KR101986049B1 - 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치는, 유기물을 수용하기 위한 수용부; 상기 수용부에 수용된 상기 유기물을 고속 분사하여 클러스터를 생성하기 위한 클러스터 생성부; 상기 클러스터 생성부를 통과하여 생성된 클러스터를 임시적으로 수용하기 위한 광이온화부; 상기 광이온화부로 자외선을 조사함으로써, 상기 클러스터를 이온화시키기 위한 자외선 광원부; 및 상기 광이온화부의 양측에 마련되어, 상기 광이온화부에 전위차를 제공함으로써, 클러스터 이온 빔을 생성하기 위한 입구 전극부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 질량 분석기에 관한 것이다.
기존의 열 전자를 방출하여 이온화 하는 Gas Cluster Ion Beam(GCIB)는 고체 물질 및 화합물 이미징에 대한 심층 분석을 위한 강력한 기술이다.
하지만, 유기물 또는 생체 시료와 같은 바이오 시료를 분석하는 경우, 상대적으로 에너지가 큰 열 전자는 바이오 시료 분석에 적합한 1차 이온원인 유기물 클러스터를 폭격하여 분자 고리를 깨트릴 수 있기 때문에, 열 전자를 이온화 하는 방식은 바이오 시료 분석에 사용되기 적합하지 않다.
또한, 현재 상용화 되어 있는 1차 이온 빔은 Ga, Bi, O2, Cs, Ar, Xe, SF6 또는 C60가 사용되고 있는데, 이러한 1차 이온빔은 측정되는 다양한 유기물과 생체 시료의 종류에 따라서 분석의 적합한 조건을 만족시키기 어려운 문제점이 존재하였다.
따라서, 바이오 시료를 분석하기 적합한 이온 빔을 생성하는 장치 및 그 방법에 대한 필요성이 증대되고 있는 실정이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치는, 유기물을 수용하기 위한 수용부; 상기 수용부에 수용된 상기 유기물을 고속 분사하여 클러스터를 생성하기 위한 클러스터 생성부; 상기 클러스터 생성부를 통과하여 생성된 클러스터를 임시적으로 수용하기 위한 광이온화부; 상기 광이온화부로 자외선을 조사함으로써, 상기 클러스터를 이온화시키기 위한 자외선 광원부; 및 상기 광이온화부의 양측에 마련되어, 상기 광이온화부에 전위차를 제공함으로써, 클러스터 이온 빔을 생성하기 위한 입구 전극부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치는, 상기 클러스터 이온 빔의 진행 방향을 기준으로 상기 입구 전극부의 하류 방향에 위치하고, 상기 클러스터 이온 빔의 클러스터 크기를 조절할 수 있는 매스 게이트를 더 포함할 수 있다.
상기 매스 게이트는, 상기 클러스터 이온 빔의 진행 경로 상에 위치하고, 인가되는 전위의 크기에 따라, 상기 이온 빔 생성 장치에서 생성되는 상기 클러스터 이온 빔의 통과 여부가 조절될 수 있다.
일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치는, 사용자로부터 선택된 상기 클러스터 이온 빔의 클러스터 크기를 기초로, 상기 자외선 광원부로부터 조사되는 자외선의 조사 시점과, 상기 매스 게이트에서 상기 클러스터 이온 빔의 통과를 허용하는 활성 전위를 인가하는 활성 시점을 동기화시키기 위한 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 사용자로부터 선택된 상기 클러스터 이온 빔의 클러스터 크기를 기초로, 상기 매스 게이트에서 활성 전위를 인가하는 활성 시점 및 상기 인가 시점으로부터 활성 전위가 인가되는 활성 시간을 조절할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법은, 수용부에 수용된 유기물을 고속 분사하여 클러스터를 생성하는 클러스터 분사 단계; 상기 분사된 클러스터에 자외선을 조사하여 상기 클러스터를 광이온화시키는 광이온화 단계; 및 광이온화된 클러스터에 일 방향에 따라 전위 차이를 형성함으로써, 상기 일 방향으로 가속되는 클러스터 이온 빔을 형성하는 클러스터 이온 빔 가속 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법은, 상기 일 방향에 설치되는 매스 게이트에 선택적으로 전위를 인가함으로써, 상기 매스 게이트를 통과하는 상기 클러스터 이온 빔의 클러스터의 크기를 조절하는 클러스터 크기 조절 단계를 더 포함할 수 있다.
