特許 7288152 質量分析器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-29

(45)【発行日】2023-06-06

(54)【発明の名称】質量分析器

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/00 20060101AFI20230530BHJP

   H01J 49/04 20060101ALI20230530BHJP

   H01J 49/42 20060101ALI20230530BHJP

   H01J 49/06 20060101ALI20230530BHJP

   H01J 49/24 20060101ALI20230530BHJP

   G01N 27/62 20210101ALI20230530BHJP

【ＦＩ】

H01J49/00 770

H01J49/04 220

H01J49/42 150

H01J49/06 700

H01J49/24

G01N27/62 G

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022565528

(86)(22)【出願日】2021-02-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-06

(86)【国際出願番号】 KR2021001491

(87)【国際公開番号】W WO2021172784

(87)【国際公開日】2021-09-02

【審査請求日】2022-06-29

(31)【優先権主張番号】10-2020-0022725

(32)【優先日】2020-02-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】522261075

【氏名又は名称】ヨンインエース カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カン，ソン ウォン

(72)【発明者】

【氏名】イ，フン

(72)【発明者】

【氏名】ジョン，ユン ジン

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－３０９８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７６２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００８２１７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００１３０３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００３２９４９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ４９／００

Ｇ０１Ｎ ２７／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオン生成通路を提供するイオン生成部と、
前記イオン生成通路に連結されるイオン選択通路を提供するイオン選択部と、
前記イオン選択通路に連結される反応通路を提供する反応部と、
前記反応通路に連結される第２イオン選択通路を提供する第２イオン選択部と、
前記第２イオン選択部に結合されるイオン検出部と、を含み、
前記イオン選択通路及び前記反応通路は、第１方向に延長され、
前記反応部は、
前記第１方向に延長されて前記反応通路を定義する反応管と、
前記反応管に結合されるサンプル流入管と、を含み、
前記サンプル流入管は、前記反応通路に連結されるサンプル流入通路を提供し、
前記サンプル流入通路は、傾斜通路を含み、
前記傾斜通路は、前記第１方向と鋭角αを形成するように延長される、ことを特徴とする質量分析器。

【請求項2】

前記傾斜通路は、前記傾斜通路の延長方向に行くほど、直径が大きくなる拡散通路を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項3】

前記傾斜通路は、前記拡散通路の前段に連結され、直径が一定の連結通路をさらに含み、
前記拡散通路の直径の最大値は、前記連結通路の直径の４倍乃至８倍である、ことを特徴とする請求項２に記載の質量分析器。

【請求項4】

前記サンプル流入通路は、前記第１方向に垂直である第２方向に延長される垂直通路をさらに含み、
前記傾斜通路は、前記垂直通路の下に連結されて、前記垂直通路は、前記傾斜通路を通じて前記反応通路に連結される、ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項5】

前記傾斜通路の延長方向と前記第１方向がなす鋭角αは、１０°以上５０°以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項6】

前記イオン選択部は、前記イオン選択通路に位置する第１四重極フィルターを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項7】

前記第２イオン選択部は、前記第２イオン選択通路に位置する第２四重極フィルターを含む、ことを特徴とする請求項６に記載の質量分析器。

【請求項8】

前記イオン検出部は、イオン検出器を含み、
前記イオン検出器は、前記第２イオン選択通路に露出される、ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項9】

前記イオン選択部及び前記反応部の間に位置するキャリヤーガス流入部をさらに含み、
前記キャリヤーガス流入部は、
前記イオン選択通路と前記反応通路を連結する第１連結通路を定義する第１連結管と、
前記第１連結通路に位置し、混合通路を定義するオリフィスと、
キャリヤーガス流入通路を定義するキャリヤーガス流入管と、を含み、
前記混合通路は、前記第１方向に延長され、
前記キャリヤーガス流入通路は、前記第１方向に交差される方向に延長されて前記混合通路に連結される、ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項10】

前記イオン選択部に連結される第１ポンプと、
前記反応部に連結される第２ポンプと、
前記第２イオン選択部に連結される第３ポンプと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項11】

前記サンプル流入管に連結されるサンプル供給部をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項12】

前記反応通路は、
前記第１方向に行くほど、直径が大きくなる拡大反応通路と、
前記第１方向で前記拡大反応通路に連結される連結反応通路と、を含む、ことを特徴とする請求項１１に記載の質量分析器。

【請求項13】

前記サンプル流入通路は、前記拡大反応通路に連結される、ことを特徴とする請求項１２に記載の質量分析器。

【請求項14】

前記反応通路は、前記第１方向で前記連結反応通路に連結される縮小反応通路をさらに含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の質量分析器。

【請求項15】

前記サンプル流入管は、ステンレススチール（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ）を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は質量分析器に係り、より詳細には傾斜通路を提供するサンプル流入管を含む質量分析器に関する。

【背景技術】

【0002】

微粉塵等を含む大気及び水質の汚染が加速化されることによって、これを測定及び分析することができる方法が要求されている。このような測定及び分析のために質量分析器（ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）が使用されることができる。

