KR20020035009A - 이온 이동도 스펙트로미터 - Google Patents
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Abstract
이온 이동도 스펙트로미터 시스템이 이온 이동도 탐지기와, 탐지를 위해 소정의 가스 및 수증기의 시료를 이온 이동도 스펙트로미터에 의하여 흡인할 수 있는 이온 이동도 탐지용 가스/수증기 순환 시스템을 포함하는데, 이 순환 시스템은 이온 이동도 셀(12)과, 순환 시스템의 순환 가스/수증기의 건조 및/또는 정화 수단과, 순환 시스템 내의 가스/수증기를 순환시키는 순환 수단을 포함하고, 도펀트 소스와 순환 가스/수증기의 건조 및/또는 정화 수단은 결합되고, 이에 의하여 시스템의 물리적으로 분리되는 도펀트 소스에 대한 필요성은 제거된다. 도펀트 소스 물질은 순환 가스/수증기를 건조 및/또는 정화하기 위한 재료와 결합될 수 있다.
Description
이온 이동도 스펙트로미터(Ion Mobility Spectrometer; IMS)에서의 도펀트의 용도는 잘 알려져 있고, 이의 관련 원리는, 예를 들면 EP-A-219602의 도입부에 설명되어 있다.
도펀트 소스는 일반적으로 선택된 도펀트 물질을 수용하는 투과능이 있으며 이온 이동도 스펙트로미터 순환 시스템에 합체되는 밀봉된 컨테이너로 구성되는데, 상기 순환 시스템은 이온 이동도 셀과, 시브 팩(sieve pack)과 같은 상기 시스템의 재순환 가스의 건조 및 정화 수단과, 도펀트 소스와, 그리고 분석을 위하여 일반적으로는 공기에 실린 소정의 가스 및 수증기의 시료를 흡인하는 펌프를 포함한다.
본 발명은 가스 및 수증기 탐지용 이온 이동도 스펙트로미터에 관한 것으로, 보다 자세히 말하면 저농도의 미량 시약 증기 또는 증기들["도펀트(dopant)"]을 "도핑"하거나 첨가한, 예를 들면 소정의 가스 또는 수증기에 대한 시스템의 감도를 개선시키거나 간섭물(즉, 소정의 가스 및 수증기의 탐지를 방해하는 반응을 다른 방법으로 발생시킬 수 있는 것)의 배제 반응을 개선시키는 이온 이동도 스펙트로미터에 관한 것이다.
도 1은 폐쇄 루프 재순환 시스템을 채용한 종래의 이온 이동도 스펙트로미터의 단순화된 블록 다이어그램.
도 2는 도 1의 이온 이동도 스펙트로미터에서 원래의 한 쌍의 분자 시브 팩과 도펀트 소스를 한 쌍의 결합형 도펀트 분자 시브 팩(20, 22)으로 대체한 이온 이동도 스펙트로미터.
본 발명의 한가지 양태는 도펀트 물질이 분자 시브 재료와 물리적으로 결합되고, 이에 의해 시스템의 물리적으로 분리된 도펀트 소스에 대한 필요성이 제거되는 이온 이동도 스펙트로미터 시스템이다.
본 발명의 다른 양태는, 예를 들면 이온 이동도 스펙트로미터에 사용하기 위한 결합형 도펀트 소스/분자 시브로 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태는 분자 시브 재료를 도펀트 물질과 물리적 또는 화학적으로 결합시켜서 이온 이동도 스펙트로미터에 사용하기 위한 결합된 도펀트 및 분자 시브를 제공하는 방법이다.
본 발명은 분리형 도펀트 소스/분자 시브 팩을 채용하는 현재 기술에 비해 많은 이점을 제공한다.
예를 들면, 손에 들고 사용하거나 몸에 착용하는 이온 이동도 스펙트로미터에 있어서, 장치 하우징 내에 공간이 부족한데, 결합형 도펀트 소스/분자 시브를 사용하면 순환 시스템의 필요 공간이 감소하게 된다.
또한, 특히 소형 장치에 있어서, 분자 시브를 규칙적으로 변화시킬 필요가 있다. 단일의 팩에 결합형 도펀트 소스/시브를 마련함으로써, 순환 시스템 내에서 도펀트를 일정한 수준으로 유지하기 위해 바람직한 도펀트의 변화가 단일 조치로 동시에 제공된다.
현재 기술로는 이동도 스펙트로미터가 저온에서 작동하는 경우, 이온 이동도 스펙트로미터 순환 시스템과 관련된 도펀트 소스가 가열되어야 한다. 결합형 시브/도펀트 소스의 경우, 가열할 필요없이 저온의 순환 시스템 내에서 도펀트 수준을 유지할 수 있고, 이에 의해 상기 장치의 필요 공간 및 전력을 단순화시키고 감소시킬 수 있다는 것이 알려져 있다.
