[국내논문]GD-MS 분석 장비를 활용한 극미량 무기물 질량 분석을 위한 표준RSF 구축 및 응용 Establishment and application of standard-RSF for trace inorganic matter mass analysis using GD-MS원문보기
본 연구에서는 GD-MS를 활용하여 원소 별 함량이 다른 세 종류의 알루미늄 매질의 표준 시료를 분석하였다. 13 종의 원소(Mg, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Sn, Pb)에 대해 검량 곡선을 작성하고 그 기울기를 RSF(Relative sensitivity reference)로 확립하였다. 검량 곡선은 X축을 IBR(Ion beam ratio)로, Y축을 표준 시료의 인증 값으로 작성하였다. 검량 곡선의 정밀도와 직선성을 평가하기 위해 RSD(Relative standard deviation)와 결정 계수를 계산하였다. 그 결과 모든 원소의 RSD는 10 %이내로 높은 정밀도를 나타냈다. 바나듐, 니켈 그리고 갈륨 원소를 제외한 대부분의 원소들은 결정 계수가 0.99 이상으로 1에 가까운 값을 얻어 직선성이 우수했다. 바나듐, 니켈 그리고 갈륨 원소는 결정 계수가 0.90~0.95 범위로 비교적 낮은 직선성을 나타냈으며, 이는 좁은 농도 범위로 인한 오차로 판단된다. 바나듐, 니켈 그리고 갈륨 원소는 결정 계수는 낮지만 각각의 표준 시료 RSF와 기울기로 확립한 표준RSF(Standard-RSF)가 비슷하여 정량 분석을 위한 RSF로 활용 가능할 것으로 판단된다. 다른 매질의 시료에 표준RSF(Al matrix)를 적용 가능 여부와 실제 표준 값에 대한 오차를 확인하기 위해서 철 매질(Fe matrix)의 표준 시료를 분석하여 검증하였다. 구리 원소를 제외한 6 종(Al, Si, V, Cr, Mn, Ni) 원소의 오차율은 약 30 %로 나타났으며, 구리 원소는 측정을 방해하는 불순물 화합물의 영향으로 오차율이 크게 나타난 것으로 판단된다. 일반적으로 동위원소$^{63}Cu$는 $^{54}Fe^{2+}-^{36}Ar$ 간섭을 받고 $^{65}Cu$는 $^{56}Fe-Al^{3+}$간섭을 받는다. 이를 분해하기 위해서는 8000 이상의 분해능이 필요하다. 하지만, 높은 분해능은 이온의 투과도를 낮추기 때문에 미량원소 분석에 어려움이 있다. 구리 원소를 제외한 알루미늄 외 5종의 원소에 대해서는 비교적 적은 오차로 정량 분석이 가능한 것으로 확인되었다.
