KR100962550B1

KR100962550B1 - 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터획득 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100962550B1
Application number: KR1020070141488A
Authority: KR
Inventors: 허만회; 김승용; 김현식; 유종신
Original assignee: 한국기초과학지원연구원
Priority date: 2007-12-31
Filing date: 2007-12-31
Publication date: 2010-06-14
Also published as: KR20090073521A

Abstract

본 발명은 질량을 측정할 시료의 이온 신호를 스위치 기반의 이중 채널을 가지는 디지타이저를 이용하여 획득하는 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 질량을 측정하고자 하는 액체 시료의 소모량을 줄이고, 농도가 상대적으로 적은 소량의 물질의 동적 영역(dynamic range)을 높인다.

질량분석기, 이중, 채널, 디지타이저,

Description

푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 장치 및 그 방법{Apparatus for acquiring ion signal of Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometer and method for the same}

본 발명은 질량을 측정할 시료의 이온 신호를 스위치 기반의 이중 채널을 가지는 디지타이저를 이용하여 획득하는 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래의 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 방법은 도 1과 같이, 시료 주입 후 사용자가 정의한 일정 시간 동안 적재한 이온화된 이온들을 질량 측정을 위해 트랩으로 전송한 후 활성화한다.

그리고, 활성화된 이온에서 측정한 아날로그 신호를 신호증폭장치(100)로 증폭한 후, 단일 채널 디지타이저(101)의 A/D변환기로 디지털화하고, FIFO(First-In First-Out) 메모리에 저장한다.

그런 후, 현재 측정한 이온을 제거한 후, 사용자가 설정한 횟수까지 실험을 한 후 종료하며, 저장된 데이터를 사용자의 요청에 의해 제어 컴퓨터(102)로 전송한다.

하지만, 이러한 방법은 측정하고자 하는 시료가 모두 소모될 때까지 일정 속도로 계속 주입되는데, 소정 실험의 측정이 이루어지는 동안 계속해서 주입되는 시료는 모아지지 않고 자동 소멸된다.

또한, 실험이 순차적으로 진행되어 전체 실험 시간이 길어지며, 실험들 간의 시간 차이로 인해 이온화된 시료는 자동 소멸되어 시료 전체에 대한 측정이 이루어지지 못해, 동적 영역(Dynamic range)이 넓지 못하는 문제점을 발생한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 질량을 측정하고자 하는 액체 시료의 소모량과 전체 실험 시간을 줄이며, 농도가 상대적으로 적은 소량의 물질의 동적 영역(Dynamic range)을 높이기 위한, 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.

이러한 목적에 따른 본 발명의 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 장치는

스위치 기반의 이중 채널을 가지는 디지타이저를 이용하여 데이터를 획득하는 것을 특징으로 한다.

