KR20040032212A - Miniature sample introduction system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 각종 질량분석기 등에 적용할 수 있는 소형 시료 도입장치에 관한 것으로, 특히 시료 도입장치를 조립이 가능한 소형 크기로 제작함으로써, 적용되는 질량분석기의 무게 및 부피를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 분석장비의 가격을 절감시켜 주며, 또한 간단한 구조로 사용하기가 간편하고, 이에 따라 오염 현장에 신속하게 투입할 수 있게 하여 주는 조립식 소형 시료 도입장치에 관한 것이다.The present invention relates to a small sample introduction device that can be applied to various mass spectrometers, etc. In particular, by manufacturing the sample introduction device in a small size that can be assembled, not only can reduce the weight and volume of the applied mass spectrometer, analysis equipment The present invention relates to a prefabricated small sample introduction device which reduces the cost of a product, and is also easy to use with a simple structure, and thus, can be quickly introduced to a contamination site.
일반적으로, 질량분석기는 검사 대상 시료의 질량을 분석하여 시료의 성분을 파악하는데 이용되는 장치이다. 그런데, 질량을 분석하기 위해서는 액체 등의 시료를 증발시켜 질량분석기 속으로 입력하는 시료 도입장치가 필요하며, 이러한 시료 도입장치는 가스크로마토그래피(Gas Chromatography), 이온 트랩(Ion Trap) 등이있다.In general, a mass spectrometer is a device used to determine the composition of a sample by analyzing the mass of a sample to be tested. However, in order to analyze the mass, a sample introduction device for evaporating a sample such as a liquid and inputting it into a mass spectrometer is required. Such a sample introduction device includes gas chromatography and ion traps.
여기서 가스크로마토그래피 질량분석기에 사용되는 시료 도입장치는 오븐 (oven)이라고 하는 시료증발장치 안에 칼럼(column)을 장착하여 시료 증발장치의 온도를 올려서 시료를 증기화시킴으로써 칼럼을 통한 증발시료를 질량분석기에 도입하게 된다.Here, the sample introduction device used in the gas chromatography mass spectrometer is equipped with a column in a sample evaporator called an oven to raise the temperature of the sample evaporator and vaporize the sample to vaporize the sample. Will be introduced.
도1은 일반적인 가스크로마토그래프 질량분석장치의 전체 구성을 개략적으로 표시한 도면으로서, 도시하는 바와 같이 일반적인 가스크로마토그래프 질량분석장치는 가스크로마토그래프부(10)의 칼럼에 의해서 성분 분리한 시료를 인터페이스부 (20)를 개재해서 질량분석부(30)에 도입하는 구성으로 이루어져 있다.1 is a view schematically showing the overall configuration of a general gas chromatograph mass spectrometer. As shown, a general gas chromatograph mass spectrometer interfaces a sample separated by a column of the gas chromatograph unit 10. It consists of the structure introduce | transduced into the mass spectrometer 30 through the part 20.
도1의 도시와 같이, 가스크로마토그래프부(10)에 있어서, 칼럼오븐(13)에 의해 적당한 정도의 온도로 가열된 칼럼(12)에는 소정 유량의 캐리어가스가 공급되고, 인젝터(11)에 주입된 시료성분은 기화해서 캐리어가스 흐름을 타고 칼럼(12)에 운반된다.As shown in FIG. 1, in the gas chromatograph unit 10, a carrier gas having a predetermined flow rate is supplied to the injector 11 to the column 12 heated to a suitable temperature by the column oven 13. The injected sample component is vaporized and transported to the column 12 in a carrier gas flow.
칼럼(12)을 통과하는 동안에 시료속의 각 성분은 시간적으로 분리되고, 인터페이스부(20)를 개재해서 질량분석부(30)의 이온화실(31)에 도입된다. 이 이온화실 (31)에 있어서 전자충격법 등에 의해 성분분자는 이온화되고, 이온렌즈(32)를 개재해서 4중극필터(또는 다른 질량분리기)(33)에 도입된다.While passing through the column 12, the components in the sample are separated in time and introduced into the ionization chamber 31 of the mass spectrometer 30 via the interface 20. In this ionization chamber 31, component molecules are ionized by an electron impact method or the like, and introduced into a quadrupole filter (or other mass separator) 33 via an ion lens 32.
4중극필터(33)에는 직류전압과 고주파전압을 중첩한 전압이 인가되고, 이 인가전압에 따른 질량수(질량m/전하z)를 가진 이온만이 4중극필터(33)를 통과해서 검출기(34)에 도달한다.A voltage obtained by superimposing a DC voltage and a high frequency voltage is applied to the quadrupole filter 33, and only ions having a mass number (mass m / charge z) according to the applied voltage pass through the quadrupole filter 33 to detect the detector 34. )
이러한 구성에 있어서, 칼럼(12)의 온도는 목적 성분의 종류 등에 따라서(주로 목적성분의 비점(沸占)에 따라서) 통상 100∼300℃정도의 범위내에서 설정된다. 칼럼(12)의 말단에 도달한 시료가스의 온도가 내려가면 이 가스의 유통이 악화되어 분석정밀도의 열악화 등의 원인이 됨으로, 인터페이스부(20)도 거의 칼럼(12)과 동일한 정도의 온도로 가열된다. 또, 이온화실(31)도 이온화를 안정적으로 행하기 위하여 적당한 정도의 온도, 예를 들면 인터페이스부(20)보다도 수 10℃정도 낮은 온도로 가열된다.In such a configuration, the temperature of the column 12 is usually set within the range of about 100 to 300 ° C. depending on the kind of the target component or the like (mainly depending on the boiling point of the target component). When the temperature of the sample gas reaching the end of the column 12 decreases, the flow of the gas deteriorates, causing deterioration of analytical precision, and thus, the interface unit 20 also has the same temperature as that of the column 12. Heated. In addition, the ionization chamber 31 is also heated to an appropriate temperature, for example, several 10 degrees Celsius lower than the interface part 20 in order to perform ionization stably.
