KR101319925B1 - 자외선 다이오드와 ｃｅｍ을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치 - Google Patents

자외선 다이오드와 ｃｅｍ을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자외선 다이오드와 CEM모듈을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치에 관한 것으로, CEM모듈을 사용하되 자외선 다이오드에서 방출하는 자외선 광자를 CEM모듈 입구에 주사하여 초기 전자방출을 유도함으로서, 출구에는 증폭된 대량의 전자빔을 획득하고, 저온 저전력으로 방출시간이 정확히 조절되는 전자빔을 생산하도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 자외선 다이오드와 CEM모듈을 이용하여 자외선 광자들을 증폭하여 획득된 전자빔에 의해 기체분자를 이온화하고 이온검출을 하는 자외선 다이오드와 CEM모듈을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치에 있어서, 공급된 전원에 의해 자외선을 방출하는 자외선 다이오드; 자외선 다이오드로부터 자외선 광자들의 초기 전자방출을 유도 및 증폭하여 출구에서 대량 전자빔을 획득하는 전자증배관; 전자증배관을 통해 증폭된 전자빔을 집적하는 전자 집적렌즈; 전자 집적렌즈를 통해 주입된 전자빔에 의해 기체시료 분자들을 이온화하는 이온트랩 질량분리기; 및 상기 이온트랩 질량분리기로부터 분리된 이온을 질량스펙트럼에 의해 검출하는 이온검출기;를 포함하여 이루어지되, 전자증배관은 CEM모듈인 것을 특징으로 한다.