클러스터 크기 조절 단계는, 상기 자외선이 조사되는 시점을 기준으로, 상기 매스 게이트에서 상기 클러스터 이온 빔의 통과를 허용하는 활성 전위가 인가되는 활성 시점 및 상기 활성 전위를 인가하는 활성 시간을 조절함으로써 상기 클러스터 이온 빔의 클러스터의 크기가 선택될 수 있다.
일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법은, 사용자로부터 요구되는 상기 클러스터 이온 빔의 클러스터의 크기에 따라 상기 광이온화된 클러스터에 다수의 전위차가 형성되는 타이밍을 설정하는 클러스터 크기 설정 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 클러스터 크기 설정 단계는, 사용자로부터 상기 클러스터 이온 빔의 클러스터의 크기를 입력 받는 크기 입력 단계; 및 자외선이 조사되는 시점을 기준으로 상기 크기를 갖는 클러스터가 상기 클러스터 이온 빔의 통과를 조절하는 매스 게이트까지 도달하는 시간을 계산하여 상기 매스 게이트에 상기 클러스터 이온 빔의 통과를 허용하는 활성 전위가 인가되는 활성 시점을 설정하는 활성 시점 설정 단계를 포함할 수 있다.
상기 클러스터 크기 설정 단계는, 상기 활성 시점 설정 단계 이후에 수행되고, 상기 활성 시점을 기준으로 상기 크기보다 더 큰 클러스터가 상기 매스 게이트에 도달하는 사이의 시간을 계산하여 상기 활성 시점으로부터 상기 활성 전위가 인가되는 활성 시간을 설정하는 활성 시간 설정 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기는, 전술한 클러스터 이온 빔 생성 장치; 상기 클러스터 이온 빔에 의해 타격되는 시료를 지지하기 위한 시료 플레이트; 및 상기 시료의 표면에서 이차적으로 방출되는 2차 이온을 검출하기 위한 검출부를 포함할 수 있다.
상기 시료는 바이오 시료일 수 있다.
일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기는, 상기 검출부에서 검출된 상기 2차 이온의 비행시간 정보에 기초하여, 상기 2차 이온의 질량을 측정하기 위한 질량 분석 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예의 클러스터 이온 빔 생성 장치에 의하면, 바이오 시료를 분석하기에 적합한 유기 분자를 클러스터원으로 사용하여 이온화시킬 수 있다.
일 실시 예의 클러스터 이온 빔 생성 장치에 의하면, 유기물 클러스터 이온 빔의 클러스터의 크기를 선택적으로 조절하여 바이오 시료 분석에 적합하도록 조절할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 클러스터 크기 설정 단계를 나타내는 순서도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기를 나타내는 개략도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기를 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 클러스터 크기 설정 단계를 나타내는 순서도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기를 나타내는 개략도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기를 나타내는 블록도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 클러스터 이온 빔 생성 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)는, 바이오 시료 분석에 적합한 유기물을 클러스터로 생성하고 광이온화를 이용하여 생성된 유기물 클러스터를 소프트하게 이온화시키는 장치일 수 있다.
예를 들어, 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)에서 이온이 통과하는 공간은 모두 진공으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)는 수용부(11), 클러스터 생성부(12), 자외선 광원부(13), 광이온화부(14), 이온 통과부(15), 매스 게이트(16) 및 클러스터 이온 빔 제어부(17)를 포함할 수 있다.
수용부(11)는, 유기물 클러스터(C)를 형성할 유기물을 수용할 수 있다. 예를 들어, 수용부(11)에는, 바이오 시료의 분석에 적합한 유기물이 선택되어 수용될 수 있다. 예를 들어, 유기물은 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluen), 아닐린(Aniline) 및 페놀(Phenol) 등의 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 수용부(11)는, 액상 유기물을 수용 가능한 용기일 수 있다.
클러스터 생성부(12)는, 수용부(11)에 수용된 유기물을 인접하게 배치된 광이온화부(14)로 고속 분사할 수 있는 노즐을 포함할 수 있다. 예를 들어, 클러스터 생성부(12)에 의해 유기물은 초음속 팽창되어 다수의 분자 군집으로 이루어진 유기물 클러스터(C)의 형태로 광이온화부(14)에 유입될 수 있다.
