JPH0114665B2 - - Google Patents
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- JPH0114665B2 JPH0114665B2 JP56111147A JP11114781A JPH0114665B2 JP H0114665 B2 JPH0114665 B2 JP H0114665B2 JP 56111147 A JP56111147 A JP 56111147A JP 11114781 A JP11114781 A JP 11114781A JP H0114665 B2 JPH0114665 B2 JP H0114665B2
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- JP
- Japan
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- mass
- electric field
- voo
- moo
- ion
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/28—Static spectrometers
- H01J49/32—Static spectrometers using double focusing
- H01J49/326—Static spectrometers using double focusing with magnetic and electrostatic sectors of 90 degrees
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は衝突解離スペクトル法〔以下CID
(Collision Induced Dissociation)法と称する〕
あるいはメタステーブルイオンスペクトル〔以下
MI(Metastadle Lon)法と称する〕を行うため
の質量分析装置に関する。
(Collision Induced Dissociation)法と称する〕
あるいはメタステーブルイオンスペクトル〔以下
MI(Metastadle Lon)法と称する〕を行うため
の質量分析装置に関する。
CID法は試料イオンをイオン通路上に配置した
衝突室内で中性分子と衝突させることにより解離
させ、生じた娘イオンのスペクトルを取得するも
の、又MI法は衝突解離させずに試料イオン自身
の単分子分解反応によつて生ずる娘イオンのスペ
クトルを取得するものであり、何れも有機化合物
の構造解析あるいはフラグメンテーシヨンの研究
に有力な方法として発展して来た。
衝突室内で中性分子と衝突させることにより解離
させ、生じた娘イオンのスペクトルを取得するも
の、又MI法は衝突解離させずに試料イオン自身
の単分子分解反応によつて生ずる娘イオンのスペ
クトルを取得するものであり、何れも有機化合物
の構造解析あるいはフラグメンテーシヨンの研究
に有力な方法として発展して来た。
第1図はCID法及びMI法を実施するための代
表的な2つの装置例を示す。何れも二重収束質量
分析計を用いたものであり、1はイオン源、2は
電場、3は磁場、4はイオンコレクタ、5は衝突
室である。(a)は質量分析計を通常の逆配置即ち磁
場―電場の順で用い、磁場と電場の間に衝突室を
設けるものであり、(b)は質量分析計を正常配置で
用い、衝突室をイオン源と電場の間に設けるもの
である。2つの装置も衝突室5に衝突用のガス例
えばHeを供給した状態でCID法を、又供給しな
い状態でMI法を夫々行うことができる。
表的な2つの装置例を示す。何れも二重収束質量
分析計を用いたものであり、1はイオン源、2は
電場、3は磁場、4はイオンコレクタ、5は衝突
室である。(a)は質量分析計を通常の逆配置即ち磁
場―電場の順で用い、磁場と電場の間に衝突室を
設けるものであり、(b)は質量分析計を正常配置で
用い、衝突室をイオン源と電場の間に設けるもの
である。2つの装置も衝突室5に衝突用のガス例
えばHeを供給した状態でCID法を、又供給しな
い状態でMI法を夫々行うことができる。
(a)の装置では電場2を用いるため娘イオンの運