【0003】

質量分析器は質量分析で化学作用剤等を識別又は分析する機器である。このような質量分析器は物質の質量を質量対電荷の比（ｍａｓｓ－ｔｏ－ｃｈａｒｇｅ ｒａｔｉｏ）で測定して試料の構成成分を分析することができる。質量分析器内で様々な方法を使用して試料がイオン化されることができる。イオン化された試料は電場及び／又は磁場を経て加速化されることができる。即ち、イオン化された試料の一部又は全部は電場及び／又は磁場等によって経路が曲がることができる。検出器はイオン化された試料を検出することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題はサンプルガスの流速を調節することができる質量分析器を提供することにある。
本発明が解決しようとする課題はサンプルガスのイオン化反応を促進することができる質量分析器を提供することにある。
本発明が解決しようとする課題はイオン化されたサンプルガスの中性化を防止することができる質量分析器を提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は測定の正確性を向上させることができる質量分析器を提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は以上で言及した課題に制限されず、言及しないその他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解されるべきである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器はイオン生成通路を提供するイオン生成部と、前記イオン生成通路に連結されるイオン選択通路を提供するイオン選択部と、前記イオン選択通路に連結される反応通路を提供する反応部と、前記反応通路に連結される第２イオン選択通路を提供する第２イオン選択部と、前記第２イオン選択部に結合されるイオン検出部と、を含み、前記イオン選択通路及び前記反応通路は、第１方向に延長され、前記反応部は、前記第１方向に延長されて前記反応通路を定義する反応管と、前記反応管に結合されるサンプル流入管と、を含み、前記サンプル流入管は、前記反応通路に連結されるサンプル流入通路を提供し、前記サンプル流入通路は、傾斜通路を含み、前記傾斜通路は前記第１方向と鋭角αを形成するように延長されることができる。

【0006】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記傾斜通路が前記傾斜通路の延長方向に行くほど、直径が大きくなる拡散通路を含むことができる。

【0007】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記傾斜通路が前記拡散通路の前段に連結され直径が一定の連結通路をさらに含み、前記拡散通路の直径の最大値は前記連結通路の直径の４倍乃至８倍であり得る。

【0008】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記サンプル流入通路が前記第１方向に垂直である第２方向に延長される垂直通路をさらに含み、前記傾斜通路は前記垂直通路の下に連結されて、前記垂直通路は前記傾斜通路を通じて前記反応通路に連結されることができる。

【0009】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記傾斜通路の延長方向と前記第１方向がなす角が１０°以上５０°以下であり得る。

【0010】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記イオン選択部が前記イオン選択通路に位置する第１四重極フィルターを含むことができる。

【0011】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記第２イオン選択部が前記第２イオン選択通路に位置する第２四重極フィルターを含むことができる。

【0012】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記イオン検出部がイオン検出器を含み、前記イオン検出器は前記第２イオン選択通路に露出されることができる。

【0013】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記イオン選択部及び前記反応部の間に位置するキャリヤーガス流入部をさらに含み、前記キャリヤーガス流入部は、前記イオン選択通路と前記反応通路を連結する第１連結通路を定義する第１連結管と、前記第１連結通路に位置し、混合通路を定義するオリフィスと、キャリヤーガス流入通路を定義するキャリヤーガス流入管と、を含み、前記混合通路は、前記第１方向に延長され、前記キャリヤーガス流入通路は、前記第１方向に交差される方向に延長されて前記混合通路に連結されることができる。

【0014】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記イオン選択部に連結される第１ポンプと、前記反応部に連結される第２ポンプと、前記第２イオン選択部に連結される第３ポンプと、をさらに含むことができる。

【0015】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記サンプル流入管に連結されるサンプル供給部をさらに含むことができる。

【0016】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記反応通路が、前記第１方向に行くほど、直径が大きくなる拡大反応通路と、前記第１方向で前記拡大反応通路に連結される連結反応通路と、を含むことができる。

【0017】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記サンプル流入通路が前記拡大反応通路に連結されることができる。

【0018】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記反応通路が前記第１方向で前記連結反応通路に連結される縮小反応通路をさらに含むことができる。

【0019】

前記解決しようとする課題を達成するために本発明の一実施形態による質量分析器は前記サンプル流入管がステンレススチール（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ）を含むことができる。

【0020】

本発明のその他の実施形態の具体的な事項は以上で言及したことに制限されず、言及しないその他の事項は後述の記載から当業者に明確に理解されるべきである。

【発明の効果】

【0021】

本発明の質量分析器によれば、サンプルガスの流速を調節することができる。
本発明の質量分析器によれば、サンプルガスのイオン化反応を促進することができる。
本発明の質量分析器によれば、イオン化されたサンプルガスの中性化を防止することができる。
本発明の質量分析器によれば、測定の正確性を向上させることができる。
本発明の効果は以上で言及したことに制限されなく、言及されないその他の効果は下の記載から当業者に明確に理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の例示的な実施形態による質量分析器の部分切断斜視図である。

【図2】図１の一部を示した部分拡大図である。

【図3】本発明の例示的な実施形態による質量分析器のサンプル流入管の断面図である。

【図4】本発明の例示的な実施形態による質量分析器の部分拡大図である。

【図5】本発明の例示的な実施形態による質量分析器の部分拡大図である。

【図6】本発明の例示的な実施形態による質量分析器のシミュレーション結果を示した図面である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の技術的思想の構成及び効果を十分に理解するために、添付した図面を参照して本発明の技術的思想の好ましい実施形態態を説明する。しかし、本発明の技術的思想は以下で開示する実施形態に限定されるのではなく、様々な形態に具現されることができ、多様な変更を加えることができる。単に、本実施形態の説明を通じて本発明の技術的思想の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されているものである。

