KR100498265B1

KR100498265B1 - Plasma chromatography device and ion filter cell

Info

Publication number: KR100498265B1
Application number: KR1020030082739A
Authority: KR
Inventors: 고성석
Original assignee: (주)센서테크
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2005-06-29
Also published as: KR20050048981A

Abstract

본 발명은 대기 중에 포함된 물질을 분석하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기 중에 존재하는 화합물의 정량분석을 위한 플라즈마 크로마토 그래피 장치 및 그에 따른 이온 필터셀에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for analyzing a substance contained in the atmosphere, and more particularly, to a plasma chromatography apparatus for quantitative analysis of a compound present in the atmosphere and an ion filter cell accordingly.

본 발명에 따른 플라즈마 크로마토 그래피 장치 및 그에 따른 이온 필터셀은 대기 중에 존재하는 화합물의 정량분석을 위한 플라즈마 크로마토 그래피 장치의 이온 필터셀에 있어서, 상기 이온 필터셀이 공급되는 공기를 상기 이온 필터셀로 공급하며, 흡입된 공기를 가열하여 공기 내에 포함된 화합물의 분자를 활성화시키는 히터를 포함하는 흡입노즐조립체와 상기 흡입노즐조립체로부터 공급되는 공기에 포함된 화합물 분자를 선택적으로 흡입하는 멤브레인조립체와 상기 멤브레인조립체로부터 흡입되는 화합물 분자를 방사능 동위원소를 이용하여 이온화하는 이온화부와 소정 시간동안 개방되어 상기 이온화부에 의해 이온화된 화합물의 유입량을 일정하게 유지하는 셔터 그리드와 다수의 전극링과 절연링이 교대로 결합되되, 상기 전극링 각각에 저항체가 연결되며, 상기 저항체에 인가되는 직류전압에 의해 상기 셔터 그리드로부터 유입되는 이온들의 이동속도를 조절하는 드리프트 튜브와 상기 이온 필터셀 외부에서 발생되어 유입되는 노이즈를 제거하고, 일정한 전기장을 유지하는 어퍼쳐 그리드와 상기 이온 필터셀을 통과한 이온들에 의해 발생하는 전류 펄스와 이온의 질량을 감지하는 컬렉터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the plasma chromatography device and the ion filter cell according to the present invention, in the ion filter cell of the plasma chromatography device for quantitative analysis of a compound present in the air, the air supplied with the ion filter cell to the ion filter cell A membrane assembly and a membrane assembly for selectively inhaling compound molecules contained in the air supplied from the suction nozzle assembly and a suction nozzle assembly including a heater to heat the sucked air to activate molecules of the compound contained in the air The ionizer which ionizes the compound molecules inhaled from the assembly using radioactive isotopes, and the shutter grid which opens for a predetermined time to keep the inflow rate of the compound ionized by the ionizer, and a plurality of electrode rings and insulating rings alternate. Coupled to each of the electrode rings The resistor is connected to remove drift tube and outside noise generated from the ion filter cell and adjust the moving speed of ions flowing from the shutter grid by the DC voltage applied to the resistor, and maintain a constant electric field. And an collector for sensing the current pulse and the mass of the ions generated by the aperture grid and the ions passing through the ion filter cell.

따라서 일정한 전기장을 이온 필터셀에 형성시킴으로써, 보다 정확한 화합물의 측정을 가능하게 하는 효과를 갖는다.Therefore, by forming a constant electric field in the ion filter cell, it has the effect of enabling more accurate measurement of the compound.

Description

Plasma Chromatography Apparatus and Ion Filter Cell accordingly {PLASMA CHROMATOGRAPHY DEVICE AND ION FILTER CELL}

본 발명은 플라즈마 크로마토 그래피에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기 중에 존재하는 화합물의 정량분석을 위한 플라즈마 크로마토 그래피 장치 및 그에 따른 이온 필터셀에 관한 것이다.The present invention relates to plasma chromatography, and more particularly, to a plasma chromatography apparatus for quantitative analysis of a compound present in the atmosphere and an ion filter cell accordingly.

크로마토 그래피는 다수의 물질로 이루어진 혼합물이 거름종이나 그 밖의 정지상에 흡착되고, 이것이 용매의 영향을 받게되었을 때, 각 성분들의 상이한 이동속도에 바탕을 둔 분별법이다. Chromatography is a fractionation method based on the different rates of movement of individual components when a mixture of many substances is adsorbed on a mantle species or other stationary phase and is subjected to a solvent.

일반적으로 대기 중에 포함되어 존재하는 다양한 물질, 예를 들면 인체에 유해한 공해 가스 또는 독가스의 분석을 위해 플라즈마 크로마토 그래피 장치를 이용한다. 여기서 플라즈마(PLASMA)란 물질이 고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태를 말하며, 플라즈마 상태의 기체는 음과 양의 전하수가 같아서 중성을 띤다. In general, a plasma chromatography apparatus is used for the analysis of various substances contained in the atmosphere, such as pollutants or poison gases harmful to the human body. Here, plasma refers to a gas state in which a material is separated into electrons having a negative charge and positively charged ions at a high temperature, and the gas in the plasma state is neutral due to the same number of negative and positive charges.

