이차전지연구센터

1) 시료 도입부
용액상태의 시료를 작은 액체와 아르곤의 상호작용에 의해 Aerosol을 생성하는 부분이며 생성된 Aerosol은 운반기체(carrier gas)와 함께 플라즈마 생성부로 도입시키는 장치이다. Nebulizer는 Cross-Flow Nebulizer, meinhard Nebulizer, Ultrasonic Nebulizer, Microconcentric nebulizer, Direct Injection Nebulizer등이 있으며 시료의 상태와 응용에 따라 목적에 맞는 다양한 도입장치들이 옵션으로 제공된다.

2) 플라즈마 생성부
34MHz Free running generator를 이용하여 라디오파(RF)에 의한 유도코일 주변의 자기장과 관(Torch)을 통해 흐르는 아르곤 가스 사이에서 고온의 플라즈마가 형성되고, 운반기체에 의해 이동된 분무상태의 시료는 플라즈마 생성부에서 이온원인 플라즈마에 의해 원자화 및 이온화가 진행된다.
플라즈마를 생성시킬 때나 시료가 주입될 때 플라즈마의 Impedance가 변화고 이 변화에 따라 Load coil에 전달되어 반사되는 RF power가 높아지게 된다. 따라서 이 때마다 Impedance의 Capacity를 변화시켜 순수한 저항값을 유지해야 함으로 RF generator의 주파수의 변화는 정확한 Data값을 얻는데 중요하다.

3) 인터페이스
분무상태의 시료는 대기압(760torr) 상태에서 이온원인 플라즈마를 통과하면서 이온으로 변하여 직경 1mm내외의 작은 구멍(인터페이스)을 통해 진공장치 내부로 도입된다.
인터페이스는 10-6 Torr 영역의 진공상태에서 동작하는 질량분석부와 대기압 상태인 플라즈마 사이에 위치하면서 시료 이온들을 손실없이 도입하기 위해 Rotary pump에 의해 약 1 Torr 정도의 진공 상태가 유지되도록 하여 도입된 이온들이 인터페이스 내부에서 압력차에 의해 초음속으로 확산하면서 Background 기체의 영향이 거의 없는 영역을 형성하고 이 영역에서 이온들을 도입하게 된다. 인터페이스는 다양한 메트릭스로 부터 시료이온의 추출과정에서 기기의 감도와 이온 에너지 등 기기의 성능과 관련된 중요한 요소들을 결정하는 ICP-MS 장치의 핵심적인 부분이다.

4) 질량분석부
질량분석장치는 Single Auto렌즈와 특수세라믹에 Gold를 물리적, 화학적 코팅한 사중극자(Q-pole), Analog와 Digital신호를 동시에 받을 수 있는 Dual Stage 검출기로 구성이 되어 있으며 인터페이스에서 도입된 이온들을 질량별로 분리, 검출하는 장치이다. 인터페이스를 통과한 이온들은 Single auto 렌즈를 통해 이온들은 focusing 및 굴절되어 사중극자(Q-pole)로 도입된다.
플라즈마는 이온원인 동시에 광원으로 작용하므로 여기에서 발생되는 자외선(UV) 영역의 빛이 검출기로 사용되는 전자증배관에 Background 신호를 유발할 수 있기 때문에 PerkinElmer ICPMS 시스템에서는 이를 방지하기 위하여 Shadow stop을 를 독자적으로 설계하여 장착하였다. 사중극자(Q-pole)는 네개의 평행한 전도성 pole로 구성되어 있으며 서로 이웃하고 있는 pole에 부호와 위상이 다른 DC + RF 신호를 연속적으로 보내어 pole 내부에 전자기장이 형성되고 특정한 질량을 가진 이온들만이 pole을 통과하도록 만들어 주는 장치이다. 검출기로 사용되는 ETP와 공동개발한 Dynode 검출기로서 Analog와 Digital 신호를 동시에 얻을 수 있으며 9 order 이상의 직선성이 보장되도록 하였다.

5) 진공부
ICP-MS에서 이온들을 효과적으로 도입하고 질량분석장치가 정상적으로 동작하기 위해서는 적절한 진공상태가 유지되어야 하며 이를 위해 진공장치가 구성되어 있다. PerkinElmer ELAN 시스템의 진공장치는 1개의 Dual Turbomolecular pump(150L/250L)와 2개의 Rotary...