KR20010024251A - 비행 시간형 질량 분석계용 2차 이온 발생기 검출기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이온 검출기에는 2차 하전 입자 발생기가 포함되며, 이 발생기는 그 발생기에 접촉하는 1차 이온에 응답하여 2차 하전 입자를 발생시킨다. 상기 2차 하전 입자 발생기는, 전자 방출 검출기에 접촉하는 1차 이온 및 2차 하전 입자에 응답하여 전자를 발생시키는 전자 방출 검출기를 향해 2차 하전 입자를 반발시키는 정전기 전위를 갖는다. 상기 전자 방출 검출기는 2차 하전 입자를 끌어 당기는 전계를 갖는다. 상기 전자 방출 검출기에 의해 발생된 전자를 검출하고 신호를 발생시키는 애노드가 제공된다.

Description

비행 시간형 질량 분석계용 2차 이온 발생기 검출기{SECONDARY ION GENERATOR DETECTOR FOR TIME-OF-FLIGHT MASS SPECTROMETRY}

질량 대 전하비(m/z)가 큰 이온[약 12,000 달턴(daltons) 보다 큰 이온]은 통상적으로, 다음과 같은 몇몇 다른 이온화 기술(그러나, 이에 한정되는 것은 아니다), 즉 플라스마 탈리(脫離)/이온화(Plasman Desorption/Ionization, PDI), 매트릭스 보조식 레이저 탈리/이온화(Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization, MALDI), 표면 증대 레이저 탈리/이온화(Surface-enhanced Laser Desorption/Ionization, SELDI) 및 전자 분무 이온화(Electrospray Ionization, ESI) 등에 의해 발생될 수 있다. 상기 이온에 대한 m/z 값은, 대부분의 간단한 자기 섹터(magnetic sector), 정전기식 분석기(electrostatic analyzer), 자기 섹터 하이브리드(hybrid), 4극자 필터 분석기(quadrapole filter analyzer)에 대한 m/z 동적 범위를 초과할 정도로 크다. 그 결과, 이들 이온을 분석하는 것은 통상적으로, 이온 트랩 질량 분석계, 푸리에 전환 이온 사이클로트론 공명 질량 분석계, 비행 시간형(time-of-flight, TOF) 질량 분석계를 이용한다. TOF 장치는 전술한 다른 장치와 비교하여 간단하고 경제적이기 때문에, 이러한 큰 이온을 분석하는 데에 종종 사용된다.

비행 시간형 질량 분석 방법에 있어서, 하전된(이온화된) 분자가 진공에서 발생되며, 이온 광 조립체(ion-optic assembly)에 의해 형성된 전장(電場)에 의해 자유 비행 튜브(free-flight tube) 또는 드리프트(drift) 튜브 내로 가속화된다. 분자가 가속될 수 있는 속도는 가속 전위의 제곱근, 분자의 전하의 제곱근에 비례하고, 분자 질량의 제곱근에 반비례한다. 하전된 분자는 TOF 튜브 아래의 검출기 쪽으로 이동, 즉 "드리프트" 한다.

도 1에는 레이저 탈리 이온화 TOF 질량 분석계가 개략적으로 도시되어 있다. 간략하게 설명하면, 상기 장치에는 이온 광학 부품(ion optics)(20)이 포함되어 있고, 이 부품에는 리펠러(repeller)(21), 익스트랙터(extractor)(22) 및 접지판(ground plate)(23)이 포함되어 있다. 질량 필터(24)가 포함될 수도 있다. 검출기(25)가 상기 장치를 완성한다. 샘플/매트릭스 혼합물(30)의 결정화된 층이 탐침(probe)(19)의 표면에 도포되어 있다. 다음에, 상기 이온 광학 부품에 전압이 걸리고, 레이저 비임(31)이 상기 혼합물(30)에 가해져 이온을 방출, 즉 탈리시킨다. 리펠러(21)는, 예컨대 30 kV의 전위로 유지되고, 익스트랙터(22)는, 예컨대 15 kV의 전위로 유지되며, 접지판(23)은 접지 전위로 유지된다. 리펠러(21), 익스트랙터(22) 및 접지판(23) 사이의 전위 차이로 인해 전기장이 설정되어, 상기 탈리된 이온을 이온 광학 부품을 통해 가속시킨다. 상기 탈리된 이온 사이에는 매트릭스 분자 및 검체(檢體) 분자가 있다. 검체 분자가 관심 대상의 분자이기 때문에, 매트릭스 분자를 여과해 내기 위하여 질량 필터(24)를 사용할 수 있다. 질량 필터(24)에는 통상적으로 입구 판 및 출구 판(도시 생략)과, 검출기가 포함되어 있다. 마지막으로, 이온은 검출기(25)에 도달하고, 검출기까지 이동할 때의 비행 시간이 질량 대 전하비를 계산하는 데에 이용된다. 레이저 비임(31)이 비임 스플릿터(27)를 통과하여, 그 비임(31)의 일부가 트리거 포토 다이오우드(trigger photo diode)(32)를 활성화하기 때문에, 공정이 시작된 시간을 알 수 있다.

도 1에 도시한 것과 같은 레이저 탈리/이온화 비행 시간형 질량 분석계(LDIMS)가 MALDI 또는 SELDI 분석을 수행하는 데에 사용될 수 있다.

MALDI 분석을 위해, 샘플을 액체 상태의 에너지 흡수 화합물 또는 콜로이드(매트릭스)와 혼합하고, 그 용액을 불활성 탐침의 표면에서 고체 상태로 건조함으로써, 고체 상태의 공유 결정(co-crystals) 또는 박막으로서 샘플을 준비한다. SELDI 분석에 있어서, 상기 탐침 또는 샘플 제공 표면은 가해진 샘플의 이온화, 정화, 선택, 특징화 또는 수정시에 활성 역할을 한다. 몇몇 경우에 있어서, 에너지 흡수 분자(EAM)는 상기 샘플 제공 표면의 필수 성분이다. 다른 경우에 있어서, SELDI 표면이 상기 샘플과의 필요한 상호 작용을 완결한 후에 에너지 흡수 분자가 추가된다. EAM 적용 전략에 상관 없이, 탐침의 함유물은 LDIMS로의 도입 전에 상기 고체 상태로 건조될 수 있다.

검출기(25)의 출력은 트리거 포토 다이오우드(32)에 의해 감지된 발광 레이저 펄스(31)의 시간에 대한 시간의 함수로서 몇몇 듀티 사이클에서 통합된다. 다음에, 비행 시간을 나타내는 식을 이용하여 이온의 분자량을 결정한다. 즉, m/z=A(Tf-To)²인데, m/z는 결정된 이온 질량 대 전하비이고, Tf는 이온의 총 비행 시간이며, To는 타이밍 기구의 트리거링과 그 결과 이온의 가속 사이에 존재하는 시간 간격이고, A는 이온의 총 운동 에너지 및 총 비행 거리와 관련된 상수이다. A, To의 값은 잘 특징화된 검체의 실험적인 Tf 비행 수와 그 각각의 m/z를 비교함으로써 경험적으로 결정된다. A, To를 결정함으로써 상기 기구의 눈금 조정을 할 수 있고, m/z를 보다 정확하게 할당할 수 있다.

MALDI 분석 및 SELDI 분석 중에, 매트릭스 또는 EAM을 사용한 직접적인 결과로서 상당한 이온 집단(population)이 발생할 수 있다. 이들 이온은 관심 대상의 검체로부터 발생된 이온과 함께 검출기의 전환 표면(conversion surface) 쪽으로 하향 전달된다. ESI 분석에 있어서, 캐리어 용액을 구성하는 용매로부터 많은 수의 이온이 발생된다. SELDI 및 MALDI 경우에서처럼, 이들 이온은 검출기의 전환 표면 쪽으로 하향 전달된다. 이러한 모든 이온화 기술에 있어서, 이들 "원하지 않는 이온"이 전체 이온 흐름의 주성분이 되고, 관심의 대상인 검체 이온의 수를 훨씬 초과하는 것은 흔한 일이다. 단일의 LDIMS 스캔에 대한 이온 전달 시간 주기는 좀처럼 500 ㎲(microsecond)를 초과하지 않기 때문에, 전환/게인(gain) 과정 중에 소모된 검출기 전자는 보통, 이 급속한 듀티 사이클 중에 대체되지 않는다. 그 결과, 검출기 게인을 상당히 손상시키는 수준으로 전계가 붕괴되고 전하가 고갈된다.

전계의 붕괴 및 수반되는 게인 감소를 피하기 위하여, 현재 사용되는 기구는, 원하지 않는 이온이 이온 검출기와 충돌하지 않도록 하거나, 원하지 않는 최종 이온이 상기 전환 표면과 충돌한 후에 검출기 게인 전압이 급속히 스위치 온되는 방식을 제공한다. 전자는 질량 게이트 또는 질량 필터의 기능을 하는 추가의 이온 광학 요소 세트를 채용함으로써 달성된다. 후자는, 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor)와 같은 고속도의 스위칭 기구를 사용하여 달성된다. 이들 두 방법은 모두 너무 복잡하고, TOFMS 기구의 비용을 증대시킨다. 검출기 전환 표면의 게인 상승 시간은 종종 수 ㎲이기 때문에, 상기 급속한 스위칭 기술은 가파른 컷 오프 범위(steep cut-off range)를 고려하지 않으며, 그 듀티 사이클의 초기 위상 중에 부적절한 게인 가능성을 야기한다.