한편, 플라즈마 크로마토 그래피에서 도입되는 기체시료를 이온화시키기 위해서는 높은 주파수를 갖는 레이저 혹은 자외선 영역의 빛을 이용하여 대상시료의 이온화준위 이상으로 분자들을 여기 시키거나, 글로우 방전 방법을 이용하여 이온화된 완충기체와 시료기체의 충돌에 의하여 대상시료를 이온화시키는 방법 등이 대표적으로 사용되고 있다. On the other hand, in order to ionize the gas sample introduced in the plasma chromatography, the molecules are excited by using a laser of high frequency or light in the ultraviolet region or above the ionization level of the target sample, or the ionized buffer gas using a glow discharge method. The method of ionizing a sample by a collision between the gas and a sample gas is typically used.

또한, 높은 에너지 (일반적으로 70 eV 정도)를 갖는 전자빔을 이용하여 이온화시키는 방법도 사용할 수 있다. 이들 방법들 중 방전이나 전자빔에 의한 방법들은 장치에 사용되는 전압공급장치의 크기가 매우 커서 휴대용 플라즈마 크로마토 그래피 시스템에는 적용하기 어려운 실정이다. 예를 들어 전자빔을 이용한 일렉트론 임펙트 이온화의 경우에는 전자를 발생시키는 필라멘트의 크기는 매우 작으나, 필라멘트를 가열하는데 사용되는 전원공급장치는 수 암페어 정도의 출력을 발생시킬 수 있어야 함으로, 통상적인 플라즈마 크로마토 그래피 장치 자체보다 큰 경우가 대부분이다.In addition, a method of ionizing using an electron beam having a high energy (generally about 70 eV) can also be used. Among these methods, discharge or electron beam methods are difficult to apply to portable plasma chromatography systems because of the large size of the voltage supply device used in the device. For example, in electron impact ionization using an electron beam, the size of the electron-generated filament is very small, but the power supply used to heat the filament should be able to generate an output of several amperes. In most cases, it is larger than the device itself.

이와 같은 문제점을 방지하고자 Ni-63 방사선원이 많이 사용되고 있다. Ni63 방사선원은 외부전력의 공급이 없이 이온화에 사용되는 약 60 keV의 고에너지를 연속적으로 방출하므로 소형의 이온 이동도 분석법에서 많이 이용되고 있다.In order to prevent such a problem, a large number of Ni-63 radiation sources are used. Ni63 radiation sources emit about 60 keV of high energy, which is used for ionization without supplying external power, and thus are widely used in small ion mobility analysis.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로, 그 목적은 소형화 및 경량화가 가능한 플라즈마 크로마토 그래피 장치 및 그에 따른 이온 필터셀을 제공하는데 있다. The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a plasma chromatography apparatus capable of miniaturization and weight reduction and an ion filter cell accordingly.

나아가 화합물의 이온화시 이온화 효율을 높일 수 있는 플라즈마 크로마토 그래피 장치 및 그에 따른 이온 필터셀을 제공하는데 있다. Furthermore, the present invention provides a plasma chromatography apparatus and an ion filter cell according to the same, which can increase ionization efficiency during ionization of a compound.

본 발명의 또다른 목적은 이온 필터셀에 균일한 전기장을 형성시킬 수 있는 플라즈마 크로마토 그래피 장치 및 그에 따른 이온 필터셀을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a plasma chromatography apparatus capable of forming a uniform electric field in an ion filter cell, and thus an ion filter cell.

나아가 이온의 이동속도를 조절 할 수 있는 플라즈마 크로마토 그래피 장치 및 그에 따른 이온 필터셀을 제공하는데 있다.Furthermore, it is to provide a plasma chromatography apparatus and an ion filter cell that can control the movement speed of ions.

나아가 생산 공정이 간단한 플라즈마 크로마토 그래피 장치 및 그에 따른 이온 필터셀을 제공하는데 있다.Furthermore, the production process is to provide a simple plasma chromatography apparatus and an ion filter cell accordingly.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 플라즈마 크로마토 그래피 장치의 펌프조립체는 대기 중에 공기를 흡입하여 이온 필터셀로 공급한다. 이온 필터셀은 공급된 공기를 가열하여 공기 속에 포함된 화합물의 분자를 활성화시키며 활성화된 화합물 분자는 멤브레인조립체에 의해 선택적으로 흡입된다. 흡입된 화합물 분자는 코로나 방전법에 의해 이온화된다. The pump assembly of the plasma chromatography apparatus according to an aspect of the present invention for achieving the above object is supplied to the ion filter cell by sucking the air in the atmosphere. The ion filter cell heats the supplied air to activate molecules of the compound contained in the air, and the activated compound molecules are selectively sucked by the membrane assembly. Inhaled compound molecules are ionized by the corona discharge method.

