KR100795875B1 - 고분해능 원자포획-질량분석 방법 - Google Patents

고분해능 원자포획-질량분석 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분해능 원자포획-질량분석 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (1) 복수의 동위원소를 갖는 중성원자를 동위원소-선택적으로 포획하고 이를 이온화시켜 그 질량에 따라 선별하기 위한 장치를 구비하는 단계; (2) 중성원자빔 발생장치로부터 발생된 복수의 동위원소 중 특정 동위원소를 자기광학적으로 포획하는 단계; (3) 상기 포획된 원자구름에 이온화 레이저빔을 입사시켜 상기 중성원자를 광이온화시키는 단계; 및 (4) 상기 이온화된 동위원소 이온을 질량분석장치에서 그 질량에 따라 선별하는 단계를 포함하는 고분해능 원자포획-질량분석 방법에 대한 것이다. 본 발명에 의하면, 자연에 극미량 존재하는 Sr-90 동위원소를 포함한 방사성 동위원소의 분석 선택도를 높이고 분석시간을 감소시킴으로써 준실시간적으로 환경방사능을 측정할 수 있도록 하여 방사성 물질 사용에 있어서의 안정성을 높일 수 있는 이점을 제공할 수 있다.
원자포획, 지만 감속기, 질량분석기, 스트론튬, 세슘

Description

고분해능 원자포획-질량분석 방법{High Resolution Atom Trap-Mass Spectrometry}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원자포획-질량분석 방법에 대한 개념도;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원자포획-이온화 및 이온 가속 장치 개념도; 및
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 질량분석장치에 대한 것으로: 도 3a는 시간비행 질량분석기를 나타낸 것이고; 도 3b는 자기섹터 질량분별기를 각각 나타낸다.
*도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명*
10 : 중성원자 원자빔 발생기 20 : 지만(Zeeman) 감속기
30 : 터보 펌프 40 : 로터리 펌프
50 : 이온 펌프 60 : 포획 챔버
70 : 가속판 80 : 질량분석기 방향
91 : 포획 및 감속 레이저 93 : 원자빔 시준(collimation) 레이저빔
95 : 원자빔 편향 레이저 빔 100 : 중성원자 편향 챔버
110 : 이온화 레이저 120 : 광펌핑 레이저
130 : 전기 기계적 셔터(electro-mechanical shutter)
140 : 음향광학적 변조기(Acousto Optic modulator)
210 : 중성원자빔 220 : 반헬름헬쯔 코일
230 : 이온 가속판 240 : 이온 편향판
250 : 감속광 260 : 포획광
271 : 가속판에 인가될 전압을 주는 전원 공급장치
273 : 편향판에 인가될 전압을 주는 전원 공급장치
275 : 편향판에 인가될 전압을 주는 전원 공급장치
280 : 질량분석장치 290 : 이온화 레이저빔
310 : TOF 챔버 320 : 이온 감지장치
410 : 자기섹터 질량 분별기(Magnetic Sector Mass Separator)
420 : 이온감지장치
430 : 자기장
본 발명은 동위원소 선택도가 향상된 고분해능 원자포획-질량분석 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (1) 복수의 동위원소를 갖는 중성원자를 동위원소-선 택적으로 포획하고 이를 이온화시켜 그 질량에 따라 선별하기 위한 장치를 구비하는 단계; (2) 중성원자빔 발생장치로부터 발생된 복수의 동위원소 중 특정 동위원소를 자기광학적으로 포획하는 단계; (3) 상기 포획된 원자구름에 이온화 레이저빔을 입사시켜 상기 중성원자를 광이온화시키는 단계; 및 (4) 상기 이온화된 동위원소 이온을 질량분석장치에서 그 질량에 따라 선별하는 단계를 포함하는 고분해능 원자포획-질량분석 방법에 대한 것이다.
미량의 동위원소를 분석하기 위한 방법으로는 고선택도를 갖는 기기인 가속기 질량분석기(Accelerator Mass Spectrometry; AMS)와 원자포획 미량원소 분석기(Atom Trap Trace Analysis; ATTA), 질량분석기 등과 방사화학방법이 대표적이다.
AMS는 샘플로부터 추출된 원자가 입자 가속기로 보내져 그 내부 전자가 모두 이탈된 후 감지기에서 질량이 측정되는 방식이다. 상기 AMS는 선택도가 아주 우수하지만, 거대한 입자 가속기 설비가 요구된다는 문제점이 있으며 특히 질량이 같은 원소 및 분자인 동중원소(isobar)에 의한 신호 중첩의 문제가 발생할 수 있어 이 방식을 적용하는 것을 몹시 어렵게 한다.
ATTA 기술은 발생된 중성원자를 자기장 환경 내에서 마주오는 레이저광으로 포획 깊이 이내로 감속시키고, 반헬름홀쯔 코일(Anti-Helmholtz Coil) 중앙에서 여섯방향으로 원편광되고 붉은색 주파수 이동된 레이저광을 사용하여 공간상의 한 점에 포획하는 방법으로, 크립톤과 칼슘 분석의 예가 있다. 크립톤의 경우 이론적으 로 1018의 선택도를 얻을 수 있을 정도로 선택도가 좋지만, 이 방법의 문제점은 Sr(스트론튬) 원소에 대하여는 분광 특성 때문에 선택도가 낮아서 1차 포획에서의 선택도가 약 103 정도 밖에 기대되지 않는다. 717 nm 레이저광을 사용한 재펌핑 (4d 1D2 - 6p 1P1)과 707 nm (5p 3P2 - 6s 3S1)의 레이저광을 사용한 재펌핑을 사용하는 방법과 2차 포획을 사용한 경우에는 선택도를 더욱 늘릴 수가 있으나, 일반적으로 동위원소 Sr-90(스트론튬-90)의 분석에 필요한 선택도 1010에 이르기는 힘들다.
