KR20200141056A - 개선된 입력 광학기 및 컴포넌트 배열 형태를 갖는 시료 분석 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 과학 분석 장비의 컴포넌트들에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 작동 수명을 연장하거나 혹은 그렇지 않으면 성능을 개선하기 위해 이온 검출기를 필요로 하는 질량 분광기와 같은 기기 또는 이에 대한 변형예들에 관한 것이다. 본 발명은 시료 분석 장치로, 입자 검출 장치로 투입되는 시료로부터 이온을 생성하도록 구성된 이온 소스, 및 이온 소스로부터 생성된 이온을 수용하도록 구성된 입력부를 구비하는 이온 검출기를 포함하고, 이온 소스에 의해 생성된 이온과 혼합되고 이온과 대체로 동일한 방향으로 유동하는 오염 물질이 검출기 입력부에 들어가는 것을 억제하거나 혹은 방지하도록 구성된 시료 분석 장치로 구현될 수 있다.

Description

개선된 입력 광학기 및 컴포넌트 배열 형태를 갖는 시료 분석 장치

본 발명은 일반적으로 과학 분석 장비의 컴포넌트들에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 작동 수명을 연장하거나 또는 그렇지 않으면 성능을 개선하기 위해 이온 검출기를 필요로 하는 질량 분광기와 같은 기기 또는 이에 대한 변형예들에 관한 것이다.

질량 분광기에서 분석물은 이온화되어 다양한 하전 입자들(이온들)을 형성한다. 그러면 생성된 이온들은 일반적으로 가속 및 전기장 또는 자기장에 대한 노출에 의해 질량대전하비(mass-to-charge ratio)에 따라 분리된다. 분리된 신호 이온들은 이온 검출기 표면에 충돌하여 하나 이상의 이차 전자를 생성한다. 결과는 질량대전하비에 따라 검출된 이온들의 상대 비도(relative abundance)의 스펙트럼으로 표시된다.

다른 응용 분야에서, 검출될 입자는 이온이 아닐 수 있으며 중성 원자, 중성 분자 또는 전자일 수 있다. 어떤 경우에도 입자가 충돌하는 검출기 표면은 여전히 구비된다.

투입 입자가 검출기의 충돌 표면에 충돌함으로써 발생하는 이차 전자는 일반적으로 전자 증배기에 의해 증폭된다. 전자 증배기는 일반적으로 이차 전자 방출에 의해 작동하고, 이에 의해 단일의 또는 다수의 입자가 증배기 충돌 표면에 충돌하면 충돌 표면의 원자들과 관련된 단일의 또는 (바람직하게는) 다수의 전자가 방출되게 된다.

하나의 유형의 전자 증배기는 이산 다이노드 전자 증배기로 알려져 있다. 이러한 증배기는 다이노드라고 하는 일련의 표면들을 포함하는데, 일련의 다이노드들 내의 각각의 다이노드는 점점 더 큰 양전압으로 설정된다. 각각의 다이노드는 이전 다이노드들로부터 방출된 이차 전자들의 충돌 시 하나 이상의 전자를 방출하고, 이에 의해 입력 신호를 증폭할 수 있다.

다른 유형의 전자 증배기는 단일의 연속 다이노드를 사용하여 작동한다. 이러한 유형에서, 연속 다이노드 자체의 저항성 소재는 방출 표면의 길이를 따라 전압을 분배하는 전압 분배기로 사용된다.

연속 다이노드 증배기의 간단한 예로 채널 전자 증배기(CEM: channel electron multiplier)를 들 수 있다. 이러한 유형의 증배기는 처리된 표면을 구비하는 저항성 소재로 된 단일 튜브로 이루어진다. 튜브는 일반적으로 피드백을 완화하도록 자신의 긴 축선을 따라 구부러져 있다. 때로는 "불릿(bullet) 검출기"라는 용어가 본 출원의 기술 분야에서 사용된다.

CEM은 조합하여 다중 채널 CEM이라고 하는 배열 형태를 형성하는 다수의 튜브들을 구비할 수 있다. 튜브들은 종종 바로 위에서 설명한 단일 튜브 유형의 경우에서와 같이 단순히 구부러져 있지 않고 서로 꼬여 있다.

또 다른 유형의 전자 증배기는 크로스 필드(cross-field) 검출기 및 연속 다이노드 검출기 둘 다인 자기 증폭 검출기(magneTOF detector)이다. 하전 입자들의 운동을 제어하는 데에 이온들 및 전자들의 경로와 직교하는 전기장들 및 자기장들의 조합이 사용된다. 이러한 유형의 검출기는 전형적으로 이산 또는 연속 다이노드 검출기로 구현된다.

검출기는 단일 입자(전자, 이온 및 중성자)를 검출하는 데 사용되는 평면 컴포넌트인 마이크로 채널 플레이트 검출기를 포함할 수 있다. 마이크로 채널 플레이트 검출기는 전자 증배기와 밀접한 관련이 있는데, 이는 둘 다 이차 방출을 통해 전자를 증폭하는 것에 의해 단일 입자들을 증대(intensify)시키기 때문이다. 그러나 마이크로 채널 플레이트 검출기는 많은 개별 채널들을 가지고 있기 때문에 공간 해상도를 추가적으로 제공할 수 있다.

본 발명의 기술 분야에서 전자 방출 기반 검출기의 성능이 시간이 지남에 따라 저하되는 것이 문제다. 시간이 지남에 따라 이차 전자 방출이 감소하여 전자 증배기의 이득이 감소하는 것으로 생각된다. 이 프로세스를 보상하려면, 필요한 증배기 이득을 유지하기 위해 증배기에 인가되는 작동 전압이 주기적으로 증가되어야 한다. 그러나 궁극적으로 증배기는 교체가 필요할 것이다. 검출기 이득은 급격하게 그리고 만성적으로 모두 부정적인 영향을 받을 수 있다.

종래의 기술자들은 다이노드 표면적을 증가시키는 것에 의해 다이노드 노화 문제를 해결했다. 표면적의 증가는 전자 증배 프로세스의 작업 부하를 보다 넓은 면적에 분산시켜서 노화 과정을 효과적으로 늦추고 작동 수명 및 이득 안정성을 개선하는 역할을 한다. 이러한 접근 방식은 서비스 수명을 단지 약간만 증가시킬 뿐이고, 당연히 질량 분석 기기를 구비하는 검출기 유닛의 크기 제약으로 인해 제한된다.

본 발명의 기술 분야에 있어서 또 다른 문제는 내부 이온 피드백의 문제이고, 이는 마이크로 채널 플레이트 검출기의 경우에 특히 그러하다. 다수의 전자들이 검출기의 증폭 수단을 통해 지수적으로 증가함에 따라, 흡수된 원자들이 이온화될 수 있다. 그런 다음 이 이온들이 검출기 입력부를 향한 검출기 바이어스에 의해 가속된다. 특별한 조치를 취하지 않는 한, 이 이온들은 채널 벽과 충돌할 때 전자를 방출하기에 충분한 에너지를 가질 수 있다. 충돌에 의해 전자들의 두 번째 지수적 증가가 개시된다. 이러한 "잘못된(false)" 애프터 펄스들은 이온 측정을 방해할 뿐만 아니라, 영구적인 방전으로 이어질 수 있고 본질적으로는 시간이 지남에 따라 검출기를 파괴할 수 있다.