도펀트 물질과 시브 재료가 결합되면 소정의 시료에 대한 이온 이동도 스펙트로미터의 필요 수준의 감도 및/또는 간섭물 배제 반응이 제공된다는 것이 알려져 있다.
또한, 이온 이동도 스펙트로미터 순환 시스템 내에서 결합되는 도펀트 물질과 시브 재료를 사용하면, 가열하지 않고도 -30 내지 +50℃의 외부 온도 범위에 걸쳐 도펀트 성능을 개선시킨다는 것이 알려져 있다.
도펀트를 시브에 적용하면 수착(水着)이 향상되고, 따라서 생산품의 유효 수명이 감소할 것으로 예상되지만, 본 출원인은 실제로는 그것은 사실이 아니라는 것을 밝혀냈다.
도 1은 폐쇄 루프 재순환 시스템을 채용한 종래의 이온 이동도 스펙트로미터의 단순화된 블록 다이어그램을 도시하고 있는데, 상기 폐쇄 루프 재순환 시스템은펌프(10)와, 이온 이동도 셀(12)과, 대부분 공기인 재순환 시스템의 캐리어 가스를 건조시키기 위한 한 쌍의 분자 시브 팩(14, 16)과, 감도 향상 및/또는 간섭물 배제 반응을 위해 필요 수준의 도펀트를 제공하는 도펀트 소스(18)를 포함한다.
작동 시에, 소정의 가스 또는 수증기를 함유하는 외부 공기는 도시되지 않은 입구 시스템을 경유하여 순환 시스템 내로 흡입되어, 이온 이동도 셀(12)을 통과하는데, 이 이온 이동도 셀은 도시되지 않은 종래의 전자 계기와 관련하여 외부 시료 공기의 소정의 가스 또는 수증기의 존재 및/또는 양을 나타내는 전기적 출력을 제공한다.
도 2에는, 본래의 분자 시브 팩 쌍과 도펀트 소스를 한 쌍의 결합형 도펀트 분자 시브 팩(20, 22)으로 대체한 것을 제외하고는, 도 1에 도시된 것과 동일한 장치가 도시되어 있다. 시브는 알루미노 실리케이트(제올라이트)와 같은 어떤 표준 재료라도 좋다.
혼합된 시브 재료와 도펀트 물질의 필요한 결합은 밀봉된 용기에 건조된 분자 시브 재료를 정량의 도핑 물질과 함께 넣고 휘저어, 바람직하게는 이 혼합물을 약 12시간 동안 50℃에서 가열함으로써 이루어질 수 있다.
상기 물질과 재료의 결합은 더 낮은 온도 또는 높은 온도에서 달성될 수 있고, 적절하게 시간을 조정하여 결합시킬 수도 있다. 도펀트의 양호한 분포를 위해서는 혼합물을 휘젓는 것이 바람직하지만, 항상 가열해야 하는 것은 아니다.
또한, 결합 물질은 일정한 수준의 도펀트 물질을 함유하는 불활성 가스 흐름을 분자 시브 재료를 거쳐 통과시키고, 이 분자 시브 재료가 도펀트 물질을 흡수하게 함으로써 제조될 수도 있다.
분자 시브에 도펀트 물질이 흡착되는 메카니즘은 가역적이고 물리적인 흡착인데, 이는 소정 질량의 도펀트 물질이 소정의 온도에서 시브에 흡착되고, 이 시브에 대한 흡착된 도펀트 물질의 분압은 일정하다는 것을 의미한다.
이온 이동도 스펙트로미터 시스템에서는, 결합된 시브 재료와 도펀트 물질을 거치는 캐리어 가스의 흐름과 시스템으로부터의 캐리어 가스의 누출이 있는 경우, 흡착된 도펀트 물질은 시브 재료로부터 제거되게 된다.
폐쇄 재순환 시스템에서, 흡착된 도펀트 물질은 캐리어 가스 내로 방출되지만, 그 후 이 흡착된 시브 재료에서 대체되어, 시스템 내에서 연속적이고 일정한 수준의 도펀트를 유지한다.
예를 들면, 카르밤산 암모늄 도펀트(ammonium carbamate dopant)와 기공 크기가 13X(10A)인 분자 시브 재료와의 결합은 시브 재료에 대해 도펀트가 0.1 내지 5 중량% 사이의 비율로 이루어지고, 도 2에 도시된 바와 같은 이온 이동도 스펙트로미터에 사용된다. 도펀트에 따라서, 예를 들면 10% 이하의 다른 농도가 사용될 수 있다. 가장 바람직한 범위는 대체로 2 내지 5%이다. 예를 들면, 3A, 4A, 또는 5A와 같은 다른 크기의 기공도 사용될 수 있다.