질량분석방법에는 자기분리 방법과 시간비행 방법 등 여러가지가 있으며, 전자는 일정한 속도로 자기장에 입사하는 이온이 질량에 따라 분리되는 방법을 이용한 방법이고, 후자는 생성된 이온을 전압으로 가속시켜 질량에 다른 가속 정도의 차이를 이용하여 구분하는 방법으로 전자에서는 기기에 따라 차이가 있지만 약 105 - 107정도의 선택도를 얻을 수 있고, 후자에서는 103 ~ 104 정도의 선택도를 얻을 수 있다. 그러나, 최근 여러 이온화 방법과 질량분석방법의 발전에도 불구하고, Sr-90, Cs-133,137, Kr-81,85, Ca-41 등등의 극미량 방사성 동위원소를 측정하지 못하는 문제점과, 질량이 같은 동중원소(isobar)에 의한 신호의 중첩을 해결하지 못한 문제점을 여전히 안고 있다.
방사화학적 방법은 현재 Sr-90(스트론튬-90) 동위원소를 분석하는데 사용되는 방법으로, 흙, 우유, 공기 등에서 원소(예, Sr)를 분리하기 위하여 화학적 정제 방법을 사용한다. 이때, 화학적 성질이 비슷한 원소(예, Ca)가 분석하고자 하는 동위원소(예, Sr)와 화학적 특성이 비슷할 경우 함께 추출되고, 이럴 경우 여러번의 정제과정이 필요하다. 즉, 칼슘 및 다른 원소에서 발생하는 방사선량에 의한 오차를 감소시키기 위하여 정제과정을 반복해야 하고, 방사평형이 이루어진 뒤에 방사선을 측정하기 때문에, 정제된 뒤에 방사선을 측정하는 데에도 시간이 많이 소요되며, 추출물의 양이 소량인 경우에는 측정이 힘든 단점이 있다.
스테펜 울프 등은 포획된 Rb 원자를 레이저를 사용하여 이온화 한 뒤, 이온화할 때 발생하는 리코일 속도(recoil velocity)를 측정하는 장치로서 시간 비행 방법을 사용하여 이온의 시간적 진행을 측정하였으나("Ion-Recoil energy measurement in photoionization of laser-cooled rubidium", Steffen Wolf and Hanspeter Helm, Physical Review A, 56, 6(1997) R4385), 이는 질량분석과는 무관하다.
타케코시 등은 Cs 원자를 다량으로 포획할 경우 발생하는 Cs 분자를 이온화와 시간비행 방법으로 측정하는 방법을 보고 하였는데, 자연히 발산할 때 소요되는 시간으로써 Cs 원자와 Cs 분자를 구별하였다("Observation of Optically Trapped Cold Cesium Molecules", T. Takekoshi, B.M. Patterson, and R. J. Knize, Physical Review Letters, 81, 23(1998) p5105).
한편, 세슘(Cs) 동위원소의 고감도 분석을 위한 장치 중 질량분석기(Mass-separator)에 자기광학적 포획(Magneto-Optical Trap)을 결합한 장치가 있다("Magneto-Optical Trap and Mass-separator system for the ultra-sensitive detection of 135Cs and 137Cs", Applied Physics B, 76 (2003) p.45). 상기 문헌은 Cs 동위원소의 선택도를 높이고자 이온화된 원자를 질량분석기를 거쳐 선택도를 높인 뒤, 캐처 호일(catcher foil)에 이온을 주입하고, 가열방법으로 방출된 중성원자를 자기광학적으로 포획하는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 상기 장치는 자기 섹터 분석기(Magnetic Sector Separator) 등 연속적인 장치만 사용 가능하며, 캐처 호일에 캡처된 이온들이 다시 방출(release)되어 자기광학적 포획이 이루어져야 하는데, 이 과정은 셀포획이 되는 원소에 대하여만 적용 가능하다는 점 때문에 상기 자기광학적 포획의 효율성을 높이기 위하여 선냉각 및 시준(collimation)을 적용하기가 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 자연에 극미량으로 존재하는 Sr-90, Cs-133, 137 등의 방사성 동위원소의 분석 선택도를 높이고 준실시간적으로 환경 방사능을 측정할 수 있도록 간단하면서도 방사성 물질 사용에 있어서 안전성을 높일 수 있는 미량의 동위원소를 고효율로 분석하기 위한 방법을 연구하던 중, 자기광학적 포획을 우선적으로 수행하고 이온화함으로써 동위원소 순도가 높아진 이온을 질량분석기의 이온 소스로 사용한 고분해능 원자포획-질량 분석 방법을 개발하였다.
따라서, 본 발명은 자연에 극미량 존재하는 방사성 동위원소의 분석 선택도 를 높이고 분석시간을 감소시킴으로써 준실시간적으로 환경 방사능을 측정할 수 있는 안전성이 향상된 고분해능 원자포획-질량분석 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
(1) 복수의 동위원소를 갖는 중성원자를 동위원소-선택적으로 포획하고 이를 이온화시켜 그 질량에 따라 선별하기 위한 장치를 구비하는 단계;
(2) 중성원자빔 발생장치로부터 발생된 복수의 동위원소 중 특정동위원소를 자기광학적으로 포획하는 단계;
(3) 상기 포획된 원자구름에 이온화 레이저빔을 입사시켜 상기 중성원자를 광이온화시키는 단계; 및
(4) 상기 이온화된 동위원소 이온을 질량분석장치에서 그 질량에 따라 선별하는 단계를 포함하는 고분해능 원자포획-질량분석 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 복수의 동위원소를 갖는 중성원자를 동위원소-선택적으로 포획하고 이를 이온화시켜 그 질량에 따라 선별하기 위한 장치를 구비하는 단계(단계 1)를 포함한다.
구체적으로, 복수의 동위원소를 갖는 중성원자를 선택적으로 자기광학적으로 포획하기 위한 수단과; 상기 포획된 중성원자를 광이온화시키기 위한 수단과; 및 상기 이온화된 동위원소 이온을 그 질량에 따라 선별하기 위한 수단을 포함하는 고분해능 원자포획-질량분석 장치를 준비할 수 있다.