動エネルギーを精度良く測定することができる
が、イオンの解離の際内部エネルギーの一部が運
動エネルギーとして放出されたりするため運動エ
ネルギーに広がりがあり、そのため娘イオンの質
量分解能が十分でないという欠点がある。一方(b)
の装置では質量分析計の二重収束特性は保持され
るもので高い質量分解能が得られるが、逆にその
二重収束特性のため電場を通り抜けたあるエネル
ギー幅のイオンがすべてコレクタに収束してしま
うので、娘イオンのエネルギーについては測定精
度が極めて悪いという欠点があり、要するにどち
らの装置も一長一短があつて質量分解能とエネル
ギーの測定精度の両方共満足できる様な装置は実
現されていない。
動エネルギーを精度良く測定することができる
が、イオンの解離の際内部エネルギーの一部が運
動エネルギーとして放出されたりするため運動エ
ネルギーに広がりがあり、そのため娘イオンの質
量分解能が十分でないという欠点がある。一方(b)
の装置では質量分析計の二重収束特性は保持され
るもので高い質量分解能が得られるが、逆にその
二重収束特性のため電場を通り抜けたあるエネル
ギー幅のイオンがすべてコレクタに収束してしま
うので、娘イオンのエネルギーについては測定精
度が極めて悪いという欠点があり、要するにどち
らの装置も一長一短があつて質量分解能とエネル
ギーの測定精度の両方共満足できる様な装置は実
現されていない。
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、
衝突室に続けて電場と磁場が重畳された所謂重畳
場を有する質量分析計を設けることにより、質量
とエネルギーを共に精度良く測定することのでき
る質量分析装置を提供するものである。
衝突室に続けて電場と磁場が重畳された所謂重畳
場を有する質量分析計を設けることにより、質量
とエネルギーを共に精度良く測定することのでき
る質量分析装置を提供するものである。
第2図は本発明の一実施例を示す構成図、第3
図はそのA―A′断面図である。第2図において
イオン源1、電場2、磁場3は正常配置の二重収
束質量分析計を構成し、該分析計によるイオン収
束点位置に衝突室5が配置されている。そして該
衝突室5とコレクタ4との間に重畳場質量分析計
を配置することが本発明の特徴である。該重畳質
量分析計は紙面に垂直な方向の磁場を作成するた
めの磁場6,6′及び該磁極を励磁するための磁
場電源7、磁場と直交する方向のトロイダル電場
を作成するための1対の電極8,8′及び該電極
間に印加する電圧(電場電圧)を発生するための
電場電源9、上記トロイダル電場をはさむ様に磁
場6,6′間に設けられた松田プレーートと呼ば
れる補助電極10,10′及び該補助電極10,
10′に上記電場電圧と2乗関係にある電圧を印
加するための補正電源11から構成される。該重
畳場質量分析計の質量数掃引はイオン加速電圧及
び磁場強度固定で電場強度を掃引することにより
行われる。この様な電場掃引を行うと重畳場の焦
点距離が掃引に従つて変化し、コレクタ4へイオ
ンが収束しない様になつてしまうが、本実施例で
は松田プレートと呼ばれる補助電極10,10′
に電場電圧の2乗に対応した電圧を印加すること
によりトロイダル電場の定数Cを変化させて焦点
距離の変化を打消し、常にコレクタ4の位置へイ
オンが収束するように補正している。
図はそのA―A′断面図である。第2図において
イオン源1、電場2、磁場3は正常配置の二重収
束質量分析計を構成し、該分析計によるイオン収
束点位置に衝突室5が配置されている。そして該
衝突室5とコレクタ4との間に重畳場質量分析計
を配置することが本発明の特徴である。該重畳質
量分析計は紙面に垂直な方向の磁場を作成するた
めの磁場6,6′及び該磁極を励磁するための磁
場電源7、磁場と直交する方向のトロイダル電場
を作成するための1対の電極8,8′及び該電極
間に印加する電圧(電場電圧)を発生するための
電場電源9、上記トロイダル電場をはさむ様に磁
場6,6′間に設けられた松田プレーートと呼ば
れる補助電極10,10′及び該補助電極10,
10′に上記電場電圧と2乗関係にある電圧を印
加するための補正電源11から構成される。該重
畳場質量分析計の質量数掃引はイオン加速電圧及
