KR20230090223A

KR20230090223A - 원격 챔버 및 이를 이용한 dart-ms 시스템

Info

Publication number: KR20230090223A
Application number: KR1020220118993A
Authority: KR
Inventors: 유현식; 배용진; 임영희
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2023-06-21

Abstract

본 발명은 원격 챔버 및 이를 이용한 DART-MS 시스템에 관한 것으로, DART(direct analysis in real time) 기기와 MS(mass spectrometry) 기기 간의 공간적인 자유도를 향상시키고 시료에 추가적인 조건 부여가 가능한 원격 챔버 및 이를 이용한 DART-MS 시스템을 제공하기 위한 것이다.

Description

원격 챔버 및 이를 이용한 DART-MS 시스템{REMOTE CHAMBER AND DART-MS SYSTEM USING THE SAME}

본 출원은 2021.12.14. 출원된 한국특허출원 10-2021-0178827호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.

본 발명은 원격 챔버 및 이를 이용한 DART-MS 시스템에 관한 것으로, DART(direct analysis in real time) 기기와 MS(mass spectrometry) 기기 간의 공간적인 자유도를 향상시키고 시료에 추가적인 조건 부여가 가능한 원격 챔버 및 이를 이용한 DART-MS 시스템에 관한 것이다.

대기압 이온화 질량 분석법(ambient ionization mass spectrometry)은 시료 전처리 과정이 최소화되고, 대기 중에서의 이온화 과정을 통해 빠르게 대상 물질의 분자량 및 구조를 분석할 수 있는 질량 분석 기법이다.

DART-MS(direct analysis in real time-mass spectrometry)는 이온 소스(ion source)에서 나오는 가열된 준안정 상태의 헬륨 가스(heated metastable He gas)와 이로부터 생성되는 반응성 이온들(reactive ions)을 이용해 대상 물질을 탈착 및 이온화시킴으로써 물질의 분자량 및 구조 분석을 수행할 수 있는 장치이다. 대기압 하에서 이온 소스와 MS 사이에 시료를 위치시킴으로써 간단히 분석을 수행할 수 있는 장점이 있지만 좀 더 넓은 범위의 시료에 적용을 위해서는 대기 중에서 시료의 농도(concentration) 증대 및 이로 인한 스펙트럼의 신호 대 간섭비(signal-to-noise ratio) 향상을 위한 기술적 개발이 요구된다. 이러한 관점에서 시료의 탈착 효율(desorption efficiency), 이온화 효율(ionization efficiency), 생성된 이온의 효율적인 수집(collection) 및 전달(transmission) 등이 검출 감도 향상을 위한 중요한 인자가 될 수 있다.

더하여, DART-MS, DESI-MS, LA-DART-MS, LAESI-MS 등과 같은 대기압 질량 분석법(ambient mass spectrometry)에서의 샘플링은 개방된 공간에서 이루어지기 때문에, 일정 수준 이상의 검출 감도 확보를 위해서는 장치들이 밀집되어 배치되어야 되고, 이러한 배치는 광학 현미경(optical microscopy) 등과 같은 추가적인 분석 기기 및 시료에 추가적인 조건(광, 열, 전기, 진공 등) 부여를 위한 장치의 도입을 방해하고, 적용 가능한 시료의 크기를 제한한다.

따라서, 상기와 같은 문제들을 해결하여 시료가 가지는 복잡성(complexity)를 이해할 수 있는 분석 장치가 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 원격 챔버는,