종래의 기술로서, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제0272730호로 알려진 도2에 도시된 기술이 알려져 있다.As a conventional technique, the technique shown in Figure 2 known as Republic of Korea Patent Publication No. 0272730 is known.
도2는 종래의 가스크로마토그래프 질량분석장치의 인터페이스부의 구조를 표시한 단면도로서, 이를 참조하면 가스크로마토그래프부(10)의 칼럼(12) 출구에 연결된 모세관(21)을 끼워 넣음으로 스테인레스제의 인터페이스라인(22)의 바깥쪽에는 히터 카트리지(24a)와 온도센서(24b)를 구비한 히터블록(23)이 밀착되어 설치된다.Figure 2 is a cross-sectional view showing the structure of the interface portion of a conventional gas chromatograph mass spectrometer, referring to this by inserting a capillary tube 21 connected to the outlet of the column 12 of the gas chromatograph portion 10 made of stainless On the outside of the interface line 22, a heater block 23 having a heater cartridge 24a and a temperature sensor 24b is provided in close contact.
히터블록(23)은 온도센서(24b)에 의해 검출되는 온도가 소정 온도로 유지되도록 히터 카트리지(24a)에 공급되는 가열전력이 조정됨으로써, 고정밀도로 온도 제어된다. 또한, 인터페이스라인(22)에는 상기 히터블록(23)과의 밀착면을 개재해서 열이 전도되어 직접적으로 가열된다.The heater block 23 is temperature-controlled with high accuracy by adjusting the heating power supplied to the heater cartridge 24a so that the temperature detected by the temperature sensor 24b is maintained at a predetermined temperature. In addition, the interface line 22 is directly heated by conduction of heat through a close contact with the heater block 23.
한편, 히터블록(23)에는 제1열전도부재(25)가 밀착해서 설치되고, 이 제1열전도부재(25)는 제2열전도부재(26)를 개재해서 이온화실(31)의 벽면에 열적으로 접속되어 있다. 또, 상기 제2열전도부재(26)는 가스크로마토그래프부(30) 전체를 내장하는 스테인레스제의 진공하우징(35)에 접속되어 있다.On the other hand, the first heat conducting member 25 is provided in close contact with the heater block 23, and the first heat conducting member 25 is thermally attached to the wall surface of the ionization chamber 31 via the second heat conducting member 26. Connected. The second heat conductive member 26 is connected to a stainless steel vacuum housing 35 in which the entire gas chromatograph portion 30 is incorporated.
또, 제2열전도부재(26)로부터 안둘레쪽으로 돌출해서 열저항부재(27)가 설치되고, 인터페이스라인(22)의 외주벽을 지지하면서 상기 제2열전도부재(26)와 함께 진공하우징(35)내를 기밀(氣密)하게 유지하는 기능을 가지고 있다.In addition, the heat resistance member 27 protrudes from the second heat conductive member 26 to the inner circumference, and the vacuum housing 35 together with the second heat conductive member 26 while supporting the outer circumferential wall of the interface line 22. Has a function to keep the inside confidential.
열저항부재(27)는 기본적으로 열전도부재(25)(26)와 동일한 것이나, 특별히 열저항이 크게 되어 있음으로, 이에 의해 이온화실(31)과 인터페이스라인(22)은 열적으로 절연되어 있는 것으로 간주할 수 있다.The thermal resistance member 27 is basically the same as the thermal conductive members 25 and 26, but has a particularly large thermal resistance, whereby the ionization chamber 31 and the interface line 22 are thermally insulated. Can be considered.
이러한 구성에 있어서, 열전도에 착안한 각 부재의 상호관계를 도2에 표시한다. 열적으로는 히터블록(23)과 이온화실(31)과의 사이는 제1열전도부재(25)에 의한 열저항(R1)을 가지고 접속되고, 이온화실(31)과 진공하우징(35)의 사이는 제2열전도부재(26)에 의한 열저항(R2)을 가지고 접속되어 있다.In this configuration, the mutual relationship between the members paying attention to heat conduction is shown in FIG. Thermally, the heater block 23 and the ionization chamber 31 are connected with the thermal resistance R 1 by the first heat conductive member 25, and the ionization chamber 31 and the vacuum housing 35 are connected to each other. between it is connected with the thermal resistance (R 2) of the second heat conductive member (26).
히터블록(23)은 목적 성분 등에 따라서 100∼300℃정도의 범위내의 온도(T0)로 유지되도록 가열된다. 인터페이스라인(22)은 상기 히터블록(23)으로부터 직접적으로 전도되는 열에 의해 온도 T0의 근처에 유지된다.The heater block 23 is heated so as to be maintained at a temperature T 0 within a range of about 100 to 300 ° C. depending on the desired components and the like. The interface line 22 is maintained near the temperature T 0 by the heat conducted directly from the heater block 23.