자외선 광원부(13)는, 광이온화부(14)에 자외선(UV)을 방출하는 광원일 수 있다. 예를 들어, 자외선 광원부(13)에서 방출되는 자외선(UV)은 광이온화부(14)에 분사되는 클러스터(C)에 조사될 수 있다. 예를 들어, 자외선 광원부(13)에서 방출되는 자외선(UV)은 파장이 100 내지 280 ㎚ 사이로 형성되는 UV-C 자외선일수 있다.
예를 들어, 자외선 광원부(13) 및 광이온화부(14) 사이에는 자외선 광원부(13)에서 출력되는 자외선(UV)을 반사시키기 위한 거울(131)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 거울(131)의 배치는 하나의 예시에 불과하며, 복수 개의 거울(131)이 배치될 수도 있음을 밝혀 둔다.
광이온화부(14)는, 클러스터 생성부(12)로부터 분사된 유기물 클러스터(C)에 자외선 광원부(13)로부터 출력된 자외선(UV)이 조사 됨으로써, 다수의 유기물 클러스터(C)를 광이온화(photoionization) 시킬 수 있다.
예를 들어, 광이온화부(14)에서 형성된 유기물 클러스터(C)에 자외선(UV)이 조사되는 경우, 유기물 클러스터(C)를 형성하는 분자들이 자외선(UV)의 광자를 흡수함으로써, 원자 광전 효과(atomic photoelectric effect)에 의해 전자를 방출하게 되어 양전하를 갖는 다수의 클러스터(C)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 광이온화부(14)는 입구 전극부(141)를 포함할 수 있다.
입구 전극부(141)는, 광이온화부(14)에서 이온화된 유기물 클러스터(C)를 일 방향에 따라 조사하기 위해, 일 방향(이하, 조사 방향)에 따라 광이온화부(14)의 양측에 설치되는 전극일 수 있다.
예를 들어, 광이온화부(14)의 양측에 배치된 입구 전극부(141)에 전위차가 형성됨으로써, 이온화된 다수의 유기물 클러스터(C)는 조사 방향을 따라 집적하고 가속되는 클러스터 이온 빔(I_C)을 형성할 수 있고, 클러스터 이온 빔(I_C)은 조사 방향을 따라 이온 통과부(15)를 통과할 수 있다.
이온 통과부(15)는, 광이온화부(14)에서 조사 방향에 따라 출력되는 클러스터 이온 빔(I_C)이 통과되는 공간을 제공할 수 있다.
예를 들어, 이온 통과부(15)는, 복수개의 전극부(151)를 포함할 수 있다.
복수개의 전극부(151)는, 클러스터 이온 빔(I_C)의 조사 방향에 따라 이격되어 배치되는 복수개의 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어 복수개의 전극부(151)는 클러스터 이온 빔(I_C)의 조사 방향에 따른 전위차를 형성함으로써, 클러스터 이온 빔(I_C)의 직진성을 높일 수 있다 또한, 복수개의 전극부(151)에 형성되는 전위 차이를 조절함으로써 클러스터 이온 빔(I_C)의 속도 및 가속도를 원하는 수준으로 조절할 수 있다.
매스 게이트(16)는, 이온 통과부(15)의 일 구간에 형성되어 클러스터 이온 빔(I_C)의 클러스터 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 매스 게이트(16)는 클러스터 이온 빔(I_C)의 조사 방향에 따라 이온 통과부(15)의 하류 부분에 위치할 수 있다.
예를 들어, 매스 게이트(16)는, 전위가 형성될 수 있는 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 매스 게이트(16)는 인가되는 전위차의 크기에 따라, 매스 게이트(16)를 통과하는 클러스터 이온 빔(I_C)을 차단하거나 통과시킬 수 있다.
예를 들어, 클러스터 이온 빔(I_C)의 통과를 허용하는 전위차의 크기를 "활성 전위"라 할 수 있고, 클러스터 이온 빔(I_C)의 통과를 차단하는 전위차의 크기를 "비활성 전위"라 할 수 있다.
예를 들어, 매스 게이트(16)는, 자외선 광원부(13)로부터 자외선(UV)이 조사되는 시점을 기준으로 상기 활성 전위 및 비활성 전위를 인가하는 시점 및 그 전위를 인가하는 시간 또는 간격을 조절함으로써, 광이온화부(14)에서 조사되는 클러스터 이온 빔(I_C)에서, 특정 크기 및 질량을 갖는 광이온화된 클러스터(C)만의 통과를 허용할 수 있다.
