유도 결합 플라즈마 질량 분석법

Inductively coupled plasma mass spectrometry
유도 결합 플라즈마 질량 분석법
ICP-MS.jpg
ICP-MS 기기
약자ICP-MS
분류질량 분석
분석물플라즈마 내의 원자 및 다원자종(예외 포함), 보통 샘플 내의 화학원소의 농도로 해석된다.
제조원Skyray, Agilent, Analytik Jena, Horiba(ICP-OES만 해당), PerkinElmer, Shimadzu, Spectro, Thermo, GBC Scientific, Nu Instruments
기타 기술
관련된유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광법
하이픈으로 표시했다액체 크로마토그래피 유도결합 플라즈마 질량분석(LC-ICP-MS), 가스 크로마토그래피 유도결합 플라즈마 질량분석(GC-ICP-MS), 레이저 어블레이션 유도결합 질량분석(LA-ICP-MS)

유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS)은 유도 결합 플라즈마를 사용하여 샘플을 이온화하는 질량 분석법의 일종입니다.시료를 분무하고 원자 이온과 소량 다원자 이온을 만들어 냅니다.그것은 매우 낮은 농도로 액체 샘플에서 금속과 몇몇 비금속들을 검출하는 능력으로 알려져 있다.동일한 원소의 다른 동위원소를 검출할 수 있기 때문에 동위원소 라벨링에서 다용도 도구입니다.

ICP-MS는 원자 흡수 분광법에 비해 속도, 정밀도, 감도가 높다.그러나 열전리질량분석(TIMS) 및 글로우방전질량분석(GD-MS)과 같은 다른 유형의 질량분석과 비교하여 ICP-MS는 플라즈마로부터의 아르곤, 원추 오리피스를 통해 누출되는 공기의 성분 가스, 유리제품과 원추체로부터의 오염 등 많은 간섭 종을 도입한다.

구성 요소들

유도 결합 플라즈마

주요 기사:유도 결합 플라즈마

유도 결합 플라즈마는 전자기 코일로 가스를 유도 가열하여 통전(이온화)되는 플라즈마로, 가스를 전기적으로 전도시키기에 충분한 농도의 이온과 전자를 포함하고 있습니다.기체가 플라즈마 특성을 가지기 위해 모든 기체가 이온화될 필요는 없습니다. 1%의 이온화가 [1]플라즈마를 생성합니다.분광화학 분석에 사용되는 플라즈마는 기본적으로 전기적으로 중성이며 이온 위의 각 양전하가 자유 전자에 의해 균형을 잡습니다.이러한 플라즈마에서 양이온은 거의 단독으로 충전되고 음이온은 거의 없기 때문에 플라즈마의 단위 부피마다 이온과 전자의 수가 거의 동일합니다.

ICP에는 저플라즈마 밀도의 캐패시티브(E) 모드와 고플라즈마 밀도의 유도(H) 모드라고 불리는 두 가지 작동 모드가 있으며, 외부 [2]입력에 의해 E에서H로 가열 모드가 전환됩니다.유도 결합 플라즈마 질량 분석기는 H 모드에서 작동합니다.

유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS)이 다른 형태의 무기질량 분석법에서 유일한 이유는 분석물을 중단 없이 연속적으로 샘플링할 수 있기 때문입니다.이는 다른 형태의 무기질량분석법인 글로우방전질량분석법(GDMS)과 열이온화질량분석법(TIMS)과는 대조적이며, 2단계 과정이 필요하다.시료를 진공 챔버에 삽입하고 진공 챔버를 밀봉한 후 펌프를 내려 시료에 전원을 공급하여 질량 분석기에 이온을 보냅니다.ICP-MS에서는 분석할 샘플이 대기압에 놓여 있습니다.차동 펌핑의 효과적인 사용을 통해, 차동 구멍(구멍)으로 분리된 다중 진공 단계를 통해 아르곤 플라즈마에서 생성된 이온은 다양한 정전 초점 기술의 도움을 받아 질량 분석기를 통해 검출기로 전달되고 계수된다.이를 통해 분석가는 샘플 처리량(시간 경과에 따른 샘플 양)을 획기적으로 높일 수 있을 뿐만 아니라 "시간 해결된 수집"이라고 불리는 작업을 수행할 수 있게 되었습니다.Liquid Chromotography ICP-MS(LC-ICP-MS), Laser Ablation ICP-MS(LA-ICP-MS), Flow Injection ICP-MS(FIA-ICP-MS) 등과 같은 하이픈화된 기술은 이 비교적 새로운 기술로부터 혜택을 받았습니다.그것은 지구화학과 법의학 화학, 생화학, 해양학 등 연구를 위한 새로운 도구 개발을 자극했다.또한 샘플 처리량이 하루에 수십 개의 샘플에서 수백 개의 샘플로 증가하여 환경 분석에 혁신을 일으켜 비용을 절감했습니다.기본적으로 이는 샘플이 환경 압력에 있는 반면 분석기와 검출기는 정상 작동 시 동일한 압력의 1/10,000,000에 있기 때문입니다.

