LA-ICP-MS (Laser Ablation – Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry)는 고체 시료에 대해 직접적으로 고감도 원소 및 동위원소 분석을 가능하게 해 주는 고감도 분석 기술입니다.
LA-ICP-MS는 미립자를 생성하기 위하여 시료의 표면에 레이저 빔을 조사함으로써 시작됩니다. 이것은 바로 레이저 어블레이션(Laser Ablation)이라고 알려진 과정입니다. 어블레이션된 입자는 시료질량분해(digestion) 및 이온화(ionization)를 위하여 ICP-MS 장치의 2차 여기원(excitation source)으로 운반됩니다. 그 다음, 플라즈마 torch 내에서 들뜬 이온은 원소 분석 및 동위원소 분석을 위하여 질량 분석계(mass spectrometer) 검출기로 전달됩니다.
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LA-ICP-MS diagram LA-ICP-MS Process – Laser ablation creates fine particles from the sample, which are then transported for rapid elemental and isotopic analysis.
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Image of the laser ablation trench produced on three NIST glass standards (NIST 612, NIST 614 and NIST 616) during LA-ICP-MS trace element analysis (laser rastering speed = 10 mm/sec).
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LA-ICP-MS craters Image of the 25 micron laser ablation craters in a 5 X 5 grid pattern on the glass surface and transient 27Al signal (20 sec laser pulses per sampled spot and 30 seconds between the spots)
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Comparison of the ablated particle size using nanosecond laser pulse andfemtosecond laser pulse for a brass alloy sample (56% Cu & 44% Zn).
LA-ICP-MS는 특히 고체시료의 전처리 없이 ppb 수준에 이르는 고감도의 화학물질 분석을 수행할 수 있기 때문에, 가장 뛰어난 분석 기법으로 손꼽힙니다.
시료는 도체와 부도체 모두 가능하며, 분석은 복잡한 진공 시스템 없이 대기압 수준에서 수행할 수 있습니다. 불과 수 초 안에 결과를 얻을 수 있으므로, LA-ICP-MS는 ppb 수준에 근접하는 검출 한계 내의 모든 분석 기법 중에서 가장 빠른 분석방법이라고 말할 수 있습니다.
LA-ICP-MS에 필요한 시료의 양은 Sub-microscale (pg ~ fg)으로 기존 ICP-MS방식보다 매우 적은양을 필요로 합니다. 하지만 기존 ICP-MS를 위한 액상기화방식(liquid nebulization)에서는 효율성을 위하여 시료에서의 필요한 양은 수 mg정도로 상대적으로 많은 양이 요구됩니다.
최적화된 레이저 어블레이션 조건 및 ICP-MS 데이터 수집 프로토콜이 제공되는 경우, LA-ICP-MS는 다음과 같은 다양한 시료분석방법을 제공합니다:
- 벌크분석(Bulk analysis)
- 국부분석(inclusion analysis) 및 결함 분석 (defect analysis)
- 심도분포분석 (Depth profiling)
- 원소/동위원소 맵핑 (Elemental Mapping)
레이저를 기반으로 하는 분석방법 중 가장 보편적으로 사용되는 방식은 2 가지 입니다. 100 ~ 350μm의 일반적인 레이저 beam 크기를 사용하는 벌크분석(bulk analysis)과 수 μm에 불과한 레이저 beam 크기를 사용하는 미량분석(microanalysis)입니다.
펨토초 레이저 사용 (Femtosecond Laser Pulsing)
펨토초 레이저 펄스의 활용은 최첨단 LA-ICP-MS 기술이라고 말할 수 있습니다. 이 기술은 정밀성과 정확도를 향상시키고, 원소/동위원소의 fractionation을 감소시키며, 측정감도를 향상시킵니다. 여러 연구 결과에 따르면 펨토초 레이저 펄스는 LA-ICP-MS 분석에 있어서 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다:
- 펨토초 레이저를 사용하면 Coulomb explosion과 직접적인 화학결합 분리(direct chemical bond breaking)에 열적 현상(Thermal effect)이 없는 어블레이션으로, 시료의 정확한 화학적 성질을 나타내어 원소/동위원소의 fractionation을 감소
- 펨토초 레이저를 이용하여 어블레이션 된 입자는 ICP-MS로 전송 효율이 좋은 이상적인 크기의 나노입자( 20~200nm)로, ICP-MS 플라즈마 Torch로 이동되는 분석질량의 운반효율 이 크게 증가하여 검출 감도를 증가
- 펨토초 레이저로 생성된 입자의 크기분포가 일정하여 ICP-MS fluctuations을 감소시키고 측정 정밀도 증가
- ICP-MS 장비의 2차 여기원(excitation source)내의 운반된 입자의 완전한 분해(digestion) 및 fractionation의 감소 (이상적인 입자크기와 균일한 입자분포)
어플라이드 스펙트라의 J200 Femtosecond LA 장비
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Comparison of the transient ICP-MS signal resulting from the femtosecond laser ablation (red) with respect to nanosecond laser ablation (black). The smaller and more consistent particle size distribution produces fewer fluctuations of the signal.
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Applied Spectra’s J200 series LA-ICP-MS instrument
어플라이드 스펙트라는 최신의 원소분석장비를 사용하여 LIBS 기술을 다양하게 활용하고 있습니다. 저희는 빠르고, 믿을 수 있고, 정밀하며, 친환경적인 분석방법을 제공하고 있습니다. 또한 저희가 제공하는 장비는 산업현장, 제조시설, 실험실 환경 등 다양한 환경에 적용할 수 있습니다. 더 자세한 사항은 ASI의 기술영업직원에게 문의하십시오.
[1] R.E. Russo, X.L. Mao, H.C. Liu, J.H. Yoo, S.S. Mao: Appl. Phys. A 69 [Suppl.], S887–S894 (1999)