WO2019235806A1 - 질량분석기용 이온가이드 및 이를 이용한 이온소스 - Google Patents

질량분석기용 이온가이드 및 이를 이용한 이온소스 Download PDF

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WO2019235806A1
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ion
ion guide
inner diameter
ions
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김태만
박한오
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(주)바이오니아
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Definitions

  • the present invention relates to a mass spectrometer, and more particularly, to an ion guide for a mass spectrometer and an ion source using the same.
  • Various methods are known as a method of ionizing a target compound component in a sample by mass spectrometry.
  • Such an ionization method can be roughly classified into a method of ionizing in a vacuum atmosphere and a method of ionizing in an approximately atmospheric pressure atmosphere, and the latter can generally be collectively referred to as atmospheric pressure ionization or ambient ionization.
  • a means is needed to efficiently transfer ions from an ion source into a high vacuum chamber with a mass spectrometer.
  • a vacuum system including several vacuum stages in which the pressure gradually decreases is used.
  • an ion guide with high transfer efficiency is required.
  • ions move in accordance with the flow of air.
  • the air expands freely in the first vacuum stage, and ions are dispersed in various directions.
  • an ion guide is needed to effectively collect ions.
  • a special type of RF ion guide is needed that operates even in weak electric fields because electrical discharge occurs at lower voltages than in vacuum or atmospheric pressure.
  • Korean Laid-Open Patent Publication No. 2014-0020152 discloses an RF / DC ion guide for a mass spectrometer, in which a plurality of DC multi-pole rings having a plurality of DC rings and a plurality of electrodes are arranged while crossing each other.
  • FIG. 1 is a view illustrating a conventional ion guide, and the ion guide 100 'of the DC ring 110 ′ and the RF multipole ring 120 ′ is gradually reduced in diameter.
  • this type of ion guide has a disadvantage that the electric field generated from the RF multipole ring 120 'is formed only around the RF multipole ring 120'.
  • the present inventors have completed the present invention after a long research effort to supplement the above disadvantages and develop an ion guide that can deliver ions more effectively.
  • An object of the present invention is to provide an ion guide that collects ions on the central axis of the ion guide more effectively than conventional ion guides, thereby further improving the ion transfer efficiency.
  • another object of the present invention is to provide an ion source that can further increase the ionization efficiency using the ion guide.
  • the ion guide for effectively transferring ions, a plurality of DC ring and a plurality of inlet between the inlet through which the ions enter and the outlet through which the ions are transferred
  • a plurality of RF multipole rings with electrodes are arranged intersecting with each other, wherein the inner diameter of the DC ring in the inlet to outlet direction remains constant and the inner diameter of the RF multipole ring can be gradually reduced.
  • each center of the plurality of DC rings and the plurality of RF multipole rings may be located in a straight line.
  • the inner diameter of the RF multipole ring can be reduced at a constant rate.
  • the plurality of electrodes of the RF multi-pole ring may be arranged spaced apart from each other to form a ring.
  • the plurality of RF multi-pole ring may be formed the same distance from the inner diameter to the outer diameter.
  • RF voltages of the same amplitude but different phases may be applied to each neighboring electrode of the RF multipole ring.
  • the adjacent DC ring and the RF multipole ring may be applied with different DC bias voltages.
  • a plurality of DC ring and a plurality of RF multi-pole ring having a plurality of electrodes is arranged between the inlet through which ions enter and the outlet through which ions cross each other ions
  • the inner diameter of the DC ring is reduced to the extent that the inner diameter of the RF multi-pole ring is reduced It can be made larger than the degree of reduction.
  • the ion guide according to another embodiment of the present invention, a plurality of DC ring and a plurality of RF multi-pole ring having a plurality of electrodes is arranged between the inlet through which the ions enter and the outlet for transferring ions are arranged
  • the inner diameter of both the DC ring and the RF multi-pole ring is reduced by the same ratio up to a predetermined distance from the inlet, and after the predetermined distance from the outlet, the inner diameter of the DC ring is constant
  • the inner diameter of the RF multipole ring is gradually decreased, or the inner diameter of the DC ring and the RF multipole ring is gradually decreased, and the extent that the inner diameter of the RF multipole ring is decreased is the inner diameter of the DC ring. This can be made larger than the extent to which it is reduced.
  • the ion source for emitting an ionizing material;
  • An ionization chamber in which a sample is ionized by the ionization material emitted from the ionization material source;
  • at least one vacuum chamber configured to transfer the ions of the sample ionized by the ionization chamber to the next ion optical system.
  • the vacuum chamber may include any one of the above-described ion guides.
  • the ionization chamber may be composed of DC electrodes to which different voltages are applied in the inlet to the outlet of the ionization chamber and the insulators between the DC electrodes.
  • the pressure inside the ionization chamber may be higher than the pressure inside the first vacuum chamber including the ion optical system immediately after the ionization chamber and lower than the atmospheric pressure.
  • central axis of the ionization chamber and the central axis of the ion guide of the first vacuum chamber may be inclined at a predetermined angle.
  • an angle formed between the central axis of the ionization chamber and the central axis of the ion guide of the first vacuum chamber may be 10 ° to 170 °.
  • an ion deflector may be disposed inside the first vacuum chamber on an opposite side of the ion guide, and an outlet of the ionization chamber may be disposed between the ion deflector and the ion guide.
  • the ion source may be a photoionization ion source, a chemical ionization ion source, or a proton transfer reaction ion source.
  • a strong electric field is formed up to the central axis of the ion guide away from the electrode of the RF multi-pole ring, it is possible to collect the ions more effectively on the central axis of the ion guide, thereby It is possible to exert an excellent effect to improve the transmission efficiency of.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional ion guide.
  • FIG. 2 is a perspective view of an ion guide according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is an exemplary view showing a side cross-section of the ion guide and the DC ring and RF multi-pole ring in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing in detail the configuration and circuit connection of the DC ring and the RF multi-pole ring of the ion guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a circuit configuration for an ion guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing an electric field formed by a conventional ion guide and an electric field formed by an ion guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view and a cross-sectional view of an ion guide according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an ion guide according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a configuration of an ion source according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a detailed view of the ionization material source and ionization chamber of FIG. 9.
  • Modern API-MS uses a vacuum system that goes through several vacuum stages where the pressure is gradually lowered and ion guides are used in each vacuum stage.
  • the present invention efficiently collects ions scattered at various angles and lowers the energy of the ions into collisions with the background gas so that the ions are collected on the central axis of the ion guide to efficiently transfer the ions to the next step.
