KR102132992B1 - 질량분석기 - Google Patents

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KR102132992B1
KR102132992B1 KR1020200022748A KR20200022748A KR102132992B1 KR 102132992 B1 KR102132992 B1 KR 102132992B1 KR 1020200022748 A KR1020200022748 A KR 1020200022748A KR 20200022748 A KR20200022748 A KR 20200022748A KR 102132992 B1 KR102132992 B1 KR 102132992B1
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ion
mass spectrometer
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강성원
이훈
정윤진
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영인에이스 주식회사
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Abstract

이온 생성 통로를 제공하는 이온 생성부; 상기 이온 생성 통로에 연결되는 이온 선택 통로를 제공하는 이온 선택부; 상기 이온 선택 통로에 연결되는 반응 통로를 제공하는 반응부; 상기 반응 통로에 연결되는 제2 이온 선택 통로를 제공하는 제2 이온 선택부; 및 상기 제2 이온 선택부에 결합되는 이온 검출부; 를 포함하되, 상기 반응부는 제1 방향으로 연장되어 상기 반응 통로를 정의하는 반응관을 포함하고, 상기 반응 통로는: 상기 제1 방향으로 갈수록 지름이 커지는 확대 반응 통로; 및 상기 확대 반응 통로를 기준으로 상기 제1 방향에서 상기 확대 반응 통로에 연결되는 연결 반응 통로; 를 포함하며, 상기 연결 반응 통로의 지름은 상기 제1 방향으로 일정한 질량분석기가 제공된다.

Description

질량분석기{Mass spectrometer}
본 발명은 질량분석기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지름이 변하는 반응관을 포함하는 질량분석기에 관한 것이다.
미세먼지 등을 포함하는 대기 및 수질의 오염이 가속화됨에 따라, 이를 측정 및 분석할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 이러한 측정 및 분석을 위해 질량분석기(mass spectrometer)가 사용될 수 있다.
질량분석기는 질량 분석으로 화학 작용제 등을 식별 또는 분석하는 기기이다. 이러한 질량분석기는 물질의 질량을 질량 대 전하의 비(mass-to-charge ratio)로 측정하여 시료의 구성성분을 분석할 수 있다. 질량분석기 내에서 다양한 방법을 사용하여 시료가 이온화될 수 있다. 이온화된 시료는 전기장 및/또는 자기장을 지나면서 가속화될 수 있다. 즉, 이온화된 시료의 일부 또는 전부는 전기장 및/또는 자기장 등에 의해 경로가 휘어질 수 있다. 검출기는 이온화된 시료를 검출할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 캐리어 가스 및/또는 반응물 이온의 유속을 조절할 수 있는 질량분석기를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 샘플 가스의 이온화 반응을 촉진할 수 있는 질량분석기를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 캐리어 가스 및/또는 반응물 이온의 흐름을 안정화시킬 수 있는 질량분석기를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 측정의 정확성을 향상시킬 수 있는 질량분석기를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 이온 생성 통로를 제공하는 이온 생성부; 상기 이온 생성 통로에 연결되는 이온 선택 통로를 제공하는 이온 선택부; 상기 이온 선택 통로에 연결되는 반응 통로를 제공하는 반응부; 상기 반응 통로에 연결되는 제2 이온 선택 통로를 제공하는 제2 이온 선택부; 및 상기 제2 이온 선택부에 결합되는 이온 검출부; 를 포함하되, 상기 반응부는 제1 방향으로 연장되어 상기 반응 통로를 정의하는 반응관을 포함하고, 상기 반응 통로는: 상기 제1 방향으로 갈수록 지름이 커지는 확대 반응 통로; 및 상기 확대 반응 통로를 기준으로 상기 제1 방향에서 상기 확대 반응 통로에 연결되는 연결 반응 통로; 를 포함하며, 상기 연결 반응 통로의 지름은 상기 제1 방향으로 일정할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 확대 반응 통로의 지름의 최대값이 상기 연결 반응 통로의 지름과 동일할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 반응 통로가 상기 연결 반응 통로를 기준으로 상기 제1 방향에서 상기 연결 반응 통로에 연결되는 축소 반응 통로를 더 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 이온 선택부가 상기 이온 선택 통로에 위치하는 제1 사중극자 필터를 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 제2 이온 선택부가 상기 제2 이온 선택 통로에 위치하는 제2 사중극자 필터를 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 이온 검출부가 이온 검출기를 포함하되, 상기 이온 검출기는 상기 제2 이온 선택 통로에 노출될 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 이온 선택부 및 상기 반응부 사이에 위치하는 캐리어 가스 유입부를 더 포함하되, 상기 캐리어 가스 유입부는: 상기 이온 선택 통로와 상기 반응 통로를 연결하는 제1 연결 통로를 정의하는 제1 연결관; 상기 제1 연결 통로에 위치하며 혼합 통로를 정의하는 오리피스; 및 캐리어 가스 유입 통로를 정의하는 캐리어 가스 유입관; 을 포함하되, 상기 혼합 통로는 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 캐리어 가스 유입 통로는 상기 제1 방향에 교차되는 방향으로 연장되어 상기 혼합 통로에 연결될 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 이온 선택부에 연결되는 제1 펌프; 상기 반응부에 연결되는 제2 펌프; 및 상기 제2 이온 선택부에 연결되는 제3 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 반응부가 상기 반응관에 결합되는 샘플 유입관을 포함하되, 상기 샘플 유입관은 상기 반응 통로와 연결되는 샘플 유입 통로를 제공할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 샘플 유입 통로가 상기 확대 반응 통로에 연결될 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 샘플 유입 통로가 경사 통로를 포함하되, 상기 경사 통로는 상기 제1 방향과 예각을 형성하도록 연장될 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 경사 통로가 상기 경사 통로의 연장 방향으로 갈수록 지름이 커지는 확산 통로를 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 샘플 유입 통로가 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향으로 연장되는 수직 통로를 더 포함하되, 상기 경사 통로는 수직 통로의 밑에 연결될 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 반응관이 상기 확대 반응 통로를 정의하는 확대 반응관 및 상기 연결 반응 통로를 정의하는 연결 반응관을 포함하되, 상기 확대 반응관은: 상기 샘플 유입 통로와 연결되되 상기 확대 반응 통로를 상기 제1 방향을 축으로 둘러싸는 분배 통로; 및 상기 분배 통로와 상기 확대 반응 통로를 연결하는 연결 유입 통로; 를 제공할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 질량분석기는 상기 연결 유입 통로가 복수 개가 제공될 수 있다.
