KR20160046827A - 이온 개질 - Google Patents

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Abstract

이온 이동도 분광계는, 샘플을 이온화하기 위한 이온화기; 이온화기로부터 검출기를 향해 이온들이 진행할 수 있는 드리프트 챔버에 의해 이온화기로부터 분리된 상기 검출기; 이온화기로부터 드리프트 챔버로 이온들의 통행을 제어하기 위한 게이트; 이온화기와 상기 검출기 사이에 배열되고, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 이온 개질기; 및 제1 전극과 제2 전극 사이의, 적어도 2.5㎒의 주파수를 가지는 시변 전압을 제공하도록 구성되는 전압 공급기를 포함한다.

Description

이온 개질{ION MODIFICATION}
본 발명은 장치 및 방법에 관한 것이고, 특히 분광계들, 및 분광 분석 방법에 관한 것이다.
이온 이동도 분광계(IMS)들은 물질(예를 들어, 분자, 원자 등)을 이온화하고 공지된 전기장 하에서 공지된 거리를 결과적인 이온이 진행하는데 걸리는 시간을 측정하는 것에 의해 관심 샘플로부터 물질을 확인할 수 있다. 각 이온의 비산 시간(time of flight)은 검출기에 의해 측정될 수 있으며, 비산 시간은 이온의 이동도와 관련된다. 이온의 이동도는 그 질량 및 기하학적 형태와 관계된다. 그러므로, 검출기에서 이온의 비산 시간을 측정하는 것에 의해, 이온에 대한 동일성(identity)을 추론하는 것이 가능하다. 이러한 비산 시간은 플라즈마그램(plasmagram)으로서 그래픽으로 또는 수치로 디스플레이될 수 있다. 질량 분광계와 같은 다른 형태의 분광계들은 또한 그 질량 대 전하 비(mass-charge ratio)에 의해 결정된 바와 같은 그 이동도에 따라서 이온들을 분석한다.
관심 샘플에 있는 이온을 확인하는 분광계의 능력을 개선하도록, 이온에 대한 동일성을 추론하도록 사용될 수 있는 추가의 정보를 제공하기 위하여 무선 주파수(RF) 전기장(예를 들어, 이온을 세분화하는 것에 의해)을 사용하여 이온의 일부를 개질하는 것이 제안된다. 이러한 것은 이온의 측정에서 추가의 자유도를 제공하며, 그러므로, 이온들 사이의 차이를 분석하는 능력을 개선할 수 있다. 측정이 오염물이 있는 곳에서, 또는 어려운 작업 조건에서 수행되는 경우에, 또는 샘플이 유사한 기하학적 형태 및 질량 등을 갖는 이온들을 포함하는 경우에, 이온을 검출하고 확인하는 이온 이동도 분광계의 능력, 및 이온 개질은 이러한 문제를 다루는 하나의 방식이다.
무선 주파수 전기장의 인가에 의해 개질된 이온의 비율 및 개질 공정의 에너지 효율을 증가시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 양태들은 관심 샘플로부터 이온들을 개질하도록 고주파수 교류 전기장의 인가에 관한 것이다.
종래의 지배적인 편견에도 불구하고, 2.5㎒ 이상의 주파수와 같은 더욱 높은 주파수의 전기장의 사용이 이온 개질의 유효성을 놀라울 정도로 증가시킬 수 있다는 것이 알려졌다.
본 발명의 실시예들은 첨부 도면을 참조하여 단지 예의 방식으로 지금 설명될 것이다:
도 1은 분광계를 통한 부분 단면을 예시한 도면;
도 2는 도 1에 도시된 분광계의 개략도로서, 이온 개질 전극들의 배열을 끼워넣은 도면;
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 장치의 작동 방법을 예시하는 흐름도;
도 4는 이온 개질 전압의 상이한 주파수들의 선택 시에 인가된 이온 개질 전압의 함수로서 모이온(parent ion)과 자이온(daughter ion) 사이의 최대 진폭(peak amplitude)의 비를 나타내는 그래프를 도시한 도면;
도 5는 이온 개질 전압의 상이한 주파수의 선택 시에 인가된 이온 개질 전압의 함수로서 이온 손실을 나타내는 그래프를 도시한 도면;
도 6은 이온 개질 전압의 상이한 주파수의 선택 시에 인가된 이온 개질 전압의 함수로서 모이온과 자이온 사이의 최대 진폭의 비를 나타내는 또 다른 그래프를 도시한 도면;
도 7은 이온 개질 전압의 상이한 주파수의 선택 시에 인가된 이온 개질 전압의 함수로서 모이온과 자이온 사이의 최대 진폭의 비를 나타내는 여전히 또 다른 그래프를 도시한 도면.