내부에 샘플이 수용되는 하부 챔버; 및

상기 하부 챔버의 상단부에 결합되고 내부에 상기 샘플에서 탈착된 성분이 유입되는 가이드 유로가 형성되는 상부 챔버를 포함하고,

상기 상부 챔버의 내부에는 상기 탈착된 성분을 하부 챔버로부터 전달받는 제1 공간이 형성되며,

상기 하부 챔버의 내부에는 상기 샘플이 수용되는 공간인 제2 공간이 형성되고,

상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 연결되어 서로 통기되는 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버에서, 상기 상부 챔버는, 상부 및 하부가 개방되는 측벽부와, 상기 측벽부의 상단부에 결합되는 천정부와, 운반 가스가 주입되기 위해 상기 측벽부의 일측벽에 형성되는 주입구와, 상기 운반 가스 및 상기 샘플에서 탈착된 성분이 배출되기 위해 상기 측벽부의 타측벽에 형성되는 배출구와, 상기 제1 공간에 삽입되며 내부에 상기 가이드 유로가 형성되는 가스 가이드부를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버에서, 상기 가스 가이드부는, 상기 주입구와 대면하는 제1 개구부와, 상기 배출구와 대면하는 제2 개구부와, 상기 샘플과 대면하는 제3 개구부를 포함하고, 상기 가이드 유로의 일단부에 상기 제1 개구부가 위치하며, 상기 가이드 유로의 타단부에 상기 제2 개구부가 위치하고, 상기 제3 개구부는 가이드 유로의 중심에서 하측에 위치하는 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버에서, 상하방향에 수직한 방향을 제1 방향이라 하고, 상하방향 및 상기 제1 방향에 수직한 방향을 제2 방향이라 할 때, 상기 가이드 유로는 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향 상에서 상기 제3 개구부는 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부 사이에 위치하며, 상기 가이드 유로의 상기 제2 방향으로의 길이는 상기 제3 개구부의 중심에서 상기 제1 개구부로 가까워질수록 짧아지고, 상기 가이드 유로의 상기 제2 방향으로의 길이는 상기 제3 개구부의 중심에서 상기 제2 개구부로 가까워질수록 짧아지는 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버에서, 상기 가스 가이드부의 상하방향에 수직한 단면 상에서 상기 가이드 유로는 상기 제1 방향을 장축으로 하고, 상기 제2 방향을 단축으로 하는 유선형으로 마련되는 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버에서, 상기 천정부에는 광이 투과 가능한 소재로 마련되는 윈도우가 형성되고, 상기 가스 가이드부는 상기 윈도우와 대면하는 위치에 제4 개구부를 더 포함하며, 외부에서 조사되는 레이저는 상기 윈도우, 상기 제4 개구부 및 상기 제3 개구부를 통과하여 상기 샘플에 조사되는 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버의 상기 제2 공간에는 상기 샘플을 가열하는 히팅부가 마련되고, 상기 히팅부는 하단부가 상기 하부 챔버 저면에 고정되며, 상기 히팅부의 측면은 상기 하부 챔버의 내측면과 서로 이격되는 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버에서 상기 히팅부는 상기 샘플의 온도를 20 ℃ 내지 1000 ℃로 가열하는 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버에서, 상기 히팅부는, 열을 생성하는 발열 부재와, 상기 발열 부재의 상단부에 고정되는 샘플 거치 디스크를 포함하는 것 일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버에서, 상기 히팅부는 상기 샘플 거치 디스크의 원주에 결합되는 링 형상의 가이드 링을 더 포함하고, 상기 가이드 링의 상하방향으로의 길이는 상기 샘플 거치 디스크의 상하방향으로의 길이보다 더 긴 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버에서, 상기 샘플 거치 디스크 및 상기 가이드 링은 금도금 구리(gold coated copper) 또는 스테인리스강(stainless steel)으로 마련되는 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버에서, 상기 하부 챔버의 저면에는 상기 제2 공간을 냉각하는 냉각 유로가 형성되는 것일 수 있다.

본 발명의 DART-MS 시스템은, 내부에 샘플을 수용하는 원격 챔버; 상기 원격 챔버의 상단부에 형성된 윈도우를 통해 상기 샘플에 레이저를 조사하는 광원 유닛; 상기 원격 챔버에 형성된 주입구를 통해 상기 원격 챔버의 내부 공간으로 운반 가스를 공급하는 운반 가스 공급 유닛; 일단부가 상기 원격 챔버에 형성된 배출구에 연결되며 상기 샘플로부터 분리된 분석 대상 물질을 배출하는 가스 이송 튜브; 상기 가스 이송 튜브의 타단부로 배출되는 상기 분석 대상 물질에 헬륨 빔을 방출하여 상기 분석 대상 물질을 이온화시키는 이온화 유닛; 및 이온화된 상기 분석 대상 물질을 흡입하여 분석하는 질량 분석 유닛을 포함하고, 상기 원격 챔버는, 상기 윈도우, 상기 주입구 및 상기 배출구가 마련되고 내부에 제1 공간이 형성되는 상부 챔버와, 상기 상부 챔버의 하단부에 결합되며 내부에 상기 샘플이 수용되는 제2 공간이 형성되는 하부 챔버를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 DART-MS 시스템에서, 상기 상부 챔버의 하단부와 상기 하부 챔버의 상단부는 개방되어 상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 연결되고, 상기 윈도우는 상기 상부 챔버의 상단부에 형성되고, 상기 광원 유닛은 상기 원격 챔버의 상부에서 하방으로 상기 레이저를 조사하며, 상기 레이저는 상기 윈도우를 통과하여 상기 샘플에 도달하는 것일 수 있다.

