KR102665131B1 - 질량 분석기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시료 도입부; 상기 시료 도입부와 연결되며, 상기 시료 도입부로부터 도입된 시료를 이온화시키도록 구성되는 이온화부; 상기 이온화부에 인접하는 추출 렌즈 및 상기 추출 렌즈로부터 추출된 이온 빔을 가이딩하도록 구성되는 가이딩 렌즈를 포함하는 이온 렌즈부; 상기 이온화부 및 상기 이온 렌즈부 사이의 인터페이스부; 및 상기 이온 빔을 검출하도록 구성되는 검출부를 포함하되, 상기 추출 렌즈는 상기 인터페이스부에 인접하고, 제1 방향으로 연장되는 제1 축을 중심축으로 가지는 제1 추출 렌즈, 및 상기 제1 추출 렌즈와 상기 가이딩 렌즈 사이에 위치하고 상기 제1 축을 중심축으로 가지는 제2 추출 렌즈를 포함하고, 상기 제1 및 제2 추출 렌즈들 각각은 속이 빈 콘 형상을 갖고, 상기 제1 추출 렌즈는 그의 외측벽으로부터 상기 인터페이스부를 향해 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 제2 추출 렌즈의 내부 공간은 기둥 형상을 갖는 제1 공간, 및 상기 제1 공간으로부터 연장되는 콘 형상을 갖는 제2 공간을 포함하되, 상기 제1 축과 상기 제1 추출 렌즈의 전면은 제1 중심점을 교차점으로 가지고, 상기 제1 중심점과 상기 제2 추출 렌즈의 전면의 엣지 중 한 점을 잇는 가상의 제1 선분과 상기 제1 축이 이루는 각은 10°내지 22°이며, 상기 가이딩 렌즈는: 상기 제1 축을 중심축으로 가지는 제1 가이딩 렌즈; 및 상기 제1 축과 평행한 제2 축을 중심축으로 가지는 제2 가이딩 렌즈를 포함하되,상기 제1 가이딩 렌즈는: 상기 제2 추출 렌즈와 상기 제2 가이딩 렌즈 사이에 위치하는 제1a 부분; 및 상기 제1a 부분과 일체로 연결되며 상기 제2 가이딩 렌즈와 상기 제1 방향과 수직되는 제2 방향으로 중첩되는 제2a 부분을 제공하는 질량 분석기를 제공한다.

Description

질량 분석기{MASS SPECTROMETER}
본 발명은 질량 분석기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 환경 현장에서 사용되는, 이온 렌즈를 포함하는 질량 분석기에 관한 것이다.
반도체 제조 현장에서 공정 상태를 확인하기 위하여 여러 이온 또는 원소의 농도, 분포 등을 측정 및 분석할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 또한, 대기 및 수질의 오염이 가속화됨에 따라 환경 현장에서 오염 정도 등을 측정 및 분석할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 이러한 측정 및 분석을 위해 질량 분석기(mass spectrometer)가 사용될 수 있다.
질량 분석기는 질량 분석으로 화학 작용제 등을 식별 또는 분석하는 기기이다. 이러한 질량 분석기는 물질의 질량을 질량 대 전하의 비(mass-to-charge ratio)로 측정하여 시료의 구성성분을 분석할 수 있다. 질량 분석기 내에서 다양한 방법을 사용하여 시료가 이온화될 수 있다. 이온화된 시료는 전기장 및/또는 자기장을 지나면서 가속화될 수 있다. 즉, 이온화된 시료의 일부 또는 전부는 전기장 및/또는 자기장 등에 의해 경로가 휘어질 수 있다. 검출기는 이온화된 시료를 검출할 수 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 분석 대상 이온들의 투과율(transmission efficiency)이 높고 분해능(resolution) 및 측정 정확도가 개선된 질량 분석기를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 질량 분석기는 시료 도입부, 상기 시료 도입부와 연결되며, 상기 시료 도입부로부터 도입된 시료를 이온화시키도록 구성되는 이온화부, 상기 이온화부에 인접하는 추출 렌즈 및 상기 추출 렌즈로부터 추출된 이온 빔을 가이딩하도록 구성되는 가이딩 렌즈를 포함하는 이온 렌즈부, 상기 이온화부 및 상기 이온 렌즈부 사이의 인터페이스부, 및 상기 이온 빔을 검출하도록 구성되는 검출부를 포함하되, 상기 추출 렌즈는 상기 인터페이스부에 인접하는 제1 추출 렌즈, 및 상기 제1 추출 렌즈와 상기 가이딩 렌즈 사이의 제2 추출 렌즈를 포함하고, 상기 제1 및 제2 추출 렌즈들 각각은 속이 빈 콘 형상을 갖고, 상기 제1 추출 렌즈는 그의 외측벽으로부터 상기 인터페이스부를 향해 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 제2 추출 렌즈의 내부 공간은 기둥 형상을 갖는 제1 공간, 및 상기 제1 공간으로부터 연장되는 콘 형상을 갖는 제2 공간을 포함할 수 있다.
상기 제1 추출 렌즈는 0 V의 전압이 인가되도록 구성될 수 있다.
상기 인터페이스부는 스키머 콘을 포함하고, 상기 스키머 콘은 속이 빈 콘 형상을 갖는 제1 부분, 및 상기 제1 부분과 연결되며 속이 빈 기둥 형상을 갖는 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 스키머 콘의 상기 제1 부분의 후면은 상기 제1 추출 렌즈의 전면과 일치할 수 있다.
상기 스키머 콘의 상기 제1 부분의 후면은 상기 제1 추출 렌즈의 전면과 이격되고, 상기 스키머 콘의 상기 제1 부분의 후면과 상기 제1 추출 렌즈의 전면의 이격 거리는 0.5 mm 이하일 수 있다.
상기 제1 추출 렌즈는 상기 스키머 콘의 상기 제1 부분과 물리적으로 접촉할 수 있다.
상기 스키머 콘의 내측벽은 적어도 한 군데 이상의 단차를 포함하는 계단 구조를 가질 수 있다.
