JPH0548576B2 - - Google Patents
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- JPH0548576B2 JPH0548576B2 JP59204960A JP20496084A JPH0548576B2 JP H0548576 B2 JPH0548576 B2 JP H0548576B2 JP 59204960 A JP59204960 A JP 59204960A JP 20496084 A JP20496084 A JP 20496084A JP H0548576 B2 JPH0548576 B2 JP H0548576B2
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- JP
- Japan
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- ion
- ions
- flight
- chamber
- flight section
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- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 5
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/004—Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn
- H01J49/0045—Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn characterised by the fragmentation or other specific reaction
- H01J49/005—Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn characterised by the fragmentation or other specific reaction by collision with gas, e.g. by introducing gas or by accelerating ions with an electric field
-
- 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
- H01J49/34—Dynamic spectrometers
- H01J49/40—Time-of-flight spectrometers
Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 産業上の利用分野
この発明は飛行時間型衝突解離質量分析装置に
関し、とくに飛行時間型質量分析装置と電場セク
タとを用いて衝突解離により質量分析をおこなう
飛行時間型衝突解離質量分析装置に関する。
関し、とくに飛行時間型質量分析装置と電場セク
タとを用いて衝突解離により質量分析をおこなう
飛行時間型衝突解離質量分析装置に関する。
(ロ) 従来技術
質量分析において有機化合物の分子量や分子構
造解析をおこなう場合、質量スペクトルの中にそ
の親イオンと娘イオンとが現われて、重要な分子
構造情報を与えるものである。しかしながら紙料
が混合物であつたり不純物が紙料に含まれている
場合には、混合物などのイオンもスペクトル中に
現われ、信頼できる分子構造を得る事が困難であ
る。
造解析をおこなう場合、質量スペクトルの中にそ
の親イオンと娘イオンとが現われて、重要な分子
構造情報を与えるものである。しかしながら紙料
が混合物であつたり不純物が紙料に含まれている
場合には、混合物などのイオンもスペクトル中に
現われ、信頼できる分子構造を得る事が困難であ
る。
そこでスペクトルに現われる特定のイオンの選
び、そのイオンをヘリウムなどの希ガスと衝突解
離させて得られるイオンから分子構造情報を得よ
うとする試みがなされている。(これを衝突解離
質量分析法という)実際には第4図A,Bに示す
ような2台の質量分析装置を直結したものや、二
重収束型の質量分析装置などにより質量分析がお
こなわれている。第4図A,Bにおいてaはイオ
ン化室、bは磁場セクタ、cは衝突室、dは電場
セクタ、eはイオン検出器である。
び、そのイオンをヘリウムなどの希ガスと衝突解
離させて得られるイオンから分子構造情報を得よ
うとする試みがなされている。(これを衝突解離
質量分析法という)実際には第4図A,Bに示す
ような2台の質量分析装置を直結したものや、二