び磁場強度固定で電場強度を掃引することにより
行われる。この様な電場掃引を行うと重畳場の焦
点距離が掃引に従つて変化し、コレクタ4へイオ
ンが収束しない様になつてしまうが、本実施例で
は松田プレートと呼ばれる補助電極10,10′
に電場電圧の2乗に対応した電圧を印加すること
によりトロイダル電場の定数Cを変化させて焦点
距離の変化を打消し、常にコレクタ4の位置へイ
オンが収束するように補正している。
本発明ではこの様な重畳場質量分析計を用いて
いるため、重畳場を構成する磁場の強度を2段階
に切換え、各段階において夫々電場掃引による質
量数掃引を行うことにより娘イオンの質量とエネ
ルギーを両方共正面に測定することができる。以
下この測定法について詳しく説明する。
いるため、重畳場を構成する磁場の強度を2段階
に切換え、各段階において夫々電場掃引による質
量数掃引を行うことにより娘イオンの質量とエネ
ルギーを両方共正面に測定することができる。以
下この測定法について詳しく説明する。
一般に第2図及び第3図に示される様な重畳場
質量分析計においては、検出されるイオンの質量
数をMとすると、Mは電極8,8′間の電場電圧
をVd、電場電圧=0のとき検出されるイオンの
質量数をMo、無限大の質量数を検出するための
電場電圧をVoとすると、 M=Mo/(1−Vd/Vo)2 …(1) と表わされ、電場電圧Vdを時間に比例させて増
加させた場合には、Mは第4図に示すように変化
する。従つて適宜な標準試料を用いて第4図の関
係を求めておけば(実際には(1)式におけるVoと
Moを求めることになる)、それをマススケール
として任意のVdに対応する質量数を知ることが
できる。この時注意しなければならないのは、一
旦マススケールを求めても加速電圧あるいは磁場
強度を変えた場合には、そのマススケールではか
つたのでは誤差が出てしまうことである。
質量分析計においては、検出されるイオンの質量
数をMとすると、Mは電極8,8′間の電場電圧
をVd、電場電圧=0のとき検出されるイオンの
質量数をMo、無限大の質量数を検出するための
電場電圧をVoとすると、 M=Mo/(1−Vd/Vo)2 …(1) と表わされ、電場電圧Vdを時間に比例させて増
加させた場合には、Mは第4図に示すように変化
する。従つて適宜な標準試料を用いて第4図の関
係を求めておけば(実際には(1)式におけるVoと
Moを求めることになる)、それをマススケール
として任意のVdに対応する質量数を知ることが
できる。この時注意しなければならないのは、一
旦マススケールを求めても加速電圧あるいは磁場
強度を変えた場合には、そのマススケールではか
つたのでは誤差が出てしまうことである。
以上のことを基礎知識として説明を行う。今電
場2、磁場3より成る二重収束質量分析計によつ
て質量数moの親イオンmo+が選択され、該イオ
ンが衝突室5へ入射してかなりの部分が質量数
m1の娘イオンm1 +と質量数mo−m1の中性粒子に
解離したとし、この娘イオンm1 +と解離されずに
残つた親イオンmo+を加速電圧Va、磁場強度H
=Ho(条件1)と、加速電圧Va、磁場強度H=
Ho′(条件2)の2つの条件で重畳場質量分析計
の電場掃引を各々1回行つて検出する場合につい
て考える。
場2、磁場3より成る二重収束質量分析計によつ
て質量数moの親イオンmo+が選択され、該イオ
ンが衝突室5へ入射してかなりの部分が質量数
m1の娘イオンm1 +と質量数mo−m1の中性粒子に
解離したとし、この娘イオンm1 +と解離されずに
残つた親イオンmo+を加速電圧Va、磁場強度H
=Ho(条件1)と、加速電圧Va、磁場強度H=
Ho′(条件2)の2つの条件で重畳場質量分析計
の電場掃引を各々1回行つて検出する場合につい
て考える。
先ず条件1では親イオンmo+の質量数moは(1)
式に従つて次式で表わされる。
式に従つて次式で表わされる。
mo=Moo/(1−Vdo/Voo)2 …(2)
ここでMoo,Vooは条件1(Va,Ho)でのマ
ススケールを表わす定数、Vdoは親イオンmo+が
検出される電場電圧である。又娘イオンm1 +の正
しい質量はm1であるが、m1 +は解離の際のエネ
ルギーのやりとりによりVaとは異つた加速電圧
