知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-12-04
(54)【発明の名称】質量分析器
(51)【国際特許分類】
H01J 49/06 20060101AFI20241127BHJP
H01J 49/04 20060101ALI20241127BHJP
H01J 49/10 20060101ALI20241127BHJP
H01J 49/26 20060101ALI20241127BHJP
【ＦＩ】
H01J49/06 700
H01J49/04 500
H01J49/10 500
H01J49/06 200
H01J49/26
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024532559
(86)(22)【出願日】2022-12-01
(85)【翻訳文提出日】2024-05-30
(86)【国際出願番号】 KR2022019402
(87)【国際公開番号】W WO2023101484
(87)【国際公開日】2023-06-08
(31)【優先権主張番号】10-2021-0171067
(32)【優先日】2021-12-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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
(72)【発明者】
【氏名】ウ， ジュ
(72)【発明者】
【氏名】イ， ヒョン－サン
(72)【発明者】
【氏名】イ， ジングン
(57)【要約】
【課題】分析対象イオンの透過率（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が高くて分解能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）及び測定正確度が改善された質量分析器を提供する。【解決手段】本発明は試料導入部、前記試料導入部と連結され、前記試料導入部から導入された試料をイオン化させるように構成されるイオン化部、前記イオン化部に隣接する抽出レンズ及び前記抽出レンズから抽出されたイオンビームをガイディングするように構成されるガイディングレンズを含むイオンレンズ部、前記イオン化部及び前記イオンレンズ部の間のインターフェイス部、及び前記イオンビームを検出するように構成される検出部を含み、前記抽出レンズは前記インターフェイス部に隣接する第１抽出レンズ、及び前記第１抽出レンズと前記ガイディングレンズとの間の第２抽出レンズを含み、前記第１及び第２抽出レンズの各々は中空のコーン形状を有し、前記第１抽出レンズはその外側壁から前記インターフェイス部に向かって突出される突出部を含み、前記第２抽出レンズの内部空間は柱形状を有する第１空間、及び前記第１空間から延長されるコーン形状を有する第２空間を含むことを特徴とする。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料導入部と、前記試料導入部と連結され、前記試料導入部から導入された試料をイオン化させるように構成されるイオン化部と、
前記イオン化部に隣接する抽出レンズ及び前記抽出レンズから抽出されたイオンビームをガイディングするように構成されるガイディングレンズを含むイオンレンズ部と、
前記イオン化部及び前記イオンレンズ部の間のインターフェイス部と、
前記イオンビームを検出するように構成される検出部と、を含み、
前記抽出レンズは、前記インターフェイス部に隣接する第１抽出レンズ、及び前記第１抽出レンズと前記ガイディングレンズとの間の第２抽出レンズを含み、
前記第１及び第２抽出レンズの各々は、中空のコーン形状を有し、
前記第１抽出レンズは、その外側壁から前記インターフェイス部に向かって突出される突出部を含み、
前記第２抽出レンズの内部空間は、柱形状を有する第１空間、及び前記第１空間から延長されるコーン形状を有する第２空間を含むことを特徴とする質量分析器。
【請求項2】
前記第１抽出レンズは、０Ｖの電圧が印加されるように構成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3】
前記インターフェイス部は、スキマーコーンを含み、前記スキマーコーンは、中空のコーン形状を有する第１部分、及び前記第１部分と連結され、中空の柱形状を有する第２部分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4】
前記スキマーコーンの前記第１部分の背面は、前記第１抽出レンズの前面と一致することを特徴とする請求項３に記載の質量分析器。
【請求項5】
前記スキマーコーンの前記第１部分の背面は、前記第１抽出レンズの前面と離隔され、前記スキマーコーンの前記第１部分の背面と前記第１抽出レンズの前面の離隔距離は、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の質量分析器。
【請求項6】
前記第１抽出レンズは、前記スキマーコーンの前記第１部分と物理的に接触することを特徴とする請求項３に記載の質量分析器。
【請求項7】
前記スキマーコーンの内側壁は、少なくとも１箇所以上の段差を含む階段構造を有することを特徴とする請求項３に記載の質量分析器。
【請求項8】
前記スキマーコーンの内部空間は、前記第１部分内の第１空間、第２空間及び第３空間、及び前記第２部分内の第４空間を含み、前記第１空間は、コーン形状の空間であり、
前記第２乃至第４空間の各々は、柱形状の空間であり、
前記第１空間の背面での幅は、第２空間の幅と実質的に同一であり、
前記第２空間の幅は、前記第３空間の幅より小さく、
前記第３空間の幅は、前記第４空間の幅より小さいことを特徴とする請求項７に記載の質量分析器。
【請求項9】
前記第１抽出レンズの少なくとも一部は、前記第４空間内に提供されることを特徴とする請求項８に記載の質量分析器。
【請求項10】
前記第１抽出レンズの少なくとも一部は、前記第３空間内に提供されることを特徴とする請求項９に記載の質量分析器。
【請求項11】
前記第２抽出レンズの少なくとも一部は、前記第１抽出レンズと重畳され、前記第２抽出レンズの前面は、前記第１抽出レンズの前面と前記第１抽出レンズの背面との間に位置す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12】
前記第２抽出レンズの前面と前記第１抽出レンズの前面との間の離隔距離は、４ｍｍ乃至１０ｍｍである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】
前記第１抽出レンズの背面は、前記インターフェイス部の内部に位置す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14】
前記試料導入部は、液体状態の試料をエアロゾル（ａｅｒｏｓｏｌ）状態に変更するように構成されるネブライザーと、
前記ネブライザーと連結され、温度制御を通じて相対的にサイズが小さいエアロゾルのみが前記イオン化部に移動できるようにエアロゾルの流れを制御するように構成されるスプレーチャンバ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15】
前記イオン化部は、前記試料導入部の前記スプレーチャンバーと連結され、最も内側に配置される第１チューブと、
端部が前記イオンレンズ部に向かい、最も外側に配置される第３チューブと、
前記第１チューブ及び前記第３チューブの間に配置される第２チューブと、
