유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS)은 ICP 기술과 질량 분석기를 결합한 분석 기법입니다. ICP-MS는 1980년대에 개발된 무기 원소 및 동위원소 분석 기술로,유도 결합 플라즈마의 고온 이온화 특성과 질량 분석기의 민감하고 빠른 스캐닝 장점을 결합한 고감도 분석 기술입니다. 1984년에 첫 상업용 기기가 등장한 이후, 이 기술은 지질학 연구 분야에서 처음 응용되었으며, 이후 재료 과학, 화학 산업, 생물학, 의학, 금속 공학, 석유, 환경 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
ICP-MS는 ICP와 MS를 결합한 장비로 이해할 수 있습니다. ICP-MS의 주요 원리는 다음 세 가지로 나눌 수 있습니다(그림 1 참조).
1.ICP에서의 역할: ICP는 이온원으로 작용합니다. 고주파 RF 신호를 사용하여 인덕터 코일에 높은 전력을 공급하고, 이로 인해 코일 내부에 고온의 플라즈마가 형성됩니다. 가스의 촉진에 의해 플라즈마의 균형과 지속적인 이온화가 이루어지며, 샘플은 연동 펌프를 통해 분무 장치로 이동하여 에어로졸을 형성합니다. 이 에어로졸은 운반 가스를 통해 플라즈마 토치의 중심 영역으로 이동하며, 증발, 분해, 여기 및 이온화가 발생합니다. 고온의 플라즈마는 대부분의 샘플에서 원소들이 전자를 잃어 단일 양이온을 형성하게 만듭니다.
2.이온의 전달: 플라즈마 내에서 생성된 이온들은 ICP-MS의 인터페이스를 통해 효과적으로 질량 분석기로 전달됩니다.
3.질량 분석: 질량 분석기는 질량 선별 및 분석기입니다. 다양한 질량 대 핵비율(m/z)을 가진 이온들을 선택하여 특정 이온의 강도를 측정하고, 이를 바탕으로 특정 원소의 강도를 분석하고 계산합니다. 
그림1-ICP-MS의 원리 다이어그램
ICP-MS 테스트 장비는 유도 결합 플라즈마 질량 분석기(유도 결합 플라즈마 질량 분석기, ICP-MS)라고 불리며, 표준 ICP-MS 장비는 주로 세 가지 기본 부품으로 나눠집니다: 즉, ICP(샘플 도입 시스템, 이온원), 인터페이스(샘플링 콘, 차단 콘) 및 질량 분석기(이온 집중 시스템, 쿼드럽폴 필터, 이온 검출기)입니다. 이 구조는 그림 2에 나타나 있습니다.
그림2-유도 결합 플라즈마 질량 분석기 구조
ICP-MS는 다음과 같은 특징을 가집니다.
1.테스트 속도가 빠르며, 여러 원소를 동시에 분석할 수 있습니다. 이는 동위원소 분석, 유기 물질 내 금속 원소의 형태 분석 등을 포함합니다.
2.높은 민감도와 낮은 검출 한계를 가집니다.
3.스펙트럼 라인이 간단하고 선택성이 우수하며, 스펙트럼 기술에 비해 간섭이 적습니다.4.측정 가능한 원소는 80개 이상의 원소에 달합니다.
5.동적 선형 범위가 넓으며, 최대 7~9 개의 크기 범위까지 측정 가능합니다.
6.샘플 준비 및 도입은 다른 질량 분석 기법에 비해 상대적으로 간단합니다.
ICP-MS 스펙트럼은 매우 간단하지만, 여전히 피할 수 없는 여러 간섭 요인이 존재합니다. 주요 간섭 요인은 다음과 같습니다.
1.질량 분석 간섭: ICP-MS에서 질량 분석 간섭(동일 질량 간섭)은 예측 가능하며, 그 수는 300개 미만입니다. 0.8 amu 해상도를 가진 질량 분석기는 이를 구별할 수 없습니다. 예를 들어, 58Ni와 58Fe, 40Ar과 40Ca가 이에 해당합니다.
2.매트릭스 산 간섭: HCl, HClO4, H3PO4, H2SO4 등이 상당한 질량 스펙트럼 간섭을 일으킬 수 있습니다.
3.이중 전하 이온 간섭: 이중 전하 이온에 의한 질량 분석 간섭은 단일 전하 이온 M/Z 값의 절반에 해당합니다. 예를 들어, 138Ba2+와 69Ga+, 208Pb2+와 104Ru+가 이에 해당합니다.
4.공간 전하 효과.
5.매트릭스 효과.
6.전자 간섭.
빠른 스캐닝 속도, 높은 정밀도 및 넓은 검출 범위의 장점으로 인해 ICP-MS의 응용은 점점 더 광범위해지고 있습니다. 현재 ICP-MS의 주요 응용 분야는 다음과 같습니다. 1.수질 환경 모니터링 및 분석; 2.토양 환경 모니터링 및 분석; 3.반도체 산업의 물질 불순물 분석; 4.철강 및 비철금속 분석; 5.석유화학 분석; 6.법의학 및 공안 분석; 7.원자력 산업 분석 등
다음으로, ICP-MS의 두 가지 응용 사례를 소개합니다.
사례 1: 토양 중 중금속 원소 측정: ICP-MS 플라즈마 질량 분석법을 사용하여 토양에서 납, 크롬 및 수은의 농도를 동시에 측정했습니다. 마이크로파 소화법을 사용하여 질량 분석 간섭 및 비질량 분석 간섭을 효과적으로 보정했습니다.
그림3-토양 중 중금속 원소 측정
사례 2: 리튬 이온 배터리에서 리튬 손실 측정: ICP-MS는 주로 리튬 이온 배터리에서 리튬의 손실을 측정하는 데 사용되며, 이를 통해 리튬 이온 배터리의 용량 감소와의 관계를 분석합니다.
그림4-리튬 이온 배터리에서 리튬 손실 측정
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