6.4.1 파이퍼 베큠의 이점 질량 분석기

파이퍼 베큠 이온 소스의 전위 곡선은 그림 6.20에 나와 있 습니다. 가열된 전자 방출 음극은 약 20V의 전위를 갖고 있 습니다. Wehnelt 전극은 일반적으로 음극의 양극에 연결되어 서 전자가 이온 소스의 접근 시 산란되는 것을 막아줍니다. 80V의 양극 전위 V 2 에 대한 효과적인 필라멘트는 전자를 형 성 영역으로 가속하고(100V), 거기서 전자는 들어오는 중성 기체 분자들을 이온화합니다. 이온들은 -150V의 전위 V 5 에서 구멍을 통하여 가속되었다가, 집속 전극에 의하여 V 3 = 80V 로 다시 감속됩니다. 주입 구멍은 이온이 매스 킬어에 들어가 기 전에 다시 한 번 이온을 가속하고, 약 15eV(형성 영역과 필드 축의 차이)의 에너지에서 필드 축 전위 V 4 = 85V로 감속 됩니다.

그림 6.20: 전기적으로 편향된 이온 소스의 전위 곡선

파이퍼 베큠 PrismaPlus 및 HiQuad 질량 분석기는 위에서 설명한 것처럼 전기적으로 편향된 이온 소스와 필드 축 기술 이 특징입니다.

전기적으로 편향된 이온 소스

많은 4중극자 질량 분석기에서 음극은 접지되어 있거나 음전 위를 갖기도 합니다. 음극(필라멘트)은 방출된 전자를 형성 영역(양극)으로 가속하고, 방출된 전자들은 그곳에서 중성 기 체 입자들을 이온화하고, 기체 입자들은 그 다음에 매스 필터 로 추출됩니다. 그러나 이런 필드 조건에서 전자들은 진공 상 태의 다른 표면에 접촉할 수도 있고, 그곳에서 EID(전자 충격 탈착) 이온을 생성합니다. 이것은 바람직하지 않은 배경 잡음 을 낳고 챔버에 고밀도 표면들이 있을 경우 필라멘트가 가압 될 때 상당향의 기체 탈착을 유발할 수 있습니다.

파이퍼 베큠 이온 소스는 양전위(약 100 – 150V)를 갖고 있습 니다. 여기서 방출된 전자는 더 낮은 전위(예: 접지)를 가진 모든 표면에서 거부되어 간섭하는 EID 이온의 생성을 피하 기 위하여 이런 표면에서 멀리 유지됩니다.

필드 축 기술

이온 소스에서 형성된 이온들은 높은 운동 에너지에서 매스 필터로 가속됩니다. 그 결과 이 이온들은 주변 또는 RF 프린 징 자장의 영향을 받을 수 없기 때문에 초기에 높은 에너지에 서 매스 필터 쪽으로 이동합니다. 이온을 4중극자 필드로 주 입하기 위한 이상적인 조건은 심지어 사전 필터의 사용을 요 구하는 다른 질량 분석기와 달리 사전 필터 없이 이런 방식으 로 도달됩니다. 매스 필터 자체는 필드 축 전압에 적절히 편 향되어 있으며, 이것은 필터로 들어갈 때 약 15eV의 운동 에 너지로 이온을 다시 감속합니다. 필드 축 전압이라 불리는 이 에너지와 이온 질량은 이온의 속도를 그 다음엔 매프 필터에 서의 비행 시간을 결정합니다. 따라서 유리한 주입 조건은 폭 넓은 질량 범위에 대하여 매스 필터를 통한 높은 이온 전송을 유발하며, 그래서 전체 시스템의 높은 감도를 보장합니다.

2차 전자 증배기의 직각 배열

파이퍼 베큠 질량 분석기의 추가 이점은 필터 축에 비해 90° 오프셋 되어 있는 2차 전자 증배기(SEM)의 배열입니다(90° 탈축 SEM, 그림 6.21 참조).

SEM이 매스 필터 위에서 축 방향으로 배열되어 있을 경우, 모든 충돌 입자들(중성 입자, 이온, 전자, 광자)은 2차 전자를 생성하여 배경 신호에 기여합니다. 이를 방지하기 위하여 필 터에서 배출되는 이온들은 90°로 변류되어 SEM의 첫 번째 다이노드로 가속됩니다. 중성 입자와 광자는 전기적 변류 유 닛에 의하여 변류되지 않으며, 전자는 이온보다 훨씬 더 크게 변류됩니다. 이것은 필터를 통과하도록 허용되는 거의 모든 이온들이 SEM에 부딪치고, 이것이 신호 대 소음 비를 더 크 게 한다는 것을 의미합니다.

극소수의 특별 모델과는 달리 모든 HiQuad 분석기엔 이 기 술이 장착되어 있습니다.

PrismaPlus에서는 축 방향 C-SEM이 전류 증폭기로 제공됩 니다. 이 경우에서도 매스 필터에서 배출되는 이온들은 C-SEM을 향하여 약간 변류되어 바람직하지 않은 입자들로 부터 분리됩니다.

그림 6.21: 90° 탈축 SEM

질량 판별

전환 다이노드에 부딪치는 가 이온에 대해 생성되는 2차 전 자의 수는 이온 질량, 에너지, 이온 유형(전자 또는 분자 이 온)에 따라 달라집니다. 전환률은 질량과 관계가 있습니다. 이 효과는 질량 판별이라 불리며, C-SEM을 사용할 때보다 개별 설계된 SEM을 사용할 때 더 작습니다. 질량 판별은 이 온이 전환 다이노드에 부딪치기 전에 이온을 높은 에너지로 가속하면 감소될 수 있습니다.

요약

사전 선택된 질량 해상도와 함께 폭 넓은 질량 범위에 대한 최대 가능 전송을 달성하기 위해서는 기계적으로 정밀한 필 터 뿐만 아니라 안정적인 RF 공급이 모두 필요합니다. SEM 의 “90° 탈축” 배열 뿐만 아니라 적절하게 선택된 필드 축 기 술을 가진 편향된 이온 소스는 신호 대 잡음 비를 크게 개선 합니다. SEM 또는 C-SEM의 질량 판별은 고전압이 적용되 는 전환 다이노드의 도움으로 감소될 수 있습니다.

4중극자 질량 분석기는 다음 속성을 가진 다른 설계와 다릅 니다.

• 소형 치수 및 경량
• 질량과 RF 전압 진폭 사이의 선형 관계
• 높은 감도
• 커다란 신호 대 잡음 비
• 높은 측정 속도와 반복률
• 폭 넓은 동적 범위(최대 10디케이드)
• 모든 장착 방향
• 자기장 간섭 없음

이런 이점이 있는 4중극자 질량 분석기는 가장 널리 사용되 는 질량 분석기가 되었습니다.