Analysis of Trace elements in geological samples using ICP-MS : Study on changes in sensitivities of various internal standards with matrix concentration

Abstract

1. 서언 지질시료의 미량원소를 분석하기 위해 유도결합 플라즈마 질량분석기(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

ICP-MS)를 이용하여 습식분석을 하는 것이 일반적이다. 그러나 분석과정 동안 ICP-MS 기기 상태의 변화와 시료 내 기질의 영향에 의해 감도가 변화하기 때문에 정량적인 측정에 어려움이 있다. 보다 정확한 정량분석 결과를 얻기 위해서는 이러한 효과들을 보정해 주어야 한다. ICP-MS 분석 도중 발생하는 미지시료에 대한 감도의 변화는 표준물 첨가법이나 동위원소 희석법을 통하여 최소화할 수 있으나 이 방법들은 전처리과정이 오래 걸리고 분석과정이 번거롭다. 그러므로 많은 양의 시료를 분석할 때에는 내부표준원소를 첨가해주는 분석법이 가장 효율적이다. 이 분석법 은 각 원소에 적합한 내부표준원소를 이용하여 원소들의 감도 변화를 보다 정확하게 보정해 줄 수 있다. 본 연구에서는 기질 농도에 따라 각 원소의 감도가 얼마나 영향을 받는지 알아보고 다양한 내부표준원소의 감도 변화와 비교하고자 한다.

2. 실험 방법 우선 기질의 농도에 따른 각 원소의 감도 변화를 확인하기 위하여 현무암 표준시료(BCR-2)와 주성분원소가 동일한 기질 용액을 준비하였다. 분석 용액은 5단계에 걸쳐 기질이 들어 있지 않은 용액과, 각각 4000배, 2000배, 1000배, 500배로 기질 농도를 희석한 용액에 미량원소와 내부표준원소(Rh, In, Re, Tl, Bi)를 각각 5ppb씩 넣어 주었다. 분석은 극지연구소 플라즈마 질량분석실에 설치되어 있는 ICP-MS(ELAN 6100, Perkin Elmer Ltd.)를 이용하였다. 실제 표준암석시료(BCR-2)를 녹인 용액에도 동일한 내부표준원소를 5ppb의 농도로 첨가하고 각 원소에 대한 감도 변화의 보정이 잘 이루어지는지 확인하였다.

3. 결과 및 고찰 농도에 따른 각 원소의 감도 변화를 비교하면, 4000배 희석한 용액은 미량원소만 들어 있는 용액과 비교할 때 감도 변화가 거의 없었다. 2000배 이하로 희석한 용액들은 기질의 농도가 진해질수록 원소의 감도가 감소하는 경향을 보였다. Ba보다 낮은 질량의 원소들은 Rh, In과 비슷한 감도 변화를 보이나 In이 원소들의 감도 변화와 더 잘 일치하는 경향을 나타냈다. 반면, 무거운 질량의 원소들은 Re, Tl, Bi와 비슷한 경향을 보이는데 REEs를 포함한 Hf, Ta, W의 감도 변화는 Re과 유사하고, Pb, Th, U의 감도 변화는 Tl, Bi와 일치하는 결과를 나타내었다. 실제 표준암석시료를 녹인 용액을 분석한 결과에 각 원소의 감도 변화와 잘 일치하는 내부표준원소를 적용하여 보정한 결과, 대부분의 원소가 표준오차 3% 이내로 추천 값과 잘 일치하였다. 따라서 ICP-MS를 이용한 보다 정확한 미량원소 분석을 위하여 기질에 대한 각 원소의 감도 변화가 비슷한 내부표준원소를 이용한 보정이 필수적이다.