한편, 진공하우징(35)은 거의 상온(온도 T1)으로 되어 있고, 또한 그 열용량은 매우 크다. 이 때문에, 이온화실(31)의 온도 T2는 제1 및 제2 열전도부재(25, 26)의 열저항(R1,R2)의 비를 적당히 설정함으로써, T0와 T1의 사이에서 임의로 결정할 수 있다. 즉, 온도가 안정된 상태에서는 T2=R2·(T0-T1)/(R1+R2)+T1로 된다.On the other hand, the vacuum housing 35 is almost room temperature (temperature T 1 ), and its heat capacity is very large. Therefore, the temperature T 2 of the ionization chamber 31 is set between the ratios of T 0 and T 1 by appropriately setting the ratio of the thermal resistances R 1 and R 2 of the first and second heat conductive members 25 and 26. Can be arbitrarily determined. That is, in a state where the temperature is stable, T 2 = R 2 · (T 0 -T 1 ) / (R 1 + R 2 ) + T 1 .
이와 같이 히터블록(23)은 고정밀도로 온도 제어되어 있으며, 한편 진공하우징(35)은 열용량이 압도적으로 크기 때문에, 온도 T0, T1은 안정되어 있고, 이온화실(31)의 온도 T2도 가열 개시시에는 단시간에 일정온도에 도달하고, 그 후에도 극히 안정적으로 유지된다.Thus, since the heater block 23 is temperature-controlled with high precision, while the vacuum housing 35 has an overwhelming heat capacity, the temperature T 0 , T 1 is stable, and the temperature T 2 of the ionization chamber 31 is At the start of heating, a certain temperature is reached in a short time, and then extremely stable is maintained.
상기 제1 및 제2 열전도부재(25)(26) 및 열저항부재(27)에는 여러 가지의 재료를 이용할 수 있다.Various materials may be used for the first and second heat conductive members 25 and 26 and the heat resistance member 27.
상기의 종래기술은 가스크로마토그래프 질량분석장치에 있어서, 가스크로마토그래프부(10)의 칼럼오븐(13) 및 인터페이스부(20)의 히터블록(23)에 의해서 칼럼오븐(13) 전체를 가열하는 방식으로, 가스크로마토그래프부(10), 인터페이스부 (20) 및 질량분석부(30)가 일체로 결합된 장치로서, 장치 전체의 사이즈가 크게 되므로 휴대하기가 어렵다는 문제점이 있다.In the above conventional technique, in the gas chromatograph mass spectrometer, the entire column oven 13 is heated by the column oven 13 of the gas chromatograph unit 10 and the heater block 23 of the interface unit 20. In this manner, the gas chromatograph unit 10, the interface unit 20 and the mass spectrometer 30 are integrally combined with each other, and the size of the entire apparatus is increased, which makes it difficult to carry.
또한, 종래의 가스크로마토그래프부(10), 인터페이스부(20)는 다른 질량분석기에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.In addition, the conventional gas chromatograph unit 10 and the interface unit 20 has a problem that is not applicable to other mass spectrometers.
즉, 종래의 시료 도입장치는 전체적으로 구성으로 보면 부피가 클 뿐만 아니라 고가이며, 이러한 점들로 인하여 현장에서 신속하게 적용할 수 어렵다는 문제점을 가지고 있고, 이러한 단점으로 인하여 질량분석기의 소형화에 많은 영향을 주고 있는 실정이다.That is, the conventional sample introduction device is not only bulky and expensive in terms of the overall configuration, but also has a problem that it is difficult to apply quickly in the field due to these points. There is a situation.
본 발명은 상기한 문제점 및 필요성으로 인하여 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 각종 질량분석기 등에 적용할 수 있는 간단하게 시료를 도입할 수 있는 장치를 개발하게 되었다.In order to solve the above problems and necessity, the present invention has developed a device which can simply introduce a sample that can be applied to various mass spectrometers.
따라서, 본 발명의 목적은 각종 질량분석기 등에 적용할 수 있는 시료 도입장치를 조립 가능한 소형의 크기로 제작함으로써, 적용되는 질량분석기를 간단한 구조로 하여 무게 및 부피를 줄일 수 있으며, 분석장비의 가격을 절감시킬 수 있게 하여 주는 조립식 소형 시료 도입장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to manufacture a sample introduction device that can be applied to various mass spectrometers in a small size that can be assembled, to reduce the weight and volume by applying a simple mass spectrometer to a simple structure, the price of analytical equipment It is to provide a prefabricated small sample introduction device that can be saved.
본 발명의 다른 목적은 시료 도입장치를 조립 가능한 소형의 크기로 제작함에 따라 휴대 사용하기가 간편하고 오염 현장에 신속하게 투입할 수 있도록 하여 주는 조립식 소형 시료 도입장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a prefabricated small sample introduction device that is easy to carry and can be quickly added to the contamination site by making the sample introduction device in a small size that can be assembled.