도면에서, 동일한 도면 부호들은 동일한 요소들을 지시하도록 사용된다.
이온 개질기는 이온화기로부터 검출기를 향해 진행하는 이온의 경로에서 이온화기와 검출기 사이에 배열될 수 있다. 이온 개질기는 2개의 전극들을 포함할 수 있으며, 전극들 사이의 영역을 통해 진행하는 이온들은 교류 전기장을 받을 수 있다. 본 발명의 양태들에서, 이온 개질기 전극들 중 하나의 전압은 다른 전극의 전압보다 적게 변하도록 제어될 수 있다.
본 발명의 양태에서, 이온 개질기의 제1 전극은 이온들의 진행 방향을 가로질러 배열된 도체들을 포함할 수 있으며, 도체들 사이에는 이온들이 통과할 수 있는 갭들이 있다. 이온 개질기의 제2 전극은 제1 전극에 있는 갭들을 통해 진행하는 이온의 경로에 배열된 도체들을 포함할 수 있다. 검출기를 따라서 진행하는 이온의 경로에 있는 장애물의 수를 증가시키는 것이 손실될 이온들의 수를 증가시키는 것으로 추정될 수 있었으며, 그러나, 본 발명의 이러한 실시예들은 이온 개질도(예를 들어, 자이온들로의 모이온들의 변환)를 놀라울 정도로 증가시킬 수 있다는 것이 알려졌다.
도 1은 이온 이동도 분광계(IMS)(100)를 통한 부분 단면의 예시이다. 도 2는 동일한 분광계의 개략도를 도시한다. 도 2에 있는 삽입도(A)는 도 2에 도시된 선 A-A로부터 본 2개의 전극(126, 127)들의 배열을 도시한다.
도 1 및 도 2에 도시된 분광계는 게이트(106)에 의해 드리프트 챔버(104)로부터 분리된 이온화기(102)를 포함한다. 게이트(106)는 이온화기(102)로부터 드리프트 챔버(104) 내로 이온의 통행을 제어할 수 있다. 도시된 바와 같이, IMS(100)는 물질이 관심 샘플로부터 이온화기(102) 내로 도입되는 것을 가능하게 하는 입구(108)를 포함한다.
도 1에 도시된 예에서, 드리프트 챔버(104)가 이온화기(102)와 검출기(118) 사이에 놓여서, 이온들은 드리프트 챔버(104)를 가로지르는 것에 의해 검출기에 도달할 수 있다. 드리프트 챔버(104)는 이온화기(102)로부터 드리프트 챔버(104)를 따라서 검출기(118)를 향하여 이온들을 움직이도록 드리프트 챔버(104)를 따라서 전압 프로파일을 인가하기 위한 일련의 드리프트 전극(120a, 120b)들을 포함할 수 있다.
IMS(100)는 대체로 검출기(118)로의 이온의 진행 경로의 반대 방향으로 드리프트 가스의 유동을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 드리프트 가스는 검출기(118)에 인접한 곳으로부터 게이트(106)를 향하여 유동할 수 있다. 도시된 바와 같이, 드리프트 가스 입구(122)와 드리프트 가스 출구(124)는 드리프트 가스가 드리프트 챔버를 통과하도록 사용될 수 있다. 예의 드리프트 가스들은 질소, 헬륨, 공기, 재순환된 공기(예를 들어, 정화 및/또는 건조된 공기) 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
검출기(118)는 신호를 컨트롤러(200)에 제공하도록 결합될 수 있다. 검출기(118)로부터의 전류는 이온들이 검출기(118)에 도달되었다는 것을 추론하도록 컨트롤러(200)에 의해 사용될 수 있으며, 이온의 특징은 이온들이 게이트(106)로부터 드리프트 챔버(104)를 따라서 검출기(118)에 보내진 시간에 기초하여 결정될 수 있다. 검출기(118)의 예들은 이온들이 검출기(118)에 도달되었다는 것을 나타내는 신호를 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 검출기는 이온을 포획하도록 하전될 수 있는 전도성 전극(페러데이 플레이트와 같은)을 포함할 수 있다.