重収束型の質量分析装置などにより質量分析がお
こなわれている。第4図A,Bにおいてaはイオ
ン化室、bは磁場セクタ、cは衝突室、dは電場
セクタ、eはイオン検出器である。
しかしながらこれらの質量分析装置において
は、磁場セクタbを用いているため通常高質量数
のイオンに対応するためには磁界を強くしたり、
イオン加速電圧を下げる必要があり、そのため磁
場セクタbが非常に大型になつたりイオン透過立
が低下するといつた不都合があつた。さらに磁場
セクタbでのイオンの選別は、磁界強度を走査し
てなされるため、イオンの全量を測定することが
できず、したがつて試料の量がおおくなる傾向に
あつた。
は、磁場セクタbを用いているため通常高質量数
のイオンに対応するためには磁界を強くしたり、
イオン加速電圧を下げる必要があり、そのため磁
場セクタbが非常に大型になつたりイオン透過立
が低下するといつた不都合があつた。さらに磁場
セクタbでのイオンの選別は、磁界強度を走査し
てなされるため、イオンの全量を測定することが
できず、したがつて試料の量がおおくなる傾向に
あつた。
(ハ) 目的
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、分析質量数域に制限がなく、高感度測定が可
能である飛行時間型衝突解離質量分析装置を提供
しようとするものである。
で、分析質量数域に制限がなく、高感度測定が可
能である飛行時間型衝突解離質量分析装置を提供
しようとするものである。
(ニ) 構成
そしてこの発明は、飛行時間型質量分析装置を
用いて衝突解離質量分析をおこなうよう構成さ
れ、そのさらに詳しい構成は、試料をイオン化す
るイオン化室と、一方端をそのイオン化室に相対
させるとともに一部に電圧印可時に内部を飛行す
るイオンをその運動エネルギーの差違によつて選
択するエネルギー選択手段の組み込まれたイオン
の第一飛行部と、第一飛行部のイオン化室側端部
近傍に設けられる第一引き出し電極とイオン化室
とに電気的に接続されるパルス電圧発生手段とで
構成されるイオンを等運動加速する第一イオン加
速手段と、第一飛行部その他方端に相対するよう
に設けられ上記エネルギー選択手段の非電圧印可
時に飛行イオンの至る第一検出器と、同じく第一
飛行部の他方端に第一飛行部の軸方向において偏
心する位置において相対するように設けられ内部
に希ガスが充填され上記エネルギー選択手段の電
圧印可時に飛行イオンの至る衝突室と、一方端で
その衝突室に相対するよう設けられるイオンの第
二飛行部と、衝突室と第二飛行部の衝突室側端部
近傍に設けられる第二引き出し電極と衝突室と第
二引き出し電極とに電気的に接続される直流電源
とで構成される第二イオン加速手段と、第二飛行
部の他方端に相対するように設けられ飛行イオン
の至る第二イオン検出器とからなることを特徴と
する飛行時間型衝突解離質量分析装置である。
用いて衝突解離質量分析をおこなうよう構成さ
れ、そのさらに詳しい構成は、試料をイオン化す
るイオン化室と、一方端をそのイオン化室に相対
させるとともに一部に電圧印可時に内部を飛行す
るイオンをその運動エネルギーの差違によつて選
択するエネルギー選択手段の組み込まれたイオン
の第一飛行部と、第一飛行部のイオン化室側端部
近傍に設けられる第一引き出し電極とイオン化室
とに電気的に接続されるパルス電圧発生手段とで
構成されるイオンを等運動加速する第一イオン加
速手段と、第一飛行部その他方端に相対するよう
に設けられ上記エネルギー選択手段の非電圧印可
時に飛行イオンの至る第一検出器と、同じく第一
飛行部の他方端に第一飛行部の軸方向において偏
心する位置において相対するように設けられ内部
に希ガスが充填され上記エネルギー選択手段の電
圧印可時に飛行イオンの至る衝突室と、一方端で
その衝突室に相対するよう設けられるイオンの第
二飛行部と、衝突室と第二飛行部の衝突室側端部
近傍に設けられる第二引き出し電極と衝突室と第
二引き出し電極とに電気的に接続される直流電源
とで構成される第二イオン加速手段と、第二飛行
部の他方端に相対するように設けられ飛行イオン
の至る第二イオン検出器とからなることを特徴と
する飛行時間型衝突解離質量分析装置である。
(ホ) 実施例
以下この発明の実施例を図面にて詳述するが、
この発明が以下の実施例に限定されるものではな
い。
この発明が以下の実施例に限定されるものではな
い。
第1図においてこの発明の2つの飛行時間型質
量分析装置を用いた実施例の構成について説明す
る。
量分析装置を用いた実施例の構成について説明す
る。
1は飛行時間型質量分析装置で、イオン化室
2、第一飛行部であるドリフト管3と、ドリフト
管3のイオン化室2側の端部近傍に設けられる第