본 발명의 기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 이상에서 언급한 것에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 사항들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 질량분석기에 따르면, 캐리어 가스 및/또는 반응물 이온의 유속을 조절할 수 있다.
본 발명의 질량분석기에 따르면, 샘플 가스의 이온화 반응을 촉진할 수 있다.
본 발명의 질량분석기에 따르면, 캐리어 가스 및/또는 반응물 이온의 흐름을 안정화시킬 수 있다.
본 발명의 질량분석기에 따르면, 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기의 부분 절단 사시도이다.
도 2는 도 1의 일부를 도시한 부분 확대도이다.
도 3은 도 2의 도면에서 유체의 흐름을 표시한 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기의 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기의 부분 확대도이다.
도 6은 도 5의 실시 예들에 따른 질량분석기의 샘플 유입관의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기의 부분 확대도이다.
도 8은 도 7의 Y 부분을 확대한 부분 확대도이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기의 부분 확대도이다.
도 10은 도 9의 B 부분을 확대한 부분 확대도이다.
도 11은 도 9의 I-I'을 따라 절단한 단면도이다.
본 발명의 기술적 사상의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명 기술적 사상은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시 예들의 설명을 통해 본 발명의 기술적 사상의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상의 이상적인 예시도인 블록도, 사시도, 및/또는 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 다양한 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시 예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기의 부분 절단 사시도이다.
이하에서, 도 1의 D1을 제1 방향, D2를 제2 방향, 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)에 실질적으로 수직한 D3를 제3 방향이라 칭할 수 있다.
도 1을 참고하면, 질량분석기는 이온 생성부(R1), 이온 선택부(R2), 캐리어 가스 유입부(R3), 반응부(R4), 연결부(R5), 제2 이온 선택부(R6) 및 검출부(R7)를 포함할 수 있다. 실시 예들에서, 질량분석기는 이온 소스 공급부(Sa), 마이크로파 공급부(M), 제1 펌프(P1), 캐리어 가스 공급부(Sc), 샘플 공급부(Ss), 제2 펌프(P2) 및 제3 펌프(P3) 등을 더 포함할 수 있다.
이온 생성부(R1)는 이온 생성관(11)을 포함할 수 있다. 이온 생성관(11)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 이온 생성관(11)은 이온 생성 통로(C1)를 제공할 수 있다. 즉, 이온 생성관(11)은 이온 생성 통로(C1)를 정의할 수 있다. 이온 생성 통로(C1)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 이온 생성부(R1)는 이온 소스 공급부(Sa)로부터 이온 소스를 공급받을 수 있다. 보다 구체적으로, 이온 소스 공급부(Sa)로부터 이온 생성 통로(C1)에 이온 소스가 공급될 수 있다. 이온 소스는 이온이 될 수 있는 입자를 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 이온 소스는 이온화 반응을 거쳐 반응물 이온이 될 수 있는 입자를 의미할 수 있다. 반응물 이온(Reagent ion)은 샘플 가스와 반응할 수 있는 이온을 의미할 수 있다. 이온 소스는 중성 분자 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이온 소스는 질소(N2), 산소(O2) 및/또는 물(H2O) 등을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니다. 이에 대한 보다 상세한 내용은 후술하도록 한다. 이온 소스는 이온 생성 통로(C1)를 따라 제1 방향(D1)으로 이동할 수 있다. 이온 소스는 이온 생성 통로(C1)에서 이온화될 수 있다. 보다 구체적으로, 마이크로파 공급부(M)에서 마이크로파가 가해져, 이온 소스는 이온화될 수 있다. 즉, 이온 소스는 반응물 이온이 될 수 있다. 예를 들어, 이온 소스가 질소(N2), 산소(O2) 및/또는 물(H2O) 등을 포함하는 경우, 반응물 이온은 H3O+, NO+, 및/또는 O2 + 등을 포함할 수 있다. 반응물 이온은 제1 방향(D1)을 따라 이동하여 이온 선택부(R2)로 이동할 수 있다. 실시 예들에서, 이온 생성 통로(C1)는 매우 낮은 압력으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 이온 생성 통로(C1)는 약 0.3 torr의 압력으로 유지될 수 있다. 이온 소스의 이온화 작업은 실질적인 진공에 가까운 이러한 낮은 압력 하에서 수행될 수 있다.