본 발명의 DART-MS 시스템에서, 상기 원격 챔버의 하단부에는 상기 원격 챔버의 위치를 조절하는 수평이동 스테이지가 결합되는 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버 및 이를 이용한 DART-MS 시스템은 DART(direct analysis in real time) 기기와 MS(mass spectrometry) 기기 간의 공간적인 자유도가 향상되고 시료에 추가적인 조건 부여가 가능한 것일 수 있다.

본 발명의 원격 챔버 및 이를 이용한 DART-MS 시스템은 광 조사, 온도 및 진공 제어, 전기 공급, 가스 플로우(gas flow)가 가능한 원격 챔버를 구비한 것으로, 이를 통해 인시츄(in-situ) 질량 분석이 가능한 것일 수 있다.

도 1은 본 발명의 DART-MS 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 원격 챔버를 나타내는 사시도이다.
도 3은 원격 챔버를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 상부 챔버의 측벽부를 나타내는 사시도이다.
도 5는 상부 챔버의 천정부를 나타내는 사시도이다.
도 6은 가스 가이드부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 A-A 단면도이다.
도 8은 도 6의 B-B 단면도이다.
도 9는 히팅부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 10은 하부 챔버의 저면이 분리된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 11은 하부 챔버의 저면을 나타내는 평면도이다.
도 12는 수평이동 스테이지를 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

본 발명의 설명에 있어서, 유의하여야 할 점은 용어 "중심", "상", "하" "좌", "우", "수직", "수평", "내측", "외측", “일면”, “타면” 등이 지시한 방위 또는 위치 관계는 도면에서 나타낸 방위 또는 위치 관계, 또는 평소에 본 발명 제품을 사용할 시 배치하는 방위 또는 위치관계에 기초한 것이고, 본 발명의 설명과 간략한 설명을 위한 것일 뿐, 표시된 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방위를 가지고 특정된 방위로 구성되거나 조작되어야 하는 것을 제시 또는 암시하는 것이 아니므로 본 발명을 제한하는 것으로 이해해서는 아니 된다.

도 1은 본 발명의 DART-MS 시스템을 나타내는 개념도이다. 도 2는 원격 챔버(100)를 나타내는 사시도이다. 도 3은 원격 챔버(100)를 나타내는 분해 사시도이다. 도 4는 상부 챔버(110)의 측벽부(111)를 나타내는 사시도이다. 도 5는 상부 챔버(110)의 천정부(112)를 나타내는 사시도이다. 도 6은 가스 가이드부(113)를 나타내는 사시도이다. 도 7은 도 6의 A-A 단면도이다. 도 8은 도 6의 B-B 단면도이다. 도 9는 히팅부(121)를 나타내는 분해 사시도이다. 도 10은 하부 챔버(120)의 저면이 분리된 상태를 나타내는 사시도이다. 도 11은 하부 챔버(120)의 저면을 나타내는 평면도이다. 도 12는 수평이동 스테이지(130)를 나타내는 사시도이다.

이하, 도 1 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 원격 챔버 및 이를 이용한 DART-MS 시스템에 대해서 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 DART-MS 시스템은,

내부에 샘플을 수용하는 원격 챔버(100);

상기 원격 챔버(100)의 상단부에 형성된 윈도우(112a)를 통해 상기 샘플에 레이저를 조사하는 광원 유닛(200);

상기 원격 챔버(100)에 형성된 주입구(111a)를 통해 상기 원격 챔버(100)의 내부 공간으로 운반 가스를 공급하는 운반 가스 공급 유닛(300);

일단부가 상기 원격 챔버(100)에 형성된 배출구(111b)에 연결되며 상기 샘플로부터 분리된 분석 대상 물질을 배출하는 가스 이송 튜브(400);

상기 가스 이송 튜브(400)의 타단부로 배출되는 상기 분석 대상 물질에 헬륨 빔을 방출하여 상기 분석 대상 물질을 이온화 시키는 이온화 유닛(500); 및

이온화된 상기 분석 대상 물질을 흡입하여 분석하는 질량 분석 유닛(600)을 포함하는 것일 수 있다.

