표면 플라즈몬 현상을 이용한 산소 광센서에 관한 연구
Study on the oxygen gas sensor by using surface plasmon resonance
- 주제(키워드) 산소 센서 , 표면 플라즈몬
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이범구
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000046908
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
본 연구 논문을 통하여 표면 공명 효과를 이용한 기체 산소 센서에 대하여 연구를 하였다. 표면 공명 효과를 이용하기 위하여 새로운 감지 물질을 사용하였고 두 가지 센서 방법의 센서 시스템을 구축하였다. 하나는 기존에 잘 알려진 방법으로 공명각 변화를 측정하는 것이다. 다른 방법으로는 공통 경로 호모다인 간섭계를 사용한 위상변화를 측정하는 것이다. 농도 산소에 대한 감지 물질로 사용한 hemin의 경우 퍼센트 정도의 농도에서 선형적인 공명각 이동이 측정되어, 고 농도 산소 센서로의 이용이 가능하리라 판단되고, 퍼센트 당 대략 0.019도 정도의 반응이 보임을 알 수 있었다. 위상변화 측정에서 감지 물질로 헤모글로빈을 사용하였고, 실험적으로 상온에서 감지 할 수 있는 산소의 농도는 10ppm이었다. 10ppm에서 50ppm 농도 구간에서의 상대적인 위상 변화는 매우 선형적인 특성을 보였다. 또한 산소 농도 0%에서 21%까지 산소의 농도가 변화할 때, 산소와 헤모글로빈 사이의 반응 속도는 0.42초 정도로 측정 되었다. 제안된 센서는 탐지광인 p편광 빛살의 매우 작은 위상 변화 측정이 상온에서 in-sit로 감지가 가능 하다는 장점을 갖고 있다. 제안된 측정 시스템은 기존 산소 센서들의 단점을 극복하고, 새로운 감지 물질과 매우 간단한 광학 정렬을 갖고 있는 측정 방법을 제시 함으로써 기체 산소의 감지를 필요로 하고 있는 화학, 바이오 및 환경분야에 쉽고 유용하게 사용될 것으로 기대하고 있다 .
more초록/요약
In this paper, a surface plasmon resonance sensor is presented. This sensor can be used to measure the concentration of oxygen gas at room temperature with high sensitivity. The two kinds of oxygen gas sensing are constructed, typical surface plasmon resonances sensor for measuring the shift of resonance angle and the other for measuring the phase shift using by common path homodyne interferometer. The surface plasmon resonances sensor was used to measure the relative angle shift of the surface plasmon resonance. Hemin was used as a sensing material for angle shift of the surface plasmon resonance. The shift of the resonance angle linearly depends on the percent concentration of oxygen gas. The ratio was about 0.019 degree per percentage. The other oxygen gas sensing was used to measure the phase change related to the surface plasmon with a common path homodyne interferometer. The proposed sensor scheme can be used for high sensitivity measurement of the induced phase of the p-polarized probe beam of the surface plasmon resonance. Hemoglobin was used as a sensing material for phase detection. It was experimentally found that the detection limit of oxygen gas was as low as 10 ppm in oxygen concentration and the average time for the reaction between oxygen gas and hemoglobin was less than 0.42 s at room temperature. The changes of phase according to oxygen concentration have linearity form from 10ppm to 50ppm. The proposed gas sensor systems have the advantages for in situ detection at room temperature and the very simple optical arrangement with few optical components. Therefore, the system can be applied extensively to other kinds of sensing applications to detect oxygen in the process of chemical, biological, and environmental reactions.
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