상기 스키머 콘의 내부 공간은 상기 제1 부분 내의 제1 공간, 제2 공간 및 제3 공간, 및 상기 제2 부분 내의 제4 공간을 포함하되, 상기 제1 공간은 콘 형상의 공간이고, 상기 제2 내지 제4 공간들 각각은 기둥 형상의 공간이고, 상기 제1 공간의 후면에서의 폭은 제2 공간의 폭과 실질적으로 동일하고, 상기 제2 공간의 폭은 상기 제3 공간의 폭보다 작고, 상기 제3 공간의 폭은 상기 제4 공간의 폭보다 작을 수 있다.
상기 제1 추출 렌즈의 적어도 일부는 상기 제4 공간 내에 제공될 수 있다.
상기 제1 추출 렌즈의 적어도 일부는 상기 제3 공간 내에 제공될 수 있다.
상기 제2 추출 렌즈의 적어도 일부는 상기 제1 추출 렌즈와 중첩되고, 상기 제2 추출 렌즈의 전면은 상기 제1 추출 렌즈의 전면과 상기 제1 추출 렌즈의 후면 사이에 위치할 수 있다.
상기 제2 추출 렌즈의 전면과 상기 제1 추출 렌즈의 전면 사이의 이격 거리는 4 mm 내지 10 mm일 수 있다.
상기 제1 추출 렌즈의 후면은 상기 인터페이스부의 내부에 위치할 수 있다.
상기 시료 도입부는 액체 상태의 시료를 에어로졸(aerosol) 상태로 바꾸도록 구성되는 네뷸라이저, 및 상기 네뷸라이저와 연결되며, 온도 제어를 통해 상대적으로 크기가 작은 에어로졸만이 상기 이온화부로 이동할 수 있도록 에어로졸의 흐름을 제어하도록 구성되는 스프레이 챔버를 포함할 수 있다.
상기 이온화부는 상기 시료 도입부의 상기 스프레이 챔버와 연결되고, 가장 안쪽에 배치되는 제1 튜브, 단부가 상기 이온 렌즈부를 향하고, 가장 바깥쪽에 배치되는 제3 튜브, 상기 제1 튜브 및 상기 제3 튜브 사이에 배치되는 제2 튜브, 및 상기 제3 튜브의 외부를 감싸는 나선 형상을 갖는 유도 코일을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 질량 분석기의 이온 렌즈부는 분석 대상 이온들의 손실을 방지 및/또는 최소화할 수 있다. 이에 따라, 분석 대상 이온들의 투과율이 높아질 수 있고, 결과적으로 본 발명에 따른 질량 분석기의 분해능 및 측정 정확도가 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 질량 분석기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 질량 분석기의 이온 렌즈부를 설명하기 위한 확대도로, 도 1의 A 부분에 대응된다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 질량 분석기의 이온 렌즈부를 보다 상세하게 설명하기 위한 확대도로, 도 2의 B 부분에 대응된다.
도 4는 비교예에 따른 질량 분석기의 이온 렌즈부 내에서의 이온 빔의 경로 및 투과율을 설명하기 위한 시뮬레이션 그림들이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 질량 분석기의 이온 렌즈부 내에서의 이온 빔의 경로 및 투과율을 설명하기 위한 시뮬레이션 그림들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한 본 명세서에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 층이 다른 층 '상(上)에' 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 상면에 직접 형성되거나 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 층 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 층이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 층을 다른 영역 또는 층과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서 제1 부분으로 언급된 부분이 다른 실시예에서는 제2 부분으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 질량 분석기의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 질량 분석기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 질량 분석기는 시료 도입부(10), 이온화부(20), 인터페이스부(30), 이온 렌즈부(40), 반응부(50), 질량 분리부(60) 및 검출부(70)를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 질량 분석기는 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma; ICP)를 이용하는 질량 분석기인 것으로 도시 및 설명되었으나, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 본 발명에 따른 질량 분석기는 이하에서 도시 및 설명하는 이온 렌즈부(40)를 포함하는 다양한 방식의 질량 분석기일 수 있다.
시료 도입부(10)는 네뷸라이저(11) 및 스프레이 챔버(12)를 포함할 수 있다. 네뷸라이저(11)는 액체 상태의 시료를 에어로졸(aerosol) 상태로 바꾸어 스프레이 챔버(12) 내부로 주입할 수 있다. 스프레이 챔버(12)는 네뷸라이저(11)와 연결될 수 있다. 스프레이 챔버(12)는 시료의 변동을 줄이고, 후술하는 이온화부(20)로 이동하는 시료의 크기 및 양을 일정하게 할 수 있다. 구체적으로, 스프레이 챔버(12)는 온도 제어를 통해 상대적으로 크기가 큰 에어로졸을 제거하고 상대적으로 크기가 작은 에어로졸만이 이온화부(20)로 이동할 수 있도록 에어로졸의 흐름을 제어할 수 있다. 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 가스 공급관을 통해 네뷸라이저(11) 및/또는 스프레이 챔버(12)에 캐리어 가스(carrier gas)가 공급될 수 있다. 캐리어 가스는 시료가 플라즈마(P)로 도입되도록 할 수 있다.
이온화부(20)는 시료 도입부(10)와 연결될 수 있다. 이온화부(20)는, 예를 들어, 플라즈마 토치(plasma torch)로 지칭될 수 있다. 이온화부(20)는 제1 튜브(21), 제2 튜브(22), 제3 튜브(23) 및 유도 코일(26)을 포함할 수 있다.
제1 튜브(21)는 시료 도입부(10)의 스프레이 챔버(12)와 연결될 수 있고, 이온화부(20)의 가장 안쪽에 배치될 수 있다. 제3 튜브(23)는 이온화부(20)의 가장 바깥쪽에 배치될 수 있고, 제2 튜브(22)는 제1 튜브(21)와 제3 튜브(23) 사이에 배치될 수 있다. 제2 튜브(22) 및 제3 튜브(23)는 각각 제1 가스 공급관(24) 및 제2 가스 공급관(25)과 연결될 수 있다. 제1 내지 제3 튜브들(201, 202, 203)은 각각 제1 방향(D1)으로 연장되는 속이 빈 기둥 형상을 가질 수 있다. 제1 내지 제3 튜브들(201, 202, 203)은, 제1 방향(D1)과 직교하는 평면으로 자른 단면적 관점에서, 중심축들이 서로 일치하는 동심원 형상을 가질 수 있다. 제1 내지 제3 튜브들(201, 202, 203)은, 예를 들어, 석영(Quartz), 알루미나(Alumina), 플래티넘(Platinum) 또는 사파이어(Sapphire)로 이루어질 수 있다.