광원 유닛(200)은 레이저를 출사하는 것으로, 원격 챔버(100)의 상부에서 하방으로 레이저를 출사하고, 광원 유닛(200)에서 출사된 레이저는 원격 챔버(100)의 상단부에 마련되는 윈도우(112a)를 통과하여 원격 챔버(100) 내부에 위치하는 샘플에 도달할 수 있다. 광원 유닛(200)은 UV에서 IR 영역까지의 레이저 광원 중 선택되는 것일 수 있다. 예를 들어, 광원 유닛(200)은 약 400 nm 대의 파장의 레이저를 출사하는 광원일 수 있다.

운반 가스 공급 유닛(300)은 샘플에서 탈착된 성분을 운반하는 가스를 원격 챔버(100) 내부에 공급하는 것일 수 있다. 운반 가스 공급 유닛(300)을 통해 원격 챔버(100) 내부로 주입된 운반 가스는 샘플에서 탈착된 성분을 가스 이송 튜브(400)로 밀어내어 가스 이송 튜브(400)의 출구에서 가열된 준안정 헬륨 빔(heated meta-stable beam)과 만나게 할 수 있다. 운반 가스 공급 유닛(300)이 공급하는 운반 가스는 질소, 헬륨, 네온, 알곤 등일 수 있다.

가스 이송 튜브(400)는 원격 챔버(100) 내부에서 발생한 에어로졸이 이온화 유닛(500)이 헬륨 빔을 방출하는 위치까지 이동하기 위한 유로일 수 있다. 예를 들어, 가스 이송 튜브(400)는 테플론 튜브, 우레탄 튜브, 실리콘 튜브 등일 수 있다. 가스 이송 튜브(400)는 수 cm 내지 수십 m 정도의 길이로 마련될 수 있으며, 장치 간의 배치 관계의 자유도를 위해서 가요성 재질로 마련되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 가스 이송 튜브(400)는 50 cm 내지 100 cm의 길이로 마련될 수 있다.

이온화 유닛(500)은 샘플에서 탈착된 성분에 가열된 준안정 헬륨 빔(heated meta-stable beam)을 방출하는 것일 수 있다. 헬륨 빔이 방출되는 이온화 유닛(500)의 방출구가 질량 분석 유닛(600)의 흡입구와 대면하도록 이온화 유닛(500)은 배치될 수 있다.

질량 분석 유닛(600)은 질량 분석기(mass spectrometer)로서, 질량 대 전하의 비(m/z)가 다른 이온화된 분자들을 분리 및 검출할 수 있는 것일 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 원격 챔버(100)는, 상기 윈도우(112a), 상기 주입구(111a) 및 상기 배출구(111b)가 마련되고 내부에 제1 공간(110a)이 형성되는 상부 챔버(110)와, 상기 상부 챔버(110)의 하단부에 결합되며 내부에 상기 샘플이 수용되는 제2 공간(120a)이 형성되는 하부 챔버(120)를 포함하는 것일 수 있다.

상기 상부 챔버(110)의 하단부와 상기 하부 챔버(120)의 상단부는 개방되어 상기 제1 공간(110a)과 상기 제2 공간(120a)은 연결되고, 상기 윈도우(112a)는 상기 상부 챔버(110)의 상단부에 형성되고, 상기 광원 유닛(200)은 상기 원격 챔버(100)의 상부에서 하방으로 상기 레이저를 조사하며, 상기 레이저는 상기 윈도우(112a)를 통과하여 상기 샘플에 도달하는 것일 수 있다.