  • the ion guide according to the present invention has a shape alternately stacked between a DC ring and an RF multipole ring (a low thickness ring-shaped multipole electrode).
  • a DC ring a DC ring
  • an RF multipole ring a low thickness ring-shaped multipole electrode.
  • neighboring electrodes are subjected to RF voltages of equal amplitude but 180 degrees out of phase with each other to form a multipole electric field inside the ring.
  • the plurality of DC ring is to maintain the same inner diameter, but the plurality of RF multi-pole ring is configured to gradually decrease the inner diameter of each RF multi-pole ring from the inlet to the exit direction, RF made from neighboring RF multi-pole ring While the multipole electric field is maintained to some extent inside the DC ring, a strong electric field can be formed up to the ion guide central axis.
  • the ion guide 100 of the present invention is a DC ring (110, 110 %) and RF multi-pole ring (120, 120 7) are arranged in succession cross along the central axis (X), the inlet 101
  • the inner diameter of the DC ring 110 in the direction toward the exit 102 is maintained constant, and the inner diameter of the RF multi-pole ring 120 may be made to decrease gradually.
  • the ion guide 100 of the present invention is a plurality of DC ring 110 and a plurality of RF multi-pole ring 120 Each center of x) may be arranged in a straight line.
  • the inner diameters R1 of the plurality of DC rings 110 are all formed along the central axis X, and the inner diameters R2 of the plurality of RF multipole rings 120 are formed. It may be formed to gradually decrease along the central axis (X).
  • the present invention may be any type as long as the inner diameter of each RF multi-pole ring 120 of the ion guide 100 gradually decreases from the inlet 101 to the outlet 102. It is preferable that the inner diameter R2 of each RF multipole ring 120 of the ion guide 100 in the direction of the exit 102 at 101 is reduced at a constant rate.
  • the RF multipole ring 120 is arranged in the order in which the inlet 101 is close to the first RF multipole ring, the second RF multipole ring,.
  • the n-th RF multi-pole ring, the ion guide 100 of the present invention is the ratio of the inner diameter of the first RF multi-pole ring and the inner diameter of the second RF multi-pole ring is the inner diameter of the second RF multi-pole ring and the third RF multi-
  • the inner diameter and the ratio of the pole ring are formed to be the same, and this can be formed to remain the same up to the nth RF multipole ring.
  • each of the RF multi-pole ring 120 may be formed in the same distance from the inner diameter to the outer diameter. That is, the distances from the inner diameter to the outer diameter of the first RF multi-pole ring to the n-th RF multi-pole ring may be all the same.
  • FIG. 4 illustrates in more detail the DC ring 110 and the RF multipole ring 120 constituting the ion guide 100.
  • FIG. 4A shows the shape of one DC ring 110 and
  • FIG. 4B shows the shape of one RF multipole ring 120.
  • the RF multipole ring 120 has four segment electrodes 120a, 120b, 120c, and 120d in a ring shape.
  • each electrode 120a, 120b, 120c, and 120d of the RF multipole ring 120 has the same amplitude but a phase. This other voltage is applied to adjacent electrodes and the same DC voltage is applied in overlap. That is, each neighboring electrode of the RF multipole ring 120 is applied with RF voltages of the same amplitude but different phases, thereby creating an RF multipole electric field inside the ring.
  • Voltages applied to the ion guide 100 may be applied by a DC voltage divider circuit and an AC capacitor parallel connection and a DC and RF power supply, as shown in FIG. 5.
  • electrodes having the same phase eg, 120a and 120c, 120b and 120d
  • Different voltages are applied to each ring by the DC divided electric circuit, and a DC electric field is generated in the direction of the central axis (X) inside the ion guide 100 by the DC voltage difference of the ring.
  • different DC bias voltages are applied to each other, thereby forming a DC electric field in the direction of the central axis (X) inside the ring array structure. Can be moved in the (X) direction.
  • FIG. 6 shows an electric field formed by a conventional ion guide (FIG. 6A) and an electric field formed by an ion guide according to an embodiment of the present invention (FIG. 6B).
  • the ion guide 100 'of the conventional ion guide 100' that is, the type of the ion guide in which the inner diameters of the DC ring 110 'and the RF multipole ring 120' are gradually reduced has an electric field in the RF multipole ring.
  • the multi-pole electric field generated from the neighboring RF multi-pole ring 120 is maintained to some extent inside the DC ring 110, and RF A strong electric field is formed in the central axis X of the ion guide far away from the multipole ring 120 to collect ions more effectively on the central axis X of the ion guide 100 (FIG. 6B).
  • the inlet 101 is formed larger than the outlet 102, it is easy to collect ions scattered in various directions from the inlet 101, and the outlet 102 is narrowly formed so that the ions are efficiently desired. Can be delivered as
  • Figure 7 is a perspective view (Fig. 7a) and a cross-sectional view (Fig. 7b) of the ion guide according to another embodiment of the present invention
  • the ion guide 100 according to another embodiment of the present invention is an embodiment of the present invention described above
  • the inner diameter of the DC ring 110 is not kept constant from the inlet 101 to the outlet direction 102, but the inner diameter of the DC ring 110 is gradually reduced, but the RF multi
  • the inner diameter of the pole ring 120 may be reduced to be larger than the inner diameter of the DC ring 100 is reduced.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of an ion guide according to another embodiment of the present invention.
  • the ion guide 100 according to another embodiment of the present invention is formed such that the inner diameters of the DC ring 110 and the RF multipole ring 120 are all reduced by the same ratio from the inlet 101 to a predetermined distance S. . And after a certain distance (S) to the exit 102, the inner diameter of the DC ring 110 is kept constant and the RF multi-pole ring 120, as in the ion guide 100 according to an embodiment of the present invention described above The inner diameter of the ring is formed to be gradually reduced (Fig.
  • the extent to which the inner diameter of the RF multipole ring 120 is reduced may be greater than the extent to which the inner diameter 110 of the DC ring is reduced (FIG. 8B).
  • the ion guide of the present invention is preferably arranged such that the inlet 101 of the ion guide starts with the DC ring 110, the outlet 102 of the ion guide ends with the RF multi-pole ring 120.
  • the ion guide according to another embodiment of the present invention described above and the ion guide according to another embodiment show some specific modifications of the ion guide that can be variously modified in the present invention.
  • the ion guide according to another embodiment of the present invention described above and the ion guide according to another embodiment also maintain a certain degree of multi-pole electric field generated from the neighboring RF multi-pole ring 120 within the DC ring 110.
  • a strong electric field may be formed in the central axis X of the ion guide far away from the RF multipole ring 120 to collect ions more effectively on the central axis X of the ion guide 100.