예를 들어, 광이온화부(14)에서 광이온화된 다수의 유기물 클러스터(C)는, 각각의 클러스터를 형성하는 유기물 분자의 개수가 상이할 수 있다. 따라서, 광이온화된 다수의 유기물 클러스터(C)가 전위차에 의해 이온 통과부(15)를 통과하면서 가속되는 경우, 각각의 클러스터(C)는, 형성되는 분자의 개수에 따라, 이온 통과부(15)를 통과하는 속도 및 순서가 다르게 형성될 수 있다.
예를 들어, 분자의 개수가 적은 클러스터(C)일 경우, 그 질량이 상대적으로 작으므로, 빠르게 가속되어 먼저 광이온화부(14)를 통과할 수 있지만, 분자의 개수가 많은 클러스터(C)일 경우, 질량이 상대적으로 크기 때문에, 다른 클러스터(C)들 보다 늦게 광이온화부(14)를 통과할 수 있다.
따라서, 매스 게이트(16)는 클러스터 이온 빔(I_C)을 형성하는 다수의 광이온화된 클러스터(C)들이 통과하는 광이온화부(14)에 설치되어, 특정 시점에 특정 시간만큼만 광이온화된 클러스터(C)의 통과를 허용함으로써, 매스 게이트(16)를 통과하는 광이온화된 클러스터(C)의 크기 또는 분자 개수를 조절하는 것이 가능할 수 있다.
예를 들어, 매스 게이트(16)로부터 취사 선택된 광이온화된 클러스터(C)가 광이온화부(14)를 통과하면서 형성하는 이온의 집적된 흐름을 "1차 이온 빔(I_1)"이라 할 수 있지만, 클러스터 이온 빔(I_C)이라 하여도 무방하다.
클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 클러스터 생성부(12)를 구동하여 수용부(11)에 수용되어 있는 유기물을 광이온화부(14)에 고속 분사 시킬 수 있다.
예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 자외선 광원부(13)를 구동하여, 자외선(UV)을 광이온화부(14)에 조사함으로써, 클러스터 생성부(12)로부터 분사되는 다수의 클러스터(C)의 광이온화를 수행할 수 있다.
예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 클러스터 생성부(12)의 클러스터(C)의 분사 시점 및 자외선 광원부(13)의 자외선(UV)의 조사 시점을 측정할 수 있고, 클러스터(C)의 분사 와 자외선(UV)의 조사가 동시에 수행될 수 있도록 상기 분사 시점과 조사 시점을 일정한 시간 간격에 따라 동기화 시킬 수 있다.
예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 입구 전극부(141)에 전위차를 형성하여, 광이온화된 다수의 클러스터(C)들을 일방향으로 가속함으로써, 클러스터 이온 빔(I_C)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 입구 전극부(141) 및 복수개의 전극부(151)에 인가되는 전위 차이를 조절함으로써, 클러스터 이온 빔(I_C)의 속도 및 가속도를 조절할 수 있다.
예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 매스 게이트(16)의 전위를 선택적으로 인가함으로써, 클러스터 이온 빔(I_C)의 통과를 선택적으로 차단할 수 있다.
예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 자외선 광원부(13)의 조사 시점을 기준으로, 매스 게이트(16)에 활성 전위 또는 비활성 전위를 인가할 시점을 조절할 수 있다. 예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 평상시에는 항상 비활성 전위를 매스 게이트(16)에 인가할 수 있고, 특정한 크기 및 질량을 갖는 클러스터(C)의 통과를 허용하기 위해, 특정 시간 동안에만 활성 전위를 인가할 수 있다.
예를 들어, 활성 시점으로부터 클러스터 이온 빔 제어부(17)가 매스 게이트(16)에 활성 전위를 인가하는 시간 또는 간격을 "활성 시간"이라 할 수 있다.
예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는 입구 전극부(141) 및 복수개의 전극부(151)에 의해 형성되는 전위차를 통해서, 클러스터 이온 빔(I_C)을 형성하는 클러스터(C)의 크기별로 다르게 형성되는 속도 및 가속도를 계산할 수 있다.
