KR20030054084A - Method of laser-induced plasma atomic emission spectroscopy and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 하나의 레이저에서 발생시킨 적외선 및 자외선의 2중 펄스 레이저를 동시에 평행하게 조사함으로써 발광신호의 검출 감도를 향상시킬 수 있는 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser organic plasma atomic emission spectroscopy method and apparatus, and more particularly, a laser organic plasma capable of improving detection sensitivity of a light emission signal by simultaneously irradiating infrared and ultraviolet double pulse lasers generated by one laser at the same time. An atomic emission spectroscopy method and apparatus therefor.
일반적으로, 레이저 유기 플라즈마 원자발광 분광(Laser-induced plasma atomic emission spectroscopy)은 물질의 정량 또는 정성 분석에 이용되고 있는 분석 기술로서, 통상 적외선 영역의 레이저를 이용하고 있다. 이 방법은 레이저 펄스를 고체나 액체 또는 대기중의 공간에 조사하여 강렬한 펄스 에너지가 물질에 전달되었을 때 형성되는 레이저 유기 플라즈마로부터 방사되는 빛을 광측정계 및 분광기를 통해서 측정한 스펙트럼의 형태로부터 각각의 원소가 갖는 특수한 파장 영역에서의 피크 또는 발생 대역을 보고, 재료가 가지는 원소의 양이나 종류를 분석하는 기술이다.In general, laser-induced plasma atomic emission spectroscopy is an analytical technique used for quantitative or qualitative analysis of materials, and typically uses an infrared laser. In this method, the laser pulses are irradiated to a solid, liquid or space in the atmosphere, and the light emitted from the laser organic plasma formed when the intense pulse energy is transferred to the material is determined from the form of the spectrum measured by the photometer and the spectrometer. It is a technique that analyzes the amount or type of an element in a material by looking at the peak or generation band in a particular wavelength region of the element.
도 1은 종래 단일 파장의 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광장치의 개략적인 시스템 구성도이다.1 is a schematic system diagram of a conventional single wavelength laser organic plasma atomic emission spectrometer.
도 1을 참조하면, 종래 단일 파장의 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광장치는 단일 파장의 레이저를 발생하는 레이저 발생원(101)과, 레이저 발생원(101)으로부터 발생된 레이저광을 반사시키는 평면경(102)과, 평면경(102)을 통해 입사되는 레이저광을 감쇠시키는 광감쇠기(103)와, 광감쇠기(103)를 거친 광을 집광하여 재료(105)에 입사시키는 제1 렌즈(104)와, 재료(105)에 형성된 레이저 플라즈마로부터의 방사광을 집속하는 제2 렌즈(106)와, 제2 렌즈(106)를 거쳐 입사되는 광을 분광하는 분광기(107)와, 분광기(107)를 거친 광을 측정하는 광검출기(108) 및 광검출기(108)로 측정한 스펙트럼 결과를 바탕으로 재료(105)를 정량ㆍ정성 분석하는 컴퓨터 시스템(109)으로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, a conventional single wavelength laser organic plasma atomic emission spectrometer includes a laser generator 101 for generating a laser of a single wavelength, and a plane mirror 102 for reflecting the laser light generated from the laser generator 101. A light attenuator 103 that attenuates the laser light incident through the plane mirror 102, a first lens 104 that collects light passing through the light attenuator 103 and enters the material 105, and a material 105. 2nd lens 106 which focuses the emission light from the laser plasma formed in the laser beam), the spectrometer 107 which spectroscopicly injects the light incident through the 2nd lens 106, and the light which measures the light which passed through the spectroscope 107 A computer system 109 for quantitatively and qualitatively analyzing the material 105 based on the spectral results measured by the detector 108 and the photodetector 108.