본 발명의 일 태양은 연장된 서비스 수명 및/또는 개선된 성능을 갖는 다이노드 기반의 검출기 또는 기타 전자 방출 기반의 검출기를 제공하는 것에 의해 종래 기술의 문제점을 극복하거나 혹은 개선하는 것이다. 또 다른 태양은 종래 기술에 대한 유용한 대안을 제공하는 것이다.

문헌들, 법령들, 자료들, 장치들, 논문들 등에 대한 논의는 본 발명에 대한 내용을 제공할 목적으로만 본 명세서에 포함된다. 이 사항들 중 어느 것 또는 전부가 본 출원의 각각의 청구항의 우선일 전에 존재했으므로 종래기술 기초의 일부를 형성하였거나 본 발명과 관련된 분야에서 통상의 일반적인 지식이었다는 것을 암시하거나 표시하는 것은 아니다.

반드시 가장 넓은 태양은 아니지만 제1 태양에서, 본 발명은 시료 분석 장치로, 입자 검출 장치로 투입되는 시료로부터 이온을 생성하도록 구성된 이온 소스, 및 이온 소스에서 생성된 이온을 수용하도록 구성된 입력부를 구비하는 이온 검출기를 포함하고, 이온 소스에 의해 생성된 이온과 혼합되고 이온과 대체로 동일한 방향으로 유동하는 오염 물질이 검출기 입력부에 들어가는 것을 억제하거나 혹은 방지하도록 구성된 시료 분석 장치를 제공한다.

제1 태양의 일 실시예에서, 시료 분석 장치는 이온 소스에 의해 생성되고 이온 소스로부터 멀어지는 방향으로 이송되는 이온의 방향을 변경하도록 구성된 이온 방향 변경 수단을 포함하고, 이러한 방향 변경은 이온을 오염 물질로부터 분리하거나 혹은 이온 주변의 공간에서 오염 물질의 농도를 적어도 감소시키기에 충분하다.

제1 태양의 일 실시예에서, 이온 방향 변경 수단이 이온 소스에 의해 생성되고 이온 소스로부터 멀어지는 방향으로 이송되는 이온의 경로를 편향시키는 역할을 한다.

제1 태양의 일 실시예에서, 편향이 이온 검출 변경 수단에 대한 자기장의 확립에 의해 발생한다.

제1 태양의 일 실시예에서, 시료 분석 장치가 이온 소스에 의해 생성된 이온이 혼합되는 오염 물질의 방향을 변경하도록 구성된 오염 물질 유동 방향 변경 수단을 포함하고, 이러한 방향 변경은 이온을 운반 가스 스트림으로부터 분리하기에 충분하다.

제1 태양의 일 실시예에서, 오염 물질 유동 방향 변경 수단이 오염 물질의 통과에 대한 장벽 또는 부분 장벽을 형성한다.

제1 태양의 일 실시예에서, 장벽 또는 부분 장벽이 이온 소스와 검출기 사이에 위치되고, 장벽 또는 부분 장벽은 이온 소스에 의해 생성된 이온의 통과는 허용하지만 오염 물질의 통과는 방지하거나 혹은 억제하도록 구성된다.

제1 태양의 일 실시예에서, 장벽 또는 부분 장벽이 이온 검출기 입력부로부터 멀어지게 오염 물질을 편향시키는 역할을 한다.

제1 태양의 일 실시예에서, 장벽 또는 부분 장벽이 이온 소스에 의해 생성된 이온의 통과는 허용하지만 오염 물질의 통과는 방지하거나 혹은 억제하도록 구성된 불연속부를 포함한다.

제1 태양의 일 실시예에서, 장벽 또는 부분 장벽이 이온 소스에 의해 생성된 이온의 통과는 허용하지만 오염 물질의 통과는 방지하거나 혹은 억제하는 목적에 실질적으로 전용이다.

제1 태양의 일 실시예에서, 시료 분석 장치가 적어도 2개, 3개 또는 그 이상의 장벽들 또는 부분 장벽들을 포함하고, 장벽들 또는 부분 장벽들 각각은 적어도 부분적으로 오버랩되거나 혹은 적층되는 배열 형태를 갖는다.

제1 태양의 일 실시예에서, 검출기가 이온 소스에 의해 생성되고 이온 소스로부터 실질적으로 선형인 경로를 따라 이송되는 이온이 검출기 입력부에 들어가기 위해 선형 경로로부터 벗어날 필요가 있도록 구성되거나 혹은 위치되거나 혹은 배향된다.

제1 태양의 일 실시예에서, 검출기가 이온 소스와 검출기 입력부 사이에 가시선이 설정되지 않도록 구성되거나 혹은 위치되거나 혹은 배향된다.

제1 태양의 일 실시예에서, 검출기가 시료 운반 가스 스트림의 출발점과 검출기 입력부 사이에 가시선이 설정되지 않도록 구성되거나 혹은 위치되거나 혹은 배향된다.

제1 태양의 일 실시예에서, 검출기 입력부가 대체로 이온 소스 반대쪽을 바라보거나 혹은 대체로 이온 소스를 향해 바라보지 않는다.

제1 태양의 일 실시예에서, 시료 분석 장치가 이온 소스 및 검출기를 감싸는 진공 챔버를 포함하고, 진공 챔버는 진공이 진공 챔버에 확립될 수 있도록 진공 펌프와 기체 연통하는 챔버 출구 포트를 구비하며, 챔버 출구 포트는 진공 펌프가 작동 중일 때 이온 소스에 의해 생성된 이온과 혼합되고 이온과 대체로 동일한 방향으로 유동하는 오염 물질이 검출기보다는 챔버 출구 포트로 우선적으로 분배되도록 구성되거나 혹은 위치되거나 혹은 배향된다.

제1 태양의 일 실시예에서, 장벽 또는 부분 장벽이 챔버 출구 포트와 검출기 입력부 사이에서 연장한다.

제1 태양의 일 실시예에서, 검출기는 오염 물질이 검출기의 전자 방출 표면 또는 전자 집전체/양극 표면과 접촉하는 것을 방지하거나 혹은 억제하도록 적어도 부분적으로 감싸인다.

제1 태양의 일 실시예에서, 검출기가 시료 운반 가스 스트림을 검출기 입력부로부터 멀어지게 편향시키도록 구성된 하나 이상의 관련 실드를 구비한다.

제1 태양의 일 실시예에서, 시료 분석 장치가 시료 운반 가스와 시료가 통과하는 시료 입구 포트를 포함하고, 시료 입구 포트는 시료 운반 가스와 시료의 스트림을 이온 발생기를 향해 안내하도록 구성된다.