예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는 사용자가 요구하는 1차 이온 빔(I_1)의 클러스터(C)의 크기에 따라, 매스 게이트(16)에 인가되는 활성 전위의 활성 시점 및 활성 시간을 조절함으로써, 그 크기에 해당하는 광이온화된 클러스터(C)만을 통과시킬 수 있다.
유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)에 의하면, 유기물을 클러스터원으로 사용함으로써 바이오 시료 측정에 적합한 이온 빔(I_1)을 출력할 수 있다.
또한, 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)는 출력되는 이온 빔(I_1)의 유기물 클러스터(C)의 크기를 조절하는 것이 가능하므로, 측정 대상이 되는 다양한 바이오 시료마다 적합한 크기의 클러스터 이온 빔(I_C)을 선택할 수 있는 옵션을 제공할 수 있다.
한편, 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)는, 전기장에 영향을 받지 않는 자외선의 광자를 통해 1차 이온 빔을 형성할 수 있으므로, 자외선 광원부(13)는 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)에 형성되는 복수개의 전극의 영향으로부터 자유롭게 배치될 수 있는 설계의 자유도를 부여할 수 있다.
또한, 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)는, 금속 또는 반도체를 고온으로 가열할 때 방출되는 열전자를 사용하는 종래의 이온 빔 발생 장치와 비교할 때, 금속 또는 반도체를 고온으로 가열하기 위해 사용되는 높은 에너지 출력 장비를 필요로 하지 않기 때문에, 적은 에너지의 공급만으로 1차 이온 빔을 생성할 수 있다.
더불어, 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)는, 자외선(UV)의 조사 방향을 정렬하기 위한 별도의 전자기적 요소를 필요로 하지 않으므로, 소형화를 달성할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법을 나타내는 순서도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 클러스터 크기 설정 단계를 나타내는 순서도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법은, 도 1 및 도 2에 도시된 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)를 이용하여 유기물을 통해 유기물 클러스터 이온 빔(I_C) 또는 특정한 클러스터의 크기를 갖는 1차 이온 빔(I_1)을 생성하는 방법일 수 있다.
예를 들어, 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법은, 클러스터 크기 설정 단계(31), 클러스터 분사 단계(32), 광이온화 단계(33), 클러스터 이온 빔 가속 단계(34) 및 클러스터 크기 조절 단계(35)를 포함할 수 있다.
클러스터 크기 설정 단계(31)는, 클러스터 이온 빔 제어부(17)가 사용자로부터 1차 이온 빔(I_1)의 원하는 클러스터(C)의 크기에 따라 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)에 다수의 전위차가 형성되는 타이밍을 설정하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 클러스터 크기 설정 단계(31)는 클러스터 크기 입력 단계(311), 활성 시점 설정 단계(312) 및 활성 시간 설정 단계(313)를 포함할 수 있다.
클러스터 크기 입력 단계(311)는, 클러스터 이온 빔 제어부(17)에서 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)를 통해 출력되는 1차 이온 빔(I_1)의 클러스터(C)의 크기를 입력받는 단계일 수 있다. 예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)에 입력되는 클러스터(C)의 크기는 특정한 크기 간격이 하나의 단위로 설정된 수치일 수 있다.
활성 시점 설정 단계(312)는, 클러스터 이온 빔 제어부(17)가 자외선(UV)의 조사 시점을 기준으로부터 입력받은 크기의 클러스터(C)가 매스 게이트(16)에 도달하는 활성 시점을 계산하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 활성 시점 설정 단계(312) 및 활성 시간 설정 단계(313)에서, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 입구 전극부(141), 복수개의 전극부(151) 및 매스 게이트(16)에 형성될 전위 차이를 토대로 이온 통과부(15)의 조사 방향에 따라 형성되는 전자기력의 영향을 예측할 수 있다.
또한, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 수용부(11)에 수용되는 유기물의 종류 및 입력된 클러스터(C)의 크기를 기초로, 해당 크기의 광이온화된 클러스터(C)가 이온 통과부(15) 내에서 형성되는 가속도 및 속도를 계산할 수 있다.
결과적으로, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는, 자외선의 조사 시점을 기준으로, 입력된 크기를 갖는 이온화된 클러스터(C)가 매스 게이트(16) 도달하는 시점인 활성 시점을 계산할 수 있다.