내부 튜브(인젝터)는 플루오르화 수소산을 사용하는 경우 사파이어가 될 수 있지만 일반적으로 석영으로 구성된 3개의 동심 튜브로 구성된 토치에서 분광을 위한 유도 결합 플라즈마(ICP)가 유지됩니다.이 토치의 끝은 무선 주파수 전류가 공급되는 유도 코일 안에 위치합니다.토치의 최외측 2개의 튜브 사이에 아르곤 가스(통상 분당 13~18리터)의 흐름이 도입되어 짧은 시간 동안 전기 스파크가 인가되어 가스 스트림에 자유 전자가 도입된다.이러한 전자는 유도 코일의 무선 주파수 자기장과 상호 작용하여 높은 주파수(보통 초당 2,712만 사이클)로 변화함에 따라 먼저 한 방향으로 가속되고 다른 방향으로 가속됩니다.가속된 전자는 아르곤 원자와 충돌하고, 때때로 충돌은 아르곤 원자가 전자 중 하나와 갈라지게 만든다.방출된 전자는 급변하는 자기장에 의해 가속됩니다.충돌 시 새로운 전자의 방출 속도가 아르곤 이온(전자를 잃은 원자)과 전자 재결합 속도에 의해 균형을 이룰 때까지 이 과정은 계속됩니다.이것은 자유 전자와 아르곤 이온의 다소 작은 부분을 가진 아르곤 원자로 대부분 구성된 '파이어볼'을 생성한다.플라즈마의 온도는 10,000K 정도로 매우 높다.플라즈마에서도 자외선이 나오므로 안전을 위해 직접 보면 안 됩니다.

ICP는 두 개의 가장 바깥쪽 튜브 사이의 가스 흐름이 플라즈마를 토치 벽으로부터 멀리 떨어뜨리기 때문에 석영 토치에 유지될 수 있습니다.아르곤의 두 번째 흐름(분당 약 1리터)은 보통 중앙 튜브와 중간 튜브 사이에 도입되어 혈장을 중앙 튜브의 끝에서 멀리 떨어뜨립니다.토치의 중앙 튜브에 세 번째 가스 흐름(일반적으로 분당 약 1L)이 유입됩니다.이 가스 흐름은 플라즈마 중앙을 통과하며 주변 플라즈마보다 차갑지만 화학 불꽃보다는 훨씬 뜨거운 채널을 형성합니다.분석할 샘플은 보통 액체 샘플을 분무기에 통과시켜 형성되는 액체 안개 형태로 이 중앙 채널에 도입됩니다.

플라즈마 온도(따라서 이온화 효율성)와 안정성을 극대화하기 위해 샘플은 가능한 한 적은 액체(용제 부하)와 일관된 액적 크기로 중앙 튜브를 통해 도입되어야 한다.액체 샘플에 분무기를 사용하고, 이어서 스프레이 챔버를 사용하여 큰 방울을 제거하거나, 용매 대부분이 토치에 도달하기 전에 용매를 증발시킬 수 있습니다.레이저 절제를 사용하여 고체 샘플을 도입할 수도 있습니다.샘플은 ICP의 중앙 채널로 들어가 증발하고 분자가 분해되며 구성 원자가 이온화됩니다.플라즈마 내의 온도에서 많은 화학 원소의 원자의 상당 부분이 이온화되며, 각 원자는 가장 느슨하게 결합된 전자를 잃어 단일 하전된 이온을 형성합니다.플라즈마 온도는 첫 번째 이온화 에너지가 높은 소자의 이온화 효율을 극대화하고 두 번째 이온화 에너지가 낮은 소자의 두 번째 이온화(이중 충전)를 최소화하기 위해 선택됩니다.

질량 분석

주요 기사:질량 분석

질량분석과의 결합을 위해 플라즈마로부터의 이온은 일련의 원추체를 통해 질량분석계(일반적으로 4극)로 추출된다.이온은 질량 대 전하 비율에 따라 분리되며 검출기는 농도에 비례하는 이온 신호를 수신한다.

시료의 농도는 단원소 또는 다원소 기준 등 인증된 표준물질로 교정하여 측정할 수 있다.ICP-MS는 또한 동위원소 희석을 통한 정량적 결정에 도움이 된다. 동위원소 희석은 동위원소 농축 표준에 기초한 단일점법이다.

ICP 시스템에 결합된 다른 질량 분석기에는 단일 및 다중 수집기가 모두 있는 이중 초점 자기 정전 섹터 시스템과 비행 시간 시스템(축 방향 및 직교 가속기 모두 사용됨)이 포함됩니다.

적용들

ICP-MS의 가장 큰 용도는 의학 및 법의학 분야, 특히 독성학 [citation needed]분야입니다.의사는 중금속 중독 의심, 대사 문제, 심지어 간 문제 등 여러 가지 이유로 금속 검사를 주문할 수 있습니다.각 환자의 진단 계획에 고유한 특정 매개 변수에 따라 분석을 위해 수집된 샘플은 전혈, 소변, 혈장, 혈청에서 심지어 포장된 적혈구까지 다양할 수 있습니다.이 계측기의 또 다른 주요 용도는 환경 분야입니다.그러한 적용에는 지방 자치체 또는 개인에 대한 물 시험, 산업 목적을 위한 토양, 물 및 기타 재료 분석이 포함된다.법의학 분야에서는 유리 [citation needed]분석에는 유리 ICP-MS가 인기다.유리의 미량 원소는 LA-ICP-MS를 사용하여 검출할 수 있으며, 유리의 미량 원소는 범죄 현장에서 발견된 샘플을 용의자와 일치시키는 데 사용할 수 있다.