전극(120a, 120b)들은 검출기(118)를 향하여 이온들을 가이드하도록 배열될 수 있으며, 예를 들어, 드리프트 전극(120a, 120b)들은 검출기(118) 상에 이온들을 집중시키도록 드리프트 챔버(104) 주위에 배열될 수 있는 링들을 포함할 수 있다. 비록 도 1의 예가 단지 2개의 드리프트 전극(120a, 120b)들을 포함할지라도, 일부 예들에서, 다수의 전극들이 사용될 수 있거나, 또는 단일의 전극이 검출기(118)를 향해 이온들을 가이드하기 위하여 전기장을 인가하도록 검출기(118)와 조합하여 사용될 수 있다.
이온 개질기 전극(126, 127)들은 게이트 전극(106)으로부터 이격될 수 있다. 도시된 바와 같이, 이온 개질기 전극(126, 127)들은 게이트 전극과 검출기 사이에서 드리프트 챔버에 배열된다. 실시예에서, 이온 개질기 전극은 예를 들어 입구(108)와 게이트(106) 사이에서 이온화 챔버에 배열될 수 있다.
이온 개질기 전극(126, 127)들의 각각은 드리프트 챔버를 가로질러 배열된 도체들의 어레이를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 각 이온 개질기 전극(126, 127)의 도체들은 그 사이에 갭들을 가질 수 있어서, 이온들은 갭들을 통해 진행하는 것에 의하여 각 전극을 통과할 수 있다. 한 예에서, 이온들은 전극(126)의 도체들 사이의 갭들을 통하여 전극(126, 127)들 사이의 영역 내로, 전극(127)의 도체들 사이의 갭들을 통하여 영역 밖으로 보내진다. 이온들이 전극(126, 127)들 사이의 영역에 있는 동안, 이온들은 교류 RF 전기장을 받을 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전압 공급기(202)(voltage provider)는 컨트롤러(200)에 의해 제어되도록 결합된다. 전압 공급기(202)는 샘플로부터 물질이 이온화되는 것을 가능하게 하도록 이온화기(102)에 전압을 제공하도록 또한 결합될 수 있다. 실시예에서, 전압 공급기(202)는 이온화 챔버로부터 드리프트 챔버(104) 내로 이온의 통행을 제어하도록 게이트 전극(106)에 결합된다. 전압 공급기(202)는 이온화기(102)로부터 검출기(118)를 향하여 이온을 움직이기 위해 전압 프로파일을 제공하기 위하여 드리프트 전극(120a, 120b)들에 결합될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전압 공급기(202)는 이온 개질기 전극(126, 127)들에 교류 RF 전압을 제공하도록 결합된다. 서로에 대하여 2개의 이온 개질기 전극(126, 127)들 중 하나의 전압을 제어하는 것에 의하여, 전압 공급기는 제1 전극과 제2 전극 사이의 시변 전압(time varying voltage)을 제공할 수 있다. 시변 전압은 적어도 2.5 ㎒의 주파수를 가진다. 실시예에서, 주파수는 적어도 3 ㎒, 또는 적어도 5 ㎒이며, 일부 실시예들에서 적어도 6 ㎒이다. 실시예에서, 주파수는 100 ㎒ 미만이며, 일부 실시예들에서, 주파수는 50 ㎒ 미만, 일부 실시예들에서 20 ㎒ 미만, 일부 실시예들에서 15 ㎒ 미만, 또는 10 ㎒ 미만이다. 예를 들어, 주파수는 3 ㎒ 내지 20 ㎒, 또는 6 ㎒ 내지 12 ㎒이다. 일부 예들에서, 주파수는 약 8 ㎒이다.
실시예에서, 전압 공급기는 제2 전극의 전압보다 적게 변화하도록 제1 전극의 전압을 제어하도록 구성된다. 예에서, 이온 개질기 전극(126, 127)들 중 하나의 전압의 변화의 진폭(amplitude of the variation)은 다른 이온 개질기 전극의 변화의 진폭보다 작을 수 있다. 예를 들어, 전압 공급기(202)는 한쪽 전극의 전압이 일정한 한편 다른 전극이 변하도록 직류(DC) 기준 전압에 기초하여 이온 개질기 전극들 중 하나의 전압을 제어할 수 있다. 한 예에서, 전압 공급기는 각 변화가 사인파, 또는 구형파(square wave), 톱니형 또는 펄스의 트레인이도록 이온 개질기 전극(126, 127)들의 전압을 제어할 수 있으며, 한쪽 이온 개질기 전극에서의 전압의 변화의 진폭은 다른 이온 개질기 전극에서의 전압의 변화보다 작을 수 있다. 실시예들에서, 이온 개질기 전극들에 비대칭 전압을 인가하는 것은 분광계의 다른 구성요소들과 RF 전기장의 원치않는 결합을 감소시킬 수 있으며, 이러한 것은 분광계로부터 전자 방해의 원치않는 누설을 감소시킬 수 있다.