TOF 질량 분석계에서 이온 검출은 통상적으로, 전자 증배기(electron multiplier, EMP) 또는 미소 채널 판(microchannel plate, MCP)과 같은 전자 방출 검출기(electr-emmisive detector)를 사용하여 달성된다. 이들 두 기구는 모두 1차 입사 하전 입자를 2차, 3차, 4차 등의 전자들의 캐스케이드(cascade)로 전환시키는 기능을 한다. 단일의 입사 하전 입자의 충격에 의해 2차 전자들이 발생될 가능성은 상기 하전 입자의 이온에서 전자로의 전환 효율(또는, 더욱 간단하게는 전환 효율)로 취할 수 있다. 입사 하전 입자의 총 개수와 비교할 때 캐스케이드 사건을 위한 총 전자 수율(total electron yield for cascading events)은 통상적으로 검출기 게인으로서 설명된다. 일반적으로, MCP의 전체 응답 시간은 EMP의 전체 응답 시간보다 훨씬 뛰어나기 때문에, m/z 해상력을 증대시킴에 있어 EMP가 양호한 전자 방출 검출기이다. 그러나, EMP는 방출된 운동 에너지(disbursed kinetic energy)를 갖는 이온 집단을 검출함에 있어 잘 기능하는데, 여기서 급속한 응답 시간 및 넓은 주파수 밴드 폭은 필요하지 않다.

큰 이온의 전환 효율은 작은 이온의 전환 효율보다 작은 2~3 정도의 크기라고 알려져 있다. 이러한 효과를 보상하기 위하여, 2차 이온 발생기(SIG)가 사용되어 왔다. 이러한 2차 이온 발생기는 미국 특허 제5,382,793호 및 제5,594,243호에 개시되어 있고, 그 개시된 내용은 본원에 참고로 합체된다. 이러한 2차 이온 발생기를 이용하여, 1차 입사 이온이 접지 전위로 유지되는 2차 이온 발생기의 표면과 충돌하면, 스퍼터링 뿐만 아니라 1차 입사 이온들의 단편화(fragmentation)를 통해 2차 이온들이 발생되어, SIG 표면으로부터 유래되는 2차 금속 이온의 상당한 집단이 된다고 생각된다. 도 2a에는 별도의 SIG를 사용하는 MCP 검출기가 도시되어 있다. 이러한 장치에 있어서, SIG는 일반적으로 구리 또는 몇몇 구리 합금으로 구성된 낮은 투과율의 그리드이다. 입사 이온(M+H)+은 SIG와 충돌하여, 전자 및 SIG 구조 이온(이 실시예에서, Cu+)을 방출할 뿐만 아니라, 일련의 생성물 이온 및 중성자로 단편화된다고 간주된다. 후에, SIG 생성물 이온은 적절히 강한 전장(~-1 내지 -5 kV/cm)을 이용하여 MCP 전환 표면 쪽으로 가속된다. SIG 생성물 이온의 m/z는 통상, 큰 1차입사 이온의 m/z보다 훨씬 작기 때문에, 이온 전환 효율은 증대되고, 민감도는 2~3 정도의 크기 만큼 향상될 수 있다.

최근의 작업에 따르면, 이러한 2차 이온 발생기로부터의 스퍼터링된 생성물의 대부분은 실제 전자 및 금속 중성자로 방출되고, 전술한 것처럼 2차 금속 이온이 압도적이지 않다는 것이 밝혀졌다. 또한, 스퍼터링된 이들 생성물의 상당한 집단이 입사 이온 궤적의 원래 방향에 대해 역행 식으로 방출된다는 것이 밝혀졌다. 도 2c에 이러한 과정이 도시되어 있다.

SIG를 -50 내지 -3,000 볼트의 음전위에 바이어스하면, -2KV 보다 큰 음전위에 유지된 하부의 MCP 전환 표면에 의해 야기되는, 한 영역에서 다른 영역으로의 전장 투과인 임의의 강한 "자계 펀치(field punch)"를 억제함으로써, 1차 이온의 충돌 가능성이 개선된다는 것이 밝혀졌다. 이러한 자계 펀치는, 입사 이온을 SIG 그리드 와이어로부터 멀리, 그들 사이의 공간 내로 향하게 하여 SIG의 목적을 상실케 하는 가속 전계(accelerating field)를 제공한다.

SIG를 음전위에 바이어스하면 전자의 방출이 증대된다는 것도 증명되었다. 스퍼터된 중성자 생성물의 방출은 이러한 바이어스 중에 영향을 받지 않는다. 음으로 바이어스된 SIG는 통상적으로, 충격면이 SIG 바이어스시에 채용되는 전위를 초과하는 고 음전위에 유지되는 MCP 검출기 상에 장착되기 때문에, 전방 및 후방으로 스퍼터된 전자는 모두 역행 방식으로 후방으로 가속된다. 그 결과, 이들 전자는 스퍼터된 중성자들의 구름을 통해 구동되어, 전자 충격 이온화 메커니즘을 통해 상기 중성자를 스퍼터된 금속 이온들로 이온화한다. 이러한 방식으로, 이온 전환되어 후방으로 스퍼터된 중성자는 음으로 바이어스된 SIG 전계에 의해 가속되어, SIG를 통과하고 MCP의 표면과 충돌하여 고분자량 이온에 대한 민감도를 증대시키는 추가 검출 신호를 발생시킨다.

스퍼터된 중성자를 이온화하는 것 외에, 이러한 역행 전자는 전자 충격 메커니즘을 통한 비입사 이온 및 곧 입사되는 모이온의 단편화를 증대시킨다. 이들 단편 이온의 m/z는 그 큰 1차 이온에 대한 것보다 작기 때문에, 이온 전환 효율은 더욱 증대된다.

스퍼터된 금속 이온보다 스퍼터된 금속-중성자 생성물이 훨씬 더 많이 형성되고, 이들 생성물의 상당한 2 집단이 역행 또는 후방으로 스퍼터되는 방식으로 방출되고, 방출된 전자는 1차 이온을 단편화하거나 스퍼터된 중성자 생성물을 검출하기가 보다 쉬운 형태로 전환하는 데 사용될 수 있으며, 접지 전위 SIG를 통한 전계 투과에 의해 1차 이온 충격이 감소되기 때문에, 도 2a에 도시된 것과 같은 종래의 SIG 접근법은 이러한 2차 이온 발생 과정을 최적으로 이용하지 못한다. 따라서, 고분자량의 이온 검출은 SIG의 표면을 음으로 바이어스함로써 상당히 개선될 수 있다. 바이어스된 SIG는 하전되고 검출가능한 생성물을 발생시키는 데 보다 성공적이기 때문에, 이러한 구조를 이제는 2차 하전 입자 발생기(SCPG)라고 지칭하기로 한다.

SIG 또는 SCPG 단편화, 이온화 및 스퍼터 생성물은 복수의 회수, 질량 및 에너지에서 발생되고, 이러한 많은 생성물은 전방으로 균일하게 추진되지 않고, 따라서 그 비입사 모이온 대응물과 같이 동시에 MCP 전환 표면과 충돌하지 않는다. 따라서, 별도의 SCPG 또는 SIG 기구는 이온 전환 시간 스프레드(ion conversion time spread)를 도입하고, m/z 해상력을 감쇠시킬 수 있다. 이러한 이온 전환 시간 스프레드는, 측정 과정 중에 야기되는 다른 기존의 시간 스프레드와 비교할 때 상당하지 않다면 허용될 수도 있다. 큰 이온의 초기 이온 에너지 스프레드는 현재의 SELDI 및 MALDI TOF 기술의 에너지 집중 능력 이상이고, m/z 해상력에 있어서 제한 요인이다. 따라서, m/z 해상력을 현저히 감소시키지 않으면서 이온 전환 효율 및 검출 민감도를 증대시키기 위해, 별도의 SCPG 또는 SIG가 사용될 수 있다. 그러나, 보다 작은 이온에 대하여, 별도의 SCPG 또는 SIG를 이러한 용례에 사용하는 경우 m/z 해상력이 현저히 감소됨이 증명되었다.

