In general, the lower the pressure, the lower the plasma shielding effect of the plasma, and therefore the greater the laser energy actually reaches the surface of the sample when the analysis is performed in a low pressure atmosphere, the amount of material ablation in the sample. Temperature and electron density are increased. However, if the pressure is further reduced, the plasma expansion speed is increased, which may cause a disadvantage that the signal is small because the plasma density decreases in the measurement region limited to the focal volume of the light receiving lens optical system.
종래의 레이저 유도 플라스마 분광법(LIBS: Laser Induced Breakdown Spectroscopy)을 이용한 원소 분석 기술은 시료의 전처리 과정이 거의 필요 없고, 고체, 액체 및 기체 등 시료의 상태에 제한을 받지 않고, 주기율표상의 거의 모든 원소들에 대해서 실시간 분석이 가능하다는 장점이 있으나, 분석 감도가 수 ppm 수준으로 매우 낮은 단점이 있었다.Elemental analysis techniques using conventional Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) require little sample pretreatment, are not limited to the state of the sample such as solids, liquids, and gases, and almost all elements on the periodic table. Although there is an advantage in that real-time analysis is possible, the sensitivity of the analysis is very low as several ppm level.
또한, 분광 신호 증대 효과를 주는 분위기 가스를 챔버(Chamber)에 채우고 챔버 내에 시료를 마운트 하여 분석을 수행하면 보다 향상된 신호 증대 효과를 얻을 수는 있으나, 이는 분위기가 조성된 챔버 내에서 분석을 수행하는 경우로 제한되므로, 레이저 유도 플라스마 분광 방법의 최대 장점이었던 현장의 대기 중에서 시료의 전처리 과정 없이 실시간 분석을 할 수 없게 한다. 더불어 챔버를 이용하기 때문에 추가적인 과정과 장치가 필요한 단점이 있다.In addition, if the analysis is performed by filling the chamber with an atmosphere gas that gives a spectral signal enhancement effect and mounting a sample in the chamber, the signal enhancement effect can be improved. In this case, it is not possible to perform real-time analysis without sample pretreatment in the field atmosphere, which was the greatest advantage of laser-induced plasma spectroscopy. In addition, the use of the chamber has the disadvantage that additional processes and devices are required.
본 발명의 목적은 레이저를 이용한 분광 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a spectrometer using a laser.
본 발명의 다른 목적은 레이저를 이용한 분광 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a spectroscopic method using a laser.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 장치는 레이저를 이용한 분광 장치에 있어서, 상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하기 위한 레이저부; 상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스(Gas)를 제공하는 가스펄스를 분사하기 위한 가스펄스부; 상기 시료에서 상기 레이저에 의하여 발생된 플라스마의 발광을 검출하기 위한 검출부; 및 상기 레이저부 및 상기 가스펄스부를 제어하기 위한 제어신호를 제공하는 제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.In accordance with one aspect of the present invention, there is provided a spectrometer comprising: a laser unit for emitting the laser and focusing on a sample; A gas pulse unit for injecting a gas pulse for providing an atmosphere gas (Gas) for a predetermined time period around the sample; A detector for detecting light emission of the plasma generated by the laser in the sample; And a control unit for providing a control signal for controlling the laser unit and the gas pulse unit.
여기에서, 상기 레이저부는 상기 레이저를 방출하기 위한 레이저 방출기; 및 상기 방출된 레이저를 상기 시료에 집속하기 위한 광학기;를 포함하여 구성될 수 있다.Here, the laser unit comprises a laser emitter for emitting the laser; And optics for focusing the emitted laser on the sample.
여기에서, 상기 레이저 방출기는 네오디뮴(Nd, Neodymium) 야그 레이저(YAG Laser)를 이용하는 것일 수 있다.Here, the laser emitter may be to use neodymium (YAD laser) Yag laser (Nd, Neodymium).
여기에서, 상기 가스는 상기 시료와의 반응성이 낮은 불활성 가스인 것일 수 있다.Here, the gas may be an inert gas having low reactivity with the sample.
여기에서, 상기 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나인 것일 수 있다.Here, the gas may be at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), and krypton (Kr).
여기에서, 상기 가스펄스부는 상기 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 변화시킬 수 있는 것일 수 있다.Here, the gas pulse unit may be to change the vertical distance from the surface of the sample to the center of the injected gas pulse.
여기에서, 상기 가스가 공기보다 높은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 증가시키는 것일 수 있다.Here, when the gas has a threshold energy to become a plasma higher than air may be to increase the vertical distance from the sample surface to the center of the injected gas pulse.
여기에서, 상기 가스가 공기보다 낮은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 감소시키는 것일 수 있다.Here, when the gas has a threshold energy to become a plasma lower than the air may be to reduce the vertical distance from the sample surface to the center of the injected gas pulse.