도1은 일반적인 가스크로마토그래프 질량분석장치의 전체 구성을 표시한 도면1 is a view showing the overall configuration of a typical gas chromatograph mass spectrometer
도2는 종래의 가스크로마토그래프 질량분석장치의 인터페이스부의 구조를 표시한 단면도Figure 2 is a cross-sectional view showing the structure of the interface portion of a conventional gas chromatograph mass spectrometer
도3은 본 발명에 따른 소형 시료 도입장치의 구조를 나타내는 단면도Figure 3 is a cross-sectional view showing the structure of a small sample introduction device according to the present invention
도4는 도3의 시료 증발장치의 상세도Figure 4 is a detailed view of the sample evaporator of Figure 3
도5는 도3의 증발시료 도입장치의 상세도5 is a detailed view of the evaporation sample introduction device of FIG.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
50: 시료 주입주사기(Syringe) 100: 시료 도입장치50: sample injection syringe (Syringe) 100: sample introduction device
110: 시료 도입관 120: 격벽(Septum)110: sample introduction tube 120: septum
131,132: 소제관 141,142: 소제구(Purge Vent)131,132: Clean pipe 141,142: Purge vent
151,152: 흐름 제어밸브 200: 시료 증발장치(오븐)151, 152: flow control valve 200: sample evaporator (oven)
210: 라이너(Liner) 211: 유리솜(Glass Wool)210: Liner 211: Glass Wool
221,222: 카트리지 히터 231,232: 온도센서(Thermocouple)221,222: cartridge heater 231,232: temperature sensor
240: 하우징(Housing) 241: 체결구240: housing 241: fastener
260: 칼럼(Column) 300: 시료 전달장치260: column 300: sample delivery device
310: 칼럼(Column) 320: 흑연(Graphite Ferrule)310: Column 320: Graphite Ferrule
400: 증발시료 도입장치 410: 시료 전달관400: evaporation sample introduction device 410: sample delivery pipe
420: 가열코일(Heating Coil) 500: 질량분석기420: heating coil 500: mass spectrometer
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 장치는 시료 주입을 위한 시료 도입관을 포함하고, 이 시료 도입관의 일단인 입구에 형성한 격벽을 포함하는 시료 도입장치; 상기 시료 도입장치의 시료 도입관의 타단에 연결되고, 내부에 시료 전달 통로를 포함하고, 또한 내부에 액체와 기체를 분리하기 위한 유리솜을 포함하는 라이너와, 상기 라이너의 주위에 소정 간격을 두고 설치한 카트리지 히터와, 상기 카트리지 히터에 소정 간격을 두고 형성한 온도센서와, 상기 라이너, 카트리지 히터 및 온도센서를 내부에 포함하고, 그 내부면에 고온유지를 위한 유리솜을 형성하며, 소정 위치에 시료 전달용 체결구를 형성한 하우징을 포함하는 시료 증발장치; 상기 시료 증발장치의 하우징 내부에 설치하고, 상기 라이너의 타단에 연결한 칼럼과, 상기 라이너의 타단에 삽입한 흑연을 포함하는 시료 전달장치; 증발시료 전달관을 포함하고, 상기 시료 증발장치의 하우징에 형성된 체결구에 전달관의 일단을 설치하고, 상기 시료 증발장치에 의해 발생된 증발시료를 상기 시료 전달장치로부터 전달받아 질량분석기로 제공하는 증발시료 도입장치;를 구비함을 특징으로 한다.As a technical means for achieving the above object of the present invention, the apparatus of the present invention includes a sample introduction device including a sample introduction tube for sample injection, and including a partition wall formed at the inlet which is one end of the sample introduction tube; A liner connected to the other end of the sample introduction tube of the sample introduction device, including a sample delivery passage therein, and including a glass wool for separating liquid and gas therein, and installed at predetermined intervals around the liner. A cartridge heater, a temperature sensor formed at predetermined intervals in the cartridge heater, the liner, the cartridge heater and the temperature sensor are included therein, and glass wool for maintaining a high temperature is formed on the inner surface thereof, and the sample is placed at a predetermined position. A sample evaporator comprising a housing having a fastener for delivery; A sample delivery device installed inside the housing of the sample evaporator, the column including a column connected to the other end of the liner, and graphite inserted into the other end of the liner; It includes an evaporation sample delivery tube, one end of the delivery tube is installed in the fastener formed in the housing of the sample evaporator, and receives the evaporation sample generated by the sample evaporator from the sample delivery device to provide to the mass spectrometer Evaporation sample introduction device; characterized by having.
이하, 본 발명에 따른 조립식 소형 시료 도입장치에 대하여 첨부도면을 참조하여 그 구성을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of the prefabricated small sample introduction apparatus which concerns on this invention is demonstrated in detail with reference to an accompanying drawing.
