Park, Su Kyoung;Kwon, In Cheol;Lee, Su Jeong;Huh, Il Kwon;Cho, Nam Chul
Journal of Conservation Science
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v.35
no.2
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pp.145-152
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2019
The metal-manufacturing method and smelting temperature of ancient metal-production processes have been studied by analyzing the principal elements and microstructures of slag. However, the microstructure of slag varies according to the solidification cooling rate and types and relative amounts of various oxides contained within the smelting materials. Hence, there is a need for accurate analysis methods that allow slag to be distinguished by more than its composition or microstructure. In this study, the microstructures of slag discharged as a result of smelting iron sands collected from Pohang and Gyeongju, as well as the slag excavated from the Ungyo site in Wanju, were analyzed by using metalloscopy, scanning election microscopy-energy dispersine X-ray spectroscopy(SEM-EDS) and wavelength dispersive X-ray fluorenscence(WD-XRF). Furthermore, the microcrystals were accurately characterized by performing Raman micro-spectroscopy, which is a technique that can be used to identify the microcrystals of slags. SEM-EDS analysis of Pohang slag indicated that its white polygonal crystals could be Magnetite; however, Raman micro-spectroscopy revealed that these crystals were actually $ulv{\ddot{o}}spinel$. Raman micro-spectroscopy and SEM-EDS were also used to verify that the coarse white dendritic structures observed in the Gyeongju-slag were $W{\ddot{u}}stites$. Additionally, the Wanju slag was observed to have a glassy matrix, which was confirmed by Raman micro-spectroscopy to be Augite. Thus, we have demonstrated that Raman micro-spectroscopy can accurately identify slag microcrystals, which are otherwise difficult to distinguish as solely based on their chemical composition and crystal morphology. Therefore, we conclude that it has excellent potential as a slag analysis technique.
Han, Dongwoo;Kim, Daehyoung;Choi, Soojin;Yoh, Jack J.
Current Optics and Photonics
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v.1
no.4
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pp.402-411
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2017
Combined LIBS-Raman spectroscopy has been widely studied, due to its complementary capabilities as an elemental analyzer that can acquire signals of atoms, ions, and molecules. In this study, the classification of polymorphs was performed by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) to overcome the limitation in molecular analysis; the results were verified by Raman spectroscopy. LIBS signals of the $CaCO_3$ polymorphs calcite and aragonite, and $CaSO_4{\cdot}2H_2O$ (gypsum) and $CaSO_4$ (anhydrite), were acquired using a Nd:YAG laser (532 nm, 6 ns). While the molecular study was performed using Raman spectroscopy, LIBS could also provide sufficient key data for classifying samples containing different molecular densities and structures, using the peculiar signal ratio of $5s{\rightarrow}4p$ for the orbital transition of two polymorphs that contain Ca. The basic principle was analyzed by electronic motion in plasma and electronic transition in atoms or ions. The key factors for the classification of polymorphs were the different electron quantities in the unit-cell volume of each sample, and the selection rule in electric-dipole transitions. The present work has extended the capabilities of LIBS in molecular analysis, as well as in atomic and ionic analysis.
Surface enhanced Raman scattering (SERS) was first discovered in 1974 by an unexpected Raman signal increase from Pyridine adsorbed on rough Ag electrode surfaces by the M. Fleishmann group. M. Moskovits group suggested that this phenomenon could be caused by surface plasmon resonance (SPR), which is a collective oscillation of free electrons at the surface of metal nanostructures by an external light source. After about 40 years, the SERS study has attracted great attention as a biomolecule analysis technology, and more than 2500 new papers and 500 review papers related to SERS topic have been published each year in recently. The advantages of biomaterials analysis using SERS are as follows; ① Molecular level analysis is possible based on unique fingerprint information of biomolecule, ② There is no photo-bleaching effect of the Raman reporters, allowing long-term monitoring of biomaterials compared to fluorescence microscopy, ③ SERS peak bandwidth is approximately 10 to 100 times narrower than fluorescence emission from organic phosphor or quantum dot, resulting in higher analysis accuracy, ④ Single excitation wavelength allows analysis of various biomaterials, ⑤ By utilizing near-infrared (NIR) SERS-activated nanostructures and NIR excitation lasers, auto-fluorescence noise in the visible wavelength range can be avoided from in vivo experiment and light damage in living cells can be minimized compared to visible lasers, ⑥ The weak Raman signal of the water molecule makes it easy to analyze biomaterials in aqueous solutions. For this reason, SERS is attracting attention as a next-generation non-invasive medical diagnostic device as well as substance analysis. In this review, the principles of SERS and various biomaterial analysis principles using SERS analysis will be introduced through recent research papers.
Raman microspectroscopy is a promising tool for microbial analysis at single cell level since it can rapidly measure the cell materials including lipids, nucleic acids, and proteins by measuring the inelastic scattering of a molecule irradiated by monochromatic lights. Using Raman spectra provides high specificity and sensitivity in classification of bacteria at the strain level. In addition, a Raman approach coupled with stabled isotope such as $^{13}C$ and $^2H$ is able to detect and quantify general metabolic activity at single cell level. After bacterial detection process by Raman microspectroscopy, interested unculturable cell sorting and single cell genomics can be accomplished by combination with optical tweezer and microfluidic devices. In this review, the characteristics and applications of Raman microspectroscopy were reviewed and summarized in order to provide a better understanding of microbial analysis using Raman spectroscopy.