여기에서, 상기 검출부는 상기 플라스마의 발광을 포집하기 위한 포집기; 및 상기 포집된 플라스마의 발광을 분석하기 위한 분석기;를 포함하여 구성될 수 있다.Here, the detection unit is a collector for collecting the light emission of the plasma; And an analyzer for analyzing the emission of the collected plasma.
여기에서, 상기 제어부는 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 내에 상기 레이저부에서 레이저가 방출되도록 제어신호를 제공하는 것일 수 있다.Here, the control unit may be to provide a control signal so that the laser is emitted from the laser unit within a predetermined time interval in which the gas pulse is injected.
여기에서, 상기 제어부는 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 중에서 상기 가스펄스가 안정하게 분사되는 시간구간 내에 상기 레이저부에서 레이저가 방출되도록 제어신호를 제공하는 것일 수 있다.Here, the control unit may be to provide a control signal such that the laser is emitted from the laser unit within a time interval during which the gas pulse is stably injected in a predetermined time interval during the gas pulse is injected.
여기에서, 상기 제어부는 상기 검출부를 제어하기 위한 제어신호를 더 제공 하는 것일 수 있다.Herein, the control unit may further provide a control signal for controlling the detection unit.
여기에서, 상기 제어부는 상기 레이저부의 레이저 방출에 의해 상기 시료에서 플라스마가 발생되는 시간구간을 포함하는 시간구간 동안 상기 검출부가 상기 플라스마 발광을 검출하도록 제어신호를 제공하는 것일 수 있다.Here, the control unit may be to provide a control signal to the detection unit to detect the plasma emission for a time interval including a time interval for generating a plasma in the sample by the laser emission of the laser unit.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 방법은 레이저를 이용한 분광 방법에 있어서, 상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스를 제공하는 가스펄스를 분사하는 단계; 상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하는 단계; 및 상기 시료에서 상기 레이저에 의하여 발생된 플라스마의 발광을 검출하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a spectroscopic method using a laser, the method comprising: spraying a gas pulse providing an atmospheric gas around a sample for a predetermined time period; Emitting the laser and focusing on a sample; And detecting light emission of the plasma generated by the laser in the sample.
여기에서, 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 내에 상기 레이저가 방출되는 것일 수 있다.Here, the laser may be emitted within a predetermined time interval in which the gas pulse is injected.
여기에서, 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 중에서 상기 가스펄스가 안정하게 분사되는 시간구간 내에 상기 레이저가 방출되는 것일 수 있다.Here, the laser may be emitted within a time interval in which the gas pulse is stably sprayed in a predetermined time interval in which the gas pulse is injected.
여기에서, 상기 레이저 방출에 의해 상기 시료에서 플라스마가 발생되는 시간구간을 포함하는 시간구간 동안 상기 플라스마의 발광을 검출하는 것일 수 있다.Here, the emission of the plasma may be detected during a time period including a time period in which the plasma is generated in the sample by the laser emission.
여기에서, 상기 가스는 시료와의 반응성이 낮은 불활성 가스인 것일 수 있다.Here, the gas may be an inert gas having low reactivity with a sample.
여기에서, 상기 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나인 것일 수 있다.Here, the gas may be at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), and krypton (Kr).
여기에서, 상기 가스펄스를 분사하는 단계에서 상기 시료의 표면으로부터 상 기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 변화시킬 수 있는 것일 수 있다.Here, the step of injecting the gas pulse may be to change the vertical distance from the surface of the sample to the center of the gas pulse is injected.
여기에서, 상기 가스가 공기보다 높은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 증가시키는 것일 수 있다.Here, when the gas has a threshold energy to become a plasma higher than air may be to increase the vertical distance from the sample surface to the center of the injected gas pulse.
여기에서, 상기 가스가 공기보다 낮은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 감소시키는 것일 수 있다.Here, when the gas has a threshold energy to become a plasma lower than the air may be to reduce the vertical distance from the sample surface to the center of the injected gas pulse.
여기에서, 상기 레이저는 네오디뮴(Nd, Neodymium) 야그 레이저(YAG Laser)인 것일 수 있다.Here, the laser may be a neodymium (Nd, Neodymium) Yag laser (YAG Laser).
