전체 스펙트럼 ICP 질량 스펙트럼 (일반적으로 비행 시간 감지 결합 플라즈마 질량 스펙트럼, TOF-ICP-MS) 은 비행 시간 질량 분석기에 기반한 높은 질량 원소 분석 기술로 전체 질량 범위 내의 동위원소의 순간 동시 검측을 실현할 수 있다.전통적인 사극봉 ICP-MS에 비해 전체 스펙트럼 기술은 다원소의 빠른 분석, 순간적 신호 처리 및 동위원소 비율 측정에서 현저한 우위를 보인다.
1. 작업원리
1. 이온화 및 전송
시료는 분무기를 통해 고온의 플라즈마(∼8000K)로 들어가 이온화한 뒤 인터페이스 송곳(Sampler/Skimmer Cone)을 통해 진공 시스템으로 추출된다.
2. 품질 분리와 검측
비행시간질량분석기 (TOF): 이온은 가속전장을 거친후 같은 동력에네르기로 무장표류관에 진입하는데 질량이 작은 이온은 비행시간이 짧고 질량이 큰 비행시간이 길며 비행시간차이를 검측하여 질량분리를 실현한다.
전체 스펙트럼 동시 채집: 단일 펄스 (μs 레벨) 로 전체 질량 범위 (예: Li~U) 의 이온 신호를 포획하여 사극대 스캔의 시간 지연을 피할 수 있습니다.
3. 데이터 처리
고속 디지털 변환기(ADC)를 통해 모든 이온 도달 시간을 기록하고 교정 곡선과 결합해 시간을 질량하비(m/z)로 변환해 완전한 질량도를 생성한다.
2. 핵심 성능 우위
| 매개변수 | TOF-ICP-MS는 | 쿼드 밴드 ICP-MS |
| 테스트 모드 | 전체 스펙트럼 동시 검출 (모든 m/z 동시 채집) | 순차 스윕 (점별 측정) |
| 분석 속도 | 초당 > 50000장 스펙트럼 | 초당 10-20개의 질량 |
| 동적 범위 | 10 ⁶-10 ⁸(단일 펄스) | 10 ⁶(세그먼트 스캔 필요) |
| 동위 소비치 정밀도 | ≤ 0.1% RSD(단기) | ≤ 0.3% RSD(스캔 속도 제한) |
| 순식간 신호 분석 | 단일 펄스 지원 (예: 레이저 부식, 단일 입자 분석) | 여러 번 스캔해야 신호 디테일을 잃기 쉽다 |
3. 전형적인 응용장면
1. 여러 요소의 신속한 분석
환경 모니터링: 수체, 토양 중 흔적 중금속 (As, Cd, Hg 등) 동시 검측, 1회 샘플링 30 + 원소 분석 완료.
생물의학: 혈청, 조직에 필수/독성원소 (Fe, Zn, Pb) 고통량선별검사.
2. 순간적 신호 해석
레이저 소식(LA): 광물 마이크로존 원소 분포 영상, 공간 해상도 <10μm.
단일 입자 ICP-MS (spICP-MS): 나노 입자 (Ag, TiO₂) 수 농도 및 입경 분포 측정.
3. 동위 소비치 분석
지질 연대학: U-Pb, Sr-Nd 동위원소 비율 측정, 정밀도는 다중 수신기 ICP-MS (MC-ICP-MS) 에 필적한다.
식품안전 소원: 납, 스트론튬 동위원소 지문으로 와인, 커피 생산지를 추적한다.
4. 계기구조구성
| 모듈 | 기능 및 핵심 기술 |
| 샘플링 시스템 | 고정밀 분무기), 회전 분무실, 내HF산(옵션) |
| 이온원 | 자동 RF 발생기, 1.2-1.6kW 출력, 배경 소음 감소를 위한 트리플 송곳 커넥터 |
| 품질 분석기 | 직교 가속 TOF, 품질 해상도 > 6000 |
| 검측기 | 듀얼 모드 검출기(아날로그/카운터 모드), 동적 범위 1-10 ⁸cps 무시 |
| 데이터 처리 | 실시간 볼륨 제거 알고리즘으로 품질 간섭을 제거합니다(예: ¹ ⁰ArCl이 ⁷As에 미치는 영향). |