즉, 원격 챔버(100)에서, 하부 챔버(120)는 내부에 샘플을 수용하고, 샘플에 전압 또는 전류 인가, 가열, 냉각 등의 조건 부여가 되는 공간으로 제2 공간(120a)이 형성되는 것이고, 상부 챔버(110)는 하부 챔버(120)의 제2 공간(120a)에 위치하는 샘플로부터 탈착된 성분을 전달받아 기스 배출 튜브로 배출하는 공간인 제1 공간(110a)이 형성되는 것일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상부 챔버(110)의 측벽부(111)는 상부 및 하부가 개방되는 사각형의 틀로서 마련될 수 있다. 측벽부(111)에는 주입구(111a)와 배출구(111b)가 마련될 수 있다. 더, 구체적으로, 측벽부(111)의 4개의 측벽 중 서로 대면하는 2개의 측벽에 주입구(111a)와 배출구(111b)가 각각 형성되고, 주입구(111a)와 배출구(111b)는 각각의 측벽에서 서로 대면하도록 위치할 수 있다. 따라서, 주입구(111a)로 유입된 운반 가스는 직선으로 흘러, 샘플에서 탈착된 성분과 함께 배출구(111b)로 배출될 수 있다.

필요에 따라, 원격 챔버(100)의 내부에 진공 형성이 요구될 경우, 주입구(111a) 또는 배출구(111b)에 진공 펌프를 연결하여 원격 챔버(100) 내부에 진공을 형성할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 측벽부(111)의 상단부에는 윈도우(112a)가 형성된 천청부가 결합될 수 있다. 천정부(112)는 홀이 형성된 상하방향에 수직한 플레이트로 형성되고, 홀은 광 투과성 소재로 덮어져 윈도우(112a)로 형성될 수 있다. 더 구체적으로, 윈도우(112a)는 광원 유닛(200)에서 생성된 레이저가 투과 가능한 소재로 마련될 수 있다.

상기 제1 공간(110a)에는 가스 가이드부(113)가 삽입될 수 있다. 가스 가이드부(113)는 샘플에서 탈착된 성분을 동반한 운반 가스가 상부 챔버(110) 내에서 내벽과 충돌하여 와류를 형성하는 것을 방지하고, 실제 유체가 흐르는 공간을 한정시켜 검출 감도를 향상시키는 것일 수 있다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 가스 가이드부(113)는, 상기 주입구(111a)와 대면하는 제1 개구부(113a)와, 상기 배출구(111b)와 대면하는 제2 개구부(113b)와, 상기 샘플과 대면하는 제3 개구부(113c)와, 상기 윈도우(112a)와 대면하는 제4 개구부(113d)와, 상기 제1 개구부(113a), 상기 제2 개구부(113b), 상기 제3 개구부(113c) 및 상기 제4 개구부(113d)와 연결되며 상기 분석 대상 물질의 흐름을 가이드하는 가이드 유로(113e)를 포함하는 것일 수 있다.

구체적으로, 상기 주입구(111a) 및 상기 배출구(111b)는 서로 마주하는 상기 상부 챔버(110)의 한 쌍의 측벽 각각에 서로 대면하도록 형성되는 것에 대응하도록, 제1 개구부(113a) 및 제2 개구부(113b)는 측면에 위치하고, 제3 개구부(113c)는 저면에 형성되며, 제4 개구부(113d)는 천정면에 형성될 수 있다. 즉, 가이드 유로(113e)는 도 6에 도시된 바와 같이, x축 방향으로 연장되는 유선형 유로로 마련될 수 있고, 이때, 가이드 유로(113e)의 일단부에 제1 개구부(113a)가 위치하며, 가이드 유로(113e)의 타단부에 제2 개구부(113b)가 위치하고, 제3 개구부(113c)는 가이드 유로(113e)의 중심에서 하측에 위치하며, 제4 개구부(113d)는 가이드 유로(113e)의 중심에서 상측에 위치할 수 있다.

즉, x축 방향을 제1 방향이라 하고, y축 방향을 제2 방향이라 할 때, 상기 가이드 유로(113e)는 상기 제1 방향으로 연장되는 형상으로 마련될 수 있다. 상기 제1 방향 상에서 상기 제3 개구부(113c)는 상기 제1 개구부(113a)와 상기 제2 개구부(113b) 사이에 위치할 수 있다.

상기 가이드 유로(113e)의 상기 제2 방향으로의 길이는 상기 제3 개구부(113c)의 중심에서 상기 제1 개구부(113a)로 가까워질수록 짧아지고, 상기 가이드 유로(113e)의 상기 제2 방향으로의 길이는 상기 제3 개구부(113c)의 중심에서 상기 제2 개구부(113b)로 가까워질수록 짧아지는 것일 수 있다. 즉, 가이드 유로(113e)는 중심에서 주입구(111a) 또는 배출구(111b)로 가까워질수록 그 폭이 좁아지는 형상으로 마련될 수 있다. 제1 개구부(113a)와 제2 개구부(113b)를 연결하는 한 쌍의 측벽은 서로 면 대칭되는 형상의 곡면으로 마련될 수 있다.