제1 튜브(21)를 통해 시료 및 캐리어 가스가 이동할 수 있고, 제1 가스 공급관(24) 및 제2 튜브(22)를 통해 보조 가스(auxiliary gas)가 이동할 수 있으며, 제2 가스 공급관(25) 및 제3 튜브(23)를 통해 냉각 가스(coolant gas)가 이동할 수 있다. 보조 가스는 플라즈마(P)와의 접촉으로 제1 및 제2 튜브들(201, 202)의 단부가 손상되는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 냉각 가스는 플라즈마(P)와의 접촉으로 제3 튜브(23)의 내벽이 손상되는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 캐리어 가스, 보조 가스 및 냉각 가스는, 예를 들어, 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다.
유도 코일(26)은, 예를 들어, 제3 튜브(23) 외부를 적어도 2회 이상 감싸는 나선 형상을 가질 수 있다. 유도 코일(26)은 이온화부(20) 내부에 시간적으로 변화하는 강한 전자기장을 생성할 수 있다. 유도 코일(26)에 의해 생성된 전자기장은 내부의 가스를 방전시켜 플라즈마(P)를 생성할 수 있다. 고온의 플라즈마(P)는 시료 도입부(10)로부터 도입된 에어로졸 상태의 시료를 이온화시킬 수 있다.
실시예들에 따르면, 이온화부(20)는 유도 코일(26)과 연결되는 고전력의 RF 전원 및 유도 코일(26)과 제3 튜브(23)의 외벽 사이의 차폐판을 더 포함할 수 있다.
인터페이스부(30)는 이온화부(20)에서 생성된 플라즈마(P)로부터 이온화된 시료를 이온 빔의 형태로 추출할 수 있다. 인터페이스부(30)는 제1 방향(D1)으로 이온화부(20)에 인접할 수 있다. 인터페이스부(30)는 챔버(CH)에 연결될 수 있다. 인터페이스부(30)는 이온화부(20)와 챔버(CH) 사이에 제공될 수 있다. 인터페이스부(30)는 이온 빔을 추출하는 샘플러 콘(sampler cone) 및 스키머 콘(skimmer cone)을 포함할 수 있다. 샘플러 콘 및 스키머 콘은, 예를 들어, 제1 방향(D1)으로 갈수록 제2 방향(D2)으로의 폭이 커지는 속이 빈 콘 형상을 가질 수 있다.
챔버(CH)의 내부에 이온 렌즈부(40), 반응부(50), 질량 분리부(60) 및 검출부(70)가 제공될 수 있다. 챔버(CH)의 내부는 진공 상태로 유지될 수 있다. 이온 렌즈부(40), 반응부(50), 질량 분리부(60) 및 검출부(70) 중 적어도 하나 이상은, 예를 들어, 챔버(CH) 내부의 서브-챔버들 내에 제공될 수 있고, 서브-챔버들은 챔버(CH)의 내부와 다른 진공 상태로 유지될 수 있다. 이온 렌즈부(40), 반응부(50), 질량 분리부(60) 및 검출부(70)는, 예를 들어, 제1 방향(D1)을 따라 배열될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이온 렌즈부(40)는 인터페이스부(30)와 반응부(50) 사이에 제공될 수 있다. 실시예들에 따르면, 이온 렌즈부(40)의 적어도 일부는 인터페이스부(30)와 연결 및/또는 중첩될 수 있다. 이온 렌즈부(40)는 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있고, 하나 이상의 렌즈를 통해 포톤, 중성 입자 등을 차단하고 분석 대상이 되는 이온들(이하, 분석 대상 이온들)의 경로를 제어할 수 있다. 이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여 이온 렌즈부(40)의 세부 구성에 대하여 상세히 설명한다.
반응부(50)는 이온 렌즈부(40)와 질량 분리부(60) 사이에 제공될 수 있다. 반응부(50)는 충돌/반응 셀(collision/reaction cell)로 지칭될 수 있다. 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 가스 공급관을 통해 반응부(50)에 충돌/반응 가스가 공급될 수 있다. 충돌/반응 가스는 반응부(50) 내부의 다양한 이온들과 충돌할 수 있고, 방해 이온들(예를 들어, 40Ar, 40Ar16O, 38ArH 등)을 비방해종으로 변환시키거나 분석 대상 이온들을 다른 질량을 갖는 이온들로 변환시킬 수 있다.
질량 분리부(60)는 반응부(50)와 검출부(70) 사이에 제공될 수 있다. 질량 분리부(60)는, 예를 들어, 사중극자(quadrupole) 방식, 이중 집속 자기 섹터(double focusing magnetic sector) 방식 또는 비행시간(time-of-flight) 방식을 이용할 수 있고, 이온들을 질량 대 전하 비(m/z)에 따라 분리할 수 있다. 도시된 바와 달리, 이온 렌즈부(40)와 반응부(50) 사이에 또 다른 질량 분리부(60)가 추가로 제공될 수 있다.