전압 공급기(202)는 선택된 위상차로 변하도록 2개의 이온 개질기 전극들을 제어할 수 있으며, 예를 들어 전압 컨트롤러는 하나의 전극의 양의 전극 편위(positive voltage excursion)가 다른 전극의 음의 전압 편위 동안 일어나도록 2개의 이온 개질기 전극(126, 127)들의 전압을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전압 공급기(202)는 반대 위상(anti-phase)으로 변하도록 2개의 이온 개질기 전극(126, 127)들의 전압을 제어할 수 있다. 2개의 전극들의 전압 편위는 동일한 진폭의 것일 수 있다.
일부 예들에서, 전압 공급기는 다른 이온 개질기 전극(126, 127)의 전압보다 빠르게 변하도록 이온 개질기 전극(126, 127)들 중 하나의 전압을 제어할 수 있다. 예를 들어, 이온 개질기 전극(126, 127)들 중 하나는 아마 DC 전압을 포함할 수 있는 기준 전극에 결합될 수 있는 한편, 다른 이온 개질기 전극은 RF 전압과 같은 교류 전압에 결합될 수 있다.
상기된 바와 같이, 드리프트 전극(120a, 120b)들은 이온들이 이온화기로부터 검출기를 향해 진행하도록 드리프트 챔버를 따라서 이온들을 움직이는 전압 프로파일을 제공할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 이온 개질기 전극(126)과 제2 이온 개질기 전극(127)은 이온들의 진행 방향으로 이격될 수 있다. 실시예에서, 전압 공급기는 드리프트 챔버(104)를 따르는 이온 개질기 전극(126, 127)들의 위치에 기초하여, 그리고 드리프트 전극(120a, 120b)들에 의해 제공되는 전압 프로파일에 기초하여 이온 개질기 전극(126, 127)들 중 적어도 하나의 전압을 제어하도록 구성된다. 실시예에서, 이온 개질기 전극들의 전압의 시간 평균은 전압 프로파일에 기초하여 선택된다. 실시예에서, 전압 공급기(202)는 이온 개질기 전극들 사이의 DC 전압 옵셋(DC voltage offset)을 제공한다. 이러한 DC 전압 옵셋은 이온 개질기 전극(126, 127)들 사이의 공간과 전압 프로파일에 기초할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이온 개질기 전극(126, 127)들은 각각 도체들의 그리드를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이온 개질기 전극(126, 127)들은 서로 평행할 수 있다. 실시예에서, 그리드들은 이온화기로부터 검출기를 향한 이온들의 진행 방향을 가로질러(예를 들어, 진행 방향에 대해 횡으로 또는 직각으로) 배열된다.
검출기를 향해 진행하는 이온들은 이온 개질기 전극(126)들 중 하나의 도체들 사이의 갭을 통하여, 이온들이 무선 주파수(RF) 전기장을 받을 수 있는, 이온 개질기 전극(126, 127)들 사이의 영역(129)으로 보내질 수 있다.
검출기(118)에 보다 밀접한 이온 개질기 전극(127)은 이 전극(127)의 도체들이 다른 이온 개질기 전극에 있는 갭들을 통해 진행하는 이온의 경로에 놓이도록 배열될 수 있다. 도 2의 삽입도(A)에서 상세히 도시된 바와 같이, 하나의 전극의 도체(127)들은 다른 전극(126)에 있는 갭들을 적어도 부분적으로 막을 수 있다. 이러한 것이 이온 개질기에 의하여 자이온들로 변환된 모이온들의 수를 증가시킬 수 있다는 것이 알려졌다. 전극(126)의 도체들은 전극(127)의 도체들에 평행한 것으로 도시된다. 실시예에서, 전극(126, 127)들은 평행한 평면들에 배열될 수 있지만, 2개의 전극(126, 127)들의 도체들은 서로로부터 각도적으로 옵셋될 수 있어서(예를 들어, 오정렬), 하나의 이온 개질기의 도체들은 다른 이온 개질기 전극에 있는 갭들을 통해 진행하는 이온의 경로에 놓인다. 실시예에서, 전극(126, 127)들은 평행한 평면들에 배열될 수 있지만, 2개의 전극(126, 127)들의 도체들이 이온들의 진행 방향에 대해 횡방향으로 서로로부터 측면으로 옵셋될 수 있어서, 하나의 개질기 전극(126)의 도체들은 다른 이온 개질기 전극(127)에 있는 갭들을 통해 진행하는 이온의 경로에 놓인다. 일부 실시예들에서, 이러한 특징들은 2개의 이온 개질기 전극(126, 127)들의 도체들이 측면으로 그리고 각도적으로 옵셋되도록 조합된다.