SCPG 발생 생성물과 비입사 모이온 사이의 비행 불일치 시간을 완화시켜 질량 해상력을 개선하기 위하여, SCPG와 MCP 사이에 추가의 그리드 전극(차동 가속 그리드, DAG)을 사용할 수 있다는 것이 증명되었다. 이러한 장치가 도 2c에 도시되어 있다. SCPG 발생 스퍼터 생성물의 MW는 보통 그 입사 이온 또는 단편 이온 대응물의 그것보다 훨씬 낮다. 따라서, 스퍼터된 이온 생성물은 SCPG와 MCP 사이에 존재하는 전계 내에서 만들어진 가속에 의해 추진되어, 이들 다른 이온을 지나친다. 그 결과는 상기 입사 이온의 질량에 따라, 전방 단부의 왜곡된 검출 신호(front end distorted detection signal)로부터 초기에 도달하는 이온 집단의 해상력까지의 범위에 걸칠 수 있다. MW가 50 kDa 미만인 이온은 통상, 2 이상의 측정 가능한 신호를 제공할 수 있고, 더 무거운 이온은 단일의 전단부의 왜곡된 신호를 갖는 경향이 있다.

이러한 해상력의 왜곡은 SCPG와 MCP 사이에 저가속 전위를 놓음으로써 피할 수 있지만, 그와 같이 하면, 스퍼터되고 단편화된 SCPG 생성물의 최종 에너지가 감소되어, 검출기 표면에서의 그 전자 전환 효율이 감소된다. 또한, 고강도의 포스트 가속 전계를 이용하면, 비입사 모이온 검출 전환 효율이 개선되고, 큰 MW 이온에 대한 민감도가 더욱 증대된다는 것이 입증되었다. 따라서, SCPG와 MCP 표면 사이에 강한 가속 전계를 설정하는 것이 유리하다.

이러한 문제를 제거하는 양호한 방법에는 DAG를 사용하는 것을 포함한다. DAG 상에 전기적 전위를 놓는데, 이는 SCPG와 MCP 사이에 보통 존재하는 것보다 훨씬 낮은 전계를 SCPG와 DAG 사이에 설정한다. 이러한 방식으로, 스퍼터된 생성 이온은 크게 가속되지 않는다. 이들 스퍼터된 생성 이온의 초기 에너지는 낮기 때문에(20 eV 미만), 이온들은 상기 영역을 천천히 통과하여 이동한다. 비입사 모이온 및 입사 이온은 상당한 에너지 손실 없이 상기 영역을 고속으로 계속 통과하여, 상기 스퍼터된 생성물 이온을 통과한다. 스퍼터된 생성물 이온이 일단 DAG를 통과하며, 그 이온은 DAG 표면과 MCP 표면 사이에 존재하는 강한 전계에 의해 가속된다. DAG 전위는, 스퍼터된 생성물 이온이 MCP 표면의 충격 지점에서 모이온 집단을 따라 잡는 방식으로 스퍼터된 이온 및 모이온 집단의 추가 가속이 일어나도록 선택한다. 이런 식으로, 시간 스프레드는 최소화되고 해상력은 개선된다.

모이온 및 스퍼터된 생성물 이온을 시간 보상하는 데 요구되는 차동 가속의 정도는 질량에 종속적이기 때문에, DAG의 전위는 입사 이온의 질량이 변함에 따라 변해야 한다. 이는, 다른 타겟 질량에서 스캔이 단편적으로 수행되게 별도의 DC DAG를 사용함으로써 달성할 수 있다. 그러나, 이 기술은 다소 성가신 기술이다. 양호한 해결책은, DAG를 일정한 DC 전위에 유지하고, 진폭이 시간에 종속하는 AC 신호에 DAG를 용량적으로 접속하는 것이다. 상기 AC 신호의 시간에 종속하는 진폭의 변화는 모이온의 SCPG에 도달하는 시간과 동기화되어, 주어진 MW 분석 시간 중에 적절한 DAG 전위가 존재한다.

본 출원은 1997년 9월 23일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제60/059,828호의 부분 계속 출원(CIP)이다.

본 발명은 이온 검출기에 관한 것으로서, 구체적으로는 질량 대 전하비가 큰 이온을 선택적으로 검출하고 그러한 검출을 증대시킨 이온 검출기에 관한 것이다.

도 1은 레이저 탈리 이온화 비행 시간형 질량 분석계의 개략도이다.

도 2a는 별도의 그리드형 2차 이온 검출기의 개략도이다.

도 2b는 본 발명에 따른 전방 궤적의 2차 하전 입자 발생기 검출기의 개략도이다.

도 2c는 본 발명에 따라 AC에 접속된 DAG가 마련된 전방 궤적의 별도의 SCPG 이온 검출기의 개략도이다.

도 3은 오목한 집속 요소를 포함하는, 본 발명에 따른 역궤적의 2차 이온 발생기의 개략도이다.

도 4는 원추형 이온 렌즈를 포함하는, 본 발명에 따른 역궤적의 2차 이온 발생기의 개략도이다.

도 5는 스퍼터 각도의 함수로서 2차 하전 입자의 에너지를 나타내는 그래프이다.

도 6은 가능한 유기 코팅 및 이 코팅을 구리 백본(copper back bone)에 공유 부착(covalent attachment)하기 위한 수단을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따르면, 종래 기술의 상기 단점을 처리하는 검출기의 일실시예, 즉 전방 궤적 이온 검출기(forward trajectory ion detector)가 제공된다. 전방 궤적 이온 검출기에는 전계 유지용 그리드(field retaining grid)가 포함되는데, 이 그리드는 음으로 바이어스된 SCPG 그리드로 들어가 그 그리드와 충돌하여 1차 이온을 단편화하고, SCPG 표면으로부터 2차 전자, 스퍼터된 중성자 및 스퍼터된 이온을 생성할 수 있게 한다. 상기 SCPG는, 스퍼터된 중성자 생성물 및 모이온 내로의 전자 방출 및 전자 이젝션을 증대시키는 정전기 전위를 갖는 것이 좋다. 전자와 스퍼터된 중성자와의 충돌에 의해 추가로 스퍼터된 이온이 발생되고, 전자와 모이온과의 충돌에 의해 추가의 단편화가 증대된다. 다음에, 비입사 모이온, 입사 모이온 및 SCPG 생성물은 최종 신호를 발생시키는, 예컨대 미소 채널 판(microchannel plate)과 같은 전자 방출 검출기의 표면 쪽으로 가속된다.

일실시예에 있어서, 상기 전계 유지용 그리드는 분리되고 전계 유지용 튜브로 대체되는데, 이 튜브는 입사 이온이 검출기 조립체를 향해 자유 비행하는 중에 그 이온의 궤적에 해로운 영향을 주지 않도록, 바이어스된 SCPG 전장을 제어할 수 있게 해준다.

다른 실시예에 있어서, 상기 SCPG 그리드는, 모이온의 충돌에 의해 2차 전자 및/또는 하전 이온이 보다 효율적으로 방출될 수 있게, 비유기물, 방향족, 복합 파이계(conjugated pi systems) 및/또는 유기 금속 중합체(organo-metallic polymer)로 구성되는 필름으로 피복된다.

또 다른 실시예에 있어서, 본래의 모이온(intact parent ion) 및 SCPG 생성물의 포스트 가속에 의해 생기는 시간 스트레드가 검출기의 질량 해상력을 과도하게 감소시키지 않도록 SCPG와 전자 방출 검출기 사이에 DAG가 배치된다.

본 발명에 따르면, 종래 기술의 단점을 처리하는 이온 검출기의 제2 구조, 즉 역궤적(reverse trajectory) 이온 검출기가 제공된다. 역궤적 이온 검출기에는 제1 이온을 제1 이동 방향을 따라 제2 하전 입자 발생기 쪽으로 이동시키는, 전기적으로 차폐된 트랜스포터(electrically shielded transporter)가 포함된다. 상기 제2 하전 입자 발생기는 이 발생기에 접촉하는 상기 트랜스포터로부터의 제1 이온에 응답하여 2차 하전 입자를 발생시킨다. 상기 제2 하전 입자 발생기는 제2 하전 입자를 반발시키는 정전위(靜電位)를 갖는 것이 좋다. 상기 이온 검출기에는 적어도 하나의 전자 방출 검출기가 더 포함되는데, 상기 검출기에는 그 검출기에 접촉되는 되튀는 2차 하전 입자 발생기로부터의 2차 하전 입자 및 되튀는 1차 이온 단편(rebounding primary ion fragments)에 응답하여 전자를 발생시킨다. 상기 전자 방출 검출기는, 상기 1차 이동 방향에 적어도 부분적으로 역행하는 2차 이동 방향을 따라 상기 2차 하전 입자 및 되튀는 1차 이온 단편을 수용하도록 배치되어 있다. 상기 이온 검출기에는 상기 전자 방출 검출기에 의해 발생된 전자를 검출하고 신호를 발생하는 장치도 포함된다.