검출부(70)는 질량 분리부(60)의 말단과 인접할 수 있고, 질량 분리부(60)에서 분리된, 분석 대상 이온들의 질량 스펙트럼을 검출할 수 있다. 검출부(70)는, 예를 들어, 채널 전자 증배기(channel electron multiplier), 패러데이 컵(Faraday cup) 또는 이산 다이노드 전자 증배기(discrete dynode electron multiplier)를 이용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 질량 분석기의 이온 렌즈부를 설명하기 위한 확대도로, 도 1의 A 부분에 대응된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 질량 분석기의 이온 렌즈부(40)는 제1 추출 렌즈(EL1), 제2 추출 렌즈(EL2), 제1 가이딩 렌즈(GL1) 및 제2 가이딩 렌즈(GL2)를 포함할 수 있다. 제1 추출 렌즈(EL1), 제2 추출 렌즈(EL2), 제1 가이딩 렌즈(GL1) 및 제2 가이딩 렌즈(GL2)는 제1 방향(D1)을 따라 배열될 수 있다. 이때, 추출 렌즈들(EL1, EL2)의 개수 및 가이딩 렌즈들(GL1, GL2)의 개수는 예시적인 것일 뿐이고, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2)은 인터페이스부(30)에 인접하게 배치될 수 있다. 제1 추출 렌즈(EL1)는 인터페이스부(30)와 제2 추출 렌즈(EL2) 사이에 제공될 수 있고, 제2 추출 렌즈(EL2)는 제1 추출 렌즈(EL1)와 제1 가이딩 렌즈(GL1) 사이에 제공될 수 있다. 제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2) 각각은, 예를 들어, 제1 방향(D1)으로 갈수록 제2 방향(D2)으로의 폭이 커지는 속이 빈 콘 형상을 가질 수 있다. 제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2) 각각의 중심축은 제1 방향(D1)으로 연장되는 제1 축(AX1)과 일치할 수 있다. 제1 추출 렌즈(EL1)의 중심축은 제2 추출 렌즈(EL2)의 중심축과 일치할 수 있다. 제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2) 각각은 제1 축(AX1)을 중심으로 대칭적인 형상을 가질 수 있다. 제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2) 각각은 전면 및 후면에 개구들을 가질 수 있다. 본 명세서에서, 전면은 이온화부(20) 및 인터페이스부(30)를 향하는 방향(즉, 제1 방향(D1)의 반대 방향)의 면을 의미하고, 후면은 반응부(50)를 향하는 방향(즉, 제1 방향(D1))의 면을 의미한다. 전면 및 후면은 제1 방향(D1)과 직교하고 제2 방향(D2)과 나란한 면들일 수 있다.
제1 추출 렌즈(EL1)는 인터페이스부(30)를 향하는 제1 전면 개구(110), 및 제1 가이딩 렌즈(GL1)를 향하는 제1 후면 개구(130)를 가질 수 있다. 제1 전면 개구(110)의 직경은 제1 후면 개구(130)의 직경보다 작을 수 있다.
제1 추출 렌즈(EL1)는 외측벽으로부터 인터페이스부(30)를 향해 돌출되는 돌출부(EL1p)를 포함할 수 있다. 제1 추출 렌즈(EL1)의 돌출부(EL1p)는 외측벽을 둘러싸는 띠 형상을 가질 수도 있고, 복수로 제공되어 외측벽 상의 복수의 위치에 제공될 수도 있다.
제2 추출 렌즈(EL2)는 제1 추출 렌즈(EL1)의 제1 전면 개구(110)를 향하는 제2 전면 개구(210), 및 제1 가이딩 렌즈(GL1)를 향하는 제2 후면 개구(230)를 가질 수 있다. 제2 전면 개구(210)의 직경은 제2 후면 개구(230)보다 작을 수 있다. 제2 전면 개구(210)의 직경은 제1 후면 개구(130)의 직경보다 작을 수 있다.
제2 추출 렌즈(EL2)의 적어도 일부는 제1 추출 렌즈(EL1)와 제2 방향(D2)으로 중첩될 수 있다. 다시 말하면, 제2 추출 렌즈(EL2)의 적어도 일부는 제1 추출 렌즈(EL1)의 내부에 위치할 수 있다.
제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2)에 제1 전압 인가부들이 각각 연결될 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 전압 인가부들은 제1 추출 렌즈(EL1)의 제1 후면 개구(130) 및 제2 추출 렌즈(EL2)의 제2 후면 개구(230)에 각각 인접할 수 있다. 제1 전압 인가부들 각각에 인가된 전압에 의해 제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2)은 이온화부(20) 및 인터페이스부(30)를 통과한 이온 빔을 추출할 수 있다.
제1 추출 렌즈(EL1)에는 후술하는 스키머 콘(SC, 도 3 참조)과 동일한 0 V의 전압이 인가될 수 있다. 제1 추출 렌즈(EL1)에 0 V의 전압이 인가됨에 따라, 분석 대상 이온들은 전기장의 영향 없이 진공도(degree of vacuum)의 차이에 의해 스키머 콘(SC, 도 3 참조)으로부터 제1 추출 렌즈(EL1)의 내부 공간으로 이동할 수 있다. 환경 현장에서 오염 정도 등을 측정 및 분석하는 경우, 다른 환경들보다 매트릭스 성분들(즉, 분석 대상 이온이 아니면서 분석 대상 이온과 유사한 질량을 갖는 이온들)이 많고, 이러한 매트릭스 성분들을 제거하면서도 분석 대상 이온들의 손실을 줄이는 것이 중요한데(공간 전하 효과로 인해 매트릭스 성분들 및 분석 대상 이온들이 제1 축(AX1)을 따라 집중되지 않고 퍼져 나갈 수 있기 때문에), 제1 추출 렌즈(EL1)에 0 V의 전압이 인가되는 점 및 후술하는 기술적 특징들에 의해 분석 대상 이온들의 손실이 방지 및/또는 최소화될 수 있다. 이에 따라, 분석 대상 이온들의 투과율이 높아질 수 있고, 결과적으로 본 발명에 따른 질량 분석기의 분해능 및 측정 정확도가 개선될 수 있다.
제1 및 제2 가이딩 렌즈들(GL1, GL2)은 반응부(50)에 인접하게 배치될 수 있다. 제1 가이딩 렌즈(GL1)는 제2 추출 렌즈(EL2)와 제2 가이딩 렌즈(GL2) 사이에 제공될 수 있고, 제2 가이딩 렌즈(GL2)는 제1 가이딩 렌즈(GL1)와 반응부(50) 사이에 제공될 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 가이딩 렌즈(GL1)는 제2 추출 렌즈(EL2)와 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. 제1 및 제2 가이딩 렌즈들(GL1, GL2) 각각은 전면 및 후면에 개구들을 가질 수 있다. 제2 가이딩 렌즈(GL2)에서, 후면 개구의 직경은 전면 개구의 직경보다 작을 수 있다.