이온 선택부(R2)는 이온 생성부(R1)로부터 유입된 반응물 이온이 필터링될 수 있다. 이온 선택부(R2)는 이온 선택관(12), 제1 포커싱 부재(121), 제1 사중극자 필터(123), 제2 포커싱 부재(125) 및 제1 펌프 연결관(127)을 포함할 수 있다. 이온 선택관(12)은 이온 생성관(11)에 연결될 수 있다. 이온 선택관(12)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 이온 선택관(12)은 이온 선택 통로(C2)를 제공할 수 있다. 즉, 이온 선택관(12)은 이온 선택 통로(C2)를 정의할 수 있다. 이온 선택 통로(C2)는 이온 생성 통로(C1)와 연결될 수 있다. 이온 선택 통로(C2)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제1 포커싱 부재(121)는 이온 선택 통로(C2)에 위치할 수 있다. 제1 포커싱 부재(121)는 중심에 구멍이 형성된 판 형상일 수 있다. 제1 포커싱 부재(121)는 이온 생성 통로(C1)에서 유입된 반응물 이온의 흐름을 중심으로 안내할 수 있다. 제1 사중극자 필터(123)는 제1 포커싱 부재(121)를 통과한 반응물 이온의 경로를 둘러 싼 4개의 막대를 포함할 수 있다. 4개의 막대의 각각은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 4개의 막대의 각각은 금속을 포함할 수 있다. 4개의 막대의 각각은 외부 전원(미도시) 등으로부터 전압을 인가 받을 수 있다. 제1 사중극자 필터(123)는 전기장을 형성할 수 있다. 제1 사중극자 필터(123)에 의해 형성된 전기장에 의해 반응물 이온의 일부 또는 전부의 이동 경로는 휘어질 수 있다. 이온의 반응물 이동 경로가 휘면, 일부 이온만 선택적으로 제2 포커싱 부재(125)를 통과하게 될 수 있다. 이에 의해, 필요 없는 이온이 캐리어 가스 유입부(R3)로 넘어 가는 것을 방지할 수 있다. 즉, 이온 선택부(R2)에서 제1 사중극자 필터(123)에 의해, 다양한 이온 중에서 필요한 반응물 이온만이 필터링될 수 있다. 예를 들어, 필요한 반응물 이온이란 샘플 가스를 이온화시키기 위한 반응에 필요한 이온을 의미할 수 있다. 제2 포커싱 부재(125)는 중심에 구멍이 형성된 판 형상일 수 있다. 제2 포커싱 부재(125)는 필터링된 반응물 이온의 흐름을 중심으로 안내할 수 있다. 제1 펌프 연결관(127)은 제1 펌프(P1)에 연결될 수 있다. 제1 펌프(P1)에 의해, 이온 선택 통로(C2)는 매우 낮은 압력으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 이온 선택 통로(C2)는 약 10-5 torr의 압력으로 유지될 수 있다. 이온의 필터링 작업은 실질적인 진공에 가까운 이러한 낮은 압력 하에서 수행될 수 있다.
캐리어 가스 유입부(R3)는 이온 선택부(R2)와 반응부(R4) 사이에 위치할 수 있다. 캐리어 가스 유입부(R3)는 제1 연결관(131), 오리피스(133) 및 캐리어 가스 유입관(135)을 포함할 수 있다. 제1 연결관(131)은 이온 선택관(12)에 결합될 수 있다. 제1 연결관(131)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제1 연결관(131)은 제1 연결 통로(C3)를 제공할 수 있다. 즉, 제1 연결관(131)에 의해 제1 연결 통로(C3)가 정의될 수 있다. 제1 연결 통로(C3)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제1 연결 통로(C3)는 이온 선택 통로(C2)와 연결될 수 있다. 제1 연결 통로(C3)에 오리피스(133)가 위치할 수 있다. 오리피스(133)는 원기둥 형상의 일부를 포함할 수 있다. 오리피스(133)의 가운데 혼합 통로(133c)가 제공될 수 있다. 혼합 통로(133c)는 이온 선택 통로(C2)와 연결될 수 있다. 캐리어 가스 유입관(135)은 제1 방향(D1)에 교차되는 방향으로 연장될 수 있다. 캐리어 가스 유입관(135)은 제1 연결관(131)에 결합될 수 있다. 캐리어 가스 유입관(135)의 내부공간은 혼합 통로(133c)에 연결될 수 있다. 캐리어 가스 유입관(135)은 캐리어 가스 공급부(Sc)에 연결될 수 있다. 캐리어 가스는 캐리어 가스 공급부(Sc)로부터 캐리어 가스 유입관(135)을 통해 혼합 통로(133c)로 유동할 수 있다. 캐리어 가스는 혼합 통로(133c)에서 반응물 이온과 혼합될 수 있다. 캐리어 가스는 반응부(R4)에서 반응물 이온 등의 흐름을 안내할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 가스는 반응부(R4)에서 층류를 형성하여 반응물 이온의 흐름 방향을 가이드할 수 있다. 캐리어 가스는 비활성 기체 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 및/또는 헬륨(He) 등을 포함할 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다.