활성 시간 설정 단계(313)는, 클러스터 이온 빔 제어부(17)가 활성 시점을 기준으로, 입력된 클러스터(C)의 크기보다 한 단위가 더 큰 클러스터(C)가 매스 게이트(16)에 도달하는 사이의 시간인 활성 시간을 계산하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 활성 시간 설정 단계(313)는, 입력된 크기의 클러스터(C)의 활성 시간과 입력된 크기보다 한 단위가 더 큰 크기의 클러스터(C)의 활성 시간의 차이를 계산하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)에서 형성할 유기물 클러스터 이온 빔(I_C)의 클러스터(C)의 크기가 조절될 필요가 없는 경우, 클러스터 크기 설정 단계(31)는 생략될 수 있다.
클러스터 분사 단계(32)는, 클러스터 이온 빔 제어부(17)가 클러스터 생성부(12)를 구동하여, 수용부(11)에 수용된 유기물을 광이온화부(14)를 향해 고속으로 분사시켜 다수의 클러스터(C)를 생성하는 단계일 수 있다.
광이온화 단계(33)는, 클러스터 이온 빔 제어부(17)가 자외선 광원부(13)를 구동함으로써, 자외선 광원부(13)로부터 출력되는 자외선(UV)이 광이온화부(14)에 분사된 다수의 클러스터(C)에 조사되어 광이온화가 수행되는 단계일 수 있다.
클러스터 이온 빔 가속 단계(34)는, 클러스터 이온 빔 제어부(17)가 광이온화된 클러스터(C) 양측에 배치된 입구 전극부(141)에 전위 차이를 형성시킴으로써, 이온 통과부(15)를 향해 가속되는 클러스터 이온 빔(I_C)을 형성시키는 단계일 수 있다.
예를 들어, 클러스터 이온 빔 가속 단계(34)는, 클러스터 이온 빔 제어부(17)가 이온 통과부(15)의 복수개의 전극부(151)에 조사 방향에 따른 전위 차이를 형성함으로써, 이온화된 클러스터(C)의 가속도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
클러스터 크기 조절 단계(35)는, 클러스터 크기 설정 단계(31)에서 설정된 활성 시간 및 활성 시점에 따라 클러스터 이온 빔 제어부(17)가 매스 게이트(16)에 선택적으로 활성 전위를 인가함으로써, 매스 게이트(16)를 통과하는 1차 이온 빔(I_1)의 클러스터의 크기를 조절하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 클러스터 크기 조절 단계(35)는, 자외선 광원부(13)로부터 자외선이 조사되는 조사 시점을 기준으로, 클러스터 이온 빔 제어부(17)가 활성 시점 설정 단계(312)에서 미리 설정된 활성 시점에 매스 게이트(16)에 활성 전위가 인가될 수 있도록, 조사 시점과 활성 시점을 동기화하는 동기화 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 클러스터 이온 빔 제어부(17)는 평상시, 매스 게이트(16)에 비활성 전위를 인가함으로써, 클러스터 이온 빔(I_C)의 통과를 차단할 수 있지만, 클러스터(C)의 분사 이후, 상기 클러스터(C)에 자외선(UV)이 조사되는 시점으로부터 활성 시점이 되는 시점에 매스 게이트(16)에 활성 전위를 활성 시간 동안만 인가할 수 있다.
예를 들어, 활성 시간은 매우 짧은 시간일 수 있기 때문에, 매스 게이트(16)에 활성 전위를 형성하기 위해, 클러스터 이온 빔 제어부(17)가 매스 게이트(16)에 인가하는 전압의 신호는 펄스 형태로 형성될 수 있다.
클러스터 크기 조절 단계(35)에 의하면, 사용자가 원하는 클러스터(C)의 크기를 갖는 1차 이온 빔(I_1)을 외부로 조사하는 것이 가능할 수 있다.
예를 들어, 클러스터(C)의 크기를 조절하지 않고, 클러스터 이온 빔(I_C)을 그대로 조사할 경우, 클러스터 크기 설정 단계(31) 및 클러스터 크기 조절 단계(35)는 수행되지 않을 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기를 나타내는 개략도이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기를 나타내는 블록도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기(2)는, 도 1 및 도 2에 도시된 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)를 1차 이온 빔 소스로 사용하여 측정하고자 하는 시료(5)에 조사하여 방출되는 2차 이온(I_2)의 질량의 측정을 통해 상기 시료(5)의 성분을 분석하는 비행 시간형(Time of Flight, TOF) 2차 이온 질량 분석기(Secondary Ion Mass Spectrometer, SIMS)일 수 있다.