前記第３チューブの外部を囲む螺旋形状を有する誘導コイルと、を含むことを特徴とする請求項１４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、より詳しくは分析対象イオンの透過率が高くて分解能及び測定正確度が改善された環境現場で使用される、イオンレンズを含む質量分析器に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造現場で工程状態を確認するために様々なイオン又は元素の濃度、分布等を測定及び分析できる方法が要求されている。また、大気及び水質の汚染が加速化されることによって環境現場で汚染程度等を測定及び分析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。
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気場及び／又は磁気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気場及び／又は磁気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。
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気場及び／又は磁気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気場及び／又は磁気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】
【0003】
本発明が目的とするところは分析対象イオンの透過率（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が高くて分解能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）及び測定正確度が改善された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された課題に制限されなく、言及されないその他の課題は下の記載から該当技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されるべきである。
本発明が解決しようとする課題は以上で言及された課題に制限されなく、言及されないその他の課題は下の記載から該当技術分野で通常の知識を有する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】
【0004】
上述した技術的課題を解決するために本発明の質量分析器は、試料導入部、前記試料導入部と連結され、前記試料導入部から導入された試料をイオン化させるように構成されるイオン化部、前記イオン化部に隣接する抽出レンズ、及び前記抽出レンズから抽出されたイオンビームをガイディングするように構成されるガイディングレンズを含むイオンレンズ部、前記イオン化部及び前記イオンレンズ部の間のインターフェイス部、及び前記イオンビームを検出するように構成される検出部を含み、前記抽出レンズは前記インターフェイス部に隣接する第１抽出レンズ、及び前記第１抽出レンズと前記ガイディングレンズとの間の第２抽出レンズを含み、前記第１及び第２抽出レンズの各々は中空のコーン形状を有し、前記第１抽出レンズはその外側壁から前記インターフェイス部に向かって突出される突出部を含み、前記第２抽出レンズの内部空間は柱形状を有する第１空間、及び前記第１空間から延長されるコーン形状を有する第２空間を含むことができる。
【0005】
前記第１抽出レンズは０Ｖの電圧が印加されるように構成されることができる。
前記インターフェイス部はスキマーコーンを含み、前記スキマーコーンは中空のコーン形状を有する第１部分、及び前記第１部分と連結され、中空の柱形状を有する第２部分を含むことができる。
前記スキマーコーンの前記第１部分の背面は前記第１抽出レンズの前面と一致することができる。
前記スキマーコーンの前記第１部分の背面は前記第１抽出レンズの前面と離隔され、前記スキマーコーンの前記第１部分の背面と前記第１抽出レンズの前面の離隔距離は０．５ｍｍ以下であり得る。
前記第１抽出レンズは前記スキマーコーンの前記第１部分と物理的に接触することができる。
前記スキマーコーンの内側壁は少なくとも１箇所以上の段差を含む階段構造を有することができる。
前記スキマーコーンの内部空間は前記第１部分内の第１空間、第２空間及び第３空間、及び前記第２部分内の第４空間を含み、前記第１空間はコーン形状の空間であり、前記第２乃至第４空間の各々は柱形状の空間であり、
前記第１空間の背面での幅は第２空間の幅と実質的に同一であり、前記第２空間の幅は前記第３空間の幅より小さく、前記第３空間の幅は前記第４空間の幅より小さいことができる。
前記インターフェイス部はスキマーコーンを含み、前記スキマーコーンは中空のコーン形状を有する第１部分、及び前記第１部分と連結され、中空の柱形状を有する第２部分を含むことができる。
前記スキマーコーンの前記第１部分の背面は前記第１抽出レンズの前面と一致することができる。
前記スキマーコーンの前記第１部分の背面は前記第１抽出レンズの前面と離隔され、前記スキマーコーンの前記第１部分の背面と前記第１抽出レンズの前面の離隔距離は０．５ｍｍ以下であり得る。
前記第１抽出レンズは前記スキマーコーンの前記第１部分と物理的に接触することができる。
前記スキマーコーンの内側壁は少なくとも１箇所以上の段差を含む階段構造を有することができる。
前記スキマーコーンの内部空間は前記第１部分内の第１空間、第２空間及び第３空間、及び前記第２部分内の第４空間を含み、前記第１空間はコーン形状の空間であり、前記第２乃至第４空間の各々は柱形状の空間であり、
前記第１空間の背面での幅は第２空間の幅と実質的に同一であり、前記第２空間の幅は前記第３空間の幅より小さく、前記第３空間の幅は前記第４空間の幅より小さいことができる。
【0006】
前記第１抽出レンズの少なくとも一部は前記第４空間内に提供されることができる。
前記第１抽出レンズの少なくとも一部は前記第３空間内に提供されることができる。
前記第２抽出レンズの少なくとも一部は前記第１抽出レンズと重畳され、前記第２抽出レンズの前面は前記第１抽出レンズの前面と前記第１抽出レンズの背面との間に位置することができる。
前記第２抽出レンズの前面と前記第１抽出レンズの前面との間の離隔距離は４ｍｍ乃至１０ｍｍであり得る。
前記第１抽出レンズの背面は前記インターフェイス部の内部に位置することができる。
前記第１抽出レンズの少なくとも一部は前記第３空間内に提供されることができる。
前記第２抽出レンズの少なくとも一部は前記第１抽出レンズと重畳され、前記第２抽出レンズの前面は前記第１抽出レンズの前面と前記第１抽出レンズの背面との間に位置することができる。
前記第２抽出レンズの前面と前記第１抽出レンズの前面との間の離隔距離は４ｍｍ乃至１０ｍｍであり得る。
前記第１抽出レンズの背面は前記インターフェイス部の内部に位置することができる。
【0007】
前記試料導入部は液体状態の試料をエアロゾル（ａｅｒｏｓｏｌ）状態に変更するように構成されるネブライザー、及び前記ネブライザーと連結され、温度制御を通じて相対的にサイズが小さいエアロゾルのみが前記イオン化部に移動できるようにエアロゾルの流れを制御するように構成されるスプレーチャンバーを含むことができる。
前記イオン化部は前記試料導入部の前記スプレーチャンバーと連結され、最も内側に配置される第１チューブ、端部が前記イオンレンズ部に向かい、最も外側に配置される第３チューブ、前記第１チューブ及び前記第３チューブの間に配置される第２チューブ、及び前記第３チューブの外部を囲む螺旋形状を有する誘導コイルを含むことができる。
前記イオン化部は前記試料導入部の前記スプレーチャンバーと連結され、最も内側に配置される第１チューブ、端部が前記イオンレンズ部に向かい、最も外側に配置される第３チューブ、前記第１チューブ及び前記第３チューブの間に配置される第２チューブ、及び前記第３チューブの外部を囲む螺旋形状を有する誘導コイルを含むことができる。
【発明の効果】
【0008】