최근 몇 년 동안 산업 및 생물학적 모니터링은 ICP-MS를 통한 금속 분석의 또 다른 주요 필요성을 제시했습니다.배터리 공장 등 금속에 노출될 가능성이 높고 피할 수 없는 공장에서 일하는 개인은 정기적으로 혈액 또는 소변을 분석하여 금속 독성 여부를 확인해야 합니다.이러한 모니터링은 작업 환경으로부터 근로자를 보호하고 적절한 업무 순환을 보장하기 위한 노력의 일환으로 OSHA에 의해 구현된 필수 관행이 되었다(즉, 높은 노출 위치에서 낮은 노출 위치로 직원을 순환시킨다.

ICP-MS는 지구화학 분야에서도 방사성 연대 측정용으로 널리 사용되며, 이 분야에서는 다양한 동위원소, 특히 우라늄과 납의 상대적 풍부성을 분석하는데 사용된다.ICP-MS는 오스뮴, 텅스텐 등 이온화 에너지가 높은 종들은 쉽게 이온화할 수 있기 때문에 기존에 사용하던 열 이온화 질량 분석법보다 더 적합하다.고정밀 비율 작업의 경우 계산된 비율에 대한 효과 노이즈를 줄이기 위해 일반적으로 여러 수집기기를 사용합니다.

플로우 세포측정학 분야에서는 ICP-MS를 사용하여 기존의 형광색소를 대체하고 있습니다.간단히 말해서, 항체(또는 다른 생물학적 프로브)에 불소크롬을 표시하는 대신, 각 항체는 란타니드의 다른 조합으로 라벨링됩니다.ICP-MS에 의해 특별한 흐름 세포계에서 해당 샘플을 분석하면, 각각의 항체는 구별되는 ICP "발자국"에 의해 식별되고 정량화될 수 있다.따라서 이론적으로 수백 개의 다른 생물학적 프로브를 ca. 1,000 셀/초의 속도로 개별 셀에서 분석할 수 있다.ICP-MS에서는 원소를 쉽게 판별할 수 있기 때문에 멀티플로우 세포측정에서의 보상 문제가 효과적으로 해소된다.

제약업

제약업계에서 ICP-MS는 의약품 및 그 성분의 무기불순물 검출에 사용된다.USP(United States Pharmacopeia) 및 USP(United States Pharmacopeia)의 【232】【Elemental Influgences—Limits】[3] 및 USP【232】【Elemental Influgules—[4]Procedure】에 도입된 식이 보조식품의 새로운 최대 허용 피폭 수준 감소에 의해, 즉 기타 분석 방법에 대한 필요성이 증가한다.레이저 어블레이션 유도결합 플라즈마 질량분석법(LA-ICP-MS)은 법의학 케이스워크에서 발생하는 다양한 소재의 소자분석을 위한 강력한 기술입니다.LA-ICP-MS는 이미 법의학, 금속, 안경, 토양, 페인트, 뼈, 치아, 인쇄, 트레이스 요소에서의 응용에 성공적으로 적용되고 있습니다.al, 지문, 종이.이 중 법의학 유리 분석은 이 기술이 높은 효용성을 제공하는 응용 분야로 두드러진다.이와 같은 상황의 차량 뺑소니, 강도, 폭행, 운전 중 총격 및 폭탄 테러는 유리 파편을 발생시킬 수 있으며 유리 이송 조건에서 연관성의 증거로 사용될 수 있습니다.LA-ICP-MS는 시료 준비 및 시료 채취 시간이 짧고 시료 크기가 250나노그램 미만이어서 유리 분석에 가장 적합한 기술로 꼽힌다.또한 샘플의 소화에 사용되는 위험물질의 복잡한 절차와 취급이 필요하지 않습니다.이것에 의해, 메이저, 마이너, 트레이스 요소를 높은 정밀도와 정확도로 검출할 수 있습니다.색상, 두께, 밀도, 굴절률(RI)을 포함한 물리적 및 광학적 특성 등의 유리 시료 측정에 사용되는 특성이 있으며,[5] 필요한 경우 연관성 값을 높이기 위해 원소 분석을 수행할 수 있습니다.범죄 현장에서 회수된 립스틱과 같은 화장품은 귀중한 법의학적 정보를 제공할 수 있다.담배꽁초, 유리제품, 의류, 침구, 냅킨, 종이 등에 묻은 립스틱 얼룩은 귀중한 증거가 될 수 있습니다.옷이나 피부에서 회수된 립스틱은 또한 개인 간의 신체적 접촉을 나타낼 수 있다.회수된 립스틱 얼룩 증거의 법의학적 분석은 피해자 또는 용의자의 최근 활동에 대한 귀중한 정보를 제공할 수 있습니다.립스틱 도말의 미량 요소 분석을 사용하여 립스틱 브랜드와 색상을 결정하는 기존의 시각적 비교 절차를 보완할 수 있습니다.