예를 들어, 상기 가스 가이드부(113)의 상하방향에 수직한 단면 상에서 상기 가이드 유로(113e)는 상기 제1 방향을 장축으로 하고, 상기 제2 방향을 단축으로 하는 유선형으로 마련되는 것일 수 있다.

가스 가이드부(113)에는 가이드 유로(113e)의 양측으로 열차단 중공(113f)이 형성될 수 있다. 열차단 중공(113f)은 히팅부(121)에서 생성된 열이 가스 가이드부(113)를 통해 주변에 전달되는 것을 최소화하여, 원격 챔버(100) 자체 또는 원격 챔버(100)에 탑재 또는 결합되는 기구들이 열화되는 것을 방지할 수 있다.

상기 제2 공간(120a)에는 상기 샘플을 가열하는 히팅부(121)가 마련되고, 상기 히팅부(121)는 하단부가 상기 하부 챔버(120) 저면에 고정되며, 상기 히팅부(121)의 측면은 상기 하부 챔버(120)의 내측면과 서로 이격되는 것일 수 있다. 상기 히팅부(121)는 상기 샘플의 온도를 20 ℃ 내지 1000 ℃로 가열하는 것일 수 있다. 또 다른 예로, 상기 히팅부(121)는 상기 샘플의 온도를 20 ℃ 내지 750 ℃로 가열하는 것일 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 히팅부(121)는, 열을 생성하는 발열 부재(121a)와, 상기 발열 부재(121a)의 상단부에 고정되는 샘플 거치 디스크(121b)를 포함하는 것일 수 있다.

발열 부재(121a)는 세라믹 히터, 펠티에(peltier) 히터 등일 수 있다.

샘플 거치 디스크(121b)는 상측면에 홈이 형성되어, 파우더 상태의 샘플을 안정적으로 거치할 수 있다.

상기 히팅부(121)는 상기 샘플 거치 디스크(121b)의 원주에 결합되는 링 형상의 가이드 링(121c)을 더 포함하고, 상기 가이드 링(121c)의 상하방향으로의 길이는 상기 샘플 거치 디스크(121b)의 상하방향으로의 길이보다 더 긴 것일 수 있다. 가이드 링(121c)은 발열 부재(121a)의 상단부에 샘플 거치 디스크(121b)가 안정적으로 고정되도록 할 수 있다.

상기 샘플 거치 디스크(121b) 및 상기 가이드 링(121c)은 금도금 구리(gold coated copper) 또는 스테인리스강(stainless steel)으로 마련되는 것일 수 있다. 즉, 샘플 거치 디스크(121b) 및 상기 가이드 링(121c)은 열전도성이 우수한 재질로 마련될 수 있다.

상기 하부 챔버(120)의 저면에는 상기 제2 공간(120a)을 냉각하는 냉각 유로(122)가 형성되는 것일 수 있다.

하부 챔버(120)의 측벽에는 피드스루(feedthrough, 123)가 마련되어 외부의 충방전 장치를 통해 샘플에 전기를 공급할 수 있다. 피드스루(123)는 한 쌍, 즉, 2개로 마련되고, 2개의 피드스루(123) 각각은 하부 챔버(120)의 각기 다른 측벽에 위치할 수 있다.

하부 챔버(120)의 또 다른 측벽에는 히팅부(121)와 원격 챔버(100)의 외부에 위치하는 온도 컨트롤러를 전기적으로 연결하기 위한 히터 단자(124)가 형성될 수 있다.