一引き出し電極4と、イオン化室2と第一引き出
し電極4とに接続されるパルス電圧発生手段5
と、ドリフト管3の他方端に相対するように設け
られる第一イオン検出器6とで構成される。パル
ス電圧発生手段5は、観測すべき最小質量数のイ
オンがドリフト管3へ到達する時間より短かいパ
ルス幅のパルス電圧Voを発生させる。そしてパ
ルス電圧Voによりイオン化室2にて発生したイ
オンは、等運動量加速される。そして上記におい
て第一引き出し電極4とバルス電圧発生手段5が
第一イオン加速手段7である。8はエネルギー選
択手段である電場セクタで、イオンの持つ運動エ
ネルギの違いにより特定のイオンを選別し、選別
したイオンをヘリウムなどの希ガスが充満された
衝突室9へ放出する。10は間隙で飛行時間型質
量分析装置1の軸zと同軸上に設けられ、特定の
イオンを電場セクタ8を動作させない時に通過さ
せるために設けられるものである。
2、第一飛行部であるドリフト管3と、ドリフト
管3のイオン化室2側の端部近傍に設けられる第
一引き出し電極4と、イオン化室2と第一引き出
し電極4とに接続されるパルス電圧発生手段5
と、ドリフト管3の他方端に相対するように設け
られる第一イオン検出器6とで構成される。パル
ス電圧発生手段5は、観測すべき最小質量数のイ
オンがドリフト管3へ到達する時間より短かいパ
ルス幅のパルス電圧Voを発生させる。そしてパ
ルス電圧Voによりイオン化室2にて発生したイ
オンは、等運動量加速される。そして上記におい
て第一引き出し電極4とバルス電圧発生手段5が
第一イオン加速手段7である。8はエネルギー選
択手段である電場セクタで、イオンの持つ運動エ
ネルギの違いにより特定のイオンを選別し、選別
したイオンをヘリウムなどの希ガスが充満された
衝突室9へ放出する。10は間隙で飛行時間型質
量分析装置1の軸zと同軸上に設けられ、特定の
イオンを電場セクタ8を動作させない時に通過さ
せるために設けられるものである。
11はもう一つの飛行時間型質量分析装置で、
一方端がその衝突室8に相対するように設けられ
るイオンの第二飛行部であるドリフト管12と、
ドリフト管12の衝突室8側端部に設けられる第
2引き出し電極13と衝突室8と第2引き出し電
極13間に直流電圧を印可する直流電源14で構
成される第二イオン加速手段16と、ドリフト管
12の他方端に相対して設けられる第二イオン検
出器15とで構成される従来公知のものである。
一方端がその衝突室8に相対するように設けられ
るイオンの第二飛行部であるドリフト管12と、
ドリフト管12の衝突室8側端部に設けられる第
2引き出し電極13と衝突室8と第2引き出し電
極13間に直流電圧を印可する直流電源14で構
成される第二イオン加速手段16と、ドリフト管
12の他方端に相対して設けられる第二イオン検
出器15とで構成される従来公知のものである。
次に第2図もまじえて動作について説明する。
まず最初に等運動量加速について説明する。
イオン化室2と第一引き出し電極4との間に距
離をD、イオンの質量をm、イオンの飛行方向を
z、イオンの電荷量をe、パルス電圧発生装置手
段5が出力するパルス電圧Vを(t)とすると、この
イオンの運動方程式は、 md2z/dt2=eE(t)=e/DV(t)……(1−1
) ただしE(t)はパルス電圧をV(t)によつて発生す
る電界である。
離をD、イオンの質量をm、イオンの飛行方向を
z、イオンの電荷量をe、パルス電圧発生装置手
段5が出力するパルス電圧Vを(t)とすると、この
イオンの運動方程式は、 md2z/dt2=eE(t)=e/DV(t)……(1−1
) ただしE(t)はパルス電圧をV(t)によつて発生す
る電界である。
となる。そしてこのイオンの時刻tでの速度vは
v=dz/dt=e/mD∫t pV(t)dt ……(1−2)
となる。すなわちこのイオンが距離Dを飛行する
時間により短い時間のパルス幅Δtをもつパルス
電圧Voにて加速されると、速度vは v=e/mDVoΔt ……(1−3) となり、すべてのイオンにおいてイオンのもつ運
動量が等しくeVoΔt/Dになる事を示している。
さらに等運動加速されたイオンのもつ運動エネル
ギWは、 W=e2Vo2Δt2/2mD2 ……(1−4) となる。これは加速されたイオンのもつ運動エネ
ルギwがイオンの質量によつて異なることを示し
ている。したがつてドリフト管3を出たイオン
は、次式を満足する特定のイオンのみが電場セク
タ8を通過する。
時間により短い時間のパルス幅Δtをもつパルス
電圧Voにて加速されると、速度vは v=e/mDVoΔt ……(1−3) となり、すべてのイオンにおいてイオンのもつ運
動量が等しくeVoΔt/Dになる事を示している。
さらに等運動加速されたイオンのもつ運動エネル