예를 들어, 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기(2)는, 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1), 시료 플레이트(21), 2차 이온 통과부(22), 검출부(24) 및 질량 분석 제어부(26)를 포함할 수 있다.
유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)는, 시료 플레이트(21) 상에 배치되는 시료(5)에 조사되는 유기물 클러스터 이온 빔(I_C)을 출력하는 1차 이온 소스로서, 도 1 및 도 2에서 전술한 구성과 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기(2)에서 이온이 통과하는 공간은 모두 진공으로 형성될 수 있다.
시료 플레이트(21)는, 측정 할 시료(5)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 시료(5)는 바이오 시료일 수 있다.
2차 이온 통과부(22)는, 시료 플레이트(21) 상에 배치된 시료(5)로부터 방출되는 2차 이온(I_2)이 검출부(24)를 향해 가속되는 공간일 수 있다.
마이크로 채널 플레이트(23)는, 2차 이온 통과부(22)에 설치되어 2차 이온 통과부(22)에 입사되는 2차 이온(I_2)을 2차 이온(I_2)의 진행 방향의 후방에 배치된 검출부(24)를 향해 진행되도록 2차 이온(I_2)을 증폭 및 유도할 수 있다.
검출부(24)는, 2차 이온 통과부(22)에 배치되어, 2차 이온 통과부(22)를 통과하는 2차 이온(I_2)을 검출할 수 있다.
질량 분석 제어부(26)는, 검출부(24)에 검출되는 2차 이온(I_2)의 시간 차이를 통해 2차 이온(I_2)의 질량을 분석함으로써, 시료(5)의 특성을 분석할 수 있다.
예를 들어, 질량 분석 제어부(26)는 클러스터 이온 빔 제어부(17)의 제어 구성 및 방식을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 질량 분석 제어부(26)는 도 1 내지 도 4에서 설명된 클러스터 이온 빔 제어부(17)의 제어를 대신 수행할 수 있다. 클러스터 이온 빔 제어부(17) 및 질량 분석 제어부(26)를 통칭하여, "제어부"라고 할 수도 있다.
일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기(2)에 의하면, 바이오 시료를 분석하기에 적합한 유기 분자의 클러스터를 1차 이온원으로 사용함으로써, 바이오 시료를 효과적으로 분석할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기(2)에 의하면, 측정하고자 하는 바이오 시료의 종류에 따라 유기물 클러스터 이온 빔의 클러스터의 크기를 적절하게 조절함으로써, 바이오 시료의 측정에 적합한 유기물 클러스터 이온 빔을 선택할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
Claims (14)
- 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluen), 아닐린(Aniline) 및 페놀(Phenol) 중 적어도 하나 이상의 유기물을 수용하기 위한 수용부;
상기 수용부에 수용된 상기 유기물을 고속 분사하여 유기물 클러스터를 생성하기 위한 클러스터 생성부;
상기 클러스터 생성부를 통과하여 생성된 유기물 클러스터를 임시적으로 수용하기 위한 광이온화부;
상기 광이온화부로 UV-C 파장 영역의 자외선을 조사함으로써, 광전 효과(photoelectric effect)에 의해 상기 유기물 클러스터를 광이온화(photoionization)시키기 위한 자외선 광원부;
상기 광이온화부의 양측에 마련되어, 상기 광이온화부에 전위차를 제공함으로써, 유기물 클러스터 이온 빔을 생성하기 위한 입구 전극부;
상기 유기물 클러스터 이온 빔의 진행 방향을 기준으로 상기 입구 전극부의 하류 방향에 위치하고, 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 클러스터 크기를 조절할 수 있는 매스 게이트; 및
사용자로부터 선택된 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 클러스터 크기를 기초로, 상기 자외선 광원부로부터 조사되는 자외선의 조사 시점과, 상기 매스 게이트에서 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 통과를 허용하는 활성 전위를 인가하는 활성 시점을 동기화시키기 위한 제어부를 포함하고,
상기 매스 게이트는, 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 진행 경로 상에 위치하고, 인가되는 전위의 크기에 따라, 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 통과 여부가 조절되는 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 사용자로부터 선택된 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 클러스터 크기를 기초로, 상기 매스 게이트에서 활성 전위를 인가하는 활성 시점 및 상기 인가 시점으로부터 활성 전위가 인가되는 활성 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치.
