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Advancing Laser Ablation Solid Sampling with Femtosecond Laser Technology



어플라이드 스펙트라는 수 년간의 연구를 마치고 2009년 전 세계 최초로 펨토초 레이저를 분석에 활용하는 J100 Femtosecond LA 시스템을 상용화하였다. 2018년에는 기존 장비의 분석 이점은 동일하게 가지고 가면서 크기가 획기적으로 작아진 3세대 펨토초 레이저 어블레이션 J200 iX LA시스템을 KOREA LAB 2018에서 소개하였다.


레이저 어블레이션이란?
고출력 레이저를 시료 표면에 조사하여 시료 표면에서부터 소량의 질량을 제거해 내는 기술을 레이저 어블레이션이라 한다. 이 기술은 라식 수술이나 피부과 등에서도 레이저를 이용하여 흔히 사용하고 있는 기술이다. 이러한 레이저 어블레이션을 하는 동안 발생하는 화학적인 반응을 분석에 활용하는 것이 레이저 어블레이션을 이용한 화학분석이다. 레이저 어블레이션을 활용한 분석 방법에는 크게 분광분석을 하는 LIBS와 질량분석을 하는 LA-ICP-MS가 있다. 이번 기사에서는 LA-ICP-MS의 분석 정확도를 높이기 위한 펨토초 레이저를 사용한 장점에 대해 다룬다.


LA-ICP-MS 란?
LA-ICP-MS(Laser Ablation - Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry)란 고체를 산으로 처리해 용융시켜 분석해야 하는 기존 ICP-MS의 분석방법을 전처리 없이 레이저를 통해 직접적으로 고체를 미립자화 시켜 ICP-MS로 보내줌으로써 고체시료를 직접 분석하는 분석 방법이다.
LA-ICP-MS의 장점은 기존 ICP-MS만으로는 할 수 없는 다양한 분석 방법이 가능한 것이다. 평균값을 얻는 Bulk 분석뿐만 아니라 Depth Profiling 및 Elemental Mapping을 할 수 있다. 또한, 전처리가 어려운 시료(유리, 세라믹, 반도체 등)들에 대한 미량 분석이 가능하다(~ppb).


Femtosecond 레이저 분석 장점
1. 열적 현상 완화
주로 LA-ICP-MS에 사용되는 레이저는 Nanosecond(10-9) 레이저로 Femtosecond(10-15)보다 한 레이저 펄스의 길이가 길다. 이렇게 시료에 조사되는 레이저의 시간이 길어질수록 시료에 영향을 주는 열적 현상(Thermos Effect)이 생겨나는데 이런 열적 현상으로 인해 시료가 가지고 있는 매트릭스 마다 다른 결과를 도출하곤 하였다. 이런 열적 현상은 Picosecond (10-12) 단위에서 일어나기 때문에 이보다 짧은 시간 동안 시료에 레이저를 조사한다면 열적 현상을 피할 수 있게 된다. 따라서, Femtosecond 레이저의 경우 열적 현상을 없애고 시료마다 매트릭스가 달라 일어날 수 있는 다양한 현상들을 감소시킬 수 있다.


2. 매트릭스 효과 완화
고체시료만이 가진 매트릭스마다 레이저가 다르게 반응하는 매트릭스 효과를 완화시켜 정량분석 시 시료가 달라질 때마다 표준시료를 정확하게 매칭해야 하는 점이 완화된다.


3. ICP-MS로 높은 전송효율
Nanosecond 레이저에서 만들어진 미세 입자들은 수 백 nm ~ 수 mm의 크기가 만들어지므로, 크기가 큰 입자들은 Icp-Ms로의 전송효율이 떨어진다. 하지만, Femtosecond 레이저를 통해 만들어진 미세입자들은 ICP-MS Plasma에서 Ionization 효율이 좋은 크기인 수 십 nm ~ 수 백 nm 정도의 미세 입자가 생성되어 ~95%의 전송효율을 보인다.


4. 극미량 분석에 최적
열적 현상 및 매트릭스 효과가 완화되어 전송효율이 높아지므로 시료 내 극미량 분석에 용이하다.

Femtosecond 레이저 분석 활용 분야
레이저 어블레이션을 활용한 분석은 거의 모든 고체 시료에 대한 분석이 가능하다. 특히 전처리가 어려운 유리나 전자재료, 세라믹, 박막 등에 대한 분석이 활발하며, 지질학, 바이오, 식품, 에너지재료, 신소재, 원자력, 금속, 보석, 환경 등 다양한 분야에 접목하여 사용하고 있다.
어플라이드 스펙트라는 오랜 시간 국내외 연구진들과 함께 쌓아온 노하우와 전문성으로 여러 연구 분야에 적합한 분석법과 솔루션을 제공할 수 있다.


자료제공 : (주)어플라이드 스펙트라

발표자 : 박경숙 (kspark@appliedspectra.com)

제조사 : (주)어플라이드 스펙트라
원산지 : USA

모델명 : J200 ix femtosecond LA

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