애질런트 ICP-MS 시스템은 신뢰성, 견고성, 사용 편의성 및 뛰어난 성능을 바탕으로 많은 환경 시험실에서 표준 장비로 사용되고 있습니다. 자동 시료 주입기, 고속 개별 시료 주입 시스템 및 자동 희석기와 원활하게 통합되어 실험실에서 증가하는 시료량을 처리하고 더 짧은 처리 시간 요구에 대응할 수 있게 도와줍니다.

고유한 듀얼 셀 시스템(DCS) 충돌/반응 셀과 AVS MS를 갖춘 Agilent 9500 Triple Quadrupole ICP-MS(ICP-QQQ)는 규제 준수에 필요한 정확도를 유지하면서 더욱 빠른 대용량 워크플로우를 지원합니다. 고성능 헬륨 모드(AHM)로 작동할 경우 DCS는 광범위한 분석물질에 걸쳐 탁월한 데이터 품질을 제공하므로 매일 많은 수의 시료를 처리하는 실험실에 이상적인 솔루션입니다. AHM은 여러 튜닝 모드(no gas, He 및 고에너지 He)를 하나의 최적화된 설정으로 통합하여 가스 전환이 필요하지 않으며 데이터 수집 시간을 33% 이상 단축합니다.

이처럼 간소화된 접근법을 환경 수질 시료의 고처리량 분석에 적용하여 EPA 6020B 워크플로우에 부합하는 빠르고 견고한 다원소 ICP-MS 분석법을 사용했습니다.

실험

기기 구성 및 분석법 생성 지원

표준 니켈 콘, MicroMist 유리 동심형 네뷸라이저, UHMI(Ultra High Matrix Introduction), 옵션인 애질런트 AVS MS(0.75mL 루프) 및 애질런트 SPS 4 자동 시료 주입기가 장착된 Agilent 9500 ICP-QQQ를 사용했습니다. UHMI는 에어로졸 희석을 통해 다양한 시료 유형에 대한 매트릭스 내성을 높이며, AVS MS는 대량 시료 분석 시 기기가 각 시료에 노출되는 시간을 최소화하여 장기적인 견고성을 더욱 향상합니다.

분석자의 분석법 생성을 지원하기 위해 애질런트 OpenLab ICP-MS 소프트웨어에서 일반 AHM 전용 사전 설정 분석법과 UHMI 4 플라즈마 조건을 선택하여 기기 파라미터를 자동으로 불러왔습니다. UHMI-4 조건에서는 최대 4% 총 용존 고형물(TDS)을 포함하는 시료를 측정할 수 있으므로, 최대 500ppm 농도에서 안정적인 장기 분석이 가능합니다. 감도를 극대화하도록 소프트웨어에서 이온 렌즈 전압을 최적화하여 적용했습니다.

분석 워크플로우

일반적인 환경 시료를 대표하고 분석법의 정확도를 검증하기 위해 NIST 및 HPS의 물, 토양 및 퇴적물 인증 표준물질(CRM)을 사용했습니다. 일상적인 실험실 조건을 재현하기 위해 추가적인 매트릭스 매칭 없이 환경 수질 시료 5개를 준비했습니다. 검량 표준물질 및 품질 관리(QC) 용액은 1% HNO₃ 및 0.5% HCl 매트릭스로 준비했습니다. 2시간 동안 분석한 검량 표준물질, QC 용액 및 시료의 시퀀스를 그림 1에 나타내었습니다. "시료" 블록은 연속적으로 반복되었으며, 10회 시료 분석마다 "주기적 QC" 블록이 자동으로 삽입되었습니다.

초기 검량, 초기 검량 검증 및 정기적인 품질 검사를 포함하는 시료 분석의 세 가지 주요 단계를 보여주는 순서도.

그림 1. 환경 수질 시료 분석을 위한 분석 워크플로우.

결과 및 토의

검출 성능

1% HNO3 및 0.5% HCl 블랭크를 10회 측정하여 10σ를 기준으로 계산한 정량 한계(LOQ)를 표 1에 나타내었습니다. 모든 LOQ는 낮은 ppt부터 낮은 ppb까지의 범위에 속합니다.

표 1. AHM에서 짧은 적분 시간을 사용하여 블랭크를 10회 측정한 결과로 계산한 Agilent 9500 ICP-QQQ의 LOQ.

원소, 적분 시간(초) 및 LOQ(ppb) 열로 구성된 표. Be, Na, U 등의 원소 데이터가 포함되어 있으며 원소별로 서로 다른 적분 시간과 정량 한계를 보여줍니다.

