광음향 분광학을 이용한 화학작용제의 실시간 검출에 관한 연구 = A Study on Real-time Detection of Chemical Warfare Agent(CWA) based on Photoacoustic Spectroscopy

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

There is growing interest and needs about fast, accurate, and real-time detection methods of Chemical Warfare Agent(CWA). The conventional detection methods have a fatal drawback, complex and unnecessary sample preparation process. In addition, it is impossible to directly detect optically opaque materials.
The aim of this paper is a real-time and direct detection of chemical weapons without sample preparation process based on FTIR-PAS(Fourier Transform Infrared- Photoacoustic Spectroscopy) system.
Based on photoacoustic effect, photoacoustic spectroscopy (PAS) is unique form of spectroscopy which measures an acoustic signal caused by optical absorption. It is possible to directly determine and identify chemicals without sample preparation using PAS.
We explain in detail the theoretical background and present experiment results according to the sample phase and condition. We acquired PA spectra of Simulant CWAs without sample preparation process. Through comparative analyses with the FTIR spectra, we have verified the possibility of direct real time detection, and high accuracy of the FTIR-PAS system. In conclusion, due to independence to the phase and condition of sample and no need for sample preparation processes, we have shown the advantages of PAS in terms of detection time and efficiency.

국문 초록 (Abstract)

1995년 일본 도쿄 지하철 사린사건, 2013년 시리아 정부군의 화학무기 공격 등 여전히 인류는 화학무기의 위협속에 노출되어있다. 특히 북한은 사린과 타분 등 화학무기를 2천～5천 톤까지 보유하고 있다고 추정되고 있다. 이러한 위협속에서 우리는 화학작용제를 신속하고 적확하게 탐지하고자 하는 노력을 지속적으로 실시하고 있다.
현재까지 개발된 화학작용제의 탐지기술은 변색법과 같이 아주 간단한 방법부터 이온이동도법과 같이 복잡한 원리를 포함한 방법 등 매우 다양하게 발전되어왔다. 하지만 이러한 기술들이 모든 상황에 완벽하게 적용되어지지 않는다. 특히, 현존하는 기술들은 현장에서 즉각적인 검출이 어렵고, 실험실 환경에서 전처리과정이 필수적이다는 단점을 갖고 있다.
본 연구에서는 광음향 분광학에 대해 이론적으로 설명하고, 광음향 분광법(photoacoustic spectroscopy)을 이용하여, 전처리 과정을 제거한 화학작용제의 실시간 검출에 대한 연구를 통해 보다 간단하고 편리하면서, 높은 정확도의 실시간 분광 시스템을 구현하였다. 특히, 광학적으로 불투명한 시료에 대해서 시료 상태나 형태에 구애받지 않고, 즉각적이고 실시간으로 검출 할 수 있는 분광학적 방법을 정립함으로써, 현장에서 in situ detection의 가능성을 확인하였다.
모의 화학작용제 2종류를 구현한 퓨리에 변환 광음향 시스템을 통해 광음향 스펙트럼을 측정하였고, 이를 FTIR 스펙트럼과 비교하였다. 정성분석 결과, 스펙트럼이 모두 일치하여, 시스템의 정확도를 확인하였으며, 화학작용제의 즉시 검출이 가능함을 확인하였다.

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