WO2012157868A2 - 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건 - Google Patents

비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건 Download PDF

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    • H01J49/405—Time-of-flight spectrometers characterised by the reflectron, e.g. curved field, electrode shapes

Definitions

  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to make the mass resolution much better than the conventional in performing mass analysis based on time of flight, and thus
  • the present invention provides a pulsing cluster gas ion gun for time-based mass spectrometry that enables analysis of drug / metabolite / lipid / peptide / gene / protein.
  • the pulsing cluster gas ion gun for time-of-flight mass spectrometry of the present invention for achieving the above object in the ion gun 10 for generating a cluster gas ion beam, two choppings in a continuous ion beam And it is characterized by generating a pulse-shaped ion beam by sequentially undergoing one bunching (bunching) process. At this time, the ion gun 10 is characterized in that the pulse width generates an ion beam in the range of several tens ns.
  • the ion gun 10 to analyze the mass by measuring the position of the secondary ion generated by scanning the ion beam generated by the ion gun 10 on a sample, based on time-of-flight, It is used in a time-of-flight based mass spectrometer.
  • the ion gun 10 adjusts at least one of the direction of the ion beam, the degree of focusing / diffusion, and the intensity of the ion gun.
  • the buncher (11) It is characterized in that at least one of at least one of the at least one deflector, at least one electrostatic lens, at least one aperture in at least one position of the front is provided.
  • the ion gun 10 is provided with a microchannel plate 9 and an ion reflector 10 between the second chopper 7 and the buncher 11 to measure the n-distribution of the ion beam. It is characterized by.
  • the conventional ion gun has a mass resolution of only a few hundreds, but according to the ion gun of the present invention, unlike conventional equipment, it has a very short pulse width of approximately 40 ns by two choppings and one bunching. Since Ar cluster pulse beam can be generated, it is very useful for time-of-flight (TOF) -based mass spectrometer, and it is possible to obtain TOF mass spectrum with much higher mass resolution than conventional methods. have.
  • TOF time-of-flight
  • FIG. 1 illustrates the development of a cluster ion gun.
  • Figure 2 shows that the effect of the Ar cluster ion gun compared to the C 60 + ion gun.
  • 3 is an example of a conventional cluster ion gun equipment.
  • FIG. 4 is a schematic representation of an ion gun of the present invention.
  • FIG. 6 is an ion gun source embodiment of the ion gun of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of an ion gun of the present invention (excluding the ion gun source).
  • FIG. 8 is a perspective view of the ion gun of the present invention.
  • first electrostatic lens (einzel lens) 2 deflector
  • MCP microchannel plate
  • the pulsing cluster gas ion gun for time-based mass spectrometry of the present invention is characterized in that, in the ion gun 10 generating the cluster gas ion beam, two chopping and one bunching process is performed on the continuous ion beam. By sequentially passing through to generate an ion beam in the form of a pulse.
  • the ion beam generated from the ion beam source has a continuous shape.
  • a chopper has been conventionally used.
  • the ion gun 10 of the present invention is subjected to one bunching process after two choppings so that the ion beam has a pulse width in the range of about 40 ns, that is, several tens of ns. It can be made much better than the conventional.
  • a brief description of the application of the ion gun to the mass spectrometer is as follows.
  • a device such as a TOF-SIMS device
  • the mass of secondary ions generated by scanning an ion beam onto a sample is measured (ie, time and position are simultaneously detected) based on time-of-flight. Therefore, in such a mass spectrometer, the presence of an ion gun capable of generating an ion beam and scanning the sample is essential, and the ion gun 10 of the present invention can be utilized in such a mass spectrometer.
  • the ion gun 10 of the present invention can generate an ion beam having a pulse width much smaller than that of the prior art, and when used in a mass spectrometer, the mass resolution is much better than that of the conventional art, and the secondary ion detected by the detector Sensitivity can be increased even more.
  • the mass resolution is much better than that of the conventional art, and the secondary ion detected by the detector Sensitivity can be increased even more.
  • two choppers by appropriately adjusting each chopping condition, when the ion gun 10 of the present invention is utilized in a mass spectrometer, low molecular weight samples, genes, proteins such as drugs, metabolites, lipids, peptides, etc. Analysis of all high molecular weight samples such as, polymers, and the like becomes possible.
