LA-ICP-MS를 이용한 고체시료의 금속분석법 사이언스21 입니다.

LA-ICP-MS를 이용한 고체시료의 금속분석법

비포스(주)의 'LA-ICP-MS를 이용한 고체시료의 금속분석법'에 관한 세미나 내용은 다음과 같다.

비포스(주)는 국내에 화학분야의 무기원소 분석장비를 판매, 운영, 서비스 제공을 하는 회사로서, 그중에 LA-ICP-MS를 소개하고자 한다.

먼저 Laser Ablation(LA)은 일반적으로 고체시료의 표면에서 레이저 빔에 의한 에너지 집적(조사)에 따라 시료의 질량이 제거되는 물리적 현상을 의미한다. 이렇게 고체시료 표면에 레이저가 조사되면 그 에너지에 의하여 고온(12,000도 이상)의 플라즈마가 형성된다. 이후 순식간에 온도가 낮아지면서 시료가 미세입자로 형성된다. 이렇게 형성된 입자는 Carrier gas(He)를 통해 ICP-MS로 액체 상태가 아닌 고체의 미립자형태로 직접 주입된다. 이러한 형태로 주입된 입자들은 ICP-MS의 통해 그 입자 안에 있는 무기원소들의 정성, 정량분석이 가능하게 된다.

즉, 기존의 ICP-MS를 사용하여 고체시료를 원소 분석할 경우에는 고체시료를 액상화하는 전처리 과정을 거쳐야 한다. 그러나 이러한 전처리 과정은 때론 고체가 액상화가 되지 않아 많은 어려움에 처하기도 한다. 또한 시료의 양이 매우 적거나, 전체 분석이 아닌 특정분석을 할 경우에도 액상 ICP-MS 분석은 분명히 한계가 존재한다.

이러한 레이저는 펄스레이저를 이용하며, 레이저의 파장에 따라 일반적으로 213nm(Nd:YAG), 193nm(Excimer), 343nm or 257nm(fs-Laser) 정도를 가장 많이 사용한다. ICP-MS의 경우 Q(quadruple)-ICP-MS, MC-ICP-MS, TOF-ICP-MS 등이 있으며 LA System과 모두 조합하여 사용할 수 있다.

이렇게 고체시료를 액상화하는 전처리 없이 다양한 MS를 통해 무기원소를 분석할 수 있다는 것은 다양한 분석방법이 가능하다는 것을 의미한다. 기존의 ICP-MS의 경우에는 액상화하는 시료의 평균분석(Bulk 분석)만 가능했지만, LA-ICP-MS를 통한 분석은 다음과 같이 다양하게 존재한다.

첫 번째, Point 분석은 시료의 일정부분을 레이저(Beam 직경 1 ~ 150um)로 조사하여 매우 작은 부분에서 ICP-MS 분석이 가능하게 한다. 이러한 분석방법은 시료의 매우 작은 부분을 분석하고자 할 때 유용하다. 지질, 토양분석, 보석감정, 전자산업 등에 사용된다.

두 번째, 원소 Mapping은 시료의 일정 면적을 각각의 Point 분석을 통해 수집한 정보를 Mapping 프로그램을 통해 원소의 농도를 이미지화하는 것이다. 최근 생물학, 환경보건, 신약개발의 임상실험 결과, 지질, 암석 등 다양한 분야에서 사용된다.

세 번째, 심도분석(Depth 분석)은 시료의 특정지점 또는 대면적을 시료 표면부터 하부까지 100um 깊이 정도의 수직 방향으로 원소를 분석하는 방법이다. 이것은 LA-ICP-MS가 소량의 시료를 레이저의 에너지를 이용하여 제거해 가는 방법이므로 가능하다. 철강, 금속도금, 금속용접, 전자산업, 유리 등 소재산업에 있어서 그 사용이 넓어지고 있다.

이렇듯 최근 LA-ICP-MS를 이용하여 고체시료의 원소분석이 많은 분야에서 시행되고 있다. 기존의 무기분석장비들을 이용하여 쉽게 분석할 수 없었던 시료들은 LA-ICP-MS 분석방법으로 그 분석영역과 시료에 대한 정보 및 이해의 폭을 넓힐 수 있을 것으로 확신한다.

그 어떤 장비도 완벽한 장비는 존재하지 않지만, LA-ICP-MS는 우리가 일반적으로 사용했던 무기원소분석장비가 담당하지 못했던 영역에 들어갈 수 있게 해준다. 또한 21세기 최첨단 과학시대를 맞이하여 새로운 소재와 전자재료의 발명 등으로 현재의 연구원들은 어느 시대보다 다양한 분석방법과 분석효율을 요구한다. 이러한 면에서 LA-ICP-MS는 훌륭한 대안이 될 수 있다.

Teledyne CETAC의 'Pharos, IRIDIA, Analyte Excite'에 대한 상세한 내용은 Reference(참고자료)를 통하여 확인할 수 있다.