일실시예에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기는 스퍼터 효율(sputter efficiency)이 큰 금속 또는 금속 합금으로 구성된 중실형 포일(solid foil)이다. SCPG는, 모이온의 충돌에 의해 2차 전자 및/또는 하전 이온이 보다 효율적으로 방출되도록 무기물, 방향족, 복합 파이계 및/또는 유기 금속 폴리머로 구성된 필름으로 피복될 수도 있다. 따라서, 관심 대상의 모든 이온은, 2차 하전 입자를 생성하는 2차 하전 입자 발생기와 충돌한다. 2차 하전 입자 발생기는 2차 하전 입자를 반발시키는 정전위를 가질 수 있기 때문에, 2차 하전 입자의 흐름과 방향은 제어될 수 있고, 전자 방출 검출기와 접촉하는 2차 하전 입자의 수는 종래 기술과 비교할 때 크게 개선된다. 따라서, 본 발명의 역궤적 이온 검출기는 극히 효율적이다.

일실시예에 있어서, 상기 역궤적 이온 검출기에는 상기 반발된 2차 하전 입자 및 입사 1차 이온을 상기 전자 방출 검출기와 충돌하도록 방출 지향(disbursal directing)시키는 것을 도와주는 집속 요소가 포함된다. 이는 스퍼터된 생성물이 상기 트랜스포터를 통해 검출기를 떠나는 것을 방지함으로써 이온 검출 민감도를 증대시킨다. 이는 전자 방출 이온 전류 밀도도 감소시켜 포화를 피한다.

상기 역궤적 이온 검출기에는 2차 하전 입자 발생기와 전자 방출 검출기 사이에 전계 유지 입구 그리드(field retaining entrance grid)도 포함될 수 있다. 이 전계 유지 입구 그리드는 전자 방출 검출기의 표면에 의해 생긴 표류(漂流) 전장(stray electrical field)으로 인한 1차 이온 및 2차 생성물의 비행 궤적 혼동을 방지한다.

따라서, 본 발명의 두 구성은 2차 이온 발생 및 집속 과정을 개선함으로써 고분자량의 이온을 검출하는 개선된 이온 검출기를 제공한다. 전방 궤적 이온 검출기는, SCPG 표면의 전압 바이어스, SCPG 표면 상의 중합체 코팅을 증대시키는 2차 하전 입자, 용량적으로 또는 직접 접속된 DAG에 의한 감소된 시간 스프레드 성능을 통해 종래의 SCPG 또는 SIG 보다 개선된 성능을 제공한다. 역궤적 이온 검출기는 SCPF로서 작용하는 연속적이고, 통상 중실인 표면을 이용함으로써 종래의 것에 비해 개선된 성능을 제공한다. 모든 모이온은 상기 표면과 충돌하기 때문에, 2차 입자 발생은 별도의 그리드 2차 이온 또는 2차 하전 입자 발생기에 의한 것보다 현저히 많다. 두 경우에 있어서, 그 결과는 다른 2차 이온 발생 수단과 비교할 때 m/z가 큰 이온에 대한 민감도가 현정히 증대된다는 것이다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은, 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조 하여 이하의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 3에는 본 발명에 따른 역궤적의 이온 검출기(40)가 개략적으로 도시되어 있다. 이온 검출기(40)에는 차폐된 통로 튜브(41), 2차 하전 입자 발생기(42), 제1 미소 채널 판(43)과 제2 미소 채널 판(44)을 포함하는 전자 방출 검출기, 검출기 애노드(detector anode)(45)가 포함되어 있다. 양호한 실시예에 있어서, 상기 미소 채널 판과 검출기 애노드는 환형이고, 따라서 상기 차폐된 통로 튜브를 에워싼다. 후술하는 내용이 당업자에게 명백한 것처럼, 이는 필수적인 배치가 아니다. 그러나, 이러한 배치는 이온 전환 시간 스프레드를 최소화하기 때문에 바람직하다.

통로 튜브(41)는 이 튜브를 에워싸는 전장이 그 안에서 이동하는 1차 이온의 이동을 간섭하지 않도록 전기적으로 차폐되어야 한다. 유사하게, 통로 튜브(41)는 접지 전위 또는 자유 비행 전위(free flight potential)로 유지되어야 한다. 통로 튜브(41)는, 예컨대 티타늄, 금, 구리와 같은 전기 전도성 재료로 피복된 유리, 플라스틱, 중합체 등과 같은 재료로 구성될 수 있다. 별법으로서, 통로 튜브(41)는 중실형 금속 튜브 또는 원통형 그리드일 수 있다.

2차 하전 입자 발생기(SCPG)(42)에는 스퍼터 효율 또는 스퍼터 전위가 큰 재료로 구성된 접촉면(engagement surface)이 있는 것이 좋다. 스퍼터 효율이 크다는 것은, 다른 입자에 의해 충돌될 때 이온, 전자 및 양성자와 같은 2차 하전 입자 및 중성자를 스퍼터 해내는 재료의 경향을 지칭한다. 즉, 스퍼터 효율이 클수록, 재료가 다른 입자에 의해 충돌될 때 2차 하전 입자가 더 많이 방출된다(스퍼터 전위는 통상 승화열에 상응한다). 따라서, SCPG(42)에는 Cu, Au, Ag, Cd, Zn, Pb 및 이들 금속의 합금물(이들에 제한되는 것은 아니다)과 같이 스퍼터 효율이 큰 금속으로 구성된 접촉 측에 중실의 포일면이 있는 것이 좋다. 상기 포일면은 비투과성인 것이 좋다. 별법으로서, SCPG(42)는 Cu, Au, Ag, Cd, Zn, Pb 및 이들 금속의 합금물(이들에 제한되는 것은 아니다)과 같이 스퍼터 효율이 큰 중실의 금속 블록, 또는 스퍼터 효율이 큰 금속으로 피복된 중실의 지지체일 수 있다. 중실의 지지체 또는 포일 SCPG는 별법으로서, 스퍼터 전위가 큰 방향족, 치환 파이계(substituted pi system), 또는 복합 유기금속 중합체와 같이(그러나, 이들에 한정되는 것은 아니다) 이온 결정 또는 중합체 코팅으로 피복될 수도 있다. SCPG(42)는, 전기 전도성을 제공하고 스퍼터 능력이 있는 금속, 무기물 또는 유기물 중합체 코팅이 적어도 한 접촉 측을 따라 피복되어 있고 불활성 재료로 구성된 스켈튼(skelton)일 수 있다. SCPG(42)는 (투과율이 60% 미만인) 저투과율의 그리드(low transmission grid) 또는 고투과율의 그리드일 수도 있다. SCPG(42)는 통상 평탄하다. 마지막으로, SCPG(42)는 스퍼터된 하전 입자를 반발시킬 수 있도록 예컨대 +5 내지 +10 kV 범위의 전위로 유지되는 것이 좋다.

제1 및 제2 미소 채널 판(43, 44)은 도 3에 도시된 실시예에서 전자 방출 검출기로서 제공된다. 본원에서 사용되는 전자 방출 검출기라는 것은 하나 이상의 미소 채널 판, 전자 증배기, 이들의 하이브리드 등과 같이 후에 검출 및 신호 발생을 위해 전자를 방출하는 기구를 지칭한다. 이러한 판은 당업계에 잘 알려져 있다. 간략하게 설명하면, 각 판은 전기장에서 유지되는 복수 개의 미시적 튜브(microscopic tube)로 구성된다. 이들 튜브 벽에 이온이 충돌하면 전자 방출이 자극된다. 다음에, 이들 전자는 이들 튜브 아래로 쏟아져(캐스케이드) 더 많은 전자를 방출한다. 이로 인해 이온으로부터 전자로의 전기적 전하 전환이 생기고, 동시에 총 전하가 증가된다. 다음에, 이들 전자는 신호를 생성하는 전자 회로에 의해 이용된다. 본 실시예에 있어서, 전자를 검출하고 신호를 생성하기 위하여 검출기 애노드(45)가 제공된다.

미소 채널 판(43, 44)은 각각, 예컨대 -2 내지 -5 kV, -1 내지 -4 kV 범위의 전위에 유지되는 것이 좋다. 이는 음전위가 감소하기 때문에, 전자의 애노드(실질적인 접지 전위로 유지되는 것이 좋다)(25)로의 전파를 도와준다. 이하에서 보다 상세히 설명하는 전계 유지 입구 그리드(51)를 이용하지 않는다면, 2차 하전 입자 발생기와 관련하여 전장이 발생되어 2차 하전 입자를 끌어 당기는 것을 도와준다.

따라서, 역궤적의 이온 검출기(40)의 전체적인 작동에는, 차폐된 이온 통로 튜브(41)를 통과하여 이동하고, 그로부터 빠져 나와 2차 하전 입자 발생기(42)와 충돌(접촉)되는 1차 이온(46)이 포함된다. SCPG는 중실인 것이 좋기 때문에, 실질적으로 모든 1차 이온이 상기 발생기와 충돌한다. 다음에, 2차 하전 입자 발생기(42)는 통상적으로 금속 이온 금속 중성자, 또는 전자(및 가능하다면 실시예에 따라 양성자) 형태의 2차 하전 입자(47)를 방출 또는 "스퍼터"하는데, 2차 입자는 SCPG(420의 전기적 전위로 인해 SCPG(42)로부터 반발된다. 생성물 이온 및 중성자로 단편화된 되튀는 입사 1차 이온과 함께, 상기 하전 입자는 제1 미소 채널 판(43)으로 이동하고, 전술한 채널에서 충돌하여 캐스케이드 전자를 시동한다. 상기 하전 입자는 SCPG(42)와 MCP(43) 사이의 전위차로 인해 미소 채널 판(43) 쪽으로 가속된다.