  • the ion gun 10 of the present invention generate an Ar cluster ion beam, as described above, since the Ar ion beam causes much less damage during measurement than the C 60 + ion gun.
  • the ion gun 10 of the present invention may be configured such that the continuous ion beam can be chopped twice and bunched once, the ion gun source 15 generating a continuous ion beam; A first chopper (4) for primary chopping of the continuous ion beam from the ion gun source (15); A second chopper (7) for secondly chopping the ion beam chopped by the first chopper (4); A buncher 11 for bunching an ion beam secondaryly chopped in the second chopper (7); It may be made, including.
  • the ion gun 10 is disposed between the ion gun source 15 and the first chopper 4, the first chopper 4 and the second chopper ( 7) at least one deflector, at least one electrostatic lens, at least one between at least one of the second chopper 7 and the buncher 11, at least in front of the buncher 11.
  • At least one of the above apertures may be provided.
  • the direction of the ion gun source 15 is referred to as the rear, and the direction in which the ion beam proceeds to the front.
  • the direction of the ion gun source 15 is referred to as the rear, and the direction in which the ion beam proceeds to the front.
  • the direction of the ion gun source 15 is referred to as the rear, and the direction in which the ion beam proceeds to the front.
  • the direction of the ion gun source 15 is referred to as the rear, and the direction in which the ion beam proceeds to the front.
  • the deflector allows you to control the direction of the ion beam
  • the ion gun 10 may be provided with a microchannel plate 9 and an ion reflector 10 between the second chopper 7 and the buncher 11 to measure the n-distribution of the ion beam. Can be.
  • FIG. 5 shows the results of various experiments of the ion gun of the present invention.
  • FIG. 5 (B) shows that the pulse width of the Ar cluster ion beam is 40 ns.
  • the ion reflector 10 may be turned off.
  • the ion gun used for the experiment of FIG. 5 (A) when the ion reflector 10 is turned off, the ion gun is in a normal ion gun state, as measured in the experiment result. ) Will be generated for analysis of the sample.
  • FIG. 6 illustrates an example of an ion gun source of an ion gun of the present invention, that is, an ion gun source that can be used as the ion gun source 15 in FIG. 4.
  • Shown in FIG. 6 is a ULVAC Ar ion gun source, in which argon gas, which passes through a skimmer under high pressure of 690 kPa or more, creates clusters of various sizes and is ionized by an electron ionization method.
  • the deflector 2 when the deflector 2 is provided in front of the ion gun source 15, the neutral state is inclined by the deflector 2. As the Ar cluster is removed, only ions can come out to the next electrostatic lens.
  • Fig. 7 shows a perspective view of the ion gun of the present invention (excluding the ion gun source)
  • Fig. 8 shows a perspective view of the ion gun of the present invention
  • Fig. 9 shows an actual production photograph of the ion gun of the present invention.
  • FIG. 6 it is possible to effectively remove the Ar cluster in the neutral state from the ion beam emitted from the ion gun source 15, and also as described in the description of FIGS. 4 and 5.
  • 4, 7, 8 and 9 are designed to make it possible to easily measure the n-distribution, pulse width and the like, and to adjust the intensity of the ion beam.
  • the ion gun 10 of the present invention comprises an ion gun source 15-a first electrostatic lens 1-a deflector 2-a second electrostatic lens 2 )-First chopper (4)-Aperture (5)-Third electrostatic lens (6)-Second chopper (7)-Aperture (8)-MCP (9)-Ion reflector (10)-Burner (11 )
  • the fourth electrostatic lens 12-the raster 13 is arranged in sequence.
  • the ion gun 10 of the present invention is subjected to one bunching process after two choppings so that the ion beam has a pulse width in the range of about 40 ns, that is, several tens of ns. It can be made much better than the conventional.

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Abstract

본 발명의 목적은 비행시간 기반으로 질량 분석을 수행함에 있어서 종래에 비해 질량분해능을 훨씬 우수하게 하며, 이에 따라 다양한 약물/대사체/지질/펩타이드/유전자/단백질 등의 분석이 모두 가능하게끔 하는, 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건을 제공함에 있다.