【0024】

明細書の全体に亘って同一の参照番号に表示された部分は同一の構成要素を示す。本明細書で記述する実施形態は本発明の技術的思想の理想的な例示図であるブロック図、斜視図、及び／又は断面図を参照して説明する。図面において、領域の厚さは技術的内容の効率的な説明のために誇張されたものである。したがって、図面で例示した領域は概略的な属性を有し、図面で例示した領域の形状は素子の領域の特定形態を例示するためのものであり、発明の範疇を制限するためのものではない。本明細書の多様な実施形態で多様な用語が多様な構成要素を説明するために使用したが、これらの構成要素がこのような用語によって限定されてはならない。これらの用語は単に一構成要素を他の構成要素と区別させるために使用しただけである。ここに説明し、例示する実施形態はそれの相補的な実施形態も含む。

【0025】

本明細書で使用した用語は実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとすることではない。本明細書で、単数形は特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使用する‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）’及び／又は‘包含する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）’は言及した構成要素が１つ以上の他の構成要素の存在又は追加を排除しない。

【0026】

以下、添付した図面を参照して本発明の技術的思想の好ましい実施形態を説明することによって、本発明を詳細に説明する。

【0027】

図１は本発明の例示的な実施形態による質量分析器の部分切断斜視図である。
以下では図１のＤ１を第１方向、Ｄ２を第２方向、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に実質的に垂直になるＤ３を第３方向と称する。

【0028】

図１を参照すれば、質量分析器はイオン生成部Ｒ１、イオン選択部Ｒ２、キャリヤーガス流入部Ｒ３、反応部Ｒ４、連結部Ｒ５、第２イオン選択部Ｒ６、及び検出部Ｒ７を含むことができる。実施形態で、質量分析器はイオンソース供給部Ｓａ、マイクロ波供給部Ｍ、第１ポンプＰ１、キャリヤーガス供給部Ｓｃ、サンプル供給部Ｓｓ、第２ポンプＰ２、及び第３ポンプＰ３等をさらに含むことができる。

【0029】

イオン生成部Ｒ１はイオン生成管１１を含むことができる。イオン生成管１１は第１方向Ｄ１に延長されることができる。イオン生成管１１はイオン生成通路Ｃ１を提供することができる。即ち、イオン生成管１１はイオン生成通路Ｃ１を定義することができる。イオン生成通路Ｃ１は第１方向Ｄ１に延長されることができる。イオン生成部Ｒ１はイオンソース供給部Ｓａからイオンソースが供給されることができる。より具体的に、イオンソース供給部Ｓａからイオン生成通路Ｃ１にイオンソースが供給されることができる。イオンソースはイオンになることができる粒子を意味することができる。より具体的に、イオンソースはイオン化反応を経て反応物イオンになることができる粒子を意味することができる。反応物イオン（Ｒｅａｇｅｎｔ ｉｏｎ）はサンプルガスと反応することができるイオンを意味することができる。イオンソースは中性分子等を含むことができる。例えば、イオンソースは窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）及び／又は水（Ｈ_２Ｏ）等を含むことができる。しかし、これに限定されることではない。これに対するより詳細な内容は後述する。イオンソースはイオン生成通路Ｃ１に沿って第１方向Ｄ１に移動することができる。イオンソースはイオン生成通路Ｃ１でイオン化されることができる。より具体的に、マイクロ波供給部Ｍでマイクロ波が加えられて、イオンソースはイオン化されることができる。即ち、イオンソースは反応物イオンになることができる。例えば、イオンソースが窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）、及び／又は水（Ｈ_２Ｏ）等を含む場合、反応物イオンはＨ_３Ｏ^＋、ＮＯ^＋、及び／又はＯ_２ ^＋等を含むことができる。反応物イオンは第１方向Ｄ１に沿って移動してイオン選択部Ｒ２に移動することができる。実施形態で、イオン生成通路Ｃ１は非常に低い圧力に維持されることができる。例えば、イオン生成通路Ｃ１は約０．３ｔｏｒｒの圧力に維持されることができる。イオンソースのイオン化作業は実質的な真空に近いこのような低い圧力下で遂行されることができる。