상기 장치의 바람직한 구성으로는, 예를 들면 레이저 시스템을 구비하고, 중성원자를 발생시키는 중성원자빔 발생기와; 상기 중성원자빔 발생기 동작과 중성원자 포획에 용이한 진공도를 만들어 주기 위한 로터리 펌프, 터보 펌프 및 이온펌프를 상기 중성원자빔 발생기의 일단에 장착할 수 있다. 상기 터보펌프의 일측부에 장착될 수 있고 상기 발생된 원자빔을 제1 레이저빔에 의해 횡냉각시키고 상기 원자빔을 모아주기 위한 원자빔 시준기를 구비할 수 있다. 상기 시준기의 일단에 장착되는 원자빔 감속 장치를 구비할 수 있고, 상기 원자빔 감속 장치의 일단에 장착될 수 있고 중성원자의 진행방향을 선택적으로 편향시키기 위한 중성원자 편향 챔버와; 상기 중성원자 편향 챔버의 일측부와 결합할 수 있고 상기 편향된 중성원자를 포획 및 이온화하기 위한 것으로서 상기 이온화된 원자를 가속시켜 질량분석기로 입사시키기 위한 이온가속판을 구비한 포획 챔버를 구비할 수 있다. 또한, 상기 가속된 동위원소 이온을 그 질량에 따라 선별하는 질량분석기를 구비할 수 있다.
본 발명은 중성원자를 포획하는 단계(단계 2)를 포함한다. 특히, 상기 중성원자빔 발생기로부터 발생된 복수의 동위원소 원자구름을 상기 포획챔버에서 자기광학적으로 포획하는 것이다. 상기 포획하고자 하는 중성원자는 복수의 동위원소 를 갖는 포획이 가능한 원소에서 선택될 수 있다. 예를 들면, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Mg, Ca, Sr, Cr, Ag, Yb, He, Ne, Ar, Kr, Xe 등에 모두 적용하여 포획할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 중성원자를 포획하는 방법으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 모든 방법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 자기광학적 포획 방법, AC 자기장을 사용한 포획, DC 자기장을 사용한 포획 및 쌍극자(Dipole) 포획 방법을 사용할 수 있다. 중성원자를 포획함으로써 주변 환경에 비해 높은 밀도의 시료를 얻고, 광학적 방법(선폭이 좁은 레이저광을 사용한 여기)을 사용하여 측정하길 원하는 동위원소만을 포획조건에 맞도록 하여, 동위원소의 선택도를 높일 수 있다.
중성원자를 포획하기 위하여는 포획 깊이 이내(일반적으로 수~수십 m/s 이내)의 속도가 낮은 중성원자가 준비되어야 한다. 일반적으로, 온도 T인 원자기체는 맥스웰-볼쯔만(Maxwell-Boltzman) 분포에 의하여 결정되는 포획 깊이 이내의 원자가 존재하지만, 포획깊이 이내의 원자수를 증가시키기 위하여 지만 감속기(Zeeman Slower)와 같은 원자빔 감속 장치를 사용할 수 있다. 상기 감속 장치에 원자빔 편향 장치와 원자빔 시준(collimation) 장치를 사용하면, 원자빔의 로딩 효율을 더욱 높일 수 있을 뿐만 아니라, 동위원소 선택도를 높이면서 원자포획 이전에 타 원소로부터의 선택적 분리가 가능할 수 있다.
자기광학적 포획(Magneto-optical Trap)은 빛이 원자에 흡수될 때, 운동량을 전달하는 원리를 이용한 방법으로 사중극자(Quadrupole) 자기장과 여섯 방향으로 입사하는 원편광된 레이저광의 주파수를 조절하여 특정 전이선 근처에 맞추면 공간 상의 한 점에 원자를 포획할 수 있다. 자기광학적 포획방법에서는 레이저광으로써 선폭이 아주 좁은 레이저를 사용하는데, 이때 상기 포획된 원자는 거의 정지 상태에 있기 때문에 원자의 움직임에 의한 전이선의 퍼짐 현상(도플러 효과, Doppler broadening)이 없다. 따라서, 원자의 전이선 선폭이 자연선폭 만큼 퍼져있기 때문에 동위원소 선택에 효과적이다. 또한, 포획에서는 포획수명시간이 수십 ms 이상이고, 원소와 조건에 따라서 수초에 이른다. 즉, 원자와 레이저광 사이에 상호작용이 수십만번 또는 수백만번 이상 이루어지기 때문에 그만큼 동위원소 선택능력이 탁월하다고 할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 상위 전이선에 공명하는 선폭이 좁은 레이저광을 입사시키는 재펌핑(repump) 기술을 사용하면, 원하는 원소의 포획 효율을 증가시켜 원하는 원소와 원하지 않는 원소의 비율이 증가하여 선택도를 더욱 높일 수 있다.
이테르븀(Yb) 또는 스트론튬(Sr) 등의 원소에서는 선폭이 아주 좁아서 속도가 작을 때만 포획이 가능한 포획 전이선이 존재하는데, 스트론튬의 경우에는 (5s2 1S0 - 5s5p 3P1) 전이선을 사용하면 동위원소 이동에 비해 그 전이선의 선폭이 아주 좁기 때문에 동위원소의 분별능력이 향상될 수 있다.
특히, 중성원자 포획과 원자빔 감속과정에서 레이저빔이 원자의 전이선과 공명하여, 순수 시료를 사용할 필요가 없으며, 포획과정에서 물리적으로 타 원소들과 분리된다. 즉, 정제과정이 간단화되며, 질량이 같은 다른 원소인 동중원소에 의한 영향을 받지 않는다. 따라서, 일반적인 질량분석기에서 문제가 되는 동중원소는 중성원자의 편향 및 감속, 중성원자의 포획 단계에서 제거된다.
기타 자기장과 쌍극자 포획은 선냉각과정이 필요하고, 선냉각과정으로 자기광학적 포획 및 지만 감속기 등을 사용하는 경우에 동위원소 선택도를 높일 수 있으며, 포획이 이루어진 후에 다른 레이저광으로 광펌핑을 하여 동위원소 선택도를 높이는 방법이 가능하다.