이상과 같은 구성의 종래 단일 파장 레이저 유기 플라즈마 원자발광 분광장치에 의한 분광방식에서는 단일 파장의 적외선 펄스 레이저를 주로 사용하였다. 그런데, 이 경우에는 입력 레이저의 반사 또는 산란광이 검출원소가 갖는 스펙트럼 신호에 영향을 미쳐 측정감도가 떨어지는 문제가 있다. 이에 대응하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 2대의 레이저(201)(202)를 이용하여 동일 파장의 레이저 펄스를 상호간 시간차를 두고 서로 다른 방향에서 재료(203)에 조사하는 방법이 시도되고 있다. 그러나, 이 경우에는 레이저의 수가 증가함에 따라 장치의 구성이 복잡해지는 단점이 있다. 도 2에서 참조 번호 204는 다채널 광분석기(Optical Multichannel Analyzer), 205는 전하결합소자(Charge-Coupled Device)를 각각 나타낸다.In the spectroscopic method using the conventional single wavelength laser organic plasma atomic emission spectrometer having the above configuration, an infrared pulse laser having a single wavelength is mainly used. In this case, however, the reflection or scattered light of the input laser affects the spectral signal of the detection element, resulting in a poor measurement sensitivity. In order to cope with this, as shown in FIG. 2, a method of irradiating a laser pulse of the same wavelength to the material 203 in different directions with a time difference between two lasers 201 and 202 is attempted. . However, in this case, there is a disadvantage that the configuration of the device becomes complicated as the number of lasers increases. In FIG. 2, reference numeral 204 denotes an optical multichannel analyzer, and 205 denotes a charge-coupled device.
본 발명은 이상과 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 한 개의 레이저발생원에서 2중 펄스 레이저를 발생시켜 동시에 평행하게 조사함으로써 발광신호의 검출 감도를 향상시킬 수 있는 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and a laser organic plasma atomic emission spectroscopy method capable of improving the detection sensitivity of a light emission signal by simultaneously generating a double pulse laser from one laser source and irradiating it in parallel at the same time, and its The object is to provide a device.
도 1은 종래 단일 파장의 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광장치의 개략적인 시스템 구성도.1 is a schematic system diagram of a conventional single wavelength laser organic plasma atomic emission spectrometer;
도 2는 종래 두 대의 펄스 레이저를 이용한 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광장치의 개략적인 시스템 구성도.2 is a schematic system diagram of a laser organic plasma atomic emission spectrometer using two conventional pulsed lasers.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광장치의 개략적인 시스템 구성도.3 is a schematic system diagram of a laser organic plasma atomic emission spectrometer according to the present invention;
도 4는 본 발명의 장치에 의한 2중 레이저 펄스 동시 평행 조사 시, 재료 표면에서의 레이저-재료 간의 상호 작용에 의한 레이저 플라즈마의 형성 개요도.4 is a schematic diagram of formation of a laser plasma by laser-material interaction at a material surface during double laser pulse simultaneous parallel irradiation by the apparatus of the present invention.
도 5는 본 발명의 장치에 의한 Na 13% 함유의 유리에 대한 레이저 조사 시의레이저 유기 플라즈마 원자발광분광 스펙트럼을 보여주는 도면.Fig. 5 shows the laser organic plasma atomic emission spectroscopy spectra upon laser irradiation of Na 13% -containing glass by the apparatus of the present invention.
도 6은 본 발명의 장치에 의한 Na 13% 함유의 유리에 대한 레이저 조사에 있어서, Na 원소 검출 파장 589nm의 발광강도를 오실로스코프를 이용하여 측정한 결과를 보여주는 도면.FIG. 6 is a diagram showing the results of measuring the emission intensity of 589 nm of Na element detection wavelength using an oscilloscope in laser irradiation of Na 13% -containing glass by the apparatus of the present invention; FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101,201,202,301...레이저 발생원 102...평면경101,201,202,301 ... Laser source 102 ... Flat mirror
103,302,303...광감쇠기 104,307...제1 렌즈103,302,303 ... light attenuator 104,307 ... first lens
105,203,308...재료 106,309...제2 렌즈105,203,308 ... Material 106,309 ... Second Lens
107,310...분광기 108...광검출기107,310 ... Spectrum 108 ... Photodetector
109,315...컴퓨터 시스템 304,306...제1,제2 프리즘109,315 Computer system 304,306 First, second prism
305...다이크로익 미러 311...광전자 증배관305 Dichroic mirror 311 Optoelectronic multiplier
312...전력공급장치 313...적분기Power supplies 313 Integrators
314...출력장치314 ... output device
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광방법은,Laser organic plasma atomic emission spectroscopy method according to the present invention to achieve the above object,