다음에, 제1 미소 채널 판(43)으로부터 방출된 전자는 제2 미소 채널 판(44)과 충돌하여, 제2 미소 채널 판의 튜브 내에서 전자를 캐스케이드 및 방출하기 시작한다. 제2 미소 채널 판으로부터 방출된 전자는 검출기 애노드(45)에 의해 검출된다. 따라서, 포함된 시간에 기초하여, 1차 이온의 탈리에서 시작하여, 검출기 애노드(45)에서 전자를 검출할 때까지, SCPG(42)와 충돌하는 1차 이온의 질량을 계산할 수 있다.

전술한 바와 같이, 검출기 애노드(45) 뿐만 아니라, 미소 채널 판(43, 44)은 통로 튜브(41)를 에워쌀 필요는 없다는 것은 당업자에게 명백하다. 그들은 단지, 상기 통로 튜브 내에서 1차 이온의 이동 방향에 적어도 부분적으로 역행하는 방향으로 이동하는 반발된 2차 하전 입자를 수용하는 위치에 있도록 배치되면 된다. 환형의 배치가 바람직한데, 왜냐하면 이온 전환 시간 스프레드를 최소화하기 때문이다.

또한, 단 하나의 MCP 만이 필요하고, 요구되는 민감도에 따라 2 이상의 MCP가 사용될 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 전자 증배기와 같은 다른 전자 방출 검출기가 MCP 대신에 사용될 수도 있다. 별법으로서, 하이브리드 배치에서 하나 이상의 MCP와 함게 전자 증배기 등이 사용될 수도 있다.

도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 양호한 실시예에 있어서, 집속 요소(50)가 제공된다. 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 집속 요소(50)는 상기 차폐된 이온 통로 튜브와 반대쪽의 SCPG(42) 내에 센터링된 오목부이다. 오목한 집속 요소(50)는 전위에 의해 야기된 SCPG(42)의 표면을 따른 전장이 휘어지게 한다. 따라서, 스퍼터된 2차 하전 입자는 제1 미소 채널 판(43)과 충돌하도록 방출 지향된다. 대부분의 큰 1차 이온은 통로 튜브(41) 쪽으로 되튀는데, 왜냐하면 전장이 그 큰 이온을 "이동"시킬 정도로 강하지 않기 때문이다. 단편화된 좀 더 작은 이온 생성물은 전장에 의해 제1 미소 채널 판(43)과 충돌하도록 지향될 수도 있다. 따라서, 집속 요소(50)는 생성된 2차 하전 입자를 발산(發散)하여 미소 채널의 전환 표면의 분배된 영역과 충돌시키는 기능을 한다. 이는 스퍼터된 생성물이 통로 튜브를 통해 검출기를 떠나는 것을 방지함으로써 이온 검출 민감도를 증대시키고, 미소 채널 판 이온 전류 밀도를 감소시켜 포화를 피한다.

도 4에서, 집속 요소(50')는 차폐된 통로 튜브(41)의 출구에 연결된 원추형 이온 렌즈이다. 또한, 도 4에는 원추형 이온 렌즈(50') 아래의 통로 튜브를 에워싸는 전계 유지 입구 그리드(51) 및 전계 유지 입구 그리드 아래의 통로 튜브(41) 내의 렌즈 접지 그리드(52)가 포함되어 있다.

도 4의 실시예에서, SCPG(42)는, 예컨대 +5 kV 내지 +10 kV 범위의 전위로 유지되고, 그 결과 SCPG(42) 및 전계 유지 입구 그리드(51) 사이에 형성된 이온 가속 전계는 원추형 이온 렌즈를 강하게 통과하여, 렌즈 접지 그리드(52)에서 종료된다. 이러한 전계 통과에 의해 촛점이 흐려지는 효과가 생기고, 입사되는 1차 이온은 SCPG(42)의 표면 전체에 걸쳐 확산식으로 분배된다. 이러한 이온 가속 전계의 주변 영역은 평평하게 남아 있고, 스퍼터된 생성물을 상기 전계 유지 그리드를 통해 MCP(43)의 전환 표면 위로 향하게 한다. 따라서, 본 실시예에서, 1차 이온은 방출되어 이온 검출 민감도를 증대시킨다.

도 3에는 전계 유지 입구 그리드(51)도 도시되어 있고, 따라서 SCPG(42)는, 예컨대 +5 kV 내지 +10 kV 범위의 전위로 유지된다. 상기 그리드는 선택적이고, 최대량의 방출 스퍼터된 생성물이 제1 MCP(43)의 전환 표면과 충돌할 수 있게 스퍼터된 이온의 집속 정도를 야기하도록 SCPG(42)와 제1 MCP(43) 사이의 가속 전위를 정하거나 조정하는 데에 사용될 수 있다. 도 3의 실시예에서, 되튄 1차 이온 및 20 eV 이상의 에너지를 갖는 1차 생성물 이온은 대부분 SCPG(42)로부터 되튕기고, 통로 튜브를 통과한다. 따라서, 상기 이온들은 제1 MCP(43)의 전환 표면과 충돌하지 않고, 상기 전계 유지 입구 그리드는 되튄 생성물의 에너지와 스퍼터 생성물 에너지 사이의 차이로 인해 생기는 시간 스프레드를 감소시키는 것을 도와준다.

또한, 전계 유지 입구 그리드(51)는 전장 내의 프린지(fringe)를 감소시키고, SCPG(42)와 제1 MCO(43) 사이의 전장 선(filed lines)을 유지하는 것을 도와준다. 전장 유지 입구 그리드는 SCPG(42)와 MCP(43) 사이에 보다 균일한 가속 전장을 제공한다.

포일 표면의 법선에 대해 제로의 각도로 방출된, 스퍼터된 생성물의 에너지는 30 keV 입사 입자에 대해 500 eV보다 크지 않은 것으로 한다. 스퍼터된 생성물의 에너지 분포는 방출 각도에 대해 코사인 제곱 관계를 따라가는 것으로 예상된다. 도 5에는 +/- 90°분배에 걸쳐 야기된 스퍼터된 Cu+ 이온에 대한 에너지 형태가 도시되어 있다. 되튄 입사 이온 및 입사 생성물 이온의 에너지는 수백 내지 수천 eV 인 것으로 예상된다. 도 5에서 명백히 볼 수 있는 바와 같이, 제로 각도의 스퍼터된 생성물의 에너지가 가장 크다. "좀 더 양쪽"으로 갈수록 또는 90°에 보다 가까운 각도의 스퍼터된 생성물의 에너지는 더 작다. 따라서, 이들 약한 이온은 MCP(43)와 충돌하도록 전장에 의해 보다 쉽게 지향될 수 있다.

역궤적의 이온 검출기에서, 저투과율의 그리드 대신에 중실의 SCPG가 사용되기 때문에, 주어진 이온 집단과 SCPG과의 충돌 주파수는 예시된 그리드와의 그것보다 더 크게 한다. 종래의 용례에서처럼 입사 입자가 SCPG 또는 SIG 그리드와 충돌하면, 뒤로 흩어지는 생성물이 야기되어, 상당량의 스퍼터된 생성물은 전환되지 않는다. 중실의 SCPG의 이온 충돌 주파수는 그 SCPG 또는 SIG 그리드 대응물의 그것보다 크고, 중실의 SCPG로부터 스퍼터된 모든 생성물은 전환 가속 전장에 남아 있기 때문에, 상기 중실의 SCPG 구조는 그리드가 접근하는 것 보다 실질적으로 보다 민감하다.

이온 검출기(40)는 음의 2차 하전 입자 검출을 위해 구성될 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, -5 내지 -10kV 범위의 음전위가 SCPG(42)에 인가되고, +100 내지 +5 kV, +500 내지 +6 kV 범위의 양전위가 각각 MCP 검출기(43, 44)에 인가된다.

본 발명에 따른 전방 궤적의 이온 검출기(60)가 도 2b 및 도 2c에 개략적으로 도시되어 있다. 이온 검출기(60)에는 전장 유지 그리드(61), 그리드형 2차 하전 입자 발생기(62), 차동 가속 그리드(differential acceleration grid)(63), 제1 미소 채널 판(43) 및 제2 미소 채널 판(44)을 포함하는 전자 방출 검출기, 검출기 애노드(45)가 포함되어 있다. 역궤적의 이온 검출기와는 반대로, 검출기 애노드(45) 뿐만 아니라 MCP(43, 44)는 환형으로 배치하지 않은 중실의 조립체이다.