이온화된 화합물은 셔터 그리드에 의해 드리프트 튜브로 흡입되는데, 셔터 그리드는 0.2ms동안 개방되어 이온화된 분석물질을 일정하게 흡입한다. 셔터 그리드에 의해 흡입된 이온들은 다수의 전극링과 절연링이 교대로 연결되며, 전극링 각각에 연결된 저항체로 구성되는 드리프트 튜브로 유입된다. 전극링에 연결된 저항체에 인가되는 직류전압에 의해 드리프트 튜브 내에는 고전압 전기장이 발생되는데 이 전기장에 의해 이온들이 컬렉터로 이동하는 이동속도를 조절할 수 있다. The ionized compound is sucked into the drift tube by the shutter grid, which is open for 0.2 ms to constantly inhale the ionized analyte. The ions sucked by the shutter grid are alternately connected to a plurality of electrode rings and insulating rings, and flow into a drift tube composed of a resistor connected to each of the electrode rings. A high voltage electric field is generated in the drift tube by a DC voltage applied to the resistor connected to the electrode ring, and the electric field can control the moving speed of ions moving to the collector.

드리프트 튜브의 끝단에는 튜브의 외부에서 발생되어 유입되는 노이즈를 제거하고, 컬렉터에서 감지하는 이온 전류 펄스의 정확성을 높이기 위해 일정한 전기장을 유지하는 어퍼쳐 그리드가 형성된다. 셔터 그리드를 통과한 이온들은 그 종류에 따라 각기 다른 이동속도와 전류 펄스를 가지게 된다. 이온이 이온 필터셀에 유입되어 컬렉터에 도달하는 시간과 도달시 발생하는 이온별 전류 펄스의 강도를 컬렉터는 감지하여 증폭부로 출력한다. 컬렉터에서 감지하는 전류 펄스는 미약한 신호이기 때문에 이를 증폭하여 사용한다. 증폭부는 컬렉터로부터 출력되는 전류 펄스를 수신하여 해당 펄스를 증폭하여 제어부로 출력한다. An aperture grid is formed at the end of the drift tube to remove noise generated from the outside of the tube and maintain a constant electric field to increase the accuracy of the ion current pulse detected by the collector. The ions passing through the shutter grid have different movement speeds and current pulses depending on their type. The collector detects the time when the ions enter the ion filter cell and reaches the collector and the intensity of the current pulse for each ion generated upon reaching the collector and outputs it to the amplifier. Since the current pulse detected by the collector is a weak signal, it is amplified and used. The amplifier receives a current pulse output from the collector, amplifies the corresponding pulse and outputs it to the controller.

제어부는 증폭부로부터 증폭된 전류 펄스를 수신하여 해당 이온의 전류 펄스와 유사한 강도를 가진 이온을 메모리부에서 독출하고, 이온 필터셀로부터 출력되는 이온별 질량을 수신하여 해당 이온이 차지하는 농도를 산출하여 결과를 사용자에게 디스플레이 한다.The control unit receives the current pulse amplified from the amplification unit, reads out the ions having a similar intensity as the current pulse of the ion in the memory unit, receives the mass for each ion output from the ion filter cell to calculate the concentration occupied by the ion Display the results to the user.

본 발명의 또다른 양상에 따라, 본 발명에 따른 이온 필터셀은 일체로 구성되어 플라즈마 크로마토 그래피 장치에서 탈 착이 가능하다. 따라서 이온 필터셀의 장애나 고장시 이온 필터셀 만을 분리하여 수리가 가능하다.According to another aspect of the present invention, the ion filter cell according to the present invention is integrally formed to be detachable from the plasma chromatography apparatus. Therefore, in case of failure or failure of the ion filter cell, only the ion filter cell can be separated and repaired.

본 발명의 또다른 양상에 따라, 본 발명에 따른 이온 필터셀의 저항체는 균등한 저항 값을 가진 저항으로 구성될 수 있다. 따라서 균등한 저항 값을 가진 저항 각각에 동일한 직류전압을 인가함으로써, 드리프트 튜브 전체에 균일한 전기장을 형성할 수 있다. 나아가 저항체는 서로 다른 저항 값을 가진 저항으로 구성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the resistor of the ion filter cell according to the present invention may be composed of a resistor having an equivalent resistance value. Therefore, by applying the same DC voltage to each of the resistors having an equal resistance value, it is possible to form a uniform electric field throughout the drift tube. Furthermore, the resistor may be composed of resistors having different resistance values.

본 발명에 또다른 양상에 따라, 본 발명에 따른 이온 필터셀의 드리프트 튜브는 절연체로 형성된 하나의 절연 튜브와 튜브 내측에 저항값을 가진 저항 물질을 도포 하여 구성할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the drift tube of the ion filter cell according to the present invention can be configured by applying a resistance material having a resistance value to the inner tube and one insulating tube formed of an insulator.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 기술되는 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시에에 따른 플라즈마 크로마토 그래피 장치의 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 크로마토 그래피 장치는 펌프조립체(110)와, 이온 필터셀(120)과, 증폭부(130)와, 메모리부(140)와, 제어부(150)와, 표시부(160)를 포함한다. 1 is a block diagram of a plasma chromatography apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown, the plasma chromatography apparatus according to the present invention includes a pump assembly 110, an ion filter cell 120, an amplifier 130, a memory 140, a controller 150, a display unit 160.