한 대의 레이저 발생원으로부터 적외선 및 자외선 영역의 레이저 펄스를 각각 발생시키는 단계;Generating laser pulses in the infrared and ultraviolet regions from one laser source respectively;
상기 적외선 및 자외선 영역의 레이저 펄스를 동일축상의 2중 평행광 형태로합성하는 단계;Synthesizing the laser pulses in the infrared and ultraviolet regions in the form of double parallel light on the same axis;
상기 2중 평행광 형태의 레이저 펄스를 시험 대상의 재료에 조사하는 단계; 및Irradiating the laser pulse in the form of the double parallel light to the material to be tested; And
상기 레이저 펄스의 조사에 의해 재료에 형성된 레이저 유기 플라즈마로부터의 방사광을 검출하여 재료를 분석하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.And detecting the light emitted from the laser organic plasma formed on the material by the irradiation of the laser pulses.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광장치는,In addition, the laser organic plasma atomic emission spectrometer according to the present invention in order to achieve the above object,
서로 다른 파장의 2개의 펄스 레이저를 발생하는 레이저 발생원;A laser generation source for generating two pulse lasers of different wavelengths;
상기 레이저 발생원으로부터 출력된 2개의 펄스 레이저를 각각 입력받아 일정한 크기로 감쇠하여 출력하는 복수의 광감쇠기;A plurality of optical attenuators each receiving two pulse lasers output from the laser source and attenuating and outputting the same to a predetermined size;
상기 복수의 광감쇠기중 일측 광감쇠기의 출력 레이저광을 입사받아 특정 방향으로 굴절시켜 출사하는 제1 프리즘;A first prism which receives an output laser light of one of the plurality of optical attenuators and refracts it in a specific direction;
상기 제1 프리즘으로부터의 출사광과 상기 복수의 광감쇠기중 타측 광감쇠기의 출력 레이저광을 입사받아 특정 파장의 빛을 반사 또는 통과시키는 다이크로익 미러;A dichroic mirror which receives the light emitted from the first prism and the output laser light of the other light attenuator among the plurality of light attenuators and reflects or passes light having a specific wavelength;
상기 다이크로익 미러로부터의 출사광을 입사받아 특정 방향으로 굴절시켜 출사하는 제2 프리즘;A second prism that receives the light emitted from the dichroic mirror and refracts the light in a specific direction;
상기 제2 프리즘으로부터의 출사광을 입사받아 입사광을 집속하여 시료에 조사하는 제1 렌즈;A first lens receiving incident light from the second prism and focusing the incident light on the sample;
상기 시료에 형성된 레이저 유기 플라즈마로부터 방사되는 광을 집광하여 출사하는 제2 렌즈;A second lens for collecting and emitting light emitted from a laser organic plasma formed on the sample;
상기 제2 렌즈를 거쳐 입사되는 광에서 특정 파장의 방사광을 분광하여 출력하는 분광기;A spectrometer for spectroscopy and outputting emission light having a specific wavelength from light incident through the second lens;
상기 분광기를 거친 광의 전자수를 증배하는 광전자 증배관;An photomultiplier tube that multiplies the number of electrons of the light that has passed through the spectrometer;
상기 광전자 증배관에 전자수 증배에 필요한 전력을 공급하는 전력공급장치;A power supply for supplying power required for electron multiplication to the photomultiplier;
상기 광전자 증배관을 거쳐 출력되는 광의 미소 진폭의 주기신호 파형을 적분하는 적분기;An integrator which integrates a periodic signal waveform of minute amplitude of light output through the photomultiplier;
상기 적분기에 의해 적분된 신호를 출력하는 출력장치; 및An output device for outputting a signal integrated by the integrator; And
상기 적분기에 의해 적분된 신호 파형의 데이터를 입력받아 시료를 분석하는 컴퓨터 시스템을 포함하는 점에 그 특징이 있다.It is characterized in that it comprises a computer system for receiving the data of the signal waveform integrated by the integrator and analyzing the sample.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광장치의 개략적인 시스템 구성도이다.3 is a schematic system configuration diagram of a laser organic plasma atomic emission spectrometer according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광장치는 레이저 발생원(301), 광감쇠기(302)(303), 다이크로익 미러(305), 제1 및 제2 프리즘(304)(306), 제1 및 제2 렌즈(307)(309), 분광기(310), 광전자 증배관(311), 전력공급장치(312), 적분기(313), 출력장치(314), 컴퓨터 시스템(315)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the laser organic plasma atomic emission spectrometer according to the present invention includes a laser source 301, a light attenuator 302 and 303, a dichroic mirror 305, and first and second prisms 304. 306, first and second lenses 307 and 309, spectrometer 310, photomultiplier tube 311, power supply 312, integrator 313, output device 314, computer system ( 315).
