물 한 방울 속에 아주 작은 양의 금속 성분이 들어 있다면, 우리는 그것을 어떻게 확인할 수 있을까요?

눈으로 볼 수도 없고 일반적인 방법으로는 쉽게 확인하기 어려운 극미량 원소까지 분석하기 위해 사용되는 대표적인 장비가 바로 ICP-MS입니다.

영인에이스의 ACE 3000 ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer)는 유도결합 플라즈마와 질량분석 기술을 결합하여 ppt(10⁻¹²) 수준의 극미량 원소를 분석할 수 있는 시스템입니다.

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오늘은 시료가 ICP-MS에 들어간 뒤 어떻게 하나의 '원소 데이터'로 바뀌는지 그 과정을 살펴보겠습니다.

ICP-MS란 무엇일까요?

ICP-MS는 Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, 즉 유도결합 플라즈마 질량분석 기술을 의미합니다.

분석하고자 하는 시료를 고온의 플라즈마에서 이온화한 후, 생성된 이온을 질량에 따라 분리하고 검출하여 어떤 원소가 얼마나 존재하는지를 확인하는 분석 방식입니다.

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특히 매우 낮은 농도의 원소까지 분석할 수 있기 때문에

• 환경

• 식품

• 의약품

• 반도체

• 첨단 소재

• 연구기관

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등 정밀한 원소 분석이 필요한 다양한 분야에서 활용됩니다.

01 SAMPLE │ 분석은 시료에서 시작됩니다

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ICP-MS 분석의 첫 단계는 시료를 장비 내부로 도입하는 과정입니다.

액체 형태의 시료는 장비 내부로 들어간 뒤 분석이 가능한 형태로 전달됩니다.

우리가 보기에는 단순한 물이나 투명한 용액처럼 보여도 그 안에는 극미량의 여러 원소가 포함되어 있을 수 있습니다.

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예를 들어

• 납(Pb)

• 크롬(Cr)

• 카드뮴(Cd)

• 비소(As)

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와 같은 원소 역시 매우 낮은 농도로 존재할 수 있습니다.

즉, ICP-MS 분석의 목적은 눈에 보이지 않는 원소를 검출 가능한 신호로 바꾸는 것에서 시작됩니다.

02 PLASMA │ 시료를 고온의 플라즈마로

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시료가 장비에 도입되면 다음 단계에서는 유도결합 플라즈마(ICP)를 만나게 됩니다.

플라즈마는 매우 높은 에너지를 가진 상태로, 시료 속 원소를 분석에 필요한 형태로 변화시키는 중요한 역할을 합니다.

시료가 플라즈마를 통과하면서 원자화되고 이온화되며, 이후 질량분석이 가능한 이온 상태로 만들어집니다.

그래서 ICP-MS에서 'ICP'는 단순히 장비 이름의 일부가 아니라, 원소를 효과적으로 이온화하기 위한 핵심 과정입니다.

03 ION │ 원소를 이온으로 바꾸다

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질량분석기가 원소를 구분하기 위해서는 해당 원소가 전하를 가진 이온(Ion) 상태여야 합니다.

플라즈마에서 생성된 이온들은 장비 내부의 이온 전달 영역을 지나 질량분석부로 이동합니다.

이 과정에서는 분석에 필요한 이온이 안정적으로 전달되는 것이 중요합니다.

즉, Sample → Plasma → Ion

으로 이어지는 과정은 원래 시료 속에 존재하던 원소를 질량분석기가 읽을 수 있는 상태로 만드는 과정이라고 볼 수 있습니다.

04 MASS │ 질량에 따라 이온을 구분합니다

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이제 ICP-MS의 핵심인 질량분석(Mass Analysis) 단계입니다.

원소마다 질량 특성이 다르기 때문에 생성된 이온을 질량대전하비(m/z)에 따라 분리하면 원하는 원소를 선택적으로 측정할 수 있습니다.