ギWは、 W=e2Vo2Δt2/2mD2 ……(1−4) となる。これは加速されたイオンのもつ運動エネ
ルギwがイオンの質量によつて異なることを示し
ている。したがつてドリフト管3を出たイオン
は、次式を満足する特定のイオンのみが電場セク
タ8を通過する。
m=eVO2Δt2/ReE1D2 ……(1−5)
ただしReは電場セクタ8内のイオン軌跡の半
径、E1は電場セクタ8内の電界である。
径、E1は電場セクタ8内の電界である。
電場セクタ8で選択されたイオンは、その後に
配置された衝突室9にて希ガスと衝突して衝突解
離される。衝突解離にて得られる娘イオンの質量
をm1、その親イオンの質量をm0とすると、衝突
解離はm0→m1+(m0−m1)と表わせ、それぞれ
イオンの運動エネルギはそれぞれ Wo=1/2movo2 ……(1−6) W1=1/2m1vo2 ……(1−7) ただしVoは最初に質量moのイオンが加速され
た速度となる。つまり衝突解離されてもイオンの
速度は変化しないものである。したがつて飛行時
間型質量分析装置11においては、等エネルギ加
速をおこなう。この時親イオンと娘イオンとは、
それぞれ次式に示す速度にてドリフト管12内を
飛行したのち、第二イオン検出器15に達するも
のである。
配置された衝突室9にて希ガスと衝突して衝突解
離される。衝突解離にて得られる娘イオンの質量
をm1、その親イオンの質量をm0とすると、衝突
解離はm0→m1+(m0−m1)と表わせ、それぞれ
イオンの運動エネルギはそれぞれ Wo=1/2movo2 ……(1−6) W1=1/2m1vo2 ……(1−7) ただしVoは最初に質量moのイオンが加速され
た速度となる。つまり衝突解離されてもイオンの
速度は変化しないものである。したがつて飛行時
間型質量分析装置11においては、等エネルギ加
速をおこなう。この時親イオンと娘イオンとは、
それぞれ次式に示す速度にてドリフト管12内を
飛行したのち、第二イオン検出器15に達するも
のである。
ただしV2は飛行時間型質量分析装置11の加
速電圧 上式からわかるように、ドリフト管12内を飛
行する時間は、質量に依存するところとなり第二
イオン検出器15に達する時間からそれぞれの質
量の区別が可能となる。
速電圧 上式からわかるように、ドリフト管12内を飛
行する時間は、質量に依存するところとなり第二
イオン検出器15に達する時間からそれぞれの質
量の区別が可能となる。
ここで親イオンの電場セクタ8までの飛行時間
T1と、電場セクタ8内の飛行時間T2と、娘イオ
ンの飛行時間型質量分析装置11内の飛行時間
T3とを求めると、 T1=moDL1/eVoΔt ……(1−10) T2=Reα/vo=moDαRe/eVoΔt……(1−11
) ただしL1は第一引き出し電極4からの電場セ
クタ8までの距離、L2は第二引き出し電極13
から第にイオン検出器15までの距離、αは電場
セクタ8の入口と出口とのなす角度である。
T1と、電場セクタ8内の飛行時間T2と、娘イオ
ンの飛行時間型質量分析装置11内の飛行時間
T3とを求めると、 T1=moDL1/eVoΔt ……(1−10) T2=Reα/vo=moDαRe/eVoΔt……(1−11
) ただしL1は第一引き出し電極4からの電場セ
クタ8までの距離、L2は第二引き出し電極13
から第にイオン検出器15までの距離、αは電場
セクタ8の入口と出口とのなす角度である。
となる。
この飛行時間型衝突解離質量分析装置において
は、まず電場セクタ8を作動させずに、飛行時間
型質量分析装置1にて飛行時間(T1+T2)を測
定し親イオンの質量を求める。このとき、親イオ
ンは間隙10を通過し、電場セクタ8内のイオン
飛行時間距離と同一距離離れた位置に設けられる
第一イオン検出器6に達するものである。このと
き観測されるスペクトルS1を第2図に示す。そし
て娘イオンの質量は、電場セクタ8に親イオンが
通過するように電圧を印加し、第二イオン検出器
15にて飛行時間T3を測定して求める。この場
合に親イオンが完全に解離しない場合には、第二
イオン検出器15にて観測される最高質量イオン
すなわちもつとも飛行時間の長いイオンが親イオ
ンであるので、上記の娘イオンだけを単独で測定
する操作は不必要となる。このときに観測される
スペクトルS2を第2図に示す。
は、まず電場セクタ8を作動させずに、飛行時間
型質量分析装置1にて飛行時間(T1+T2)を測
定し親イオンの質量を求める。このとき、親イオ
ンは間隙10を通過し、電場セクタ8内のイオン
飛行時間距離と同一距離離れた位置に設けられる
第一イオン検出器6に達するものである。このと
き観測されるスペクトルS1を第2図に示す。そし
て娘イオンの質量は、電場セクタ8に親イオンが