도3은 본 발명에 따른 조립식 소형 시료 도입장치의 구조를 보이는 단면도로서, 도3을 참조하면, 본 발명에 따른 조립식 소형 시료 도입장치는 시료 주입을 위한 시료 도입관(110)을 포함하고, 이 시료 도입관(110)의 일단인 입구에 형성한 격벽(120)을 포함하는 시료 도입장치(100)와;Figure 3 is a cross-sectional view showing the structure of the prefabricated small sample introduction device according to the present invention, referring to Figure 3, the prefabricated small sample introduction device according to the present invention includes a sample introduction tube 110 for sample injection, A sample introduction device (100) including a partition wall (120) formed at an inlet of one end of the sample introduction pipe (110);
상기 시료 도입장치의 시료 도입관(110)의 타단에 연결되고, 내부에 시료 전달 통로를 포함하고, 또한 내부에 액체와 기체를 분리하기 위한 유리솜(211)을 포함하는 라이너(210)와, 상기 라이너(210)의 주위에 소정 간격을 두고 설치한 카트리지 히터(221,222)와, 상기 카트리지 히터(221,222)에 소정 간격을 두고 형성한 온도센서(231,232)와, 상기 라이너(210), 카트리지 히터(221,222) 및 온도센서 (231,232)를 내부에 포함하고, 그 내부면에 고온유지를 위한 유리솜(250)을 형성하며, 소정 위치에 시료 전달용 체결구(241)를 형성한 하우징(240)을 포함하는 시료 증발장치(200)와;A liner 210 connected to the other end of the sample introduction tube 110 of the sample introduction device, including a sample delivery passage therein, and including a glass wool 211 for separating liquid and gas therein; Cartridge heaters 221 and 222 provided at predetermined intervals around the liner 210, temperature sensors 231 and 232 formed at predetermined intervals on the cartridge heaters 221 and 222, the liner 210 and cartridge heaters 221 and 222. And a housing 240 including a temperature sensor 231, 232 therein, forming a glass wool 250 for maintaining a high temperature on the inner surface thereof, and forming a fastener 241 for sample delivery at a predetermined position. A sample evaporator 200;
상기 시료 증발장치의 하우징(240) 내부에 설치하고, 상기 라이너(210)의 타단에 연결한 칼럼(310)과, 상기 라이너(210)의 타단에 삽입한 흑연(320)을 포함하는 시료 전달장치(300)와;A sample delivery device installed in the housing 240 of the sample evaporator and including a column 310 connected to the other end of the liner 210 and a graphite 320 inserted into the other end of the liner 210. 300;
증발시료 전달관(410)을 포함하고, 상기 시료 증발장치(200)의 하우징(240)에 형성된 체결구(241)에 시료 전달관(410)의 일단을 설치하고, 상기 시료 증발장치(200)에 의해 발생된 증발시료를 상기 시료 전달장치(300)로부터 전달받아 질량분석기로 제공하는 증발시료 도입장치(400);를 포함한다.It includes an evaporation sample delivery pipe 410, one end of the sample delivery pipe 410 is installed in the fastener 241 formed in the housing 240 of the sample evaporator 200, the sample evaporator 200 It includes; evaporation sample introduction device 400 for receiving the evaporated sample generated by the sample delivery device 300 to provide to the mass spectrometer.
이와 같은 본 발명의 소형 시료 도입장치는 질량분석기(500)에 결합되어 질량분석기에 증발시료를 제공하여 시료의 질량을 분석할 수 있도록 한다.Such a small sample introduction device of the present invention is coupled to the mass spectrometer 500 to provide an evaporation sample to the mass spectrometer to analyze the mass of the sample.
상기 시료 도입장치(100)는 상기 시료 도입관(110)의 소정위치에 형성한 2개의 운반 및 소제관(131,132)과, 상기 소제관(131,132)에 각각 연결한 운반 및 소제구(141,142)와, 상기 운반 및 소제구(141,142)에 각각 형성한 흐름 제어밸브(151, 152)를 더 포함한다.The sample introduction device 100 includes two transport and cleaning pipes 131 and 132 formed at predetermined positions of the sample introduction pipe 110 and transport and cleaning tools 141 and 142 connected to the cleaning pipes 131 and 132, respectively. And flow control valves 151 and 152 formed on the conveying and cleaning tools 141 and 142, respectively.
즉, 상기 시료 도입장치(100)는 시료 주입 주사기(50), 시료 도입관(110), 격벽(Septum)(self-sealing)(120), 시료흐름 제어 및 소제용 가스의 주입을 위한 소제관(131,132) 및 소제구(141,142) 그리고, 운반기체를 주입하고 조절할 수 있는 흐름 제어밸브(151,152)로 구성되어 있다.That is, the sample introduction device 100 includes a sample injection syringe 50, a sample introduction tube 110, a septum (self-sealing) 120, a cleaning pipe for sample flow control and injection of a cleaning gas. 131 and 132 and cleaning tools 141 and 142, and flow control valves 151 and 152 capable of injecting and regulating a carrier gas.
도4는 도3의 시료 증발장치(200)의 상세도로서, 도시하는 바와 같이 상기 시료 증발장치(200)의 하우징(240)은 무게를 고려해서 알루미늄 재질로 제작하는 것이 바람직하다.4 is a detailed view of the sample evaporator 200 of FIG. 3, and as shown, the housing 240 of the sample evaporator 200 is preferably made of aluminum in consideration of weight.
또한, 상기 시료 증발장치(200)는 상기 시료 전달장치(300)의 칼럼(310)에 일단이 연결되고, 이 칼럼(310)에서 연장된 관이 상기 알루미늄 재질의 내부 표면에 형성되고, 그 연장된 관의 타단이 상기 시료 증발장치(200)의 하우징(240)의 시료 전달용 체결구(241)에 형성되는 것이 바람직하다.In addition, one end of the sample evaporator 200 is connected to the column 310 of the sample delivery device 300, a tube extending from the column 310 is formed on the inner surface of the aluminum material, the extension The other end of the tube is preferably formed in the fastener 241 for sample delivery of the housing 240 of the sample evaporator 200.