단일 입자 유도 결합 플라즈마 질량 분석기(SP ICP-MS)는 2000년 Claude Deguledre에 의해 입자 현탁을 위해 설계되었습니다.그는 제네바 대학의 포렐 연구소에서 이 새로운 방법론을 처음 테스트했고, 2002년 봄 EMRS 회의 중 '콜로이드 2oo2' 심포지엄과 [6]2003년 절차에서 이 새로운 분석 접근법을 발표했다.본 연구는 SP ICP-MS 이론과 점토 입자(몬트리요나이트)에 대한 시험 결과와 콜로이드 현탁액을 제시한다.이 방법은 Deguledre & Favarger(2004)[7]에 의해 이산화토륨 나노입자에 대해, Deguledre([8]2004)에 의해 나노약리학에서 기질로 사용되는 이산화지르코늄(2004) 및 금 나노입자에 대해 시험되어 Deguledre(2006)[9]에 의해 발표되었다.이후 이산화우라늄 나노입자 및 미세입자 연구는 상세한 출판물을 만들었다.Deguledre et al (2006)[10]2010년 이후 SP ICP-MS에 대한 관심이 폭발적으로 증가하고 있습니다.

성분 비교를 통한 립스틱의 유기 분석에 사용된 이전 법의학 기술에는 박층 크로마토그래피(TLC), 가스 크로마토그래피(GC) 및 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)가 있다.이 방법들은 립스틱의 식별에 관한 유용한 정보를 제공한다.그러나 모두 오랜 시료 준비 시간이 소요되어 시료를 파괴합니다.립스틱 도말의 법의학적 분석을 위한 비파괴적 기술은 퍼지 앤 트랩 가스 크로마토그래피, 마이크로 분광광도 측정 및 주사 전자 현미경 에너지 분산 분광법([11]SEM-EDS) 및 라만 분광법을 조합한 자외선 형광 관찰을 포함한다.

금속 사양

원소 분석 세계의 성장 추세는 크롬이나 비소와 같은 특정 금속의 사양화, 즉 산화 상태의 결정을 중심으로 변화하고 있습니다.이를 위한 주요 기술 중 하나는 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 또는 필드 플로우 분할(FFF)로 화학종을 분리한 후 ICP-MS로 농도를 측정하는 것이다.

단백질 및 생체분자 정량

일반적으로 전방 크로마토그래프 분리와 AAS 및 ICP-MS와 같은 요소 선택 검출기를 수반하는 ICP-MS를 규격 분석의 도구로 사용하는 경향이 증가하고 있다. 예를 들어 ICP-MS는 크기 제외 크로마토그래피 및 정량적 준비성 천연 폴리아크릴아미드 겔 세포와 결합될 수 있다.바이오 플루이드에서 단백질을 포함하는 토종 금속 보조 인자를 식별하고 정량화하기 위한 sis(QPNC-PAGE)입니다.또한 단백질의 인산화 상태를 분석할 수 있다.

2007년, 금속, 특히 [12]랜타니드로 단백질을 정량적으로 표시하기 위해 금속 코드 친화성 태그(MecAT)라고 불리는 새로운 유형의 단백질 태그 부착 시약이 도입되었다.MeCAT 라벨링은 모든 종류의 단백질이나 펩타이드와 같은 다른 생체 분자의 상대적이고 절대적인 정량화를 가능하게 한다.MeCAT는 적어도 금속을 결합하는 강한 킬레이트기를 가진 부위 특이 생체분자 태깅기를 포함한다.MeCAT 라벨 단백질은 ICP-MS에 의해 다른 질량분석 기반 정량법보다 최소 2~3차 이상 민감도가 높은 낮은 아토몰 양까지 정확하게 정량화할 수 있다.생체분자에 몇 가지 MeCAT 라벨을 도입하여 젭토몰 범위의 LC-ICP-MS 검출 한계를 더욱 최적화하는 것으로 가능성의 영역 내에 있다.다른 란타니드를 사용함으로써 단백질 및 펩타이드의 약물동태학 또는 예를 들어 생물학적 유체 중 단백질(프로테오믹스)의 차분 발현 분석에 MeCAT 다중화를 사용할 수 있다.MeCAT 라벨 단백질의 분리는 Breakable PAGE SDS-PAGE(DPAGE, 분해성 PAGE), 2차원 겔 전기영동 또는 크로마토그래피를 사용한다.전기영동 후 DPAGE 겔을 용해하고 겔을 염색함으로써 DPAGE SDS-PAGE 겔로부터의 단백질 밴드 또는 스팟의 흐름주입 ICP-MS 해석을 용이하게 할 수 있다.MeCAT 표지 단백질은 MALDI-MS 또는 ESI-MS에 의해 펩타이드 수준에서 식별되고 상대적으로 정량화된다.