연구용으로 선택된 3종의 타겟 화합물인, 즉 DMMP(0,0-디메틸 메탄 아인산염)(0,0-Dimethyl Methane Phosphonate), TEP(트리에틸 인산염)(Triethly Phosphate), DPM(디프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르)(Dipropylene Glycol Mono Methyl Ether)의 분광 반응은 소정의 결합된 도펀트/분자시브 물질을 사용하여 -30℃ 내지 +50℃의 범위에서 특히 일정하다.
다른 도핑용 화합물이 채용되어 필요한 범위의 도펀트 수준을 제공할 수 있도록 선택될 수 있다는 것은 명백할 것이다. 일실시예에 있어서, 도펀트는 바람직하게는 암모니아, 또는 CO2를 함유하는 암모니아다.
결합된 도펀트 물질과 시브 재료의 제조에 다른 흡수성 물질이 채용될 수도 있다.
전술한 시스템은 비교할만한 표준 투과성의 소스 및 시브 시스템보다 더 오래 지속되고, 더 긴 보존 수명을 갖는다는 것으로 밝혀졌다.
전술한 예는 결합형 도펀트/시브를 오직 시스템 내의 도펀트 소스로 채용하였지만, 표준 도펀트 소스에 추가하여 결합형 도펀트/시브를 기구 시스템에 사용하여, 다중 도핑 시스템을 제공하거나, 예를 들어 저온에서 표준 투과성 도펀트 소스를 유지하기 위한 추가적인 도핑을 제공한다. 예를 들면, 어떤 사람은 고분자량 도펀트를 저분자량 도펀트와 결합하여 사용하기를 원할 수도 있다. 이를 달성하는 방법은 매우 대형의 무거운 도펀트 소스를 마련하는 것이다.
Claims (13)
- 이온 이동도 탐지기와;소정의 가스 및 수증기 시료를 탐지용으로 흡인하는 이온 이동도 탐지기용 가스/수증기 순환 시스템;을 포함하며,상기 순환 시스템은 이온 이동도 셀과, 순환 시스템의 순환 가스/수증기의 건조 및/또는 정화 수단과, 도펀트 소스와, 순환 시스템의 가스/수증기를 순환시키는 순환 수단을 포함하고,상기 순환 가스/수증기의 건조 및/또는 정화 수단과 도펀트 소스가 결합되고, 이에 의해 시스템의 물리적으로 분리된 도펀트 소스의 필요성이 제거되는 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제1항에 있어서, 도펀트 소스 물질이 순환 가스/수증기를 건조 및/또는 정화하기 위한 재료와 물리적으로 결합하는 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제2항에 있어서, 상기 순환 가스/수증기를 건조 및/또는 정화하기 위한 재료는 분자 시브 재료인 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합된 도펀트 소스와 순환가스/수증기의 건조 및 정화 수단에 추가하여 하나 이상의 추가적인 도펀트 소스가 사용되는 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도펀트 물질은 카르밤산 암모늄이고, 분자 시브 재료는 기공 크기가 13X의 재료인 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제5항에 있어서, 상기 도펀트 물질과 분자 시브 재료는 이 분자 시브 재료에 대해 도펀트가 0.1 내지 0.5 중량 % 사이의 비율로 결합되는 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 결합된 도펀트 물질과 분자 시브 재료는 도펀트 물질 및 분자 시브 재료를 밀봉 용기에서 함께 가열하여 생성시키는 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 결합된 도펀트 물질과 분자 시브 재료는 일정한 수준의 도펀트 물질을 함유하는 불활성 가스 흐름이 분자 시브 재료를 거쳐서 통과하여, 이 분자 시브 재료가 도펀트 물질을 흡수함으로써 생성되는 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제1항에 있어서, 상기 결합된 도펀트 물질과 분자 시브 재료는 이들을 함께 휘저어 생성되는 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제1항에 있어서, 상기 분자 시브 재료는 기공의 크기가 13X, 3A, 4A, 또는 5A인 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제1항에 있어서, 상기 도펀트 물질은 암모니아 또는 CO2중의 암모니아인 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제1항에 있어서, 상기 도펀트 물질 및 분자 시브 재료는 이 분자 시브 재료에 대해 도펀트 물질이 2 내지 5 중량% 사이의 비율로 결합되는 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
- 제1항에 있어서, 상기 도펀트 물질 및 분자 시브 재료는 이 분자 시브 재료에 대해 도펀트 물질이 0.1 내지 10 중량%의 비율로 결합되는 것인 이온 이동도 스펙트로미터.
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