Description

자외선 다이오드와 ＣＥＭ을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치 {Apparatus for Acquiring Ion source of Mass spectrometry using UV LED and CEM}
본 발명은 질량분석기의 기체분자 이온화를 위한 전자총에 관한 것으로, 고온 고전류에 의한 열전자 방출 방법을 사용하지 않고, 자외선 다이오드(UV LED)와 채널트론 전자증배관(Channeltron Electron Multiplier : 이하, "CEM"이라 약칭.)을 이용하여 상온에서 냉전자를 생산하여 질량분석기에 적용하도록 하는 자외선 다이오드와 CEM을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치에 관한 것이다.
일반적으로 질량분석기에서 분자이온 질량에 따라 이온들을 분리하여 구성성분을 분석하려면 우선 기체분자를 이온화하는 과정이 필요하다.
전자빔이 기체분자를 때려 이온화하는 방법은 가장 일반적으로 사용하는 방법이며 전자빔 생산은 필라멘트를 고온으로 가열하여 열전자방출을 유도하는 장치가 가장 많이 사용되고 있다.
상기 필라멘트를 고온으로 가열하려면 텅그스텐(Tungsten) 또는 레니움(Rhenium) 과 같은 고온 금속에 고전류를 흘려줌으로서, 가능하지만 전력이 많이 소비되어 휴대용 질량분석기에서는 배터리 전력이 빨리 소모되고 고온상승에 의한 전자방출의 반응이 느리기 때문에 연속출력 전자빔 생산에 적합하고 짧은 시간의 펄스 이온화가 필요한 질량분석기에서는 제어가 어려운 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 휴대용 질량분석기를 제작하는데 있어서, 채널트론 전자증배관(Channeltron Electron Multiplier, CEM)모듈을 사용하되 자외선 다이오드에서 방출하는 자외선 광자를 CEM모듈 입구에 주사하여 초기 전자방출을 유도함으로서, 출구에는 증폭된 대량의 전자빔을 획득하고, 저온 저전력으로 방출시간이 정확히 조절되는 전자빔을 생산하도록 하는 자외선 다이오드와 CEM을 이용한 질량분석기의 이온화원획득장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 자외선 다이오드와 CEM모듈을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치는 자외선 다이오드와 CEM모듈를 이용하여 자외선 광자들을 증폭하여 획득된 전자빔에 의해 기체분자를 이온화하고 이온검출을 하는 자외선 다이오드와 CEM을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치에 있어서, 공급된 전원에 의해 자외선을 방출하는 자외선 다이오드; 상기 자외선 다이오드로부터 자외선 광자들의 초기 전자방출을 유도 및 증폭하여 출구에서 대량 전자빔을 획득하는 전자증배관 모듈; 상기 전자증배관 모듈을 통해 증폭된 전자빔을 집적하는 전자 집적렌즈; 상기 전자 집적렌즈를 통해 주입된 전자빔에 의해 기체시료 분자들을 이온화하는 이온트랩 질량분리기; 및 상기 이온트랩 질량분리기로부터 분리된 이온을 질량스펙트럼에 의해 검출하는 이온검출기;를 포함하여 이루어지되, 상기 전자증배관모듈은 채널트론 전자증배관(CEM : Channeltron Electron Multiplier)모듈인 것을 특징으로 한다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자외선 다이오드와 CEM모듈을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치는 고온 고전류를 사용하지 않고, 저온에서 기체분자 이온화를 위한 전자빔 공급이 가능하며, 필요한 순간에 필요한 양의 전자빔만을 공급함으로서, 소형 질량분석기에 적용할 경우, 크기와 무게를 줄일 수 있고, 배터리 전력을 절약할 수 있어, 휴대용 질량분석기에 적용이 가능한 효과가 있으며, 또한 가늘게 전자빔이 방출되도록 함으로서 전자빔 집적이 비교적 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 다이오드와 CEM모듈을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치의 구성도이고,
도 2는 도 1에서 CEM모듈의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 자외선 다이오드와 CEM모듈을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 다이오드와 CEM모듈을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치의 구성도로서, 공급된 전원에 의해 자외선을 방출하는 자외선 다이오드(110)와, 상기 자외선 다이오드(110)로부터 자외선 광자들의 초기 전자방출을 유도 및 증폭하여 출구에서 대량 전자빔을 획득하는 CEM모듈(120)과, 상기 CEM모듈(120)의 입구측과 출구측에 각각 상기 음전압이 인가되도록 절연시키는 제1, 제2절연체(123)(124)와, 상기 CEM모듈(120)을 통해 증폭된 전자빔을 집적하는 전자 집적렌즈(130)와, 상기 전자 집적렌즈(130)를 통해 주입된 전자빔에 의해 기체시료 분자들을 이온화하는 이온트랩 질량분리기(140)와, 상기 이온트랩 질량분리기(140)로부터 분리된 이온을 질량스펙트럼에 의해 검출하는 이온검출기(150)으로 구성된다.
상기 질량분석기의 각 부는 10-3 ~ 10-11Torr 진공상태의 챔버안에서 동작이 이루어진다.
여기서, CEM모듈(120)은 입구(121)측에 상기 자외선 다이오드(110)로부터 조사된 자외선 광자들이 조사되고, 출구(122)는 입구에서 조사된 자외선광자들에 의하여 생성된 전자를 증폭되도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 도 1, 도 2를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 자외선 다이오드(110)에서 방출되는 자외선은 CEM모듈 입구(121)에 주사되고 자외선 광자들은 상기 CEM모듈입구(121)에서 초기 전자방출을 유도하게 된다.
즉, 자외선에 의하여 다량으로 발생한 초기 방출전자들은 상기 CEM모듈(120)의 진공튜브를 통과하면서 증폭되어 상기 CEM모듈출구(122)에서는 백만 배까지 증폭된 전자빔을 얻을 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 CEM모듈(110)은 CEM모듈입구(121)와 CEM모듈출구(122)에 각각 음전압을 인가하며, 상기 CEM모듈입구(121)측에는 '-500V ~ -2500V'를 인가하고, CEM모듈출구(122)측에는 '-10V ~ -500V'를 인가하며, 상기 입구측 및 출구측에 별도의 음전압 인가를 위한 제1, 제2절연체(123)(124)를 이용하여 절연시킨다.
상기 CEM모듈(120)에 의해 증폭된 전자빔은 전자 집적렌즈(130)에 의해서 한 방향으로 집적(focusing)되어 상기 이온트랩 질량분리기(140) 내로 주입된다.
상기 전자 집속렌즈(130)은 상기 CEM모듈출구(122)의 인가 음전압보다 높은 전압을 인가하되, 바람직하게는 '-5V ~ -100V'를 인가한다.
상기 이온트랩 질량분리기(140)는 각 전극에 전압을 인가하여 주입된 전자빔에 의해 기체시료를 이온화한다.
여기서, 이온화 양은 상기 자외선 다이오드(110)의 자외선 방출 시간 및 강도를 조절함에 따라 조절된다. 즉, 상기 자외선 다이오드(110)에 인가되는 전원 온/오프 펄스신호에 의해 온(on)신호가 길어지면 많이 방출되고, 짧으면 적게 방출되도록 한다.
또한, 자외선 다이오드(110)의 자외선 방출시간을 조절함으로 질량분석기에서 기체 이온화가 필요한 시간에 필요한 전자 전류를 순간적으로 정확히 얻을 수 있다.
상기 이온검출기(150)는 상기 이온트랩 질량분리기(140)에서 발생된 이온들이 이온트랩 질량분석기 원리에 의하여 질량 스펙트럼이 이온검출기(150)를 통하여 신호가 검출된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 자외선 다이오드와 CEM모듈을 이용한 이온화원 획득장치는 휴대용 질량분석기 또는 텐덤 질량분석기에 활용 가능한 전자포획분해(ECD: Electron Capture Dissociation)장치나 전자전달분해(ETD: Electron Transfer Dissociation)장치에 적용가능하다.
그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 자외선 다이오드와 CEM모듈을 이용한 이온화원 획득장치는 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.
그러나, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.
110 : 자외선 다이오드 120 : CEM모듈
121 : CEM모듈 입구 122 : CEM모듈 출구
123, 124 : 제 1, 제 2 절연체 130 : 전자 집적렌즈
140 : 이온트랩 질량분리기 150 : 이온검출기