본 발명에 따른 레이저를 이용한 분광 장치 및 레이저를 이용한 분광 방법에 따르면, 플라스마 분광 신호를 증대시킬 수 있고, 분광 신호 증대에 따른 분석 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 비교적 간편하게 분광 장치를 구현할 수 있으며, 현장에서 실시간으로 시료를 분석할 수 있는 분광 장치를 구현할 수 있다.According to the spectroscopy apparatus using the laser and the spectroscopy method using the laser according to the present invention, it is possible to increase the plasma spectral signal and to improve the analysis performance due to the spectral signal increase. In particular, it is possible to implement a spectroscopic device relatively easily, and to implement a spectroscopic device that can analyze a sample in real time in the field.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. In the following description of the present invention, the same reference numerals are used for the same elements in the drawings and redundant descriptions of the same elements will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 분광 장치를 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a spectrometer using a laser according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 분광 장치는 레이저를 이용한 분광 장치에 있어서, 상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하기 위한 레이저부; 상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스를 제공하는 가스펄스를 분사하기 위한 가스펄스부; 상기 시료에서 상기 레이저에 의하여 발생된 플라스마의 발광을 검출하기 위한 검출부; 및 상기 레이저부 및 상기 가스펄스부를 제어하기 위한 제어신호를 제공하는 제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.1, a spectrometer using a laser according to an embodiment of the present invention, a spectrometer using a laser, comprising: a laser unit for emitting the laser and focus on a sample; A gas pulse unit for injecting a gas pulse providing an atmosphere gas for a predetermined time period around the sample; A detector for detecting light emission of the plasma generated by the laser in the sample; And a control unit for providing a control signal for controlling the laser unit and the gas pulse unit.
먼저, 상기 레이저부(110)는 상기 레이저를 방출하기 위한 레이저 방출 기(111); 및 상기 방출된 레이저를 상기 시료에 집속하기 위한 광학기(112);를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 레이저부(110)는 상기 시료에 도달하여 시료를 어블레이션(ablation)시키면서 동시에 플라스마를 발생시키기 위한 레이저를 방출 및 집속하는 역할을 할 수 있다.First, the
상기 레이저 방출기(111)는 네오디뮴(Nd, Neodymium) 야그 레이저(YAG Laser)를 이용하는 것일 수 있으며, 일반적으로, 야그 레이저는 야그(YAG)결정을 사용한 레이저로서, 고체 레이저 중에서 가장 널리 보급되어 있는 것이다. 레이저의 파장은 1064 nm를 기본으로 하여 조화파(harmonic wave)를 사용할 수 있다. 또한, 광섬유 전송에 적합한 특징을 가지며, 미세 가공 등의 다양한 방면에 사용되고 있다.The
상기 광학기(112)는 레이저 방출기(111)에서 방출된 레이저를 시료에 집속하기 위한 역할을 할 수 있으며, 일반적으로 렌즈 및 거울 등으로 구성된다. 레이저의 진행 방향을 바꾸기 위하여 거울이 사용될 수 있으며, 시료의 근처에서 레이저를 집속하기 위한 용도로 렌즈가 사용될 수 있다. 집속을 통하여 시료에서 빛에너지를 집중시켜 시료에서 플라스마를 발생시킬 수 있을 것이다.The
다음으로, 상기 가스펄스부(120)는 분위기 가스를 정해진 시간구간 동안 펄스의 형태로 분사하는 것으로서, 시료를 챔버에서 분광시키는 것과 유사한 효과를 내기 위한 것일 수 있다. 상기 가스펄스부(120)에서 분사되는 가스펄스에서의 가스는 상기 시료와의 반응성이 낮은 불활성 가스일 수 있다. 상기 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 시료와의 반 응성이 낮은 불활성 가스들은 원자량이 작을수록 플라스마가 되기 위한 문턱에너지가 공기보다 높고, 원자량이 클수록 상기 문턱에너지가 공기보다 낮은 특징이 있다.Next, the
상기 가스펄스부(120)는 상기 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 변화시킬 수 있는 것일 수 있다. 상기 가스가 공기보다 높은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 증가시키는 것일 수 있다. 이 경우에 레이저에 의한 공기 플라스마의 발생을 억제할 수 있고, 시료 표면에 도달되는 레이저 에너지를 증대할 수 있으며, 결과적으로, 시료에서 발생되는 플라스마를 증대하여 발광 신호의 세기가 증대될 수 있을 것이다.The
상기 가스가 공기보다 낮은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 감소시키는 것일 수 있다. 이 경우에 시료 주위를 공기보다 문턱 에너지가 낮은 분위기 가스가 위치하게 되어, 시료에서 발생된 플라스마의 수명, 전자밀도를 공기 중에서 보다 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 발광 신호의 세기가 증대될 수 있다.When the gas has a threshold energy to become a plasma lower than air may be to reduce the vertical distance from the sample surface to the center of the injected gas pulse. In this case, an atmosphere gas having a lower threshold energy than air is positioned around the sample, so that the lifetime and electron density of the plasma generated in the sample can be increased in the air, thereby increasing the intensity of the light emission signal.