Description

비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건
본 발명은 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건에 관한 것이다.
샘플의 질량 분석을 위하여 사용되는 방법 중 하나는, 샘플에 이온빔을 주사하고 이에 따라 샘플로부터 발생되는 이차이온의 비행시간을 기반으로 분석하는 방법이다. 일반적으로 이온빔 방식은 유전자, 단백질 등과 같은 고분자량을 가지는 샘플에는 적용이 어려운 대신 약물, 대사체, 지질, 펩타이드 등과 같은 저분자량 샘플의 분석에는 매우 적합하다는 것이 잘 알려져 있다. TOF-SIMS 장비는 이와 같이 이온빔을 사용하여 질량 분석을 수행하는 대표적인 장비로서, 현재 연구용 등으로 널리 사용되고 있다.
2003년에 영국팀(Weibel et al, Anal. Chem. 2003)은 기존의 TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry) 장비에 사용하는 분석 이온건으로 Ga+ 이온건보다 고분자량 질량 신호의 증가가 최대 100배 이상으로 증가되는 C60 + 클러스터 이온건을 개발하여 다양한 유기/생체분자/폴리머 분자표면의 화학조성 분석이 더 잘 된다는 것을 보고하였다(도 1(A) 참조). 이러한 연구보고 후에 전 세계의 많은 그룹에서 C60 + 이온건, Au 클러스터 이온건, Bi 클러스터 이온건 등의 클러스터 이온건을 이용한 많은 TOF-SIMS 표면분석이 진행이 되었으며, 2003년 Dave Castner 워싱턴 대학교수는 nature 저널의 기고문에서 앞으로 유기/생체/폴리머 표면의 2D & 3D 분석이 가능한 시대가 클러스터 이온건의 개발로 인하여 시작되었다고 언급하였다(도 1(B) 참조).
최근에는 고분자 폴리머의 depth profiling 측정을 위해서는 기존의 C60 + 이온건보다 Ar 클러스터 이온건이 훨씬 더 좋은 측정결과를 줄 수 있다는 연구결과가 보고되었다(Ninomiya et al, J. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2009, 도 2 참조). 이는 스퍼터링(sputtering)을 하여 깊이 프로파일링(depth profiling)을 측정하는 동안에 주는 손상(damage)이 기존의 C60 + 이온빔보다 Ar 클러스터 이온빔이 훨씬 적기 때문이라고 여겨진다.
현재 개발되어 있는 Ar 클러스터 이온건은 2번의 초핑(chopping)을 사용하여 Arn 클러스터의 크기 n을 선택하지만 펄스폭은 5 ㎲ 정도로 매우 넓어서, 유기/생체재료/폴리머의 표면 스퍼터링(sputtering) 및 깊이 프로파일링(depth profiling) 측정에 사용하거나, 샘플에서 생성되는 이차이온을 초핑(pulse width~200 ns)하여 TOF 질량스펙트럼을 얻게 된다. 이에 따라 현재의 Ar 클러스터 이온건은 질량분해능이 수백 정도(Ninomiya et al, J. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2009)라는 한계가 보고되었다.
영국팀(Rabbani et al, Anal. Chem. 2011, 도 3(A) 참조, Fletcher et al, Anal. Chem. 2008, 도 3(B) 참조)은 연속적인 Ar 클러스터 이온빔을 초핑하지 않고, 오직 빈 필터(Wien filter)로만 대충 (resolving power m/Δm~10) 클러스터 크기 n을 선택한 후에 샘플에 쬐어 주고, 여기에서 나온 이차이온들을 연속적인 선형 번처(linear buncher)들과 리플렉트론(reflectron)을 이용하여(도 3(A) 참조) TOF 질량스펙트럼을 얻었다(도 3(B) 참조).
