ICP-OES 데이터 분석

유도 결합 플라즈마 발광 분석법(ICP-OES) 데이터 분석은 다단계 프로세스입니다. 우선 사용할 플라즈마 보기 및 구성과 함께 올바른 시료 도입 방법을 선택해야 합니다. 그런 다음 수정해야 하는 가능한 간섭들을 고려하여 분석법 개발을 수행해야 합니다. 마지막으로 분석법 및 분석 결과에 대한 평가가 수행됩니다.

• 시료 도입- 특정 시료 도입 프로세스 및 설정을 통해 더 많은 시료 또는 더 적은 시료가 플라즈마에 도달하도록 조정할 수 있습니다. 이를 통해 감도를 높일 수 있지만 특히 복잡한 매트릭스가 도입된 경우 플라즈마 안정성에 부정적인 영향을 줄 수도 있습니다.
• 파장 선택 - 스펙트럼 간섭은 가능한 한 피해야 합니다. 선형 범위를 확장하기 위해 각 원소에 대해 다양한 감도를 가지는 여러 파장을 선택할 수 있습니다.
• 플라즈마 보기 - 빛의 감지를 위해 사용할 수 있는 두 가지 보기(축 보기 및 방사형 보기)가 있습니다. 축 보기(axial view)에서는 플라즈마 채널의 빛이 감지되며, 높은 감도와 우수한 검출 한계를 얻을 수 있지만 이 보기는 간섭의 영향을 더 많이 받습니다. 방사형 보기(radial view)는 선형 동적 범위를 높이고 높은 매트릭스 시료에서 기기의 안정성을 향상시킬 수 있지만 감도가 낮습니다.
• 획득 파라미터 - 통합 또는 노출 시간은 칩이 신호를 감지하는 시간입니다. 더 낮은 농도를 측정할 때, 통합 시간을 연장하여 검출 한계를 개선할 수 있습니다.

이상적으로는 물리학적 및 화학적 효과를 실험적으로 제거해야 하며 분석자는 고체 상 검출기를 사용하여 분석을 위해 간섭 없는 파장을 선택할 수 있어야 합니다. 그러나 이것이 가능하지 않을 경우 대체 기법을 사용해야 합니다. ICP-OES 분석 중 발생하는 간섭에는 물리적, 화학적 및 스펙트럼 간섭의 세 가지 주요 유형이 있습니다.

물리적 간섭은 시료 이송 또는 분무에 영향을 미치는 시료와 보정 표준물질 사이의 차이로 정의됩니다. 이러한 차이에는 점도, 밀도 또는 매트릭스가 포함될 수 있습니다(시료 자체 또는 분해/보존 절차로부터 기인됨). 이러한 문제를 해결하는 데 사용할 수 있는 몇 가지 솔루션으로는 시료 희석 및 매트릭스 매칭 등이 있습니다. 내부 표준화는 매트릭스가 완전히 알려지지 않은 경우에 도움이 될 수 있습니다. 표준물질 첨가는 매트릭스를 완전히 알 수 없고 외부 보정을 사용하여 보정할 수 없는 경우에 유용합니다.

화학적 간섭은 시료와 보정 표준물질이 플라즈마에서 반응하는 방식에 차이가 있을 때 발생하여 의도하지 않은 이온화, 분자 형성 또는 플라즈마 부하를 초래합니다. 또한 일부 원소(예: 알칼리)는 이온화 효과를 겪습니다.

화학적 간섭을 완화하기 위해 몇 가지 단계를 수행할 수 있습니다. 이온화 완충액을 추가하면 일부 원소에 대한 이온화 효과를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 유기 시료의 경우 산소(압축 공기에 존재)를 시료와 함께 플라즈마에 추가할 수 있으며, 산소의 추가는 스펙트럼의 낮은 범위에서 간섭이 발생한다는 점에 유의해야 합니다. 플라즈마 파라미터를 최적화하면 플라즈마 부하를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

스펙트럼 간섭은 가장 일반적인 ICP-OES 문제입니다. 스펙트럼 간섭에는 세 가지 유형이 있습니다.

• 매트릭스에서 비롯된 바탕의 이동
  
• 시료의 다른 원소로부터의 인접 간섭
• 두 파장이 너무 가까워서 분해할 수 없을 때 발생하는 직접 스펙트럼 중첩

이 문제를 해결하기 위해 오프-피크(off-peak) 백그라운드 수정과 함께 때로는 원소간 보정이 사용됩니다. 전체 프레임은 광 검출기에서 강도 분포를 시각화하고 스펙트럼의 다른 영역에서 발생하는 스펙트럼 간섭에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다(그림 2).

내부 표준물질은 모든 시료를 동일한 원소에 참조함으로써 시료와 표준물질의 물리적 차이를 보정하는 데 사용됩니다. 그런 다음 내부 표준물질 원소에 의해 발생하는 신호의 억제 또는 증강에 따라 시료에 보정을 적용합니다. ICP-OES 분석의 일반적인 내부 표준물질은 스칸듐(scandium) 및 이트륨(yttrium)입니다.