원소 분석

ICP-MS를 사용하면 원자질량 범위가 7~250(Li~U), 경우에 따라서는 그 이상의 원소를 결정할 수 있습니다.시료에 아르곤이 풍부하기 때문에 40질량 등 일부 질량은 사용이 금지됩니다.다른 블록 영역에는 질량 80(아르곤 이합체에 의한)과 질량 56(ArO에 의한)이 포함될 수 있으며, 그 중 후자는 반응 챔버가 장착되지 않는 한 Fe 분석을 크게 방해한다.이러한 간섭은 2개 이상의 슬릿을 사용하여 빔을 좁혀 인근 피크를 구별하는 고해상도 ICP-MS(HR-ICP-MS)를 사용하여 줄일 수 있습니다.이것은 감수성을 희생한 결과입니다.예를 들어 철과 아르곤을 구별하려면 약 10,000의 분해능력이 필요하며, 이는 철 감도를 약 99% 감소시킬 수 있습니다.

단일 수집기 ICP-MS는 펄스 카운트 모드의 곱셈기를 사용하여 매우 낮은 신호를 증폭하고, 감쇠 그리드 또는 아날로그 모드의 곱셈기를 사용하여 매체 신호를 검출하며, 패러데이 컵/버킷을 사용하여 더 큰 신호를 검출할 수 있습니다.멀티 콜렉터 ICP-MS에는, 이러한 몇개의 버킷(통상은 Faraday 버킷)이 있어, 코스트가 큰폭으로 낮아지는 경우가 있습니다.이 조합으로 1ppq에서 100ppm까지의 12차 진폭의 동적 범위가 가능합니다.

ICP-MS는 생체 [13]시료 중 카드뮴을 측정하기 위한 선택 방법이다.

ICP-MS는 한 번에 하나의 원소만 측정할 수 있는 원자흡수분광학과는 달리 모든 원소를 동시에 스캔할 수 있다.이를 통해 신속한 샘플 처리가 가능합니다.모든 분석에서 리튬에서 우라늄에 이르는 모든 분석 스펙트럼을 기록할 수 있는 동시 ICP-MS가 2010 피트콘 편집자상 은상을 수상했다.ICP-MS는 여러 스캔 모드를 사용할 수 있으며, 각 모드는 속도와 정밀도 사이에서 서로 다른 균형을 유지합니다.자석만 사용하여 스캔하는 것은 이력 때문에 느리지만 정확합니다.속도를 높이기 위해 자석 외에도 정전판을 사용할 수 있으며, 여러 수집기와 결합하면 리튬 6에서 산화 우라늄 256에 이르는 모든 원소를 1/4초 이내에 스캔할 수 있습니다.낮은 검출 한계, 간섭종 및 고정밀의 경우 계수 시간이 크게 증가할 수 있습니다.신속한 스캔, 큰 동적 범위 및 큰 질량 범위는 해수, 소변 및 소화된 전체 암석 샘플과 같이 최소한의 준비(TIMS 대비 이점)를 가진 샘플의 여러 미지의 농도와 동위원소 비율을 측정하는 데 이상적이다.또한 레이저 압착 암석 샘플에도 적합합니다. 스캔 속도는 매우 빠르기 때문에 동위원소 수에 관계없이 실시간 플롯이 가능합니다.이를 통해 미네랄 입자의 공간 매핑도 쉬워집니다.

하드웨어

ICP-MS 기기는 입출력 측면에서 준비된 샘플 재료를 소비하여 질량 스펙트럼 데이터로 변환합니다.실제 분석 절차에는 약간의 시간이 소요되며, 시간이 지나면 다음 샘플에서 작동하도록 기기를 전환할 수 있습니다.이러한 샘플 측정을 수행하려면 계측기에 플라즈마가 점화되어야 하며, 얻어진 결과가 실현 가능한 정확하고 정확하게 해석되려면 많은 기술적 파라미터가 안정되어야 합니다.플라즈마를 유지하려면 캐리어 가스(일반적으로 순수한 아르곤)를 지속적으로 공급하고 계측기의 소비 전력을 증가시켜야 합니다.이러한 추가 주행 비용이 정당하다고 간주되지 않을 경우 플라즈마 및 대부분의 보조 시스템을 끌 수 있습니다.이러한 대기 모드에서는 질량 분석계에서 적절한 진공 상태를 유지하기 위해 펌프만 작동합니다.

ICP-MS 계측기의 구성 요소는 재현 및/또는 안정적인 작동이 가능하도록 설계되었습니다.

소개 예시

분석의 첫 번째 단계는 샘플의 도입입니다.이것은, ICP-MS에서는 다양한 방법으로 실현되고 있습니다.

가장 일반적인 방법은 분석 분무기를 사용하는 것입니다.분무기는 액체를 에어로졸로 변환하고, 그 에어로졸을 플라즈마로 쓸어 넣어 이온을 생성합니다.분무기는 간단한 액체 샘플(즉, 용액)에 가장 적합합니다.그러나 슬러리 같은 더 복잡한 재료에 사용한 사례가 있습니다.ICP-MS에는 공압식, 크로스 플로우, 바빙턴식, 초음파식, 탈착식 등 많은 종류의 분무기들이 결합되어 있습니다.발생하는 에어로졸은 일반적으로 펠티어 냉각 더블패스 또는 사이클론 스프레이 챔버를 통해 가장 작은 물방울로만 제한하도록 처리됩니다.자동 증폭기를 사용하면 특히 일상적인 작업 및 다수의 샘플에서 더 쉽고 빠르게 이 작업을 수행할 수 있습니다.탈착성 네블라이저(DSN)도 사용할 수 있습니다. DSN은 불소 폴리머 막으로 코팅된 길고 가열된 모세관을 사용하여 대부분의 용매를 제거하고 혈장에 가해지는 부하를 줄입니다.매트릭스 제거 도입 시스템은 관심종이 미량 수준에 있고 훨씬 더 풍부한 오염 물질로 둘러싸인 바닷물과 같은 샘플에 사용되기도 한다.