실시예에서, 분광계와 전압 공급기는 공통의 하우징에 수용될 수 있다.
실시예에서, 이온 개질기 전극(126, 127)들은 드리프트 챔버에 배치될 수 있다. 이온 개질기 전극은 게이트 전극으로부터 드리프트 챔버를 따라서 이격될 수 있다. 공간은 게이트 전극(106)으로부터 적어도 0.5 ㎜, 예를 들어 적어도 2 ㎜, 실시예에서 적어도 4 ㎜, 실시예에서 적어도 6 ㎜, 또는 적어도 7 ㎜일 수 있다. 실시예에서, 공간은 150 ㎜ 미만, 또는 100 ㎜ 미만, 예를 들어 50 ㎜ 미만일 수 있다.
전극(126, 127)들은 와이어 망사를 포함할 수 있다. 망사는 반복하는 정사각형 패턴으로 배열될 수 있는 도체들의 격자일 수 있다. 도체들은 적어도 10 ㎛, 예를 들어 30 ㎛ 미만의 두께를 가질 수 있다. 망사의 피치는 적어도 200 ㎛, 예를 들어 500 ㎛ 미만일 수 있다. 2개의 망사들은 적어도 0.1 ㎜, 예를 들어 적어도 0.15 ㎜, 예를 들어 0.4 ㎜ 미만, 예를 들어 0.3 ㎜ 미만까지 서로로부터 이격될 수 있다.
한 실시예에서, 가장 가까운 전극(126)은 게이트(106)로부터 7 ㎜의 드리프트 영역에 배열된다. 이 실시예에서, 이온 개질기 전극들 사이의 공간은 0.2 ㎜이며, 전극들은 정사각형 패턴을 가지는 망사를 포함한다. 이 실시예에서, 망사의 도체들은 21 ㎛의 두께를 가지며, 363 ㎛ 피치로 배열된다. 도체들은 와이어를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 장치의 작동의 제1 예가 도 3에 도시된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이온들을 개질하는 방법은 관심 샘플로부터 분광계의 이온화 챔버 내로 물질을 얻는 단계(300), 및 물질을 이온화하는 단계(302)를 포함한다. 게이트 전극은 그런 다음 이온화 챔버로부터 검출기를 향해 이온들이 움직이는 것을 허용하도록(306) 작동될 수 있다(304). 검출기를 향한 경로에서, 이온들은 이온 개질 영역을 통해 움직일 수 있다. 실시예에서, 도 3에 도시된 방법은 상기 영역을 적어도 2.5㎒의 주파수에 의해 변하는 시변 전기장을 받도록 하는 단계(308)를 포함한다. 이온들은 그런 다음 검출되어(310), 게이트로부터 검출기로 이온의 비산 시간에 기초하여 분석될 수 있다.
실시예에서, 방법은 상기 영역의 일측부에서의 전압보다 적게 변하도록 상기 영역의 상기 일측부에서 전압을 제어하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 상기 영역의 일측부에서의 전압은 상기 영역의 각각의 다른 측부에서의 전압보다 빠르게 변하도록 제어될 수 있다.
분광 분석에서, 이온 카운트(ion count)들은 플라즈마그램 상의 피크들에 의해 측정될 수 있으며, 피크 높이는 특정 시간에 검출기에 도달하는 이온들의 수의 지표일 수 있다. 이온 개질에 의해 생성된 이온들은 "자이온들"로서 명명될 수 있으며, 그로부터 자이온들이 생성되는 이온들은 "모이온들"로서 명명될 수 있다.
도 4는 시클로헥사놀의 모이온들과 관련된 피크 높이에 대한 개질된, 자이온들과 관련된 피크 높이의 비의 3개의 플롯(plot)들을 도시하는 그래프(400)를 도시한다.
도 4에 도시된 그래프(400)에서, x-축(402)은 도 1 및 도 2에 도시된 전극(126, 127)들과 같은 이온 개질기 전극들에 인가된 무선 주파수 전압 진폭을 나타낸다.
y-축(404)은 자이온들의 수 대 모이온들의 수의 비를 나타낸다.