즉, 칼럼(260)과 하우징(Housing)(240)의 사이에 고온을 유지시켜 주기 위해서 유리솜(Glass Wool)(250)이 사용되었으며, 증기화가 되지 않은 액체 시료가 직접 칼럼(310)에 들어가는 것을 막기 위해 유리솜(Glass Wool)(250)을 사용하였다.That is, glass wool 250 was used to maintain a high temperature between the column 260 and the housing 240, and the liquid sample, which had not been vaporized, directly entered the column 310. Glass wool (250) was used to prevent this.
상기 시료 전달장치(300)는 증기화를 위해서 금속표면을 가열하여 칼럼(260)을 부착하였으며, 칼럼을 사용함으로써 라이너(Liner)(210)에 고압을 유지하기 위해 상기 칼럼(310)의 단부에 형성된 흑연(Graphite Ferrule)(320)을 사용하여 라이너(210) 및 칼럼(310)의 내부에 고압을 유지시켜 주었다.The sample delivery device 300 is attached to the column 260 by heating the metal surface for vaporization, by using the column at the end of the column 310 to maintain a high pressure on the liner (210) The high pressure was maintained inside the liner 210 and the column 310 by using the graphite (Graphite Ferrule) (320).
도5는 도3의 증발시료 도입장치(400)의 상세도로서, 도시하는 바와 같이, 상기 증발시료 도입장치(400)는 상기 시료 전달장치(300)의 칼럼(310)을 통한 증발시료의 증기화 유지를 위해 내부에 설치한 가열코일(420)을 포함한다.5 is a detailed view of the evaporation sample introduction device 400 of FIG. 3, as shown, the evaporation sample introduction device 400 is the vapor of the evaporation sample through the column 310 of the sample delivery device 300 It includes a heating coil 420 installed inside to maintain the fire.
그리고, 상기 증발시료 도입장치(400)는 증기화된 시료를 계속 유지시켜 주기 위해서 가열코일(Heating Coil)(420)을 사용하였으며, 검출을 위해서 가스크로마토그래피(Gas Chromatography) 및 이온 트랩(Ion Trap) 질량분석기를 사용하였다.In addition, the evaporation sample introduction device 400 used a heating coil (420) to maintain the vaporized sample, gas chromatography (Gas Chromatography) and ion trap (Ion Trap) for detection ) Mass spectrometer was used.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.Operation according to a preferred embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail below based on the accompanying drawings.
본 발명은 종래의 질량분석기에 사용되고 있는 시료 도입장치를 소형으로 제작함으로써 기존의 질량분석기를 간단하고 질량 및 부피를 줄여서 분석장비의 가격 절감 및 환경오염, 화생방 및 생화학 물질의 오염 현장에 신속하게 투입할 수 있는 휴대용 질량분석기를 개발하는데 필수적인 시료 도입장치로 이용될 수 있다. 이 장치는 기체 및 액체 시료를 증기화하여 여러 질량분석기에 간단하게 시료를 도입할 수 있는 장치이다.The present invention makes the existing mass spectrometer simple and by reducing the mass and volume by making the sample introduction device used in the conventional mass spectrometer compact and reducing the price of the analysis equipment and rapidly entering the pollution site of environmental pollution, NBC and biochemicals. It can be used as a sample introduction device necessary to develop a portable mass spectrometer. It is a device that can easily introduce samples to various mass spectrometers by vaporizing gas and liquid samples.
도3 내지 도5를 참조하여 본 발명에 따른 소형 시료 도입장치에 대한 동작과정을 설명하면, 먼저 시료 주사기(50)를 격벽(120)에 꽂아서 시료를 시료 도입장치 (100)의 시료 도입관에 주입하고, 이와 동시에 운반 및 소제구(141 또는 142)의 일측 흐름 제어밸브(151 또는 152)를 개방시키고, 타측 흐름 제어밸브를 폐쇄시켜서 개방된 운반 및 소제구(141 또는 142)를 통해 운반용 가스를 주입하면, 상기 시료 도입장치(100)의 시료 도입관(110)의 시료는 상기 주입된 운반용 가스의 흐름에 따라 시료 증발장치(200)의 라이너(210)로 전달된다.3 to 5, the operation of the small sample introduction device according to the present invention will be described. First, the sample syringe 50 is inserted into the partition wall 120 to insert the sample into the sample introduction tube of the sample introduction device 100. Injecting, at the same time opening one side flow control valve (151 or 152) of the conveyance and cleaning device (141 or 142), and closing the other flow control valve to transport gas through the open conveying and cleaning device (141 or 142) When injected, the sample of the sample introduction tube 110 of the sample introduction device 100 is delivered to the liner 210 of the sample evaporator 200 in accordance with the flow of the injected transport gas.
여기서, 시료는 주사기로 주입되며, 주입 시에는 시료 증발장치(200)의 온도를 올리며 시료 주입량을 줄이고, 기체 시료를 주입시킬 때는 가스 타이트(tight) 시료 주입 주사기(Syringe)를 사용하며, 액체 시료는 시료 주입 주사기(Syringe)로 주입하며, 고체 시료는 분석하려는 시료에 방해되지 않는 용매에 녹인 용액을 주입한다. 기체와 액체를 주입할 때는 자체적으로 격리(sealing)된 격벽(Septum)을 통해 피하 주사침(hypodermic syringe needle)을 사용한다.Here, the sample is injected into a syringe, and during injection, the temperature of the sample evaporator 200 is increased to reduce the sample injection amount, and when a gas sample is injected, a gas tight sample injection syringe (Syringe) is used, and a liquid sample is used. Is injected into a sample injection syringe (Syringe), and the solid sample is injected with a solution dissolved in a solvent that does not interfere with the sample to be analyzed. When injecting gas and liquid, a hypodermic syringe needle is used through a self-sealing septum.
