ICP-MS를 활용한 중금속 분석 방법과 사례

목차

현대 환경 분석 및 식품 안전 분야에서 중금속 검출은 매우 중요한 과제입니다. 특히 미량의 중금속도 인체에 해를 끼칠 수 있기 때문에 고감도, 고정밀 분석 기술이 요구됩니다. 이러한 요구에 부응하는 대표적인 분석 장비가 바로 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)입니다. 본 글에서는 ICP-MS의 원리, 중금속 분석 절차, 실무 적용 사례를 중심으로 중금속 분석의 핵심을 정리해보겠습니다.

---

1. ICP-MS란 무엇인가?

ICP-MS는 고온 플라즈마(약 6,000~10,000K)에서 시료를 이온화한 뒤, 이온화된 원자를 질량 분석기로 분석하여 원소의 농도를 측정하는 장비입니다. 매우 낮은 농도의 금속 및 비금속 원소를 정량할 수 있으며, ppb(십억분의 일) 수준의 감도까지 분석 가능합니다.

 

2. ICP-MS의 분석 원리

1. 시료 분무: 액상 시료를 분무기로 미세한 입자로 분사
2. 이온화: 아르곤 플라즈마로 이온화 → 대부분 양이온 상태로 전환
3. 질량 분석: 사중극자 질량분석기(Quadrupole Mass Filter)로 이온 질량 분석
4. 검출: 선택된 이온의 세기를 전하로 측정하여 농도 계산

 

3. ICP-MS의 주요 특징

• 초고감도: 대부분의 금속 원소에 대해 ppb~ppt 수준의 검출 한계
• 동시 다원소 분석 가능: 하나의 시료로 수십 종 원소 동시 분석
• 간섭 보정 기능: 아이소톱 선택, 반응셀 기술로 스펙트럼 간섭 최소화
• 자동화 가능: 시료 자동 주입 및 정량화 시스템 적용 가능

 

4. ICP-MS로 분석 가능한 대표 중금속 원소

• 납 (Pb)
• 수은 (Hg)
• 비소 (As)
• 카드뮴 (Cd)
• 크롬 (Cr)
• 니켈 (Ni)
• 구리 (Cu), 아연 (Zn), 철 (Fe) 등도 가능

 

5. ICP-MS 분석 과정 요약

1. 시료 전처리: 토양, 물, 식품 등의 시료를 산(질산, 과산화수소 등)으로 분해
2. 희석 및 여과: 일정 농도로 맞추고 여과지로 고형물 제거
3. 표준용액과 비교: 다중 농도의 표준 용액과 비교하여 보정곡선 작성
4. 분석 및 정량: 검출된 이온 신호를 농도로 환산

 

6. ICP-MS 실무 적용 사례

① 수질 분석

하천, 지하수, 산업 폐수 등에 포함된 중금속 성분(Pb, As, Hg 등)을 정밀하게 측정하여 수질 기준 초과 여부를 평가합니다.

② 식품 안전

쌀, 채소, 생선 등 식품에 포함된 납, 카드뮴, 비소 등 유해 중금속의 식약처 기준치 준수 여부를 분석하는 데 활용됩니다.

③ 토양 및 퇴적물 분석

산업단지, 폐광지역 등의 토양 오염도 평가에 필수적으로 사용되며, 토양 중 중금속 함량 분석을 통해 토양정화 필요성 판단이 가능합니다.

④ 혈액 및 소변 등 생체 시료 분석

의학 및 법과학 분야에서는 인체 내 중금속 농도를 분석하여 중독 진단 및 환경 노출 평가에 사용됩니다.

 

7. ICP-MS 분석 시 유의사항

• 기기 유지관리 및 보정 철저 (플라즈마 안정성 중요)
• 교차 오염 방지를 위한 시약 및 용기 관리
• 시료 희석 시 정확한 농도 조절 필요
• 질량 간섭(동위체 간섭, 폴리이온 간섭 등) 보정 알고리즘 적용

---

ICP-MS는 현대 분석 화학에서 가장 정밀하고 신뢰도 높은 중금속 분석 장비 중 하나로, 환경, 식품, 의학, 산업 전반에 걸쳐 필수적인 도구로 자리 잡고 있습니다. 미량 분석이 가능한 장점 덕분에 공공기관, 연구소, 민간 기업 모두에서 활발히 활용되고 있으며, 향후 AI 기반 자동화와 결합하여 분석 정확도와 속도는 더욱 향상될 것으로 기대됩니다.