그래프 상에 도시된 제1 곡선(406)은 RF 전압의 주파수가 1.9 ㎒인 RF 전압 진폭의 함수로서의 비를 도시한다. 그래프 상에 도시된 제2 곡선(408)은 RF 전압의 주파수가 2.5 ㎒인 RF 전압 진폭의 함수로서의 비를 도시한다. 그래프 상에 도시된 제3 곡선(410)은 RF 전압의 주파수가 2.8 ㎒인 RF 전압 진폭의 함수로서의 비를 도시한다.
주어진 RF 전압 진폭에서, RF 주파수가 높은 경우에, 생성된 자이온들의 수가 일관적으로 크고, 주파수를 2.5 ㎒로 증가시키는 것은 매우 뚜렷한 효과를 가지며, 2.8㎒로 증가시키는 것도 한층 더 그렇다는 것을 도 4에서 알 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 보다 높은 주파수 (RF)의 이러한 사용은 1.9㎒의 주파수와 비교하여 주어진 전압에서 비를 두배 이상으로 만든다. 본 발명의 맥락에서 예측될 수 있는 바와 같이, 이러한 것은 주어진 감도를 달성하도록 요구되는 전압을 감소시키는 것에 의해 상당한 효율성 이득을 제공할 수 있다.
1500 V의 RF 전압 진폭에서, 주파수가 1.9㎒이었을 때 자이온 피크 높이가 모이온의 피크 높이의 1.5배이었던 반면에, 주파수가 2.8㎒로 증가되었을 때, 단편 피크(fragment peak) 높이는 1500 V에서 모이온 피크 높이의 단편 피크 높이보다 3배 이상이었다는 것을 도 4로부터 알 수 있다.
이론에 의해 구애됨이 없이, 1.9㎒의 주파수에서, 이온이 RF 파장의 1/2에서 진행하는 거리가 2개의 개질기 전극(126, 127)들 사이의 거리와 비슷한 것으로 믿어진다. 그러므로, 이온들은, 주파수가 증가될 때 이온들이 겪는 만큼 RF의 많은 사이클을 겪지 못한다. 바꾸어 말하면, 이온이 1000 m/s의 속도를 가지면, 2㎒ 사이클의 1/2에서, 인가된 전압이 구형파이면 이온은 0.25 ㎜ 진행하거나, 또는 인가된 전압이 사인파이면 0.176 ㎜ 진행한다. 이온 개질기 전극들 사이의 갭이 0.25 ㎜ 또는 아마 그 미만이면, 단지 수 사이클 후에, 이온이 이온 개질기로부터 축출될 것이라는 것을 알 수 있다. 주파수가 예를 들어, 6 ㎒로, 또는 8 ㎒로 증가될 때, 사이클의 1/2에서 진행된 거리는 감소한다(예를 들어, 8㎒에서 0.044 ㎜가 된다). 그러므로, 이온은 개질기를 떠나기 전에 많은 사이클을 겪을 수 있으며, 파손 또는 일부 다른 분자 변질에 대한 결합(bond)이 일어나기에 충분히 높은 에너지로 충돌을 겪을 개연성이 증가될 수 있다.
일부 실시예들에서, 예를 들어 8 ㎒ 내지 10 ㎒의 한층 높은 주파수는 이온 개질기에서 이온 손실을 감소시킬 수 있으며, 다시 이론에 구애됨이 없이, 이러한 것은 이온들이 "귀환 불능 지점(point of no return)"에 도달하기 전에 이온 개질기 전극들의 도체들에 더욱 가까이 다가갈 수 있기 때문일 수 있다(이온들이 도체들 상으로 끌어당겨질 수 있는 경우에). 그러므로, 보다 적은 이온들은 와이어들을 타격하고, 그러므로 보다 많은 이온들이 감도를 더욱 증가시키는 개질기를 통한 여정을 견딘다.
도 5는 감도에서 이러한 증가를 예시하는 그래프(500)를 도시한다.
도 5에 도시된 그래프(500)에서, x-축(502)은 도 1 및 도 2에 도시된 전극(126, 127)들과 같은 이온 개질기 전극들에 인가된 무선 주파수 전압 진폭을 나타낸다. 이 예에서, 모이온들은 음 모드 반응 이온들로 구성된다.
y-축(504)은 이온 개질기 전극들이 x-축(502) 상에 나타난 전압에서 작동될 때의 피크 높이에 대해 이온 개질기 전극들이 작동되지 않을 때(턴 오프될 때)의 피크 높이를 비교하는 정상화된 피크 높이의 비를 나타낸다.