이와 같이 이온빔을 발생시키는 이온건에 있어서, 보다 질량분해능을 우수하게 함과 동시에 효과적으로 이온빔을 발생시킬 수 있도록 하는 기술에 대한 연구 및 개발이 꾸준히 이루어지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 비행시간 기반으로 질량 분석을 수행함에 있어서 종래에 비해 질량분해능을 훨씬 우수하게 하며, 이에 따라 다양한 약물/대사체/지질/펩타이드/유전자/단백질 등의 분석이 모두 가능하게끔 하는, 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건은, 클러스터 가스 이온빔을 발생시키는 이온건(10)에 있어서, 연속적인 이온빔에 2번의 초핑(chopping) 및 1번의 번칭(bunching) 과정을 순차적으로 거치게 하여 펄스 형태의 이온빔을 발생시키는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 이온건(10)은 펄스폭이 수십 ns 범위 내의 이온빔을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이온건(10)은 상기 이온건(10)에 의하여 발생된 이온빔이 시료에 주사되어 발생되는 이차이온의 위치를 비행시간(Time-of-Flight) 기반으로 측정하여 질량을 분석하도록, 비행시간(Time-of-Flight) 기반 질량 분석 장치에 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이온건(10)은 연속 이온빔을 발생시키는 이온건 소스(15); 상기 이온건 소스(15)로부터 나오는 연속 이온빔을 1차 초핑(chopping)하는 제1초퍼(4); 상기 제1초퍼(4)에서 초핑된 이온빔을 2차 초핑하는 제2초퍼(7); 상기 제2초퍼(7)에서 2차 초핑된 이온빔을 번칭(bunching)하는 번처(11); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 이온건(10)은 상기 이온건 소스(15) 방향을 후방, 이온빔이 진행해 가는 방향을 전방이라 할 때, 이온빔의 방향, 집속/발산 정도, 강도 중 적어도 어느 하나를 조절하도록, 상기 이온건 소스(15) 및 상기 제1초퍼(4) 사이, 상기 제1초퍼(4) 및 상기 제2초퍼(7), 상기 제2초퍼(7) 및 상기 번처(11) 사이, 상기 번처(11) 전방 중 적어도 어느 한 위치에 적어도 하나 이상의 디플렉터(deflector), 적어도 하나 이상의 정전 렌즈(einzel lens), 적어도 하나 이상의 어퍼쳐(aperture) 중 적어도 어느 하나가 구비되는 것을 특징으로 한다. 또한 이 때, 상기 이온건(10)은 이온빔의 n-분포를 측정하도록, 상기 제2초퍼(7) 및 상기 번처(11) 사이에 MCP(microchannel plate, 9) 및 이온반사판(10)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이온건(10)은 Ar 클러스터 이온빔을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
종래의 이온건의 경우 질량분해능이 수백 정도에 그쳤으나, 본 발명의 이온건에 의하면 종래의 장비와는 달리 2번의 초핑(chopping)과 1번의 번칭(bunching)으로 대략 40 ns의 매우 짧은 펄스폭을 가지는 Ar 클러스터 펄스빔을 만들어낼 수 있으므로, 비행시간 (time-of-flight, TOF) 기반 질량 분석 장치로의 활용성이 뛰어나고, 종래에 비해 훨씬 질량분해능이 우수한 TOF 질량스펙트럼을 얻을 수 있는 큰 장점이 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 이온건에 의하면, 2번의 초핑 조건을 조절함으로써 Ar 클러스터의 크기 n을 사용자가 원하는 대로 자유로이 선택할 수 있는 효과가 있으며, 이에 따라 클러스터 크기 n을 조절함으로써 다양한 약물/대사체/지질/펩타이드/유전자/단백질/폴리머 등과 같이 저분자량 시료에서 고분자량 시료까지, 대상물의 분자량에 구애받지 않고 모든 시료의 분석이 모두 가능하다는 큰 장점이 있다.
도 1은 클러스터 이온건의 개발 관련 설명.
도 2는 C60 + 이온건 대비 Ar 클러스터 이온건의 효과가 높음을 보이는 설명.
도 3은 종래의 클러스터 이온건 장비의 한 예.
도 4는 본 발명의 이온건의 개략도.
도 5는 본 발명의 이온건의 여러 실험 결과.
도 6은 본 발명의 이온건의 이온건 소스 실시예.
도 7은 (이온건 소스를 제외한) 본 발명의 이온건의 사시도.