이때, 상기 시료 증발장치(200)의 카트리지 히터(221,222)를 동작시켜 상기 시료 증발장치(200)의 내부를 가열시켜 상기 라이너(210) 내부의 시료를 증발시킨다.At this time, the cartridge heaters 221 and 222 of the sample evaporator 200 are operated to heat the inside of the sample evaporator 200 to evaporate the sample inside the liner 210.
이 경우 상기 시료 증발장치(200) 내부의 온도센서(231,232)가 상기 시료 증발장치(200)의 내부 온도를 검출하고, 이 검출온도에 기초해서 외부 온도제어장치가 상기 카트리지 히터(221,222)의 동작을 제어하여 상기 시료 증발장치(200)의 내부 온도를 적절한 온도로 제어하게 된다.In this case, temperature sensors 231 and 232 inside the sample evaporator 200 detect the internal temperature of the sample evaporator 200, and an external temperature controller operates the cartridge heaters 221 and 222 based on the detected temperature. By controlling the internal temperature of the sample evaporator 200 is controlled to an appropriate temperature.
한편, 본 발명에 관련된 온도 제어과정을 설명하면, 원하는 온도를 사전에 설정해 주면 이 온도만큼 카트리지 히터(221,222)가 가열을 해 주고, 정확한 온도를 온도센서가 감지를 해서 온도 제어부(control box)에 전달을 하면, 설정온도가 되면 상기 카트리지 히터가 더 이상 가열을 하지 않게 되고 온도가 다시 식으면 재 가열을 해 주게 된다.On the other hand, when the temperature control process related to the present invention is described, if the desired temperature is set in advance, the cartridge heaters 221 and 222 heat up by this temperature, and the temperature sensor senses the correct temperature to the temperature control box. When delivered, the cartridge heater is no longer heated when the set temperature is reached, and reheated when the temperature cools again.
그리고, 시료 증발장치(200)와 질량분석기(500) 사이에 증발시료 도입장치 (400)가 있고, 이 증발시료 도입장치(400)의 가열코일(420)을 감아 놓았는데 이 가열코일(420)은 상기 시료 증발장치(200) 내부의 온도와 시료 증발장치(200)를 지나서 질량분석기(500)까지 증발시료를 전달하는 도중에 온도를 일정하게 유지하기 위한 것이다. 이렇게 시료가 질량분석기(500)에 도달하면 그때부터는 질량분석기의 고유의 방법에 따라서 시료가 분석이 된다.In addition, there is an evaporation sample introduction device 400 between the sample evaporator 200 and the mass spectrometer 500, and the heating coil 420 of the evaporation sample introduction device 400 is wound around the heating coil 420. The temperature of the sample evaporator 200 and the sample evaporator 200 to pass through the evaporation sample to the mass spectrometer 500 to maintain the temperature constant. When the sample reaches the mass spectrometer 500 in this manner, the sample is analyzed according to a method unique to the mass spectrometer from then on.
즉, 시료 주입 주사기(50)에서 시료를 주입하면 라이너(210)에서 칼럼(310)으로 들어가게 되고, 이후 카트리지 히터(221,222)에 의해 원하는 온도로 가열을 준다.That is, when the sample is injected from the sample injection syringe 50, the sample enters the column 310 from the liner 210, and is then heated to a desired temperature by the cartridge heaters 221 and 222.
이 온도 설정을 온도센서(231,232)가 정확한 온도로 검출하고, 상기한 설명과 같이 온도제어부가 피드백 온도 제어과정을 통해서 원하는 적정 온도로 가열하게 된다. 이러한 가열과정을 통해 상기 주입된 시료가 증기화가 되고, 이 증기화 된 시료는 칼럼(310,260)을 통해서 질량분석기(500)로 들어간다.This temperature setting is detected by the temperature sensors 231 and 232 at the correct temperature, and as described above, the temperature control unit heats to the desired temperature through the feedback temperature control process. Through the heating process, the injected sample is vaporized, and the vaporized sample enters the mass spectrometer 500 through the columns 310 and 260.
상기 라이너(210)에 대해서 설명하면, 상기 라이너(210)는 그 안에 시료를가두어 두어서 온도가 올라가면 시료들이 증기화를 시키는 기능을 수행하기 위한 관으로서, 여기서 증기화된 시료들이 칼럼(310)으로 들어가기 위해서는 압력이 필요하다.Referring to the liner 210, the liner 210 is a tube for storing the sample therein to perform the function of vaporizing the sample when the temperature rises, where the vaporized sample is column 310 Pressure is required to enter.
즉, 칼럼(310)의 내경은 너무 작기 때문에 증기화된 시료가 스스로 들어갈 수가 없기 때문에, 외부에서 가스를 불어 넣어줌으로써 라이너(210) 안에 압이 생기고 그 압 때문에 증기화된 시료가 칼럼(310)으로 들어가게 된다. 상기 라이너 (210) 안에 압력을 유지하기 위해서 흑연(320)이 필요하다.That is, since the internal diameter of the column 310 is too small, the vaporized sample cannot enter itself, pressure is generated in the liner 210 by blowing gas from the outside, and the vaporized sample is vaporized due to the pressure. Will enter. Graphite 320 is required to maintain pressure in the liner 210.