제1 가이딩 렌즈(GL1)의 중심축은 제1 축(AX1)과 일치할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 가이딩 렌즈(GL1)의 중심축은 후술하는 제1 가이딩 렌즈(GL1)의 제1 부분(GL1a)의 중심축으로 정의될 수 있다. 제1 가이딩 렌즈(GL1)의 중심축은 제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2) 각각의 중심축과 일치할 수 있다. 제2 가이딩 렌즈(GL2)의 중심축은 제1 축(AX1)과 평행하되, 제1 축(AX1)과 제2 방향(D2)으로 이격되는 제2 축(AX2)과 일치할 수 있다. 제2 가이딩 렌즈(GL2)의 중심축은 제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2) 및 제1 가이딩 렌즈(GL1) 각각의 중심축과 다를 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명은 이에 제한되지 않으며 제2 가이딩 렌즈(GL2)의 중심축은 제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2) 및 제1 가이딩 렌즈(GL1) 각각의 중심축과 일치할 수도 있다. 제2 가이딩 렌즈(GL2)의 후면 개구는 제2 축(AX2)이 지나는 곳에 위치할 수 있다.
제1 가이딩 렌즈(GL1)는, 예를 들어, 제2 추출 렌즈(EL2)와 제2 가이딩 렌즈(GL2) 사이에 제공되는 제1 부분(GL1a), 및 제1 부분(GL1b)과 일체로 연결되며 제2 가이딩 렌즈(GL2)와 제2 방향(D2)으로 중첩되는 제2 부분(GL1b)을 포함할 수 있다. 제2 부분(GL1b)은 제1 부분(GL1a)의 후면에 연결되어 서로 일체를 이룰 수 있다. 제1 부분(GL1a)은 제2 가이딩 렌즈(GL2)와 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. 제2 부분(GL1b)은 제2 가이딩 렌즈(GL2)와 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다.
제1 부분(GL1a)은 속이 빈 기둥 형상(예를 들어, 속이 빈 원기둥 형상)을 가질 수 있다. 제2 부분(GL1b)은 속이 빈 기둥 형상을 그의 중심축을 포함하는 평면으로 자른 것과 같은 형상을 가질 수 있다. 제2 부분(GL1b)의 하부는 제2 가이딩 렌즈(GL2)를 향해 열릴 수 있고, 제2 부분(GL1b)의 상부는 외부로부터 차단될 수 있다. 본 명세서에서, 하부는 제2 방향(D2)의 반대 방향을 향하는 부분을 의미하고, 상부는 제2 방향(D2)을 향하는 부분을 의미한다.
제2 가이딩 렌즈(GL2)는, 제1 가이딩 렌즈(GL1)의 제2 부분(GL1b)과 유사하게, 속이 빈 기둥 형상을 그의 중심축을 포함하는 평면으로 자른 것과 같은 형상을 가질 수 있다. 다만, 제1 가이딩 렌즈(GL1)의 제2 부분(GL1b)과 달리, 제2 가이딩 렌즈(GL2)의 상부는 제1 가이딩 렌즈(GL1)의 제2 부분(GL1b)을 향해 열릴 수 있고, 제2 가이딩 렌즈(GL2)의 하부는 외부로부터 차단될 수 있다. 실시예들에 따르면, 제2 가이딩 렌즈(GL2)는 제1 가이딩 렌즈(GL1)의 제1 부분(GL1a)과 물리적으로 연결될 수 있다.
제1 및 제2 가이딩 렌즈들(GL1, GL2)에 제2 전압 인가부들이 각각 연결될 수 있다. 제2 전압 인가부들 각각에 인가된 전압에 의해 제1 및 제2 가이딩 렌즈들(GL1, GL2)은 제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2)를 통과한 이온 빔의 경로를 제어할 수 있다. 제2 전압 인가부들 각각의 전압은 이온들의 에너지 별로 최적의 경로를 결정하기 위해 조정될 수 있다.
구체적으로, 제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2)을 통과한 이온 빔 중에서, 전하를 가진 이온들은 제2 전압 인가부들 각각에 인가된 전압에 의해 경로가 휘어져 제2 가이딩 렌즈(GL2)의 후면 개구를 통해 반응부(50)로 향할 수 있고, 직진성을 갖는 포톤, 중성 입자 등은 제1 축(AX1)을 따라 제1 방향(D1)으로 진행하여 제2 가이딩 렌즈(GL2)의 후면 개구를 통과하지 못하고 차단될 수 있다. 본 발명에 따른 질량 분석기의 제1 및 제2 가이딩 렌즈들(GL1, GL2)은 포톤, 중성 입자, 준 안정 이온(metastable ion) 등을 차단하고 분석 대상 이온들의 경로를 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 질량 분석기의 측정 정확도가 개선될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 질량 분석기의 이온 렌즈부를 보다 상세하게 설명하기 위한 확대도로, 도 2의 B 부분에 대응된다.
도 3을 참조하면, 이온 렌즈부(40)의 적어도 일부는 인터페이스부(30)와 제2 방향(D2)으로 중첩될 수 있다. 다시 말하면, 이온 렌즈부(40)의 적어도 일부는 인터페이스부(30)의 내부에 위치할 수 있다.
인터페이스부(30)는 스키머 콘(SC)을 포함할 수 있다. 스키머 콘(SC)은 제1 방향(D1)으로 갈수록 제2 방향(D2)으로의 폭이 커지는 속이 빈 콘 형상을 갖는 제1 부분(SCa), 및 제1 부분(SCa)과 연결되며 제1 방향(D1)으로 가면서 제2 방향(D2)으로의 폭이 일정한 속이 빈 기둥 형상을 갖는 제2 부분(SCb)을 포함할 수 있다. 제2 부분(SCb)은 제1 추출 렌즈(EL1)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다.
제1 부분(SCa)은, 예를 들어, 그의 후면(SCab)이 제1 추출 렌즈(EL1)의 전면(EL1f)과 실질적으로 동일한 곳에 위치하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 추출 렌즈(EL1)의 일부는 제1 부분(SCa)과 제2 방향(D2)으로 중첩되고, 제1 추출 렌즈(EL1)의 전면(EL1f)은 제1 부분(SCa)의 후면(SCab)과 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. 이때, 제1 추출 렌즈(EL1)는 제1 부분(SCa)과 물리적으로 접촉할 수도 있다. 다른 일 실시예에 따르면, 제1 추출 렌즈(EL1)는 제1 부분(SCa)과 제2 방향(D2)으로 중첩되지 않고, 제1 부분(SCa)의 후면(SCab)은 제1 추출 렌즈(EL1)의 전면(EL1f)과 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수도 있다. 제1 부분(SCa)의 후면(SCab)과 제1 추출 렌즈(EL1)의 전면(EL1f)이 이격되는 경우, 그 이격 거리는, 예를 들어, 약 0.5 mm보다 작을 수 있다.