펌프조립체(110)는 대기중의 공기를 흡입하여 크로마토 그래피 장치에 공급한다. 이온 필터셀(120)은 펌프조립체(110)로부터 공급되는 공기 중에 포함된 화합물을 이온화하고, 이 이온들의 충돌에 의해 발생하는 전류 펄스를 감지하여 출력한다. The pump assembly 110 sucks air in the atmosphere and supplies it to the chromatography apparatus. The ion filter cell 120 ionizes a compound contained in the air supplied from the pump assembly 110, and detects and outputs a current pulse generated by the collision of the ions.

증폭부(130)는 컬렉터(270)로부터 감지되어 출력되는 이온별 전류 펄스를 수신하여 증폭하여 출력한다. 증폭부(130)는 예를 들면 오피앰프(OP-AMP)와 같은 전기적인 연산증폭기가 사용된다. 이온 필터셀(120)에서 검출되어 출력되는 전류 펄스는 매우 미약한 신호이기 때문에 정확한 분석이 불가능하다. 따라서, 증폭부(130)는 검출된 전류 펄스를 증폭하여 제어부(150)로 출력한다.The amplification unit 130 receives and amplifies and outputs current pulses for each ion detected and output from the collector 270. The amplifier 130 uses an electrical operational amplifier such as, for example, an OP-AMP. Since the current pulse detected and output from the ion filter cell 120 is a very weak signal, accurate analysis is not possible. Therefore, the amplifier 130 amplifies the detected current pulse and outputs it to the controller 150.

메모리부(140)는 본 발명에 따른 플라즈마 크로마토 그래피 장치을 구동하는 응용 프로그램이 저장되는 롬(ROM)영역(141)과, 응용 프로그램에 의해 사용자로부터 입력되는 조작명령 또는 제어부(150)로부터 출력되는 연산결과를 임시로 저장하는 램(RAM)영역(142)과, 표준 이온별 전류 펄스의 세기와 이동시간을 저장하는 이온 정보 데이터베이스(143)를 포함한다.The memory unit 140 may include a ROM region 141 in which an application program for driving the plasma chromatography apparatus according to the present invention is stored, and an operation command input from a user by the application program or an operation output from the controller 150. A RAM area 142 for temporarily storing the result, and an ion information database 143 for storing the intensity and travel time of the standard ion-specific current pulse.

제어부(150)는 각 장치 전반을 제어하며, 성분 분석부(151)와, 정량 분석부(152)를 포함한다. 성분 분석부(151)는 증폭부(130)로부터 증폭된 전류 펄스를 수신하여 해당 전류 펄스와 유사한 강도와 이동시간을 가진 이온을 이온 정보 데이터베이스(143)에서 독출하여 출력한다. 정량 분석부(152)는 이온 필터셀(120)로부터 출력되는 이온별 질량을 수신하여 해당 이온이 흡입된 공기에서 차지하는 농도를 산출하여 출력한다.The controller 150 controls the overall apparatus, and includes a component analyzer 151 and a quantitative analyzer 152. The component analyzer 151 receives the current pulse amplified by the amplifier 130 and reads out the ions having the same intensity and travel time as those of the current pulse from the ion information database 143. The quantitative analyzer 152 receives the mass for each ion output from the ion filter cell 120, calculates and outputs the concentration of the ion in the inhaled air.

표시부(160)는 일반적인 엘씨디(LCD)액정 화면이면 족하며, 분석된 이온 필터셀(120)에 포함된 화합물의 종류를 제어부(150)의 성분 분석부(151)와 정량 분석부(152)로부터 수신하여 사용자에게 디스플레이 한다.The display unit 160 may be a general LCD liquid crystal display, and the type of the compound included in the analyzed ion filter cell 120 may be obtained from the component analyzer 151 and the quantitative analyzer 152 of the controller 150. Receive and display to the user.

이온 필터셀(120)에 대한 보다 자세한 설명은 도 2와 도 3을 통해 설명한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이온 필터셀의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2에 따른 이온 필터셀의 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이온 필터셀(120)은 흡입노즐조립체(210)와, 멤브레인조립체(220)와, 이온화부(230)와, 셔터 그리드(240)와, 드리프트튜브와, 어피쳐 그리드와, 컬렉터(270)를 포함한다. A detailed description of the ion filter cell 120 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. 2 is an exploded perspective view of the ion filter cell according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a block diagram of the ion filter cell according to FIG. As shown, the ion filter cell 120 according to the present invention is the suction nozzle assembly 210, the membrane assembly 220, the ionizer 230, the shutter grid 240, the drift tube, A feature grid and collector 270.