상기 칼럼(310,260)에 대해서 설명하면, 칼럼(310,260)은 너무나 잘 알려진 시료 도입장치로서, 증발된 시료가 칼럼(310,260)을 통해서 질량분석기(500)로 들어가는데 칼럼(310,260)의 길이가 길어서 증발된 시료의 질량에 따라 시료가 분리가 된다.Referring to the columns 310 and 260, the columns 310 and 260 are well known sample introduction devices, and the evaporated sample enters the mass spectrometer 500 through the columns 310 and 260, and the lengths of the columns 310 and 260 are evaporated. The sample is separated according to the mass of the sample.
즉, 질량이 무거운 것은 칼럼(310,260)을 통과하는 시간이 많이 걸릴 것이고, 질량이 가벼운 것은 칼럼을 빨리 통과해서 질량분석기(500)에 빨리 도달하면 그 속도의 차이에 따라서 물질이 분석된다.That is, the heavier mass will take a long time to pass through the columns (310,260), the lighter mass will pass quickly through the column to reach the mass spectrometer 500, the material is analyzed according to the difference in the speed.
한편, 상기 시료 도입장치(100)의 흐름 제어밸브(151,152)의 용도는 상기한 바와 같이 시료 운반용 가스를 주입하는 것과 다른 용도로서는 소제를 위한 것이다.On the other hand, the use of the flow control valves (151, 152) of the sample introduction device 100 is for cleaning purposes other than injecting the sample transport gas as described above.
먼저 시료 운반용 가스 주입에 대해서 설명하면, 시료를 주입할 때는 한쪽의 밸브를 막고, 다른 한쪽의 밸브를 연 상태에서 시료의 흐름을 돕기 위해서 운반용가스를 넣어 주면 이 가스의 압력 때문에 시료가 칼럼 안으로 들어가게 된다. 이 칼럼은 워낙 내경이 작아서 이렇게 압력을 부여하지 않으면 증발된 시료가 칼럼 안으로 들어가질 못한다.First, the sample injection gas injection is described. When the sample is injected, one valve is blocked, while the other valve is opened, and a carrier gas is added to assist the flow of the sample. do. This column has a small internal diameter so that no evaporated sample can enter the column unless this pressure is applied.
다음으로, 소제하는 경우에 대해서 설명하면, 분석이 모두 끝나면 안쪽 부분이 전에 실험했던 물질로 오염이 되어 있기 때문에 이것을 막기 위해서 밸브가 개방된 한쪽으로 가스를 넣고 다른 한쪽의 밸브를 열어서 청소를 행하게 된다.Next, in the case of cleaning, when the analysis is completed, the inner part is contaminated with the material that has been tested before, so in order to prevent this, the gas is put into one of the open valves and the other valve is opened for cleaning. .
이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 설명에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 또한 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.The above description is only a description of specific embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these specific embodiments, and furthermore, various changes and modifications of the configuration are possible from the above-described specific embodiments of the present invention. Those skilled in the art will readily appreciate.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 각종 질량분석기 등에 적용할 수 있는 시료 도입장치를 조립 가능한 소형의 크기로 제작함으로써, 적용되는 질량분석기의 무게 및 부피를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 간단한 구조로 사용하기가 간편한 효과가 있다.According to the present invention as described above, by making the sample introduction device that can be applied to various mass spectrometers in a small size that can be assembled, not only can reduce the weight and volume of the applied mass spectrometer, but also use a simple structure Has a simple effect.
또한, 시료 증발장치의 소형화로 인하여, 1) 장비를 제조하는 원가가 절감되고, 2) 작은 전압에서 작동을 할 수 있기 때문에 질량분석기의 크기와 무게를 줄일 수 있으며, 3) 넓은 질량 범위를 검출할 수 있는 소형 질량분석기를 개발하여 환경오염, 화생방 및 생화학 오염 현장에 신속하게 투입할 수 있는 효과가 있다.In addition, due to the miniaturization of the sample evaporator, 1) the cost of manufacturing equipment can be reduced, and 2) the operation can be performed at a small voltage, thereby reducing the size and weight of the mass spectrometer, and 3) detecting a wide mass range. By developing a compact mass spectrometer that can be used, it is possible to promptly introduce environmental pollution, NBC and biochemical pollution sites.
게다가, 복잡한 다른 가스크로마토그래피나 질량분석기에 비하여 불필요한 장치를 제거하여 가격이 저렴하여 경제적이며, 사용이 간편하고 고장이 없기 때문에 정비보수가 거의 없으며, 어떤 연구개발과 실험에도 적합한 높은 감도와 성능 및 안전성을 제공한다.In addition, it eliminates unnecessary devices compared to other complicated gas chromatography or mass spectrometers, which is inexpensive, economical, easy to use, and trouble-free, with little maintenance and high sensitivity and performance suitable for any research and development. Provide safety.
또한, 견고하면서도 크기가 작고 가볍기 때문에 작은 공간에도 설치할 수 있으며 현장이동실험도 가능한 잇점이 있다.In addition, because of its robust size, small size and light weight, it can be installed in a small space, and field moving experiments are also advantageous.
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