유도결합플라스마원자발광분광법

Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy
ICP 원자 방출 분광계

유도결합플라즈마 원자배출분광법(ICP-AES)은 유도결합플라즈마 광학배출분광법(ICP-OES)이라고도 하며, 화학원소 검출에 사용되는 해석 기법이다. 유도결합 플라즈마를 이용해 특정 원소의 특징적인 파장에서 전자기 방사선을 방출하는 흥분된 원자와 이온을 생성하는 방출 분광법의 일종이다. 플라즈마는 이온화 소스 가스(종종 아르곤)의 높은 온도 공급원이다. 플라즈마는 메가헤르츠 주파수로 냉각된 전기 코일에서 유도 결합을 통해 유지되고 유지된다. 원천 온도는 6000~10,000K 범위에 있다. 빛의 다양한 파장에서 나오는 방출의 강도는 표본 내 원소들의 농도에 비례한다.

메커니즘

ICP Plasma "토치".

ICP-AES는 ICP와 광학 분광계의 두 부분으로 구성된다. ICP 토치는 3개의 동심 쿼츠 유리 튜브로 구성된다.[1] 무선 주파수(RF) 발생기의 출력 또는 "작업" 코일은 이 쿼츠 토치의 일부를 둘러싸고 있다. 아르곤 가스는 일반적으로 혈장을 생성하는데 사용된다.

ICP는 플라즈마 밀도가 낮은 정전(E) 모드와 플라즈마 밀도가 높은 유도(H) 모드라는 두 가지 작동 모드를 가지며, 외부 입력과 함께 E-H 난방 모드 전환이 일어난다.[2] 토치는 H 모드로 작동한다.

토치를 켜면 코일에 흐르는 고출력 무선 주파수 신호에 의해 코일 내에 강렬한 전자기장이 생성된다. 이 RF 신호는 RF 발생기에 의해 생성되며, RF 발생기는 일반적인 무선 송신기가 송신 안테나를 구동하는 것과 동일한 방식으로 "작업 코일"을 구동한다. 일반적인 기기는 27MHz 또는 40MHz에서 작동한다.[3] 토치를 통해 흐르는 아르곤 가스는 아르곤 흐름을 통해 짧은 방전 호를 만들어 이온화 과정을 시작하는 테슬라 유닛으로 점화된다. 일단 플라즈마가 "점화"되면 테슬라 유닛은 꺼진다.

아르곤 가스는 강도 높은 전자기장에서 이온화되며 RF 코일의 자기장을 향해 특정한 회전 대칭 패턴으로 흐른다. 중성 아르곤 원자와 충전된 입자 사이에 생성된 비탄성 충돌의 결과로 약 7000 K의 안정적이고 높은 온도 플라즈마가 생성된다.[4]

과립 펌프는 수용성 또는 유기성 샘플을 분석 분무기에 전달하고, 거기서 연무로 바꿔 플라즈마 불꽃 안에 직접 유입된다. 샘플은 즉시 플라즈마에서 전자와 전하를 띤 이온과 충돌하고 그 자체가 전하를 띤 이온으로 분해된다. 다양한 분자들은 각각의 원자로 분열되고 그 후 전자를 잃고 혈장에서 반복적으로 재결합하여 관련 원소의 특성 파장에서 방사선을 방출한다.

일부 설계에서는 전형적으로 질소 또는 건조한 압축 공기를 사용하여 특정 지점의 플라즈마를 '절단'한다. 그런 다음 하나 또는 두 개의 트랜스퍼 렌즈를 사용하여 방출된 빛을 광학 분광기에서 그것의 구성 요소 파장으로 분리되는 회절 그링에 집중시킨다. 다른 설계에서 플라즈마는 일정한 아르곤 흐름이 나타나는 오리피스로 구성된 광학 인터페이스에 직접 충돌하여 플라즈마를 비껴나가고 냉각하면서 플라즈마에서 방출된 빛이 광학 챔버로 들어갈 수 있도록 한다. 여전히 다른 디자인들은 광섬유를 사용하여 광학실들을 분리하기 위해 빛의 일부를 전달한다.

광학실 내에서 빛이 다른 파장(색상)으로 분리된 후 광강도는 관련된 각 요소 라인에 대한 특정 파장을 "보기" 위해 물리적으로 배치된 광전자 증배관 또는 튜브로 측정되거나 보다 현대적인 단위에서는 분리된 색상이 일련의 반도체 사진 위에 떨어진다.충전 커플링 장치(CCD)와 같은 검출기. 이러한 검출기 어레이를 사용하는 단위에서는 모든 파장의 강도(시스템 범위 내)를 동시에 측정할 수 있어 장치가 모두 민감한 모든 요소에 대해 계측기가 동시에 분석할 수 있다. 따라서 표본은 매우 빨리 분석될 수 있다.

각 선의 강도는 이전에 측정된 원소의 알려진 농도의 강도와 비교되며, 그 농도는 교정 라인을 따라 보간하여 계산한다.

또한 특정 샘플 매트릭스 내에 서로 다른 요소가 존재하여 발생하는 간섭에 대해 특수 소프트웨어가 일반적으로 수정한다.

역사

분광 분석의 원천으로 플라즈마 방출을 사용하려는 최초의 시도는 1956년 Eugen Bădărău에 의해 발표되었다.[5] 1964년 올브라이트 & 윌슨에서 일하는 스탠리 그린필드는 비실험적 분석에 ICP를 처음으로 사용했다.[5] 최초의 상업용 기계는 1975년에 KONTRON에 의해 생산되었다.[5]

적용들

ICP-AES의 적용 예로는 와인의 금속,[6] 음식의 비소,[7] 단백질에 묶인 미량 원소의 측정 등이 있다.[8]

ICP-OES는 광물 처리에 널리 사용되어 다양한 하천 등급 데이터를 제공하고 있으며, 이를 통해 질량 균형 구축에 활용되고 있다.