구체적으론, 이온화된 시료를 사용자에 의해 최초 설정된 시간동안 적재하고, 적재된 시료를 질량분석기 내부의 트랩까지 전송하여 질량을 측정하도록 하는 스위치 기반의 이중채널을 갖는 디지타이저를 이용한 질량분석기(F)의 데이터 획득장치에 있어서, 상기 질량분석기를 제어하여 상기 최초 설정시간 동안 이온화된 시료의 적재를 위한 트리거신호, 적재 정지를 위한 트리거신호, 질량분석기(F) 내부 트랩으로 전송을 위한 트리거신호 및 질량측정이 끝난 트랩내의 이온제거를 위한 트리거신호 발생과 더불어, 상기 디지타이저의 채널 선택 제어신호를 발생하는 제어부(200); 상기 제어부(200)의 제어에 의해 상기 질량분석기(F) 내에서 에너지로 활성화된 이온에서 나온 아날로그 신호를 증폭함과 아울러, 증폭된 신호를 상기 채널선택 제어신호에 의해 선택된 채널로 전송하는 채널변환부(201); 및 상기 채널변환부(201)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환 및 임시 저장하고, 제어컴퓨터(203)로 선입선출 시키는 이중채널디지타이저(202);를 포함하여 구성하되, 상기 채널변환부(201)는 상기 아날로그 신호를 증폭하는 신호증폭부와,상기 신호증폭부의 아날로그 신호를 채널 선택 제어신호에 따라 상기 이중채널디지타이저(202)로 선택출력하되, 홀수 또는 짝수번째 실험에 따라 교번 선택출력하는 스위치를 포함하여 구성되며, 상기 이중채널디지타이저(202)는 제1, 제2채널 별로 교번 동작하며, 상기 스위치를 통해 입력된 아닐로그신호를 입력하여 디지털신호로 변환하는 각 채널에 해당하는 제1,제2A/D변환기와, 상기 제1,제2A/D변환기로부터 출력된 각 디지털 신호를 채널별로 저장 및 선입선출하는 제1,제2FIFO메모리를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 목적에 따른 본 발명의 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 방법은 이온 질량측정을 위해 최초 설정된 실험 시간, 실험 횟수 및 경로채널을 저장하고, 시료주입 후 이온화된 시료를 상기 설정된 실험 시간 동안 적재하고, 적재된 시료를 질량분석기(F) 내부의 트랩까지 전송하여 질량을 측정하도록, 상기 설정된 실험 횟수만큼 실험을 반복하는 스위치 기반의 이중채널 디지타이저를 이용한 질량분석기의 데이터 획득방법에 있어서, 상기 설정된 실험 시간 동안 적재한 이온화된 시료를 트랩으로 전송하는 제1단계(S300)(S301); 상기 트랩내의 이온시료에 활성에너지를 인가하는 제2단계(S303); 상기 활성화에너지에 의해 활성화된 이온에서 나온 아날로그신호를 설정된 제1채널로 전송하여 디지털신호로 변환 및 저장하는 제3단계(S304)(S305); 및 상기 제1 내지 제3단계를 통해 질량 측정이 끝난 현재 트랩 내의 이온을 제거하는 제4단계(S306);를 포함하여 이루어지되, 상기 설정된 실험 횟수가 될 때까지 상기 제1 내지 제4단계(S300~S306)를 반복 수행하되, 다음 실험을 위한 데이터수집 경로 채널은 제1 또는 제2채널(S310)이 교번 선택되는 상기 이중채널 디지타이저를 통해 획득하는 것을 특징으로 한다.

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추가로, 상기 제1단계에 부가하여 다음 시험을 위해 이온화된 시료를 계속 적재하는 제1a단계와, 상기 제4단계 이후 상기 제1a단계에서 계속되는 이온화된 시료의 적재를 정지한 후 다음 실험을 위해 상기 트랩으로 전송하는 제4a단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 질량을 측정하고자 하는 액체 시료의 소모량을 줄이고, 실험의 전체 시간을 단축하며, 농도가 상대적으로 적은 소량의 물질의 동적 영역(dynamic range)을 높인다. 또한, 연속적인 두 실험(Scan N과 Scan N +1) 사이의 데이터 중복 획득을 방지하고, 데이터를 임시저장한 메모리에서 제어컴퓨터로 전송하는 시간과 상관없이 안정적이고 신속한 데이터 획득이 가능한 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 2의 본 발명에 따른 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기(이하, 질량분석기(F))의 데이터 획득 장치는 제어부(200), 채널변환부(201), 이중 채널 디지타이저(202)로 된 것으로, 이중 채널 디지타이저(202)는 제1 A/D변환기와 제1FIFO(First-In First-Out) 메모리, 제2 A/D변환기와 제2 FIFO메모리로 구성된 구조이다.

이러한 데이터 획득 장치의 동작은 다음과 같다.

먼저, 제어부(200)는 질량분석기(F)를 제어하여 시료 주입 후 이온화된 시료를 사용자가 설정한 일정 시간 동안 적재하고, 질량 측정을 위해 질량분석기(F) 내부의 트랩까지 전송한다.

그리고, 트리거 신호를 발생하여 다음 번째 실험을 위해 이온화된 시료가 계속해서 적재되도록 한다.

아울러, 채널변환부(201)는 내부의 스위치를 상기 제어부(200)의 제어하에 작동시켜 채널을 디지타이저의 제1 A/D변환기로 둔다.

다음, 제어부(200)의 제어하에 트랩 내 이온들에 활성 에너지를 가하고, 그 에너지로 활성화된 이온에서 나온 아날로그 신호를 채널변환부(201) 내부의 신호증폭장치로 증폭하고 제1 A/D변환기로 디지털화한 후, 제1 FIFO메모리에 임시 저장한다.