도 8은 본 발명의 이온건의 사시도.
도 9는 본 발명의 이온건의 실제 제작 사진.
**부호의 설명**
10: (본 발명의) 이온건
1: 제1정전 렌즈(einzel lens) 2: 디플렉터(deflector)
3: 제2정전 렌즈 4: 제1초퍼(chopper)
5: 어퍼쳐(aperture) 6: 제3정전 렌즈
7: 제2초퍼 8: 어퍼쳐
9: MCP(microchannel plate) 10: 이온반사판
11: 번처(buncher) 12: 제4정전 렌즈
13: 래스터(raster) 15: 이온건 소스
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건의 특징은, 클러스터 가스 이온빔을 발생시키는 이온건(10)에 있어서, 연속적인 이온빔에 2번의 초핑(chopping) 및 1번의 번칭(bunching) 과정을 순차적으로 거치게 하여 펄스 형태의 이온빔을 발생시키는 것이다. 이온빔 소스에서 발생되는 이온빔은 연속적인(continuous) 형태로 되어 있는 바, 이를 펄싱하기 위하여 종래에도 초퍼를 사용하도록 되어 있었으며, 2번의 초핑을 통해 5㎲ 정도의 펄스폭을 갖는 이온빔을 발생시키는 장치가 개시된 적이 있다. 그러나 이러한 종래의 이온건의 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 펄스폭이 5㎲ 정도로 넓기 때문에 이를 질량 분석 장치에 활용할 경우 질량분해능이 수백 정도로 제한되는 문제가 있었다. 그러나 본 발명의 이온건(10)은, 2번의 초핑 후 1번의 번칭 과정을 더 거치도록 함으로써, 이온빔이 40ns 정도, 즉 수십 ns 범위 내의 펄스폭을 가지도록 함으로써, 질량 분석 장치에 활용할 시 질량분해능을 종래보다 월등히 우수하게 만들 수 있다.
이온건을 질량 분석 장치에 활용한다는 부분에 대하여 간략히 설명하자면 다음과 같다. TOF-SIMS 장치 등과 같은 장치에서는, 이온빔을 시료에 주사하여 발생되는 이차이온의 질량을 비행시간(Time-of-Flight) 기반으로 측정(즉 시간과 위치를 동시 검출)한다. 따라서 이러한 질량 분석 장치에는 이온빔을 발생시켜 시료로 주사할 수 있는 이온건의 존재가 필수적이며, 본 발명의 이온건(10)은 바로 이러한 질량 분석 장치에 활용될 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 이온건(10)은 종래에 비해 훨씬 펄스폭이 작은 이온빔을 발생시킬 수 있어, 질량 분석 장치에 활용될 경우 질량분해능이 종래보다 훨씬 우수해지고 검출기에서 검출되는 이차이온의 감도를 훨씬 증가시킬 수 있다. 뿐만 아니라 2개의 초퍼를 사용하기 때문에 각각의 초핑 조건을 적절히 조절함으로써, 본 발명의 이온건(10)을 질량 분석 장치에 활용할 경우 약물, 대사체, 지질, 펩타이드 등과 같은 저분자량 시료 내지 유전자, 단백질, 폴리머 등과 같은 고분자량 시료 모두에 대하여 분석이 가능하게 된다.
또한 본 발명의 이온건(10)은 Ar 클러스터 이온빔을 발생시키도록 하는 것이 바람직한데, 이는 앞서 설명한 바와 같이 C60 + 이온건 등에 비하여 Ar 이온빔의 경우 측정 시 손상을 훨씬 덜 유발하기 때문이다.
도 4는 본 발명의 이온건의 개략도를 도시하고 있다. 본 발명의 이온건(10)은 상술한 바와 같이 연속적인 이온빔을 2번 초핑, 1번 번칭할 수 있도록 구성되면 되는 바, 연속 이온빔을 발생시키는 이온건 소스(15); 상기 이온건 소스(15)로부터 나오는 연속 이온빔을 1차 초핑(chopping)하는 제1초퍼(4); 상기 제1초퍼(4)에서 초핑된 이온빔을 2차 초핑하는 제2초퍼(7); 상기 제2초퍼(7)에서 2차 초핑된 이온빔을 번칭(bunching)하는 번처(11); 를 포함하여 이루어지면 된다.