【0030】

イオン選択部Ｒ２ではイオン生成部Ｒ１から流入された反応物イオンがフィルタリングされることができる。イオン選択部Ｒ２はイオン選択管１２、第１フォーカシング部材１２１、第１四重極フィルター１２３、第２フォーカシング部材１２５、及び第１ポンプ連結管１２７を含むことができる。イオン選択管１２はイオン生成管１１に連結されることができる。イオン選択管１２は第１方向Ｄ１に延長されることができる。イオン選択管１２はイオン選択通路Ｃ２を提供することができる。即ち、イオン選択管１２はイオン選択通路Ｃ２を定義することができる。イオン選択通路Ｃ２はイオン生成通路Ｃ１と連結されることができる。イオン選択通路Ｃ２は第１方向Ｄ１に延長されることができる。第１フォーカシング部材１２１はイオン選択通路Ｃ２に位置することができる。第１フォーカシング部材１２１は中心に孔が形成された板形状であり得る。第１フォーカシング部材１２１はイオン生成通路Ｃ１から流入した反応物イオンの流れを中心に案内することができる。第１四重極フィルター１２３は第１フォーカシング部材１２１を通過した反応物イオンの経路を囲んだ４つのバーを含むことができる。４つのバーの各々は第１方向Ｄ１に延長されることができる。４つのバーの各々は金属を含むことができる。４つのバーの各々は外部電源（図示せず）等から電圧が印加されることができる。第１四重極フィルター１２３は電場を形成することができる。第１四重極フィルター１２３によって形成された電場によって反応物イオンの一部又は全部の移動経路は曲がることができる。イオンの反応物移動経路が曲がれれば、一部のイオンのみが選択的に第２フォーカシング部材１２５を通過するようになることができる。これによって、不要なイオンがキャリヤーガス流入部Ｒ３に移動することを防止することができる。即ち、イオン選択部Ｒ２で第１四重極フィルター１２３によって、様々なイオンの中の必要である反応物イオンのみがフィルタリングされることができる。例えば、必要である反応物イオンというのはサンプルガスをイオン化させるための反応に必要であるイオンを意味することができる。第２フォーカシング部材１２５は中心に孔が形成された板形状であり得る。第２フォーカシング部材１２５はフィルタリングされた反応物イオンの流れを中心に案内することができる。第１ポンプ連結管１２７は第１ポンプＰ１に連結されることができる。第１ポンプＰ１によって、イオン選択通路Ｃ２は非常に低い圧力に維持されることができる。例えば、イオン選択通路Ｃ２は約１０^－５ｔｏｒｒの圧力に維持されることができる。イオンのフィルタリング作業は実質的な真空に近いこのような低い圧力下で遂行されることができる。

【0031】

キャリヤーガス流入部Ｒ３はイオン選択部Ｒ２と反応部Ｒ４との間に位置することができる。キャリヤーガス流入部Ｒ３は第１連結管１３１、オリフィス１３３、及びキャリヤーガス流入管１３５を含むことができる。第１連結管１３１はイオン選択管１２に結合されることができる。第１連結管１３１は第１方向Ｄ１に延長されることができる。第１連結管１３１は第１連結通路Ｃ３を提供することができる。即ち、第１連結管１３１によって第１連結通路Ｃ３が定義されることができる。第１連結通路Ｃ３は第１方向Ｄ１に延長されることができる。第１連結通路Ｃ３はイオン選択通路Ｃ２と連結されることができる。第１連結通路Ｃ３にオリフィス１３３が位置することができる。オリフィス１３３は円柱形状の一部を含むことができる。オリフィス１３３の中央に設けられた混合通路１３３ｃが提供されることができる。混合通路１３３ｃはイオン選択通路Ｃ２と連結されることができる。キャリヤーガス流入管１３５は第１方向Ｄ１に交差される方向に延長されることができる。キャリヤーガス流入管１３５は第１連結管１３１に結合されることができる。キャリヤーガス流入管１３５の内部空間は混合通路１３３ｃに連結されることができる。キャリヤーガス流入管１３５はキャリヤーガス供給部Ｓｃに連結されることができる。キャリヤーガスはキャリヤーガス供給部Ｓｃからキャリヤーガス流入管１３５を通じて混合通路１３３ｃに流動することができる。キャリヤーガスは混合通路１３３ｃで反応物イオンと混合されることができる。キャリヤーガスは反応部Ｒ４で反応物イオン等の流れを案内することができる。例えば、キャリヤーガスは反応部Ｒ４で層流を形成して反応物イオンの流れ方向をガイドすることができる。キャリヤーガスは非活性気体等を含むことができる。例えば、キャリヤーガスは窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）、及び／又はヘリウム（Ｈｅ）等を含むことができる。これに対する詳細な内容は後述する。

【0032】

反応部Ｒ４は反応管１４、サンプル流入管３、第２ポンプ連結管１４７、及び第３フォーカシング部材１４１を含むことができる。反応管１４は第１連結管１３１に結合されることができる。反応管１４は第１方向Ｄ１に延長されることができる。反応管１４は反応通路Ｃ４を提供することができる。即ち、反応通路Ｃ４は反応管１４によって定義されることができる。反応通路Ｃ４は第１方向Ｄ１に延長されることができる。反応通路Ｃ４は第１連結通路Ｃ３と連結されることができる。キャリヤーガス及び反応物イオンが反応通路Ｃ４に流入されることができる。サンプル流入管３は反応管１４に結合されることができる。サンプル流入管３はサンプル供給部Ｓｓに連結されることができる。サンプル流入管３はサンプル供給部Ｓｓからサンプルガスを受けて、反応通路Ｃ４に送ることができる。サンプル流入管３に対する詳細な内容は図２及び図３を参照して後述する。サンプルガスは質量分析が必要である対象を含むことができる。例えば、サンプルガスは揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、ＶＯＣｓ）等を含むことができる。サンプル流入管３から流入されたサンプルガスは反応物イオンと反応することができる。より具体的に、サンプルガスは反応物イオンと反応してイオン化されることができる。イオン化されたサンプルガスはサンプルイオンと称することができる。即ち、サンプルガスは反応物イオンと反応してサンプルイオンになることができる。サンプルガスのイオン化反応は次のように表現することができる。
Ｒ^＋＋Ａ^－＞Ｐ^＋＋Ｎ