本発明による質量分析器のイオンレンズ部は分析対象イオンの損失を防止及び／又は最小化することができる。したがって、分析対象イオンの透過率が高くなることができ、結果的に本発明による質量分析器の分解能及び測定正確度が改善されることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施形態による質量分析器を説明するための概念図である。
【図4】比較例にしたがう質量分析器のイオンレンズ部内でのイオンビームの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図である。
【図5】本発明の実施形態による質量分析器のイオンレンズ部内でのイオンビームの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明を実施するための最善の形状を示す図面は図２である。
本発明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好ましい実施形態を詳細に説明する。
本発明は以下で開示される実施形態に限定されることではなく、様々な形態で具現されることができ、多様な修正及び変更を加えることができる。単なる、本実施形態の説明を通じて本発明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るものである。添付された図面で構成要素は説明の簡易化のためにそのサイズが実際より拡大して示したことであり、各構成要素の比率は誇張されるか、或いは縮小されることができる。
本明細書で使用され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。また、本明細書で使用される用語は異なりに定義されない限り、該当技術分野で通常の知識を有する者に通常的に公知された意味として解釈されることができる。
本明細書で、単数形は文句で特別に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使用される‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）’及び／又は‘含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）は言及された構成要素、段階、動作、及び／又は素子は１つ以上の他の構成要素、段階、動作、及び／又は素子の存在又は追加を排除しない。
本発明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好ましい実施形態を詳細に説明する。
本発明は以下で開示される実施形態に限定されることではなく、様々な形態で具現されることができ、多様な修正及び変更を加えることができる。単なる、本実施形態の説明を通じて本発明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るものである。添付された図面で構成要素は説明の簡易化のためにそのサイズが実際より拡大して示したことであり、各構成要素の比率は誇張されるか、或いは縮小されることができる。
本明細書で使用され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。また、本明細書で使用される用語は異なりに定義されない限り、該当技術分野で通常の知識を有する者に通常的に公知された意味として解釈されることができる。
本明細書で、単数形は文句で特別に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使用される‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）’及び／又は‘含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）は言及された構成要素、段階、動作、及び／又は素子は１つ以上の他の構成要素、段階、動作、及び／又は素子の存在又は追加を排除しない。
【0011】
本明細書である層が他の層‘上に’にあると言及される場合に、それは他の層の上面に直接形成されるか、或いはそれらの間に第３の層が介在されてもよい。
本明細書で第１、第２等の用語が多様な領域、層等を記述するために使用されたが、これらの領域、層がこのような用語によって限定されてはならない。これらの用語は単なる所定領域又は層を他の領域又は層と区別させるために使用されただけである。したがって、いずれか一実施形態で第１部分として言及された部分が他の実施形態では第２部分として言及されることもあり得る。ここに説明され、例示される実施形態はその相補的な実施形態も含む。明細書の全体に亘って同一の参照番号で表示された部分は同一の構成要素を示す。
本明細書で第１、第２等の用語が多様な領域、層等を記述するために使用されたが、これらの領域、層がこのような用語によって限定されてはならない。これらの用語は単なる所定領域又は層を他の領域又は層と区別させるために使用されただけである。したがって、いずれか一実施形態で第１部分として言及された部分が他の実施形態では第２部分として言及されることもあり得る。ここに説明され、例示される実施形態はその相補的な実施形態も含む。明細書の全体に亘って同一の参照番号で表示された部分は同一の構成要素を示す。
【0012】
以下、図面を参照して本発明の質量分析器について詳細に説明する。
図１は本発明の質量分析器を説明するための概念図である。
図１に示す通り、本発明による質量分析器は試料導入部１０、イオン化部２０、インターフェイス部３０、イオンレンズ部４０、反応部５０、質量分離部６０、及び検出部７０を含むことができる。本発明による質量分析器は誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）を利用する質量分析器であると図示及び説明したが、これは単なる例示的なものであり、本発明はこれに制限されなく、本発明による質量分析器は以下では図示及び説明するイオンレンズ部４０を含む様々な方式の質量分析器であり得る。
図１は本発明の質量分析器を説明するための概念図である。
図１に示す通り、本発明による質量分析器は試料導入部１０、イオン化部２０、インターフェイス部３０、イオンレンズ部４０、反応部５０、質量分離部６０、及び検出部７０を含むことができる。本発明による質量分析器は誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）を利用する質量分析器であると図示及び説明したが、これは単なる例示的なものであり、本発明はこれに制限されなく、本発明による質量分析器は以下では図示及び説明するイオンレンズ部４０を含む様々な方式の質量分析器であり得る。
【0013】
試料導入部１０はネブライザー１１及びスプレーチャンバー１２を含むことができる。ネブライザー１１は液体状態の試料をエアロゾル（ａｅｒｏｓｏｌ）状態に変えてスプレーチャンバー１２の内部に注入することができる。スプレーチャンバー１２はネブライザー１１と連結されることができる。スプレーチャンバー１２は試料の変動を低減し、後述するイオン化部２０に移動する試料のサイズ及び量を一定にすることができる。具体的に、スプレーチャンバー１２は温度制御を通じて相対的にサイズが大きいエアロゾルを除去し、相対的にサイズが小さいエアロゾルのみがイオン化部２０に移動できるようにエアロゾルの流れを制御することができる。少なくとも１つのガス供給管を通じてネブライザー１１及び／又はスプレーチャンバー１２にキャリヤーガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）が供給されることができる。キャリヤーガスは試料がプラズマＰに導入されるようにすることができる。