전계 유지 그리드(61)는, Ni, 스테인레스강 또는 다른 비강자성 합금(그러나, 이에 제한되는 것은 아니다)과 같이 스퍼터 전위가 낮은 재료로 구성되는 (투과율이 80% 이상의) 고투과율의 그리드인 것이 바람직하다. 입사 모이온의 단편화 또는 입사 이온이 전장 유지 그리드(61)를 통과할 때 2차 생성물의 생성을 최소화하기 위해서는 고투과율 및 낮은 스퍼터 전위가 바람직하다.

이러한 구조의 다른 실시예에 있어서, 전계 유지 그리드(61)는 도 2d에 도시한 것과 같은 전계 유지 튜브(64)로 대체된다. 전계 유지 튜브(64)는 금속, 전기 전도성 및 비강자성의 재료로 구성될 수 있다. 별법으로서, 전도성 플라스틱, 또는 전도성 중합체로 피복된 비전도성 재료로 구성될 수도 있다.

전계 유지 그리드(61) 및 전계 유지 튜브(64)는 접지 전위로 유지된다. 이들은, 질량 분석계 드리프트 튜브 내에서 비행 중에 모이온의 궤적을 역으로 바꿀 수 있는 SCPG(42), DAG(63), MCP(43, 44) 표면에 의해 발생된 임의의 방출 표류 전장의 강도를 제거 또는 약화시키는 기능을 한다.

그리드 SCPG(62)는 모이온 및 스퍼터된 생성물의 총 투과율을 최대로 하면서, 입사 모이온의 충돌 주파수를 최소화하도록 적당한 선밀도로 구성되는 것이 좋다. 통상적인 투과 효율은 30~70%의 범위에 있다. 상기 그리드는 스퍼터 효율 또는 스퍼터 전위가 큰 재료로 구성되는 것이 좋다. Cu, Au, Ag, Cd, Zn, Pb 및 이들 금속의 혼합물(그러나, 이에 한정되는 것은 아니다)과 같은 전술한 금속이 사용될 수도 있다. 또한, 그리드 SCPG(62)는, 전기 전도성을 제공하고 증대된 스퍼터링 능력을 제공하는 상기 체결쪽을 따라 덮는 이온 결정 또는 중합체로 코팅될 수 있다. 또한, 그리드 SCPG(62)는 스퍼터 전위가 큰 유기 재료가 공유 결합식으로 부착된 금속 스켈튼으로 구성될 수 있다. 이러한 재료로는 도 6에 나타낸 것처럼 방향족 화합물, 복합 파이계 유기 화합물, 유기 금속 화합물 등이 있다.

SCPG(62)의 스퍼터 생성물은 주로 전자 및 스퍼터된 SCPG 금속 중성자로 구성된다. 스퍼터된 SCPG 금속 이온의 일부가 방출된다. 전술한 무기물 또는 유기물 코팅이 사용된다면, 다량의 스퍼터된 이온이 유리(遊離)된다. 이들 스퍼터된 생성물의 초기 속도는 1차 모이온의 SCPG(62) 표면으로의 입사 각도에 종속한다. SCPG(62)에서 그리드 와이어 쪽을 스쳐 지나가는 이들 모이온은 전방으로 흩어지는 스퍼터된 생성물을 발생시킨다. SCPG(62)에서 대략 그리드 와이어에 대략 수직한 각도로 충돌하는 것들은 후방으로 흩어지는 혹은 역행하여 이동하는 스퍼터된 생성물을 발생시킨다. 각도가 수직에서 벗어남에 따라, 초기의 후방으로 스퍼터된 속도는 도 5에 도시한 바와 같이 코사인 제곱 방식으로 제로에 접근할 것으로 예상된다. 모든 경우에 있어서, 이들 스퍼터된 생성물의 초기 에너지는 낮다(통상 5 내지 20 eV).

그리드 SCPG(62)는 -50 내지 -3000 볼트 범위의 음전위에서 바이어스되는 것이 좋다. 이러한 바이어스는 , -2kV를 초과하는 고전위가 인가되어 1차 이온 및 SCP 생성물을 MCP(43)의 전환 표면 쪽으로 포스트 가속할 때, 하부의 MCP 조립체(43)에 의해 야기되는 어떤 강한 전계 펀치를 억제함으로써 1차 이온의 충돌 가능성을 개선한다. 이러한 전계 펀치는, 입사 이온을 SCPG 그리드 와이어로부터 멀리 그들 사이의 공간 내로 향하게 하는 가속 전계를 제공하는데, 이는 SCPG(62)의 목적을 상실케 한다. 음의 바이어스를 SCPG(62)에 인가하면, 이러한 전계 투과가 없어져, SCPG(62)와의 충돌 과정에 있는 이온이 그 원래의 궤적을 유지할 수 있게 하고, 따라서 1차 이온과 SCPG 와이어의 충돌 가능성이 증대된다.

SCPG(62)를 음전위로 바이어스하면 전자의 방출이 증대된다. 스퍼터된 중성자 생성물의 방출은 영향받지 않는다. 음으로 바이어스된 SCPG(62)는, 그 SCPG(62)를 바이어스할 때 채용되는 음전위를 초과하는 고 음전위(통상 -2 내지 -15 kV)로 충격 표면이 유지되는 MCP(43)보다 선행하기 때문에, 전방 및 후방으로 스퍼터된 전자는 역행 방식으로 후방으로 가속된다. 따라서, 이들 전자는 전방 및 후방으로 스퍼터된 중성자 구름을 통해 구동되어, 그 중성자를 전자 충격 이온화 메커니즘을 통해, 스퍼터된 금속 이온으로 이온화한다. 이런 방식으로, 이온 전환되고 후방으로 스퍼터된 중성자는 음으로 바이어스된 SCPG(62)의 전계에 의해 가속되어 SCPG(62)를 통과하고 MCP(43)의 표면과 충돌하여 추가 검출 신호를 생성하는데, 이 신호는 고분자량 이온에 대한 민감도를 증대시킨다.

스퍼터된 중성자를 이온화하는 것 외에, 상기 역행 전자는 비입사 모이온 및 곧 입사되는 모이온이 전자 충격 메커니즘을 통해 단편화되는 것을 증대시킨다. 이들 단편 이온의 m/z는 그 큰 1차 이온의 m/z보다 작기 때문에, 이온 전환 효율은 훨씬 증대된다.

차동 가속 그리드(DAG)(63)는 SCPG(62) 아래에 배치되어 있다. DAG(63)는 Ni 및 스테인레스강과 같이 스퍼터 전위가 낮은 금속으로 구성되는 고투과율의 그리드(투과율이 80% 이상)이다. 모이온이 DAG(63)와 충돌하여 단편 이온 또는 2차 하전 입자가 발생되는 것을 방지하기 위하여, 스퍼터 전위가 낮은 고투과율의 그리드가 바람직하다.

DAG(63)는 SCPG 발생 생성물과 비입사 모이온 사이의 비행 불일치 시간을 완화하는 데 사용되어, 검출기의 질량 해상력을 향상시킨다. 이러한 배치는 도 2c에 상세히 도시되어 있다. SCPG(62) 발생 스퍼터 생성물의 MW는 통상, 그 입사 이온 또는 단편 이온 대응물의 MW보다 훨씬 낮다. 따라서, SCPG(62)와 MCP(43) 사이에 존재하는 전계 내에서 발생된 가속은 스퍼터된 이온 생성물을 전환 표면 MCP(43)와 충돌하기 전에, 다른 이온을 지나 몰아 낸다. 입사 이온의 질량에 따라, 그 결과는 전방 단부 왜곡 검출 신호에서부터 초기 도달 이온 집중부의 해상력의 범위에 있을 수 있다. MW가 50 kDa 미만인 이온은 통상 2개 이상의 측정 가능한 신호를 만들어 낼 수 있고, 더 무거운 이온은 단 하나의 전방 단부 왜곡 신호를 갖는 경향이 있다.

이러한 해상력의 왜곡은 SCPG(62)와 MCP(43) 사이에 낮은 가속 전위를 둠으로써 피할 수 있지만, 그와 같이 하면 스퍼터되고 단편화된 SCPG 생성물의 최종 에너지가 크게 감소하여, MCP(43)의 전환 표면에서 그 전자 전환 효율이 감소하게 된다. 또한, 고강도의 포스트 가속 전계를 이용하면, 비입사 모이온 검출 전환 효율이 개선되어, MW가 큰 이온에 대한 민감도가 증대된다는 것이 입증되었다. 따라서, SCPG(62)와 MCP(43)의 표면 사이에 강한 가속 전계를 설정하는 것이 유리하다. 그 결과, 이러한 문제를 제거하기 위해 DAG(63)를 사용하는 것이 양호한 방법이다.