【0033】

Ｒ^＋は反応物イオンを意味することができる。Ａはサンプルガスを意味することができる。Ｐ^＋はサンプルイオンを意味することができる。Ｎは反応物イオンがサンプルガスとの反応した後に中性化されたことを意味することができる。例えば、Ｎは、再び中性化されたイオンソースを意味することができる。第３フォーカシング部材１４１は中心に孔が形成された板形状であり得る。第３フォーカシング部材１４１はサンプルイオン及び反応物イオンの流れを中心に案内することができる。第２ポンプ連結管１４７は反応通路Ｃ４に連結されることができる。第２ポンプ連結管１４７は第２ポンプＰ２に連結されることができる。第２ポンプＰ２は第２ポンプ連結管１４７を通じて反応通路Ｃ４に連結されることができる。第２ポンプＰ２によって、反応通路Ｃ４は非常に低い圧力に維持されることができる。例えば、反応通路Ｃ４は約０．５ｔｏｒｒの圧力に維持されることができる。サンプルガスのイオン化作業はこのような低い圧力下で遂行されることができる。

【0034】

連結部Ｒ５は第２連結管１５を含むことができる。第２連結管１５は反応管１４に結合されることができる。第２連結管１５は第２連結通路Ｃ５を提供することができる。即ち、第２連結通路Ｃ５は第２連結管１５によって定義されることができる。第２連結通路Ｃ５は第１方向Ｄ１に延長されることができる。第２連結通路Ｃ５は反応通路Ｃ４と連結されることができる。

【0035】

第２イオン選択部Ｒ６は第２イオン選択管１６、第４フォーカシング部材１６１、第２四重極フィルター１６３、第５フォーカシング部材１６５、及び第３ポンプ連結管１６７を含むことができる。第２イオン選択管１６は第２連結管１５に結合されることができる。第２イオン選択管１６は第１方向Ｄ１に延長されることができる。第２イオン選択管１６は第２イオン選択通路Ｃ６を提供することができる。即ち、第２イオン選択通路Ｃ６は第２イオン選択管１６によって定義されることができる。第２イオン選択通路Ｃ６は第１方向Ｄ１に延長されることができる。第２イオン選択通路Ｃ６は第２連結通路Ｃ５と連結されることができる。第２連結通路Ｃ５を通じて第２イオン選択通路Ｃ６にキャリヤーガス及びサンプルイオン等が流入されることができる。第４フォーカシング部材１６１は第２イオン選択通路Ｃ６に位置することができる。第４フォーカシング部材１６１は中心に孔が形成された板形状であり得る。第４フォーカシング部材１６１は第２連結通路Ｃ５で流入された粒子の流れを中心に案内することができる。第２四重極フィルター１６３は第４フォーカシング部材１６１を通過した粒子の経路を囲んだ４つのバーを含むことができる。４つのバーの各々は第１方向Ｄ１に延長されることができる。４つのバーの各々は金属を含むことができる。４つのバーの各々は外部電源（図示せず）等から電圧が印加されることができる。第２四重極フィルター１６３は電場を形成することができる。第２四重極フィルター１６３によって形成された電場によってサンプルイオン等の粒子の一部又は全部の移動経路は曲がることができる。イオン状態の粒子は質量と電荷の比率に応じて曲がる程度が異なることができる。測定が不要なイオンは第２四重極フィルター１６３が形成する電場によって移動経路が曲がることができる。例えば、反応部Ｒ４でサンプルガスと反応されず、残った反応物イオンは第２四重極フィルター１６３によって直進できなくなる。直進しないイオンは第５フォーカシング部材１６５を通過できなくなる。第５フォーカシング部材１６５は中心に孔が形成された板形状であり得る。第５フォーカシング部材１６５は粒子の流れを案内することができる。第３ポンプ連結管１６７は第３ポンプＰ３に連結されることができる。第３ポンプＰ３によって、第２イオン選択通路Ｃ６は非常に低い圧力に維持されることができる。例えば、第２イオン選択通路Ｃ６は約１０^－５ｔｏｒｒの圧力に維持されることができる。サンプルイオンのフィルタリング作業は実質的な真空に近いこのような低い圧力下で遂行されることができる。