イオン化部２０は試料導入部１０と連結されることができる。イオン化部２０は、例えばプラズマトーチ（ｐｌａｓｍａ ｔｏｒｃｈ）と指称されることができる。イオン化部２０は第１チューブ２１、第２チューブ２２、第３チューブ２３、及び誘導コイル２６を含むことができる。
イオン化部２０は試料導入部１０と連結されることができる。イオン化部２０は、例えばプラズマトーチ（ｐｌａｓｍａ ｔｏｒｃｈ）と指称されることができる。イオン化部２０は第１チューブ２１、第２チューブ２２、第３チューブ２３、及び誘導コイル２６を含むことができる。
【0014】
第１チューブ２１は試料導入部１０のスプレーチャンバー１２と連結されることができ、イオン化部２０の最も内側に配置されることができる。第３チューブ２３はイオン化部２０の最も外側に配置されることができ、第２チューブ２２は第１チューブ２１と第３チューブ２３との間に配置されることができる。第２チューブ２２及び第３チューブ２３は各々第１ガス供給管２４及び第２ガス供給管２５と連結されることができる。第１乃至第３チューブ２１、２２、２３は各々第１方向Ｄ１に延長される中空の柱形状を有することができる。第１乃至第３チューブ２１、２２、２３は、第１方向Ｄ１と直交する平面で切断した断面視において、中心軸が互いに一致する同心円形状を有することができる。第１乃至第３チューブ２１、２２、２３は、例えば石英（Ｑｕａｒｔｚ）、アルミナ（Ａｌｕｍｉｎａ）、プラチナ（Ｐｌａｔｉｎｕｍ）、又はサファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）で成されることができる。
【0015】
第１チューブ２１を通じて試料及びキャリヤーガスが移動することができ、第１ガス供給管２４及び第２チューブ２２を通じて補助ガス（ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｇａｓ）が移動することができ、第２ガス供給管２５及び第３チューブ２３を通じて冷却ガス（ｃｏｏｌａｎｔ ｇａｓ）が移動することができる。補助ガスはプラズマＰとの接触によって第１及び第２チューブ２１、２２の端部が破損されることを防止又は最小化することができる。冷却ガスはプラズマＰとの接触によって第３チューブ２３の内壁が破損されることを防止又は最小化することができる。キャリヤーガス、補助ガス、及び冷却ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）を含むことができる。
誘導コイル２６は、例えば第３チューブ２３の外部を少なくとも２回以上囲む螺旋形状を有することができる。誘導コイル２６はイオン化部２０の内部に時間的に変化する強い電磁気場を生成することができる。誘導コイル２６によって生成された電磁気場は内部のガスを放電させてプラズマＰを生成することができる。高温のプラズマＰは試料導入部１０から導入されたエアロゾル状態の試料をイオン化させることができる。
誘導コイル２６は、例えば第３チューブ２３の外部を少なくとも２回以上囲む螺旋形状を有することができる。誘導コイル２６はイオン化部２０の内部に時間的に変化する強い電磁気場を生成することができる。誘導コイル２６によって生成された電磁気場は内部のガスを放電させてプラズマＰを生成することができる。高温のプラズマＰは試料導入部１０から導入されたエアロゾル状態の試料をイオン化させることができる。
【0016】
イオン化部２０は誘導コイル２６と連結される高電力のＲＦ電源及び誘導コイル２６と第３チューブ２３の外壁との間の遮蔽板をさらに含むことができる。
インターフェイス部３０はイオン化部２０で生成されたプラズマＰからイオン化された試料をイオンビームの形態で抽出することができる。インターフェイス部３０は第１方向Ｄ１にイオン化部２０に隣接することができる。インターフェイス部３０はチャンバーＣＨに連結されることができる。インターフェイス部３０はイオン化部２０とチャンバーＣＨとの間に提供されることができる。インターフェイス部３０はイオンビームを抽出するサンプラーコーン（ｓａｍｐｌｅｒ ｃｏｎｅ）及びスキマーコーン（ｓｋｉｍｍｅｒ ｃｏｎｅ）を含むことができる。サンプラーコーン及びスキマーコーンは、例えば第１方向Ｄ１に行くほど、第２方向Ｄ２への幅が大きくなる中空のコーン形状を有することができる。
インターフェイス部３０はイオン化部２０で生成されたプラズマＰからイオン化された試料をイオンビームの形態で抽出することができる。インターフェイス部３０は第１方向Ｄ１にイオン化部２０に隣接することができる。インターフェイス部３０はチャンバーＣＨに連結されることができる。インターフェイス部３０はイオン化部２０とチャンバーＣＨとの間に提供されることができる。インターフェイス部３０はイオンビームを抽出するサンプラーコーン（ｓａｍｐｌｅｒ ｃｏｎｅ）及びスキマーコーン（ｓｋｉｍｍｅｒ ｃｏｎｅ）を含むことができる。サンプラーコーン及びスキマーコーンは、例えば第１方向Ｄ１に行くほど、第２方向Ｄ２への幅が大きくなる中空のコーン形状を有することができる。
【0017】
チャンバーＣＨの内部にイオンレンズ部４０、反応部５０、質量分離部６０、及び検出部７０が提供されることができる。チャンバーＣＨの内部は真空状態に維持されることができる。イオンレンズ部４０、反応部５０、質量分離部６０、及び検出部７０の中で少なくとも１つ以上は、例えばチャンバーＣＨの内部のサブチャンバー内に提供されることができ、サブチャンバーはチャンバーＣＨの内部と異なる真空状態に維持されることができる。イオンレンズ部４０、反応部５０、質量分離部６０、及び検出部７０は、例えば第１方向Ｄ１に沿って配列されることができるが、本発明はこれに制限されない。
イオンレンズ部４０はインターフェイス部３０と反応部５０との間に提供されることができる。イオンレンズ部４０の少なくとも一部はインターフェイス部３０と連結及び／又は重畳されることができる。イオンレンズ部４０は少なくとも１つ以上のレンズを含むことができ、１つ以上のレンズを通じてフォトン、中性粒子等を遮断し、分析対象になるイオン（以下、分析対象イオン）の経路を制御することができる。以下では図２及び図３を参照してイオンレンズ部４０の細部構成に対して詳細に説明する。
イオンレンズ部４０はインターフェイス部３０と反応部５０との間に提供されることができる。イオンレンズ部４０の少なくとも一部はインターフェイス部３０と連結及び／又は重畳されることができる。イオンレンズ部４０は少なくとも１つ以上のレンズを含むことができ、１つ以上のレンズを通じてフォトン、中性粒子等を遮断し、分析対象になるイオン（以下、分析対象イオン）の経路を制御することができる。以下では図２及び図３を参照してイオンレンズ部４０の細部構成に対して詳細に説明する。
【0018】
反応部５０はイオンレンズ部４０と質量分離部６０との間に提供されることができる。反応部５０は衝突／反応セル（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ／ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｅｌｌ）と指称されることができる。少なくとも１つのガス供給管を通じて反応部５０に衝突／反応ガスが供給されることができる。衝突／反応ガスは反応部５０の内部の様々なイオンと衝突することができ、妨害イオン（例えば、４０Ａｒ、４０Ａｒ１６Ｏ、３８ＡｒＨ等）を非妨害種に変換させるか、或いは分析対象イオンを異なる質量を有するイオンに変換させることができる。
質量分離部６０は反応部５０と検出部７０との間に提供されることができる。質量分離部６０は、例えば四重極子（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）方式、二重集束磁気セクタ（ｄｏｕｂｌｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｃｔｏｒ）方式、又は飛行時間（ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ）方式を利用することができ、イオンを質量対電荷比（ｍ／ｚ）に応じて分離することができる。図示されたことと異なりに、イオンレンズ部４０と反応部５０との間にその他の質量分離部６０が追加に提供されることができる。