Va′で加速されたのと等しい状態になり、これを
条件1のマススケール(Mo=Moo,Vo=Voo)
を用いて m1=Moo/(1−Vd1/Voo)2 …(3) に従つて求めたのでは先に述べた様に求めたm1
は単に見かけ上の値となり正しい値ではない。
m1 +の正しい質量m1は加速電圧Va′,H=Hoの
条件でのマススケールを(Mo=Mo1,Vo=
Vo1)とすれば下式で表わされる。
ススケールを表わす定数、Vdoは親イオンmo+が
検出される電場電圧である。又娘イオンm1 +の正
しい質量はm1であるが、m1 +は解離の際のエネ
ルギーのやりとりによりVaとは異つた加速電圧
Va′で加速されたのと等しい状態になり、これを
条件1のマススケール(Mo=Moo,Vo=Voo)
を用いて m1=Moo/(1−Vd1/Voo)2 …(3) に従つて求めたのでは先に述べた様に求めたm1
は単に見かけ上の値となり正しい値ではない。
m1 +の正しい質量m1は加速電圧Va′,H=Hoの
条件でのマススケールを(Mo=Mo1,Vo=
Vo1)とすれば下式で表わされる。
m1=Mo1/(1−Vd1/Vo1)2 …(4)
ここでVd1はm1 +が検出される電場電圧、Mo1,
Vo1は Va′/Va=m1/mo=K …(5) と置いた時、 Mo1=Moo/K …(6) Vo1=K Voo …(7) で夫々表わされる。しかし解離の際のエネルギー
か不明であるからMo1,Vo1はわからないので
(4),(5),(6),(7)式によりMo1,Vo1を除くと m1/K=mo=Moo/K2(1−Vd1/KVoo)2…(8) が得られ、これが(2)式に等しいので更に下式が得
られる。
Vo1は Va′/Va=m1/mo=K …(5) と置いた時、 Mo1=Moo/K …(6) Vo1=K Voo …(7) で夫々表わされる。しかし解離の際のエネルギー
か不明であるからMo1,Vo1はわからないので
(4),(5),(6),(7)式によりMo1,Vo1を除くと m1/K=mo=Moo/K2(1−Vd1/KVoo)2…(8) が得られ、これが(2)式に等しいので更に下式が得
られる。
Vd1/Voo=(K−1)+Vdo/Voo …(9)
一方加速電圧Va,H=Ho′の条件2では親イ
オンmo+の質量数moは条件1と全く同様に下式
で表わされる。
オンmo+の質量数moは条件1と全く同様に下式
で表わされる。
mo=Moo′/(1−Vdo′/Voo′)2 …(10)
ここでMoo′,Voo′は条件2(Va,Ho′)でマ
ススケールを表わす定数で、Ho′/Ho=Aとした時 Moo′=A2Moo …(11) Voo′=Voo …(12) で表わされる。又Vdo′はmo+が検出される電場
電圧である。従つて(10)式に(11),(12)式に代入して
Moo′,Voo′を消去すれば下式が得られる。
ススケールを表わす定数で、Ho′/Ho=Aとした時 Moo′=A2Moo …(11) Voo′=Voo …(12) で表わされる。又Vdo′はmo+が検出される電場
電圧である。従つて(10)式に(11),(12)式に代入して
Moo′,Voo′を消去すれば下式が得られる。
mo=A2Moo/(1−Vdo′/Voo)2 …(10)′
そしてm1 +の正しい質量m1は条件1と同様に
加速電圧Va′,H=Ho′の条件でのマススケール
(Mo=Mo1′,Vo=Vo1′)で下式に従つて求めら
れる。
加速電圧Va′,H=Ho′の条件でのマススケール
(Mo=Mo1′,Vo=Vo1′)で下式に従つて求めら
れる。
m1=Mo1′/(1−Vd1′/Vo1′)2 …(13)
ここでMo1′,Vo1′は(6),(7)式と同様に
Mo1′=Moo′/K …(14)
Vo1′=KVoo …(15)
で表わされる。従つて(5),(13),(14),(15)式
より条件1と同様にMo1,′Vo1′を消去すれば(8)
式に対応する下式が得られる。
より条件1と同様にMo1,′Vo1′を消去すれば(8)
式に対応する下式が得られる。
m1/K=mo=A2Moo/K2(1−Vd1′/KVoo)2
…(16)
これが(10)′式に等しいので条件1の(9)式に対応
した下式が得られる。
した下式が得られる。