레이저 절제술도 또 다른 방법이다.과거에는 그다지 흔하지 않았지만 ICP-MS 스캔 속도가 빨라진 덕분에 샘플 도입 수단으로 빠르게 사용되고 있습니다.이 방법에서는 펄스 UV레이저를 시료에 집속시켜 플라즈마 내에 쓸 수 있는 압출재료의 플룸을 생성한다.이것은 지구 화학자들이 암석 샘플의 단면에 동위원소 구성을 공간적으로 매핑할 수 있게 하는데, 암석이 소화되어 액체 샘플로 도입되면 잃게 되는 도구이다.이 작업을 위한 레이저는 제어성이 높은 출력과 균일한 방사형 배전을 가지도록 제작되어 바닥이 평평하고 직경과 깊이가 선택된 크레이터를 생산합니다.

Laser Ablation(레이저 절제) 및 Desolvating Nebulizer(탈착성 분무기)의 경우, 질소 흐름이 Argon 흐름에 소량 유입될 수도 있습니다.질소는 조광체로 존재하므로 진동 모드가 더 많고 토치 주위의 RF 코일로부터 에너지를 더 효율적으로 수신할 수 있습니다.

다른 샘플 도입 방법도 이용된다.전기열 기화(ETV) 및 인 토치 기화(ITV)는 뜨거운 표면(일반적으로 흑연 또는 금속)을 사용하여 샘플을 기화시켜 도입합니다.이것들은 매우 적은 양의 액체, 고체 또는 슬러리를 사용할 수 있다.증기 발생과 같은 다른 방법들도 알려져 있다.

플라즈마 토치

ICP의 분무기

ICP-MS에서 사용되는 플라즈마는 아르곤 가스를 부분적으로 이온화(Ar → Ar+ + e−)하여 만든다.이 반응에 필요한 에너지는 플라즈마 토치를 둘러싼 부하 코일의 교류 전류를 아르곤 가스의 흐름으로 펄스함으로써 얻어집니다.

시료를 주입한 후 혈장의 극단적인 온도로 인해 시료가 개별 원자로 분리됩니다(원자화).다음으로 플라즈마는 이들 원자(M→M++e−)를 질량분석계로 검출할 수 있도록 이온화한다.

분광을 위한 유도 결합 플라즈마(ICP)는 보통 석영으로 이루어진 3개의 동심 튜브로 구성된 토치 내에서 지속됩니다.두 가지 주요 디자인은 Fassel과 Greenfield [14]횃불입니다.이 토치의 끝은 무선 주파수 전류가 공급되는 유도 코일 안에 위치합니다.토치의 최외측 2개의 튜브 사이에 아르곤 가스(통상 분당 14~18리터)의 흐름이 도입되어 짧은 시간 동안 전기 스파크가 인가되어 자유로운 전자가 가스 스트림에 도입된다.이러한 전자는 유도 코일의 무선 주파수 자기장과 상호 작용하며, 고주파수(일반적으로 27.12MHz 또는 40MHz)에서 필드가 변화함에 따라 먼저 한 방향으로 가속된 다음 다른 방향으로 가속됩니다.가속된 전자는 아르곤 원자와 충돌하고, 때때로 충돌은 아르곤 원자가 전자 중 하나와 갈라지게 만든다.방출된 전자는 급변하는 자기장에 의해 가속됩니다.충돌 시 새로운 전자의 방출 속도가 아르곤 이온(전자를 잃은 원자)과 전자 재결합 속도에 의해 균형을 이룰 때까지 이 과정은 계속됩니다.이것은 자유 전자와 아르곤 이온의 다소 작은 부분을 가진 아르곤 원자로 대부분 구성된 '파이어볼'을 생성한다.

아르곤의 장점

다른 가스 대신 아르곤으로 플라즈마를 만드는 것은 몇 가지 장점이 있다.첫째, 아르곤은 (칼륨의 방사성 붕괴의 결과로 대기 중에) 풍부하기 때문에 다른 귀가스보다 저렴하다.아르곤은 또한 He, F, Ne를 제외한 다른 원소들보다 높은 제1 이온화 전위를 가지고 있다.이 높은 이온화 에너지 때문에 반응(Ar+ + e− → Ar)이 반응(M+ + e− → M)보다 에너지적으로 유리하다.이렇게 하면 질량 분석기가 검체를 검출할 수 있도록 샘플이 이온화(M+)된 상태로 유지됩니다.