質量分離部６０は反応部５０と検出部７０との間に提供されることができる。質量分離部６０は、例えば四重極子（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）方式、二重集束磁気セクタ（ｄｏｕｂｌｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｃｔｏｒ）方式、又は飛行時間（ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ）方式を利用することができ、イオンを質量対電荷比（ｍ／ｚ）に応じて分離することができる。図示されたことと異なりに、イオンレンズ部４０と反応部５０との間にその他の質量分離部６０が追加に提供されることができる。
【0019】
検出部７０は質量分離部６０の末端と隣接することができ、質量分離部６０で分離された、分析対象イオンの質量スペクトルを検出することができる。検出部７０は、例えばチャンネル電子増倍器（ｃｈａｎｎｅｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）、ファラデーカップ（Ｆａｒａｄａｙ ｃｕｐ）、又は離散ダイノード電子増倍器（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｄｙｎｏｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）を利用することができる。
図２は本発明の実施形態による質量分析器のイオンレンズ部を説明するための拡大図であって、図１のＡ部分に対応される。
図１及び図２に示す通り、本発明による質量分析器のイオンレンズ部４０は第１抽出レンズＥＬ１、第２抽出レンズＥＬ２、第１ガイディングレンズＧＬ１、及び第２ガイディングレンズＧＬ２を含むことができる。第１抽出レンズＥＬ１、第２抽出レンズＥＬ２、第１ガイディングレンズＧＬ１、及び第２ガイディングレンズＧＬ２は第１方向Ｄ１を沿って配列されることができる。この時、抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の数及びガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２の数は単なる例示的なものであり、本発明はこれに制限されない。
図２は本発明の実施形態による質量分析器のイオンレンズ部を説明するための拡大図であって、図１のＡ部分に対応される。
図１及び図２に示す通り、本発明による質量分析器のイオンレンズ部４０は第１抽出レンズＥＬ１、第２抽出レンズＥＬ２、第１ガイディングレンズＧＬ１、及び第２ガイディングレンズＧＬ２を含むことができる。第１抽出レンズＥＬ１、第２抽出レンズＥＬ２、第１ガイディングレンズＧＬ１、及び第２ガイディングレンズＧＬ２は第１方向Ｄ１を沿って配列されることができる。この時、抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の数及びガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２の数は単なる例示的なものであり、本発明はこれに制限されない。
【0020】
第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２はインターフェイス部３０に隣接するように配置されることができる。第１抽出レンズＥＬ１はインターフェイス部３０と第２抽出レンズＥＬ２との間に提供されることができ、第２抽出レンズＥＬ２は第１抽出レンズＥＬ１と第１ガイディングレンズＧＬ１との間に提供されることができる。第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の各々は、例えば第１方向Ｄ１に行くほど、第２方向Ｄ２への幅が大きくなる中空のコーン形状を有することができる。第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の各々の中心軸は第１方向Ｄ１に延長される第１軸ＡＸ１と一致することができる。第１抽出レンズＥＬ１の中心軸は第２抽出レンズＥＬ２の中心軸と一致することができる。第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の各々は第１軸ＡＸ１を中心に対称的な形状を有することができる。第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の各々は前面及び背面に開口を有することができる。本明細書で、前面はイオン化部２０及びインターフェイス部３０に向かう方向（即ち、第１方向Ｄ１の反対方向）の面を意味し、背面は反応部５０に向かう方向（即ち、第１方向Ｄ１）の面を意味する。前面及び背面は第１方向Ｄ１と直交し、第２方向Ｄ２と平行な面であり得る。
【0021】
第１抽出レンズＥＬ１はインターフェイス部３０に向かう第１前面開口１１０、及び第１ガイディングレンズＧＬ１に向かう第１背面開口１３０を有することができる。第１前面開口１１０の直径は第１背面開口１３０の直径より小さいことができる。
第１抽出レンズＥＬ１は外側壁からインターフェイス部３０に向かって突出される突出部ＥＬ１ｐを含むことができる。第１抽出レンズＥＬ１の突出部ＥＬ１ｐは外側壁を囲む帯状の形状を有してもよく、複数に提供されて外側壁上の複数の位置に提供されてもよい。
第２抽出レンズＥＬ２は第１抽出レンズＥＬ１の第１前面開口１１０に向かう第２前面開口２１０、及び第１ガイディングレンズＧＬ１に向かう第２背面開口２３０を有することができる。第２前面開口２１０の直径は第２背面開口２３０より小さいことができる。第２前面開口２１０の直径は第１背面開口１３０の直径より小さいことができる。
第２抽出レンズＥＬ２の少なくとも一部は第１抽出レンズＥＬ１と第２方向Ｄ２に重畳されることができる。再び言えば、第２抽出レンズＥＬ２の少なくとも一部は第１抽出レンズＥＬ１の内部に位置することができる。
第１抽出レンズＥＬ１は外側壁からインターフェイス部３０に向かって突出される突出部ＥＬ１ｐを含むことができる。第１抽出レンズＥＬ１の突出部ＥＬ１ｐは外側壁を囲む帯状の形状を有してもよく、複数に提供されて外側壁上の複数の位置に提供されてもよい。
第２抽出レンズＥＬ２は第１抽出レンズＥＬ１の第１前面開口１１０に向かう第２前面開口２１０、及び第１ガイディングレンズＧＬ１に向かう第２背面開口２３０を有することができる。第２前面開口２１０の直径は第２背面開口２３０より小さいことができる。第２前面開口２１０の直径は第１背面開口１３０の直径より小さいことができる。
第２抽出レンズＥＬ２の少なくとも一部は第１抽出レンズＥＬ１と第２方向Ｄ２に重畳されることができる。再び言えば、第２抽出レンズＥＬ２の少なくとも一部は第１抽出レンズＥＬ１の内部に位置することができる。
【0022】
第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２に第１電圧印加部が各々連結されることができる。実施形態によれば、第１電圧印加部は第１抽出レンズＥＬ１の第１背面開口１３０及び第２抽出レンズＥＬ２の第２背面開口２３０に各々隣接することができる。第１電圧印加部の各々に印加された電圧によって第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２はイオン化部２０及びインターフェイス部３０を通過したイオンビームを抽出することができる。