상기 레이저 발생원(301)은 Nd(neodymium):YAG(yttrium aluminum garnet) 레이저로서, 기본 파장인 적외선 영역의 파장(1064nm)을 갖는 레이저 펄스와 제4고조파인 자외선 영역의 파장(266nm)을 갖는 레이저 펄스를 각각 발생한다. 여기서, 상기 자외선 영역의 레이저 펄스는 레이저 장치 내에 설치된 비선형 광학소자를 이용하여 발생시킬 수 있다.The laser generating source 301 is a Nd (neodymium): YAG (yttrium aluminum garnet) laser having a laser pulse having a wavelength of 1064 nm in the infrared region, which is the fundamental wavelength, and a laser having a wavelength (266 nm) of the ultraviolet region, which is the fourth harmonic. Generate pulses respectively. Here, the laser pulse in the ultraviolet region can be generated using a nonlinear optical element installed in the laser device.
상기 광감쇠기(302)(303)는 레이저 발생원(301)으로부터 출력된 2개의 펄스 레이저를 각각 입력받아 레이저 방사속을 일정량 흡수 또는 산란함으로써 레이저 방사속 밀도를 감쇠시켜 출력한다.The optical attenuators 302 and 303 receive two pulsed lasers output from the laser generation source 301, respectively, and attenuate and output a laser radiation flux density by absorbing or scattering a predetermined amount of laser radiation flux.
상기 제1 프리즘(304)은 2개의 광감쇠기(302)(303) 중 일측 광감쇠기(302)의출력 레이저광을 입사받아 특정 방향(도면상으로는 90°직각 상향 방향)으로 굴절시켜 출사한다.The first prism 304 receives the output laser light of one of the two optical attenuators 302 and 303, and refracts it in a specific direction (a 90 ° upward direction in the drawing) and emits the light.
상기 다이크로익 미러(305)는 제1 프리즘(304)으로부터의 출사광과 상기 2개의 광감쇠기중 타측 광감쇠기(303)의 출력 레이저광을 입사받아 특정 파장의 빛을 반사 또는 통과시킨다. 즉, 이 다이크로익 미러(305)는 제1 프리즘(304)을 거쳐 입사되는 자외선 영역 파장(266nm)을 갖는 레이저 펄스와 상기 2개의 광감쇠기중 타측 광감쇠기(303)를 거쳐 입사되는 적외선 영역 파장(1064nm)을 갖는 레이저 펄스를 각각 입사받아, 자외선 영역 파장(266nm)을 갖는 레이저 펄스는 반사시키고, 적외선 영역 파장(1064nm)을 갖는 레이저 펄스는 통과시키게 되는 것이다. 이에 따라 두 레이저 펄스는 2중의 합성 레이저 구조를 갖게 된다.The dichroic mirror 305 receives the light emitted from the first prism 304 and the output laser light of the other light attenuator 303 among the two light attenuators to reflect or pass light having a specific wavelength. That is, the dichroic mirror 305 is a laser pulse having an ultraviolet region wavelength (266 nm) incident through the first prism 304 and an infrared region incident through the other optical attenuator 303 of the two optical attenuators. Each laser pulse having a wavelength (1064 nm) is incident, the laser pulse having an ultraviolet region wavelength (266 nm) is reflected, and the laser pulse having an infrared region wavelength (1064 nm) passes. Accordingly, the two laser pulses have a double compound laser structure.
상기 제2 프리즘(306)은 다이크로익 미러(305)로부터의 출사광을 입사받아 특정 방향(도면상으로는 90°직각 하향 방향)으로 굴절시켜 출사한다.The second prism 306 receives the light emitted from the dichroic mirror 305 and refracts it in a specific direction (90 ° right angle downward in the drawing) and emits the light.