위와 같은 상기 가스펄스부(120)의 동작을 통하여 레이저를 이용한 분광 장치에서 레이저에 의하여 상기 시료에서 발생되는 플라스마와 상기 가스펄스의 겹침을 공간적으로 제어할 수 있고, 이에 따라 보다 효율적인 분광 효과를 얻을 수 있을 것이다.Through the operation of the
다음으로, 상기 검출부(130)는 상기 플라스마의 발광을 포집하기 위한 포집 기(131); 및 상기 포집된 플라스마의 발광을 분석하기 위한 분석기(132);를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 검출부(130)는 시료에서 발생된 플라스마의 원소가 여기상태에서 바닥상태로 전이하면서 발생시키는 발광을 수집하여 분석하기 위한 것일 수 있다. 분석을 근거로 시료의 원소 구성에 대한 정성적 및 정량적 특성을 알 수 있을 것이다.Next, the
다음으로, 상기 제어부(140)는 상기 레이저부(110) 및 상기 가스펄스부(120)를 제어하기 위한 제어신호를 제공하는 것으로서, 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 내에 상기 레이저부(110)에서 레이저가 방출되도록 제어신호를 제공하는 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 레이저부(110)에서 방출된 레이저가 가스펄스의 분위기 내에서 시료에 도달할 수 있게 될 것이다. 특히 분사되는 가스펄스가 안정한 분포를 유지하는 시간구간에 레이저가 방출되어야 보다 높은 효율을 얻을 수 있을 것이다.Next, the
예를 들면, 상기 가스펄스부(120)에서의 가스펄스 분사가 5ms 동안 지속되며, 이 중에서 안정한 가스펄스가 분사되는 구간이 초기와 종기의 구간을 제외한 2ms 내지 4ms 구간이라면, 상기 레이저부(110)에서 레이저를 방출하는 것을 상기 시간구간(2ms 내지 4ms)에 포함되어야 효율적인 레이저에 대한 분위기가 조성될 수 있을 것이다. 더불어, 레이저의 방출 시간이 10ns인 경우에 상기 레이저에 의하여 시료에서 플라스마가 발생되며, 발생된 플라스마의 수명은 수 내지 수십μs일 것이므로, 발생된 플라스마가 발광하는 시간도 모두 가스펄스가 안정하게 분사되는 시간구간에 포함될 수 있을 것이다.For example, if the gas pulse injection from the
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저를 이용한 분광 장치를 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a spectrometer using a laser according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저를 이용한 분광 장치는 레이저를 이용한 분광 장치에 있어서, 상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하기 위한 레이저부; 상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스를 제공하는 가스펄스를 분사하기 위한 가스펄스부; 상기 시료에서 상기 레이저에 의하여 발생된 플라스마의 발광을 검출하기 위한 검출부; 및 상기 레이저부 및 상기 가스펄스부를 제어하기 위한 제어신호를 제공하는 제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.2, a spectrometer using a laser according to another embodiment of the present invention, a spectrometer using a laser, comprising: a laser unit for emitting the laser and focus on a sample; A gas pulse unit for injecting a gas pulse providing an atmosphere gas for a predetermined time period around the sample; A detector for detecting light emission of the plasma generated by the laser in the sample; And a control unit for providing a control signal for controlling the laser unit and the gas pulse unit.
상기 레이저부(210), 가스펄스부(220), 검출부(230) 및 제어부(240)에 대해서는 상술한 바와 같으므로 생략한다. 다만 여기에서, 상기 제어부(240)는 상기 검출부(230)를 제어하기 위한 제어신호를 더 제공하는 것일 수 있다. 따라서 상기 제어부(240)는 상기 레이저부(210)의 레이저 방출에 의해 상기 시료에서 플라스마가 발생되는 시간구간에 상기 검출부(230)가 상기 플라스마 발광을 검출하도록 제어신호를 제공하는 것일 수 있다. 이는 시료에 집속된 레이저에 의하여 시료에서 플라스마가 발생되고, 발생된 플라스마에서 발광이 지속되는 시간구간 동안에 검출을 하여야 보다 효율적으로 발광을 수집할 수 있기 때문이다.The
예를 들면, 상기 가스펄스부(220)에서의 가스펄스 분사가 5ms 동안 지속되며, 이 중에서 안정한 가스펄스가 분사되는 구간이 초기와 종기의 구간을 제외한 2ms 내지 4ms 구간이라면, 상기 레이저부(210)에서 레이저를 방출하는 것을 상기 시간구간(2ms 내지 4ms)에 포함되어야 효율적인 레이저에 대한 분위기가 조성될 수 있을 것이다. 또한, 레이저의 방출 시간이 10ns인 경우에 상기 레이저에 의하여 시료에서 플라스마가 발생되며, 발생된 플라스마의 수명은 수 내지 수십μs일 것이므로, 레이저가 방출된 후 0 내지 1μs 후에 상기 검출부(230)가 작동되고, 수 내지 수십μs 동안 지속되어 플라스마 발광을 포집할 수 있을 것이다. 더불어 포집된 발광을 통하여 시료의 원소에 대한 분석을 할 수 있을 것이다.For example, if the gas pulse injection from the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사된 가스펄스의 펄스 파형을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the pulse waveform of the injected gas pulse according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분사된 가스펄스의 펄스 파형은 초기 1ms 까지는 펄스의 분사 시작에서 기인한 이유로 불안정한 상태의 가스펄스를 분사할 수 있고, 유사한 이유에 기인하여 가스펄스의 종료 전 1ms 동안에도 불안정한 상태의 가스펄스가 분사될 수 있다. 따라서 가스펄스는 1ms 내지 3ms 동안에만 안정한 상태의 가스펄스의 분사가 있을 것이다. 여기에서는 아르곤(Ar) 가스를 사용하였으나, 다른 불활성 기체인 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나도 상기와 같이 가스펄스 형태로 분사가 가능할 것이다.Referring to Figure 3, the pulse waveform of the injected gas pulse according to an embodiment of the present invention can inject a gas pulse in an unstable state for the reason due to the start of the injection of the pulse up to the initial 1ms, the gas for a similar reason An unstable gas pulse may be injected even for 1 ms before the end of the pulse. Therefore, the gas pulse will have a stable injection of the gas pulse only for 1ms to 3ms. Here, argon (Ar) gas was used, but at least one of other inert gases, helium (He), neon (Ne), argon (Ar), and krypton (Kr), may be injected in the form of a gas pulse as described above.