반응부(R4)는 확대 반응부(R41), 연결 반응부(R42), 축소 반응부(R43), 샘플 유입관(3), 제2 펌프 연결관(147) 및 제3 포커싱 부재(141)를 포함할 수 있다. 확대 반응부(R41)는 확대 반응관(14a)을 포함할 수 있다. 확대 반응관(14a)은 확대 반응 통로(C41)를 제공할 수 있다. 즉, 확대 반응 통로(C41)는 확대 반응관(14a)에 의해 정의될 수 있다. 확대 반응 통로(C41)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 확대 반응 통로(C41)는 제1 방향(D1)으로 갈수록 지름이 증가할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 2를 참고하여 후술하도록 한다. 연결 반응부(R42)는 연결 반응관(14b)을 포함할 수 있다. 연결 반응관(14b)은 연결 반응 통로(C42)를 제공할 수 있다. 즉, 연결 반응 통로(C42)는 연결 반응관(14b)에 의해 정의될 수 있다. 연결 반응 통로(C42)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 연결 반응 통로(C42)는 확대 반응 통로(C41)와 연결될 수 있다. 연결 반응 통로(C42)의 지름은 제1 방향(D1)으로 일정할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 2를 참고하여 후술하도록 한다. 축소 반응부(R43)는 축소 반응관(14c)을 포함할 수 있다. 축소 반응관(14c)은 축소 반응 통로(C43)를 제공할 수 있다. 즉, 축소 반응 통로(C43)는 축소 반응관(14c)에 의해 정의될 수 있다. 축소 반응 통로(C43)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 축소 반응 통로(C43)는 연결 반응 통로(C42)와 연결될 수 있다. 축소 반응 통로(C43)는 제1 방향(D1)으로 갈수록 지름이 감소할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 2를 참고하여 후술하도록 한다. 샘플 유입관(3)은 확대 반응관(14a)에 결합될 수 있다. 샘플 유입관(3)은 샘플 공급부(Ss)에 연결될 수 있다. 샘플 유입관(3)은 샘플 공급부(Ss)로부터 샘플 가스를 받아, 확대 반응 통로(C41)로 보낼 수 있다. 샘플 유입관(3)에 대한 상세한 내용은 도 2 및 도 3을 참고하여 후술하도록 한다. 샘플 유입관(3)으로부터 유입된 샘플 가스는 반응물 이온과 반응할 수 있다. 샘플 가스는 질량분석이 필요한 대상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플 가스는 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 등을 포함할 수 있다. 샘플 유입관(3)으로부터 유입된 샘플 가스는 반응물 이온과 반응할 수 있다. 보다 구체적으로, 샘플 가스는 반응물 이온과 반응하여 이온화될 수 있다. 이온화된 샘플 가스는 샘플 이온이라 칭할 수 있다. 즉, 샘플 가스는 반응물 이온과 반응하여 샘플 이온이 될 수 있다. 샘플 가스의 이온화 반응은 다음과 같이 표현할 수 있다.
R+ + A -> P+ + N
R+는 반응물 이온을 의미할 수 있다. A는 샘플 가스를 의미할 수 있다. P+는 샘플 이온을 의미할 수 있다. N은 반응물 이온이 샘플 가스와의 반응 후에 중성화된 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, N은 다시 중성화된 이온 소스를 의미할 수 있다. 제3 포커싱 부재(141)는 중심에 구멍이 형성된 판 형상일 수 있다. 제3 포커싱 부재(141)는 축소 반응 통로(C43)에서 유입된 입자들의 흐름을 중심으로 안내할 수 있다. 제2 펌프 연결관(147)은 반응 통로(C41, C42, C43) 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 제2 펌프 연결관(147)은 제2 펌프(P2)에 연결될 수 있다. 제2 펌프(P2)는 제2 펌프 연결관(147)을 통해 반응 통로(C41, C42, C43) 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 제2 펌프(P2)에 의해, 반응 통로(C41, C42, C43)는 매우 낮은 압력으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 반응 통로(C41, C42, C43)는 약 0.5 torr의 압력으로 유지될 수 있다. 샘플 가스의 이온화 작업은 이러한 낮은 압력 하에서 수행될 수 있다.
연결부(R5)는 제2 연결관(15)을 포함할 수 있다. 제2 연결관(15)은 반응관(14)에 결합될 수 있다. 제2 연결관(15)은 제2 연결 통로(C5)를 제공할 수 있다. 즉, 제2 연결 통로(C5)는 제2 연결관(15)에 의해 정의될 수 있다. 제2 연결 통로(C5)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제2 연결 통로(C5)는 반응 통로(C41, C42, C43)와 연결될 수 있다.
제2 이온 선택부(R6)는 제2 이온 선택관(16), 제4 포커싱 부재(161), 제2 사중극자 필터(163), 제5 포커싱 부재(165) 및 제3 펌프 연결관(167)을 포함할 수 있다. 제2 이온 선택관(16)은 제2 연결관(15)에 결합될 수 있다. 제2 이온 선택관(16)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제2 이온 선택관(16)은 제2 이온 선택 통로(C6)를 제공할 수 있다. 즉, 제2 이온 선택 통로(C6)는 제2 이온 선택관(16)에 의해 정의될 수 있다. 제2 이온 선택 통로(C6)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제2 이온 선택 통로(C6)는 제2 연결 통로(C5)와 연결될 수 있다. 제2 연결 통로(C5)를 통해 제2 이온 선택 통로(C6)로 캐리어 가스 및 샘플 이온 등이 유입될 수 있다. 제4 포커싱 부재(161)는 제2 이온 선택 통로(C6)에 위치할 수 있다. 제4 포커싱 부재(161)는 중심에 구멍이 형성된 판 형상일 수 있다. 제4 포커싱 부재(161)는 제2 연결 통로(C5)에서 유입된 입자의 흐름을 중심으로 안내할 수 있다. 제2 사중극자 필터(163)는 제4 포커싱 부재(161)를 통과한 입자들의 경로를 둘러 싼 4개의 막대를 포함할 수 있다. 4개의 막대의 각각은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 4개의 막대의 각각은 금속을 포함할 수 있다. 4개의 막대의 각각은 외부 전원(미도시) 등으로부터 전압을 인가 받을 수 있다. 제2 사중극자 필터(163)는 전기장을 형성할 수 있다. 제2 사중극자 필터(163)에 의해 형성된 전기장에 의해 샘플 이온 등의 입자의 일부 또는 전부의 이동 경로는 휘어질 수 있다. 이온 상태의 입자들은 질량과 전하의 비율에 따라 휘어지는 정도가 상이할 수 있다. 측정이 필요 없는 이온은 제2 사중극자 필터(163)가 형성하는 전기장에 의해 이동 경로가 휘어질 수 있다. 예를 들어, 반응부(R4)에서 샘플 가스와 반응되지 아니하고 남은 반응물 이온은 제2 사중극자 필터(163)에 의해 직진하지 못할 수 있다. 직진하지 아니한 이온은 제5 포커싱 부재(165)를 통과하지 못할 수 있다. 제5 포커싱 부재(165)는 중심에 구멍이 형성된 판 형상일 수 있다. 제5 포커싱 부재(165)는 입자들의 흐름을 안내할 수 있다. 제3 펌프 연결관(167)은 제3 펌프(P3)에 연결될 수 있다. 제3 펌프(P3)에 의해, 제2 이온 선택 통로(C6)는 매우 낮은 압력으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 제2 이온 선택 통로(C6)는 약 10-5 torr의 압력으로 유지될 수 있다. 샘플 이온의 필터링 작업은 실질적인 진공에 가까운 이러한 낮은 압력 하에서 수행될 수 있다.