본 연구에서는 GD-MS를 활용하여 원소 별 함량이 다른 세 종류의 알루미늄 매질의 표준 시료를 분석하였다. 13 종의 원소(Mg, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Sn, Pb)에 대해 검량 곡선을 작성하고 그 기울기를 RSF(Relative sensitivity reference)로 확립하였다. 검량 곡선은 X축을 IBR(Ion beam ratio)로, Y축을 표준 시료의 인증 값으로 작성하였다. 검량 곡선의 정밀도와 직선성을 평가하기 위해 RSD(Relative standard deviation)와 결정 계수를 계산하였다. 그 결과 모든 원소의 RSD는 10 %이내로 높은 정밀도를 나타냈다. 바나듐, 니켈 그리고 갈륨 원소를 제외한 대부분의 원소들은 결정 계수가 0.99 이상으로 1에 가까운 값을 얻어 직선성이 우수했다. 바나듐, 니켈 그리고 갈륨 원소는 결정 계수가 0.90~0.95 범위로 비교적 낮은 직선성을 나타냈으며, 이는 좁은 농도 범위로 인한 오차로 판단된다. 바나듐, 니켈 그리고 갈륨 원소는 결정 계수는 낮지만 각각의 표준 시료 RSF와 기울기로 확립한 표준RSF(Standard-RSF)가 비슷하여 정량 분석을 위한 RSF로 활용 가능할 것으로 판단된다. 다른 매질의 시료에 표준RSF(Al matrix)를 적용 가능 여부와 실제 표준 값에 대한 오차를 확인하기 위해서 철 매질(Fe matrix)의 표준 시료를 분석하여 검증하였다. 구리 원소를 제외한 6 종(Al, Si, V, Cr, Mn, Ni) 원소의 오차율은 약 30 %로 나타났으며, 구리 원소는 측정을 방해하는 불순물 화합물의 영향으로 오차율이 크게 나타난 것으로 판단된다. 일반적으로 동위원소$^{63}Cu$는 $^{54}Fe^{2+}-^{36}Ar$ 간섭을 받고 $^{65}Cu$는 $^{56}Fe-Al^{3+}$간섭을 받는다. 이를 분해하기 위해서는 8000 이상의 분해능이 필요하다. 하지만, 높은 분해능은 이온의 투과도를 낮추기 때문에 미량원소 분석에 어려움이 있다. 구리 원소를 제외한 알루미늄 외 5종의 원소에 대해서는 비교적 적은 오차로 정량 분석이 가능한 것으로 확인되었다.
The present study analyzed standard samples of three types of aluminum matrix certified reference materials (CRM) using GD-MS. Calibration curves were constructed for 13 elements (Mg, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Sn, and Pb), with the slope representing the relative sensitivity factor (RSF...
The present study analyzed standard samples of three types of aluminum matrix certified reference materials (CRM) using GD-MS. Calibration curves were constructed for 13 elements (Mg, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Sn, and Pb), with the slope representing the relative sensitivity factor (RSF). The x- and y-axes of the calibration curve represented ion beam ratio (IBR) and the authenticated value of the standard sample, respectively. In order to evaluate precision and linearity of the calibration curve, RSD and the coefficient of determination were calculated. Curve RSD for every element reflected high precision (within 10 %). For most elements, the coefficient of determination was ${\geq}0.99$, indicating excellent linearity. However, vanadium, nickel, and gallium curves exhibited relatively low linearity (0.90~0.95), likely due to their narrow concentration ranges. Standard RSF was calculated using the slope of the curve generated for three types of CRM. Despite vanadium, nickel, and gallium exhibiting low coefficients of determination, their standard RSF resembled that of the three types of CRM. Therefore, the RSF method may be used for element quantitation. Standard iron matrix samples were analyzed to verify the applicability of the aluminum matrix standard RSF, as well as to calculate the RSD-estimated error of the measured value relative to the actual standard value. Six elements (Al, Si, V, Cr, Mn, and Ni) exhibited an RSD of approximately 30 %, while the RSD of Cu was 77 %. In general, Cu isotopes are subject to interference: $^{63}Cu$ to $^{54}Fe^{2+}-^{36}Ar$ and $^{65}Cu$ to $^{56}Fe-Al^{3+}$ interference. Thus, the influence of these impurities may have contributed to the high RSD value observed for Cu. To reliably identify copper, the resolution should be set at ${\geq}8000$. However, high resolutions are inappropriate for analyzing trace elements, as it lowers ion permeability. In conclusion, quantitation of even relatively low amounts of six elements (Al, Si, V, Cr, Mn, and Ni) is possible using this method.