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 사용하여 알루미늄 시료에 대해 측정한 플라스마 발광 스펙트럼의 그래프이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 사용하여 종이 시료에 대해 측정한 플라스마 발광 스펙트럼의 그 래프이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 사용하여 스틸(STS304) 시료에 대해 측정한 플라스마 발광 스펙트럼의 그래프이다.4 is a graph of plasma emission spectra measured on an aluminum sample using a gas pulse according to an embodiment of the present invention. 5 is a graph of plasma emission spectra measured on a paper sample using a gas pulse according to an embodiment of the present invention. 6 is a graph of plasma emission spectra measured for steel (STS304) samples using gas pulses according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 알루미늄 시료에 대하여 플라스마의 발광에 따른 알루미늄 원소의 전이선을 측정한 것이다. 가스펄스의 가스로 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr)을 사용하였을 때는 가스펄스를 시료에 근접하게 분사하여 측정한 것으로써, 공기 중에서 플라스마의 발광을 측정하여 알루미늄 원소의 전이선을 그래프로 표시한 경우에 비하여 훨씬 높은 값을 가지면서 알루미늄 원소의 전이선이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 가스펄스로 헬륨(He)을 사용하였을 때는 가스펄스를 시료에서 일정한 거리(수 mm)를 유지하여 분사하여 측정한 것으로써, 역시 공기 중에서 플라스마의 발광을 측정하여 알루미늄 원소의 전이선을 그래프로 표시한 경우에 비하여 훨씬 높은 값을 가지면서 알루미늄 원소의 전이선이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, a transition line of an aluminum element according to light emission of plasma is measured for an aluminum sample. When argon (Ar) and krypton (Kr) were used as gas of gas pulses, gas pulses were measured by injecting them close to the sample, and plasma emission in air was measured to display transition lines of aluminum elements in a graph. It can be seen that the transition line of the aluminum element is formed while having a much higher value than the case. When helium (He) was used as the gas pulse, the gas pulse was measured by spraying the sample at a constant distance (a few mm) from the sample. Also, the emission line of the aluminum element was measured by graphing the emission of plasma in the air. It can be seen that the transition line of the aluminum element is formed with a much higher value than in one case.
즉, 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 가스펄스는 시료 표면에 근접하여 분사되도록 하여 공기보다 낮은 플라스마 문턱 에너지를 가지는 분위기 가스를 시료 주위에 조성함으로써, 시료에서 발생된 플라스마의 수명 및 전자밀도를 공기 중에서 보다 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 발광 신호 증대 효과를 얻을 수 있는 것이며, 반면에, 헬륨(He) 가스펄스는 시료 표면에서 일정한 거리(수 mm)를 유지하는 경우에 시료 표면에 도달하는 레이저 에너지가 극대화되므로, 시료에서 발생되는 플라스마를 증대하여 발광 신호 증대 효과를 얻을 수 있는 것이다. 결국 당업자는 가스펄스의 가스로 불활성기체 계열의 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나를 사용하고, 분위기 가스의 종류에 따라 시료 표면으로부터 가스펄스의 중 심까지의 거리를 제어하면 발광 신호의 증대 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다.That is, argon (Ar) and krypton (Kr) gas pulses are injected close to the surface of the sample to form an atmosphere gas having a plasma threshold energy lower than that of air around the sample, thereby improving the lifetime and electron density of the plasma generated from the sample. It is possible to increase in the air, thereby increasing the emission signal, whereas helium (He) gas pulse is a laser that reaches the surface of the sample when maintaining a certain distance (a few mm) from the surface of the sample Since the energy is maximized, it is possible to increase the plasma generated from the sample to obtain the effect of increasing the emission signal. As a result, those skilled in the art use at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), and krypton (Kr) of an inert gas series as gas of the gas pulse, and according to the type of the atmosphere gas, It will be appreciated that controlling the distance to the center can obtain the effect of increasing the light emission signal.