- 수용부에 수용된 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluen), 아닐린(Aniline) 및 페놀(Phenol) 중 적어도 하나 이상의 유기물을 고속 분사하여 유기물 클러스터를 생성하는 클러스터 분사 단계;
상기 분사된 유기물 클러스터에 UV-C 파장 영역의 자외선을 조사하여, 광전 효과(photoelectric effect)에 의해 상기 유기물 클러스터를 광이온화(photoionization)시키는 광이온화 단계;
사용자로부터 요구되는 유기물 클러스터 이온 빔의 클러스터의 크기에 따라 광이온화된 유기물 클러스터에 다수의 전위차가 형성되는 타이밍을 설정하는 클러스터 크기 설정 단계; 및
광이온화된 유기물 클러스터에 일 방향에 따라 전위 차이를 형성함으로써, 상기 일 방향으로 가속되는 유기물 클러스터 이온 빔을 형성하는 클러스터 이온 빔 가속 단계를 포함하는 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 일 방향에 설치되는 매스 게이트에 선택적으로 전위를 인가함으로써, 상기 매스 게이트를 통과하는 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 클러스터의 크기를 조절하는 클러스터 크기 조절 단계를 더 포함하는 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법.
- 수용부에 수용된 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluen), 아닐린(Aniline) 및 페놀(Phenol) 중 적어도 하나 이상의 유기물을 고속 분사하여 유기물 클러스터를 생성하는 클러스터 분사 단계;
상기 분사된 유기물 클러스터에 UV-C 파장 영역의 자외선을 조사하여, 광전 효과(photoelectric effect)에 의해 상기 유기물 클러스터를 광이온화(photoionization)시키는 광이온화 단계;
광이온화된 유기물 클러스터에 일 방향에 따라 전위 차이를 형성함으로써, 상기 일 방향으로 가속되는 유기물 클러스터 이온 빔을 형성하는 클러스터 이온 빔 가속 단계; 및
상기 일 방향에 설치되는 매스 게이트에 선택적으로 전위를 인가함으로써, 상기 매스 게이트를 통과하는 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 클러스터의 크기를 조절하는 클러스터 크기 조절 단계를 포함하고,
상기 클러스터 크기 조절 단계는,
상기 자외선이 조사되는 시점을 기준으로, 상기 매스 게이트에서 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 통과를 허용하는 활성 전위가 인가되는 활성 시점 및 상기 활성 전위를 인가하는 활성 시간을 조절함으로써 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 클러스터의 크기가 선택되는 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법.
- 삭제
- 제 6 항에 있어서,
상기 클러스터 크기 설정 단계는,
사용자로부터 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 클러스터의 크기를 입력 받는 크기 입력 단계; 및
자외선이 조사되는 시점을 기준으로 상기 크기를 갖는 유기물 클러스터가 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 통과를 조절하는 매스 게이트까지 도달하는 시간을 계산하여 상기 매스 게이트에 상기 유기물 클러스터 이온 빔의 통과를 허용하는 활성 전위가 인가되는 활성 시점을 설정하는 활성 시점 설정 단계를 포함하는 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 클러스터 크기 설정 단계는,
상기 활성 시점 설정 단계 이후에 수행되고, 상기 활성 시점을 기준으로 상기 크기보다 더 큰 유기물 클러스터가 상기 매스 게이트에 도달하는 사이의 시간을 계산하여 상기 활성 시점으로부터 상기 활성 전위가 인가되는 활성 시간을 설정하는 활성 시간 설정 단계를 더 포함하는 유기물 클러스터 이온 빔 생성 방법.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 기재된 유기물 클러스터 이온 빔 생성 장치;
상기 유기물 클러스터 이온 빔에 의해 타격되는 시료를 지지하기 위한 시료 플레이트; 및
상기 시료의 표면에서 이차적으로 방출되는 2차 이온을 검출하기 위한 검출부를 포함하는 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기.
- 제 12 항에 있어서,
상기 시료는 바이오 시료인 것을 특징으로 하는 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기.
- 제 12 항에 있어서,
상기 검출부에서 검출된 상기 2차 이온의 비행시간 정보에 기초하여, 상기 2차 이온의 질량을 측정하기 위한 질량 분석 제어부를 더 포함하는 유기물 클러스터 이온 빔 질량 분석기.
Priority Applications (2)
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