Jung, Gyeong Bok;Kang, In Soon;Lee, Young Ju;Kim, Dohyun;Park, Hun-Kuk;Lee, Gi-Ja;Kim, Chaekyun
Current Optics and Photonics
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v.1
no.4
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pp.412-420
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2017
Multinucleated bone resorptive osteoclasts differentiate from bone marrow-derived monocyte/macrophage precursor cells. During osteoclast differentiation, mononuclear pre-osteoclasts change their morphology and biochemical characteristics. In this study, Raman spectroscopy with multivariate techniques such as Principal Component Analysis (PCA) and Linear Discriminant Analysis (LDA) were used to extract biochemical information related to various cellular events during osteoclastogenesis. This technique allowed for label-free and noninvasive monitoring of differentiating cells, and clearly discriminated four different time points during osteoclast differentiation. The Raman band intensity showed significant time-dependent changes that increased up to day 4. The results of Raman spectroscopy agreed with results from atomic force microscopy (AFM) and tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) staining, a conventional biological assay. Under AFM, normal spindle-like mononuclear pre-osteoclasts became round and smaller at day 2 after treatment with a receptor activator of nuclear $factor-{\kappa}B$ ligand and they formed multinucleated giant cells at day 4. Thus, Raman spectroscopy, in combination with PCA-LDA, may be useful for noninvasive label-free quality assessment of cell status during osteoclast differentiation, enabling more efficient optimization of the bioprocesses.
In this research, for the first time, we tried to analyse Raman hyperspectral dentin data using Independent Component Analysis (ICA) to see its possibility of adoption for the dental analysis software. We captured hyperspectral dentin data on 569 spots on a molar with dental lesion by HR800 Micro Raman Spectrometer at UMKC-CRISP (University of Missouri at Kansas City-Center for Research on Interfacial Structure and Properties). Each spot has 1,005 hyperspectral data. We applied ICA to the captured hyperspectral data of dentin for evaluating ICA approach, and compared it with the well known multivariate analysis method, PCA. As a result of the experiment, ICA approach shows better local characteristic of dentin than the result of PCA. We confirmed that ICA also could be a good method along with PCA in the dental analysis software.
The spectroscopic model is proposed to analyze the gain bandwidth of a fiber Raman amplifier (FRA) with a multiple wavelength pumping scheme based on Raman gain theory. The oscillatory lineshape, which is the analytic function to analyze Raman gain spectra, allows us to estimate the gain bandwidth of the FRA. Based on the proposed theoretical modeling, we design and analyze the characteristics of the FRA using the combined multiwavelength pumping sources. We achieved the extended gain bandwidth of the FRA over 80 nm with the small gain ripple less than 0.5 dB. Threshold pumping power and effective noise figure for the FRA can be also analyzed by using the proposed model, which is also applicable for versatile fibers with other doping materials. The proposed analysis method can be useful for the design of FRA with the multiwavelength pumping scheme.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.6
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pp.519-526
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2018
In order to analyze space resources, it had to be brought to earth. However, using laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) and Raman spectroscopy, it is possible to analyze qualitative and quantitative analysis of space minerals in real time. LIBS is a spectroscopic method in which a high energy laser is concentrated on a material surface to generate a plasma, and the emitted light is acquired through a spectroscope to analyze the atomic composition. Raman spectroscopy is a spectroscopic method that analyzes the molecular structure by measuring scattered light. These two spectroscopic methods are complementary spectroscopic methods for analyzing the atoms and molecules of unknown minerals and have an advantage as space payloads. In this study, data were analyzed qualitatively by using principal component analysis(PCA). In addition, a mixture of two minerals was prepared and a quantitative analysis was performed to predict the concentration of the material.
Ji Yoon Hwang;Sae Gyeol Jung;Dong Joon Song;Changyoung Kim;Seung Ryong Park
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.26
no.1
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pp.10-13
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2024
We performed angle-resolved Raman spectroscopy experiments on lead-doped and undoped Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212) samples using a 660 nm laser and analyzed the Raman tensor of the phonon modes. The phonon mode was clearly observed at the 60, 103, and 630 cm-1 Raman shifts. The 60, 630 cm-1 peaks were only clearly observed when the incident and scattered light polarizations were configured to be parallel. The polarization angle dependence of the amplitude of the 60, 630 cm-1 peak on the parallel configuration shows a twofold symmetry; therefore, both peaks originate from Ag phonons and the crystal structure of Bi2212 should be considered orthorhombic. On the other hand, the 103 cm-1 peak is clearly observed in both parallel and perpendicular configurations. Remarkably, the off-diagonal component of the Raman tensor of the 103 cm-1 peak showed an anti-symmetry that could not be realized within the known crystal structure of Bi2212. The implications of our findings are discussed.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.23
no.4
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pp.19-24
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2016
Along the few nano sizing dimensions of integrated circuit (IC) devices, acceptable interlayer material for design is inevitable. The interlayer which include dielectric, interconnect, barrier etc. needs to achieve not only electrical properties, but also mechanical properties for endure post manufacture process and prolonging life time. For developing intermetallic dielectric (IMD) the mechanical issues with post manufacturing processes were need to be solved. For analyzing specific structural problem and material properties Raman spectroscopy was performed for various researches in Si semiconductor based materials. As improve of the laser and charge-coupled device (CCD) technology the total effectiveness and reliability was enhanced. For thin film as IMD developed material could be analyzed by Raman spectroscopy, and diverse researches of developing method to analyze thin layer were comprehended. Also In-situ analysis of Raman spectroscopy is introduced for material forming research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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