스키머 콘(SC)의 내부 공간은 제1 부분(SCa) 내의 제1 공간(SCP1), 제2 공간(SCP2) 및 제3 공간(SCP3), 및 제2 부분(SCb) 내의 제4 공간(SCP4)을 포함할 수 있다. 스키머 콘(SC)의 제1 공간(SCP1)은, 예를 들어, 제1 방향(D1)으로 갈수록 제2 방향(D2)으로의 폭이 커지는 콘 형상의 공간일 수 있다. 스키머 콘(SC)의 제2 공간(SCP2), 제3 공간(SCP3) 및 제4 공간(SCP4) 각각은, 예를 들어, 제1 방향(D1)으로 가면서 제2 방향(D2)으로의 폭이 일정한 기둥 형상의 공간일 수 있다. 스키머 콘(SC)의 제1 공간(SCP1)의 후면에서의 제2 방향(D2)으로의 폭은 스키머 콘(SC)의 제2 공간(SCP2)의 제2 방향(D2)으로의 폭과 실질적으로 동일할 수 있다. 스키머 콘(SC)의 제2 공간(SCP2)의 제2 방향(D2)으로의 폭은 스키머 콘(SC)의 제3 공간(SCP3)의 제2 방향(D2)으로의 폭보다 작을 수 있다. 스키머 콘(SC)의 제3 공간(SCP3)의 제2 방향(D2)으로의 폭은 스키머 콘(SC)의 제4 공간(SCP4)의 제2 방향(D2)으로의 폭보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 스키머 콘(SC)의 내측벽은 적어도 한 군데 이상의 단차를 포함하는 계단 구조를 가질 수 있다.
제1 추출 렌즈(EL1)의 적어도 일부는 스키머 콘(SC)의 제4 공간(SCP4) 내에 제공될 수 있다. 제1 추출 렌즈(EL1)의 전면(EL1f)은 스키머 콘(SC)의 제3 공간(SCP3)의 후면(즉, 스키머 콘(SC)의 제1 부분(SCa)의 후면(SCab))과 실질적으로 동일한 곳에 위치할 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 추출 렌즈(EL1)의 적어도 일부는 스키머 콘(SC)의 제3 공간(SCP3) 내에 제공될 수도 있다.
돌출부(EL1p)를 포함하는 제1 추출 렌즈(EL1)는 스키머 콘(SC)의 내측벽의 계단 구조에 인접하게 배치될 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 추출 렌즈(EL1)의 돌출부(EL1p)는 스키머 콘(SC)의 내측벽의 계단 구조에 끼워 맞춰지도록 배치될 수도 있다. 제1 추출 렌즈(EL1)가 스키머 콘(SC)의 내측벽에 최대한 인접하게 배치되는 점(또는, 제1 추출 렌즈(EL1)의 돌출부(EL1p)가 스키머 콘(SC)의 내측벽의 계단 구조에 끼워 맞춰지는 점)에 의해, 분석 대상 이온들이 제1 추출 렌즈(EL1)의 외측벽을 따라 빠져 나가는 것이 방지 및/또는 최소화할 수 있다. 이에 따라, 분석 대상 이온들의 투과율이 높아질 수 있고, 결과적으로 본 발명에 따른 질량 분석기의 분해능 및 측정 정확도가 개선될 수 있다.
제2 추출 렌즈(EL2)의 전면(EL2f)은 제1 추출 렌즈(EL1)의 전면(EL1f)과 제1 추출 렌즈(EL1)의 후면(EL1b) 사이에 위치할 수 있다. 제2 추출 렌즈(EL2)의 전면(EL2f)과 제1 추출 렌즈(EL1)의 전면(EL1f)의 이격 거리(SD)는, 예를 들어, 약 4 mm 내지 약 10 mm일 수 있다. 제2 추출 렌즈(EL2)의 전면(EL2f)은, 후술하는 비교예에 비하여, 제1 추출 렌즈(EL1)의 전면(EL1f)에 가깝게 배치될 수 있고, 분석 대상 이온들이 제2 추출 렌즈(EL2)의 외측벽을 따라 빠져 나가는 것이 방지 및/또는 최소화할 수 있다. 이에 따라, 분석 대상 이온들의 투과율이 높아질 수 있고, 결과적으로 본 발명에 따른 질량 분석기의 분해능 및 측정 정확도가 개선될 수 있다.
제1 추출 렌즈(EL1)의 후면(EL1b)은 제2 추출 렌즈(EL2)의 전면(EL2f)과 제2 추출 렌즈(EL2)의 후면(EL2b) 사이에 위치할 수 있다. 제1 추출 렌즈(EL1)의 후면(EL1b)은 인터페이스부(30)의 내부에 위치할 수 있다. 제2 추출 렌즈(EL2)의 후면(EL2b)은 제1 추출 렌즈(EL1)의 후면(EL1b)으로부터 제1 방향(D1)으로 이격될 수 있다.