  • the inlet 101 is formed larger than the outlet 102, it is easy to collect ions scattered in various directions from the inlet 101, and the outlet 102 is narrowly formed so that the ions are efficiently desired. Can be delivered as
  • the DC ring 110 and the RF multipole ring 120 illustrated in the present specification may have a circular ring shape, or various geometric shapes of an ellipse or a polygon.
  • the thickness of the DC ring 110 and the RF multi-pole ring 120 shown herein is shown to be constant, but not limited to, the thickness of each of the DC ring 110 and RF multi-pole ring 120 Can gradually become thinner or thicker.
  • the RF multi-pole ring 120 shown in the present specification is shown as having four electrodes, but may be a plurality of electrodes, preferably 2, 4, 6, 8 or more of the plurality of electrodes.
  • the DC ring 110 and the RF multi-pole ring 120 constituting the ion guide 100 shown in this specification is shown in a structure that is installed spaced apart from each other without any medium, but is sealed with an insulator or It may be made of a structure that is connected to each other via an insulator.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a configuration of an ion source (or ion source) according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a view showing in detail an ionization chamber of an ion source.
  • the ion source 1 may include an ionization material source 10 for emitting an ionization material, an ionization chamber 20 through which the sample is ionized, and at least one vacuum chamber 30.
  • the ionization material may be photon when the ionization source 1 of the present invention is a photoionization ion source as described below, and may be a primary ion of a reagent in the case of a chemical ionization ion source.
  • the proton may be a primary ion capable of delivering a proton
  • the ionization material source 10 may be a known device or device that emits each of the above kinds of ionization materials.
  • the ionization chamber 20 consists of DC electrodes and insulators between them, the DC electrodes being applied by a DC voltage dividing circuit (not shown) with a different voltage toward the outlet 23 of the ionization chamber,
  • the DC electric field may be formed inside the ionization chamber 20 by the difference.
  • the ion guide 100 of the present invention described above is embedded in the vacuum chamber 30, and the ion guide 100 in the vacuum chamber 30 flows into the vacuum chamber 30 from the ionization chamber outlet 23. It works in the atmosphere.
  • the vacuum chamber 30 corresponding to the ion optical system immediately after the ionization chamber 20 will be described as a first vacuum chamber 30-1.
  • the ion source 1 of the present invention includes a sample injection port 21 and an auxiliary gas injection port 22 in the ionization chamber 20, and ionizes the sample to be analyzed through the sample injection port 21. It is moved into the chamber 20 and is ionized by reacting with the ionized material released from the ionization material source 10 in the ionization chamber 20.
  • the auxiliary gas injected through the auxiliary gas inlet 22 of the ionization chamber 20 may be used for controlling the ionization efficiency of the sample by adjusting the pressure of the ionization chamber.
  • the sample to be analyzed is injected from the ionization chamber outlet 23 to the opposite side of the outlet so that the sample stays in the ionization chamber 20 for a long time, thereby increasing the ionization efficiency, and applying the ionized sample ion to the DC electric field in the ionization chamber 20.
  • the ion release efficiency can be increased.
  • the sample ions moved to the first vacuum chamber 30-1 through the outlet 23 of the ionization chamber are collected through the ion guide 100 in the first vacuum chamber 30-1 to form a center of the ion guide 100. It is collected around axis X and then transferred to the next ion optics.
  • the ion optical system after the first vacuum chamber 30-1 may be the second vacuum chamber 30-2 when the ion source 1 is configured as a multistage vacuum system, and the ion source 1 is a single unit.
  • the ion source 1 When configured as a vacuum system may be a vacuum chamber having a mass spectrometer 200.
  • the ion source 1 may be formed at a pressure inside the ionization chamber 20 is lower than the atmospheric pressure and higher than the pressure of the first vacuum chamber 30-1.
  • the pressure in the ionization chamber 20 may be formed at about 10 torr, and the pressure in the first vacuum chamber 30-1 may be formed at about 1 torr.
  • the present invention is not limited thereto, and the pressure in the ionization chamber 20 may be formed about three times or more than the pressure in the first vacuum chamber 30-1.
  • the pressure in the ionization chamber 20 is formed higher than the vacuum pressure of the first vacuum chamber 30-1, the time during which the gas stays in the ionization chamber 20 stays in the vacuum chamber 30-1. Increasing the ionization efficiency of the sample increases, and the acceleration of the sample ions is small, resulting in less fragmentation of the sample ions.
  • the pressure in the ionization chamber 20 is formed to be lower than the atmospheric pressure, the amount of neutral gas molecules transferred from the ionization chamber 20 to the first vacuum chamber 30-1 is reduced compared to the case of ionizing the sample under atmospheric pressure. Therefore, a small capacity pump can be applied to the first vacuum chamber 30-1.
  • the central axis Y of the ionization chamber 20 and the central axis X of the ion guide 100 are inclined at a predetermined angle. Can be arranged to lose.
  • the angle formed by the central axis (Y) of the ionization chamber 20 and the central axis (X) of the ion guide 100 may be 10 ⁇ 170 °, preferably the central axis (Y) of the ionization chamber 20 ) And the central axis (X) of the ion guide 100 may be formed perpendicular to each other, but is not limited thereto.
  • the ion deflector 300 is disposed on the side opposite to the side where the ion guide 100 is disposed in the first vacuum chamber 30-1, and thus, between the ion deflector 300 and the ion guide 100.
  • the outlet 23 of the ionization chamber may be arranged.
  • the ion deflector 300 As the ion deflector 300 is discharged from the ionization chamber 20, the direction of propagation of ions scattered in various directions in the first vacuum chamber 30-1 can be changed and sent to the ion guide 100.
  • the ion collection efficiency through the guide 100 is increased to increase the ion detection sensitivity of the entire mass spectrometer.
  • the ion source 1 may be composed of a photoionization (PI) ion source, a chemical ionization (CI) ion source, or a proton transfer reaction (PTR) ion source.
  • PI photoionization
  • CI chemical ionization
  • PTR proton transfer reaction
  • the pressure in the ionization chamber 20 may be higher than the vacuum as described above, especially when the ion source 1 is a PI ion source, sample ions and neutral gas molecules or free gases generated during photoionization are free. Fragmentation of sample ions due to collision with electrons can be reduced.

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Abstract

본 발명은 이온을 질량분석기로 전달하는 이온가이드에 관한 것으로서, 본 발명의 이온가이드는 이온이 진입하는 입구와 이온을 전달하는 출구 사이에 복수의 DC 고리와 복수의 전극을 갖는 복수의 RF 멀티폴 고리가 서로 교차하면서 배열되되, 상기 입구에서 출구 방향으로 상기 DC 고리의 내경은 일정하게 유지되고, 상기 RF 멀티폴 고리의 내경은 점진적으로 감소되는 것을 특징으로 한다.