예를 들어, 하부 챔버(120)는 상측 면에 개방되는 직육면체 형상으로 마련될 수 있다. 이때, 서로 대면하는 한 쌍의 측벽 각각에 2개 피드스루(123)가 각각 위치하고, 나머지 측벽 중 하나에 히터 단자(124)가 위치할 수 있다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 하부 챔버(120)의 저면은 2층의 플레이트가 겹쳐진 구조일 수 있으며, 하측 플레이트의 상면에 U자형 커브 유로(122a)가 홈으로 형성될 수 있다. U자형 커브 유로(122a)에 냉각 유체가 흘러 원격 챔버(100)를 냉각시킬 수 있다. U자형 커브 유로(122a)의 양단부에는 냉각 유체가 주입되는 주입 유로(122b)와 냉각 유체가 배출되는 배출 유로(122c)가 각각 형성될 수 있다. 하측 플레이트의 상면에는 U자형 커브의 홈을 둘러싸는 실링 부재 삽입홈(122d)이 형성될 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 원격 챔버(100)의 하단부에는 상기 원격 챔버(100)의 위치를 조절하는 수평이동 스테이지(130)가 결합되는 것일 수 있다. 수평이동 스테이지(130)는 상항방향에 수직한 두 직교 축 상에서 원격 챔버(100)의 위치를 조절할 수 있다.

구체적으로, 수평이동 스테이지(130)는 지면에 고정되는 고정대(134)와, 상기 고정대(134)의 상단부에 결합되어 상기 고정대(134)에 대해서 수평 방향으로 상대이동 가능한 이동 플레이트(131)와, 상기 이동 플레이트(131)의 수평 이동을 조절하는 제1 수평 조절 부재(132) 및 제2 수평 조절 부재(133)를 포함할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100...원격 챔버 110...상부 챔버
110a...제1 공간 111...측벽부
111a...주입구 111b...배출구
112...천정부 112a...윈도우
113...가스 가이드부 113a...제1 개구부
113b...제2 개구부 113c...제3 개구부
113d...제4 개구부 113e...가이드 유로
113f...열차단 중공 120...하부 챔버
120a...제2 공간 121...히팅부
121a...발열 부재 121b...샘플 거치 디스크
121c...가이드 링 122...냉각 유로
122a...U자형 커브 유로 122b...주입 유로
122c...배출 유로 122d...실링 부재 삽입홈
123...피드스루 124...히터 단자
130...수평이동 스테이지 131...이동 플레이트
132...제1 수평 조절 부재 133...제2 수평 조절 부재
134...고정대 200...광원 유닛
300...운반 가스 공급 유닛 400...가스 이송 튜브
500...이온화 유닛 600...질량 분석 유닛