여기에 더불어, 상기 이온건(10)은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 이온건 소스(15) 및 상기 제1초퍼(4) 사이, 상기 제1초퍼(4) 및 상기 제2초퍼(7), 상기 제2초퍼(7) 및 상기 번처(11) 사이, 상기 번처(11) 전방 중 적어도 어느 한 위치에 적어도 하나 이상의 디플렉터(deflector), 적어도 하나 이상의 정전 렌즈(einzel lens), 적어도 하나 이상의 어퍼쳐(aperture) 중 적어도 어느 하나가 구비되도록 할 수 있다. (여기에서, 상기 이온건 소스(15) 방향을 후방, 이온빔이 진행해 가는 방향을 전방이라 한다.) 이와 같은 부품들이 더 구비됨으로써 이온빔의 방향, 집속/발산 정도, 강도 중 적어도 어느 하나를 조절할 수 있게 된다. (디플렉터는 이온빔의 방향을 조절할 수 있게 하며, 정전 렌즈는 이온빔의 집속/발산 정도를 조절할 수 있게 하며, 어퍼쳐는 이온빔의 강도를 조절할 수 있게 한다.)
또한, 상기 이온건(10)은 이온빔의 n-분포를 측정하도록, 상기 제2초퍼(7) 및 상기 번처(11) 사이에 MCP(microchannel plate, 9) 및 이온반사판(10)이 구비되도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 이온건의 여러 실험 결과를 나타내고 있다. 이 실험 결과에서, 도 5(A)는 Ar 클러스터 이온빔에서 2개의 초퍼로 선택된 클러스터 크기 n=2000의 분포를 나타내고 있으며, 도 5(B)는 Ar 클러스터 이온빔의 펄스폭이 40 ns임을 나타내고 있다. 상술한 바와 같이 클러스터의 n 분포를 측정하기 위하여 이온반사판(10)과 소형 MCP(9)를 설치하면, 제1초퍼(4)만 작동시키면 전체 클러스터의 분포를 측정할 수 있고, 제1초퍼(4) 및 제2초퍼(7) 모두 작동시키면 초퍼에 의해 선택된 이온의 n-분포를 측정할 수 있다. 도 5(A)의 실험 결과는 바로 이와 같이 하여 얻어진 것이며, 분포(distribution)를 측정하지 않을 때에는 상기 이온반사판(10)을 꺼 놓을 수 있다. 도 5(A)의 실험에 사용된 이온건의 경우 상기 이온반사판(10)을 끄면 정상적인 이온건 상태가 되어서, (실험 결과에서 측정된 바와 같이) 40 ns 펄스폭을 갖는 Ar 클러스터 이온빔 (n=2000)이 샘플의 분석을 위해서 생성되게 된다.
도 6은 본 발명의 이온건의 이온건 소스 실시예, 즉 도 4에서의 이온건 소스(15)로 사용될 수 있는 이온건 소스의 한 예를 도시하고 있다. 도 6에 도시된 것은 ULVAC Ar 이온건 소스로서, 먼저 690 kPa 이상의 높은 압력하에서 스키머(skimmer)를 통과하는 아르곤 가스는 다양한 크기의 클러스터들을 만들고 전자이온화 방법에 의하여 이온화된다. 이 때 본 발명의 이온건에서, 도 4에 도시된 바와 같이 이온건 소스(15) 전방에 디플렉터(2)가 구비되어 있게 하면, 상기 디플렉터(2)에 의하여 기울어진 상태로 뉴트럴(neutral) 상태의 Ar 클러스터가 제거가 되면서 이온만이 다음의 정전 렌즈로 나올 수 있게 된다.