도 5를 참조하면, 종이 시료에 함유된 칼슘(Ca)이온을 검출하기 위한 것으로서, 칼슘이온의 전이선은 공기 중에서 측정한 경우에 비하여, 가스펄스를 사용한 경우에 약 3배에 이르는 높은 측정값을 형성하고 있음을 알 수 있다. 역시 가스펄스의 가스로 아르곤(Ar)을 사용하였지만, 상술한 바와 같이 당업자는 불활성기체 계열의 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나를 사용하면서 시료 표면으로부터 가스펄스의 중심까지의 거리를 제어하면 유사한 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다.Referring to FIG. 5, the calcium ions contained in the paper sample are used to detect calcium ions, and the transition lines of the calcium ions are about three times higher when the gas pulses are used than when measured in air. It can be seen that it forms. Also, argon (Ar) was used as the gas of the gas pulse, but as described above, those skilled in the art used the sample while using at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), and krypton (Kr). It will be appreciated that a similar effect can be obtained by controlling the distance from the surface to the center of the gas pulse.
도 6을 참조하면, 스틸(STS304) 시료에 대해 측정한 플라스마 발광 스펙트럼의 그래프로서, 아르곤(Ar) 가스를 가스펄스로 사용한 경우에 약 2.5배에 이르는 보다 높은 측정값을 가짐을 알 수 있고, 역시 당업자는 불활성기체 계열의 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나를 사용하면서 시료 표면으로부터 가스펄스의 중심까지의 거리를 제어하면 유사한 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다.Referring to FIG. 6, as a graph of the plasma emission spectrum measured for the steel (STS304) sample, it can be seen that the argon (Ar) gas has a higher measured value of about 2.5 times when the gas pulse is used. A person skilled in the art can also achieve a similar effect by controlling the distance from the sample surface to the center of the gas pulse using at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar) and krypton (Kr). You will see that.
결국, 도 4 내지 도 6의 결과는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 사용하였을 때, 다양한 재질의 시료의 분석에 적용이 가능함을 보여준다.As a result, the results of FIGS. 4 to 6 show that the gas pulse according to an embodiment of the present invention can be applied to analysis of samples of various materials.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 사용하였을 경우의 수소 알파선의 선폭 및 연속 배경 복사를 설명하기 위한 그래프이다.7 is a graph for explaining the line width and continuous background radiation of hydrogen alpha rays when using gas pulses according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스로 헬륨(He)을 사용하였을 경우의 수소 알파선의 선폭은 공기 중에서 측정하였던 경우에 2.281nm임에 비하여 헬륨(He) 가스펄스를 사용하면서 측정하였을 경우에는 1.724nm임을 알 수 있다. 즉, 수소 알파선의 선폭이 감소하는 것을 알 수 있다. 플라스마의 전자 밀도가 높은 경우 분광 신호의 스펙트럼 선폭은 넓어지고 세기는 감소하는 것이 일반적인 원리이므로, 전자 밀도에 민감한 원소의 전이선을 이용하여 분석을 수행하는 특수한 경우에는 플라스마 주위에 형성될 분위기 가스로 공기보다 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지가 높은 헬륨(He)과 같은 가스를 사용하는 것이 유리할 것이다.Referring to FIG. 7, when the helium (He) is used as the gas pulse according to the exemplary embodiment of the present invention, the line width of the hydrogen alpha ray is 2.281 nm when measured in air, whereas the helium (He) gas pulse is used. When measured while it can be seen that 1.724nm. That is, it can be seen that the line width of the hydrogen alpha ray decreases. If the electron density of the plasma is high, the spectral line width of the spectral signal becomes wider and the intensity decreases. Therefore, in a special case of performing an analysis using transition lines of elements sensitive to electron density, as an atmospheric gas to be formed around the plasma, It would be advantageous to use a gas such as helium (He), which has a higher threshold energy than to plasma.