이러한 해상력 왜곡을 수정하기 위하여, DAG(63) 상에 전기 전위를 설정하는데, 이는 SCPG(62)와 DAG(63) 사이에 전계를 설정하며, 이는 SCPG(62)와 MCP(43) 사이에 존재하는 것보다 훨씬 더 낮다. 이러한 방식으로, 스퍼터된 생성 이온은 크게 가속되지 않게 된다. 이들 스퍼터된 생성 이온의 초기 에너지는 낮기 때문에(20 eV 미만), 상기 영역을 통해 천천히 이동된다. 비입사 모이온 및 입사 이온은 상당한 에너지 손실 없이, 상기 영역을 통해 계속 고속으로 이동하고, 스퍼터된 생성물 이온을 통과한다. 스퍼터된 생성물 이온이 일단 DAG(63)를 통과하면, 그 이온은 DAG(63)와 MCP(43) 사이에 존재하는 강한 전계에 의해 가속된다. DAG 전위는, 스퍼터된 생성물 이온이 MCP(43)의 표면과의 충돌 지점에서 모이온 집중부를 따라 잡는 식으로 스퍼터된 이온 및 모이온 집단의 포스트 DAG(63) 가속이 일어나도록 선택한다. 이런 식으로, 시간 스프레드는 최소화되고 해상력은 개선된다.

모이온 및 스퍼터된 생성물 이온의 시간 보상을 위해 요구되는 차동 가속의 정도가 질량에 종속하기 때문에, DAG(63)의 전위는 입사 이온의 질량과 함께 변해야 한다. 이는, 다른 타겟 질량 범위에서 스캔이 분할적으로 수행되게 별도의 DC DAG 전위를 이용함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 이러한 기술은 다소 성가시다. 바람직한 해결책은, DAG(63)를 일정한 DC 전위에 유지하고, 진폭이 시간에 종속하는 AC 신호에 용량식으로 상기 DAG를 접속하는 것이다. 이러한 AC 신호의 시간 종속형 진폭 변화는 SCPG(62)에 도달하는 모이온의 시간과 동기화되어, 적절한 DAG 전위가 주어진 MW 분석 시간 중에 존재하게 된다.

이러한 해상력 수정은 생성된 대부분의 2차 하전 입자에 대해 잘 적용되지만, MCP(43)의 전환 표면에서 모이온과 일치되게 모두가 집속되지는 않게 하는 정도의 MW 또는 초기 속도를 갖는 다른 이온 집단이 있다. 따라서, 이러한 기술에 대해 해상력 증대 또는 수정에는 기본적으로 한계가 있다. 이러한 방법에서, 전방 궤적의 SCPG 검출기를 사용하여, 분자량이 10 kDa 미만인 화합물의 분석 중에 해상력의 저하가 관측되었다. 이 질량 범위에서 검출된 검체는 MCP(43)의 표면에서 적당한 전환 효율을 나타낸다. 따라서, 이러한 민감도 증대 메커니즘은 필요하지 않다.

전방 궤적의 SCPG 검출기는, SCPG(62), DAG(63), MCP(43)의 전위를 바꿈으로써 고해상력 모드로 스위치될 수 있다. SCPG(62)와 DAG(63)는 동일한 약간의 양(+) 바이어스(+50 내지 100 볼트)로 설정된다. 이러한 방식으로, 이들 그리드의 양 바이어스는 전자 일함수(electron work function)를 초과하고, 따라서 스퍼터된 전자를 방출하는 일은 없을 것 같다. 따라서, 스퍼터된 중성자 생성물과 본래의 모이온은 방출된 전자와 충돌하지 않는다. 이러한 방식으로, 스퍼터된 중성자는 이온화되지 않고 입사 모이온은 전자 충격에 의해 분할되지 않는다. 또한, SCPG(62)와 DAG(63) 사이에 존재하는 등위(等位) 전계(isopotential field)는 스퍼터 이온 생성물을 MCP(43)의 표면을 향해 가속시키지 않는다. MCP(43)의 표면 전위는 -2000 볼트 미만으로 감소되어, 약한 포스트 가속 전계(weak post-acceleration field)를 야기한다. 후자는, 1차 이온 종(species)의 2차 스퍼터된 생성물, 2차 단편 생성물 또는 준안정한 붕괴 생성물(metastable decay product)의 포스트 가속으로 인해 생길 수 있는 시간 스프레드를 제거한다. 전술한 구조는 분자량이 3000 Da 미만인 검체에 대한 등방성 종을 분해할 수 있다. 전술한 구조는 분자량이 3000 Da 미만인 검체에 대한 동위종(isotopic species)을 해상할 수 있다.

전방 궤적의 SCPG 검출기는, 원하는 동작 모드에 종속하는 전술한 전위를 변경하기 위하여 전자적 또는 기계적 스위칭 또는 전압 발생 수단을 제공함으로써, 고 해상력 모드와 고분자량/증대된 민감도 모드 사이에서 자동적으로 토글(toggle)될 수 있다.

미소 채널 판(43, 44)은 고분자량 민감도 작동을 위해서는 고 음전위(최대 -15 kV)로 유지되고, 고 해상력 측정을 위해서는 저 전위(-kV 이하)로 유지된다. 두 경우에 있어서, MCP(43, 44)의 음전위는 실질적으로 접지에 유지되는 것이 바람직한 애노드(25)로 전자를 전파하는 것을 도와준다.

따라서, 고분자량 민감도 모드에서 작동하는 전방 궤적 이온 검출기의 전체적인 작동에는 전계 유지용 그리드(61) 또는 전계 유지용 튜브(64)를 통해 이동하는 1차 이온(46)이 포함된다. 모이온은 약간 음의 바이어스 전위로 유지되는 SCPG(62)와 충돌하여, 생성 이온으로 단편화되며, 동시에 SCPG(62)로부터의 스퍼터된 전자, 스퍼터된 중성자 및 스퍼터된 이온 생성물을 방출한다. 방출된 전자는 전자 충격 메커니즘에 의해, 스퍼터된 중성자 생성물을 이온화하고 모이온을 단편화한다. SCPG(62) 생성물 및 순수 모이온을 차동적으로 가속하도록 용량적으로 접속된 AC 발생기에 의해 정확한 전기 전위가 DAG(63)에 인가된다. 이러한 차동 가속은, SCPG(62) 생성물 이온 및 순수 모이온이 DAG(63)와 MCP(43) 사이에 형성된 상기 영역을 통과할 때까지 계속된다. 설정된 차동 가속 정도는, 순수 모이온 및 대부분의 스퍼터된 생성물이 적시에 동일한 지점에서 MCP(43)의 전환 표면에 도달하게 해준다. MCP(43, 44) 내에서의 후속하는 전자 방출 캐스케이드는 증폭된 전자 플럭스를 생성하는데, 이들 전자는 궁극적으로 검출기 애노드(45)에 충돌한다. 검출기 애노드(45)에서 야기된 전류는 검출기 신호를 발생시키는 데에 사용된다.

고 해상력 모드에서의 상기 검출기의 전체적인 작동은, SCPG(62) 및 DAG(63)가 동일한 약간의 양 바이어스에 유지되고, MCP(43)가 2000 볼트 이하의 음전위에 유지된다는 것을 제외하고는 본질적으로 동일하다. 이러한 구성에 있어서, SCPG(62)에 의한 전자 방출은 좋지 않고, 모이온이 SCPG(62)와 충돌하여 발생된 스퍼터된 생성물은 MCP(43)를 향해 가속되지 않는다. 또한, DAG(63)와 MCP(43) 사이에 존재하는 약한 포스트 가속 전계는 의사(擬似) 단편 이온(spurious fragment ions)을 적절히 전환하는 데에는 충분치 않다. 그 결과, 단지 모 분자량의 이온만이 효율적으로 투과 및 전환되어 고 해상력 작동 모드를 야기한다.

전술한 바와 같이, 미소 채널 판은, 전자 증배기 또는 미소 채널 판과 전자 증배기의 하이브리드 조합체와 같이 다른 전자 방출 검출기로 교체할 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다.

본 발명의 이온 검출기는 이온을 검출하기 위한 어떤 장치에도 사용될 수 있다. 예컨대, 이온 탈리 기구는 비행 시간을 검출하기 위하여, 타이머를 구비할 필요는 없다. 이러한 기구는 발생된 이온을 발산하여, 검출기에 의해 이온의 차동화를 가능하게 한다.

따라서, 본 발명은 2개의 2차 하전 입자 발생기 검출기, 즉 전방 궤적의 이온 검출기 및 역궤적의 이온 검출기를 포함한다. 두 접근 방식은, 1차 입사 모이온이 2차 생성물을 발생시키고, 이는 다시 추가의 신호를 발생시켜 검출 과정 중에 전체 게인을 증대시키는 수단을 제공한다. 이러한 이온 검출기 조립체는 종래의 기구와 비교할 때 민감도를 증대시킨다.