상기 제1 렌즈(307)는 제2 프리즘(306)으로부터의 출사광을 입사받아, 도 4에 도시된 바와 같이, 그 입사광을 집속하여 시료(308)에 조사한다.The first lens 307 receives incident light from the second prism 306, and focuses the incident light on the sample 308 as shown in FIG. 4.
상기 제2 렌즈(309)는 시료(308)에 형성된 레이저 유기 플라즈마로부터 방사되는 광을 집광하여 출사한다.The second lens 309 collects and emits light emitted from the laser organic plasma formed on the sample 308.
상기 분광기(310)는 제2 렌즈(309)를 거쳐 입사되는 광에서 특정 파장의 방사광을 분광하여 출력한다.The spectroscope 310 spectroscopically outputs the emission light of a specific wavelength from the light incident through the second lens 309.
상기 광전자 증배관(311)은 분광기(310)를 거친 광의 광전자수를 증배한다.The photomultiplier tube 311 multiplies the number of photoelectrons of the light passed through the spectroscope 310.
상기 전력공급장치(312)는 광전자 증배관(311)에 광전자수 증배에 필요한 전력을 공급한다.The power supply device 312 supplies power to the photomultiplier tube 311 for the photoelectron multiplication.
상기 적분기(313)는 광전자 증배관(311)을 거쳐 출력되는 광의 미소 진폭의 주기신호 파형을 적분한다. 여기서, 이 적분기로는 박스카(Boxcar) 적분기가 사용된다.The integrator 313 integrates the periodic signal waveform of the small amplitude of the light output through the photomultiplier tube 311. Here, a boxcar integrator is used as this integrator.
상기 출력장치(314)는 적분기(313)에 의해 적분된 신호를 출력한다. 이 출력장치(314)로는 오실로스코프가 사용된다.The output device 314 outputs the signal integrated by the integrator 313. An oscilloscope is used as this output device 314.
상기 컴퓨터 시스템(315)은 적분기(313에 의해 적분된 신호 파형의 데이터를 입력받아 시료를 정량ㆍ정성 분석한다.The computer system 315 receives data of the signal waveform integrated by the integrator 313 to quantitatively and qualitatively analyze the sample.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광장치에 의한 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광방법에 대해 도 3 및 도 4를 참조하면서 간략히 설명해 보기로 한다.Then, the laser organic plasma atomic emission spectroscopy method by the laser organic plasma atomic emission spectrometer according to the present invention having the above configuration will be briefly described with reference to FIGS. 3 and 4.
도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저 Nd:YAG 레이저 발생원(301)으로부터 기본 파장인 적외선 영역의 파장(1064nm)을 갖는 레이저 펄스와 제4고조파인 자외선 영역의 파장(266nm)을 갖는 레이저 펄스를 각각 발생시키게 된다. 이때, 특히 발광신호의 감도를 향상시키기 위하여, 바람직하게는 레이저 발생원(301)으로부터 발생되는 자외선 영역의 레이저 펄스의 에너지 강도는 자외선 레이저에 의한 원자발광신호가 나타나는 값 이하로 설정한다.Referring to FIGS. 3 and 4, first, a laser pulse having a wavelength (1064 nm) in the infrared region, which is the fundamental wavelength, and a laser pulse having a wavelength (266 nm) in the ultraviolet region, the fourth harmonic, are generated from the Nd: YAG laser source 301. Each will be generated. At this time, particularly in order to improve the sensitivity of the light emission signal, preferably the energy intensity of the laser pulse in the ultraviolet region generated from the laser generation source 301 is set below the value at which the atomic emission signal by the ultraviolet laser.