제2 추출 렌즈(EL2)의 내부 공간은 제1 추출 렌즈(EL1) 내에 위치하며 기둥 형상을 갖는 제1 공간(EL2P1), 및 제1 공간(EL2P1)으로부터 연장되는 콘 형상을 갖는 제2 공간(EL2P2)을 포함할 수 있다. 제2 추출 렌즈(EL2)의 제1 공간(EL2P1)은 전면(EL2f)으로부터 연장될 수 있다. 제2 추출 렌즈(EL2)의 제2 공간(EL2P2)은 제1 공간(EL2P1)으로부터 후면(EL2b)까지 연장될 수 있다. 제2 추출 렌즈(EL2)의 제1 공간(EL2P1)은 제2 추출 렌즈(EL2)로 입사되는 분석 대상 이온들이 제1 축(AX1)에 가깝게 집중되는 것을 도울 수 있고, 제2 추출 렌즈(EL2)의 후단에서의 분석 대상 이온들의 손실이 방지 및/또는 최소화될 수 있다. 이에 따라, 분석 대상 이온들의 투과율이 높아질 수 있고, 결과적으로 본 발명에 따른 질량 분석기의 분해능 및 측정 정확도가 개선될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 질량 분석기의 제1 및 제2 추출 렌즈들(EL1, EL2)은 아르곤 이온들의 적어도 일부를 제2 추출 렌즈(EL2)의 외측벽을 따라 방출시킬 수 있다. 다시 말하면, 제2 추출 렌즈(EL2)의 전면(EL2f)과 제1 추출 렌즈(EL1)의 전면(EL1f)이 이격되는 점에 의해, 제2 추출 렌즈(EL2)의 내부 공간으로 진행하는 아르곤 이온들의 양이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 질량 분석기의 분해능 및 측정 정확도가 개선될 수 있다.
도 4는 비교예에 따른 질량 분석기의 이온 렌즈부 내에서의 이온 빔의 경로 및 투과율을 설명하기 위한 시뮬레이션 그림들이다. 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 질량 분석기의 이온 렌즈부 내에서의 이온 빔의 경로 및 투과율을 설명하기 위한 시뮬레이션 그림들이다.
보다 구체적으로, 도 4는 측면 개구(150)를 갖는 제1 추출 렌즈(EL1)를 포함하는 질량 분석기(즉, 비교예에 따른 질량 분석기)에서의 이온들의 경로 및 투과율을 설명하기 위한 시뮬레이션 그림이고, 도 5는 본 발명에 따른 질량 분석기에서의 이온들의 경로 및 투과율을 설명하기 위한 그림이다. 이때, 공간 전하 효과에 의한 전류는 약 160 μA이며, 매트릭스 성분들 및 분석 대상 이온들을 포함하는 이온 빔(IB)은 약 40 amu(atomic mass unit) 내지 약 210 amu의 질량 범위를 갖는 것으로 설정되었다.
도 4 및 도 5에서 이온 렌즈들(EL1, EL2, GL1, GL2)을 통과하는 이온들의 투과율을 측정하기 위한 목적으로 후단에 검출기(D)를 배치한 것으로 도시 및 설명되나, 본 발명에 따른 질량 분석기는 이에 제한되지 않으며 이온 렌즈들(EL1, EL2, GL1, GL2)과 검출기(D) 사이에는 반응부(50, 도 1 참조) 및 질량 분리부(60, 도 1 참조)가 제공될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 비교예에 따른 질량 분석기에서 이온 빔(IB)의 투과율은 약 7.2%이고, 본 발명에 따른 질량 분석기에서 이온 빔(IB)의 투과율은 약 49.8%이다. 즉, 본 발명은 비교예에 비하여 이온 빔(IB)의 투과율이 약 6배 이상 높을 수 있다. 본 발명에 따른 질량 분석기는 분석 대상 이온들의 손실을 줄임으로써 분해능 및 측정 정확도를 개선할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (15)

  1. 시료 도입부;
    상기 시료 도입부와 연결되며, 상기 시료 도입부로부터 도입된 시료를 이온화시키도록 구성되는 이온화부;
    상기 이온화부에 인접하는 추출 렌즈 및 상기 추출 렌즈로부터 추출된 이온 빔을 가이딩하도록 구성되는 가이딩 렌즈를 포함하는 이온 렌즈부;
    상기 이온화부 및 상기 이온 렌즈부 사이의 인터페이스부; 및
    상기 이온 빔을 검출하도록 구성되는 검출부를 포함하되,
    상기 추출 렌즈는 상기 인터페이스부에 인접하고, 제1 방향으로 연장되는 제1 축을 중심축으로 가지는 제1 추출 렌즈, 및 상기 제1 추출 렌즈와 상기 가이딩 렌즈 사이에 위치하고 상기 제1 축을 중심축으로 가지는 제2 추출 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 추출 렌즈들 각각은 속이 빈 콘 형상을 갖고,
    상기 제1 추출 렌즈는 그의 외측벽으로부터 상기 인터페이스부를 향해 돌출되는 돌출부를 포함하고,
    상기 제2 추출 렌즈의 내부 공간은 기둥 형상을 갖는 제1 공간, 및 상기 제1 공간으로부터 연장되는 콘 형상을 갖는 제2 공간을 포함하되,
    상기 제1 축과 상기 제1 추출 렌즈의 전면은 제1 중심점을 교차점으로 가지고,
    상기 제1 중심점과 상기 제2 추출 렌즈의 전면의 엣지 중 한 점을 잇는 가상의 제1 선분과 상기 제1 축이 이루는 각은 10°내지 22°이며,
    상기 가이딩 렌즈는:
    상기 제1 축을 중심축으로 가지는 제1 가이딩 렌즈; 및
    상기 제1 축과 평행한 제2 축을 중심축으로 가지는 제2 가이딩 렌즈를 포함하되,
    상기 제1 가이딩 렌즈는:
    상기 제2 추출 렌즈와 상기 제2 가이딩 렌즈 사이에 위치하는 제1a 부분; 및
    상기 제1a 부분과 일체로 연결되며 상기 제2 가이딩 렌즈와 상기 제1 방향과 수직되는 제2 방향으로 중첩되는 제2a 부분을 제공하는 질량 분석기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 추출 렌즈는 0 V의 전압이 인가되도록 구성되는 질량 분석기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 인터페이스부는 스키머 콘을 포함하고,
    상기 스키머 콘은 속이 빈 콘 형상을 갖는 제1 부분, 및 상기 제1 부분과 연결되며 속이 빈 기둥 형상을 갖는 제2 부분을 포함하는 질량 분석기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스키머 콘의 상기 제1 부분의 후면은 상기 제1 추출 렌즈의 전면과 일치하는 질량 분석기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 스키머 콘의 상기 제1 부분의 후면은 상기 제1 추출 렌즈의 전면과 이격되고,
    상기 스키머 콘의 상기 제1 부분의 후면과 상기 제1 추출 렌즈의 전면의 이격 거리는 0.5 mm 이하인 질량 분석기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 추출 렌즈는 상기 스키머 콘의 상기 제1 부분과 물리적으로 접촉하는 질량 분석기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 스키머 콘의 내측벽은 적어도 한 군데 이상의 단차를 포함하는 계단 구조를 갖는 질량 분석기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스키머 콘의 내부 공간은 상기 제1 부분 내의 제1 공간, 제2 공간 및 제3 공간, 및 상기 제2 부분 내의 제4 공간을 포함하되,