직접 스펙트럼 중첩이 발생하는 경우 이러한 간섭을 보정하기 위해 원소 간 보정(IEC: inter-element correction)을 적용할 수 있습니다. 원소 간 보정은 각 분석에 간섭의 겉보기 농도에 기반한 보정 비율을 적용합니다. IEC는 비율을 적용하기 때문에 백그라운드 보정 지점의 정확한 선택 및 분석 물질과 간섭 물질 간 선형 관계의 존재에 의존합니다.

• 검출 한계 검사
  이 검사는 기본적인 필수 검출 한계에 도달했는지 결정하는 데 도움이 됩니다. 또한 이전 시료의 오염 또는 잔류물이 있는지 확인하기 위해 사용됩니다.
• 회수율 검사
  회수율 검사에서는 알려진 농도가 분석되고 회수되는 비율이 계산됩니다. 이러한 검사는 보정이 여전히 유효한지 또는 인증된 참조 물질(CRM: certified reference materials)이 요구되는 농도 범위에 있는지 확인하기 위해 적용됩니다.
• 대응 표본(paired sample) 검사
  정의된 두 시료 사이의 재현성을 평가하기 위해 대응되는 시료 표본이 사용됩니다. QC 소프트웨어는 첫 번째 정의된 시료를 모니터링한 다음 두 번째 시료가 정의된 한계를 상당히 초과하는지 또는 미달하는지를 결정합니다. 중복 검사를 통해 동일한 두 시료 간 상대 편차 백분율(RPD: relative percent difference)을 결정하며, 연속 희석 검사를 통해 시료에 대한 특정 희석 작업 후 회수율을 변경하면 시료 매트릭스가 데이터 품질에 영향을 미치는지 여부를 결정합니다.
• 스파이크(spike) 검사
  스파이크 검사는 첨가된 시료의 회수율에 대한 정보를 생성합니다. 이 검사는 예를 들어 간섭으로 인해 발생하는 보정 표준물질과 시료 간의 잠재적인 차이에 대한 아이디어를 제공합니다.
• 연속 검사
  분석 과정에서 내부 표준물질 회수율 및 반복 분석 간 상대 표준 편차와 같은 특정 파라미터를 모니터링하여 시료 관련 또는 시료 도입 문제에 대한 정보를 제공합니다.

특정 소프트웨어 기능은 분석되는 시료에 따라 파장 및 플라즈마 파라미터 선택을 통해 분석법 개발을 용이하게 합니다. 이러한 기능의 예로 Thermo Scientific Qtegra Intelligent Scientific Data Solution(ISDS) 소프트웨어의 Element Finder 플러그인이 있습니다.

Thermo Scientific iCAP 7000 Plus Series ICP-OES용 Qtegra(ISDS) 소프트웨어는 플라즈마 최적화 도구와 Element Finder 플러그인의 두 부분으로 구성된 통합형 분석법 개발 도구를 제공합니다.

플라즈마 최적화 도구는 시료 유형(수성 또는 유기)에 따라 RF 출력 및 분무기 가스 흐름을 최적화합니다. 최적의 강도 및 신호 대 백그라운드 (또는 신호 대 백그라운드의 제곱근) 비율을 달성하기 위해 플라즈마 최적화를 수행할 수 있습니다. 이 과정에서 모든 분석물에 대해 최적의 평균 파라미터를 얻을 수 있도록 여러 파장을 선택할 수 있습니다.

Element Finder 플러그인은 시료에 기반하여 분석에 적합한 파장을 식별합니다. 이는 분석물 및 매트릭스 원소를 선택하여 수동으로 수행하거나 전체 프레임 시리즈를 실행하여 자동으로 수행됩니다.

알려진 시료의 경우, 분석물 및 매트릭스 원소를 선택합니다. Element Finder 플러그인은 내장된 파장 라이브러리를 사용하여 다른 원소 파장과 간섭이 없는 파장을 선택할 수 있습니다.

전혀 알려지지 않은 시료의 경우에, Element Finder 플러그인을 사용하여 시료에 존재하는 원소를 찾을 수도 있습니다. 이는 간단한 3단계로 수행됩니다. 첫 번째 단계에서는 시료 전체 프레임을 여러 개 선택합니다. 두 번째 단계에서는 어떤 원소가 발견되었는지 보여 주고 사용할 파장을 제안합니다. 원하는 파장을 수동으로 선택할 수도 있습니다. 보다 나은 선택을 위해 간섭이 하위 배열 창에 표시됩니다. 세 번째 마지막 단계에서는 결과를 분석법(method)으로 가져와서 측정에 사용할 수 있습니다.

수동 분석법 개발에는 개발에는 여러 번의 프로세스 반복과 알 수 없는 양의 시료가 필요하지만 Element Finder 플러그인은 5분 미만의 시간과 단 8밀리리터의 시료 용액만 필요합니다.