Description

질량분석기용 이온가이드 및 이를 이용한 이온소스
본 발명은 질량분석기에 관한 것으로, 특히 질량분석기를 위한 이온가이드 및 이를 이용한 이온소스에 관한 것이다.
질량분석법에서 시료 중의 목표 화합물 성분을 이온화하는 방법으로서는 다양한 방법이 알려져 있다. 이러한 이온화법은 진공 분위기에서 이온화하는 방법과 대략 대기압 분위기에서 이온화하는 방법으로 대별할 수 있고, 후자는 일반적으로 대기압 이온화법(Atmosphere Pressure ionization) 또는 주변 이온화법(Ambient Ionization)으로 총칭될 수 있다.
대기압 이온화법을 이용하는 질량분석기에 있어서, 이온소스로부터 질량분석기가 있는 고진공의 챔버 내로 이온을 효과적으로 보내기 위한 수단이 필요하다. 이를 위해서 압력이 점차 감소하는 여러 진공단계를 포함하는 진공계(vacuum system)를 사용하게 된다.
그런데 각 진공단계에서 다음 단계로 이온을 효율적으로 보내기 위해서는 전달효율이 높은 이온가이드가 필요하다. 특히 첫 번째 진공챔버로 들어갈 때 이온은 공기의 흐름에 따라서 이동하게 되는데, 공기는 첫 번째 진공단계에서 자유팽창하고, 이온도 여러 방향으로 흩어진다. 여러 방향으로 흩어진 이온을 모아서 다음 진공단계로 나있는 이온 렌즈를 통과시키기 위해서는 효과적으로 이온을 모아주는 이온가이드가 필요하다. 특별히 1단계 진공 챔버의 압력인 1 torr 정도의 압력 범위에서는 전기적 방전이 진공이나 대기압에서보다 더 낮은 전압에서 일어나기 때문에 약한 전기장에서도 작동하는 특별한 형태의 RF 이온가이드가 필요하다.
이와 관련하여, 한국 공개특허공보 제2014-0020152호에는 복수의 DC 고리와 복수의 전극을 갖는 복수의 RF 멀티폴 고리가 서로 교차하면서 배열되는 질량분석기용 RF/DC 이온가이드가 개시되어 있다.
도 1은 종래의 이온가이드를 나타낸 도면으로서, DC 고리(110') 및 RF 멀티폴 고리(120') 모두 내경이 점차 줄어드는 형태의 이온가이드(100')가 개시되어 있다. 그러나 이와 같은 형태의 이온가이드는 RF 멀티폴 고리(120')로부터 생성되는 전기장이 RF 멀티폴 고리(120') 주위에만 형성되는 단점이 있다.
본 발명자는 상기와 같은 단점을 보완하고 이온을 더욱 효과적으로 전달할 수 있는 이온가이드를 개발하기 위해 오랫동안 연구 노력한 끝에 본 발명을 완성하게 되었다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
한국 공개특허공보 제2014-0020152호
본 발명의 목적은 종래의 이온가이드에 비해 이온을 이온가이드의 중심축 상에 효과적으로 모이게 하여 이온의 전달 효율을 더욱 향상시키는 이온가이드를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 이온가이드를 이용하여 이온화 효율을 더욱 증대시킬 수 있는 이온소스를 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온가이드는, 이온을 효과적으로 전달하는 이온가이드로서, 이온이 진입하는 입구와 이온을 전달하는 출구 사이에 복수의 DC 고리와 복수의 전극을 갖는 복수의 RF 멀티폴 고리가 서로 교차하면서 배열되되, 상기 입구에서 출구 방향으로 상기 DC 고리의 내경은 일정하게 유지되고 상기 RF 멀티폴 고리의 내경은 점진적으로 감소될 수 있다.
또한, 상기 복수의 DC 고리와 상기 복수의 RF 멀티폴 고리의 각 중심이 일직선상에 위치할 수 있다.
또한, 상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 일정한 비율로 감소될 수 있다.
또한, 상기 RF 멀티폴 고리의 복수의 전극은 서로 이격하여 배열됨으로써 고리를 형성할 수 있다.
또한, 상기 복수의 RF 멀티폴 고리는 내경으로부터 외경까지의 거리가 모두 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 RF 멀티폴 고리의 각 이웃한 전극에 진폭은 같지만 다른 위상의 RF 전압이 가해질 수 있다.
또한, 인접한 상기 DC 고리와 상기 RF 멀티폴 고리는 서로 상이한 DC 바이어스 전압이 가해질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온가이드는, 이온이 진입하는 입구와 이온을 전달하는 출구 사이에 복수의 DC 고리와 복수의 전극을 갖는 복수의 RF 멀티폴 고리가 서로 교차하면서 배열되어 이온을 전달하는 이온가이드에 있어서, 상기 입구에서 출구 방향으로 상기 DC 고리와 상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 모두 점진적으로 감소되되, 상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 감소되는 정도가 상기 DC 고리의 내경이 감소되는 정도보다 크게 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온가이드는, 이온이 진입하는 입구와 이온을 전달하는 출구 사이에 복수의 DC 고리와 복수의 전극을 갖는 복수의 RF 멀티폴 고리가 서로 교차하면서 배열되어 이온을 전달하는 이온가이드에 있어서, 상기 입구로부터 일정 거리까지는 상기 DC 고리와 상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 모두 동일한 비율로 감소되고, 상기 일정 거리 이후부터 상기 출구까지는, 상기 DC 고리의 내경은 일정하게 유지되고 상기 RF 멀티폴 고리의 내경은 점진적으로 감소되거나, 상기 DC 고리와 상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 점진적으로 감소되되, 상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 감소되는 정도가 상기 DC 고리의 내경이 감소되는 정도보다 크게 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 양태에 따른 이온소스는, 이온화 물질을 방출하는 이온화물질원; 상기 이온화물질원으로부터 방출되는 이온화 물질에 의해 시료의 이온화가 이루어지는 이온화 챔버; 및 상기 이온화 챔버에 의해 이온화된 시료의 이온을 다음 이온 광학계로 전달하는 적어도 하나 이상의 진공 챔버;를 포함하고, 상기 진공 챔버 내부에는 전술한 이온가이드 중 어느 하나가 내장되어 있을 수 있다.