아르곤은 ICP-MS와 함께 사용하기 위해 냉장 액체 또는 기체 형태로 구입할 수 있습니다.단, 어떤 형태의 아르곤을 구입하든 최소한 99.9%의 순도를 보장해야 합니다.특정 상황에 가장 적합한 아르곤 유형을 결정하는 것이 중요합니다.액체 아르곤은 일반적으로 더 저렴하고 가스 형태에 비해 더 많은 양을 저장할 수 있습니다. 이는 더 비싸고 더 많은 탱크 공간을 차지합니다.기기가 자주 사용되지 않는 환경에 있는 경우, 가스 상태에서 아르곤을 구입하는 것이 가장 적절할 것입니다. 왜냐하면 아르곤은 더 적은 실행 시간에 적합하고 실린더 내의 가스는 더 오랜 시간 동안 안정성을 유지하는 반면, 액체 아르곤은 탱크의 통풍으로 인해 환경에 손실을 입기 때문입니다.연장된 시간 범위로 이동합니다.단, ICP-MS를 일상적으로 사용하고, 매일 8시간 이상 주일에 며칠씩 가동하는 경우에는 액체 아르곤을 사용하는 것이 가장 적합합니다.장기간 ICP-MS 계측기를 여러 개 가동할 경우 가스공급업체에서 유지관리하는 벌크 또는 마이크로 벌크 아르곤 탱크를 설치하는 것이 실험실에 유리할 수 있으므로 탱크를 자주 교체할 필요가 없고 ea에 남아 있는 아르곤의 손실을 최소화할 수 있다.탱크 전환에 사용되는 탱크와 정지 시간.

헬륨은 플라즈마 [15][16]생성을 위해 아르곤 대신 또는 아르곤과 혼합하여 사용할 수 있습니다.헬륨의 첫 번째 이온화 에너지가 높을수록 이온화가 더 잘 되고 이온화되기 어려운 원소에 대한 민감도가 더 높아집니다.순수한 헬륨을 사용하면 ArO와 [17]같은 아르곤 기반 상호 참조도 피할 수 있습니다.그러나 충돌 셀을 사용하면 간섭을 완화할 수 있으며, 헬륨의 비용 증가로 인해 상업용 ICP-MS에서 [citation needed]헬륨을 사용할 수 없게 되었습니다.

진공으로의 이온 전달

캐리어 가스는 중앙 채널을 통해 매우 뜨거운 플라즈마로 보내집니다.그런 다음 샘플을 무선 주파수에 노출시켜 가스를 플라즈마로 변환합니다.플라즈마의 높은 온도는 샘플의 매우 많은 부분이 이온을 형성하기에 충분합니다.이 이온화 비율은 일부 원소(예: 나트륨)의 경우 100%에 도달할 수 있지만, 이는 이온화 전위에 따라 달라집니다.형성된 이온의 일부는 ~1mm의 구멍(샘플러 콘)과 ~0.4mm의 구멍(스키머 콘)을 통과합니다.그 목적은 질량 분석계에 필요한 진공을 허용하는 것입니다.

진공은 일련의 펌프에 의해 생성되고 유지됩니다.첫 번째 단계는 일반적으로 러핑 펌프(일반적으로 표준 로터리 베인 펌프)를 기반으로 합니다.이는 대부분의 가스를 제거하며 일반적으로 약 133Pa의 압력에 도달합니다.후기 단계에서는 보다 강력한 진공 시스템(대부분 터보 분자 펌프)에 의해 진공이 발생합니다.구형 기기는 고진공 영역에 오일 확산 펌프를 사용했을 수 있습니다.

이온 광학

질량 분리 전에 플라즈마에서 양이온 빔을 추출하여 질량 분석기에 집속시켜야 합니다.자외선 광자, 에너지 중성자 및 ICP에서 기기로 운반되었을 수 있는 고체 입자로부터 이온을 분리하는 것이 중요합니다.전통적으로 ICP-MS 기기는 이러한 목적으로 이온 렌즈 배치를 전송했습니다.예를 들어 아인젤 렌즈, 배럴 렌즈, 애질런트 오메가[18] 렌즈, Perkin-Elmer의 섀도 [19]스톱 등이 있습니다.또 다른 접근법은 이온 가이드(쿼드루폴, 헥사폴 또는 옥토폴)를 사용하여 광자나 중성 입자의 궤적에서 벗어난 경로를 따라 이온을 질량 분석기로 유도하는 것입니다.또 다른 접근법은 Analytik Jena ICP-MS가[20] 포물선 "이온 미러" 광학을 90도 반사하여 사용하는 Varian 특허로, 질량 분석기로의 이온 전달을 보다 효율적으로 제공하여 감도가 향상되고 배경이 감소한다고 주장되고 있습니다.Analytik Jena ICP-MS PQMS는 시장에서 [21][22][23][failed verification]가장 민감한 도구입니다.