The present study analyzed standard samples of three types of aluminum matrix certified reference materials (CRM) using GD-MS. Calibration curves were constructed for 13 elements (Mg, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Sn, and Pb), with the slope representing the relative sensitivity factor (RSF). The x- and y-axes of the calibration curve represented ion beam ratio (IBR) and the authenticated value of the standard sample, respectively. In order to evaluate precision and linearity of the calibration curve, RSD and the coefficient of determination were calculated. Curve RSD for every element reflected high precision (within 10 %). For most elements, the coefficient of determination was ${\geq}0.99$, indicating excellent linearity. However, vanadium, nickel, and gallium curves exhibited relatively low linearity (0.90~0.95), likely due to their narrow concentration ranges. Standard RSF was calculated using the slope of the curve generated for three types of CRM. Despite vanadium, nickel, and gallium exhibiting low coefficients of determination, their standard RSF resembled that of the three types of CRM. Therefore, the RSF method may be used for element quantitation. Standard iron matrix samples were analyzed to verify the applicability of the aluminum matrix standard RSF, as well as to calculate the RSD-estimated error of the measured value relative to the actual standard value. Six elements (Al, Si, V, Cr, Mn, and Ni) exhibited an RSD of approximately 30 %, while the RSD of Cu was 77 %. In general, Cu isotopes are subject to interference: $^{63}Cu$ to $^{54}Fe^{2+}-^{36}Ar$ and $^{65}Cu$ to $^{56}Fe-Al^{3+}$ interference. Thus, the influence of these impurities may have contributed to the high RSD value observed for Cu. To reliably identify copper, the resolution should be set at ${\geq}8000$. However, high resolutions are inappropriate for analyzing trace elements, as it lowers ion permeability. In conclusion, quantitation of even relatively low amounts of six elements (Al, Si, V, Cr, Mn, and Ni) is possible using this method.
시료의 정량 분석을 위해 표준 시료를 분석하여 정량 하지만, 이를 위해서는 분석하고자 하는 원소와 동일한 매질과 농도의 표준 시료가 필요하다. 본 연구에서는 원소 별 함유량이 다양한 세 종류의 알루미늄 매질의 표준 시료를 분석하여 검량 곡선을 작성하고 그 기울기를 표준 RSF로 확립하여 다른 매질에 변환하여 적용하였을 때 정량 분석을 위해 사용 가능한지 실험하였고 그 결과에 대해 고찰 하였다.
제안 방법
GD-MS를 활용하여 세 종류의 알루미늄 매질의 표준 시료를 분석하여 13 종의 원소(Mg, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Sn, Pb)에 대해 검량 곡선을 작성하였고 그 기울기를 표준RSF로 확립하였다. 다른 매질 시료에 표준RSF 적용 가능함을 확인하기 위해 철 매질의 시료를 분석하였고, 그 결과에 대해 다음과 같은 결론을 얻었다.
GD-MS를 활용하여 세 종류의 알루미늄 매질의 표준 시료를 분석하여 13 종의 원소(Mg, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Sn, Pb)에 대해 검량 곡선을 작성하였고 그 기울기를 표준RSF로 확립하였다. 다른 매질 시료에 표준RSF 적용 가능함을 확인하기 위해 철 매질의 시료를 분석하였고, 그 결과에 대해 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
다양한 분석 시료에 대한 분석 조건은 Table 1에 나타내었다. 세 점의 검정 곡선을 작성하기 위한 표준 시료는 알루미늄 매질의 BAM사의 표준 시료(51XG00H4, 51XG00H3)와 NIST사의 표준 시료(1255b)을 선택하였다. 표준 시료 내에 함유된 원소 및 원소의 함유량은 Table 2에 나타내었다.
다른 매질에서도 앞서 계산한 표준RSF를 응용하기 위해 철 매질인 시료를 분석하여 정량 분석을 진행하였으며 철 매질의 시료는 표준RSF를 비교하기 위해 정확한 인증 값이 있는 NIST사(1265a)의 표준 시료를 사용하였다. GD-MS로 철 매질의 표준 시료를 분석하여 IBR을 얻었고, 앞서 확립한 표준 RSF (Al matrix RSF=1)를 철 매질(Fe matrix RSF=1) 기준으로 변환하여 적용하였다.