【0036】

検出部Ｒ７は検出管１７及び検出器１７１を含むことができる。検出管１７は第２イオン選択管１６に結合されることができる。検出器１７１は検出管１７内に位置することができる。検出器１７１は第２イオン選択通路Ｃ６に露出されることができる。図１に図示したように、検出器１７１の法線は第１方向Ｄ１と実質的に平行することができる。しかし、これに限定することではなく、検出器１７１の法線は第１方向Ｄ１と一定の角度を形成してもよい。例えば、検出器１７１の法線は第１方向Ｄ１に実質的に垂直になってもよい。第２イオン選択通路Ｃ６でフィルタリングされたサンプルイオンは検出器１７１によって感知されることができる。例えば、検出器１７１の法線が第１方向Ｄ１と実質的に平行である場合、検出器１７１は第２四重極フィルター１６３が形成する電場によって曲がれず、直進するサンプルイオンの量を測定することができる。即ち、第２四重極フィルター１６３を制御して一部のイオンのみが直進するように設定すれば、検出器１７１は直進するイオンの量を測定することができる。第２四重極フィルター１６３によって加えられた電場に対する情報を利用して、直進して検出器１７１で検出されたイオンの質量対電荷比（ｍａｓｓ－ｔｏ－ｃｈａｒｇｅ ｒａｔｉｏ、ｍ／ｚ）を計算することができる。第２四重極フィルター１６３を制御して直進するイオンを変えることができる。その後、同じ作業を繰り返すことができる。したがって、様々なイオンに対して質量対電荷比（ｍ／ｚ）を求めることができる。測定したデータを既存の確保された質量対電荷比（ｍ／ｚ）のデータと比較すれば、サンプルガス内の粒子の質量とその比率を求めることができる。検出器１７１の法線が第１方向Ｄ１に平行しない場合、検出器１７１は第２四重極フィルター１６３が形成する電場によって曲がるサンプルイオンの量を測定してもよい。この場合にも測定の方式は、検出器１７１の法線が第１方向Ｄ１に平行である場合と実質的に同一又は類似であることができる。

【0037】

イオンソース供給部Ｓａはイオン生成部Ｒ１にイオンソースを供給することができる。イオンソースは酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）、及び／又は水（Ｈ_２Ｏ）等を供給することができる。実施形態で、イオンソース供給部Ｓａがイオン生成部Ｒ１に供給するイオンソースは大気の構成成分と類似であることができる。

【0038】

マイクロ波供給部Ｍはイオン生成部Ｒ１にマイクロ波を印加することができる。イオン生成部Ｒ１に流入されたイオンソースはマイクロ波によってイオン化されることができる。即ち、イオンソースはイオン化されて反応物イオンになることができる。

【0039】

第１ポンプＰ１は第１ポンプ連結管１２７によってイオン選択通路Ｃ２に連結されることができる。第１ポンプＰ１はイオン選択通路Ｃ２を実質的な真空状態近くに維持することができる。例えば、第１ポンプＰ１はイオン選択通路Ｃ２を約１０^－５ｔｏｒｒの圧力に維持することができる。

【0040】

キャリヤーガス供給部Ｓｃはキャリヤーガス流入管１３５を通じて混合通路１３３ｃに連結されることができる。キャリヤーガス供給部Ｓｃはキャリヤーガスを供給することができる。キャリヤーガスは非活性気体等を含むことができる。例えば、キャリヤーガスは窒素（Ｎ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、及び／又はアルゴン（Ａｒ）等を含むことができる。キャリヤーガスは混合通路１３３ｃで反応物イオンと混合されることができる。キャリヤーガスは反応通路Ｃ４に流入されることができる。キャリヤーガスは反応通路Ｃ４で第１方向Ｄ１に層流を形成することができる。

【0041】

サンプル供給部Ｓｓはサンプル流入管３にサンプルガスを供給することができる。サンプルガスは質量分析が必要である対象を含むことができる。例えば、サンプルガスは揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、ＶＯＣｓ）等を含むことができる。サンプルガスはサンプル流入管３を通じて反応通路Ｃ４に流入されることができる。これに対する詳細な内容は後述する。

【0042】

第２ポンプＰ２は第２ポンプ連結管１４７を通じて反応通路Ｃ４に連結されることができる。第２ポンプＰ２は反応通路Ｃ４を実質的な真空状態近くに維持することができる。例えば、第２ポンプＰ２は反応通路Ｃ４を約０．５ｔｏｒｒの圧力に維持することができる。

【0043】

第３ポンプＰ３は第３ポンプ連結管１６７を通じて第２イオン選択通路Ｃ６に連結されることができる。第３ポンプＰ３は第２イオン選択通路Ｃ６を実質的な真空状態近くに維持することができる。例えば、第３ポンプＰ３は第２イオン選択通路Ｃ６を約１０^－５ｔｏｒｒの圧力に維持することができる。

【0044】

図２は図１の一部を示した部分拡大図である。
図２を参照すれば、サンプル流入管３は垂直管３３及び傾斜管３１を含むことができる。垂直管３３は第１方向Ｄ１に実質的に垂直であることができる。傾斜管３１は第１方向Ｄ１と鋭角を形成することができる。傾斜管３１は垂直管３３の下端に結合されることができる。傾斜管３１は連結傾斜管３１３及び拡散管３１１を含むことができる。連結傾斜管３１３の直径は一定であることができる。より具体的に、連結傾斜管３１３の傾斜管３１の延長方向への直径は一定であることができる。拡散管３１１の直径は一定でないこともあり得る。より具体的に、拡散管３１１の直径は傾斜管３１の延長方向に行くほど、大きくなることができる。

【0045】

サンプルガスＡはサンプル流入管３を通じて反応通路Ｃ４に流入されることができる。拡散管３１１を出できたサンプルガスＡは反応通路Ｃ４で反応物イオンＲ^＋と反応することができる。より具体的に、混合通路１３３ｃを通じて反応通路Ｃ４に流入された反応物イオンＲ^＋と、拡散管３１１を通じて反応通路Ｃ４に流入されたサンプルガスＡが反応することができる。サンプルガスＡは反応物イオンＲ^＋と反応して、サンプルイオンＰ^＋になることができる。反応通路Ｃ４の後端には反応しない反応物イオンＲ^＋、キャリヤーガスＣ、サンプルイオンＰ^＋、及びイオンソースＮ等が流れることができる。