Claims

내부에 샘플이 수용되는 하부 챔버; 및
상기 하부 챔버의 상단부에 결합되고 내부에 상기 샘플에서 탈착된 성분이 유입되는 가이드 유로가 형성되는 상부 챔버를 포함하고,
상기 상부 챔버의 내부에는 상기 탈착된 성분을 하부 챔버로부터 전달받는 제1 공간이 형성되며,
상기 하부 챔버의 내부에는 상기 샘플이 수용되는 공간인 제2 공간이 형성되고,
상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 연결되어 서로 통기되는 것인 원격 챔버.
제1항에 있어서,
상기 상부 챔버는,
상부 및 하부가 개방되는 측벽부와,
상기 측벽부의 상단부에 결합되는 천정부와,
운반 가스가 주입되기 위해 상기 측벽부의 일측벽에 형성되는 주입구와,
상기 운반 가스 및 상기 샘플에서 탈착된 성분이 배출되기 위해 상기 측벽부의 타측벽에 형성되는 배출구와,
상기 제1 공간에 삽입되며 내부에 상기 가이드 유로가 형성되는 가스 가이드부를 포함하는 것인 원격 챔버.
제2항에 있어서,
상기 가스 가이드부는,
상기 주입구와 대면하는 제1 개구부와,
상기 배출구와 대면하는 제2 개구부와,
상기 샘플과 대면하는 제3 개구부를 포함하고,
상기 가이드 유로의 일단부에 상기 제1 개구부가 위치하며,
상기 가이드 유로의 타단부에 상기 제2 개구부가 위치하고,
상기 제3 개구부는 가이드 유로의 중심에서 하측에 위치하는 것인 원격 챔버.
제3항에 있어서,
상하방향에 수직한 방향을 제1 방향이라 하고,
상하방향 및 상기 제1 방향에 수직한 방향을 제2 방향이라 할 때,
상기 가이드 유로는 상기 제1 방향으로 연장되고,
상기 제1 방향 상에서 상기 제3 개구부는 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부 사이에 위치하며,
상기 가이드 유로의 상기 제2 방향으로의 길이는 상기 제3 개구부의 중심에서 상기 제1 개구부로 가까워질수록 짧아지고,
상기 가이드 유로의 상기 제2 방향으로의 길이는 상기 제3 개구부의 중심에서 상기 제2 개구부로 가까워질수록 짧아지는 것인 원격 챔버.
제4항에 있어서,
상기 가스 가이드부의 상하방향에 수직한 단면 상에서 상기 가이드 유로는 상기 제1 방향을 장축으로 하고, 상기 제2 방향을 단축으로 하는 유선형으로 마련되는 것인 원격 챔버.
제3항에 있어서,
상기 천정부에는 광이 투과 가능한 소재로 마련되는 윈도우가 형성되고,
상기 가스 가이드부는 상기 윈도우와 대면하는 위치에 제4 개구부를 더 포함하며,
외부에서 조사되는 레이저는 상기 윈도우, 상기 제4 개구부 및 상기 제3 개구부를 통과하여 상기 샘플에 조사되는 것인 원격 챔버.
제1항에 있어서,
상기 제2 공간에는 상기 샘플을 가열하는 히팅부가 마련되고,
상기 히팅부는 하단부가 상기 하부 챔버 저면에 고정되며,
상기 히팅부의 측면은 상기 하부 챔버의 내측면과 서로 이격되는 것인 원격 챔버.
제7항에 있어서,
상기 히팅부는 상기 샘플의 온도를 20 ℃ 내지 1000 ℃로 가열하는 것인 원격 챔버.
제8항에 있어서,
상기 히팅부는,
열을 생성하는 발열 부재와,
상기 발열 부재의 상단부에 고정되는 샘플 거치 디스크를 포함하는 것인 원격 챔버.
제9항에 있어서,
상기 히팅부는 상기 샘플 거치 디스크의 원주에 결합되는 링 형상의 가이드 링을 더 포함하고,
상기 가이드 링의 상하방향으로의 길이는 상기 샘플 거치 디스크의 상하방향으로의 길이보다 더 긴 것인 원격 챔버.
제10항에 있어서,
상기 샘플 거치 디스크 및 상기 가이드 링은 금도금 구리(gold coated copper) 또는 스테인리스강(stainless steel)으로 마련되는 것인 원격 챔버.
제7항에 있어서,
상기 하부 챔버의 저면에는 상기 제2 공간을 냉각하는 냉각 유로가 형성되는 것인 원격 챔버.
내부에 샘플을 수용하는 원격 챔버;
상기 원격 챔버의 상단부에 형성된 윈도우를 통해 상기 샘플에 레이저를 조사하는 광원 유닛;
상기 원격 챔버에 형성된 주입구를 통해 상기 원격 챔버의 내부 공간으로 운반 가스를 공급하는 운반 가스 공급 유닛;
일단부가 상기 원격 챔버에 형성된 배출구에 연결되며 상기 샘플로부터 분리된 분석 대상 물질을 배출하는 가스 이송 튜브;
상기 가스 이송 튜브의 타단부로 배출되는 상기 분석 대상 물질에 헬륨 빔을 방출하여 상기 분석 대상 물질을 이온화시키는 이온화 유닛; 및
이온화된 상기 분석 대상 물질을 흡입하여 분석하는 질량 분석 유닛을 포함하고,
상기 원격 챔버는,
상기 윈도우, 상기 주입구 및 상기 배출구가 마련되고 내부에 제1 공간이 형성되는 상부 챔버와,
상기 상부 챔버의 하단부에 결합되며 내부에 상기 샘플이 수용되는 제2 공간이 형성되는 하부 챔버를 포함하는 것인 DART-MS 시스템.
제13항에 있어서,
상기 상부 챔버의 하단부와 상기 하부 챔버의 상단부는 개방되어 상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 연결되고,
상기 윈도우는 상기 상부 챔버의 상단부에 형성되고,
상기 광원 유닛은 상기 원격 챔버의 상부에서 하방으로 상기 레이저를 조사하며,
상기 레이저는 상기 윈도우를 통과하여 상기 샘플에 도달하는 것인 DART-MS 시스템.
제13항에 있어서,
상기 원격 챔버의 하단부에는 상기 원격 챔버의 위치를 조절하는 수평이동 스테이지가 결합되는 것인 DART-MS 시스템.