흡입노즐조립체(210)는 펌프조립체(110)로부터 공급되는 공기를 가열하는 히터를 포함한다. 히터는 펌프조립체(110)로부터 공급되는 공기를 가열하여 공기 내에 포함된 화합물의 분자들을 활성화 시켜 이동성을 증가시켜며, 이에 따라 이온 작용제의 분리를 용이하게 한다. 흡입노즐조립체(210)에 의해 가열된 공기는 멤브레인조립체(220)로 공급된다.The suction nozzle assembly 210 includes a heater for heating the air supplied from the pump assembly 110. The heater increases the mobility by heating the air supplied from the pump assembly 110 to activate the molecules of the compound contained in the air, thereby facilitating the separation of the ionic agent. Air heated by the suction nozzle assembly 210 is supplied to the membrane assembly 220.

멤브레인조립체(220)는 대기 중에 존재하는 화합물의 분자를 장비 안으로 흡입한다. 화합물의 분자는 일정한 온도와 압력을 유지 하였을 때 멤브레인조립체(220)에 의해 선택적인 흡입이 가능하다. 멤브레인조립체(220)는 25㎛두께의 실리콘 을 사용함으로 다른 간섭물질로부터 화합물의 분자를 분리하여 복잡한 이온화 과정을 최소화시킬 수 있다. 이때 멤브레인을 투과하는 화합물 분자의 투과도는 다음과 같다.Membrane assembly 220 inhales molecules of the compound present in the atmosphere into the equipment. The molecules of the compound can be selectively inhaled by the membrane assembly 220 when a constant temperature and pressure are maintained. Membrane assembly 220 can minimize the complex ionization process by separating the molecules of the compound from other interferences by using a silicon of 25㎛ thickness. In this case, the permeability of the compound molecules permeating through the membrane is as follows.

: 멤브레인을 투과한 화합물 분자의 분압 : Partial pressure of the compound molecule through the membrane

: 멤브레인을 투과하는 화합물 분자의 분압 : Partial pressure of compound molecules permeating through membrane

: 투과도 : 멤브레인의 단면적 Permeability : Cross section of membrane

: 운반가스의 유량 : 대기압 : Flow rate of carrier gas Atmospheric pressure

: 멤브레인의 두께 : Thickness of membrane

이온화부(230)는 멤브레인조립체(220)에 의해 흡입되어 채취된 화합물의 분자를 이온화하는 이온화원을 포함한다. 이온화부(230)에 장착되어 있는 이온화원에 의해 화합물의 분자들은 이온화되어 양이온 또는 음이온을 생성하게 된다. 이렇게 생성된 이온은 이온 필터셀(120) 내부의 전장에 의해서 컬렉터(270) 쪽으로 이동하게 된다. 음이온은 채취된 공기의 수분함량에 의해 영향을 받는다. 이온의 생성효율은 습도가 낮을 때 증가하며, 도관내의 수분은 필터에 의해 항상 일정수준으로 유지된다.The ionization unit 230 includes an ionization source that ionizes molecules of the compound collected by suction by the membrane assembly 220. The molecules of the compound are ionized by the ionization source mounted in the ionization unit 230 to generate cations or anions. The generated ions are moved toward the collector 270 by the electric field inside the ion filter cell 120. Negative ions are affected by the moisture content of the collected air. The production efficiency of ions increases when humidity is low, and the water in the conduit is always maintained at a constant level by the filter.

셔터 그리드(240)는 전기적인 신호에 의해 0.2ms동안 개방되어 이온화부(230)에 의해 이온화된 화합물 분자의 유입량을 일정하게 유지한다. 드리프트 튜브(250)는 다수의 전극링(252)과 절연링(251)이 교대로 결합되어 형성되며, 각각의 전극링(252)에는 저항체(253)가 서로 연결되어 있다. 저항체(253) 양단은 수백 또는 수천 볼트의 직류전원이 인가되는데 이로 인해 드리프트 튜브(250) 내부에는 고전압의 전기장이 형성되고, 셔터 그리드(240)로부터 유입되는 이온들의 이동속도를 조절할 수 있다. 어퍼쳐 그리드(260)는 일종의 메쉬로써, 외부에서 발생되어 유입되는 노이즈를 제거하고, 드리프트 튜브(250)를 통과한 이온이 컬렉터(270)에 도달할 때 일정한 전기장을 유지하여 보다 정확한 측정이 가능하게 한다.The shutter grid 240 is opened for 0.2 ms by an electrical signal to maintain a constant inflow rate of the compound molecules ionized by the ionizer 230. The drift tube 250 is formed by alternately coupling a plurality of electrode rings 252 and insulating rings 251, and resistors 253 are connected to each electrode ring 252. Both ends of the resistor 253 are supplied with a DC power source of several hundreds or thousands of volts. Thus, a high voltage electric field is formed inside the drift tube 250, and the movement speed of ions flowing from the shutter grid 240 can be adjusted. The aperture grid 260 is a kind of mesh, which removes noise generated from the outside and maintains a constant electric field when the ions passing through the drift tube 250 reach the collector 270 to enable more accurate measurement. Let's do it.