검출부(R7)는 검출관(17) 및 검출기(171)를 포함할 수 있다. 검출관(17)은 제2 이온 선택관(16)에 결합될 수 있다. 검출기(171)는 검출관(17) 내에 위치할 수 있다. 검출기(171)는 제2 이온 선택 통로(C6)에 노출될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 검출기(171)의 법선은 제1 방향(D1)과 실질적으로 평행할 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 검출기(171)의 법선은 제1 방향(D1)과 일정한 각도를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 검출기(171)의 법선은 제1 방향(D1)에 실질적으로 수직할 수도 있다. 제2 이온 선택 통로(C6)에서 필터링된 샘플 이온은 검출기(171)에 의해 감지될 수 있다. 예를 들어, 검출기(171)의 법선이 제1 방향(D1)과 실질적으로 평행한 경우, 검출기(171)는 제2 사중극자 필터(163)가 형성하는 전기장에 의해 휘어지지 아니하고 직진한 샘플 이온의 양을 측정할 수 있다. 즉, 제2 사중극자 필터(163)를 제어하여 일부 이온만 직진하도록 설정하면, 검출기(171)는 직진한 이온의 양을 측정할 수 있다. 제2 사중극자 필터(163)에 의해 가해진 전기장에 대한 정보를 이용하여, 직진하여 검출기(171)에서 검출된 이온의 질량 대 전하비(mass-to-charge ratio, m/z)를 계산할 수 있다. 제2 사중극자 필터(163)를 제어하여 직진할 이온을 바꿀 수 있다. 이후 같은 작업을 반복할 수 있다. 이에 따라 다양한 이온들에 대하여 질량 대 전하비(m/z)를 구할 수 있다. 측정한 데이터를 기존에 확보된 질량 대 전하비(m/z)의 데이터와 비교하면, 샘플 가스 내의 입자들의 질량과 그 비율을 구할 수 있다. 검출기(171)의 법선이 제1 방향(D1)에 평행하지 아니한 경우, 검출기(171)는 제2 사중극자 필터(163)가 형성하는 전기장에 의해 휘어지는 샘플 이온의 양을 측정할 수도 있다. 이 경우에도 측정의 방식은, 검출기(171)의 법선이 제1 방향(D1)에 평행한 경우와 실질적으로 동일 또는 유사할 수 있다.
이온 소스 공급부(Sa)는 이온 생성부(R1)에 이온 소스를 공급할 수 있다. 이온 소스는 산소(O2), 질소(N2) 및/또는 물(H2O)등을 공급할 수 있다. 실시 예들에서, 이온 소스 공급부(Sa)가 이온 생성부(R1)에 공급하는 이온 소스는 대기의 구성 성분과 유사할 수 있다.
마이크로파 공급부(M)는 이온 생성부(R1)에 마이크로파를 가할 수 있다. 이온 생성부(R1)에 유입된 이온 소스는 마이크로파에 의해 이온화될 수 있다. 즉, 이온 소스는 이온화되어 반응물 이온이 될 수 있다.
제1 펌프(P1)는 제1 펌프 연결관(127)에 의해 이온 선택 통로(C2)에 연결될 수 있다. 제1 펌프(P1)는 이온 선택 통로(C2)를 실질적인 진공 상태에 가깝게 유지할 수 있다. 예를 들어, 제1 펌프(P1)는 이온 선택 통로(C2)를 약 10-5 torr의 압력으로 유지할 수 있다.
캐리어 가스 공급부(Sc)는 캐리어 가스 유입관(135)을 통해 혼합 통로(133c)에 연결될 수 있다. 캐리어 가스 공급부(Sc)는 캐리어 가스를 공급할 수 있다. 캐리어 가스는 비활성 기체 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 가스는 질소(N2), 헬륨(He) 및/또는 아르곤(Ar) 등을 포함할 수 있다. 캐리어 가스는 혼합 통로(133c)에서 반응물 이온과 혼합될 수 있다. 캐리어 가스는 반응 통로(C41, C42, C43)로 유입될 수 있다. 캐리어 가스는 반응 통로(C41, C42, C43)에서 제1 방향(D1)으로 층류를 형성할 수 있다.
샘플 공급부(Ss)는 샘플 유입관(3)에 샘플 가스를 공급할 수 있다. 샘플 가스는 질량분석이 필요한 대상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플 가스는 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 등을 포함할 수 있다. 샘플 가스는 샘플 유입관(3)을 통해 반응 통로(C41, C42, C43)에 유입될 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다.