도 1은 가스 크로마토그래피 기기가 질량 분광기에 결합된 전형적인 종래 기술 배열 형태를 매우 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 장치의 광학기 및 검출기 입력부의 위치에 적어도 부분적으로 의존하여 잔류 시료 운반 가스의 검출기로의 유입을 억제하는 바람직한 시료 분석 장치를 매우 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3 및 도 4는 각각, 실드의 존재에 적어도 부분적으로 의존하여 잔류 시료 운반 가스의 검출기로의 유입을 억제하는 바람직한 시료 분석 장치를 매우 개략적으로 도시한 블록도들이다.
도 5는 검출기 주위의 인클로저의 존재에 적어도 부분적으로 의존하여 잔류 시료 운반 가스의 검출기로의 유입을 억제하는 바람직한 시료 분석 장치를 매우 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 6 및 도 7은 각각, 중첩되게 배열된 다수의 실드들의 존재에 적어도 부분적으로 의존하여 잔류 시료 운반 가스의 검출기로의 유입을 억제하는 바람직한 시료 분석 장치를 매우 개략적으로 도시한 블록도들이다.
도 8은 실드의 제한된 개구를 통과하도록 이온 스트림을 포커싱하게 구성된 렌즈들의 존재에 저어도 부분적으로 의존하는 바람직한 시료 분석 장치를 매우 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 9 및 도 10은 각각, 실드 주변의 이온 스트림을 편향시키도록 구성된 리플렉트론(reflectron)의 존재에 적어도 부분적으로 의존하는 바람직한 시료 분석 장치를 매우 개략적으로 도시한 블록도들이다.

본 설명을 검토하고 나면, 통상의 기술자는 본 발명이 다양한 대안적인 실시예들 및 대안적인 응용 분야들에서 구현되는 방식을 명확하게 알 것이다. 그러나 비록 본 발명의 다양한 실시예들을 여기서 설명하지만 이 실시예들은 단지 예시일 뿐이면 본 발명을 제한하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 이와 같이, 다양한 대안적인 실시예들에 대한 이러한 설명이 본 발명의 범위 또는 폭을 제한하는 것으로 해석해서는 안 된다. 또한 장점들 또는 다른 태양들의 설명이 특정한 예시적인 실시예들에 적용되고, 특허청구범위에 의해 커버되는 모든 실시예들에 반드시 적용되지는 않는다.

본 명세서의 설명과 특허청구범위 전체에서, "포함한다(comprise)" 및 이의 "포함하는(comprising)", "포함한다(comprises)"와 같은 어미변화는 다른 첨가제, 컴포넌트, 정수 또는 단계를 배제하는 것을 의도하지 않는다.

본 명세서 전체에서 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은 해당 실시예와 관련하여 설명하는 특정한 피처, 구조 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서 본 명세서 전체에 걸쳐 여러 곳에서 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 문구 전부가 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니지만, 동일한 실시예를 지칭할 수도 있다.

여기서 설명하는 본 발명의 모든 실시예들이 여기에 개시된 장점들 전부를 갖는 것이 아님을 알 것이다. 일부 실시예는 단 하나의 장점을 가질 수 있는 반면, 다른 실시예는 전혀 이점이 없으며 단지 종래 기술에 대한 유용한 대안일 수 있을 뿐이다.

본 발명은 질량 분광기의 이온 검출기에 의해 방출되는 이온들과 혼합되는 오염물질들이 이온들과 함께 검출기를 향해 운반될 수 있다는 발견에 적어도 부분적으로 근거하고 있다. 오염 물질들은 (이온 주입부 또는 임의의 다른 경로를 통해) 검출기에 들어가서 (다이노드와 같은) 전자 방출 표면들 및/또는 전자 집전체/양극 표면과 접촉하여 검출기의 성능 및/또는 서비스 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

이러한 문제를 인식하고, 출원인은 이온 소스로부터 방출되는 이온들이 장치 내에서 유동하는 (잔류 운반 가스와 같은) 오염 물질의 경로와 별도의 경로를 통해 검출기까지 이동하도록 시료 분석 장치를 구성하는 것에 의해 검출기 성능 및/또는 서비스 수명이 개선됨을 발견했다. 이러한 방법으로, 검출기 내부는 검출기에 들어가는 이온들의 수에 실질적으로 부정적인 영향을 미치지 않으면서 보다 적은 양의 오염 물질에 노출될 수 있다. 본 명세서의 다른 부분에서 설명하는 바와 같이, 이러한 결과는 장치 내의 컴포넌트들을 재배열하는 것, 오염 물질 유동에 대한 장벽 또는 부분 장벽을 제공하는 여러 가지 실드들을 추가하는 것 그리고 이온들을 검출기를 향해 선택적으로 안내하는 리플렉트론들 및 렌즈들을 사용하는 것을 포함하는 다양한 방법들로 달성될 수 있다. 이러한 접근법은 이온 빔과 결합된 오염물질들이 검출기로 들어가는 것을 방지하거나 혹은 억제할 필요에 대해 고려하지 않았던 종래 기술과 크게 상이하다.

본 발명의 맥락에서, 오염 물질은 잔류 시료 운반 가스 및/또는 잔류 시료 운반 가스에 의해 운반되는 종류들일 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 헬륨, 수소 또는 질소와 같은 운반 가스는 질량 분광기에서 분석물을 이송하는 데 사용된다. 가스 크로마토그래피 질량 분광의 맥락에서, 운반 가스는 크로마토그래피 매체를 통해 분석물을 이동시키는 역할을 한다. 매체를 빠져 나간 후, 조합 운반 가스 및 분리된 분석물 종류들이 질량 분광기의 진공 챔버로 주입된 다음, 이온 소스에 의해 이온화된다. 이온 소스로부터, 이온들이 질량대전하비에 근거한 분리를 위해 질량 분석기로 가속된다. 질량 분석기를 빠져 나오는 이온들은 입자 검출기에 의해 검출된다. 출원인은 이온 소스에 의해 발생된 이온들과 실질적으로 동일한 라인을 따라 검출기로 진행하는 잔류 운반 가스(및 이와 결합된 임의의 다른 오염 물질들)가 검출기로 들어가서 검출기 수명 및/또는 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 것을 발견했다.

본 발명의 맥락에서, 오염 물질은 입자 검출기의 성능 및/또는 서비스 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 임의의 원자, 아원자 또는 분자 종류들, 또는 종류들의 임의의 복합체일 수 있다. 오염 물질은, 예를 들어, 사용자로부터 유래된 비표적 펩티드(예컨대, 모발 및 피부의 케라틴)일 수 있거나, 혹은 효소와 같은 분석을 위한 시료들을 준비하기 위해 필요한 시약으로부터 나올 수 있다. 세정제와 같은 다른 실험실 시약들이 오염 물질들로 장치 내에 도입될 수 있다. 이러한 오염 물질은 주입된 시료의 컴포넌트이기 때문에 질량 분광기의 진공 챔버로 도입된다.