본 발명은 상기 포획된 원자구름 중 중성원자를 동위원소 이온화시키는 단계(단계 3)를 포함한다. 상기 이온화 방법으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는, 상기 포획으로 선택된 스트론튬 원자를 외부에서 레이저를 사용하여 이온화시키거나, 파장가변 레이저를 사용하여 리드베르그 상태(Rydberg state)로 여기시킨 뒤에 이온화 레이저를 사용하여 이온화시키거나, 또는 리드베르그 상태로 여기시킨 뒤 전기장을 사용하여 이온화시키는 방법을 사용할 수 있다. 이때, 상기 레이저는 하나 이상의 펄스형 레이저 또는 하나 이상의 연속발진형 레이저(continuous wave laser)에 의해 생성될 수 있다. 레이저광은 원자 고유의 특정 전이선과 상호작용하는 원소만을 여기시켜 이온화하기 때문에 종래 기술의 동중원소에 의한 신호 중첩의 문제를 극복할 수 있다. 또한, 같은 원리로, 화학적 성질이 비슷한 원자일지라도 상기 원자의 에너지 준위는 서로 다르기 때문에 종래 칼슘 및 기타 다른 원소에서 발생하는 방사선량에 의한 오차를 감소시키기 위하여 정제과정을 반복해야 하는 등의 문제점을 극복할 수 있다. 구체적으로, 스트론튬 전이선에 공명하는 파장은 칼슘에는 전혀 공명하지 않는 파장( 세기도 아주 작음)이라고 할 수 있으므로, 대상 동위원소(예: 스트론튬)를 포획함으로써 타 원소(예: 칼슘)에 비하여 더욱 높은 선택도를 얻을 수 있게 된다..
상기와 같이 이온화된 동위원소는 전극판을 사용하여 가속되어 질량분석기에 입사된다.
본 발명은 상기 가속된 동위원소 이온을 그 질량에 따라 선별하는 단계(단계 4)를 포함한다. 이때, 상기 질량은 질량분석기를 사용하여 분석될 수 있다. 질량분석기는 기존의 시간비행(Time of Flight; TOF) 질량분석기나 자기섹터질량분석기(Magnetic Sector Mass Spectrometer), 사중극자 질량분석기(Quadrupole Mass Spectrometer) 등 기타 질량분석 방법을 사용할 수 있다. 그러므로, 상기한 바와 같이 선택적으로 중성원자 포획한 후, 이온화된 동위원소 이온들을 질량분석기의 이온 소스로 사용함으로써 동위원소 선택도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 시간비행 질량분석기를 사용하는 경우에는 펄스 레이저를 사용하여 이온화 할 수 있으며, 기타 기기에서는 펄스형 이온을 생성하는 펄스 레이저 및 연속이온 생성이 가능한 연속발진형 레이저를 사용하여 이온화 할 수 있다. 시간비행 분석법을 적용하는 경우, 동위원소 질량분석을 위하여는 고속으로 이온을 가속시켜야 한다.
본 발명의 고분해능 원자포획-질량분석 방법은 종래 기술과 달리 원자의 포획과 이온화, 질량분석기를 결합한 방법으로서 바람직하게는 Sr-90 동위원소의 선택도(selectivity)를 크게 향상시킬 수 있다. 또한, Cs-133, 137, Kr-81, 85, Ca- 41 등 포획이 가능한 미량원소의 분석에 널리 적용시킬 수 있다. 본 발명은 원자의 포획과 질량분석기의 기술이 결합되어 동위원소의 선택과 질량분석 기능을 향상시킨다.
또한, 본 발명은 원자의 포획과 이온화, 질량분석기 등을 함께 사용하여 자기광학적 포획(Magneto-Optical trap; MOT) 방법으로 만들 수 있는 선택도보다 더욱 높은 선택도를 얻을 수 있기 때문에, MOT 방법만으로 선택도를 낼 수 없는 Sr, Cs 등의 원소에까지 적용할 수 있다. Kr, Ca에 적용할 경우에는 종래 MOT 방법("Ultrasensitive Isotope Trace Analysis with a Magneto-Optical Trap", C.Y. Chen, Y.M. Li, K. Bailey, T.P.O'Connor, L. Young, Z-T. Lu, Science, 286 (1999) p.1139; 및 "Counting Individual Ca41 Atoms with a Magneto-Optical Trap", Physical Review Letters, 92(15) (2004) p.153002/1-4)으로 얻었던 선택도 보다 높은 선택도를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
스트론튬 동위원소인 Sr-90 동위원소의 분석에 대한 일실시예를 이하에 기술한다. 스트론튬 원자의 전이선 중 포획이 가능한 전이선은 1S0-1P1 전이선(파장 460.7 nm)와 1S0-3P1(파장 689.26 nm)이고, 1S0-1P1 상태로부터 4d 1D2 상태로 감쇄가 있고, 이 상태로부터 다시 5p 3P1, 3P2 상태로 감쇄하는데, 이들 수명시간(lifetime)은 수백 마이크로초 이상으로 매우 길다.
1S0-1P1 전이선을 포획하기 위한 레이저광은 선폭이 매우 좁고, 주파수의 안정도(drift, fluctuation)가 수 MHz 이하로 유지가 되어야 한다. 이를 위한 레이저광으로는 단일 종모드로 발진하는 링색소레이저를 사용하여 만들거나, 921.4 nm에서 발진하는 다이오드레이저광을 증폭한 뒤, 제2고조파를 생성하여 만든다. 이 레이저광을 스트론튬 쎌 또는 열파이프 오븐을 사용한 포화흡수 분광 장치에서 스트론튬 기체의 이색성을 이용하여 분산신호를 생성한다. 분산신호는 주파수를 항상 전이선에 유지시키기 위한 되먹임 신호로 사용된다. 이로써, 주파수 안정도가 수 MHz이하 또는 1 MHz 이하이면서 스트론튬 전이선에 공명하는 레이저광을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 방법을 실시하기 위한 장치의 개략도이다. 우선 로터리 펌프(40)와 터보 펌프(30) 및 이온펌프(50)를 사용하여 포획 챔버(60)와 감속기(20) 내부의 진공도가 약 10-8 Torr 정도가 되도록 유지한다. 원자빔 발생기 동작과 포획을 위하여는 진공 챔버 내의 진공도가 10-8 Torr 정도의 진공도를 만들어 주어야 되기 때문에 로터리 펌프(40)를 사용하여 우선 10-2 Torr 이하의 진공도를 만들어 준 후 터보펌프(30)를 사용하여 10-7 ~ 10-8 Torr 정도의 진공도를 만들어준다. 그리고, 그 이하의 진공도를 만들어 주기 위하여 이온펌프(70)를 사용하여준다.