컬렉터(270)는 금도금된 스테인리스 스틸로 설계된 전도성 판이며 이온 이동도관 내에 절연되어 삽입되며, 어퍼쳐 그리드(260)의 뒤에 장착되어 있다. 이온이 드리프트 튜브(250)를 지나서 컬렉터(270)에 도달하게 되면 전류 펄스가 생성된다. 이 펄스는 작용제를 드리프트 튜브(250) 안으로 들어갈 수 있도록 해주는 셔터 그리드(240)에 의해 발생되는 트리거 신호의 뒤에 나타난다. 작용제의 이동도가 낮으면 펄스는 공기 이온에 비하여 뒤에 나타나고 이동도가 높으면 펄스는 공기이온에 대하여 앞쪽에 나타나게 된다. 하지만 이 펄스는 매우 미약한 신호이기 때문에 육안으로 관찰이 불가능하여 이 신호를 증폭하기 위하여 증폭부(130)에서 신호를 증폭하게 된다.The collector 270 is a conductive plate designed of gold plated stainless steel, insulated and inserted into the ion mobility conduit, and is mounted behind the aperture grid 260. As ions reach the collector 270 past the drift tube 250, a current pulse is generated. This pulse appears after the trigger signal generated by the shutter grid 240 which allows the agent to enter the drift tube 250. When the mobility of the agent is low, the pulses appear behind the air ions, and when the mobility is high, the pulses appear ahead of the air ions. However, since the pulse is a very weak signal, it cannot be observed with the naked eye, and the amplifying unit 130 amplifies the signal to amplify the signal.

본 발명의 특징적인 양상에 따라, 본 발명에 따른 이온화부(230)의 이온화 방법은 코로나 방전법을 사용한다. 코로나 방전법은 재봉바늘 형태의 금속전극에 3 에서 6 kV를 걸어주어 시료 투입구 사이에 방전을 일으켜서 분자 이온을 생성한다. 이 때 시료의 분자 이온은 전극과 투입구 사이에서 생성되며 시료의 운반기체는 연속적으로 전극 주위를 통과하여서 이온화가 일어나게 된다. According to a characteristic aspect of the present invention, the ionization method of the ionizer 230 according to the present invention uses a corona discharge method. In the corona discharge method, 3 to 6 kV is applied to a sewing needle-shaped metal electrode to generate a discharge between sample inlets to generate molecular ions. At this time, the molecular ions of the sample are generated between the electrode and the inlet, and the carrier gas of the sample continuously passes around the electrode to cause ionization.

코로나 방전법은 Ni-63 방사선원과 거의 유사한 이온 스펙트럼 반응물(REACTANT ION SPECTRUM)을 얻지만 Ni-63 방사선원과 비교하여 약 100배로 많은 이온 효과 반응물(REACTANT ION INTENSITY)을 생성하므로 이온화 효율은 훨씬 높다. 고감도의 분석을 위한 전극의 재질로는 텅스텐이 사용되며 전극과 시료 투입구의 간격은 약 5 에서 10 mm이며 걸어주는 방전전압에 따라 최적화 되어야 한다. 반응속도를 높이기 위하여 시료공기의 주입속도를 빠르게 해주어야 한다. 코로나 방전의 방전전류는 약 10 μA이며 방전전류를 안정화시키기 위하여 300 MΩ 이상의 고저항을 고전압 전원 공급기에 직렬로 연결해준다. 코로나 방전법은 전극에 걸어주는 고전압의 전위에 따라 양이온 모드와 음이온 모드로 나누어진다. The corona discharge method obtains an ion spectral reactant (REACTANT ION SPECTRUM) which is almost similar to the Ni-63 radiation source, but produces about 100 times more REACTANT ION INTENSITY compared to the Ni-63 radiation source, resulting in much higher ionization efficiency. Tungsten is used as the material of the electrode for high sensitivity analysis. The distance between the electrode and the sample inlet is about 5 to 10 mm and should be optimized according to the discharge voltage applied. In order to increase the reaction speed, the injection speed of the sample air should be increased. The discharge current of the corona discharge is about 10 μA and high resistance of 300 MΩ is connected in series to the high voltage power supply to stabilize the discharge current. Corona discharge method is divided into cationic mode and anion mode according to the high voltage potential applied to the electrode.

본 발명의 특징적인 양상에 따라 본 발명에 따른 드리프트 튜브(250)의 저항체(253)는 동일한 저항 값을 가진 저항일 수 있다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 드리프트 튜브(250)의 부분 단면도이다. 도시된 바와 같이, 각각의 전극링(252)에 동일한 저항값을 가진 저항을 연결하고, 각각의 저항들을 동시에 전원을 인가할 수 있도록 하나의 연결선으로 연결한다. 드리프트 튜브(250)의 양단 즉, 저항의 양단에 수백 또는 수천 볼트의 직류전압을 인가함으로써, 고전압의 전기장을 발생시킨다. 드리프트 튜브(250)를 통과하는 이온들은 저항에 의해 발생되는 전기장의 세기에 따라 이동속도가 달라지는데, 전극링(252)에 연결된 저항의 값을 균일하게 함으로써, 드리프트 튜브(250) 전체에 균일한 전기장을 형성시킬 수 있다.According to a characteristic aspect of the present invention, the resistor 253 of the drift tube 250 according to the present invention may be a resistor having the same resistance value. 4 is a partial cross-sectional view of the drift tube 250 according to an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, a resistor having the same resistance value is connected to each electrode ring 252, and the respective resistors are connected by one connection line to simultaneously apply power. By applying a DC voltage of hundreds or thousands of volts at both ends of the drift tube 250, that is, at both ends of the resistor, a high voltage electric field is generated. The ions passing through the drift tube 250 vary in the moving speed depending on the strength of the electric field generated by the resistance, and by uniformizing the value of the resistance connected to the electrode ring 252, the uniform electric field throughout the drift tube 250 Can be formed.