또한, 상기 이온화 챔버는, 상기 이온화 챔버의 입구에서 출구 방향으로 다른 전압이 가해지는 DC 전극들과 상기 DC전극들 사이의 절연체들로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 이온화 챔버 내부의 압력은, 상기 이온화 챔버 바로 다음의 이온 광학계를 내장하는 제1 진공 챔버 내부의 압력보다 높고 대기압보다 낮게 형성될 수 있다.
또한, 상기 이온화 챔버의 중심축과 상기 제1 진공 챔버의 상기 이온가이드의 중심축은 소정의 각도를 이루어 경사지게 배치될 수 있다.
또한, 상기 이온화 챔버의 중심축과 상기 제1 진공 챔버의 상기 이온가이드의 중심축이 이루는 각도는 10° 내지 170° 일 수 있다.
또한, 상기 제1 진공 챔버 내부에는 상기 이온가이드의 반대측에 이온 디플렉터가 배치되고, 상기 이온 디플렉터와 상기 이온가이드 사이에 상기 이온화 챔버의 출구가 배치될 수 있다.
또한, 상기 이온소스는, 광 이온화(Photoionization) 이온소스, 화학 이온화(Chemical Inonization) 이온소스 또는 양성자 전달 반응(Proton Transfer Reaction) 이온소스일 수 있다.
이온소스로부터 질량분석기가 있는 고진공의 챔버 안으로 이온을 효과적으로 보내기 위해서는 압력이 점차 감소하는 여러 진공단계를 갖는 진공계를 사용하는 인터페이스가 필요하다. 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 그와 같은 인터페이스의 이온 전달 효율이 높아지고 질량분석기의 검출감도가 향상된다는 뛰어난 효과를 발휘할 수 있다.
특히, 본 발명의 이온가이드에 의하면, RF 멀티폴 고리의 전극으로부터 멀리 떨어진 이온가이드의 중심축에까지 강한 전기장이 형성되어, 이온을 이온가이드의 중심축 상에 더욱 효과적으로 모이게 할 수 있으며, 이로 인해 이온의 전달 효율을 향상시킬 수 있는 뛰어난 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 종래의 이온가이드를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온가이드의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온가이드의 측단면과 DC 고리 및 RF 멀티폴 고리를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온가이드의 DC 고리 및 RF 멀티폴 고리의 구성 및 회로 연결을 상세히 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온가이드에 대한 회로 구성의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 종래의 이온가이드에 의해 형성되는 전기장과 본 발명의 일 실시예에 따른 이온가이드에 의해 형성되는 전기장을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온가이드의 사시도 및 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온가이드의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 양태에 따른 이온소스의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 이온화물질원 및 이온화 챔버를 상세히 나타낸 도면이다.
대기압 이온화법을 이용하는 질량분석기(API-MS)의 경우에는 이온원에서 질량분석기가 있는 진공으로 얼마나 효율적으로 이온을 전달할지가 장비의 분석성능을 결정하는 주요 요건이 된다.
즉, 이온을 전달하는 효율이 질량분석기의 검출한계를 결정하는 중요한 요소가 된다. 현대의 API-MS는 압력이 점차적으로 낮아지는 여러 진공단계를 거치는 진공계를 사용하고 각 진공단계에서 이온가이드들을 사용한다. 본 발명은 여러 각도로 산란하는 이온을 효과적으로 수집하고, 이온의 에너지를 배경가스와의 충돌로 낮춤으로써 이온을 이온가이드의 중심축 상에 모이게 하여서 이온을 다음 단계로 효율적으로 전달해 준다.
본 발명에 따른 이온가이드는, DC 고리와 RF 멀티폴(Multipole) 고리(낮은 두께의 고리모양의 멀티폴 전극)들을 번갈아 가면서 쌓인 모양을 갖는다. 어느 한 RF 멀티폴 고리에서, 이웃한 전극들에는 RF 전압은 진폭은 같지만 위상이 서로 180도 다른 RF 전압들이 가해져서 고리 내부에서 멀티폴 전기장이 형성된다.
이때, 복수개의 DC 고리는 모두 내경이 동일하게 유지하되 복수개의 RF 멀티폴 고리는 입구에서 출구방향으로 각 RF 멀티폴 고리의 내경이 점진적으로 감소하도록 구성함으로써, 이웃한 RF 멀티폴 고리로부터 만들어진 RF 멀티폴 전기장이 DC 고리 내부에도 어느 정도 유지됨과 동시에, 이온가이드 중심축에까지 강한 전기장이 형성될 수 있다.
또한, 인접한 DC 고리와 RF 멀티폴 고리 사이에 다른 DC 전압들이 가해져서 이온가이드 내에서 중심축 방향으로 DC 전기장이 만들어진다. DC 고리와 멀티폴 전극들 사이의 RF 전기장 효과와 반경 방향의 RF 멀티폴 전기장의 효과로 인해서 이온은 이온가이드의 중심축에 가깝게 모이게 되고 이온가이드 축 방향으로 형성된 DC 전기장에 의해서 이온은 이온가이드 축 방향으로 이동되어 이온가이드 다음의 이온 광학계에 전달된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온가이드를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 이온가이드(100)는 중심축(X)을 따라서 DC 고리(110, 110 …)와 RF 멀티폴 고리(120, 120 …)가 연이어서 교차 배열되되, 입구(101)에서 출구(102) 방향으로 DC 고리(110)의 내경은 일정하게 유지되고, RF 멀티폴 고리(120)의 내경은 점진적으로 감소되는 구조로 이루어 질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 이온가이드의 측단면과 DC 고리 및 RF 멀티폴 고리를 함께 나타낸 것으로서, 본 발명의 이온가이드(100)는 복수의 DC 고리(110)와 복수의 RF 멀티폴 고리(120)의 각 중심이 일직선상에 위치되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이온가이드(100)는 복수의 DC 고리(110)의 내경(R1)이 중심축(X)을 따라 모두 동일하게 형성되고, 복수의 RF 멀티폴 고리(120)의 내경(R2)이 중심축(X)을 따라 점진적으로 감소되도록 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명은 입구(101)에서 출구(102) 방향으로 이온가이드(100)의 각 RF 멀티폴 고리(120)의 내경이 점차 작아지는 형태로 형성되는 것이면 어느 것이라 하여도 무방하나, 입구(101)에서 출구(102) 방향으로 이온가이드(100)의 각 RF 멀티폴 고리(120)의 내경(R2)이 일정한 비율로 감소되도록 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 입구(101)와 근접한 순서로 RF 멀티폴 고리(120)를 제1 RF 멀티폴 고리, 제2 RF 멀티폴 고리, … 제n RF 멀티폴 고리라 한다면, 본 발명의 이온가이드(100)는 제1 RF 멀티폴 고리의 내경과 제2 RF 멀티폴 고리의 내경의 비율이 제2 RF 멀티폴 고리의 내경과 제3 RF 멀티폴 고리의 내경과 비율이 동일하게 형성되고, 이것이 제n RF 멀티폴 고리까지 동일하게 유지되도록 형성될 수 있다.