오염 물질은 장치에 공급되는 운반 가스에 본질적으로 포함된 불순물일 수 있다. 운반 가스의 순도를 보장하기 위해 세심한 주의가 기울여지지만, 미량의 오염 물질이라도 분석 주기가 반복되면 검출기에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

오염 물질은 시료가 통과한 크로마토그래피 매체로부터 탈리된 종류일 수 있다.

대안적으로, 시료를 주입하기 전에도 오염 물질이 진공 챔버 내에 존재할 수 있다. 이와 관련하여 진공 펌프에 사용되는 오일들이 질량 분석기의 오염 물질 부하에 기여할 수 있다는 것이 알려져 있다. 이러한 오일들은 분석이 끝날 때 진공 챔버 내에 침착되고, 다음 분석에서 설정된 운반 가스 흐름에 들어갈 수 있다.

특히 출원인은 검출기 입력 영역이 이온 소스를 직접 "마주 보지" 않도록 시료 분석 장치를 구성하면 이온과 오염 물질이 물리적으로 분리됨으로써 검출기로 들어가는 오염 물질의 양을 최소화하는 것에 의해 성능 및/또는 검출기 수명을 개선할 수 있음을 발견했다. 앞에서 이미 논의한 바와 같이, 오염 물질들은 검출기로 들어가도록 정해진 이온들과 함께 검출기 입력부를 향해 이동하는 경우가 많다. 이온 소스와 검출기 사이의 가시선을 차단하는 것에 의해, 오염 물질의 유입을 방지하거나 혹은 억제하면서 이온들이 검출기에 들어갈 수 있게 하는 선택성을 제공하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 형태들에서, 이온 빔이 이온 소스로부터 검출기 입력부까지 선형 경로로 진행할 수 있으면 가시선은 유지되지만, 장치를 통과하여 유동하여 이온들과 혼합되는 오염 물질의 스트림은 검출기 입력부를 피하도록 편향된다.

알 수 있는 바와 같이, 장치의 진공 챔버 내 진공은 챔버의 포트에 연결된 진공 펌프에 의해 생성되고 유지된다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 진공 펌프는 오염 물질들을 검출기 및 검출기 입력부로부터 신속하게 격리시키는 수단으로 사용된다.

위에서 설명한 메커니즘에 추가하여 또는 그 대안으로, 이러한 배열 형태가 내부 이온 피드백을 방지하거나 혹은 억제할 수 있기 때문에 검출기 성능 및/또는 수명이 개선될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명은 검출기 내부에 보다 적은 양의 중성 종류들을 생성하고, 이러한 상황에서 충돌 이온화(즉 검출기 내부에서 전자들과의 충돌)에 의해 양이온화될 물질은 더 적다.

도면들은 본 발명의 추가적인 설명에 대한 근거를 형성할 다수의 비제한적이고 예시적인 실시예들을 제공한다.

먼저 도 2를 살펴보면, 이 실시예는 다른 도면들에 도시된 여러 가지 실드들 및 인클로저들과 같은 오염 물질들로부터 혼합된 이온들을 분리하는 데 사용되는 어떠한 물리적 구조물들을 요구하지 않는다. 그 대신, 하나 이상의 전기장 및 자기장이 이온들을 (그 자체로 오염 물질인) 잔류 시료 운반 가스의 유동으로부터 멀어지게 그리고 검출기 입력부를 향해 편항시키는 데 사용된다. 잔류 시료 운반 가스의 중성 입자들은 전자기장에 의해 영향을 받지 않으며, 대체로 선형인 경로를 따라 계속 진행한다. 검출기 입력부는 중성 입자들이 검출기 입력부를 통과하여 전형적으로 진공 펌프 포트가 배치된 진공 챔버의 단부 영역을 향해 이동하도록 위치된다.

알 수 있는 바와 같이, 종래 기술의 질량 분광기는 질량대전하비에 근거하여 입자들을 분리할 목적으로 자석을 포함할 수 있다. 그러나 종래 기술 장치에서 생성되는 자기장들은 이러한 목적으로 사용되지 않으며, 도 1에 도시 된 바와 같은 검출기 및 이온 소스를 구비하는 어떠한 배열 형태에서도 사용되지 않는다.

앞에서 언급한 바와 같이, 실드와 같은 장벽 또는 부분 장벽을 이온 및/또는 오염 물질의 경로 내에 또는 그 주변에 도입하는 것이 검출기로 들어가게 되어 있는 이온을 그것과 혼합되는 오염 물질로부터 분리하는 데 사용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 도 2와 유사하지만 이온 소스와 검출기 사이에 배치되는 가스 불투과성 실드를 구비하는 장치가 도시되어 있다. 실드는 이온 빔이 겨우 통과할 수 있게 하는 치수를 갖는 구멍(미도시)을 구비한다. 도면에 도시된 바와 같이, 이온과 함께 유동하는 잔류 시료 운반 가스는 실드의 면을 따라 편향되고, 이에 따라 검출기로 향하는 경로를 차단한다. 따라서 시료 운반 가스의 일부가 구멍에 들어가서 검출기 입력부를 향해 이동할 수 있지만, 다른 부분은 실드에 의해 그렇게 되지 않을 것이다. 따라서 검출기에 들어갈 수 있는 시료 운반 가스의 양이 감소되고, 이에 따라 검출기의 전자 방출 표면 및 전자 집전체/양극 표면의 오염이 덜하다.

도 3의 실시예에서, 실드는 아주 크지는 않으며, 일부 잔류 운반 가스가 가장자리들을 가로질러 검출기 입력부로 이동할 것이다. 이 경우, 그럼에도 불구하고 가스가 검출기 입력부로 직접 유동하는 것은 방지된다. 더욱이, 가스는 검출기 주변에서 유동할 수 있고 여전히 검출기 입력부를 우회하여 결국에는 진공 펌프에 의해 챔버로부터 제거될 것이다.

도 3에 도시된 바와 같은 실드는 검출기 입력부가 이온 소스 및 실드의 구멍에 의해 이온 소스와 검출기 사이에 확립되는 가시선을 바로 대면하는 곳에서 사용될 수 있다. 그러나 오염 물질들이 검출기로 유입되는 것을 가능한 한 최소화하도록 검출기 입력부를 이온 소스로부터 멀리 배향하는 것이 바람직하다.

실드들은 본 명세서의 이점을 파악한 통상의 기술자가 적당한 것으로 생각하는 임의의 소재로 제작될 수 있다. 바람직하게는, 소재는 액체, 증기 또는 가스를 진공 하의 챔버로 탈리시키지 않아서 "가상 누설"에 기여하지 않는 것이다. 이러한 소재는 종종 본 발명의 기술 분야에서 "진공 안전"이라고 지칭된다. 탈리된 물질은 기기의 진공 펌핑 시스템에 해로운 영향을 미칠 수 있다. 예시적인 소재는 세라믹 소재 및 유리 소재를 포함한다.