제2 펌프(P2)는 제2 펌프 연결관(147)을 통해 반응 통로(C41, C42, C43)에 연결될 수 있다. 제2 펌프(P2)는 반응 통로(C41, C42, C43)를 실질적인 진공 상태에 가깝게 유지할 수 있다. 예를 들어, 제2 펌프(P2)는 반응 통로(C41, C42, C43)를 약 0.5 torr의 압력으로 유지할 수 있다.
제3 펌프(P3)는 제3 펌프 연결관(167)을 통해 제2 이온 선택 통로(C6)에 연결될 수 있다. 제3 펌프(P3)는 제2 이온 선택 통로(C6)를 실질적인 진공 상태에 가깝게 유지할 수 있다. 예를 들어, 제3 펌프(P3)는 제2 이온 선택 통로(C6)를 약 10-5 torr의 압력으로 유지할 수 있다.
도 2는 도 1의 일부를 도시한 부분 확대도이다.
도 2를 참고하면, 확대 반응 통로(C41)는 제1 방향(D1)으로 갈수록 지름이 증가할 수 있다. 보다 구체적으로, 확대 반응 통로(C41)의 최소 지름은 D1일 수 있다. 확대 반응 통로(C41)의 최대 지름은 D2일 수 있다. 확대 반응 통로(C41)의 지름은 제1 방향(D1)으로 갈수록 D1에서 D2까지 연속적으로 증가할 수 있다. 연결 반응 통로(C42)의 지름은 제1 방향(D1)으로 일정할 수 있다. 실시 예들에서, 연결 반응 통로(C42)의 지름은 D2일 수 있다. 즉, 연결 반응 통로(C42)의 지름은 확대 반응 통로(C41)의 지름의 최대값과 실질적으로 동일할 수 있다. 축소 반응 통로(C43)는 제1 방향(D1)으로 갈수록 지름이 감소할 수 있다. 축소 반응 통로(C43)의 지름의 최대값은 연결 반응 통로(C42)의 지름과 실질적으로 동일할 수 있다. 보다 구체적으로, 축소 반응 통로(C43)의 최대 지름은 D2일 수 있다. 축소 반응 통로(C43)의 최소 지름은 D3일 수 있다. 축소 반응 통로(C43)의 지름은 제1 방향(D1)으로 갈수록 D2에서 D3까지 연속적으로 감소할 수 있다.
도 3은 도 2의 도면에서 유체의 흐름을 표시한 부분 확대도이다.
도 3을 참고하면, 제1 연결 통로(C3)를 통해 유입된 캐리어 가스(C) 및 반응물 이온(R+)은 확대 반응 통로(C41)를 지나며 속도가 감속될 수 있다. 샘플 유입관(3)을 통해 유입된 샘플 가스(A)는 캐리어 가스(C) 및 반응물 이온(R+)의 흐름에 합류할 수 있다. 샘플 가스(A)는 반응물 이온(R+)과 반응하여 샘플 이온(P+)이 될 수 있다. 샘플 이온(P+), 캐리어 가스(C), 반응에 참여하지 아니한 반응물 이온(R+) 및 반응 후에 다시 중성 분자로 돌아간 이온 소스(N)는 연결 반응 통로(C42)를 지나, 축소 반응 통로(C41)로 이동할 수 있다. 축소 반응 통로(C41)에서 입자들의 속도는 증가할 수 있다. 속도가 증가된 입자들은 제2 연결 통로(C4)로 이동할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기에 의하면, 반응관의 전반부에서 제1 방향으로 갈수록 반응관의 지름이 증가할 수 있다. 따라서 반응 통로에 유입되어 제1 방향으로 이동하는 캐리어 가스 및 반응물 이온의 속도가 느려질 수 있다. 이에 따라 캐리어 가스 및 반응물 이온의 흐름은 안정적이 될 수 있다. 또한 반응물 이온과 샘플 가스의 반응이 촉진될 수 있다. 즉, 샘플 가스의 이온화가 활발히 진행될 수 있다. 또한, 샘플 이온이 다시 중성화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해 질량분석의 정확성이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기의 부분 확대도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 설명의 편의상 생략될 수 있다.
도 4를 참고하면, 도 2를 참고하여 설명한 반응부(R4)에서, 축소 반응부(R43)가 생략될 수 있다. 즉, 반응부(R4)는 확대 반응부(R41) 및 연결 반응부(R42)만을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기의 부분 확대도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 설명의 편의상 생략될 수 있다.
도 5를 참고하면, 샘플 유입관(3)은 수직관(33) 및 경사관(31)을 포함할 수 있다. 수직관(33)은 제1 방향(D1)에 실질적으로 수직할 수 있다. 경사관(31)은 제1 방향(D1)과 예각을 형성할 수 있다. 경사관(31)은 수직관(33)의 하단에 결합될 수 있다. 경사관(31)은 연결 경사관(313) 및 확산관(311)을 포함할 수 있다. 연결 경사관(313)의 지름은 일정할 수 있다. 보다 구체적으로, 연결 경사관(313)의 경사관(31)의 연장 방향으로의 지름은 일정할 수 있다. 확산관(311)의 지름은 일정하지 아니할 수 있다. 보다 구체적으로, 확산관(311)의 지름은 경사관(31)의 연장 방향으로 갈수록 커질 수 있다.
샘플 가스는 샘플 유입관(3)을 통해 확대 반응 통로(C41)에 유입될 수 있다. 확산관(311)을 빠져 나온 샘플 가스는 반응 통로(C41, C42, C43)에서 반응물 이온과 반응할 수 있다. 보다 구체적으로, 혼합 통로(133c)를 통해 확대 반응 통로(C41)로 유입된 반응물 이온과, 확산관(311)을 통해 확대 반응 통로(C41)로 유입된 샘플 가스가 반응할 수 있다. 샘플 가스는 반응물 이온과 반응하여, 샘플 이온이 될 수 있다.
