원거리 레이저 유도 플라즈마 분광 분석법의 저압 환경에 관한 연구

Abstract

레이저 유도 플라즈마 분광 분석법은 높은 에너지를 갖는 펄스 레이저를 샘플 표면에 조사하여 플라즈마 상태로 만들고, 이때 발생하는 빛을 분광기로 분석하는 분광 분석법의 한 종류이다. 마이크로 플라즈마의 스펙트럼을 분석하여 샘플의 화학 조성 및 원소 구성을 알아낼 수 있다. 레이저 유도 플라즈마 분광 분석법은 다양한 분야에 적용되고 있으며, 특히 원격 검출이 가능하다는 장점을 이용하여 최근 NASA, ESA 등에서 우주 탐사 분야에도 활발하게 접목하여 연구를 진행하고 있다. 기존의 원거리 레이저 유도 플라즈마 분광 분석법의 경우 NASA의 화성 탐사를 목적으로 화성 대기 환경인 7 torr 압력의 CO2 대기에서 실험이 진행되어 왔다. 그러나 이보다 낮은 압력에서의 원격 검출 연구는 보고된 사례가 없었다. 본 연구에서는 달 탐사 계획에 맞추어 10-2 torr 압력의 진공 상태가 원거리 레이저 유도 플라즈마 분광 분석법에 미치는 영향을 파악하고, 달 탐사에 본 기술을 적용할 수 있는지에 대하여 분석하였다. 원거리 레이저 유도 플라즈마 분광 분석 기술을 적용하기 위해 7.2 m의 거리에서 알루미늄 판 샘플과 네 종류의 USGS 지화학 샘플을 사용하였고, 실험에 용이한 펠릿 형태로 샘플을 제작하였다. 실험 결과, 현재의 원거리 LIBS 장비로 1 torr 이하의 낮은 압력 환경에서 충분한 세기로 신호를 검출 가능하였고, 특히 이온화 알루미늄을 높은 SNR로 검출할 수 있었다. 본 실험 결과를 통해 낮은 압력 환경에서의 원거리 레이저 유도 플라즈마 분광 분석 기술이 달 탐사 뿐 아니라 미량 원소의 정량 분석에도 유용하게 쓰일 수 있다는 가능성을 확인하였다.