미량 대기 가스 분석기(Trace Atmospheric Gas Analyzer, TAGA)의 작동은 그림 2에 나타낸 tandem mass spectrometer 의 원리에 근거를 두고 있다.

첫 번째 MS에서 선택된 parent ion이라 불리는 이온화된 성분들이 inert gas와 충돌하게 하여 두 번째 MS에 의해 분석되어질 fragment ion(daughter ion으로 알려짐)을 생성한다. MS/MS 과정은 두 번째 부분에서 일어난다. TAGA MS/MS(model 6000)의 주요 부분은 그림3에 나타낸 바와 같이 대기 도입부, ionization chamber, tandem mass analyzer, ion detecter, MAC-based 컴퓨터 시스템 등을 포함한다. 실시간 대기 모니터링 능력에 집중된 특별한 기능에 주목할 가치가 있다; direct air inlet, APCI(atmospheric pressure ionization source), curtain gas, 고속(90,000 l/sec) cryogenic pump.

대기시료는 연속적으로 약 100 L/min의 유속으로 대기압으로 유지되는 ion source에 직접 도입된다. 이렇게 높은 유속으로 ionization chamber에 직접 전달됨으로써 대기 시료의 흡착이나 변형이 최소화된다.

오염 물질의 이온화는 corona discharge에 의해 시작되어 gas 상태의 chemical ionization 반응 등 일련의 과정을 통해 이루어진다. 시료 중의 조그만 입자가 100 micron 크기의 sampling orifice를 막는 것을 방지하기 위해 질소 curtain gas를 통과한 후, 이온화된 물질이 MS/MS 분석에 적용된다. Mass analyzer는 실제로 독립된 세 개의 quadrupole MS가 연속적으로 연결되어 있다. 첫 번째와 세 번째 quadrupole은 mass filter의 기능을 수행하는 반면에 두 번째 quadrupole은 분리가 아닌 total ion mode로 사용된다. 이러한 중간 quadrupole은 CAD(collisionally activated dissociation) cell의 역할을 하는 것으로 이곳에서 parent ion이 daughter ion으로 쪼개어진다. Q1과 Q3은 다양한 scan 방식으로 작동될 수 있다. 그러나 일반적으로 대기 오염물질을 확인하고 정량 하는데 사용된다.

1) Single MS Scan - 이미 선택한 mass range를 Q1에서 scan하고, Q3는 Q2처럼 total ion mode에서 작동한다 ; collision gas가 쓰이지 않음.

2) Daughter Ion Scan - Q1은 특정 parent ion mass(single MS scan에서 확인된)을 선택하고 Q3는 ‘10’에서부터 ‘parent ion mass+1’까지 scan한다 ; Argon collision gas가 쓰임.

3) Multi Reaction Monitoring(MRM) Scan - Q1은 특정 parent ion mass(single MS scan에서 확인된)을 선택하고 Q3는 여러 daughter masses 중에서 선택할 수 있다 ; Argon collision gas가 쓰임.

그림 4a), 4b), 4c)는 위와 같은 세 가지 scan type에 의해 분석된 자료의 예를 나타낸 것이다. 1), 2)의 scan type 대기 시료에 대한 화학적 확인을 통해 정성분석을 할 수 있다. MRN scan mode에서는 미리 선택한 target compound에 대한 정량 분석을 위한 것이다.

언급한 바와 같이 오염 물질이 APCI(atmospheric pressure ionization) source에서 복잡한 일련의 ion-molecule reaction에 의해 이온화된다. 물질 확인을 돕기 위해 특정 화학 종의 선택적인 이온화가 chemical ionization reagent의 첨가에 의해 이루어진다. 예를 들어 암모니아가 질소 화합물을 선택적으로 이온화시키기 위해 sample stream에 첨가된다. 반면에 벤젠(benzene)은 PCBs를 포함한 방향족 물질을 이온화시키기 위해 쓰인다. 대기 중의 수증기는 불순물을 함유한 산소의 이온화를 증진시킨다. TAGA는 positive ion mode 뿐만 아니라 negative ion mode를 수행할 수 있다. 후자 mode에서는 산성 물질들을 이온화시키기 위해 산소를 이용한다. 매우 넓은 범위의 유기 및 무기 오염물질들이 APCI source에 의해 실시간으로 검출될 수 있는데, 별도의 시료 농축장치가 없어도 매우 좋은 감도를 제공한다.