중성원자빔 발생기(10)로부터 원자의 종류에 따라 온도 및 기타 발생 조건을 변화시켜 스트론튬 원자 등의 중성원자를 발생시킨다. 중성원자의 조작을 위하여는 주파수 안정화된 레이저가 필요하다. 레이저는 대상금속의 대상 전이선에 공명하는 레이저광이어야 하는데, 포화흡수분광 시스템 등의 주파수 안정화 시스템을 사용하여 주파수 안정도가 1 MHz 내외 또는 그 이하가 되도록 만들어 준다. 포화흡수분광 주파수 안정화 장치에서 안정화된 레이저광은 대상 원자 전이선의 중앙 또는 옆에 주파수가 위치하는데, 포획주파수와 원자의 편향, 조준, 정렬 및 감속에 사용되는 레이저광 주파수는 약간씩 다르므로 AO 변조기(acousto-optic modulator)와 EO 변조기 또는 다이오드 레이저를 사용한 경우 전류변조(current modulation) 등을 사용하여 필요한 주파수의 레이저광을 얻는다. 상기 레이저광은 원자의 고유 전이선과 공명하는 선폭이 좁은 레이저빔인 것으로 상기 원자를 바닥상태에서 준안정상태 또는 여기상태로 광펌핑시키기 위하여 사용될 수 있다.
원자빔의 4 개의 측면으로 93의 레이저광을 입사시키면 슬릿을 통과하여 나오는 원자빔이 횡냉각되어 많은 원자빔을 감속, 포획할 수 있다. 91의 레이저광은 원자빔의 마주오는 방향으로 입사되어 원자빔이 지만감속기(20)를 지나는 동안 91 의 레이저광에 의하여 감속되는데 자기장의 조건에 따라 91의 레이저광의 주파수가 결정된다. 100의 원자빔편향기에서는 감속되고 번칭(bunching)된 원자빔의 진행방향을 바꾸어주는 역할을 하며 95의 레이저광이 사용된다. 레이저광의 주파수에 따라 효율 및 방향이 결정되므로 타 원자로부터의 분리 및 타 동위원소로부터의 분리가 가능하다.
편향된 원자빔은 60의 포획챔버로 입사되는데, 포획챔버에서는 반헬름홀쯔 코일이 설치되어 있다. 입사된 느린 원자빔은 여섯 방향의 원편광된 레이저광에 의하여 푀획되는데 이때 사용된 레이저광의 주파수를 얻고자 위에 설명된 AO 변조기 등을 사용한다. 포획된 원자 구름에 110의 재펌핑 레이저광이 입사하면 포획 효율을 더욱 높일 수가 있으며, 경우에 따라 2개 내지 3개의 재펌핑광을 사용한다.
120의 레이저광은 포획 구름을 이온화시키는 레이저광으로써 펄스 또는 연속발진형 레이저광을 사용한다. 생성된 이온은 70의 가속판에서 가속되어 80의 질량 분석시스템으로 입사된다.
실제 사용하는 샘플에는 스트론튬 이외에 칼슘 등 많은 원소가 포함되어 있으므로, 광학적 원자빔 정렬장치 및 편향 장치를 사용하여 특정 스트론튬 동위원소만을 포획이 잘되도록 횡냉각(transverse cooling)을 하거나, 편향하는 일이 필요하다. 횡냉각(transverse cooling)과 편향장치는 원자의 고유 전이선을 사용하기 때문에 타원자를 분류하는 역할 뿐만 아니라, 동위원소 선택의 역할도 한다.
횡냉각(Transverse cooling)은 글자 그대로 원자빔의 횡방향 냉각으로 원자빔이 진행하면서 횡방향으로 퍼지는 효과를 감소시켜 포획 챔버에 많은 원자가 이 르도록하는 역할을 한다. 이는 지만 감속기(20) 전?후에 사용할 수 있으며, 도 1에서는 지만 감속기(20)를 지나기 전에 사용한 도면을 나타내었다.
원자빔 편향장치 역시 원자의 전이선을 사용하여 이루어지는데, 지만 감속기(20) 후에 사용한다. 감속된 원자는 속도가 번칭(bunching)되어 나타나고, 도플러 이동이 작기 때문에 큰 각도로 입사되는 레이저광에 의하여도 편향시킬 수 있다. 이를 사용하면 타원자 뿐만 아니라, 동위원소도 분류하는 역할을 할 수 있다.
많은 원자를 포획하기 위하여는 선냉각(pre-cooling)을 하여 포획 깊이 이내의 속도를 갖는 원자의 양을 증가시킬 필요가 있다. 원자의 선냉각(pre-cooling)은 지만감속기(Zeeman slower) 및 여러 가지 방법으로 이루어질 수 있으나, 본 발명의 일실시예에서는 지만 감속기(20)를 사용하여, 자기장의 크기가 약 - 300 G(가우스)에서 약 300 G(가우스)까지 변화하는 코일을 사용한다. 자기장의 세기는 원자의 전이선의 특성에 따른 것이며, 원자와 전이선 및 원자빔 소스마다 다르다. 내부는 원자빔이 지날 수 있도록 진공으로 유지가 된다. 원자빔이 감속기를 지날 때, 자기장에 의하여 전이선의 이동이 발생하는데, 이 전이선의 이동에 맞도록 레이저광을 원자빔과 마주오는 방향으로 입사시키면 원자빔이 수 내지 수십 m/s 로 감속된다. 레이저광은 위에서 얻은 주파수 안정화된 레이저광으로부터 빛살가르개(beam splitter)로 가른 레이저 빔을 음향광학적 변조기(AO modulator)를 통과시켜 주파수가 이동된 레이저광을 얻을 수 있다.