第１抽出レンズＥＬ１には後述するスキマーコーンＳＣ（図３参照）と同一である０Ｖの電圧が印加されることができる。第１抽出レンズＥＬ１に０Ｖの電圧が印加されることによって、分析対象イオンは電気場の影響なしで真空度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ）の差によってスキマーコーンＳＣ（図３参照）から第１抽出レンズＥＬ１の内部空間に移動することができる。環境現場で汚染程度等を測定及び分析する場合、他の環境よりマトリックス成分（即ち、分析対象イオンではなく、分析対象イオンと類似な質量を有するイオン）が多く、このようなマトリックス成分を除去しながらも、分析対象イオンの損失を減らすことが重要であるが（空間電荷効果によりマトリックス成分及び分析対象イオンが第１軸ＡＸ１に沿って集中せずに広がることができるため）、第１抽出レンズＥＬ１に０Ｖの電圧が印加される点及び後述する技術的特徴によって分析対象イオンの損失が防止及び／又は最小化されることができる。したがって、分析対象イオンの透過率が高くなることができ、結果的に本発明による質量分析器の分解能及び測定正確度が改善されることができる。
第１抽出レンズＥＬ１には後述するスキマーコーンＳＣ（図３参照）と同一である０Ｖの電圧が印加されることができる。第１抽出レンズＥＬ１に０Ｖの電圧が印加されることによって、分析対象イオンは電気場の影響なしで真空度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ）の差によってスキマーコーンＳＣ（図３参照）から第１抽出レンズＥＬ１の内部空間に移動することができる。環境現場で汚染程度等を測定及び分析する場合、他の環境よりマトリックス成分（即ち、分析対象イオンではなく、分析対象イオンと類似な質量を有するイオン）が多く、このようなマトリックス成分を除去しながらも、分析対象イオンの損失を減らすことが重要であるが（空間電荷効果によりマトリックス成分及び分析対象イオンが第１軸ＡＸ１に沿って集中せずに広がることができるため）、第１抽出レンズＥＬ１に０Ｖの電圧が印加される点及び後述する技術的特徴によって分析対象イオンの損失が防止及び／又は最小化されることができる。したがって、分析対象イオンの透過率が高くなることができ、結果的に本発明による質量分析器の分解能及び測定正確度が改善されることができる。
【0023】
第１及び第２ガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２は反応部５０に隣接するように配置されることができる。第１ガイディングレンズＧＬ１は第２抽出レンズＥＬ２と第２ガイディングレンズＧＬ２との間に提供されることができ、第２ガイディングレンズＧＬ２は第１ガイディングレンズＧＬ１と反応部５０との間に提供されることができる。実施形態によれば、第１ガイディングレンズＧＬ１は第２抽出レンズＥＬ２と第１方向Ｄ１に互いに離隔されることができる。第１及び第２ガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２の各々は前面及び背面に開口を有することができる。第２ガイディングレンズＧＬ２で、背面開口の直径は前面開口の直径より小さいことができる。
【0024】
第１ガイディングレンズＧＬ１の中心軸は第１軸ＡＸ１と一致することができる。より具体的に、第１ガイディングレンズＧＬ１の中心軸は後述する第１ガイディングレンズＧＬ１の第１部分ＧＬ１ａの中心軸として定義されることができる。第１ガイディングレンズＧＬ１の中心軸は第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の各々の中心軸と一致することができる。第２ガイディングレンズＧＬ２の中心軸は第１軸ＡＸ１と平行であり、第１軸ＡＸ１と第２方向Ｄ２に離隔される第２軸ＡＸ２と一致することができる。第２ガイディングレンズＧＬ２の中心軸は第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２及び第１ガイディングレンズＧＬ１の各々の中心軸と異なることができる。但し、これは単なる例示的なものであり、本発明はこれに制限されなく、第２ガイディングレンズＧＬ２の中心軸は第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２及び第１ガイディングレンズＧＬ１の各々の中心軸と一致してもよい。第２ガイディングレンズＧＬ２の背面開口は第２軸ＡＸ２が通るところに位置することができる。
【0025】
第１ガイディングレンズＧＬ１は、例えば第２抽出レンズＥＬ２と第２ガイディングレンズＧＬ２との間に提供される第１部分ＧＬ１ａ、及び第２部分ＧＬ１ｂと一体に連結され、第２ガイディングレンズＧＬ２と第２方向Ｄ２に重畳される第２部分ＧＬ１ｂを含むことができる。第２部分ＧＬ１ｂは第１部分ＧＬ１ａの背面に連結されて互いに一体をなすことができる。第１部分ＧＬ１ａは第２ガイディングレンズＧＬ２と第１方向Ｄ１に互いに離隔されることができる。第２部分ＧＬ１ｂは第２ガイディングレンズＧＬ２と第２方向Ｄ２に互いに離隔されることができる。
第１部分ＧＬ１ａは中空の柱形状（例えば、中空の円柱形状）を有することができる。第２部分ＧＬ１ｂは中空の柱形状をその中心軸を含む平面で切断したような形状を有することができる。第２部分ＧＬ１ｂの下部は第２ガイディングレンズＧＬ２に向かって開くことができ、第２部分ＧＬ１ｂの上部は外部から遮断されることができる。本明細書で、下部は第２方向Ｄ２の反対方向に向かう部分を意味し、上部は第２方向Ｄ２に向かう部分を意味する。
第１部分ＧＬ１ａは中空の柱形状（例えば、中空の円柱形状）を有することができる。第２部分ＧＬ１ｂは中空の柱形状をその中心軸を含む平面で切断したような形状を有することができる。第２部分ＧＬ１ｂの下部は第２ガイディングレンズＧＬ２に向かって開くことができ、第２部分ＧＬ１ｂの上部は外部から遮断されることができる。本明細書で、下部は第２方向Ｄ２の反対方向に向かう部分を意味し、上部は第２方向Ｄ２に向かう部分を意味する。
【0026】
第２ガイディングレンズＧＬ２は、第１ガイディングレンズＧＬ１の第２部分ＧＬ１ｂと類似に、中空の柱形状をその中心軸を含む平面で切断したような形状を有することができる。但し、第１ガイディングレンズＧＬ１の第２部分ＧＬ１ｂと異なり、第２ガイディングレンズＧＬ２の上部は第１ガイディングレンズＧＬ１の第２部分ＧＬ１ｂに向かって開くことができ、第２ガイディングレンズＧＬ２の下部は外部から遮断されることができる。実施形態によれば、第２ガイディングレンズＧＬ２は第１ガイディングレンズＧＬ１の第１部分ＧＬ１ａと物理的に連結されることができる。
【0027】
第１及び第２ガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２に第２電圧印加部が各々連結されることができる。第２電圧印加部の各々に印加された電圧によって第１及び第２ガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２は第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２を通過したイオンビームの経路を制御することができる。第２電圧印加部の各々の電圧はイオンのエネルギー別に最適の経路を決定するために調整されることができる。
具体的に、第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２を通過したイオンビームの中で、電荷を有するイオンは第２電圧印加部の各々に印加された電圧によって経路が曲がって第２ガイディングレンズＧＬ２の背面開口を通じて反応部５０に向かうことができ、直進性を有するフォトン、中性粒子等は第１軸ＡＸ１に沿って第１方向Ｄ１に進行して第２ガイディングレンズＧＬ２の背面開口を通過せずに遮断されることができる。本発明による質量分析器の第１及び第２ガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２はフォトン、中性粒子、準安定イオン（ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ ｉｏｎ）等を遮断し、分析対象イオンの経路を制御することができる。したがって、本発明による質量分析器の測定正確度が改善されることができる。