또한, 수소 알파선의 연속 배경 복사는 공기 중에서 측정한 값과 헬륨(He) 가스펄스를 사용하면서 측정한 값을 그래프 상에서 비교해 보면 약 1/2로 감소하고 있음을 알 수 있다. 연속 배경 복사 역시 플라스마의 발광을 이용한 원소의 검출을 방해하는 요인임을 감안하면, 선폭과 연속 배경 복사를 감소시키는 가스펄스를 이용하면, 전자 밀도에 민감한 원소분석의 경우에 보다 효과적인 분석이 가능함을 알 수 있을 것이다.In addition, it can be seen that the continuous background radiation of the hydrogen alpha ray is reduced by about 1/2 when comparing the value measured in the air with the helium (He) gas pulse on the graph. Considering that continuous background radiation also hinders the detection of elements using plasma emission, gas pulses that reduce line width and continuous background radiation can be used for more efficient analysis of electron density sensitive elements. Could be.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 분광 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a spectroscopic method using a laser according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 분광 방법은 레이저를 이용한 분광 방법에 있어서, 상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스를 제공하는 가스펄스를 분사하는 단계; 상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하는 단계; 및 상기 시료에서 상기 레이저에 의하여 발생된 플라스마의 발광을 검출하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 8, a spectroscopic method using a laser according to an embodiment of the present invention may include: injecting a gas pulse providing an atmosphere gas around a sample for a predetermined time period; Emitting the laser and focusing on a sample; And detecting light emission of the plasma generated by the laser in the sample.
먼저, 상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스를 제공하는 가스펄스를 분사하는 단계(S810)에서 상기 가스는 시료와의 반응성이 낮은 불활성 가스일 수 있으며, 상기 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나일 수 있다.First, the gas may be an inert gas having low reactivity with the sample in the step (S810) of injecting a gas pulse providing an atmosphere gas around the sample for a predetermined time period, the gas is helium (He), neon ( Ne), argon (Ar) and krypton (Kr).
더불어, 상기 가스펄스를 분사하는 단계(S810)에서 상기 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 변화시킬 수 있는 것일 수 있다. 즉, 상기 가스가 공기보다 높은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 증가시키는 것일 수 있고, 상기 가스가 공기보다 낮은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 감소시키는 것일 수 있다.In addition, in the step of injecting the gas pulse (S810) may be able to change the vertical distance from the surface of the sample to the center of the gas pulse to be injected. That is, when the gas has a threshold energy to become a plasma higher than air, it may be to increase the vertical distance from the sample surface to the center of the injected gas pulse, the gas is to be lower plasma than air When having a threshold energy may be to reduce the vertical distance from the sample surface to the center of the injected gas pulse.
이는 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리에 따른 분광 특징에 따른 것으로 상기 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스까지의 수직 거리를 조절하여 보다 효율적으로 분광 신호를 측정할 수 있을 것이다.This is in accordance with the spectral characteristics according to the vertical distance from the sample surface to the center of the sprayed gas pulse to be able to measure the spectral signal more efficiently by adjusting the vertical distance from the surface of the sample to the sprayed gas pulse. will be.
다음으로, 상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하는 단계(S820)에서 상기 레이저는 네오디뮴(Nd, Neodymium) 야그 레이저(YAG Laser)인 것일 수 있다. 방출되고 집속된 레이저는 시료에서 플라스마를 발생시킬 수 있으며, 발생된 플라스마 를 통하여 시료에 함유된 원소를 파악할 수 있는 시작점이 될 수 있을 것이다. 여기에서, 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 내에 상기 레이저가 방출되는 것일 수 있으며, 더불어, 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 중에서 상기 가스펄스가 안정하게 분사되는 시간구간 내에 상기 레이저가 방출되는 것일 수 있다.Next, in the step of emitting the laser and focusing on the sample (S820), the laser may be a neodymium (Nd, Neodymium) yag laser (YAG Laser). The emitted and focused laser can generate plasma in the sample, which can be a starting point for identifying the elements contained in the sample. Here, the laser may be emitted within a predetermined time interval in which the gas pulse is injected, and in addition, the laser is emitted in a time interval in which the gas pulse is stably sprayed in the predetermined time interval in which the gas pulse is injected. It may be.
다음으로, 상기 시료에서 상기 레이저에 의하여 발생된 플라스마의 발광을 검출하는 단계(S830)는 레이저에 의하여 발생된 플라스마에서 여기 상태에서 안정 상태로 전이되면서 발생되는 발광을 포집하여 분석하는 단계일 수 있다. 즉, 레이저에 의하여 시료에서 어블레이션(ablation)과 동시에 발생하는 플라스마는 원자, 전자 및 이온들로 구성되므로, 특정 원자가 여기 상태에서 안정 상태로 상태를 변화하면서 발생시키는 전자기파를 포집하여 분석하기 위한 것이다. 이에 따라 시료에 포함된 특정 원소의 정성적 특징 및 정량적 특징을 파악할 수 있을 것이다. 여기에서, 상기 레이저 방출에 의해 상기 시료에서 플라스마가 발생되는 시간구간을 포함하는 시간구간 동안 상기 플라스마의 발광을 검출하는 것일 수 있다.Next, detecting the light emission of the plasma generated by the laser in the sample (S830) may be a step of collecting and analyzing the light emission generated while transitioning from the excited state to a stable state in the plasma generated by the laser. . That is, the plasma generated simultaneously with the ablation in the sample by the laser is composed of atoms, electrons, and ions, and thus is intended to capture and analyze electromagnetic waves generated by changing specific states from an excited state to a stable state. . Accordingly, the qualitative and quantitative characteristics of the specific elements included in the sample may be identified. Here, the emission of the plasma may be detected during a time period including a time period in which the plasma is generated in the sample by the laser emission.