섹터 ICP-MS는 일반적으로 추출 가속 영역, 스티어링 렌즈, 정전 섹터 및 자기 섹터의 4가지 섹션으로 구성됩니다.첫 번째 영역은 플라즈마에서 이온을 가져와 고전압을 사용하여 이온을 가속시킵니다.두 번째 용도에서는 평행 플레이트, 링, 쿼드루폴, 헥사폴 및 옥토폴의 조합을 사용하여 빔을 조향, 형상화 및 초점을 조정하여 결과 피크가 대칭이고 평탄한 상단이며 투과성이 높은 피크를 가질 수 있다.정전 섹터는 특정 계측기에 따라 자기 섹터 전후에 있을 수 있으며 플라즈마로 인한 운동 에너지의 확산을 줄입니다.이 확산은 특히 ICP-MS의 경우 글로 방전보다 크고 TIMS보다 훨씬 큽니다. 계측기의 형상은 정전 섹터와 자기 섹터의 결합된 초점이 이중 포커싱(또는 이중 포커싱)이라고 하는 컬렉터에 오도록 선택됩니다.

관심 질량의 감도가 낮고 훨씬 큰 피크의 바로 아래에 있으면 이 큰 피크의 낮은 질량 꼬리가 관심 질량을 침범할 수 있습니다.지연 필터를 사용하여 이 꼬리를 줄일 수 있습니다.이는 수집기 근처에 위치하여 가속 전압과 동일하지만 반대되는 전압을 인가합니다. 계측기 주변을 비행하는 동안 에너지가 손실된 이온은 필터에 의해 감속되어 정지됩니다.

충돌 반응 셀과 ICRC

주요 기사: 충돌 반응 셀

충돌/반응 셀은 이온/[24]중립 반응을 통해 간섭 이온을 제거하기 위해 사용됩니다.충돌/반응 셀은 여러 이름으로 알려져 있습니다.동적 반응 셀은 ICP-MS [25][26][27][28]장치에서 4극 앞에 위치합니다.챔버에는 4극이 있으며, 한 번에 한 종류의 가스 또는 도입된 샘플과 반응하는 두 종류의 가스(암모니아, 메탄, 산소 또는 수소)로 반응(또는 충돌)할 수 있습니다.

종합 Collisional 반응 세포(iCRC)Analytik 예나 ICP-MS에 사용되는 mini-collision 세포도 있으므로 그물 국자를 콘 및/또는 sampl을 통해 흐른다 직접적으로 혈장에 충돌 가스(그는), 또는 무효 가스(H2), 또는 2의 혼합한를 주입함으로써 방해 이온을 옮기는 포물선 이온 거울 광학의 앞에 설치됩니다.er콘.[29][30] ICRC는 충돌운동에너지 판별(KED) 현상과[citation needed] 간섭이온과의 화학반응을 이용하여 간섭이온을 제거하였다. 이는 전통적으로 더 큰 충돌전지와 유사하게.

정기 유지 보수

모든 기기 또는 장비와 마찬가지로 유지관리에는 일일, 주간 및 연간 절차가 포함되어야 하는 많은 측면이 있습니다.유지 관리 빈도는 일반적으로 계측기에 적용되는 샘플 볼륨과 누적 실행 시간에 따라 결정됩니다.

ICP-MS의 교정을 실시하기 전에 가장 먼저 실시해야 할 것은 감도 체크와 최적화입니다.이렇게 하면 작동자가 계측기에 발생할 수 있는 문제를 인지할 수 있으며, 그럴 경우 교정을 시작하기 전에 문제를 해결할 수 있습니다.감도의 대표적인 지표는 로듐 농도, 세륨/산화물 비율 및 DI 물 블랭크입니다.

정기 유지보수의 가장 빈번한 형태 중 하나는 연동 펌프의 샘플 및 폐기물 튜브를 교체하는 것입니다. 이러한 튜브는 상당히 빨리 마모되어 샘플 라인에 구멍과 막힘이 발생하여 왜곡된 결과를 초래할 수 있습니다.정기적인 세척 및/또는 교체가 필요한 다른 부품으로는 샘플 팁, 네블라이저 팁, 샘플 원뿔, 스키머 원뿔, 인젝터 튜브, 토치 및 렌즈 등이 있습니다.계측기에 가해지는 작업량에 따라 인터페이스 러핑 펌프와 진공 배킹 펌프의 오일을 교체해야 할 수도 있습니다.

샘플 준비

ICP-MS를 사용하는 대부분의 임상 방법에는 비교적 간단하고 빠른 검체 준비 과정이 있습니다.샘플의 주요 구성 요소는 내부 표준이며 희석제 역할도 합니다.이 내부 표준은 주로 탈이온수, 질산 또는 염산, 인듐 및/또는 갈륨으로 구성됩니다.휘발산을 첨가하면 샘플이 플라즈마 내 가스 성분으로 분해되어 농축된 소금과 용제 부하가 원뿔을 막히게 [31]하고 기기를 오염시키는 능력을 최소화합니다.보통 시료 종류에 따라 내부표준 5 mL를 10 ~ 500 마이크로리터와 함께 시험관에 첨가한다.그런 다음 이 혼합물을 몇 초 동안 또는 잘 섞일 때까지 소용돌이로 감은 다음 자동 샘플링 트레이에 적재합니다.매우 점성이 높은 샘플이나 입자성 물질이 있는 샘플과 관련된 다른 애플리케이션의 경우, 파이프로 연결하여 분석하기 전에 샘플 소화라고 하는 프로세스를 수행해야 할 수 있습니다.이렇게 하면 위의 프로세스에 첫 번째 단계가 추가되므로 샘플 준비 시간이 길어집니다.

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외부 링크

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