데이터처리
검량 곡선의 정밀도를 평가하기 위해 각각의 표준 시료를 분석하여 얻은 IBR를 5번 반복 측정하여 RSD를 계산하였다. 모든 원소의RSD는 10 %이하를 나타냈다.
철 시료(Nist사, 1265a)를 정량 분석하기 위해 철 기준의 RSF가 필요하며 검량 곡선의 기울기로 확립한 표준 RSF (Al matrix RSF=1)를 철 매질의 RSF (Fe matrix RSF=1)로 변환하였다.1, 6-8철 매질의 표준 시료를 분석하여 얻은 IBR과 변환한 RSF (Fe matrix RSF=1)를 곱하여 최종 정량 분석(Quantitative)을 하였다. 그리고 그 오차 범위를 RSD로 계산하여 Table 3에 나타내었다.
성능/효과
2. 구리 원소를 제외한 6종(Al, Si, V, Cr, Mn, Ni)의 오차율은 약 30 %로 나타났다. 구리 원소는 측정을 방해하는 불순물 화합물의 영향으로 오차율이 높게 나타난 것으로 판단된다.
다른 매질에 RSF를 변환하여 적용하였을 때, 구리 원소를 제외한 6종 원소에 대해 낮은 오차율로 정량분석이 가능함을 확인하였다.
1. 바나듐, 니켈 그리고 갈륨 원소를 제외한 대부분의 원소들은 결정 계수가 0.99 이상으로 직선성이 우수했다. 바나듐, 니켈 그리고 갈륨 원소는 결정 계수가 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Glow discharge mass spectrometry의 분석방법인 반 정량분석법의 특징은 무엇인가?
GD-MS (Glow discharge mass spectrometry)에서 정량분석방법은 반 정량분석법과 정량분석법으로 크게 두 가지로 구분 할 수 있다. 반 정량분석법은 GD-MS를 분석하게 되면 검출 신호인 IBR (Ion beam ratio)를 얻게 되는데, 이 값은 매질의 이온 세기와 각 원소의 이온 세기의 비율(Ratio)로 나타난다. 이렇게 계산된 값은 반 정량 분석 값으로 쉽게 얻을 수 있으나, 각 원소의 이온화 효율을 고려하지 않은 값이기 때문에 30 %로 큰 오차가 생긴다.1-4 이를 개선한 방법은 GD-MS를 분석하여 얻은 IBR에 원소의 상대 이온화 효율 (Relative sensitivity factor, RSF)을 적용하여 최종 정량 값(Quantification)을 얻는 것이다.
반 정량분석법의 오차를 개선한 방법은 무엇인가?
이렇게 계산된 값은 반 정량 분석 값으로 쉽게 얻을 수 있으나, 각 원소의 이온화 효율을 고려하지 않은 값이기 때문에 30 %로 큰 오차가 생긴다.1-4 이를 개선한 방법은 GD-MS를 분석하여 얻은 IBR에 원소의 상대 이온화 효율 (Relative sensitivity factor, RSF)을 적용하여 최종 정량 값(Quantification)을 얻는 것이다. 이 방법을 사용할 경우 오차 범위가 15 %~20 %으로 줄어든다.
RSD(Relative standard deviation)와 결정 계수를 계산한 목적은 무엇인가?
검량 곡선은 X축을 IBR(Ion beam ratio)로, Y축을 표준 시료의 인증 값으로 작성하였다. 검량 곡선의 정밀도와 직선성을 평가하기 위해 RSD(Relative standard deviation)와 결정 계수를 계산하였다. 그 결과 모든 원소의 RSD는 10 %이내로 높은 정밀도를 나타냈다.
참고문헌 (16)
M. D. Sabatino, A. L. Dons, J. Hinrichs, and L. Arnberg, Anal. Chem., 66(2), 144-148 (2011).
J. Coburn, E. Taglauer, and E. Kay, J. Appl. Phys., 45(4), 1779-1786 (1974).
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