그래프 상에 도시된 제1 곡선(506)은 RF 주파수가 3 ㎒인 RF 전압 진폭의 함수로서 비를 도시한다. 그래프 상에 도시된 제2 곡선(508)은 RF 주파수가 10 ㎒인 RF 전압 진폭의 함수로서 비를 도시한다. 더욱 높은 주파수가 사용되는 경우에 이온 손실에서 상당한 감소가 있다는 것을 알 수 있으며, 이러한 것은 특히 높은 전압 진폭에 대해 적용된다.
도 4에서와 같이, 도 6 및 도 7은 각각 모이온들에 관련된 피크 높이에 대한 개질된, 자이온들과 관련된 피크 높이의 3개의 플롯들을 도시하는 그래프(600, 700)들을 도시한다. 도 4, 도 6 및 도 7에서, 동일한 도면부호들은 동일한 요소들을 지시하도록 사용된다.
도 6에 도시된 예(600)에서, 모이온들은 디이소프로필메틸포스네이트(DIMP)를 포함한다.
도 7에 도시된 예(700)에서, 모이온들은 아세톤을 포함한다.
본 발명의 맥락에서, RF 전기장은 이온을 개질하도록 에너지를 인가하는데 적절한 주파수 특징을 가지는 임의의 교류 전기장을 포함할 수 있다(예를 들어, 그 유효 온도를 상승시키도록 이온들에 에너지를 부과하는 것에 의해).
다른 예들과 변형들은 본 발명의 맥락에서 당업자에게 자명할 것이다.
본 발명의 양태들은 명세서에 설명된 방법 중 임의의 하나 이상을 수행하도록 프로세서를 프로그램하는 명령들을 저장하는, 예를 들어 유형의 비일시적 매체와 같은 컴퓨터 프로그램 제품, 및 컴퓨터 판독 가능 매체를 제공한다. 장치의 다른 수정 및 변형이 본 발명의 문맥에서 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (25)

  1. 이온 이동도 분광계로서,
    샘플을 이온화하기 위한 이온화기;
    상기 이온화기로부터 검출기를 향해 이온들이 진행할 수 있는 드리프트 챔버에 의해 상기 이온화기로부터 분리된 상기 검출기;
    상기 이온화기로부터 상기 드리프트 챔버로 이온들의 통행을 제어하기 위한 게이트;
    상기 이온화기와 상기 검출기 사이에 배열되고, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 이온 개질기; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의, 적어도 2.5㎒의 주파수를 가지는 시변 전압을 제공하도록 구성되는 전압 공급기를 포함하는 이온 이동도 분광계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이온화기는 상기 게이트에 의해 상기 드리프트 챔버로부터 분리되는 이온화 챔버에 배열되는 이온 이동도 분광계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이온 개질기는 상기 드리프트 챔버와 상기 이온화 챔버 중 하나에 배열되는 이온 이동도 분광계.
  4. 제3항에 있어서, 상기 드리프트 챔버를 따르고 상기 이온 개질기를 통하여 드리프트 가스의 유동을 제공하도록 배열된 드리프트 가스 입구 및 드리프트 가스 출구를 포함하는 이온 이동도 분광계.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압 공급기는 상기 제1 전극의 전압을 상기 제2 전극의 전압보다 낮게 변화시키도록 구성되는 이온 이동도 분광계.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압 공급기는 상기 제1 전극의 전압보다 빠르게 상기 제2 전극의 전압을 변화시키도록 구성되는 이온 이동도 분광계.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시변 전압은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 제공되는 동일한 진폭의 시변 전압을 포함하며, 상기 제2 전극에 제공되는 전압은 상기 제1 전극에 제공되는 전압의 반대 위상인 이온 이동도 분광계.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 이온들의 진행 방향으로 이격되고, 상기 전압 공급기는 상기 이온화기로부터 상기 검출기를 향해 이온들을 움직이는 전압 프로파일 및 상기 전압 프로파일을 따르는 상기 제1 전극의 위치에 따라서 선택된 전압으로 상기 제1 전극의 전압을 유지하도록 구성되는 이온 이동도 분광계.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 이온들의 진행 방향을 가로질러 배열되는 도체들을 포함하고, 상기 도체들 사이에는 이온들이 통과할 수 있는 갭들이 있으며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 다른 하나는 상기 갭들을 통해 진행하는 이온의 경로에서 진행 방향을 가로질러 배열되는 도체들을 포함하는 이온 이동도 분광계.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 망사를 포함하는 이온 이동도 분광계.
