개개 대기 입자 분석을 위한 SERS용 기질의 개발

초록

대기 에어로졸의 단일입자 분석은 입자의 조성, 혼합 상태, 광학 및 흡습성 특성 등을 규명하는 데에 매우 유용하다. 라만 분광법은 개개 입자의 화학작용기, 분자종, 혼합 상태, 물리적 결정 구조 규명에 효과적이나, 공간분해능의 한계(~1 μm)가 있다. 표면증강라만분광법 (Surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)은 금속 나노 입자로 이루어진 기질에서 라만 산란이 증대되는 효과를 이용한 것으로 라만 공간분해능 이하의 미세입자의 특성 분석을 가능케 한다. 본 연구에서는 은거울반응을 통해 대면적에서 높은 재현성과 신호증강능을 가지는 SERS 기질을 제조하고, cover glass, Ag foil 등의 기질과 비교하여 SERS 특성을 고찰하였다. 라만 분광법은 비파괴적 분석법이나, 화학종, 조사되는 레이저의 세기 및 시간에 따라 열적 손상을 유발하기도 하는데, SERS 기질에서는 낮은 레이저 강도(<3.3 mW) 및 짧은 조사시간(~ 5초 미만)에서 고분해능의 분석이 가능하였으며, 이는 대기 중 휘발성 혹은 반휘발성 화학종의 분석이 가능하다는 것을 시사한다. 나노 입자로 이루어진 SERS 기질은 시간에 따라 대기 중에서 산화 및 오염되어 안정성 및 신호증강능이 떨어진다. 이에 기질 표면에 자기조립단분자막(self-assembly monolayer)을 형성시켜 안정성을 증대시켰다. 동시에 단분자층으로 흡착된 thiol을 mapping 기법으로 측정하여 SERS 기질의 신호증강 효과가 대면적에서 균일하게 나타나는 것을 확인하였다. 향후, 입자 크기 및 화학종에 따른 SERS 특성을 규명하고, 실제 대기 입자를 포집 및 분석하여 지금껏 관찰하지 못하였던 물리화학적 특성을 규명하고자 한다.