또한, 각 RF 멀티폴 고리(120)는 내경으로부터 외경까지의 거리가 모두 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 상술한 제1 RF 멀티폴 고리~제n RF 멀티폴 고리의 내경으로부터 외경까지의 거리가 모두 동일하게 형성될 수 있다.
도 4는 이온가이드(100)를 구성하는 DC 고리(110)와 RF 멀티폴 고리(120)를 보다 상세하게 나타낸다. 도 4a는 1개의 DC 고리(110)의 형태를 나타내며, 도 4b는 1개의 RF 멀티폴 고리(120)의 형태를 나타낸다. 도 4b에 도시된 것처럼, RF 멀티폴 고리(120)는 4개의 분절 전극(120a, 120b, 120c, 120d)이 고리 형태를 이루게 된다.
또한, 도 4c에 도시된 것처럼 DC 고리(110)에는 DC 전압이 가해지며, 도 4d에 도시된 것처럼 RF 멀티폴 고리(120)의 각 전극(120a, 120b, 120c, 120d)에는 진폭은 같지만 위상이 다른 전압이 인접한 전극들에 가해지고 또한 동일한 DC 전압이 중첩해서 가해진다. 즉, RF 멀티폴 고리(120)의 각 이웃한 전극에는 진폭은 같지만 다른 위상의 RF 전압이 가해져서, 고리 내부에 RF 멀티폴 전기장을 만들게 된다.
이온가이드(100)에 인가된 전압들은, 도 5에 도시된 것처럼, DC 분압 전기 회로 및 교류 축전기 병렬연결과 DC 및 RF 전원 장치에 의해서 가해질 수 있다. 이웃한 멀티폴 전극(120a, 120b, 120c, 120d)들에서 위상이 같은 전극들(예를 들어, 120a와 120c, 120b와 120d)은 동일한 반경 방향으로 배치된다.
DC 분압 전기회로에 의해서 다른 전압들이 각 고리에 가해지고, 고리의 DC 전압 차에 의해서 이온가이드(100) 내부에 중심축(X) 방향으로 DC 전기장이 생긴다. 본 발명에 따르면 인접한 DC 고리(110)와 RF 멀티폴 고리들(120)에서는 서로 상이한 DC 바이어스 전압이 가해져서 고리 배열 구조 내부에 중심축(X) 방향으로 DC 전기장이 형성되어서, 이온들을 중심축(X) 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 6은 종래의 이온가이드에 의해 형성되는 전기장(도 6a) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 이온가이드에 의해 형성되는 전기장(도 6b)을 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 이온가이드(100'), 즉 DC 고리(110')와 RF 멀티폴 고리(120')의 내경이 모두 점차 줄어드는 형태의 이온가이드는 전기장이 RF 멀티폴 고리 주위에만 강하게 형성되나(도 6a), 본 발명에 따른 이온가이드(100)에 의하면 이웃한 RF 멀티폴 고리(120)로부터 만들어진 멀티폴 전기장이 DC 고리(110) 내부에도 어느 정도 유지됨과 동시에, RF 멀티폴 고리(120)로부터 멀리 떨어진 이온가이드의 중심축(X)에까지 강한 전기장이 형성되어 이온을 이온가이드(100)의 중심축(X) 상에 더 효과적으로 모이게 할 수 있다(도 6b).
또한, 입구(101)가 출구(102)에 비해 크게 형성되기 때문에 여러 방향으로 산란하는 이온을 입구(101)에서 수집하기에 용이하고, 출구(102)가 좁게 형성되기 때문에 이온을 원하는 곳으로 효율적으로 전달할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온가이드의 사시도(도 7a) 및 단면도(도 7b)로서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온가이드(100)는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 이온가이드(100)와 달리 입구(101)에서 출구 방향(102)으로 DC 고리(110)의 내경이 일정하게 유지되는 것이 아니라 DC 고리(110)의 내경 또한 점진적으로 감소되되, RF 멀티폴 고리(120)의 내경이 감소되는 정도가 DC 고리(100)의 내경이 감소되는 정도보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온가이드의 단면도이다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온가이드(100)는 입구(101)로부터 일정 거리(S)까지는 DC 고리(110)와 RF 멀티폴 고리(120)의 내경이 모두 동일한 비율로 감소되도록 형성된다. 그리고 일정 거리(S) 이후부터 출구(102)까지는, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 이온가이드(100)와 같이 DC 고리(110)의 내경은 일정하게 유지되고 RF 멀티폴 고리(120)의 내경은 점진적으로 감소되도록 형성되거나(도 8a), 전술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온가이드(100)와 같이 DC 고리(110)와 RF 멀티폴 고리(120)의 내경이 점진적으로 감소되되, RF 멀티폴 고리(120)의 내경이 감소되는 정도가 DC 고리의 내경(110)이 감소되는 정도보다 크게 형성될 수 있다(도 8b).
여기서, 본 발명의 이온가이드는 이온가이드의 입구(101)가 DC 고리(110)로 시작하고, 이온가이드의 출구(102)가 RF 멀티폴 고리(120)로 끝나도록 배치하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온가이드 및 또 다른 실시예에 따른 이온가이드는 본 발명에서 다양하게 변형될 수 있는 이온가이드의 변형예들 중 몇 가지의 구체적인 변형예를 나타낸 것이다. 상술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온가이드 및 또 다른 실시예에 따른 이온가이드 역시, 이웃한 RF 멀티폴 고리(120)로부터 만들어진 멀티폴 전기장이 DC 고리(110) 내부에도 어느 정도 유지됨과 동시에, RF 멀티폴 고리(120)로부터 멀리 떨어진 이온가이드의 중심축(X)에까지 강한 전기장이 형성되어 이온을 이온가이드(100)의 중심축(X) 상에 더 효과적으로 모이게 할 수 있다.
또한, 입구(101)가 출구(102)에 비해 크게 형성되기 때문에 여러 방향으로 산란하는 이온을 입구(101)에서 수집하기에 용이하고, 출구(102)가 좁게 형성되기 때문에 이온을 원하는 곳으로 효율적으로 전달할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 도시된 DC 고리(110)와 RF 멀티폴 고리(120)는 원형 고리 형태이나, 타원이나 다각형의 다양한 기하학적 형태를 가질 수 있다.