시료 처리량 50% 향상

AVS MS가 통합된 9500 ICP-QQQ를 사용하여 AHM의 DCS에서 26개 분석물질과 5개 내부 표준물질(ISTD)을 측정했습니다(3회 반복 분석). 총 141개 시료를 138분 동안 분석했으며, 각 시료의 측정 시간은 1분 미만이었습니다. 비교를 위해, 유사한 시료 시퀀스를 Agilent Single Quadrupole ICP-MS로 분석했을 때는 시료당 약 1분 30초가 소요되었습니다.1 따라서 이 워크플로우는 Single Quad ICP-MS 분석법 대비 시료 처리량을 50% 향상시킵니다.

그림 2. AHM에서 AVS를 사용하는 Agilent 9500 ICP-QQQ와 ISIS DS를 사용하는 Agilent 7900 ICP-MS의 생산성 향상 비교.

정확도: 환경 CRM 분석

물, 토양 및 퇴적물 CRM 3종을 분석 시퀀스 전반에 걸쳐 여러 차례 분석했습니다. 저농도 자연 수질 시료를 모사하기 위해 NIST 1643e는 10배 희석 후 분석했으며, 토양 및 퇴적물은 10배 및 50배 희석 후 분석했습니다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 각 분석물질에 대해 평균 농도, 상대 표준편차(%RSD), 그리고 평균 회수율을 계산했습니다. CRM 시료 전반에 걸친 모든 원소의 결과는 인증 기준값과 매우 우수한 일치를 나타냈습니다. 유일한 예외는 하천 퇴적물 A의 Co였으며, 회수율이 100 ± 10% 범위를 벗어났습니다. 10배 및 50배 희석 모두 범위를 벗어났기 때문에, 해당 결과는 CRM의 잠재적인 오염 가능성을 시사합니다.

표 2. 세 가지 CRM에 포함된 모든 인증 원소에 대한 평균 측정값, 평균 회수율, %RSD, n=10. 빈 셀은 인증값이 없음을 나타냅니다.

다양한 토양 및 퇴적물 인증 표준물질 시료의 원소 농도와 회수율을 비교한 상세 표. Be, Na, Al 등의 원소가 포함되어 있으며 평균 농도, %RSD 및 평균 회수율 등의 측정값을 보여줍니다.

‡ 납 동위원소 206+207+208의 합으로 보고됨

*1/10: 1/10 희석 용액의 농도, 1/50: 1/50 희석 용액의 농도

고매트릭스 시료 분석 중 안정성/견고성

그림 3에서 볼 수 있듯이 141개 시료 및 QC 용액의 ISTD 회수율은 2시간의 분석 시간 동안 80-110% 범위 내에서 유지되어 AHM에서 9500 ICP-QQQ의 뛰어난 안정성을 입증했습니다.

그래프에는 OpenLab ICP-MS 소프트웨어의 IntelliQuant 기능을 사용하여 얻은 각 시료의 총 매트릭스 고형물(TMS) 값도 포함되어 있습니다. IntelliQuant는 약 2초 내에 전체 질량 스캔을 수행하여 시료의 신속한 반정량 프로파일을 제공합니다.2

TDS는 TMS 값의 2배로 추정되므로, 시퀀스 동안 1000ppm을 초과하는 TDS 함량을 가진 여러 시료를 반복적으로 9500 ICP-QQQ에 주입했습니다. 높은 TDS 수준에도 불구하고 ISTD 신호는 안정적으로 유지되었으며, 이는 까다로운 매트릭스 조건에서 UHMI가 적용된 9500 ICP-QQQ의 우수한 견고성을 입증합니다.

140개 시료를 분석하는 동안 100% 부근에서 변동하는 내부 표준물질 45 Sc, 72 Ge, 103 Rh 및 115 In의 회수율을 보여주는 그래프. 주황색 막대는 시료의 총 매트릭스 고형물(ppm)을 나타냅니다.

그림 3. TMS 함량이 높은 시료를 포함한 모든 시료에서 검량 블랭크를 기준으로 정규화한 ISTD 회수율. 138분 분석 동안 내부 표준 실패는 발생하지 않았습니다.

생산성 향상

AHM에서 DCS 및 AVS MS를 사용하는 Agilent 9500 ICP-QQQ는 빠르고 정확하며 안정적인 고처리량 환경 분석을 지원합니다. 이 연구에서는 CRM으로 검증된 정확도와 장시간 분석 안정성을 유지하면서 시료 처리량이 50% 향상되는 것으로 나타났습니다.

참고 자료

  1. Yamanaka, K. Wilbur, S. Maximizing productivity for high matrix sample analysis using the Agilent 7900 ICP-MS with ISIS 3 discrete sampling system 5991-5208EN
  2. Agilent ICP-MS IntelliQuant Software

추가 정보

 

Kondo, Satoshi. 듀얼 셀 시스템 및 개별 시료 주입을 이용한 ICP-QQQ 환경 수질 시료 분석, 애질런트 발행물, 5994-9125KO

DE-015929