속도가 느린 원자빔이 중앙의 자기장 기울기가 50-100 G/cm 인 포획챔버에 입사되어 스트론튬 1S0 - 1P1 전이선으로부터 약 30-40 MHz 로 붉은색으로 주파수 이동된 레이저광을 여섯방향으로 입사시키면 자기장이 0 인 공간상의 한점에 스트론튬 원자가 포획된다.
선폭이 좁은 레이저광을 사용하고, 원소의 고유한 에너지 준위와 공명하기 때문에, 스트론튬과 화학적 성질이 유사한 칼슘도 감속, 편향과 포획과정에서 선별된다.
도 2는 포획광과 감속광 및 반헬름홀쯔 코일(Anti-Helmholtz Coil)의 자기장 방향 및 이온화 레이저빔, 이온 가속판, 이온빔 편향판, 질량 분석기 등, 포획 챔버와 질량분석기의 결합부분을 나타낸 개략도이다. 도 2는 시간순서를 고려하지 않고 나타낸 도면으로써 포획광과 감속광이 존재할 경우에 이온화 레이저빔이 입사하여 이온화와 가속이 이루어지는 경우와 포획이 이루어진 후에 원자빔과 감속광이 차단되고, 포획광이 차단된 후, 자기장의 소스인 반헬름홀쯔 코일(Anti-Helmholtz coil)의 전류를 차단한 뒤, 이온화 레이저광이 입사하고, 강한 전압펄스를 가하여 이온을 가속한뒤 편향판을 거쳐 질량 분석기로 입사하는 일련의 과정을 포함한다.
이는 포획이 진행중인 상태에서 연속발진 레이저를 사용한 이온화가 가능하며, 이 경우에는 자기섹터 질량 분별기(Magnetic Sector Mass Separator) 등 기타 질량분석기가 사용될 수 있다.
210의 느린 원자빔이 포획챔버의 중앙(반헬름홀쯔 코일에서 자기장이 0 인 중앙 부분)으로 입사되면 원편광된 레이저광(sigma+/-)에 의하여 중앙에 포획된다. 이 그림에서 원자빔 방향의 반대방향으로 입사하는 레이저광은 도 1의 원자빔 편향장치가 없는 경우에 감속광을 나타낸 것으로 경우에 따라 포획챔버를 지날 수도 있고 지나지 않을 수도 있다. 그러나, 포획챔버를 지날 경우에도 포획에 영향을 주지 않도록 감속 레이저광의 주파수를 결정하여야 한다. 포획이 이루어진 후에 290의 펄스 레이저광이 입사하여 포획된 중성원자를 이온화 시킨다.
다음, 271의 가속판에 전기장을 걸어 이온을 x 방향으로 가속시켜 240로 이루어진 이온 편향 장치를 통과시켜 이온의 방향을 조절한 다음 질량분석기로 입사시킨다.
포획된 원자가 이온화되어 진행할 때, 전기장과 자기장의 영향을 최소화하려면 (포획)-(포획광 off)-(자기장 off)-(이온화 레이저광 입사)-(가속 전기장 인가) 등의 일련의 과정으로 동작하는 것이 가능하다.
선택도를 높이기 위한 재펌핑광은 포획이 이루어지는 과정과 감속광이 차단된 후에 입사되는 것도 가능하며, 스트론튬 1S0 - 1P1 전이선을 사용한 포획 후에 스트론튬 1S0 - 3P1 전이선을 사용한 포획을 하는 2차 포획을 하는 경우에는 1차 포획광을 차단한 후, 2차 포획을 하고, 2차 포획 후에 이온화 및 가속, 질량분석 등의 과정을 수행하는 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 원자포획을 위한 레이저빔은 원자의 고유 전이선과 공명하는 선폭이 좁은 레이저빔인 것으로 재펌핑하면서 상기 원자를 자기광학적 방법으로 포획하거나, 바닥상태에서 준안정상태 또는 여기상태로 광펌핑시켜 포획하기 위한 것일 수 있다. 구체적으로, 재펌핑광을 사용하여 포획 선택도를 증가시키는 방법은 다음과 같다.
1) 1S0 - 1P1 전이선을 사용하여 포획하면, 4d 1D2 상태로 손실이 발생하는데, 4d 1D2 - 6p 1P1 상태로 광펌핑을 하여 원하는 원소의 포획양을 증가시키는 방법;
2) 1S0 - 1P1 전이선을 사용하여 포획하면, 4d 1D2 상태로 손실이 발생하는데, 4d 1D2 - 6p 1P1 상태로 원하지 않는 원소만을 광펌핑을 하여 4d 1D2 상태로 원하는 원소를 모은 후, 이온화하는 방법;
3) 1S0 - 1P1 전이선을 사용하여 포획하면, 4d 1D2 상태로 손실이 발생하는데, 4d 1D2 - 6p 1P1 상태로 원하는 동위원소만 광펌핑을 하여 포획량을 증가시키고([1]과 같은과정), 4d 1D2 상태에서 5p 3Pj (j=1,2) 상태로 감쇄된 나머지 스트론튬 원소에서, 5p 3Pj (j=0,2) - 6s 3S1 상태로의 광펌핑을 통하여 5p 3P1 상태로 원하는 동위 원소만 모은 후 기저상태로 감쇄하여 1S0 - 1P1 전이선에서 포획되는 원하는 원소의 포획량을 증가시키는 방법;
4) 1S0 - 1P1 전이선을 사용하여 포획하면, 4d 1D2 상태로 손실이 발생하는데, 4d 1D2 - 6p 1P1 상태로 원하지 않는 동위원소만 광펌핑을 하고, 4d 1D2 상태에서 5p 3Pj (j=1,2) 상태로 감쇄된 후, 5p 3Pj (j=0,2)- 6s 3S1 상태로의 광펌핑을 통하여, 5p 3P1 상태로 느린 속도로 움직이는 원하는 동위원소만 모은 후, 1S0 - 1P1 전이선에서 원하는 원소의 포획량을 증가시킨 후, 레이저광의 주파수를 바꾸어(색깔을 바꾸어) 1S0 - 3P1 전이선을 사용하여 2차 포획을 하여 동위원소의 선택도를 높이는 방법(2차포획 전이선에서는 동위원소의 이동에 비교하여 전이선의 선폭이 매우 좁기 때문에, 2차포획을 할 경우 동위원소의 선택도가 높다); 및
5) 1S0 - 1P1 전이선을 사용하여 포획하면, 4d 1D2 상태로 손실이 발생하는데, 4d 1D2 - 6p 1P1상태로 원하지 않는 동위원소만 광펌핑을 하고, 4d 1D2 상태에서 5p 3Pj (j=1,2) 상태로 감쇄된 후, 5p 3Pj (j=0,1)- 6s 3S1 상태로의 원하는 원소만 광펌 핑하여 5p 3P2 상태의 준평형 상태로 모은 후, 레이저광이 없는 자기장 포획을 하고, 다시 원하지 않는 원소만 (5p 3P2 - 6s 3S1)만을 재펌핑하여 선택도가 높은 5p 3P2 상태의 원소를 얻는 방법; 등이 사용될 수 있다.