또한, 본 명세서에서 도시된 DC 고리(110) 및 RF 멀티폴 고리(120)의 두께는 일정한 것으로 나타나 있지만 이에 한정되는 것은 아니고, 각 DC 고리(110)들과 RF 멀티폴 고리(120)들의 두께는 점차적으로 얇아지거나 또는 두꺼워질 수 있다.
또한, 본 명세서에서 도시된 RF 멀티폴 고리(120)는 4개의 전극을 가진 것으로 나타나 있으나, 복수의 전극이라면 좋고, 바람직하게는 2, 4, 6, 8개 이상의 복수의 전극인 것이 좋다.
또한, 본 명세서에서 도시된 이온가이드(100)를 구성하는 DC 고리(110)들과 RF 멀티폴 고리(120)들은 어떤 매개물 없이 서로 이격되어 설치되어 있는 구조로 도시되어 있으나, 절연체로 밀봉되거나 또는 절연체를 매개로 서로 연결되는 구조로 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 이온가이드(100)가 내장된 이온소스(1)에 대하여 살펴본다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 양태에 따른 이온소스(혹은, 이온 소스)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 10은 이온소스의 이온화 챔버를 상세히 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 이온소스(1)는 이온화 물질을 방출하는 이온화물질원(10), 시료의 이온화가 이루어지는 이온화 챔버(20) 및 적어도 하나 이상의 진공 챔버(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
이온화 물질은 후술하는 바와 같이 본 발명의 이온화 소스(1)가 광 이온화 이온소스인 경우 빛(photon)일 수 있고, 화학 이온화 이온소스인 경우 시약(reagent)의 일차이온(primary ion)일 수 있고, 양성자 전달 반응 이온소스인 경우 양성자(proton)를 전달할 수 있는 일차이온일 수 있으며, 이때 이온화물질원(10)은 상기 각 종류의 이온화 물질을 방출하는 공지된 기기 또는 장치일 수 있다.
이온화 챔버(20)는 DC 전극들과 그들 사이의 절연체들로 이루어지고, 상기 DC 전극은 DC 분압 전기 회로(미도시)에 의해 이온화 챔버의 출구(23) 방향으로 다른 전압이 가해짐으로써, 전압차에 의해 이온화 챔버(20) 내부에 DC 전기장이 형성될 수 있다.
진공 챔버(30) 내에는 전술한 본 발명의 이온가이드(100)가 내장되어 있고, 진공 챔버(30) 내의 이온가이드(100)는 이온화 챔버 출구(23)에서 진공 챔버(30) 내로 유입된 가스 분위기 하에서 작동된다.
이하, 본 명세서에서는 이온화 챔버(20) 바로 다음의 이온 광학계에 해당하는 진공 챔버(30)를 제1 진공 챔버(30-1)라 하여 설명하도록 한다.
도 10과 같이 본 발명의 이온소스(1)는, 이온화 챔버(20)에 시료 주입구(21) 및 보조가스 주입구(22)가 있고, 시료 주입구(21)를 통해 분석하고자 하는 시료가 주입되어 이온화 챔버(20) 내로 이동되며, 이온화 챔버(20) 내에서 이온화물질원(10)으로부터 방출된 이온화 물질과 반응하여 이온화된다.
이온화 챔버(20)의 보조가스 주입구(22)를 통하여 주입되는 보조가스는 이온화 챔버의 압력을 조절하여 시료의 이온화 효율을 조절하는 목적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면 분석하려는 시료를 이온화 챔버 출구(23)쪽에서 출구 반대쪽으로 주입하여 시료가 이온화 챔버(20)에 오래 머물게 하여 이온화 효율을 높이며, 이온화 된 시료이온을 이온화 챔버(20) 내의 DC 전기장을 이용하여 이온화 챔버의 출구(23) 쪽으로 이동시킴으로써 이온의 방출 효율을 높일 수 있다.
이온화 챔버의 출구(23)를 지나 제1 진공 챔버(30-1)로 이동된 시료이온은 제1 진공 챔버(30-1) 내의 이온가이드(100)를 통해 수집되어 이온가이드(100)의 중심축(X) 주위로 모아진 후 다음 이온 광학계로 전달되게 된다.
이때, 제1 진공 챔버(30-1) 다음의 이온 광학계는, 이온소스(1)가 다단계 진공계로 구성되는 경우에는 제2 진공 챔버(30-2)일 수 있고, 이온소스(1)가 단일 진공계로 구성되는 경우에는 질량분석기(200)가 있는 진공 챔버일 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 이온소스(1)는 이온화 챔버(20) 내부의 압력이 대기압보다 낮고 제1 진공 챔버(30-1)의 압력보다 높게 형성될 수 있다. 일 예로서, 이온화 챔버(20) 내의 압력은 약 10 torr로 형성될 수 있고, 제1 진공 챔버(30-1)의 압력은 약 1 torr로 형성될 수 있다. 단 이에 한정되는 것은 아니고, 이온화 챔버(20) 내의 압력이 제1 진공 챔버(30-1) 내의 압력에 비해 약 3배 이상으로 형성될 수도 있다.
이와 같이, 이온화 챔버(20) 내의 압력이 제1 진공 챔버(30-1)의 진공 압력보다 높게 형성되므로, 가스가 이온화 챔버(20) 내에 머무는 시간이 진공 챔버(30-1) 내에서 머무는 시간보다 증가하게 되어 시료의 이온화 효율이 증가되며, 시료이온의 가속이 적어 시료이온의 조각화가 적게 일어난다.
또한, 이온화 챔버(20) 내의 압력이 대기압보다 낮게 형성되므로, 대기압하에서 시료를 이온화 하는 경우에 비해 이온화 챔버(20)로부터 제1 진공 챔버(30-1)로 전달되는 중성 가스 분자의 양이 줄어들게 되므로, 제1 진공 챔버(30-1)에 작은 용량의 펌프를 적용할 수 있게 된다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이온소스(1)는, 이온화 챔버(20)의 중심축(Y)과 이온가이드(100)의 중심축(X)이 소정의 각도를 이루어 경사지도록 배치될 수 있다.
즉, 이온화 챔버(20)의 중심축(Y)과 이온가이드(100)의 중심축(X)을 동일선상에 형성되도록 배치하지 않고 비스듬하게 기울여 배치함으로써, 이온화 챔버의 출구(23)에서 방출되는 가스가 다음의 이온 광학계로 이송되는 것을 최소화할 수 있다.