Claims (6)

  1. 자외선 다이오드와 CEM모듈를 이용하여 자외선 광자들을 증폭하여 획득된 전자빔에 의해 기체분자를 이온화하고 이온검출을 하는 자외선 다이오드와 CEM을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치에 있어서,
    공급된 전원에 의해 자외선을 방출하는 자외선 다이오드;
    상기 자외선 다이오드로부터 자외선 광자들의 초기 전자방출을 유도 및 증폭하여 출구에서 대량 전자빔을 획득하는 전자증배관모듈;
    상기 전자증배관모듈을 통해 증폭된 전자빔을 집적하는 전자 집적렌즈;
    상기 전자 집적렌즈를 통해 주입된 전자빔에 의해 기체시료 분자들을 이온화하는 이온트랩 질량분리기; 및
    상기 이온트랩 질량분리기로부터 분리된 이온을 질량스펙트럼에 의해 검출하는 이온검출기;를 포함하여 이루어지되,
    상기 전자증배관모듈은 채널트론 전자증배관(CEM : Channeltron Electron Multiplier)모듈인 것을 특징으로 하는 자외선 다이오드와 CEM을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 다이오드의 온/오프 펄스신호에 따라 자외선방출 시간 및 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 자외선 다이오드와 CEM을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널트론 전자증배관모듈은 입구에서 상기 자외선 다이오드에서 방출된 대량의 자외선 광자를 주사하고, 상기 자외선광자들이 대량의 초기화 전자방출을 유도함에 따라 상기 채널트론 전자증배관 모듈의 출구에서 증폭된 고전류 전자빔을 획득하는 것을 특징으로 하는 자외선 다이오드와 CEM을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널트론 전자증배관 모듈은 자외선 광자가 입사되는 입구측에 음전압 '-500V ~ -2500V'가 인가되고, 증폭 방출되는 출구측에 '-10V ~ -500V'가 인가되는 것을 특징으로 하는 자외선 다이오드와 CEM을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 채널트론 전자증배관 모듈은 입구측과 출구측에 각각 음전압이 인가되도록 절연시키는 제1, 제2절연체를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자외선 다이오드와 CEM을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 다이오드와 전자증배관모듈, 전자 집적렌즈, 이온트랩 질량분리기 및 이온검출기는 10-3 ~ 10-11Torr의 진공챔버 안에 구성된 것을 특징으로 하는 자외선 다이오드와 CEM을 이용한 질량분석기의 이온화원 획득장치.
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