  11. 분광계로서,
    샘플을 이온화하기 위한 이온화기;
    상기 이온화기로부터 검출기를 향해 이온들이 진행할 수 있는 드리프트 챔버에 의해 상기 이온화기로부터 분리된 상기 검출기;
    상기 이온화기와 상기 검출기 사이에 배열되고, 이온들의 진행 방향으로 이격된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 이온 개질기; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 시변 전압을 제공하고 상기 제1 전극의 전압을 상기 제2 전극의 전압보다 낮게 변화시키도록 구성되는 전압 공급기를 포함하는 분광계.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전압 공급기는 상기 제1 전극의 전압보다 빠르게 상기 제2 전극의 전압을 변화시키도록 구성되는 분광계.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 전압 공급기는 선택된 전압으로 상기 제1 전극의 전압을 유지하도록 구성되는 분광계.
  14. 제13항에 있어서, 상기 선택된 전압은 상기 이온화기로부터 상기 검출기를 향해 이온들을 움직이는 전압 프로파일과 상기 전압 프로파일을 따르는 상기 제1 전극의 위치에 기초하여 선택되는 분광계.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전압 공급기는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 DC 전압차를 제공하도록 구성되고, 상기 DC 전압은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 전압 프로파일을 따르는 전압차에 대응하는 분광계.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시변 전압은 적어도 2.5 ㎒의 주파수 성분을 포함하는 분광계.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 이온들의 진행 방향을 가로질러 배열되는 도체들을 포함하고, 상기 도체들 사이에는 이온들이 통과할 수 있는 갭들이 있으며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 다른 하나는 상기 갭들을 통해 진행하는 이온의 경로에서 진행 방향을 가로질러 배열되는 도체들을 포함하는 분광계.
  18. 이온 이동도 분광계로서,
    샘플을 이온화하기 위한 이온화기;
    상기 이온화기로부터 검출기를 향해 이온들이 진행할 수 있는 드리프트 챔버에 의해 상기 이온화기로부터 분리된 상기 검출기;
    상기 이온화기와 상기 검출기 사이에 배열되고, 이온들의 진행 방향으로 이격된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 이온 개질기를 포함하며;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 이온들의 진행 방향을 가로질러 배열되는 도체들을 포함하고, 상기 도체들 사이에는 이온들이 통과할 수 있는 갭들이 있으며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 다른 하나는 상기 갭들을 통해 진행하는 이온의 경로에서 진행 방향을 가로질러 배열되는 도체들을 포함하는 이온 이동도 분광계.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 시변 전압을 제공하도록 구성되고 제2항 내지 제5항, 제12항 또는 제13항 중 어느 한 항에 따른 특징들을 가지는 전압 공급기를 포함하는 이온 이동도 분광계.
  20. 이온 이동도 분광계에서 이온들을 개질하는 방법으로서,
    이온들이 검출기를 향해 움직이는 것을 허용하도록 게이트 전극을 작동시키는 단계;
    상기 분광계에 있는 영역이 시변 전기장을 받도록 하는 단계를 포함하며,
    이온들이 상기 영역의 제1 측부로부터 상기 영역의 제2 측부로 상기 검출기를 향해 상기 영역을 통과하고, 상기 시변 전기장은 적어도 2.5㎒의 주파수에 의해 변하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 영역의 제1 측부 및 상기 영역의 제2 측부 중 다른 하나에서의 전압보다 적게 변하도록 상기 영역의 제1 측부 및 상기 영역의 제2 측부 중 하나에서의 전압을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 영역의 제1 측부 및 상기 영역의 제2 측부 중 다른 하나에서의 전압보다 빠르게 변하도록 상기 영역의 제1 측부 및 상기 영역의 제2 측부 중 하나에서의 전압을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 이온 이동도 분광계에서 이온들을 개질하는 방법으로서,
    이온들이 검출기를 향해 움직이는 것을 허용하는 단계; 및
    상기 분광계에 있는 적어도 하나의 영역이 시변 전기장을 받도록 하는 단계를 포함하며,
    이온들이 상기 영역의 제1 측부로부터 상기 영역의 제2 측부로 상기 검출기를 향해 상기 영역을 통과하며;
    상기 영역의 제1 측부 및 상기 영역의 제2 측부 중 다른 하나에서의 전압보다 적게 변하도록 상기 영역의 제1 측부 및 상기 영역의 제2 측부 중 하나에서의 전압을 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 영역의 제1 측부 및 상기 영역의 제2 측부 중 다른 하나에서의 전압보다 빠르게 변하도록 상기 영역의 제1 측부 및 상기 영역의 제2 측부 중 하나에서의 전압을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 시변 전기장은 적어도 2.5㎒의 주파수에 의해 변하는 성분을 포함하는 방법.
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