이때, 이온화 챔버(20)의 중심축(Y)과 이온가이드(100)의 중심축(X)이 이루는 각은 10~170˚일 수 있고, 바람직하게는 이온화 챔버(20)의 중심축(Y)과 이온가이드(100)의 중심축(X)이 서로 수직하게 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이 경우, 제1 진공 챔버(30-1) 내에 이온가이드(100)가 배치된 측의 반대측에 이온 디플렉터(Ion Deflector, 300)를 배치하여, 이온 디플렉터(300)와 이온가이드(100) 사이에 이온화 챔버의 출구(23)가 배치되도록 할 수 있다.
이온 디플렉터(300)에 의해 이온화 챔버(20)에서 방출되어 제1 진공 챔버(30-1) 내에서 여러 방향으로 산란하는 이온들의 진행 방향을 바꾸어 이온가이드(100)로 보낼 수 있게 됨에 따라, 이온가이드(100)를 통한 이온 수집 효율이 증가하여 질량분석기 전체의 이온 검출 감도가 증가된다.
나아가, 본 발명에 따른 이온소스(1)는 광이온화(Photoionization: PI) 이온소스, 화학 이온화(Chemical Ionization: CI) 이온소스, 또는 양성자 전달 반응(Proton Transfer Reaction: PTR) 이온소스로 구성될 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 이온화 챔버(20) 내의 압력이 진공보다 높게 형성될 수 있으므로, 특히 이온소스(1)가 PI 이온소스인 경우, 광이온화 과정에서 발생하는 시료이온과 중성가스분자나 자유전자와의 충돌에 의한 시료이온의 조각화 현상을 줄일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
[부호의 설명]
100 : 이온가이드
101 : 이온가이드 입구
102 : 이온가이드 출구
110 : DC 고리
120 : RF 멀티폴 고리
120a, 120b, 120c, 120d : RF 멀티폴 고리의 각 분절 전극
1 : 이온소스
10 : 이온화물질원
20 : 이온화 챔버
21 : 시료 주입구
22 : 보조가스 주입구
23 : 이온화 챔버 출구
30 : 진공 챔버
200 : 질량분석기
300 : 이온 디플렉터

Claims (16)

  1. 이온을 전달하는 이온가이드로서,
    이온이 진입하는 입구와 이온을 전달하는 출구 사이에 복수의 DC 고리와 복수의 전극을 갖는 복수의 RF 멀티폴 고리가 서로 교차하면서 배열되되,
    상기 입구에서 출구 방향으로 상기 DC 고리의 내경은 일정하게 유지되고 상기 RF 멀티폴 고리의 내경은 점진적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 이온가이드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 DC 고리와 상기 복수의 RF 멀티폴 고리의 각 중심이 일직선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 이온가이드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 일정한 비율로 감소되는 것을 특징으로 하는 이온가이드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 RF 멀티폴 고리의 복수의 전극은 서로 이격하여 배열됨으로써 고리를 형성하는 것을 특징으로 하는 이온가이드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 RF 멀티폴 고리는 내경으로부터 외경까지의 거리가 모두 동일한 것을 특징으로 하는 이온가이드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 RF 멀티폴 고리의 각 이웃한 전극에 진폭은 같지만 다른 위상의 RF 전압이 가해지는 것을 특징으로 하는 이온가이드.
  7. 제1항에 있어서,
    인접한 상기 DC 고리와 상기 RF 멀티폴 고리는 서로 상이한 DC 바이어스 전압이 가해지는 것을 특징으로 하는 이온가이드.
  8. 이온이 진입하는 입구와 이온을 전달하는 출구 사이에 복수의 DC 고리와 복수의 전극을 갖는 복수의 RF 멀티폴 고리가 서로 교차하면서 배열되어 이온을 전달하는 이온가이드에 있어서,
    상기 입구에서 출구 방향으로 상기 DC 고리와 상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 모두 점진적으로 감소되되,
    상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 감소되는 정도가 상기 DC 고리의 내경이 감소되는 정도보다 큰 것을 특징으로 하는 이온가이드.
  9. 이온이 진입하는 입구와 이온을 전달하는 출구 사이에 복수의 DC 고리와 복수의 전극을 갖는 복수의 RF 멀티폴 고리가 서로 교차하면서 배열되어 이온을 전달하는 이온가이드에 있어서,
    상기 입구로부터 일정 거리까지는 상기 DC 고리와 상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 모두 동일한 비율로 감소되고,
    상기 일정 거리 이후부터 상기 출구까지는,
    상기 DC 고리의 내경은 일정하게 유지되고 상기 RF 멀티폴 고리의 내경은 점진적으로 감소되거나,
    상기 DC 고리와 상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 점진적으로 감소되되, 상기 RF 멀티폴 고리의 내경이 감소되는 정도가 상기 DC 고리의 내경이 감소되는 정도보다 큰 것을 특징으로 하는 이온가이드.
  10. 이온화 물질을 방출하는 이온화물질원;
    상기 이온화물질원으로부터 방출되는 이온화 물질에 의해 시료의 이온화가 이루어지는 이온화 챔버; 및
    상기 이온화 챔버에 의해 이온화된 시료의 이온을 다음 이온 광학계로 전달하는 적어도 하나 이상의 진공 챔버;를 포함하고,
    상기 진공 챔버 내부에는 제1항의 이온가이드가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 이온소스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이온화 챔버는,
    상기 이온화 챔버의 출구 방향으로 다른 전압이 가해지는 DC 전극들과 상기 DC 전극들 사이의 절연체들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온소스.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 이온화 챔버 내부의 압력은,
    상기 이온화 챔버 바로 다음의 이온 광학계에 해당하는 제1 진공 챔버 내부의 압력보다 높고 대기압보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 이온소스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이온화 챔버의 중심축과 상기 제1 진공 챔버의 상기 이온가이드의 중심축은 소정의 각도를 이루어 경사지게 배치되거나, 이격되게 배치되거나, 혹은 이격되고 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 이온소스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이온화 챔버의 중심축과 상기 제1 진공 챔버의 상기 이온가이드의 중심축이 이루는 각도는 10° 내지 170° 인 것을 특징으로 하는 이온소스.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 진공 챔버 내부에는 상기 이온가이드의 입구측에 이온 디플렉터가 배치되고,
    상기 이온 디플렉터와 상기 이온가이드 사이에 상기 이온화 챔버의 출구가 배치되는 것을 특징으로 하는 이온소스.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 이온소스는,
    광 이온화(Photoionization) 이온소스, 화학 이온화(Chemical Inonization) 이온소스 또는 양성자 전달 반응(Proton Transfer Reaction) 이온소스인 것을 특징으로 하는 이온소스.
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