【0046】

図３は本発明の例示的な実施形態による質量分析器のサンプル流入管の断面図である。
図３を参照すれば、サンプル流入管３は反応管１４に結合されることができる。傾斜管３１は傾斜通路Ｃ３１を提供することができる。即ち、傾斜通路Ｃ３１は傾斜管３１によって定義されることができる。傾斜通路Ｃ３１は第１方向Ｄ１と鋭角αを形成することができる。即ち、傾斜通路Ｃ３１の延長方向と第１方向Ｄ１は鋭角αをなすことができる。実施形態で、鋭角αは１０°以上であり、５０°以下であり得る。より具体的に、鋭角αは３０°であり得る。鋭角αが３０°である場合、サンプルガスとキャリヤーガス等の分布が適切であり得る。これに対する詳細な内容は図６を参照して後述する。傾斜通路Ｃ３１は拡散通路Ｃ３１１及び連結通路Ｃ３１３を含むことができる。拡散通路Ｃ３１１は傾斜通路Ｃ３１の延長方向に行くほど、直径が大きくなることができる。連結通路Ｃ３１３は拡散通路Ｃ３１１の前端に連結されることができる。連結通路Ｃ３１３の直径は一定であることができる。連結通路Ｃ３１３と出会う部分で、拡散通路Ｃ３１１の直径は連結通路Ｃ３１３の直径と実質的に同一であることができる。拡散通路Ｃ３１１の最大直径ｅ２は連結通路Ｃ３１３の直径ｅ１の４倍乃至８倍であり得る。垂直管３３は垂直通路Ｃ３３を提供することができる。即ち、垂直通路Ｃ３３は垂直管３３によって定義されることができる。垂直通路Ｃ３３は第１方向Ｄ１に実質的に垂直になる方向に延長されることができる。垂直通路Ｃ３３は連結通路Ｃ３１３と連結されることができる。垂直通路Ｃ３３はサンプル供給部Ｓｓからサンプルガスが伝達されることができる。即ち、サンプルガスはサンプル供給部Ｓｓから垂直通路Ｃ３３、連結通路Ｃ３１３、及び拡散通路Ｃ３１１を経て反応通路Ｃ４に流入されることができる。

【0047】

本発明の例示的な実施形態による質量分析器によれば、サンプルガスが反応管に斜めに流入されることができる。サンプルガスは反応管に流れるキャリヤーガス及び／又は反応物イオンの流れに混ぜることができる。したがって、サンプルガスのイオン化反応が促進されることができる。したがって、質量分析の精度が向上されることができる。

【0048】

本発明の例示的な実施形態による質量分析器によれば、サンプルガスが反応管に斜めに流入されるので、サンプルガス及び／又はサンプルイオンが反応管の反対側の壁に衝突することを防止することができる。したがって、サンプルイオンが壁に衝突して再び中性化されることを防止することができる。したがって、質量分析の精度が向上されることができる。

【0049】

本発明の例示的な実施形態による質量分析器によれば、サンプル供給管が拡散通路を含むことができる。即ち、反応管に流入されるサンプルガスの流速が遅くなることができる。したがって、サンプルガスと反応物イオンの反応時間が十分に確保されることができる。サンプルガスのイオン化反応は促進されることができる。したがって、質量分析の精度が向上されることができる。

【0050】

図４は本発明の例示的な実施形態による質量分析器の部分拡大図である。
以下では図１乃至図３を参照して説明したのと実質的に同一又は類似なことに対する説明は便宜上省略することができる。

【0051】

図４を参照すれば、サンプル流入管３は傾斜管３１のみを含むことができる。即ち、図１乃至図３を参照して説明したような垂直管３３（図２参照）は存在しなくともよい。傾斜管３１は拡散管３１１及び連結傾斜管３１３を含むことができる。連結傾斜管３１３は反応管１４に結合されることができる。

【0052】

図５は本発明の例示的な実施形態による質量分析器の部分拡大図である。
以下では図１乃至図３を参照して説明したのと実質的に同一又は類似なことに対する説明は便宜上省略することができる。

【0053】

図５を参照すれば、反応部Ｒ４は拡大反応部Ｒ４１、連結反応部Ｒ４２、及び縮小反応部Ｒ４３を含むことができる。
拡大反応部Ｒ４１は拡大反応管１４ａを含むことができる。拡大反応管１４ａは拡大反応通路Ｃ４１を提供することができる。即ち、拡大反応通路Ｃ４１は拡大反応管１４ａによって定義されることができる。拡大反応通路Ｃ４１は第１方向Ｄ１に延長されることができる。拡大反応通路Ｃ４１は第１方向Ｄ１に行くほど、直径が増加することができる。より具体的に、拡大反応通路Ｃ４１の最小直径はＤ１であり得る。拡大反応通路Ｃ４１の最大直径はＤ２であり得る。拡大反応通路Ｃ４１の直径は第１方向Ｄ１に行くほど、Ｄ１からＤ２まで連続的に増加することができる。