그리고, 제어부(200)는 트리거 신호를 발생하여 질량분석기(F) 내에서 계속되는 이온화된 시료의 적재를 멈추고, 트랩으로 전송하기 위한 트리거 신호를 발생한 후, 질량 측정이 끝난 트랩 내의 이온이 제거되게 한다.

그렇게 하여, 첫 번째 실험이 종료된다.

상기 제1 FIFO메모리에 임시 저장된 데이터는 사용자의 요청시 제어 컴퓨 터(203)로 전송된다.

다음, 첫 번째 실험을 종료한 후, 두 번째 실험을 시작한다.

먼저, 채널변환부(201)는 제어부의 제어하에 내부의 스위치를 작동시켜 이전 실험에서 선택한 디지타이저의 채널을 제2 A/D변환기로 변경한다. 그렇게 하여, 첫 번째 실험과 두 번째 실험 사이의 데이터 중복 획득을 방지한다.

그리고, 제어부는 트리거 신호를 발생하여 다음 번째 실험(N Scan)을 위해 이온화된 시료가 일정 시간 동안 계속 적재될 수 있도록 한다.

다음, 전송된 트랩 내의 이온들에 활성 에너지를 가한다.

그런 후, 그 활성 에너지에 의해 활성화된 이온에서 나온 아날로그 신호를 채널변환부(201) 내의 신호증폭장치로 증폭하고, 변경해 둔 제2 A/D변환기로 디지털화한 후, 제2 FIFO메모리에 임시 저장한다.

그렇게 하여, 두 번째 실험이 종료된다.

상기 제2 FIFO메모리에 임시 저장된 데이터는 사용자의 요청시 제어 컴퓨터(203)로 전송된다.

같은 원리로 실험(Scan)을 설정 횟수만큼 반복 수행한 후 종료한다.

전체 실험 횟수(N)는 시료 량과 사용자 선택에 의해 제약될 수 있다.

도 3a와 도 3b는 본 발명의 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 방법을 도시한 것이다.

우선, 첫 번째 실험에 대한 제어가 이루어진다(도 3a 참조).

먼저, 시료 주입 후 이온화된 시료가 사용자가 설정한 일정 시간 동안 적재되게 한 후, 질량 측정을 위해 질량분석기 내부의 트랩까지 전송시킨다. 그리고, 다음 번째 실험을 위해 이온화된 시료가 계속해서 적재되도록 하고, 아울러, 미리 설정한 이중 채널 중 제1 채널을 데이터 수집을 위한 경로로 설정해 둔다. 다음, 트랩 내 이온들에 활성 에너지를 가한다(S300 ~ S303).

그렇게 하여, 그 활성 에너지에 의해 활성화된 이온에서 나온 아날로그 신호가 상기 제1 채널로 전송되어 디지털 신호로 변환되게 한 후, 저장되게 한다. 다음, 계속되는 이온화된 시료의 적재를 멈추게 하고, 트랩으로 전송되게 한 후, 질량 측정이 끝난 현재 트랩 내의 이온이 제거되게 한다(S304 ~ S308).

그렇게 하여, 첫 번째 실험에 대한 제어가 종료된다.

다음, 두 번째 실험에 대한 제어가 이루어진다(도 3b 참조).

먼저, 데이터 수집을 위한 경로를 이전 실험에서 선택한 제1 채널에서 제2 채널로 변경한다. 그렇게 하여, 첫 번째 실험과 두 번째 실험 사이의 데이터 중복 획득을 방지한다. 다음, 다음 번째 실험(N Scan)을 위해 이온화된 시료가 일정 시간 동안 계속 적재될 수 있도록 한다. 그런 후, 트랩 내의 이온들에 활성 에너지를 가한다(S309 ~ S312).

그렇게 하여, 그 활성 에너지에 의해 활성화된 이온에서 나온 아날로그 신호가 상기 제2 채널로 전송되어 디지털 신호로 변환되게 한 후, 저장되게 한다. 그리고, 질량 측정이 끝난 현재 트랩 내의 이온이 제거되게 한 후, 계속되는 이온화된 시료의 적재를 멈추게 하고, 트랩으로 전송되게 한다(S313 ~ S317).

그렇게 하여, 두 번째 실험에 대한 제어가 종료된다.

같은 원리로 실험(Scan)에 대한 제어를 설정 횟수만큼 반복 수행한 후 전체 실험에 대한 제어를 종료하게 된다.