예를 들면, 상기 가스펄스 분사가 5ms 동안 지속되며, 이 중에서 안정한 가스펄스가 분사되는 구간이 초기와 종기의 구간을 제외한 2ms 내지 4ms 구간이라면, 상기 레이저를 방출하는 것을 상기 시간구간(2ms 내지 4ms)에 포함되도록 해야 효율적인 레이저에 대한 분위기가 조성될 수 있을 것이다. 또한, 레이저의 방출 시간이 10ns인 경우에 상기 레이저에 의하여 시료에서 플라스마가 발생되며, 발생된 플라스마의 수명은 수 내지 수십μs일 것이므로, 발생된 플라스마가 발광하는 시간도 역시 수 내지 수십μs 정도일 것이다. 따라서 레이저가 방출된 후 0 내지 1μs 후에 상기 검출하는 단계(S830)가 진행되고, 수 내지 수십μs 동안 지속되어 플라스마 발광을 포집할 수 있을 것이다. 더불어 포집된 발광을 통하여 시료의 원소에 대한 분석을 할 수 있을 것이다.For example, if the gas pulse injection is continued for 5ms, wherein the interval of the stable gas pulse is injected 2ms to 4ms excluding the initial and the end period, the time interval (2ms to 4ms) ) Will create an atmosphere for an efficient laser. In addition, when the emission time of the laser is 10ns, the plasma is generated in the sample by the laser, and since the lifetime of the generated plasma will be several to several tens of micros, the time for the generated plasma to emit light will also be several to several tens of micros. . Accordingly, the detecting step S830 may be performed after 0-1 μs after the laser is emitted, and may continue for several to several tens of microseconds to capture plasma emission. In addition, it will be possible to analyze the elements of the sample through the collected light emission.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the above embodiments, those skilled in the art can understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. There will be.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 분광 장치를 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a spectrometer using a laser according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저를 이용한 분광 장치를 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a spectrometer using a laser according to another embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사된 가스펄스의 펄스 파형을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the pulse waveform of the injected gas pulse according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 사용하여 알루미늄 시료에 대해 측정한 플라스마 발광 스펙트럼의 그래프이다.4 is a graph of plasma emission spectra measured on an aluminum sample using a gas pulse according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 사용하여 종이 시료에 대해 측정한 플라스마 발광 스펙트럼의 그래프이다.5 is a graph of plasma emission spectra measured on a paper sample using gas pulses according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 사용하여 스틸(STS304) 시료에 대해 측정한 플라스마 발광 스펙트럼의 그래프이다.6 is a graph of plasma emission spectra measured for steel (STS304) samples using gas pulses according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 사용하였을 경우의 수소 알파선의 선폭 및 연속 배경 복사를 설명하기 위한 그래프이다.7 is a graph for explaining the line width and continuous background radiation of hydrogen alpha rays when using gas pulses according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 분광 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a spectroscopic method using a laser according to an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
110, 210: 레이저부 111, 211: 방출기110, 210:
112, 212: 광학기 120, 220: 가스펄스부112 and 212:
130, 230: 검출부 131, 231: 포집기130, 230:
132, 232: 분석기 140, 240: 제어부132, 232:
150, 250: 시료150, 250: sample
Claims (23)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101394219B1 (en) * | 2012-10-25 | 2014-05-14 | 광주과학기술원 | Method of trace gas analysis and apparatus performing the same |
| KR20190084479A (en) * | 2018-01-08 | 2019-07-17 | 주식회사 엘지화학 | Analysis method for metal component of battery negative electrode surface |
| KR20200127791A (en) * | 2019-05-03 | 2020-11-11 | 서울대학교산학협력단 | Method of building content library of cathode active material, and analyzing method using the same |
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2009
- 2009-04-28 KR KR1020090037268A patent/KR20100118426A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101394219B1 (en) * | 2012-10-25 | 2014-05-14 | 광주과학기술원 | Method of trace gas analysis and apparatus performing the same |
| KR20190084479A (en) * | 2018-01-08 | 2019-07-17 | 주식회사 엘지화학 | Analysis method for metal component of battery negative electrode surface |
| KR20200127791A (en) * | 2019-05-03 | 2020-11-11 | 서울대학교산학협력단 | Method of building content library of cathode active material, and analyzing method using the same |
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