실드는 도 5에 도시된 바와 같이 더 클 수도 있다. 이 실시예에서, 실드의 하측 부분은 검출기의 하측 가장자리 아래 지점까지 하방으로 연장한다. 이러한 배열 형태는 잔류 운반 가스가 검출기로 이동하는 것을 억제함에 있어서 점진적인 개선을 제공한다. 알 수 있는 바와 같이, 검출기는 전형적으로 감싸이지 않고, 검출기 주변의 가스는 검출기의 내부 영역으로 유동하여 전자 방출 표면 또는 전자 집전체/양극 표면과 접촉할 수 있다. 검출기의 하측 가장자리 너머로 실드를 연장하면 이러한 가능성이 줄어든다.

일부 실시예들에서, 실드는 그것이 배치되는 챔버의 벽과 접촉하거나 혹은 거의 접촉하도록 충분히 연장할 수 있다.

어쨌든, 실드는 챔버 내에 진공을 확립 또는 해제하는 프로세스를 늦출 정도로 크지 않는 것이 바람직하다. 가스는 여전히 상당한 간섭 없이 실드 주변을 통과할 수 있다.

도 4의 실시예에서, 검출기 입력부는 이온 소스 반대쪽을 바라보고 있고, 전자기장들이 이온 진행 방향을 반전시키는 데 사용된다. 따라서 잔류 시료 운반 가스가 실드를 지나서 유동하는 경우에도, 가스 유동은 검출기 입력부로 들어가기 위하여 방향을 반전해야 할 필요가 있다.

도 4에 도시된 것과 같지만 실드가 없는 실시예는 그럼에도 불구하고 검출기 입력부가 반대 방향으로 배향되어 있으면 가스가 검출기 입력부로 바로 유동하는 것을 억제하고, 검출기 입력부가 이온 소스로부터 멀어지는 방향으로 배향되지 않은 장치에 비해 약간의 장점을 제공한다.

이제 도 5의 실시예로 넘어가면, 비교적 짧은 실드가 검출기 주변에 인클로저를 형성하는 제2 실드와 조합으로 사용된다. 인클로저는 잔류 운반 가스가 검출기의 측면들 또는 끝부분들을 통해 검출기의 내부 영역으로 유입되는 것을 억제하도록 검출기를 감싼다(그렇지만 반드시 검출기에 연결되지는 않는다).

도면의 바람직한 실시예들에 도시된 인클로저들이 검출기를 삼차원으로 감쌀 수 있거나 혹은 감싸지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어 페이지의 안팎으로 충분히 연장하는 인클로저는 여전히 완전하게 작동할 수 있고 끝부분들에서 밀폐되지 않아서 손실되는 효율도 매우 적다. 그러나 인클로저가 검출기를 탐지기를 둘러싸기에 충분할 만큼 큰 경우 끝부분들을 밀폐하여 3차원적으로 완전한 인클로저를 형성하는 것이 더 중요하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 인클로저는 이온이 검출기에 들어갈 수 있도록 구멍을 포함한다. 구멍은 의심할 여지없이 약간의 잔류 운반 가스를 받아들이지만, 대부분은 시료 분석 장치의 작동 중에 진공 챔버에 연결된 진공 펌프에 의해 검출기 주변으로부터 멀리 운반될 것이다.

제1 실드가 없고 검출기 주변의 제2 실드만이 사용되는 경우에도 이러한 장점이 실현될 수 있다. 이 경우, 가스의 유동은 검출기의 인클로저 구멍에 들어가도록 반전될 필요가 있을 것이고, 검출기의 측면들 및 끝부분들을 통해 가스가 검출기로 유입되는 것은 억제될 것이다.

도 5에 도시 된 바와 같이, 실드와 검출기 사이에 갭이 있다. 이 갭은 본 발명의 실드들 및 인클로저들이 검출기에 반드시 부착될 필요는 없음을 그래픽으로 강조하도록 도시되어 있다. 실제로, 실드가 검출기에 근접하게 위치하는 것이 본 발명의 본질은 아니다. 본 발명의 일부 형태들에서, 실드들은 이온 소스로부터 나오는 오염물질들의 스트림이 검출기에 도달하는 것을 억제하는 역할을 주로 한다. 예를 들어, 실드는 이온 소스에 근접하게 그리고 검출기로부터는 멀리에 배치될 수 있다. 일반적으로, 실드는 이온 소스 특정 오염 물질들이 검출기에 도달하는 것을 억제하는 한 효과적이며, 이러한 효과는 실드가 이온 소스 또는 검출기에 근접하거나 혹은 실제로 그 중간에 있는지 여부에 무관하게 달성될 수 있다.

검출기 인클로저는 실드의 경우와 마찬가지로 "진공 안전" 소재로 제작될 수 있다.

도 6의 실시예는 다중 적층 실드들을 검출기 주변에 인클로저를 형성하는 실드와 조합하여 사용하는 것을 도시한다. 적층된 쉴드들 사이에 형성된 공간은 적층체의 가장자리들 위로 이동하는 잔류 오염 물질 가스를 가두는 역할을 한다. 가스의 적어도 일부는 시료 분석이 완료되고 진공 챔버가 퍼지될 때까지 갇힌 채로 유지될 수 있다. 이러한 방식으로, 적층된 플레이트들이 오염 물질에 대한 일종의 임시 저장소 역할을 한다.

알 수 있는 바와 같이, 적층된 실드들 각각은 이온 빔을 통과시키기에 충분한 크기의 개구를 포함하고, 구멍들 각각은 이온 빔이 실드들 전부를 관통할 수 있게 하도록 정합된다. 다른 잠재적인 장점은 적층체에서 이전 실드의 구멍을 관통한 가스의 비율을 순차적으로 제거하는 역할을 하는 각각의 다음 실드에 의해 구현될 수 있다.

도 6의 실시예에서는 적층 실드들이 검출기를 둘러싸는 다른 실드와 조합되어 도시되어 있다. 적층 실드들이 단독으로 그리고 검출기 주변에 실드가 없이 사용되는 장점이 구현될 수 있음을 알 것이다. 이와 관련한 예시적인 실시예는 도 7에 도시되어 있다.

이제 도 8의 실시예로 넘어가면, 일련의 3개의 실드들(각각이 정합된 구멍을 구비함)로 이루어지고 실드들 사이에는 렌즈들이 개재된 배열 형태가 도시되어 있다. 바로 알 수 있는 바와 같이, 렌즈들은 광학 렌즈들이 아니라 중심에 가까운 입자들을 축선에서 멀리 있는 렌즈를 통과하는 입자들보다 덜 강하게 편향시키는 것에 의해 이온 빔을 집속시킬 수 있는 전자기 렌즈들이다. 이러한 접근법은 집속된 이온 빔이 입력 빔보다 직경이 작을 것을 고려하면 제2 실드 및 제3 실드에서 각각 점점 더 작은 구멍들을 사용할 수 있게 한다. 물론, 잔류 시료 운반 가스는 렌즈들에 의해 집속되지 않을 것이고 이에 따라 구멍 주변의 실드 영역과 충돌할 것이다.