    상기 제1 공간은 콘 형상의 공간이고,
    상기 제2 내지 제4 공간들 각각은 기둥 형상의 공간이고,
    상기 제1 공간의 후면에서의 폭은 제2 공간의 폭과 실질적으로 동일하고,
    상기 제2 공간의 폭은 상기 제3 공간의 폭보다 작고,
    상기 제3 공간의 폭은 상기 제4 공간의 폭보다 작은 질량 분석기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 추출 렌즈의 적어도 일부는 상기 제4 공간 내에 제공되는 질량 분석기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 추출 렌즈의 적어도 일부는 상기 제3 공간 내에 제공되는 질량 분석기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 추출 렌즈의 적어도 일부는 상기 제1 추출 렌즈와 중첩되고,
    상기 제2 추출 렌즈의 전면은 상기 제1 추출 렌즈의 전면과 상기 제1 추출 렌즈의 후면 사이에 위치하는 질량 분석기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 추출 렌즈의 전면과 상기 제1 추출 렌즈의 전면 사이의 이격 거리는 4 mm 내지 10 mm인 질량 분석기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 추출 렌즈의 후면은 상기 인터페이스부의 내부에 위치하는 질량 분석기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료 도입부는:
    액체 상태의 시료를 에어로졸(aerosol) 상태로 바꾸도록 구성되는 네뷸라이저; 및
    상기 네뷸라이저와 연결되며, 온도 제어를 통해 상대적으로 크기가 작은 에어로졸만이 상기 이온화부로 이동할 수 있도록 에어로졸의 흐름을 제어하도록 구성되는 스프레이 챔버를 포함하는 질량 분석기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이온화부는:
    상기 시료 도입부의 상기 스프레이 챔버와 연결되고, 가장 안쪽에 배치되는 제1 튜브;
    단부가 상기 이온 렌즈부를 향하고, 가장 바깥쪽에 배치되는 제3 튜브;
    상기 제1 튜브 및 상기 제3 튜브 사이에 배치되는 제2 튜브; 및
    상기 제3 튜브의 외부를 감싸는 나선 형상을 갖는 유도 코일을 포함하는 질량 분석기.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005251546A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Yokogawa Analytical Systems Inc 高融点マトリックスサンプル用ｉｃｐ−ｍｓプラズマインターフェース
KR100748617B1 (ko) * 2006-10-13 2007-08-10 한국표준과학연구원 검출한계를 개선한 가스크로마토그래프―질량분석기
JP2015511704A (ja) 2012-03-16 2015-04-20 アナリティク イエナ アーゲーＡｎａｌｙｔｉｋ Ｊｅｎａ Ａｇ 質量分析計装置のための改良されたインタフェース
JP2015127683A (ja) * 2013-12-27 2015-07-09 アジレント・テクノロジーズ・インクＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． プラズマからのイオンビーム引き出し過程のゆらぎに対する信号安定性改善のためにイオン光学系パラメータを最適化する方法
KR101819534B1 (ko) 2017-07-14 2018-03-02 한국기초과학지원연구원 이온화 소스 및 그를 포함하는 이차이온 질량분석기
JP2019160785A (ja) 2018-03-13 2019-09-19 アジレント・テクノロジーズ・インクＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 誘導結合プラズマ質量分析（ｉｃｐ−ｍｓ）のためのタンデムのコリジョン／リアクションセル
JP2019164135A (ja) 2018-03-19 2019-09-26 アジレント・テクノロジーズ・インクＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 信号対雑音比および信号対バックグラウンド比が改善された誘導結合プラズマ質量分析（ｉｃｐ−ｍｓ）
JP2020068202A (ja) 2018-10-26 2020-04-30 アジレント・テクノロジーズ・インクＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 単一粒子誘導結合プラズマ質量分析（ｓｐ−ｉｃｐ−ｍｓ）を用いたナノ粒子の自動検出

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10142155A (ja) * 1996-11-12 1998-05-29 Shimadzu Corp Ｉｃｐ質量分析装置
JPH10144252A (ja) * 1996-11-15 1998-05-29 Shimadzu Corp 質量分析装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005251546A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Yokogawa Analytical Systems Inc 高融点マトリックスサンプル用ｉｃｐ−ｍｓプラズマインターフェース
KR100748617B1 (ko) * 2006-10-13 2007-08-10 한국표준과학연구원 검출한계를 개선한 가스크로마토그래프―질량분석기
JP2015511704A (ja) 2012-03-16 2015-04-20 アナリティク イエナ アーゲーＡｎａｌｙｔｉｋ Ｊｅｎａ Ａｇ 質量分析計装置のための改良されたインタフェース
JP2015127683A (ja) * 2013-12-27 2015-07-09 アジレント・テクノロジーズ・インクＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． プラズマからのイオンビーム引き出し過程のゆらぎに対する信号安定性改善のためにイオン光学系パラメータを最適化する方法
KR101819534B1 (ko) 2017-07-14 2018-03-02 한국기초과학지원연구원 이온화 소스 및 그를 포함하는 이차이온 질량분석기
JP2019160785A (ja) 2018-03-13 2019-09-19 アジレント・テクノロジーズ・インクＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 誘導結合プラズマ質量分析（ｉｃｐ−ｍｓ）のためのタンデムのコリジョン／リアクションセル
JP2019164135A (ja) 2018-03-19 2019-09-26 アジレント・テクノロジーズ・インクＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 信号対雑音比および信号対バックグラウンド比が改善された誘導結合プラズマ質量分析（ｉｃｐ−ｍｓ）
JP2020068202A (ja) 2018-10-26 2020-04-30 アジレント・テクノロジーズ・インクＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 単一粒子誘導結合プラズマ質量分析（ｓｐ−ｉｃｐ−ｍｓ）を用いたナノ粒子の自動検出

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