실험 배경

운석은 지구 표면에 낙하하는 외계 암석이지 지구에 도착하기 전에 불타는 유성이 아니며, 지구의 역사 변천에서 중요한 역할을 하고 있다.운석에 대한 가설은 매우 많은데, 어떤 사람들은 달이 큰 운석이 지구와 충돌하는 잔여물로 형성되었다고 생각한다.지구를 뒤덮은 물이 운석에서 가져온 것이라는 시각도 있다.운석 충돌로 백악기-고근기 멸종 사건이 발생했다는 설이 더 널리 알려져 있다.

운석에는 많은 비밀이 존재하는데 그 표본도 자연히 력사학자, 지질학자와 지외사물애호가들의 추앙을 받았다.그러나 암석이 진정한 운석인지 아닌지를 판단하는 것은 어렵다.일반적으로 암석류형을 감정하는 기본지표에는 밀도, 자성과 성분이 있다.그러나 례를 들면 륙지암석에서 주로 철로 구성된 무정형암석은 외관과 성분에서도 운석과 대체로 비슷하다.그러므로 우리는 더욱 목적성있는 방법을 사용하여 암석의 류형을 감정해야 하는데 그중 비교적 효과적인 방법은 바로 레이저유도격파스펙트럼 (LIBS) 기술을 리용하는것이다.

레이저 유도 뚫기 스펙트럼 (LIBS) 은 펄스 레이저를 자극원으로 사용하는 원자 발사 스펙트럼이다.레이저 펄스는 측정된 물체의 표면에 초점을 맞추어 측정된 재료 표면의 레이저 출력 밀도를 어느 정도 높인다.이렇게 높은 레이저 출력 밀도 작용하에 측정된 재료 표면에는 몇 마이크로그램의 물질이 분사되며, 동시에 재료 표면에는 수명이 매우 짧지만 밝기가 매우 높은 플라즈마가 생성되며, 그 순간 온도는 섭씨 10000도에 달한다.냉각 과정 중, 자극 상태에 있는 원자와 이온은 고에너지 상태에서 저에너지 상태로 되돌아간다, 이때 서로 다른 원소가 특정 파장의 빛을 발사한다. 이 빛은분광기에 의해 감지된 후 스펙트럼이 형성되어 분광도에서 각 원소의 파장을 대표하는 봉을 직접 관측할 수 있다.이에 따라 LIBS는 다양한 유형의 금속과 광물 성분을 감정하는 스펙트럼 기술이 됐다.

실험 방법

이번 실험의 목적은 LIBS를 이용하여 네 개의 암석 샘플 중 운석과 육지 암석을 감별하는 것이다.

실험에는 모두 네 개의 샘플이 있는데, 그 중 두 개의 샘플은 운석 샘플인데, 각각 H5 일반 구립 운석과 니켈철 운석이다.나머지 두 샘플은 산화철 (FeO2) 과 이산화티타늄 (TiO2) 이다.

실험에서 우리는 AvaSoft의 원시 데이터 공제 어두운 배경 모드, 즉 Sd 모드를 사용했습니다.이 모드를 사용하면 소음을 줄이고 플라즈마 피크를 더 잘 격리하고 식별할 수 있습니다.우리는 포인트 시간을 10ms로 설정하고 평균 횟수를 1로 설정합니다.

실험 구성

이번 실험 (그림 2) 은 새로운 Ava를 사용했다Spec-PCT4096CL 미니 분광기는 컴팩트하고 데스크탑 및 휴대용 장치에 쉽게 통합되며 OEM 사용자에게 적합합니다.이 분광기는 4096상을 갖추고 있다소CMOS 탐지기는 해상도가 0.09nm에 달하고 잡산광 수준이 0.1% 로 낮다.

실험에 사용된 다른 액세서리는 다음과 같습니다. Lumibird사의 DPSS 이중 펄스 Nd: YAG 레이저,짧은 광섬유를 사용자 정의하고 레이저와 분광기를 동기화하여 측정하는 Quantel 컨트롤러, 그 모델은 FX002725이다.

실험 결과

다음 그림은 Sd 모드에서 각 샘플의 LIBS 스펙트럼을 보여줍니다.

그림 3: H5 일반 구립 운석 샘플의 LIBS 스펙트럼

그림 4: 니켈 철 운석 샘플의 LIBS 스펙트럼

그림 5: 산화철 샘플의 LIBS 스펙트럼

그림 6: 이산화 티타늄 샘플의 LIBS 스펙트럼

그림 7: 니켈 철 운석 (주황색) 과 산화철 (빨간색) 샘플의 LIBS 스펙트럼 비교도

결과 분석

먼저 그 중 세 가지 샘플을 보자: H5 일반 구립 운석, 니켈 철 운석, 산화철, 그들은 230-265nm 파장 범위 부근에서 모두 한 떨기의 봉 (그림 3-5) 을 나타내며 철 원소를 함유하고 있음을 나타낸다.

H5 일반 구립 운석 샘플은 280nm 부근과 288nm 부근에 나머지 샘플에 없는 봉우리가 존재하는데, 이 두 봉우리는 각각 마그네슘 원소와 실리콘 원소를 함유하고 있음을 나타내며, 측정 결과는 H5 일반 구립 운석의 성분과 대응한다.

니켈철 운석과 산화철 샘플을 비교하면 차이가 크지 않다 (그림 7).그러나 니켈 철 운석 샘플 스펙트럼에서 약 221 nm 근처에 있는 약간 높은 봉우리를 관측 할 수 있으며 니켈 원소를 함유하고 있음을 나타냅니다.

이산화티타늄 샘플 (그림 6) 은 230-265nm 파장 범위 내의 봉우리가 비교적 적어 철원소 함량이 적다는 것을 나타낸다.그 주봉은 300-340nm 파장 범위 내에 있으며, 티타늄 원소를 함유하고 있음을 나타낸다.

실험 결론

LIBS 기술을 사용하여 스펙트럼에서 각 샘플의 특정 파장 피크를 관찰함으로써 샘플의 요소 구성을 쉽고 직관적으로 결정할 수 있습니다.이번 실험에 사용된 새로운 미니 분광기 PACTO는 다양한 응용프로그램에 적합하며 크기가 작고 다양한 통신 프로토콜을 지원하며 제품과 시스템에 쉽게 통합됩니다.