일부 실시예들에서, 빔이 우회 경로로 검출기 입력부로 진행하도록 이온 빔을 방향 전환시키기 위한 수단이 사용된다. 이러한 실시예들에서, 방향 전환에 의해 빔은 선형으로 유지되지만 그 방향이 변경된다. 도 9의 실시예는 이온 빔을 우회 경로를 따라 검출기 입력부를 향해 강제 이동시키는 데 이온 빔 반사 수단(구체적으로 리플렉트론)이 사용되는 이러한 배열 형태를 도시하고 있다. 따라서 이 실시예들은 방향 전환에 의해 곡선 빔이 생성되는 실시예들(예를 들어 도 2의 실시예)과 다르다. 알 수 있는 바와 같이, 리플렉트론은 빔의 이온들과 혼합된 잔류 시료 운반 가스의 경로에 영향을 미치지 않고, 이에 따라 가스가 이온들로부터 분리되게 된다.

하나 이상의 리플렉트론을 사용하면 실드가 없는 장점이 있을 수 있다. 그러나 도 9의 바람직한 실시예는 실드를 구비하지 않는 경우와 비교하여 우수한 결과(즉, 운반 가스를 검출기로부터 제외)를 제공할 수 있는 실드를 도시하고 있다. 도 9의 실드는 구멍이 없고, 이에 따라 실드와 충돌하는 모든 잔류 시료 운반 가스가 도면에 도시된 것처럼 편향된다. 구멍이 없는 것을 극복하도록, 이온 빔은 빔을 실드의 하측 가장자리보다 낮은 지점까지 방향 전환시키는 제1 리플렉트론 및 이온 빔을 검출기 입력부를 향해 방향 전환시키는 제2 리플렉트론을 이용하여 실드 주변으로 방향 전환된다.

도 9의 실시예는 비록 검출기 입력부로 이온들이 유입될 수 있게 하는 구멍이 있기는 하지만 검출기를 감싸는 실드를 사용하는 것을 또한 도시하고 있다. 실드는 리플렉트론(들)을 사용하는 것 및 실드를 사용하는 것 중 어느 하나 또는 둘 다와 조합될 때 장점을 제공할 수 있기는 하지만 선택적이다.

도 10의 실시예는 가스를 검출기로부터 멀어지게 편향시키도록 쐐기형 실드가 시료 운반 가스의 경로에 배치되는 것을 제외하면 도 9의 실시예와 유사하다. 선택적으로, 쐐기형 실드는 가스를 진공 펌프로 이어지는 챔버의 포트를 향해 편향시켜서 운반 가스를 챔버로부터 최종적으로 제거하게 유도하도록 구성될 수 있다.

운반 가스를 진공 펌프를 향해 방향 전환시키는 역할을 하는 실드는 이온들로부터 분리된 임의의 오염 물질을 물리적으로 용이하게 제거하도록 장치의 임의의 실시예에서 사용될 수 있다. 이런 식으로 오염 물질이 추후에 검출기에 들어갈 수 없다.

출원인은 컴포넌트들(즉, 이온 소스, 검출기, 진공 펌프, 자석, 및 임의의 실드들, 렌즈들 또는 리플렉트론들)의 다양한 배열 형태와, (실드들, 렌즈들 또는 리플렉트론들과 같은) 신규 구조체들을 포함하는 것이 기존의 앰플 분석 장치의 설계에, 또는 대안적으로 이러한 장치를 처음부터 새로 설계하기 위한 근거로 통합될 수 있음을 제안한다.

본 발명에 따라 혼합된 이온과 오염 물질들을 분리하기 위한 임의의 전략이 단독으로, 또는 임의의 하나 이상의 다른 전략과 조합으로 사용될 수 있음을 이용해야 한다. 아래에 열거하는 전략들이 있을 수 있다.

1. 이온 소스 및/또는 검출기 및/또는 전자기장 및/또는 진공 펌프 포트의 상대적인 공간 배열

2. 검출기 입력부의 배향

3. 이온 소스에 대한 검출기 입력부의 배향

4. 이온 소스와 검출기 입력부 사이에 배치되는 장벽 또는 부분 장벽 사용

5. 이온 소스와 검출기 입력부 사이에 적층 또는 오버랩 장벽들 또는 부분 장벽들 사용

6. 이온 소스와 검출기 입력부 사이에 구멍을 구비하는 장벽 또는 부분 장벽 사용

7. 이온 소스와 검출기 입력부 사이에 구멍이 없는 장벽 또는 부분 장벽 사용

8. 검출기 주변에 장벽 또는 부분 장벽 사용

9. 검출기 주변에 적층 또는 오버랩 장벽들 또는 부분 장벽들 사용

10. 검출기 주변에 구멍을 구비하는 장벽 또는 부분 장벽 사용

11. 검출기 주변에 구멍이 없는 장벽 또는 부분 장벽 사용

12. 이온빔을 집속하기 위한 렌즈들 사용

13. 렌즈들을 구멍을 구비하는 장벽 또는 부분 장벽과 조합하여 사용

14. 이온빔 반사 수단 사용

15. 실드를 구비하며, 이온 빔을 장벽 또는 부분 장벽 주변으로 안내하도록 구성된 이온 빔 반사 수단 사용

16. 유동하는 오염 물질을 검출기로부터 멀리 편향시키는 장벽 또는 부분 장벽 사용

17. 진공 펌프를 사용하여 유동하는 오염 물질을 검출기로부터 분할하고, 선택적으로 진공 펌프 외부의 오염 물질을 신속하게 격리

18. 진공 펌프를 사용하여 편향된 오염 물질을 검출기로부터 분할하고, 선택적으로 진공 펌프 외부의 오염 물질을 신속하게 격리

위에서 규정한 18가지의 전략들과 관련하여, 18!(즉, 6.4x10¹⁵) 조합의 전략들이 본 명세서에서 규정된다는 것을 알 것이다. 개별 조합들 각각은 본 발명의 별도의 실시예로 간주되어야 한다.