Vd1/Voo=(K−1)+Vdo′/Voo …(17)
ここで条件1の場合も条件2の場合もmoは変
わらない筈であるから(2)式を(10)′式を等しいと置
けば下式が得られる。
わらない筈であるから(2)式を(10)′式を等しいと置
けば下式が得られる。
Vdo′/Voo=A(Vdo/Voo−1)+1…(18)
従つて(9),(18)式を用いて(17)式から
Vdo′/Vooを消去すれば下式が得られる。
Vdo′/Vooを消去すれば下式が得られる。
Vd1′/Voo=K(1−A)+AVd1/Voo …(19)
ところで条件2における娘イオンm1 +のピーク
を条件1のマススケールで測定した時の見かけの
質量をMx1とすると、Mx1は Mx1=Moo/(1−Vd1′/Voo)2 …(20) で表わされる。そこで(20)式に(19)式を代入
すると下式が得られる。
を条件1のマススケールで測定した時の見かけの
質量をMx1とすると、Mx1は Mx1=Moo/(1−Vd1′/Voo)2 …(20) で表わされる。そこで(20)式に(19)式を代入
すると下式が得られる。
Mx1=Moo/{1−(1−A)K−AVd1/Voo}2
…(21)
(21)式を見ればわかる様に(20)式から
Vd1′が消えており、これは一旦条件1でマスス
ケールを決めておき、条件2においてこのマスス
ケールを用いて任意の娘イオンを測定した時に、
その娘イオンの見かけの質量Mx1が(21)式で与
えられることを意味している。(21)式における
Mx1,Moo,Voo,Vd1は求められるので、従つ
て残るAが求められればKが判明することにな
り、(8)式即ち m1=Moo/K(1−Vd1/KVoo)2 に従つてm1を求めることができる。
Vd1′が消えており、これは一旦条件1でマスス
ケールを決めておき、条件2においてこのマスス
ケールを用いて任意の娘イオンを測定した時に、
その娘イオンの見かけの質量Mx1が(21)式で与
えられることを意味している。(21)式における
Mx1,Moo,Voo,Vd1は求められるので、従つ
て残るAが求められればKが判明することにな
り、(8)式即ち m1=Moo/K(1−Vd1/KVoo)2 に従つてm1を求めることができる。
ところでAの値は以下の様にして条件1のマス
スケールのみを使用して求めることができる。即
ち条件2における親イオンmo+の質量moを条件
1におけるマススケール(Moo,Voo)を用い
て測つた見かけ上の質量をMxoとすればMxoは
下式で表わされる。
スケールのみを使用して求めることができる。即
ち条件2における親イオンmo+の質量moを条件
1におけるマススケール(Moo,Voo)を用い
て測つた見かけ上の質量をMxoとすればMxoは
下式で表わされる。
Mxo=Moo/(1−Vdo′/Voo)2 …(22)
そこで(10)式を(22)式で割ると下式が得られ
る。
る。
mo/Mxo=A2 …(23)
(23)式においてmoは条件1において(2)式に
従つて(Moo,Voo)のマススケールを用いて
正確に求めることができ、又Mxoも条件2にお
いて同じく親イオンを同じくマススケールを用い
て測つた見かけの質量であるからこれも求めるこ
とができる。従つてAの値も正確に求められ、先
に述べた様に該Aの値を用いてKが判明し、更に
該Kの値を用いてm1の値が求められることにな
る。この様に条件1で決めた1つのマススケール
を用い、条件1で親イオンの質量moを測定する
と共に娘イオンが検出される電場電圧Vd1を測定
し、更に条件2で親イオンの見かけの質量Mxo
と娘イオンの見かけ質量Mx1を測定すれば(23)
式によつてAが、(21)式によつてKが、更に(8)
式によつてm1が求められることになる。
従つて(Moo,Voo)のマススケールを用いて
正確に求めることができ、又Mxoも条件2にお
いて同じく親イオンを同じくマススケールを用い
て測つた見かけの質量であるからこれも求めるこ
とができる。従つてAの値も正確に求められ、先
に述べた様に該Aの値を用いてKが判明し、更に
該Kの値を用いてm1の値が求められることにな
る。この様に条件1で決めた1つのマススケール
を用い、条件1で親イオンの質量moを測定する