2008년, 이 기술은 리버풀 대학교에서 쉐프톤 말렛에서 발견된 치루 부적과 기존에 영국에서 기독교의 가장 초기 증거 중 하나라고 믿었던 것을 증명하기 위해 사용되었고,[9] 단지 19세기까지 거슬러 올라간다.[10][11][12]

ICP-AES는 토양 내 미량 원소 분석에 많이 사용되며, 범죄 현장이나 피해자 등에서 발견된 토양 샘플의 출처를 확인하는 데 포렌식(Forganism)에 많이 사용된다. 대조군에서 하나의 표본을 추출하여 금속 구성을 결정하고 증거에서 얻은 표본을 추출하여 금속 구성을 비교할 수 있음을 결정한다. 토양 증거가 법정에 혼자 서지는 않을지 몰라도 그것은 확실히 다른 증거들을 강화한다.

그것은 또한 농업용 토양의 영양소 수준 결정을 위한 분석적 선택 방법이 빠르게 되고 있다. 그리고 나서 이 정보는 농작물 수확량과 품질을 최대화하는 데 필요한 수정제의 양을 계산하는 데 사용된다.

ICP-AES는 모터 오일 분석에 사용된다. 중고 모터 오일을 분석해 보면 엔진이 어떻게 작동하는지 알 수 있다. 엔진에 마모된 부품은 ICP-AES로 감지할 수 있는 오일에 흔적을 남긴다. ICP-AES 분석은 부품 고장 여부를 판단하는 데 도움이 될 수 있다. 또 ICP-AES는 특정 오일 첨가물이 얼마나 남아 있는지 판단할 수 있어 기름이 얼마나 남은 사용 수명을 나타낼 수 있다. 석유 분석은 종종 그들의 엔진의 작동에 대해 가능한 한 많이 알아내는 데 관심이 있는 비행대 관리자나 자동차 애호가들에 의해 사용된다. ICP-AES는 품질 관리와 생산 및 산업 규격 준수를 위해 모터 오일(및 기타 윤활유) 생산 시에도 사용된다.

참고 항목

참조

  1. ^ Hieftje, Gary; et al. (1982). "Design and Construction of a Low-Flow, Low-Power Torch for Inductively Coupled Plasma Spectrometry". Applied Spectroscopy. 36 (6): 627–631. Bibcode:1982ApSpe..36..627R. doi:10.1366/0003702824639105. S2CID 97527015. Retrieved 5 April 2015.
  2. ^ 이효창(2018) 유도결합플라스마 검토: 나노 애플리케이션 및 바이스트 가능 이력 물리학 5 011108 https://doi.org/10.1063/1.5012001
  3. ^ Hieftje, Gary; et al. (2006). "Effect of the plasma operating frequency on the figures of merit of an inductively coupled plasma time-of-flight mass spectrometer". Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 21 (2): 160–167. doi:10.1039/B515719F. Retrieved 5 April 2015.
  4. ^ Haung, Mao; Hieftje, Gary (1989). "Simultaneous measurement of spatially resolved electron temperatures, electron number densities and gas temperatures by laser light scattering from the ICP". Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 44 (8): 739–749. Bibcode:1989AcSpe..44..739H. doi:10.1016/0584-8547(89)80072-2.
  5. ^ a b c Ohls, Knut; Bogdain, Bernhard (2016). "History of inductively coupled plasma atomic emission spectral analysis: From the beginning up to its coupling with mass spectrometry". Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 31: 22–31. doi:10.1039/C5JA90043C. {{cite journal}}: access-date= 필요로 하다 url= (도움말)
  6. ^ Aceto M, Abollino O, Bruzzoniti MC, Mentasti E, Sarzanini C, Malandrino M (2002). "Determination of metals in wine with atomic spectroscopy (flame-AAS, GF-AAS and ICP-AES); a review". Food Additives and Contaminants. 19 (2): 126–33. doi:10.1080/02652030110071336. PMID 11820494. S2CID 28850410.
  7. ^ Benramdane L, Bressolle F, Vallon JJ (1999). "Arsenic speciation in humans and food products: a review". Journal of Chromatographic Science. 37 (9): 330–44. doi:10.1093/chromsci/37.9.330. PMID 10497786.
  8. ^ Ma R, McLeod CW, Tomlinson K, Poole RK (2004). "Speciation of protein-bound trace elements by gel electrophoresis and atomic spectrometry". Electrophoresis. 25 (15): 2469–77. doi:10.1002/elps.200405999. PMID 15300764. S2CID 11012108.
  9. ^ Leach, Peter (1991). Shepton Mallet: Romano-Britons and Early Christians in Somerset. Birmingham: Birmingham University Field Archeology Unit. ISBN 978-0-7044-1129-6.
  10. ^ Savill, Richard (2008-09-18). "'Ancient' Christian amulet declared a fake". Daily Telegraph. London. Archived from the original on 2008-09-19. Retrieved 2008-09-18.
  11. ^ "New tests challenge age of amulet". BBC News. BBC. 2008-09-18. Retrieved 2008-09-18.
  12. ^ de Bruxelles, Simon (2008-09-16). "Romano-British silver Christian cross may be fake". Times Online. London: The Times. Retrieved 2008-09-18.

외부 링크