이렇게 하여 Nd:YAG 레이저 발생원(301)으로부터 발생된 적외선 영역의 파장 (1064nm)을 갖는 레이저 펄스와 자외선 영역의 파장(266nm)을 갖는 레이저 펄스는 각각 광감쇠기(302)(303)를 통과한 후, 1064nm의 적외선 펄스는 그대로 직진하여,그리고 266nm의 자외선 펄스는 제1 프리즘(304)에 의해 방향을 바꾸어 각각 다이크로익 미러(305)로 입사된다. 이렇게 입사된 적외선 펄스는 다이크로익 미러(305)의 후면에서 반사되고, 자외선 펄스는 그대로 통과되어 두 펄스는 동일축상의 2중 평행광 형태로 합성된다. 그리고, 그렇게 합쳐진 두 파장의 레이저 펄스는 제2 프리즘(306)에 의해 방향을 바꾸어 시료(308)에 조사되는데, 이때 제1 렌즈(307)에 의해 집속되어 시료(308)에 조사된다. 시료(308)에 조사된 두 파장의 레이저 펄스 중 266nm의 자외선 펄스는 시료(재료)(308) 표면에서 레이저-재료 간에 상호 작용을 일으켜 레이저 플라즈마를 형성하고, 동시에 조사되는 1064nm의 적외선 펄스는 그형성된 레이저 플라즈마를 재가열시켜 원자화된 원소들을 한층 더 높은 준위로 여기시키게 된다. 이에 따라 여기준위의 원자 밀도는 증가하게 되고, 기저준위로 복귀할 때 발생하는 방사광의 신호강도는 현저하게 증가하게 된다.In this way, the laser pulse having the wavelength (1064 nm) in the infrared region and the laser pulse having the wavelength (266 nm) in the ultraviolet region generated from the Nd: YAG laser source 301 pass through the optical attenuators 302 and 303, respectively. 1064 nm infrared pulses go straight, and 266 nm ultraviolet pulses are redirected by the first prism 304 and incident on the dichroic mirror 305, respectively. The incident infrared rays are reflected from the rear surface of the dichroic mirror 305, and the ultraviolet pulses are passed through as they are, so that the two pulses are synthesized in the form of double parallel light on the same axis. Then, the laser pulses having the two wavelengths thus merged are irradiated to the sample 308 by changing the direction by the second prism 306. At this time, the sample is focused by the first lens 307 and irradiated onto the sample 308. Of the two laser pulses irradiated onto the sample 308, 266 nm ultraviolet pulses interact with the laser-material on the surface of the sample (308) to form a laser plasma, and simultaneously irradiated 1064 nm infrared pulses The formed laser plasma is reheated to excite the atomized elements to higher levels. As a result, the atomic density of the excitation level is increased, and the signal intensity of the emitted light generated when returning to the base level is significantly increased.
한편, 시료(308)에 형성된 레이저 플라즈마로부터의 방사광은 제2 렌즈(309)에 의해 집속되어 분광기(310)로 입사되고, 분광기(310)는 입사광에서 특정 파장의 방사광을 분광하여 출력한다. 그러면, 광전자 증배관(311)은 분광기(310)로부터의 출력광을 입사받아 광전자수를 증배시키고, 적분기(313)는 광전자 증배관(311)으로부터 출력되는 광의 미소 진폭의 주기신호 파형을 적분한다. 이때, 적분기(313)에 의해 적분된 신호는 출력장치(314)인 오실로스코프를 통해 디스플레이되고, 동시에 컴퓨터 시스템(315)으로 입력된다. 그러면, 컴퓨터 시스템(315)은 입력된 신호를 바탕으로 시료(재료)(308)를 정량ㆍ정성 분석한다. 이때, 또한 레이저 발생원(301)으로부터의 Q-스위치 출력신호가 적분기(313)에 트리거(trigger) 신호로써 입력되고, 적분기(313)는 원자발광신호의 최적상태가 관측될 수 있도록 적분 구간을 조정하며, 이에 따라 레이저 조사 후에 발생되는 발광신호와의 시간영역 조정을 가능하게 한다.On the other hand, the emitted light from the laser plasma formed on the sample 308 is focused by the second lens 309 is incident to the spectrometer 310, the spectrometer 310 spectroscopically outputs the emitted light of a specific wavelength from the incident light. Then, the photomultiplier tube 311 receives the output light from the spectroscope 310 to multiply the number of photoelectrons, and the integrator 313 integrates the periodic signal waveform of the small amplitude of the light output from the photomultiplier tube 311. . At this time, the signal integrated by the integrator 313 is displayed via an oscilloscope, which is an output device 314, and is simultaneously input to the computer system 315. The computer system 315 then quantitatively and qualitatively analyzes the sample (material) 308 based on the input signal. At this time, the Q-switch output signal from the laser source 301 is also input to the integrator 313 as a trigger signal, and the integrator 313 adjusts the integral section so that an optimal state of the atomic emission signal can be observed. This enables time domain adjustment with the light emission signal generated after laser irradiation.