원하는 동위원소만을 펌핑할 경우에는 레이저광의 주파수를 원하는 동위원소의 전이선에 정확히 맞추어 광펌핑을 하고, 원하지 않는 동위원소만을 광펌핑 할 경우에는 원하지 않는 동위원소의 전이선들에 레이저광의 주파수를 정확히 맞추어 광펌핑하여야 한다. 원하지 않는 동위원소를 광펌핑하는 경우에는 1개 이상의 동위원소가 해당될 수 있으므로, 전기 광학적 변조기(EO modulator) 또는 음향 광학적 변조기(AO modulator)를 사용하여 각 동위원소에 맞는 주파수를 갖는 레이저광을 만들어낸다.
도 3은 질량분석방법에 사용될 수 있는 방법들을 나타낸 도면이다. 도 3에는 질량 분석방법에 시간비행(TOF) 질량분석기(a)와 자기섹터 질량 분별기(Magnetic Sector Mass Separator)(b)를 사용한 방법을 나타내었다. 이 외에도 사중극자 질량 분석방법 및 기타 질량분석방법을 사용할 수 있다. 시간비행법을 사용한 경우에는 위에 언급하였듯이 펄스형 이온화를 하여야 하며, 이온화 레이저로써 펄스 레이저를 사용한다. 기타 방법은 연속 이온생성방법이 사용가능하며, 예로써 자기섹터 질량 분별기(Magnetic Sector Mass Separator)를 나타내었다. 본 발명은 포획과 이온화 레이저에 의하여 동위원소 선별된 것을 질량분석기의 이온 소스로 사용한 점에서 종래의 질량분석방법과 구별된다.
(a)는 시간비행 질량분석기를 나타낸 것이다. 화살표 방향으로 이온이 입사하는 경우 310의 경통을 지나 320의 이온검출기로 검출된다. 각 동위원소 및 원소들의 질량에 따라 비행하는 시간이 달라지는 원리를 이용한 것으로 이온감지장치(320)에 도달하는 이온의 질량에 따라 시간순으로 측정되며 정밀도를 높이는 여러 방법이 사용될 수 있다.
(b)는 자기섹터 질량분별기를 나타낸 것이다. 화살표 방향으로 이온이 입사하는 경우 자기장 환경에서 비행하는 이온이 질량에 따라 휘는 정도가 다른 것을 이용한 장치로 말단에 질량 필터 및 슬릿 등을 사용하여 필요한 질량의 원소만을 통과시켜 420의 이온검출기로 측정하는 장치이다.
본 발명은 포획이 가능한 원소, 예를 들면 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Mg, Ca, Sr, Cr, Ag, Yb, He, Ne, Ar, Kr, Xe 등에 모두 적용할 수 있으며, 크립톤(Kr), 칼슘과 같이 자기광학적 포획만으로도 큰 동위원소 선택도를 갖는 원소에 적용하면 더욱 선택도를 높일 수가 있다.
포획된 중성원자를 이온화하는 방법에 있어서는 레이저광을 사용하여 이온화한계 이상의 Continuum으로 직접 이온화하는 방법; 전자의 충돌에 의한 이온화 방법; 파장가변레이저를 사용한 공명이온화 방법; 파장가변레이저를 사용하여 리드베르그상태(Rydberg state)로 여기시킨 후 Field 이온화하는 방법 등 기존의 이온화 방법을 적용할 수가 있다.
질량 분석 시스템에서는 자기섹터 질량분석기(Magnetic Sector Mass Spectrometer), 시간비행(TOF) 질량분석기 등을 사용할 수 있다. 이는 기타 사중극자질량분석기(Quadrupole mass spectrometer) 등 기타 질량분석기에 응용될 수 있다. 요구하는 선택도와 실험장치의 크기 등에 따라 질량분석시스템의 선택이 가능하다.