도 7은 (이온건 소스를 제외한) 본 발명의 이온건의 사시도를, 도 8은 본 발명의 이온건의 사시도를, 도 9는 본 발명의 이온건의 실제 제작 사진를 각각 도시하고 있다. 도 6의 설명에서 언급한 바와 같이 상기 이온건 소스(15)에서 나오는 이온빔에서 뉴트럴 상태의 Ar 클러스터를 효과적으로 제거할 수 있도록 하고, 또한 도 4 및 도 5의 설명에서 언급한 바와 같이 발생되는 이온빔의 n-분포나 펄스폭 등을 용이하게 측정할 수 있도록 하며, 그 외에 이온빔의 강도 등을 적절하게 조절할 수 있도록 최적화 설계된 구조가 바로 도 4, 7, 8 9의 구조이다.
도 4, 7, 8, 9에 도시된 실시예에서 본 발명의 이온건(10)은, 이온건 소스(15) - 제1정전 렌즈(1) - 디플렉터(2) - 제2정전 렌즈(2) - 제1초퍼(4) - 어퍼쳐(5) - 제3정전 렌즈(6) - 제2초퍼(7) - 어퍼쳐(8) - MCP(9) - 이온반사판(10) - 번쳐(11) - 제4정전 렌즈(12) - 래스터(raster, 13)가 순차적으로 배치되어 이루어지게 된다.
물론 이와 같은 배치가 아니더라도, 연속적인 이온빔을 2번 초핑하고 1번 번칭하여 펄싱된 이온빔을 만들 수 있는 구조라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내라고 할 수 있는 바, 도 4 등에 도시된 구조로서 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
본 발명의 이온건(10)은, 2번의 초핑 후 1번의 번칭 과정을 더 거치도록 함으로써, 이온빔이 40ns 정도, 즉 수십 ns 범위 내의 펄스폭을 가지도록 함으로써, 질량 분석 장치에 활용할 시 질량분해능을 종래보다 월등히 우수하게 만들 수 있다.

Claims (7)

  1. 클러스터 가스 이온빔을 발생시키는 이온건(10)에 있어서,
    연속적인 이온빔에 2번의 초핑(chopping) 및 1번의 번칭(bunching) 과정을 순차적으로 거치게 하여 펄스 형태의 이온빔을 발생시키는 것을 특징으로 하는 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 이온건(10)은
    펄스폭이 수십 ns 범위 내의 이온빔을 발생시키는 것을 특징으로 하는 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 이온건(10)은
    상기 이온건(10)에 의하여 발생된 이온빔이 시료에 주사되어 발생되는 이차이온의 위치를 비행시간(Time-of-Flight) 기반으로 측정하여 질량을 분석하도록,
    비행시간(Time-of-Flight) 기반 질량 분석 장치에 사용되는 것을 특징으로 하는 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 이온건(10)은
    연속 이온빔을 발생시키는 이온건 소스(15);
    상기 이온건 소스(15)로부터 나오는 연속 이온빔을 1차 초핑(chopping)하는 제1초퍼(4);
    상기 제1초퍼(4)에서 초핑된 이온빔을 2차 초핑하는 제2초퍼(7);
    상기 제2초퍼(7)에서 2차 초핑된 이온빔을 번칭(bunching)하는 번처(11);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 이온건(10)은
    상기 이온건 소스(15) 방향을 후방, 이온빔이 진행해 가는 방향을 전방이라 할 때,
    이온빔의 방향, 집속/발산 정도, 강도 중 적어도 어느 하나를 조절하도록,
    상기 이온건 소스(15) 및 상기 제1초퍼(4) 사이, 상기 제1초퍼(4) 및 상기 제2초퍼(7), 상기 제2초퍼(7) 및 상기 번처(11) 사이, 상기 번처(11) 전방 중 적어도 어느 한 위치에
    적어도 하나 이상의 디플렉터(deflector), 적어도 하나 이상의 정전 렌즈(einzel lens), 적어도 하나 이상의 어퍼쳐(aperture) 중 적어도 어느 하나가 구비되는 것을 특징으로 하는 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 이온건(10)은
    이온빔의 n-분포를 측정하도록,
    상기 제2초퍼(7) 및 상기 번처(11) 사이에 MCP(microchannel plate, 9) 및 이온반사판(10)이 구비되는 것을 특징으로 하는 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 이온건(10)은
    Ar 클러스터 이온빔을 발생시키는 것을 특징으로 하는 비행시간 기반 질량 분석을 위한 펄싱 클러스터 가스 이온건.
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