본 발명의 또다른 특징적인 양상에 따라 본 발명에 따른 드리프트 튜브(250)의 저항체(253)는 서로 다른 저항 값을 가지는 저항일 수 있다. 드리프트 튜브(250)를 구성하는 각각의 전극링(252)에 사용자의 설계에 따라 서로 다른 저항값을 가진 저항과 연결하고, 연결하고, 각각의 저항들을 동시에 전원을 인가할 수 있도록 하나의 연결선으로 연결한다. 따라서, 튜브 설계자 또는 조작자가 드리프트 튜브(250)내에서 구간별 전기장의 세기를 조절할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the resistor 253 of the drift tube 250 according to the present invention may be a resistor having different resistance values. Each electrode ring 252 constituting the drift tube 250 is connected to a resistor having a different resistance value according to the user's design, and connected to a single connection line to simultaneously apply power to each resistor. Connect. Thus, the tube designer or operator can adjust the intensity of the electric field for each section in the drift tube 250.

본 발명의 또다른 특징적인 양상에 따라 본 발명에 따른 드리프트 튜브(250)는 일체형으로 형성된 절연 튜브(280) 내측에 저항 페이스트(290)를 도포 하여 형성된 것일 수 있다. 도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 드리프트 튜브의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 절연 튜브(280)의 내측에 저항값을 갖는 페이스트, 예를 들면 소정의 전기적 저항값을 갖는 농도가 묽은 저항 페이스트(290)를 도포한 후 고온(200°C)에서 수회 가열 건조하여 균일한 저항값을 갖는 드리프트 튜브(250)를 제조할 수 있다. 드리프트 튜브(250)의 양단 즉, 저항 페이스트(290)의 양단에 수백 또는 수천 볼트의 직류전압을 인가하여 고전압의 전기장을 발생시킨다. 따라서, 절연링(251)과 전극링(252)의 결합하여 튜브를 구성하는 번거로움 없이 간단한 방법으로 동일한 효과를 나타내는 튜브 제조가 가능해 진다.According to another characteristic aspect of the present invention, the drift tube 250 according to the present invention may be formed by applying the resistance paste 290 inside the insulating tube 280 integrally formed. 5 is a cross-sectional view of a drift tube according to another embodiment of the present invention. As shown, a paste having a resistance value, for example, a resistive paste 290 having a predetermined electrical resistance value, is applied to the inside of the insulating tube 280 and then heated at a high temperature (200 ° C.) several times. By drying, a drift tube 250 having a uniform resistance value may be manufactured. A DC voltage of hundreds or thousands of volts is applied to both ends of the drift tube 250, that is, both ends of the resistor paste 290, to generate a high voltage electric field. Therefore, it becomes possible to manufacture a tube having the same effect in a simple manner without the hassle of configuring the tube by combining the insulating ring 251 and the electrode ring 252.

본 발명의 추가적인 양상에 따라, 본 발명에 따른 이온 필터셀은 그 구성을 결합하여 일체로 구성할 수 있다. 일체로 구성된 이온 필터셀은 플라즈마 크로마토 그래피 장치에서 탈 착이 가능하다. 이에 따라 이온 필터셀의 장애나 고장시 이온 필터셀 만을 분리하여 수리 또는 교환이 가능하다.According to a further aspect of the present invention, the ion filter cell according to the present invention can be configured integrally by combining the configuration. The integrated ion filter cell can be detached from the plasma chromatography apparatus. Accordingly, in case of failure or failure of the ion filter cell, only the ion filter cell can be separated and repaired or replaced.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 크로마토 그래피 장치 및 그에 따른 이온 필터셀은 코로나 방전법을 이용하여 화합물을 이온화하여 분석함으로써, 이온화 효율을 높이고, 장치의 경량화 시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the plasma chromatography apparatus according to the present invention and the ion filter cell according to the present invention have an effect of increasing the ionization efficiency and reducing the weight of the device by ionizing and analyzing the compound by using a corona discharge method.

또한, 드리프트 튜브를 형성하는 전극링에 동일한 저항 값을 갖는 저항체를 연결함으로써, 일정한 전기장을 형성하고, 이에 따라 보다 정확한 화합물의 측정을 가능하게 하는 효과를 갖는다.In addition, by connecting a resistor having the same resistance value to the electrode ring forming the drift tube, it has the effect of forming a constant electric field, thereby enabling more accurate measurement of the compound.