ACE 3000 ICP-MS에는 질량 선택을 위한 사중극자(Quadrupole Mass Filter)가 적용됩니다.

사중극자는 특정 m/z의 이온이 통과하도록 제어하여 분석하고자 하는 원소를 선택하는 역할을 합니다.

영인에이스는 이 사중극자 역시 직접 설계·제조·양산하며 질량분석기의 핵심 부품 기술을 자체적으로 확보하고 있습니다.

05 ELEMENT │ 최종적으로 원소의 농도를 확인합니다

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질량분석부를 통과한 이온은 Ion Defelector를 통과하여 검출기를 통해 신호로 변환됩니다.

그리고 이 신호를 이용해

어떤 원소가 존재하는지, 얼마나 존재하는지

확인할 수 있습니다.

ICP-MS는 한 가지 원소만 분석하는 것이 아니라 다원소 분석(Multi-element Analysis)이 가능하기 때문에 하나의 시료에서 다양한 원소를 함께 분석할 수 있다는 장점도 가지고 있습니다.

ppm, ppb, ppt… 얼마나 작은 농도일까요?

극미량 분석에서 자주 등장하는 단위가 있습니다.

ppm → ppb → ppt

순서로 농도가 낮아집니다.

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• ppm = 10⁻⁶

• ppb = 10⁻⁹

• ppt = 10⁻¹²

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ACE 3000 ICP-MS는 ppt 수준의 극미량 원소 분석이 가능한 장비입니다.

이처럼 매우 낮은 농도를 측정할 수 있기 때문에 일반적인 분석 방법으로 확인하기 어려운 미량 금속과 불순물 분석에도 활용할 수 있습니다.

왜 극미량 원소 분석이 중요할까요?

산업이 정밀해질수록 관리해야 하는 불순물의 수준도 낮아지고 있습니다.

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환경 분석

수질, 토양 등 환경 시료 내 중금속 및 미량 원소 분석

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식품 분석

식품 및 원료에 포함될 수 있는 유해 원소와 중금속 분석

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의약품 분석

원료 및 완제품의 금속 불순물과 미량 원소 분석

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반도체

초순수(UPW), 공정 화학물질, 소재 등에 존재할 수 있는 극미량 금속 불순물 분석

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즉, 보이지 않는 수준의 작은 오염까지 관리해야 하는 산업일수록 고감도 원소 분석 기술의 중요성은 더욱 커집니다.

ACE 3000 ICP-MS │ 국산 원소 분석 기술

ACE 3000 ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer)는 영인에이스가 개발한 유도결합 플라즈마 질량분석 시스템입니다.

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주요 특징은

✔ Multi-element Analysis

다양한 원소를 분석할 수 있는 다원소 분석

✔ Ultra-trace Detection

ppt 수준의 극미량 원소 분석

✔ High Accuracy & Reliability

정밀한 원소 분석을 위한 정확성과 신뢰성

✔ Wide Dynamic Range

다양한 농도 범위의 분석 대응

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영인에이스는 질량분석기의 완제품뿐 아니라 사중극자(Quadrupole)와 같은 핵심 부품 기술까지 직접 개발·제조하며 국산 질량분석 기술 경쟁력을 확대하고 있습니다.

보이지 않는 것을 데이터로 바꾸는 기술

ICP-MS가 하는 일은 단순합니다.

하지만 그 과정은 매우 정밀합니다.

Sample → Plasma → Ion → Mass → Element

눈에 보이지 않는 원소를 이온으로 만들고, 질량으로 구분하고, 최종적으로 정량 데이터로 확인합니다.

반도체의 극미량 불순물부터 환경·식품·의약품의 중금속 분석까지,

보이지 않는 것을 정확하게 측정해야 하는 곳에서 ICP-MS의 역할은 더욱 중요해지고 있습니다.

영인에이스는 ACE 3000 ICP-MS를 통해 국내 분석 기술의 활용 범위를 지속적으로 확대해 나가고 있습니다.

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