具体的に、第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２を通過したイオンビームの中で、電荷を有するイオンは第２電圧印加部の各々に印加された電圧によって経路が曲がって第２ガイディングレンズＧＬ２の背面開口を通じて反応部５０に向かうことができ、直進性を有するフォトン、中性粒子等は第１軸ＡＸ１に沿って第１方向Ｄ１に進行して第２ガイディングレンズＧＬ２の背面開口を通過せずに遮断されることができる。本発明による質量分析器の第１及び第２ガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２はフォトン、中性粒子、準安定イオン（ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ ｉｏｎ）等を遮断し、分析対象イオンの経路を制御することができる。したがって、本発明による質量分析器の測定正確度が改善されることができる。
【0028】
図３は本発明の質量分析器のイオンレンズ部をより詳細に説明するための拡大図であって、図２のＢ部分に対応される。
図３に示すとおり、イオンレンズ部４０の少なくとも一部はインターフェイス部３０と第２方向Ｄ２に重畳されることができる。再び言えば、イオンレンズ部４０の少なくとも一部はインターフェイス部３０の内部に位置することができる。
インターフェイス部３０はスキマーコーンＳＣを含むことができる。スキマーコーンＳＣは第１方向Ｄ１に行くほど、第２方向Ｄ２への幅が大きくなる中空のコーン形状を有する第１部分ＳＣａ、及び第１部分ＳＣａと連結され、第１方向Ｄ１に行くほど、第２方向Ｄ２への幅が一定の中空の柱形状を有する第２部分ＳＣｂを含むことができる。第２部分ＳＣｂは第１抽出レンズＥＬ１の少なくとも一部を囲むことができる。
図３に示すとおり、イオンレンズ部４０の少なくとも一部はインターフェイス部３０と第２方向Ｄ２に重畳されることができる。再び言えば、イオンレンズ部４０の少なくとも一部はインターフェイス部３０の内部に位置することができる。
インターフェイス部３０はスキマーコーンＳＣを含むことができる。スキマーコーンＳＣは第１方向Ｄ１に行くほど、第２方向Ｄ２への幅が大きくなる中空のコーン形状を有する第１部分ＳＣａ、及び第１部分ＳＣａと連結され、第１方向Ｄ１に行くほど、第２方向Ｄ２への幅が一定の中空の柱形状を有する第２部分ＳＣｂを含むことができる。第２部分ＳＣｂは第１抽出レンズＥＬ１の少なくとも一部を囲むことができる。
【0029】
第１部分ＳＣａは、例えばその背面ＳＣａｂが第１抽出レンズＥＬ１の前面ＥＬ１ｆと実質的に同一なところに位置するように配置されることができる。第１抽出レンズＥＬ１の一部は第１部分ＳＣａと第２方向Ｄ２に重畳され、第１抽出レンズＥＬ１の前面ＥＬ１ｆは第１部分ＳＣａの背面ＳＣａｂと第１方向Ｄ１に互いに離隔されることができる。この時、第１抽出レンズＥＬ１は第１部分ＳＣａと物理的に接触することもあり得る。第１抽出レンズＥＬ１は第１部分ＳＣａと第２方向Ｄ２に重畳されなく、第１部分ＳＣａの背面ＳＣａｂは第１抽出レンズＥＬ１の前面ＥＬ１ｆと第１方向Ｄ１に互いに離隔されることもあり得る。第１部分ＳＣａの背面ＳＣａｂと第１抽出レンズＥＬ１の前面ＥＬ１ｆが離隔される場合、その離隔距離は、例えば約０．５ｍｍより小さいことができる。
【0030】
スキマーコーンＳＣの内部空間は第１部分ＳＣａ内の第１空間ＳＣＰ１、第２空間ＳＣＰ２、及び第３空間ＳＣＰ３、及び第２部分ＳＣｂ内の第４空間ＳＣＰ４を含むことができる。スキマーコーンＳＣの第１空間ＳＣＰ１は、例えば第１方向Ｄ１に行くほど、第２方向Ｄ２への幅が大きくなるコーン形状の空間であり得る。スキマーコーンＳＣの第２空間ＳＣＰ２、第３空間ＳＣＰ３、及び第４空間ＳＣＰ４の各々は、例えば第１方向Ｄ１に行くほど、第２方向Ｄ２への幅が一定の柱形状の空間であり得る。スキマーコーンＳＣの第１空間ＳＣＰ１の背面での第２方向Ｄ２への幅はスキマーコーンＳＣの第２空間ＳＣＰ２の第２方向Ｄ２への幅と実質的に同一であることができる。スキマーコーンＳＣの第２空間ＳＣＰ２の第２方向Ｄ２への幅はスキマーコーンＳＣの第３空間ＳＣＰ３の第２方向Ｄ２への幅より小さいことができる。
【0031】
スキマーコーンＳＣの第３空間ＳＣＰ３の第２方向Ｄ２への幅はスキマーコーンＳＣの第４空間ＳＣＰ４の第２方向Ｄ２への幅より小さいことができる。再び言えば、スキマーコーンＳＣの内側壁は少なくとも１箇所以上の段差を含む階段構造を有することができる。
第１抽出レンズＥＬ１の少なくとも一部はスキマーコーンＳＣの第４空間ＳＣＰ４内に提供されることができる。第１抽出レンズＥＬ１の前面ＥＬ１ｆはスキマーコーンＳＣの第３空間ＳＣＰ３の背面（即ち、スキマーコーンＳＣの第１部分ＳＣａの背面ＳＣａｂ）と実質的に同一なところに位置することができる。第１抽出レンズＥＬ１の少なくとも一部はスキマーコーンＳＣの第３空間ＳＣＰ３内に提供されることもあり得る。
第１抽出レンズＥＬ１の少なくとも一部はスキマーコーンＳＣの第４空間ＳＣＰ４内に提供されることができる。第１抽出レンズＥＬ１の前面ＥＬ１ｆはスキマーコーンＳＣの第３空間ＳＣＰ３の背面（即ち、スキマーコーンＳＣの第１部分ＳＣａの背面ＳＣａｂ）と実質的に同一なところに位置することができる。第１抽出レンズＥＬ１の少なくとも一部はスキマーコーンＳＣの第３空間ＳＣＰ３内に提供されることもあり得る。
【0032】
突出部ＥＬ１ｐを含む第１抽出レンズＥＬ１はスキマーコーンＳＣの内側壁の階段構造に隣接するように配置されることができる。第１抽出レンズＥＬ１の突出部ＥＬ１ｐはスキマーコーンＳＣの内側壁の階段構造に嵌合するように配置されることもあり得る。第１抽出レンズＥＬ１がスキマーコーンＳＣの内側壁に最大に隣接するように配置される点（又は、第１抽出レンズＥＬ１の突出部ＥＬ１ｐがスキマーコーンＳＣの内側壁の階段構造に嵌合する点）によって、分析対象イオンが第１抽出レンズＥＬ１の外側壁に沿って抜けていくことが防止及び／又は最小化することができる。したがって、分析対象イオンの透過率が高くなることができ、結果的に本発明による質量分析器の分解能及び測定正確度が改善されることができる。
【0033】
第２抽出レンズＥＬ２の前面ＥＬ２ｆは第１抽出レンズＥＬ１の前面ＥＬ１ｆと第１抽出レンズＥＬ１の背面ＥＬ１ｂとの間に位置することができる。第２抽出レンズＥＬ２の前面ＥＬ２ｆと第１抽出レンズＥＬ１の前面ＥＬ１ｆの離隔距離ＳＤは、例えば約４ｍｍ乃至約１０ｍｍであり得る。第２抽出レンズＥＬ２の前面ＥＬ２ｆは、後述する比較例に比べて、第１抽出レンズＥＬ１の前面ＥＬ１ｆに近く配置されることができ、分析対象イオンが第２抽出レンズＥＬ２の外側壁を沿って抜けていくことが防止及び／又は最小化することができる。したがって、分析対象イオンの透過率が高くなることができ、結果的に本発明による質量分析器の分解能及び測定正確度が改善されることができる。
第１抽出レンズＥＬ１の背面ＥＬ１ｂは第２抽出レンズＥＬ２の前面ＥＬ２ｆと第２抽出レンズＥＬ２の背面ＥＬ２ｂとの間に位置することができる。第１抽出レンズＥＬ１の背面ＥＬ１ｂはインターフェイス部３０の内部に位置することができる。第２抽出レンズＥＬ２の背面ＥＬ２ｂは第１抽出レンズＥＬ１の背面ＥＬ１ｂから第１方向Ｄ１に離隔されることができる。