시료 분석 장치의 일부 실시예들에서, 검출기는 그 자체로 시료 운반 가스와 같은 오염 물질들을 배제하도록 구성된다. 검출기는 검출기의 전자 방출 표면들 및 전자 집전체/양극 표면들을 오염시키는 오염 물질의 레벨을 더 감소시키는 여러 가지 컴포넌트 배열 형태들, 실드들, 리플렉트론들 및 렌즈들에 추가로 혹은 이들과 시너지를 가지고 작동한다. 이와 관련하여, 입자 검출기는 전자 방출 표면(들) 및/또는 전자 집전체/양극 표면 주변의 환경이 인클로저 바로 외부의 환경과 상이하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 입자 검출기는 전자 방출 표면(들) 주변의 환경이 인클로저 바로 외부의 환경과 상이하도록 전자 방출 표면(들) 및/또는 전자 집전체/양극 표면 주변의 환경의 사용자 제어를 허용하게 구성된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기는 인클로저 바로 외부의 환경과 상이한 전자 방출 표면(들) 및/또는 전자 집전체/양극 주변의 환경을 확립하기 위한 수단을 포함한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기는 전자 방출 표면(들) 주변의 환경이 인클로저 바로 외부의 환경과 상이하도록 전자 방출 표면(들) 및/또는 전자 집전체/양극 표면 주변의 환경의 사용자 제어를 위한 수단을 포함한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 전자 방출 표면(들) 및/또는 전자 집전체/양극 표면 주변의 환경 인클로저 바로 외부의 환경과 각각의 환경들의 가스 종류의 존재, 부재 또는 부분 압력 및/또는 각각의 환경들에서 오염 물질 종류의 존재, 부재 또는 농도와 관련하여 상이하다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기는 그렇게 구성되지 않은 유사하거나 혹은 동일한 종래 기술의 입자 검출기와 비교하여 진공 전달률을 증가시키거나 혹은 감소시키도록 구성된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기는 입자 검출기의 진공 전달률의 사용자 제어를 허용하도록 구성된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기는 입자 검출기의 외부로부터 내부로 그리고/또는 입자 검출기의 내부로부터 외부로 유동하는 가스가 통상적인 유체의 유동 특성을 갖지 않도록 작동하게 구성된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기는 입자 검출기의 외부로부터 내부로 그리고/또는 입자 검출기의 내부로부터 외부로 유동하는 가스가 분자 유동의 유동 특성을 갖도록 작동하게 구성된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기는 입자 검출기의 외부로부터 내부로 그리고/또는 입자 검출기의 내부로부터 외부로 유동하는 가스가 통상적인 유체 유동과 분자 유동 사이에서 전환될 수 있는 유동 특성을 갖도록 작동하게 구성된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기는 입자 검출기 내부의 압력을 낮추도록 구성되거나 혹은 이를 위한 수단을 포함한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기는 입자 검출기의 외부로부터 내부로 그리고/또는 입자 검출기의 내부로부터 외부로 유동하는 가스의 유동 특성을 변경하기에 충분히 입자 검출기 내부의 압력을 낮추도록 구성되거나 혹은 이를 위한 수단을 포함한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기는 전자 증배기를 형성하도록 배열된 일련의 전자 방출 표면들을 포함한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 인클로저는 약 3개 이하의 인클로저 부분들 또는 약 2개 이하의 인클로저 부분들로 형성된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 인클로저는 인클로저가 단일 조각의 재료로 형성된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 인클로저는 하나 이상의 불연속부를 포함한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기는 하나 이상의 불연속부들 중 하나 또는 모두로 가는 입자 검출기 외부의 가스 유동을 차단하는 수단을 포함한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 하나 이상의 불연속부들 중 적어도 하나, 또는 하나 이상의 불연속부들 전부가 입자 검출기 외부의 가스가 입자 검출기로 유입되는 것을 제한하거나 혹은 방지하도록 그 치수가 정해진다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 하나 이상의 불연속부들 중 적어도 하나, 또는 하나 이상의 불연속부들 전부가 그 기능(들)을 위해 요구되는 것보다 크지 않다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 하나 이상의 불연속부들 중 적어도 하나, 또는 하나 이상의 불연속부들 전부가 입자 검출기 외부의 가스가 입자 검출기로 유입되는 것을 제한하거나 혹은 방지하도록 인클로저 위에 위치되고 그리고/또는 입자 검출기에 대해 배향된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 하나 이상의 불연속부들 중 적어도 하나, 또는 하나 이상의 불연속부들 전부가 관련된 가스 유동 장벽을 구비한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 가스 유동 장벽들 중 적어도 하나, 또는 가스 유동 장벽들 전부가 입자 검출기 외부의 가스가 입자 검출기로 선형으로 유입되는 것을 제한하거나 혹은 방지하도록 구성된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 가스 유동 장벽들 중 적어도 하나, 또는 가스 유동 장벽들 전부가 불연속부의 주변부로부터 외측으로 연장하는 하나 이상의 벽을 포함한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 가스 유동 장벽들 중 적어도 하나, 또는 가스 유동 장벽들 전부가 세장형이고 그리고/또는 가늘다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 가스 유동 장벽들 중 적어도 하나, 또는 가스 유동 장벽들 전부가 하나 이상의 절곡부 및/또는 하나 이상의 90도 절곡부를 포함한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 가스 유동 장벽들 중 적어도 하나, 또는 가스 유동 장벽들 전부가 배플을 포함한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 가스 유동 장벽들 중 적어도 하나, 또는 가스 유동 장벽들 전부가 불연속부로부터 멀리 있는 개구를 구비하는 튜브로 형성된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 불연속부로부터 멀리 있는 개구는 입자 검출기 외부의 가스가 입자 검출기로 유입되는 것을 제한하거나 혹은 방지하도록 튜브 상에 위치되고 그리고/또는 입자 검출기에 대해 배향된다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 가스 유동 장벽들 중 적어도 하나, 또는 가스 유동 장벽들 전부가 그 외부 표면 위에서 만곡되고 그리고/또는 모서리가 없다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 인클로저의 외부 표면이 만곡되거나 혹은 곡선을 포함하고, 그리고/또는 모서리가 없다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기가 내부 배플을 포함한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 내부 배플은 입자 검출기를 통한 가시선을 차단한다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기가 입력 개구를 포함하고, 입력 개구는 단면적이 약 0.1cm² 미만이다.

시료 분석 장치의 일 실시예에서, 입자 검출기가 입자 검출기를 통한 가시선이 존재하지 않도록 구성된다.

본 발명을 주로 질량 분광기에서 사용되는 유형의 검출기에 관하여 설명했지만, 본 발명이 그렇게 제한되지 않음을 이해해야 한다. 다른 응용 분야에서, 검출되는 입자가 이온이 아닐 수 있으며 중성 원자, 중성 분자 또는 전자일 수 있다. 어떤 경우에도 입자가 충돌하는 검출기 표면은 여전히 제공된다.

본 발명의 시료 분석 장치의 검출기는 본 발명 분야에서 입자를 검출하기 위해 사용되는 임의의 유형의 검출기일 수 있다. 검출기는 전형적으로 이차 전자 방출에 의해 이온 신호를 증폭하도록 구성된다. 적합할 수 있는 검출기로 이산 다이노드 전자 증배, 연속 전자 증배 및 마이크로 채널 증배에 기반한 검출기를 들 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 설명에서, 본 발명의 다양한 특징들은 때때로 다양한 발명적 태양들 중 하나 이상의 개시를 간소화하고 그리고 이해를 돕기 위해 단일의 실시예, 도면 또는 설명으로 함께 그룹화되었음을 이해할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 개시 방법은 청구된 발명이 각각의 청구항에 명시적으로 기재된 것보다 많은 특징들을 요구한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려 아래의 특허청구범위가 반영하듯이, 발명적 태양들은 앞에서 개시한 하나의 실시예의 모든 특징들보다 적다.