본 발명을 특정 실시예를 참조 하여 설명하였지만, 본 발명은 첨부된 청구의 범위 내에서 모든 변형 및 등가물을 포괄한다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (43)

1. 역궤적의 이온 검출기로서,

   a. 1차 이동 방향을 따라 1차 이온을 이동시키는 전기적으로 차폐된 이온 트랜스포터(electrically shielded ion transporter)와;

   b. 2차 하전 입자 발생기(secondary charged particle generator)로서, 이 하전 입자 발생기에 접촉되는 상기 트랜스포터로부터의 1차 이온에 응답하여 2차 이온을 발생시키는 2차 하전 입자 발생기와;

   c. 전자 방출 검출기(electro-emissive decter)로서, 상기 1차 이동 방향에 대하여 적어도 부분적으로 역행하는 2차 이동 방향을 따라 상기 2차 하전 입자 및 되튀는 1차 이온 단편을 수용하도록 배치되어, 전자 방출 검출기에 접촉되는 상기 2차 하전 입자 발생기로부터의 2차 하전 입자 및 되튀는 1차 이온 단편(rebounding primary ion fragments)에 응답하여 전자를 발생시키는 전자 방출 검출기와;

   d. 상기 전자 방출 검출기에 의해 발생된 전자를 검출하여 신호를 발생하는 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
2. 제1항에 있어서, 상기 트랜스포터는 전기 전도성 재료로 코팅된 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
3. 제1항에 있어서, 상기 트랜스포터는 금속 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
4. 제3항에 있어서, 상기 튜브를 에워싸는 전계 유지용 입구 그리드(field retaining entrance grid)를 더 포함하고, 상기 튜브는 상기 전계 유지용 입구 그리드와 2차 하전 입자 발생기 사이에 원추형 출구를 가지며, 상기 튜브는 그 튜브 내에서 상기 전계 유지용 입구 그리드와 상기 튜브의 입구 사이에 렌즈 접지 그리드(lens ground grid)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
5. 제1항에 있어서, 상기 트랜스포터는 원통형 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
6. 제1항에 있어서, 상기 2차 이온 발생기는 2차 하전 입자를 반발시키는 정전위(靜電位)를 갖는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
7. 제1항에 있어서, 상기 2차 하전 입자는 전자, 양자, 구리 이온 및 구리 중성자를 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
8. 제1항에 있어서, 상기 2차 하전 입자는 금, 은, 니켈 및 구리 합금 중 적어도 하나 또는 이온, 전자 양자 및/또는 중성자가 방출된 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
9. 제1항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기는 불투과성 포일을 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
10. 제1항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기는 투과성 포일을 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
11. 제1항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기는 중실형 디스크(solid disk)를 포함하며, 이 디스크의 접촉 측은 금속으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
12. 제1항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기는 중실형 디스크를 포함하며, 이 디스크의 접촉 측은 금속 합금으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
13. 제1항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기는 저투과율의 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
14. 제1항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기는 고투과율의 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
15. 제1항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기는, 전기 전도성을 제공하고 스퍼터 능력이 있는 금속, 무기물, 유기물 또는 그 혼합물의 코팅이 적어도 접촉 측을 따라 덮여 있는 비활성 스켈튼을 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
16. 제1항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기는 2차 하전 입자를 전자 방출 검출기에 접촉하도록 방출 지향시키는(to disbursely direct) 기능을 하는 오목한 집속 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
17. 제1항에 있어서, 상기 전자 방출 검출기는 제1 미소 채널 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
18. 제17항에 있어서, 상기 전자 방출 장치는 제2 미소 채널 판을 포함하며, 이 제2 미소 채널 판은 제1 미소 채널 판에 의해 발생되는 전자에 반응하여 전자를 발생시키고, 이 전자는 상기 제2 미소 채널 판에 접촉하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
19. 제1항에 있어서, 상기 전자 방출 검출기는 전자 증배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
20. 제1항에 있어서, 상기 전자 방출 검출기는 미소 채널 판과 전자 증배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
21. 제1항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기와 적어도 하나의 전자 방출 검출기 사이에 전계 유지용 입구 그리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역궤적의 이온 검출기.
22. a. 1차 이온을 이동 방향을 따라 2차 하전 입자 발생기 쪽으로 지향시키는 단계와;

    b. 상기 1차 이온을 2차 하전 입자 발생기와 접촉시켜 2차 하전 입자를 발생시키는 단계와;

    c. 상기 2차 하전 입자 발생기로부터의 2차 하전 입자를 1차 이온의 이동 방향에 대하여 적어도 부분적으로 역행하는 이동 방향을 따라 전자 방출 검출기를 향하여 반발시키는 단계와;

    d. 상기 2차 하전 입자를 전자 방출 검출기와 접촉시켜 전자를 방출시키는 단계와;

    e. 상기 전자를 검출하고, 이에 응답하여 신호를 발생시키는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 검출 방법.
23. a. 1차 이온을 이동 방향을 따라 검출기 장치 내로 지향시키는 전계 유지용 그리드와;

    b. 그리드 2차 하전 입자 발생기로서, 상기 전계 유지용 그리드를 통과하고 상기 발생기에 접촉하는 1차 이온에 응답하여, 스퍼터된 전자, 양자, 이온, 중성자 종 및 1차 이온 단편을 비롯한 2차 생성물을 발생시키고, 계기 접지부(instrument ground)에 대하여 일정 전기적 전위에 유지되는 그리드 2차 하전 입자 발생기와;

    c. 전자 방출 검출기의 전환 표면에 접촉하는 1차 이온 및 2차 하전 입자 발생기로부터의 2차 생성물에 응답하여 전자를 발생하는 전자 방출 검출기와;

    d. 상기 전자 방출 검출기에 의해 발생된 전자를 검출하고 그것에 응답하여 신호를 발생시키는 수단

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
24. 제23항에 있어서, 상기 1차 이온과 2차 생성물을 차동적으로 가속시켜 그들의 대부분이 동시에 전자 방출 검출기의 전환 표면에 도달하도록 하는 차동 가속 그리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
25. 제23항에 있어서, 상기 전계 유지용 그리드는 스퍼터 전위가 낮은 금속 또는 전기 전도성 재료로 구성되는 고투과율의 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
26. 제23항에 있어서, 상기 전계 유지용 그리드가 전계 유지용 튜브로 대체되는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
27. 제26항에 있어서, 상기 전계 유지용 튜브는 금속, 전기 전도성 폴리머, 전기 전도성 코팅으로 덮인 비전도성 중합체 또는 세라믹 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
28. 제23항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기 그리드는 구리, 카드뮴, 은, 납, 아연, 금 또는 스퍼터 전위가 큰 합금 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
29. 제23항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기 그리드는 스퍼터 전위가 큰 전기 전도성 코팅으로 덮인 비전도성 스켈튼을 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
30. 제28항에 있어서, 유기 방향족 화합물이 금속 그리드 백본(metal grid back bone)과 공규 결합되어 상기 2차 하전 입자 발생기의 적어도 이온 접촉 측에 연속된 코팅을 형성하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
31. 제28항에 있어서, 유기-금속 화합물이 금속 그리드 백본과 공규 결합되어 상기 2차 하전 입자 발생기의 적어도 이온 접촉 측에 연속된 코팅을 형성하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
32. 제28항에 있어서, 복합 파이계(conjugated pi system)를 함유하는 유기 중합체가 금속 그리드 백본과 공규 결합되어 상기 2차 하전 입자 발생기의 적어도 이온 접촉 측에 연속된 코팅을 형성하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
33. 제23항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기는 계기 접지부에 대하여 양의 전기적 전위에 유지되는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
34. 제24항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기는 계기 접지부에 관하여 음의 전기적 전위에 유지되는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
35. 제24항에 있어서, 상기 차동 가속 그리드는 스퍼터 전위가 낮은 재료로 구성된 고투과율 배열의 그리드 요소(high transmission arrangement of grid elements)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
36. 제24항에 있어서, 상기 차동 가속 그리드는 모(母)이온과 2차 생성물을 전자 방출 검출기의 전환 표면에 임시 집속할 수 있도록 차동 계기 듀티 사이클에서 별개의 DC 전기적 전위에 유지되는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
37. 제24항에 있어서, 상기 차동 가속 그리드는 이러한 배치의 차동 가속 특성이 스캔 시간의 함수로서 연속해서 변화되도록 DC 옵셋과 용량적으로 접속된 AC 신호의 조합에 의해 다른 전기적 전위에 유지되는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
38. 제37항에 있어서, 상기 차동 가속 그리드에 신호 발생기가 직접 접속되어 시간에 종속되는 차동 포스트 가속(time dependent differential post acceleration)을 발생시키는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
39. 제23항에 있어서, 상기 전자 방출 검출기는 제1 미소 채널 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
40. 제39항에 있어서, 상기 전자 방출 장치는 제2 미소 채널 판을 포함하고, 이 제2 미소 채널 판은 제1 미소 채널 판에 의해 발생되어 제2 미소 채널 판에 접촉하는 전자에 응답하여 전자를 발생시키는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
41. 제23항에 있어서, 상기 전자 방출 검출기는 전자 증배기(electron multiplier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
42. 제23항에 있어서, 상기 2차 하전 입자 발생기와 전자 방출 장치와의 사이에, 강전계와 약전계 발생간에 자동적으로 스위칭하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.
43. 제24항에 있어서, 상기 차동 가속 그리드와 전자 방출 장치와의 사이에, 강전계와 약전계 발생간에 자동적으로 스위칭하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 궤적의 이온 검출기.