도 6은 도 5의 실시 예들에 따른 질량분석기의 샘플 유입관의 단면도이다.
도 6을 참고하면, 샘플 유입관(3)은 확대 반응관(14a)에 결합될 수 있다. 경사관(31)은 경사 통로(C31)를 제공할 수 있다. 즉, 경사 통로(C31)는 경사관(31)에 의해 정의될 수 있다. 경사 통로(C31)는 제1 방향(D1)과 예각(α)을 형성할 수 있다. 즉, 경사 통로(C31)의 연장 방향과 제1 방향(D1)은 예각(α)을 이룰 수 있다. 실시 예들에서, 예각(α)은 10˚ 이상이고, 50˚ 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 예각(α)은 30˚일 수 있다. 경사 통로(C31)는 확산 통로(C311) 및 연결 통로(C313)를 포함할 수 있다. 확산 통로(C311)는 경사 통로(C31)의 연장 방향으로 갈수록 지름이 커질 수 있다. 연결 통로(C313)는 확산 통로(C311)의 전단에 연결될 수 있다. 연결 통로(C313)의 지름은 일정할 수 있다. 연결 통로(C313)와 만나는 부분에서, 확산 통로(C311)의 지름은 연결 통로(C313)의 지름과 실질적으로 동일할 수 있다. 확산 통로(C311)의 최대 지름 e2는 연결 통로(C313)의 지름 e1의 4배 내지 8배일 수 있다. 수직관(33)은 수직 통로(C33)를 제공할 수 있다. 즉, 수직 통로(C33)는 수직관(33)에 의해 정의될 수 있다. 수직 통로(C33)는 제1 방향(D1)에 실질적으로 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 수직 통로(C33)는 연결 통로(C313)와 연결될 수 있다. 수직 통로(C33)는 샘플 공급부(Ss)로부터 샘플 가스를 전달받을 수 있다. 즉, 샘플 가스는 샘플 공급부(Ss)로부터 수직 통로(C33), 연결 통로(C313) 및 확산 통로(C311)를 거쳐 확대 반응 통로(C41)로 유입될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기에 의하면, 샘플 가스가 반응관에 비스듬하게 유입될 수 있다. 샘플 가스는 반응관에 흐르는 캐리어 가스 및/또는 반응물 이온의 흐름에 섞일 수 있다. 따라서 샘플 가스의 이온화 반응은 촉진될 수 있다. 이에 따라 질량분석의 정확성이 향상될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기에 의하면, 샘플 가스가 반응관에 비스듬하게 유입되므로, 샘플 가스가 반응관의 반대쪽 벽에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 샘플 이온이 벽에 충돌하여 다시 중성화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 질량분석의 정확성이 향상될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기에 의하면, 샘플 공급관이 확산 통로를 포함할 수 있다. 즉, 반응관에 유입되는 샘플 가스의 유속이 느려질 수 있다. 따라서 샘플 가스와 반응물 이온의 반응 시간이 충분히 확보될 수 있다. 샘플 가스의 이온화 반응은 촉진될 수 있다. 이에 따라 질량분석의 정확성이 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기의 부분 확대도이고, 도 8을 도 7의 Y 부분을 확대한 부분 확대도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 설명의 편의상 생략될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 확대 반응관(14a)과 연결 반응관(14b)이 만나는 부분에서, 확대 반응관(14a)의 내면은 곡면을 포함할 수 있다. 즉, 확대 반응관(14a)과 연결 반응관(14b)이 만나는 부분에서, 확대 반응관(14a)의 내면과 연결 반응관(14b)의 내면은 각이 지지 아니한 형태로 만날 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기에 의하면, 확대 반응관의 내면과 연결 반응관의 내면 사이에 각이 형성되지 아니하므로, 유체의 흐름을 원활히 안내할 수 있다. 따라서 샘플 가스의 이온화 반응은 촉진될 수 있다. 이에 따라 질량분석의 정확성이 향상될 수 있다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기의 부분 확대도이고, 도 10은 도 9의 B 부분을 확대한 부분 확대도이며, 도 11은 도 9의 I-I'을 따라 절단한 단면도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 설명의 편의상 생략될 수 있다.
도 9, 도 10 및 도 11을 참고하면, 반응관(14)은 분배 통로(C91) 및 연결 유입 통로(C92)를 제공할 수 있다.
분배 통로(C91)는 샘플 유입관(3')에 연결될 수 있다. 분배 통로(C91)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 분배 통로(C91)는 확대 반응 통로(C41)를 둘러쌀 수 있다. 보다 구체적으로, 분배 통로(C91)는 제1 방향(D1)을 축으로 확대 반응 통로(C41)를 둘러쌀 수 있다. 실시 예들에서, 분배 통로(C91)는 확대 반응 통로(C41)를 완전히 둘러쌀 수 있다. 즉, 분배 통로(C91)는 확대 반응 통로(C41)를 제1 방향(D1)을 축으로 360˚ 둘러쌀 수 있다.