한편, 도 5는 Na(나트륨) 원소가 13% 함유된 광학용 유리에 레이저 펄스를 조사하여 얻은 발광 분광 스펙트럼의 측정 결과로서, 유리 내에 함유된 Na 원소는 588.9nm의 파장에서 가장 큰 피크치를 갖는 것을 보여주고 있다.On the other hand, Figure 5 is a measurement result of the emission spectroscopy spectrum obtained by irradiating a laser pulse on the optical glass containing 13% Na (sodium) element, Na element contained in the glass has the largest peak value at a wavelength of 588.9nm Is showing.
도 6은 동일한 유리 재료에서 588.9nm의 파장의 방사광만 분광기(310)를 통과하도록 조정하고, 상기 유리 재료에 1064nm의 기본파, 266nm의 제4고조파, 그리고 기본파와 제4고조파를 동시에 조사했을 때의 발광 강도를 오실로스코프로 각각 측정한 결과를 보여주는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, Nd:YAG 레이저의 기본파인 1064nm 파장의 펄스와 제4고조파인 266nm 파장의 펄스를 각각 개별적으로 조사했을 때에는 발광 신호가 전혀 측정되지 않지만, 1064nm 파장의 펄스와 266nm 파장의 펄스를 동시에 조사했을 때에는 입력 레이저 펄스와 Na 원소에 대한 발광신호가 분리되면서 충분히 높은 강도를 갖는 신호가 발생됨을 알 수 있다.FIG. 6 shows that when the radiation of only 588.9 nm is passed through the spectrometer 310 in the same glass material, the glass material is irradiated with the fundamental wave of 1064 nm, the fourth harmonic of 266 nm, and the fundamental wave and the fourth harmonic simultaneously. Shows the results of measuring the luminous intensity of each with an oscilloscope. As shown in FIG. 6, when the pulse of the 1064 nm wavelength which is the fundamental wave of the Nd: YAG laser and the pulse of the 266 nm wavelength which is the fourth harmonic are irradiated separately, the emission signal is not measured at all, but the pulse of the 1064 nm wave and the 266 nm wavelength When irradiating the pulses simultaneously, it can be seen that a signal having a sufficiently high intensity is generated while the light emission signal for the input laser pulse and the Na element are separated.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광방법을 이용할 경우 시료의 전처리 과정이 필요없이 간단한 방법으로 미량 원소의 분석을 정밀하게 수행할 수 있게 된다.As described above, in the case of using the laser organic plasma atomic emission spectroscopy method according to the present invention, it is possible to precisely analyze the trace elements in a simple manner without the need for pretreatment of the sample.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 레이저 유기 플라즈마 원자 발광 분광방법은 하나의 레이저에서 파장이 다른 적외선 및 자외선의 2개의 레이저 펄스를발생시키고, 이를 집광한 후 동시에 평행한 방향에서 재료에 조사함으로써, 종래 단파장 적외선 레이저 펄스를 이용하는 것에 비해 레이저 유기 플라즈마를 발생시키는 입력 에너지 밀도를 저감시킬 수가 있고, 이에 의해 레이저 조사에 따른 반사광 또는 산란광이 검출 원소가 갖는 스펙트럼 신호에 미치는 영향을 충분히 저감시킬 수 있는 한편 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 하나의 레이저로 파장이 다른 두 개의 펄스를 발생시키므로 장치 구성을 간소화할 수 있는 장점이 있다.As described above, the laser organic plasma atomic emission spectroscopy method according to the present invention generates two laser pulses of infrared rays and ultraviolet rays having different wavelengths in one laser, and condenses them and irradiates the material in parallel directions at the same time. Compared with the conventional short wavelength infrared laser pulse, the input energy density for generating the laser organic plasma can be reduced, thereby sufficiently reducing the influence of the reflected light or scattered light due to the laser irradiation on the spectral signal of the detection element. The signal-to-noise ratio can be improved. In addition, since one laser generates two pulses of different wavelengths, there is an advantage of simplifying the device configuration.
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