또한, 드리프트 튜브를 하나의 절연 튜브로 형성시키고, 그 튜브 내측에 절연체를 도포 하여 형성함으로써, 복잡한 공정 없이 튜브 전체에 동일한 전기장을 형성시킬 수 있는 드리프트 튜브를 간편하게 제조할 수 있는 효과를 갖는다.In addition, by forming the drift tube into one insulating tube and applying an insulator inside the tube, the drift tube has an effect of easily manufacturing a drift tube capable of forming the same electric field in the entire tube without a complicated process.

이상에서 본 발명은 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되었지만 여기에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 당업자라면 자명하게 도출 가능한 많은 변형 예들을 포괄하도록 의도된 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어져야 한다.The present invention has been described above with reference to preferred embodiments, but is not limited thereto, and is interpreted by the appended claims, which are intended to cover many modifications that will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Should be done.

도 1은 본 발명의 일실시에에 따른 플라즈마 크로마토 그래피 장치의 블럭도이다.1 is a block diagram of a plasma chromatography apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이온 필터셀의 분해 사시도이다.2 is an exploded perspective view of an ion filter cell according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 따른 이온 필터셀의 블럭도이다.3 is a block diagram of the ion filter cell of FIG. 2.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 드리프트 튜브의 부분 단면도이다.4 is a partial cross-sectional view of a drift tube according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 드리프트 튜브의 부분 단면도이다.5 is a partial cross-sectional view of a drift tube according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

110. 펌프조립체 120. 이온 필터셀110. Pump assembly 120. Ion filter cell

130. 증폭부 140. 메모리부130. Amplifier section 140. Memory section

141. 롬 영역 142. 램 영역141. ROM area 142. RAM area

143. 이온 정보 데이터베이스 150. 제어부143. Ion Information Database 150. Controls

151. 성분 분석부 152. 정량 분석부151. Component Analysis Section 152. Quantitative Analysis Section

160. 표시부 170. 조작부160. Display unit 170. Control panel

210. 흡입노즐조립체 220. 멤브레인조립체210. Suction nozzle assembly 220. Membrane assembly

230. 이온화부 240. 셔터 그리드230. Ionizer 240. Shutter grid

250. 드리프트 튜브 251. 절연링250. Drift Tube 251. Insulation Ring

252. 전극링 253 저항체252. Electrode ring 253 resistor

260. 어퍼쳐 그리드 270. 컬렉터260. Aperture Grid 270. Collector

280. 절연 튜브 290. 저항 페이스트280. Insulation Tube 290. Resistance Paste

Claims

In an ion filter cell of a plasma chromatography apparatus for quantitative analysis of a compound present in the atmosphere, the ion filter cell is:

A suction nozzle assembly which supplies a supplied air to the ion filter cell and heats the sucked air to activate molecules of a compound contained in the air;

A membrane assembly for selectively sucking compound molecules contained in air supplied from the suction nozzle assembly;

An ionizer which ionizes the compound molecules inhaled from the membrane assembly using radioactive isotopes;

A shutter grid which is opened for a predetermined time to maintain a constant flow rate of the compound ionized by the ionizer;

A drift tube in which a plurality of electrode rings and insulating rings are alternately coupled, and a resistor is connected to each of the electrode rings, and the movement speed of ions flowing from the shutter grid is controlled by a DC voltage applied to the resistor;

An aperture grid that removes noise generated outside the ion filter cell and maintains a constant electric field;

A collector for sensing the current pulse and the mass of the ions generated by the ions passing through the ion filter cell;

Ion filter cell comprising a.

The method of claim 1, wherein the ionization unit:

Ionizing the compound to be sucked by using the corona discharge method.

The method of claim 1 wherein the resistor is:

An ion filter cell, characterized in that the resistor having the same resistance value.

The method of claim 1 wherein the resistor is:

An ion filter cell, characterized in that the resistor having a different resistance value.

The method of claim 1 wherein the drift tube is:

It is formed of a single insulating tube integrally formed by applying a resistance paste inside the insulating tube; ion filter cell, characterized in that.

A plasma chromatography apparatus for quantitative analysis of compounds present in the atmosphere, the plasma chromatography apparatus comprising:

A memory unit for storing an operating program for driving the plasma chromatography apparatus and storing an intensity of a current pulse for each ion;

A pump assembly for sucking air in the atmosphere;

An ion filter cell which ionizes a compound supplied from the pump assembly and senses a current pulse and a mass of ions generated by different ions;

An amplifier for receiving and amplifying a current pulse output from the ion filter cell;

A component analyzer which controls the overall apparatus, receives an amplified current pulse from the amplifier, reads out ions having an intensity similar to that of a corresponding ion from the memory, and outputs the ions;

A control unit including a quantitative analysis unit configured to receive a mass for each ion output from the ion filter cell and calculate a concentration of the ion;

A display unit configured to display to the user a component of the compound in the air analyzed by the control unit and a quantitative measure for each component;

Plasma chromatography apparatus comprising a.

The method of claim 6, wherein the ion filter cell is:

A suction nozzle assembly including a heater supplying air sucked from the pump assembly to the ion filter cell and heating the sucked air to activate molecules of a compound contained in the air;

A membrane assembly for selectively sucking the compound molecules supplied from the suction nozzle assembly;

Plasma chromatography apparatus comprising a.