【0054】

連結反応部Ｒ４２は連結反応管１４ｂを含むことができる。連結反応管１４ｂは連結反応通路Ｃ４２を提供することができる。即ち、連結反応通路Ｃ４２は連結反応管１４ｂによって定義されることができる。連結反応通路Ｃ４２は第１方向Ｄ１に延長されることができる。連結反応通路Ｃ４２は拡大反応通路Ｃ４１と連結されることができる。連結反応通路Ｃ４２の直径は第１方向Ｄ１に一定であることができる。実施形態で、連結反応通路Ｃ４２の直径はＤ２であり得る。即ち、連結反応通路Ｃ４２の直径は拡大反応通路Ｃ４１の直径の最大値と実質的に同一であることができる。

【0055】

縮小反応部Ｒ４３は縮小反応管１４ｃを含むことができる。縮小反応管１４ｃは縮小反応通路Ｃ４３を提供することができる。即ち、縮小反応通路Ｃ４３は縮小反応管１４ｃによって定義されることができる。縮小反応通路Ｃ４３は第１方向Ｄ１に延長されることができる。縮小反応通路Ｃ４３は連結反応通路Ｃ４２と連結されることができる。縮小反応通路Ｃ４３は第１方向Ｄ１に行くほど、直径が減少することができる。縮小反応通路Ｃ４３の直径の最大値は連結反応通路Ｃ４２の直径と実質的に同一であることができる。より具体的に、縮小反応通路Ｃ４３の最大直径はＤ２であり得る。縮小反応通路Ｃ４３の最小直径はＤ３であり得る。縮小反応通路Ｃ４３の直径は第１方向Ｄ１に行くほど、Ｄ２からＤ３まで連続的に減少することができる。

【0056】

サンプル流入管３は拡大反応管１４ａに結合されることができる。サンプル供給部Ｓｓで供給されたサンプルガスはサンプル流入管３を通じて拡大反応通路Ｃ４１に流入されることができる。

【0057】

本発明の例示的な実施形態による質量分析器によれば、反応管の前半部から第１方向に行くほど、反応管の直径が増加することができる。したがって、反応通路に流入されて第１方向に移動するキャリヤーガス及び反応物イオンの速度が遅くなることができる。したがって、キャリヤーガス及び反応物イオンの流れは安定することができる。また、反応物イオンとサンプルガスの反応が促進されることができる。即ち、サンプルガスのイオン化が活発に進行されることができる。これによって、質量分析の精度が向上されることができる。

【0058】

図６は本発明の例示的な実施形態による質量分析器のシミュレーション結果を示した図面である。
図６を参照すれば、図１の実施形態による質量分析器に対するＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）シミュレーションで、キャリヤーガス、反応物イオン、サンプルガス、及びサンプルイオンの流れが表示されることができる。より具体的に、キャリヤーガス及び反応物イオンは図６の図面上で上から下に流入されることができる。サンプルガスは側面のサンプル流入管によって流入されることができる。サンプルガスが反応物イオンと反応して作られたサンプルイオン及びキャリヤーガス等は図６の図面上で下に流出されることができる。

【0059】

シミュレーション境界条件で、反応通路の前端部の圧力は６．００＊１０^－５Ｔｏｒｒであり得る。反応通路の後端部の圧力は０．０１Ｔｏｒｒであり得る。反応通路に流入されるキャリヤーガスの流入流量は２．５Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓであり得る。第２ポンプによる流出圧力は０．０１Ｔｏｒｒであり得る。傾斜通路は第１方向と約３０°の傾斜を形成することができる。このような境界条件下で、サンプル流入管を通じて反応通路に流入されるサンプルガスの流入圧力は２．２７６９６Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓであり得る。サンプルガスの流入速度は１５．２８６ｍ／ｓであり得る。図６を参照すれば、このような境界条件下で傾いたサンプル流入管を通じて反応管に流入されたサンプルガスは反応管の反対側の壁に衝突せず、キャリヤーガス及び反応物イオンの流れに合流することができる。したがって、反応物イオンとサンプルガスの反応が促進されることができる。また、拡大傾斜管を通じてサンプルガスが流入されるので、反応管に入って来るサンプルガスの速度は遅くなることができる。したがって、サンプルガスと反応物イオンの反応が促進されることができる。このような境界条件下で、サンプルイオン及びキャリヤーガス等は反応通路の中央に抜け出すことができる。したがって、質量分析作業が円滑に遂行されることができる。

【0060】

以上、添付した図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更しなくとも他の具体的な形態に実施されることを理解することができる。したがって、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。

【符号の説明】

【0061】

３ サンプル流入管
１１ イオン生成管
１２ イオン選択管
１４ 反応管
１４ａ 拡大反応管
１４ｂ 連結反応管
１５ 第２連結管
１６ 第２イオン選択管
１７ 検出管
３１ 傾斜管
３３ 垂直管
１２１ 第１フォーカシング部材
１２３ 第１四重極フィルター
１２５ 第２フォーカシング部材
１２７ 第１ポンプ連結管
１３１ 第１連結管
１３３ オリフィス
１３３ｃ 混合通路
１３５ キャリヤーガス流入管
１４１ 第３フォーカシング部材
１４７ 第２ポンプ連結管
１６１ 第４フォーカシング部材
１６３ 第２四重極フィルター
１６５ 第５フォーカシング部材
１６７ 第３ポンプ連結管
１７１ 検出器
３１１ 拡散管
３１３ 連結傾斜管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】