도 1은 종래 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 장치의 블록구성도

도 2는 본 발명의 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 장치의 블록구성도

도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 방법의 플로우챠트

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

200 : 제어부 201 : 채널 변환부

202 : 이중 채널 디지타이저 203 : 컴퓨터

F : 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기

Claims

이온화된 시료를 사용자에 의해 최초 설정된 시간동안 적재하고, 적재된 시료를 질량분석기 내부의 트랩까지 전송하여 질량을 측정하도록 하는 스위치 기반의 이중채널을 갖는 디지타이저를 이용한 질량분석기(F)의 데이터 획득장치에 있어서,

상기 질량분석기를 제어하여 상기 최초 설정시간 동안 이온화된 시료의 적재를 위한 트리거신호, 적재 정지를 위한 트리거신호, 질량분석기(F) 내부 트랩으로 전송을 위한 트리거신호 및 질량측정이 끝난 트랩내의 이온제거를 위한 트리거신호 발생과 더불어, 상기 디지타이저의 채널 선택 제어신호를 발생하는 제어부(200);

상기 제어부(200)의 제어에 의해 상기 질량분석기(F) 내에서 에너지로 활성화된 이온에서 나온 아날로그 신호를 증폭함과 아울러, 증폭된 신호를 상기 채널선택 제어신호에 의해 선택된 채널로 전송하는 채널변환부(201); 및

상기 채널변환부(201)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환 및 임시 저장하고, 제어컴퓨터(203)로 선입선출 시키는 이중채널디지타이저(202);를 포함하여 구성하되,

상기 채널변환부(201)는 상기 아날로그 신호를 증폭하는 신호증폭부와,상기 신호증폭부의 아날로그 신호를 채널 선택 제어신호에 따라 상기 이중채널디지타이저(202)로 선택출력하되, 홀수 또는 짝수번째 실험에 따라 교번 선택출력하는 스위치를 포함하여 구성되며,

상기 이중채널디지타이저(202)는 제1, 제2채널 별로 교번 동작하며, 상기 스위치를 통해 입력된 아닐로그신호를 입력하여 디지털신호로 변환하는 각 채널에 해당하는 제1,제2A/D변환기와, 상기 제1,제2A/D변환기로부터 출력된 각 디지털 신호를 채널별로 저장 및 선입선출하는 제1,제2FIFO메모리를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 장치.
이온 질량측정을 위해 최초 설정된 실험 시간, 실험 횟수 및 경로채널을 저장하고, 시료주입 후 이온화된 시료를 상기 설정된 실험 시간 동안 적재하고, 적재된 시료를 질량분석기(F) 내부의 트랩까지 전송하여 질량을 측정하도록, 상기 설정된 실험 횟수만큼 실험을 반복하는 스위치 기반의 이중채널 디지타이저를 이용한 질량분석기의 데이터 획득방법에 있어서,

상기 설정된 실험 시간 동안 적재한 이온화된 시료를 트랩으로 전송하는 제1단계(S300)(S301);

상기 트랩내의 이온시료에 활성에너지를 인가하는 제2단계(S303);

상기 활성화에너지에 의해 활성화된 이온에서 나온 아날로그신호를 설정된 제1채널로 전송하여 디지털신호로 변환 및 저장하는 제3단계(S304)(S305); 및

상기 제1 내지 제3단계를 통해 질량 측정이 끝난 현재 트랩 내의 이온을 제거하는 제4단계(S306);를 포함하여 이루어지되,

상기 설정된 실험 횟수가 될 때까지 상기 제1 내지 제4단계(S300~S306)를 반복 수행하되, 다음 실험을 위한 데이터수집 경로 채널은 제1 또는 제2채널(S310)이 교번 선택되는 상기 이중채널 디지타이저를 통해 획득하는 것을 특징으로 하는 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제1단계(S300)(S301)에 부가하여 다음 시험을 위해 이온화된 시료를 계속 적재하는 제1a단계(S302)와,

상기 제4단계(S306) 이후 상기 제1a단계(S302)에서 계속되는 이온화된 시료의 적재를 정지한 후 다음 실험을 위해 상기 트랩으로 전송하는 제4a단계(S307)(S308)를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 푸리에변환 이온 싸이클로트론 공명 질량분석기의 데이터 획득 방법.