연결 유입 통로(C92)는 분배 통로(C91)와 확대 반응 통로(C41)를 연결할 수 있다. 연결 유입 통로(C92)는 제1 방향(D1)에 교차되는 방향으로 연장될 수 있다. 실시 예들에서, 연결 유입 통로(C92)는 제1 방향(D1)에 실질적으로 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 연결 유입 통로(C92)와 샘플 유입관(3')은 제1 방향(D1)으로 이격될 수 있다. 보다 구체적으로, 연결 유입 통로(C92)의 연장선과 샘플 유입관(3')의 연장선은 제1 방향(D1)으로 거리 x 만큼 이격될 수 있다. 연결 유입 통로(C92)는 복수 개가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 11과 같이 복수 개의 연결 유입 통로(C92)의 각각은 확대 반응 통로(C41)를 가운데 두고 서로 이격 배치될 수 있다. 실시 예들에서, 복수 개의 연결 유입 통로(C92)의 각각은 서로 일정 간격 이격될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기에 의하면, 샘플 유입관에서 유입관 샘플 가스는 분배 통로에 의해 분배될 수 있다. 샘플 가스는 분배 통로의 분배에 의해, 다양한 방향에서 반응 통로로 들어갈 수 있다. 따라서 샘플 가스는 반응 통로 내에서 균일하게 분포될 수 있다. 이에 따라 샘플 가스와 반응물 이온의 반응은 촉진될 수 있다. 그리고 질량분석의 정확성이 향상될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 질량분석기에 의하면, 연결 유입 통로와 샘플 유입관은 제1 방향으로 이격될 수 있다. 샘플 가스가 바로 연결 유입 통로를 통해 반응 통로로 빠져나가는 것이 방지될 수 있다. 즉, 샘플 유입관을 통해 분배 통로로 들어온 샘플 가스가 충분히 분배될 수 있다. 따라서 샘플 가스는 반응 통로 내에서 균일하게 분포될 수 있다. 이에 따라 샘플 가스와 반응물 이온의 반응은 촉진될 수 있다. 그리고 질량분석의 정확성이 향상될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (15)

  1. 이온 생성 통로를 제공하는 이온 생성부;
    상기 이온 생성 통로에 연결되는 이온 선택 통로를 제공하는 이온 선택부;
    상기 이온 선택 통로에 연결되는 반응 통로를 제공하는 반응부;
    상기 반응 통로에 연결되는 제2 이온 선택 통로를 제공하는 제2 이온 선택부; 및
    상기 제2 이온 선택부에 결합되는 이온 검출부; 를 포함하되,
    상기 반응부는 제1 방향으로 연장되어 상기 반응 통로를 정의하는 반응관을 포함하고,
    상기 반응 통로는:
    상기 제1 방향으로 갈수록 지름이 커지는 확대 반응 통로; 및
    상기 확대 반응 통로를 기준으로 상기 제1 방향에서 상기 확대 반응 통로에 연결되는 연결 반응 통로; 를 포함하며,
    상기 연결 반응 통로의 지름은 상기 제1 방향으로 일정하고,
    상기 반응부는 상기 반응관에 결합되는 샘플 유입관을 포함하되,
    상기 샘플 유입관은 상기 반응 통로와 연결되는 샘플 유입 통로를 제공하며,
    상기 샘플 유입 통로는 경사 통로를 포함하되,
    상기 경사 통로는 상기 제1 방향과 예각을 형성하도록 연장되고,
    상기 경사 통로는 상기 경사 통로의 연장 방향으로 갈수록 지름이 커지는 확산 통로를 포함하는 질량분석기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 확대 반응 통로의 지름의 최대값은 상기 연결 반응 통로의 지름과 동일한 질량분석기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 통로는 상기 연결 반응 통로를 기준으로 상기 제1 방향에서 상기 연결 반응 통로에 연결되는 축소 반응 통로를 더 포함하는 질량분석기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 선택부는 상기 이온 선택 통로에 위치하는 제1 사중극자 필터를 포함하는 질량분석기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 이온 선택부는 상기 제2 이온 선택 통로에 위치하는 제2 사중극자 필터를 포함하는 질량분석기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 검출부는 이온 검출기를 포함하되,
    상기 이온 검출기는 상기 제2 이온 선택 통로에 노출되는 질량분석기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 선택부 및 상기 반응부 사이에 위치하는 캐리어 가스 유입부를 더 포함하되,
    상기 캐리어 가스 유입부는:
    상기 이온 선택 통로와 상기 반응 통로를 연결하는 제1 연결 통로를 정의하는 제1 연결관;
    상기 제1 연결 통로에 위치하며 혼합 통로를 정의하는 오리피스; 및
    캐리어 가스 유입 통로를 정의하는 캐리어 가스 유입관; 을 포함하되,
    상기 혼합 통로는 상기 제1 방향으로 연장되고,
    상기 캐리어 가스 유입 통로는 상기 제1 방향에 교차되는 방향으로 연장되어 상기 혼합 통로에 연결되는 질량분석기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 선택부에 연결되는 제1 펌프;
    상기 반응부에 연결되는 제2 펌프; 및
    상기 제2 이온 선택부에 연결되는 제3 펌프를 더 포함하는 질량분석기.


  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플 유입 통로는 상기 확대 반응 통로에 연결되는 질량분석기.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플 유입 통로는 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향으로 연장되는 수직 통로를 더 포함하되,
    상기 경사 통로는 수직 통로의 밑에 연결되는 질량분석기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응관은 상기 확대 반응 통로를 정의하는 확대 반응관 및 상기 연결 반응 통로를 정의하는 연결 반응관을 포함하되,
    상기 확대 반응관은:
    상기 샘플 유입 통로와 연결되되 상기 확대 반응 통로를 상기 제1 방향을 축으로 둘러싸는 분배 통로; 및
    상기 분배 통로와 상기 확대 반응 통로를 연결하는 연결 유입 통로; 를 제공하는 질량분석기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 연결 유입 통로는 복수 개가 제공되는 질량분석기.

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