第１抽出レンズＥＬ１の背面ＥＬ１ｂは第２抽出レンズＥＬ２の前面ＥＬ２ｆと第２抽出レンズＥＬ２の背面ＥＬ２ｂとの間に位置することができる。第１抽出レンズＥＬ１の背面ＥＬ１ｂはインターフェイス部３０の内部に位置することができる。第２抽出レンズＥＬ２の背面ＥＬ２ｂは第１抽出レンズＥＬ１の背面ＥＬ１ｂから第１方向Ｄ１に離隔されることができる。
【0034】
第２抽出レンズＥＬ２の内部空間は第１抽出レンズＥＬ１内に位置し、柱形状を有する第１空間ＥＬ２Ｐ１、及び第１空間ＥＬ２Ｐ１から延長されるコーン形状を有する第２空間ＥＬ２Ｐ２を含むことができる。第２抽出レンズＥＬ２の第１空間ＥＬ２Ｐ１は前面ＥＬ２ｆから延長されることができる。第２抽出レンズＥＬ２の第２空間ＥＬ２Ｐ２は第１空間ＥＬ２Ｐ１から背面ＥＬ２ｂまで延長されることができる。第２抽出レンズＥＬ２の第１空間ＥＬ２Ｐ１は第２抽出レンズＥＬ２に入射される分析対象イオンが第１軸ＡＸ１に近く集中されることを助けることができ、第２抽出レンズＥＬ２の後段での分析対象イオンの損失が防止及び／又は最小化されることができる。したがって、分析対象イオンの透過率が高くなることができ、結果的に本発明による質量分析器の分解能及び測定正確度が改善されることができる。
【0035】
一方、本発明による質量分析器の第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２はアルゴンイオンの少なくとも一部を第２抽出レンズＥＬ２の外側壁に沿って放出させることができる。再び言えば、第２抽出レンズＥＬ２の前面ＥＬ２ｆと第１抽出レンズＥＬ１の前面ＥＬ１ｆが離隔される点によって、第２抽出レンズＥＬ２の内部空間に進行するアルゴンイオンの量が減少されることができる。したがって、本発明による質量分析器の分解能及び測定正確度が改善されることができる。
【0036】
図４は比較例にしたがう質量分析器のイオンレンズ部内でのイオンビームの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図である。図５は本発明の実施形態による質量分析器のイオンレンズ部内でのイオンビームの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図である。
より具体的に、図４は側面開口１５０を有する第１抽出レンズＥＬ１を含む質量分析器（即ち、比較例にしたがう質量分析器）でのイオンの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図であり、図５は本発明による質量分析器でのイオンの経路及び透過率を説明するための図である。この時、空間電荷効果による電流は約１６０μＡであり、マトリックス成分及び分析対象イオンを含むイオンビームＩＢは約４０ａｍｕ（ａｔｏｍｉｃ ｍａｓｓ ｕｎｉｔ）乃至約２１０ａｍｕの質量範囲を有することと設定された。
より具体的に、図４は側面開口１５０を有する第１抽出レンズＥＬ１を含む質量分析器（即ち、比較例にしたがう質量分析器）でのイオンの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図であり、図５は本発明による質量分析器でのイオンの経路及び透過率を説明するための図である。この時、空間電荷効果による電流は約１６０μＡであり、マトリックス成分及び分析対象イオンを含むイオンビームＩＢは約４０ａｍｕ（ａｔｏｍｉｃ ｍａｓｓ ｕｎｉｔ）乃至約２１０ａｍｕの質量範囲を有することと設定された。
【0037】
図４及び図５でイオンレンズＥＬ１、ＥＬ２、ＧＬ１、ＧＬ２を通過するイオンの透過率を測定するために後段に検出器Ｄを配置したことと図示及び説明されたが、本発明による質量分析器はこれに制限されなく、イオンレンズＥＬ１、ＥＬ２、ＧＬ１、ＧＬ２と検出器Ｄとの間には反応部５０（図１参照）及び質量分離部６０（図１参照）が提供されることができる。
図４及び図５に示すとおり、比較例にしたがう質量分析器でイオンビームＩＢの透過率は約７．２％であり、本発明による質量分析器でイオンビームＩＢの透過率は約４９．８％である。即ち、本発明は比較例に比べてイオンビームＩＢの透過率が約６倍以上高いことができる。本発明による質量分析器は分析対象イオンの損失を減らすことによって分解能及び測定正確度を改善することができる。
以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が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ができ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ことであり、限定的ではないことと理解しなければならない。
図４及び図５に示すとおり、比較例にしたがう質量分析器でイオンビームＩＢの透過率は約７．２％であり、本発明による質量分析器でイオンビームＩＢの透過率は約４９．８％である。即ち、本発明は比較例に比べてイオンビームＩＢの透過率が約６倍以上高いことができる。本発明による質量分析器は分析対象イオンの損失を減らすことによって分解能及び測定正確度を改善することができる。
以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が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ができ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ことであり、限定的ではないことと理解しなければならない。
【産業上の利用可能性】
【0038】
本開示は質量分析器に関するものである。より詳しくは、環境現場で使用される、イオンレンズを含む質量分析器に利用可能である。
【符号の説明】
【0039】
１０ 試料導入部
１１ ネブライザー
１２ スプレーチャンバー
２０ イオン化部
２１ 第１チューブ
２２ 第２チューブ
２３ 第３チューブ
２４ 第１ガス供給管
２５ 第２ガス供給管
２６ 誘導コイル
３０ インターフェイス部
４０ イオンレンズ部
５０ 反応部
６０ 質量分離部
７０ 検出部
１１０ 第１前面開口
１３０ 第１背面開口
１５０ 側面開口
２１０ 第２前面開口
２３０ 第２背面開口
ＡＸ１ 第１軸
ＡＸ２ 第２軸
ＣＨ チャンバー
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
ＥＬ１ 第１抽出レンズ
ＥＬ１ｂ 背面
ＥＬ１ｆ、ＥＬ２ｆ 前面
ＥＬ１ｐ 突出部
ＥＬ２ 第２抽出レンズ
ＧＬ１ 第１ガイディングレンズ
ＧＬ１ａ 第１部分
ＧＬ１ｂ 第２部分
ＧＬ２ 第２ガイディングレンズ
Ｐ プラズマ
ＳＣ スキマーコーン
ＳＣａ 第１部分
ＳＣａｂ第１部分ＳＣａの背面
ＳＣｂ 第２部分
ＳＣＰ１ 第１空間
ＳＣＰ２ 第２空間
ＳＣＰ３ 第３空間
ＳＣＰ４ 第４空間
１１ ネブライザー
１２ スプレーチャンバー
２０ イオン化部
２１ 第１チューブ
２２ 第２チューブ
２３ 第３チューブ
２４ 第１ガス供給管
２５ 第２ガス供給管
２６ 誘導コイル
３０ インターフェイス部
４０ イオンレンズ部
５０ 反応部
６０ 質量分離部
７０ 検出部
１１０ 第１前面開口
１３０ 第１背面開口
１５０ 側面開口
２１０ 第２前面開口
２３０ 第２背面開口
ＡＸ１ 第１軸
ＡＸ２ 第２軸
ＣＨ チャンバー
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
ＥＬ１ 第１抽出レンズ
ＥＬ１ｂ 背面
ＥＬ１ｆ、ＥＬ２ｆ 前面
ＥＬ１ｐ 突出部
ＥＬ２ 第２抽出レンズ
ＧＬ１ 第１ガイディングレンズ
ＧＬ１ａ 第１部分
ＧＬ１ｂ 第２部分
ＧＬ２ 第２ガイディングレンズ
Ｐ プラズマ
ＳＣ スキマーコーン
ＳＣａ 第１部分
ＳＣａｂ第１部分ＳＣａの背面
ＳＣｂ 第２部分
ＳＣＰ１ 第１空間
ＳＣＰ２ 第２空間
ＳＣＰ３ 第３空間
ＳＣＰ４ 第４空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】