상기의 구성을 갖는 본 발명의 고분해능 원자포획-질량분석 방법에 의하면, 포획의 효율성을 높이기 위한 선냉각 및 시준 적용이 용이하고, 고감도로 동위원소-선택적으로 분석해 내며 특정 원소에 대한 포획 효율이 높아 동중원소에 의한 신호 중첩의 문제가 없으며, 종래 분석장비가 비대화되는 단점을 극복하여 간단한 장비로도 자연에 극미량 존재하는 Sr-90 동위원소를 포함한 방사성 동위원소의 분석 선택도를 높이고 분석 시간을 감소시킴으로써 준실시간적으로 환경방사능을 측정할 수 있도록 하여 방사성 물질 사용에 있어서의 안정성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 Yb 등 쎌 포획이 안되는 원소에 대하여도 적용 가능하며, Sr, Cs, Rb, Kr, Ca 등의 포획이 가능한 원소들에 모두 적용할 수 있어 종래 일부 원소에 대한 낮은 선택도의 단점을 극복하였으며, 크립톤(Kr), 칼슘(Ca)과 같이 자기광학적 포획만으로도 높은 동위원소 선택도를 갖는 원소에 적용하면 선택도를 더욱 높일 수가 있다. 상기의 구성과 같이 포획을 먼저 수행할 경우에는 지만 감속기 등에서 추가적 으로 선택도를 높이는 기능과 민감도를 높이는 기능을 얻을 수가 있으며, 펄스형과 연속이온 발생이 가능하여 시간비행 질량분석기 및 자기섹터 질량 분별기 등 기타 타 질량분석기에 사용 가능하며, 작은 용적(약 수백 마이크로 미터)의 이온을 발생시킬 수 있기 때문에, 질량분석기의 분해능을 더욱 높일 수 있다. 아울러, 이온화와 질량 분석 과정 등 일련의 과정이 연속적으로 간단하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 지질학적인 연대 측정 및 기타 순수과학의 발달에 기여할 수 있는 이점을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. (1) 복수의 동위원소로 구성된 중성원자 중 특정 동위원소로 구성된 중성원자를 선택적으로 포획하고 이를 이온화시켜 그 질량에 따라 선별하기 위해 중성원자빔 발생기를 포함하는 고분해능 원자포획-질량분석 장치를 구비하는 단계;
    (2) 상기 중성원자빔 발생기를 가동하여 복수의 동위원소 원자빔을 발생시키는 단계;
    (3) 상기 중성원자빔 발생기로부터 발생된 복수의 동위원소 원자빔 중 특정 동위원소의 원자를 선택적으로 감속시키는 단계;
    (4) 상기 선택적으로 감속된 원자를 동위원소 선택적 자기광학 방법으로 포획하는 단계;
    (5) 상기 포획된 원자에 이온화 레이저빔을 입사시켜 상기 포획된 원자를 광이온화시키는 단계; 및
    (5) 상기 이온화된 동위원소 이온을 질량분석장치에서 그 질량에 따라 선별하는 단계를 포함하는 고분해능 원자포획-질량분석 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저빔은 원자의 고유 전이선과 공명하는 선폭이 좁은 레이저빔인 것으로 상기 원자를 자기광학적 방법으로 포획하거나, 바닥상태 또는 준안정상태에서 여기상태로 광펌핑시키기 위한 것을 특징으로 하는 고분해능 원자포획-질량분석 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저빔은 하나 이상의 펄스 레이저 또는 연속발진형 레이저(continuous wave laser)에 의해 생성됨을 특징으로 하는 고분해능 원자포획-질량분석 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 중성원자는 복수의 동위원소를 갖는 포획이 가능한 원소에서 선택된 것을 특징으로 하는 고분해능 원자포획-질량분석 방법.
  5. 복수의 동위원소를 갖는 중성원자를 선택적으로 자기광학적으로 포획하기 위한 수단과; 상기 포획된 중성원자를 광이온화시키기 위한 수단과; 및 상기 이온화된 동위원소 이온을 그 질량에 따라 선별하기 위한 수단을 포함하는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 고분해능 원자포획-질량분석 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 장치가 레이저 시스템을 구비하고; 중성원자를 발생시키는 중성원자빔 발생기와; 상기 중성원자빔 발생기의 일단에 장착되고 상기 중성원자빔 발생기 동작과 중성원자 포획에 용이한 진공도를 만들어 주기 위한 로터리 펌프, 터보 펌프 및 이온펌프와; 상기 터보펌프의 일측부에 장착되고 상기 발생된 원자빔을 제1 레이저빔에 의해 횡냉각시키고 상기 원자빔을 모아주기 위한 원자빔 시준기와; 상기 시준기의 일단에 장착되는 원자빔 감속 장치와; 상기 원자빔 감 속 장치의 일단에 장착되고 중성원자의 진행방향을 선택적으로 편향시키기 위한 중성원자 편향 챔버와; 상기 중성원자 편향 챔버의 일측부와 결합하고 상기 편향된 중성원자를 포획 및 이온화하기 위한 부분으로서 상기 이온화된 원자를 가속시켜 질량분석기로 입사시키기 위한 이온가속판을 구비한 포획 챔버와; 및 상기 가속된 동위원소 이온을 그 질량에 따라 선별하는 질량분석기를 포함함을 특징으로 하는 고분해능 원자포획-질량분석 장치.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10302565B2 (en) 2014-02-19 2019-05-28 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University System and method for isotopic analysis of calcium using laser induced fluorescence
KR101663707B1 (ko) * 2015-02-04 2016-10-10 한국원자력연구원 광섬유 레이저 기반 공명이온화 질량분석 장치
CN115295392B (zh) * 2022-07-11 2024-03-26 中国科学院上海技术物理研究所 一种激光二次选择性电离同位素质谱分析方法
CN115201172B (zh) * 2022-07-29 2024-09-06 中国科学技术大学 测量钙-41同位素丰度的原子阱痕量分析系统及测量方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01207119A (ja) * 1988-02-16 1989-08-21 Toshiba Corp 同位体分離方法及びその装置
JPH06347427A (ja) * 1993-06-04 1994-12-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 二次イオン質量分析法
JPH10214591A (ja) 1997-01-30 1998-08-11 Aloka Co Ltd 同位体分析装置および質量分析装置
KR20010040462A (ko) * 1998-01-29 2001-05-15 두쿠에스네 유니버시티 오브 더 홀리 고스트 반응성 종의 종분화 동위원소 희석 질량 분광측정법과관련 방법
KR20030079968A (ko) * 2001-01-29 2003-10-10 메타라 인코포레이티드 자동화된 동위원소 질량 분광분석법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01207119A (ja) * 1988-02-16 1989-08-21 Toshiba Corp 同位体分離方法及びその装置
JPH06347427A (ja) * 1993-06-04 1994-12-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 二次イオン質量分析法
JPH10214591A (ja) 1997-01-30 1998-08-11 Aloka Co Ltd 同位体分析装置および質量分析装置
KR20010040462A (ko) * 1998-01-29 2001-05-15 두쿠에스네 유니버시티 오브 더 홀리 고스트 반응성 종의 종분화 동위원소 희석 질량 분광측정법과관련 방법
KR20030079968A (ko) * 2001-01-29 2003-10-10 메타라 인코포레이티드 자동화된 동위원소 질량 분광분석법

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