と共に娘イオンが検出される電場電圧Vd1を測定
し、更に条件2で親イオンの見かけの質量Mxo
と娘イオンの見かけ質量Mx1を測定すれば(23)
式によつてAが、(21)式によつてKが、更に(8)
式によつてm1が求められることになる。
そしてm1が上記の様に正確に求められれば、
該m1とK(=Va′/Va)とを用いて娘イオンの持つエ ネルギーも容易に計算できる。
該m1とK(=Va′/Va)とを用いて娘イオンの持つエ ネルギーも容易に計算できる。
尚条件2でHo′=0とすればA=0となるので
演算を簡単に行うことができる。又衝突室の前段
に用いる質量分析計は上記例の様に二重収束型で
ある必要はなく、どんな型の質量分析計を用いて
も良いことは言うまでもない。
演算を簡単に行うことができる。又衝突室の前段
に用いる質量分析計は上記例の様に二重収束型で
ある必要はなく、どんな型の質量分析計を用いて
も良いことは言うまでもない。
以上詳述した如く本発明によれば娘イオンを分
析する場として重畳場を用いているため、娘イオ
ンの質量とエネルギーを両方共正確に測定するこ
とができる。
析する場として重畳場を用いているため、娘イオ
ンの質量とエネルギーを両方共正確に測定するこ
とができる。
第1図は従来の装置を示す図。第2図は本発明
の一実施例の構成を示す図、第3図はそのA―
A′断面図、第4図はVdとMの関係を示す図であ
る。 1:イオン源、2:電場、3:磁場、4:イオ
ンコレクタ、5:衝突室、6,6′:磁極、7:
磁場電源、8,8′:電極、9:電場電源、10,
10′:補助電極、11:電源。
の一実施例の構成を示す図、第3図はそのA―
A′断面図、第4図はVdとMの関係を示す図であ
る。 1:イオン源、2:電場、3:磁場、4:イオ
ンコレクタ、5:衝突室、6,6′:磁極、7:
磁場電源、8,8′:電極、9:電場電源、10,
10′:補助電極、11:電源。
Claims (1)
- 1 イオン源と、該イオン源から発生したイオン
が導入される質量分析計と、該質量分析計による
イオンの収束位置に配置された衝突室と、該衝突
室から取出されたイオンが導入される重畳場質量
分析計とを備えたことを特徴とする質量分析装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56111147A JPS5825057A (ja) | 1981-07-16 | 1981-07-16 | 質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56111147A JPS5825057A (ja) | 1981-07-16 | 1981-07-16 | 質量分析装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5825057A JPS5825057A (ja) | 1983-02-15 |
JPH0114665B2 true JPH0114665B2 (ja) | 1989-03-13 |
Family
ID=14553644
Family Applications (1)
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JP56111147A Granted JPS5825057A (ja) | 1981-07-16 | 1981-07-16 | 質量分析装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JPS5825057A (ja) |
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- 1981-07-16 JP JP56111147A patent/JPS5825057A/ja active Granted
Also Published As
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JPS5825057A (ja) | 1983-02-15 |
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