또한, 본 명세서에서 설명하는 일부 실시예들이 다른 실시예들에 포함된 일부 그렇지만 다른 특징은 아닌 특징을 포함하지만, 각기 다른 실시예들의 특징들의 조합들은 통상의 기술자가 이해하는 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있으며 각기 다른 실시예들을 형성하는 것을 의미한다. 예를 들어, 아래의 특허청구범위에서, 청구된 실시예들 중 임의의 실시예가 임의의 조합으로 사용될 수 있다.

본 명세서의 설명 중에 수많은 구체적인 세부 사항들을 설명했다. 그러나 본 발명의 실시예들은 이러한 구체적인 세부 사항들 없이 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 다른 경우들에서는, 본 명세서의 이해를 모호하게 하지 않도록 하기 위하여 공지의 방법들, 구조들 및 기법들을 나타내지 않았다.

따라서 본 발명의 바람직한 실시예로 생각되는 것을 설명했지만 통상의 기술자는 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 그리고 추가의 변형이 행해질 수 있고, 본 발명의 범위에 속하는 모든 이러한 변경들과 변형들을 청구하고자 하는 의도라는 것을 알 것이다. 다이어그램에 기능을 추가하거나 삭제할 수 있으며, 기능 블록 간에서 작업을 교환할 수 있다. 본 발명의 범위 내에서 설명한 방법에 단계가 추가되거나 삭제될 수 있다.

본 발명을 특정한 예를 참조하여 설명했지만, 통상의 기술자는 본 발명이 많은 다른 형태들로 실시될 수 있음을 알 것이다.

Claims (20)

1. 시료 분석 장치로,
   입자 검출 장치로 투입되는 시료로부터 이온을 생성하도록 구성된 이온 소스, 및
   이온 소스에서 생성된 이온을 수용하도록 구성된 입력부를 구비하는 이온 검출기를 포함하고,
   이온 소스에 의해 생성된 이온과 혼합되고 이온과 대체로 동일한 방향으로 유동하는 오염 물질이 검출기 입력부에 들어가는 것을 억제하거나 혹은 방지하도록 구성된 시료 분석 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   이온 소스에 의해 생성되고 이온 소스로부터 멀어지는 방향으로 이송되는 이온의 방향을 변경하도록 구성된 이온 방향 변경 수단을 포함하고, 이러한 방향 변경은 이온을 오염 물질로부터 분리하거나 혹은 이온 주변의 공간에서 오염 물질의 농도를 적어도 감소시키기에 충분한 시료 분석 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   이온 방향 변경 수단이 이온 소스에 의해 생성되고 이온 소스로부터 멀어지는 방향으로 이송되는 이온의 경로를 편향시키는 역할을 하는 시료 분석 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   편향이 이온 검출 변경 수단에 대한 자기장의 확립에 의해 발생하는 시료 분석 장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 청구항에 있어서,
   이온 소스에 의해 생성된 이온이 혼합되는 오염 물질의 방향을 변경하도록 구성된 오염 물질 유동 방향 변경 수단을 포함하고, 이러한 방향 변경은 이온을 운반 가스 스트림으로부터 분리하기에 충분한 시료 분석 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   오염 물질 유동 방향 변경 수단이 오염 물질의 통과에 대한 장벽 또는 부분 장벽을 형성하는 시료 분석 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   장벽 또는 부분 장벽이 이온 소스와 검출기 사이에 위치되고, 장벽 또는 부분 장벽은 이온 소스에 의해 생성된 이온의 통과는 허용하지만 오염 물질의 통과는 방지하거나 혹은 억제하도록 구성된 시료 분석 장치.
8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
   장벽 또는 부분 장벽이 이온 검출기 입력부로부터 멀어지게 오염 물질을 편향시키는 역할을 하는 시료 분석 장치.
9. 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 청구항에 있어서,
   장벽 또는 부분 장벽이 이온 소스에 의해 생성된 이온의 통과는 허용하지만 오염 물질의 통과는 방지하거나 혹은 억제하도록 구성된 불연속부를 포함하는 시료 분석 장치.
10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 청구항에 있어서,
    장벽 또는 부분 장벽이 이온 소스에 의해 생성된 이온의 통과는 허용하지만 오염 물질의 통과는 방지하거나 혹은 억제하는 목적에 실질적으로 전용인 시료 분석 장치.
11. 청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 한 청구항에 있어서,
    적어도 2개, 3개 또는 그 이상의 장벽들 또는 부분 장벽들을 포함하고, 장벽들 또는 부분 장벽들 각각은 적어도 부분적으로 오버랩되거나 혹은 적층되는 배열 형태를 갖는 시료 분석 장치.
12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 청구항에 있어서,
    검출기가 이온 소스에 의해 생성되고 이온 소스로부터 실질적으로 선형인 경로를 따라 이송되는 이온이 검출기 입력부에 들어가기 위해 선형 경로로부터 벗어날 필요가 있도록 구성되거나 혹은 위치되거나 혹은 배향되는 시료 분석 장치.
13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 청구항에 있어서,
    검출기가 이온 소스와 검출기 입력부 사이에 가시선이 설정되지 않도록 구성되거나 혹은 위치되거나 혹은 배향되는 시료 분석 장치.
14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 청구항에 있어서,
    검출기가 시료 운반 가스 스트림의 출발점과 검출기 입력부 사이에 가시선이 설정되지 않도록 구성되거나 혹은 위치되거나 혹은 배향되는 시료 분석 장치.
15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 청구항에 있어서,
    검출기 입력부가 대체로 이온 소스 반대쪽을 바라보거나 혹은 대체로 이온 소스를 향해 바라보지 않는 시료 분석 장치.
16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 청구항에 있어서,
    이온 소스 및 검출기를 감싸는 진공 챔버를 포함하고, 진공 챔버는 진공이 진공 챔버에 확립될 수 있도록 진공 펌프와 기체 연통하는 챔버 출구 포트를 구비하며, 챔버 출구 포트는 진공 펌프가 작동 중일 때 이온 소스에 의해 생성된 이온과 혼합되고 이온과 대체로 동일한 방향으로 유동하는 오염 물질이 검출기보다는 챔버 출구 포트로 우선적으로 분배되도록 구성되거나 혹은 위치되거나 혹은 배향되는 시료 분석 장치.
17. 청구항 16에 있어서,
    장벽 또는 부분 장벽이 챔버 출구 포트와 검출기 입력부 사이에서 연장하는 시료 분석 장치.
18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 청구항에 있어서,
    검출기는 오염 물질이 검출기의 전자 방출 표면 또는 전자 집전체/양극 표면과 접촉하는 것을 방지하거나 혹은 억제하도록 적어도 부분적으로 감싸인 시료 분석 장치.
19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 청구항에 있어서,
    검출기가 시료 운반 가스 스트림을 검출기 입력부로부터 멀어지게 편향시키도록 구성된 하나 이상의 관련 실드를 구비하는 시료 분석 장치.
20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 청구항에 있어서,
    시료 운반 가스와 시료가 통과하는 시료 입구 포트를 포함하고, 시료 입구 포트는 시료 운반 가스와 시료의 스트림을 이온 발생기를 향해 안내하도록 구성된 시료 분석 장치.

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