通過するように電圧を印加し、第二イオン検出器
15にて飛行時間T3を測定して求める。この場
合に親イオンが完全に解離しない場合には、第二
イオン検出器15にて観測される最高質量イオン
すなわちもつとも飛行時間の長いイオンが親イオ
ンであるので、上記の娘イオンだけを単独で測定
する操作は不必要となる。このときに観測される
スペクトルS2を第2図に示す。
次にこの発明の他の実施例につい第3図に説明
する。
する。
この実施例では上記実施例のドリフト管3と電
場セクタ8を用いずに、かわりに偏向板16,1
6を用いたものである。すなわちイオン化室2の
イオンは、第一引き出し電極4とパルス電圧発生
手段5とで構成される第一イオン加速手段7にて
等運動量加速されたのち、偏向板16,16にて
形成される電界により特定のイオンが選択されて
衝突室9へ導かれるものである。ここで偏向板1
6,16と、電界を形成するために偏向板16,
16に接続される直流電源(図示しない)とがエ
ネルギ選択手段を構成する。そして衝突室9にて
衝突解離したイオンは、飛行時間型質量分析装置
11にて測定されるものである。
場セクタ8を用いずに、かわりに偏向板16,1
6を用いたものである。すなわちイオン化室2の
イオンは、第一引き出し電極4とパルス電圧発生
手段5とで構成される第一イオン加速手段7にて
等運動量加速されたのち、偏向板16,16にて
形成される電界により特定のイオンが選択されて
衝突室9へ導かれるものである。ここで偏向板1
6,16と、電界を形成するために偏向板16,
16に接続される直流電源(図示しない)とがエ
ネルギ選択手段を構成する。そして衝突室9にて
衝突解離したイオンは、飛行時間型質量分析装置
11にて測定されるものである。
(ハ) 効果
この発明によれば、飛行時間型質量分析装置と
電場セクタとを用いているため、磁場セクタによ
るものにある制約がないので、分析質量数域に制
限のない飛行時間型衝突解離質量分析装置が得ら
れる。またスリツトなどをもちいる必要がないた
め、イオン光学系が開放的であり高感度測定が可
能である。さらに走査の必要がない全量測定であ
るため、高速測定が可能で、しかも試料が微量で
よいものである。このことは高分子量有機化合物
などにおいて、試料が多量に得られない場合に特
に有効である。
電場セクタとを用いているため、磁場セクタによ
るものにある制約がないので、分析質量数域に制
限のない飛行時間型衝突解離質量分析装置が得ら
れる。またスリツトなどをもちいる必要がないた
め、イオン光学系が開放的であり高感度測定が可
能である。さらに走査の必要がない全量測定であ
るため、高速測定が可能で、しかも試料が微量で
よいものである。このことは高分子量有機化合物
などにおいて、試料が多量に得られない場合に特
に有効である。
第1図はこの発明の実施例構成略図、第2図は
実施例によつて観測されるスペクトル図、第3図
は他実施例の構成略図、第4図A,Bは2つの質
量分析装置を直結したものと、二重収束型質量分
析装置による従来例構成略図である。 2……イオン化室、3……ドリフト管(第一飛
行部)、6……第一イオン検出器、7……第一イ
オン加速手段、8……電場セクタ(エネルギ選択
手段)、9……衝突室、12……ドリフト管(第
二飛行部)、15……第二イオン検出器、17…
…第二イオン加速手段。
実施例によつて観測されるスペクトル図、第3図
は他実施例の構成略図、第4図A,Bは2つの質
量分析装置を直結したものと、二重収束型質量分
析装置による従来例構成略図である。 2……イオン化室、3……ドリフト管(第一飛
行部)、6……第一イオン検出器、7……第一イ
オン加速手段、8……電場セクタ(エネルギ選択
手段)、9……衝突室、12……ドリフト管(第
二飛行部)、15……第二イオン検出器、17…
…第二イオン加速手段。
Claims (1)
- 1 試料をイオン化するイオン化室と、一方端を
そのイオン化室に相対させるとともに一部に電圧
印可時に内部を飛行するイオンをその運動エネル
ギーの差違によつて選択するエネルギー選択手段
の組み込まれたイオンの第一飛行部と、第一飛行
部のイオン化室側端部近傍に設けられる第一引き
出し電極とイオン化室とに電気的に接続されるパ
ルス電圧発生手段とで構成されるイオンを等運動
加速する第一イオン加速手段と、第一飛行部その
他方端に相対するように設けられ上記エネルギー
選択手段の非電圧印可時に飛行イオンの至る第一
検出器と、同じく第一飛行部の他方端に第一飛行
部の軸方向において偏心する位置において相対す
るように設けられ内部に希ガスが充填され上記エ
ネルギー選択手段の電圧印可時に飛行イオンの至
る衝突室と、一方端でその衝突室に相対するよう
設けられるイオンの第二飛行部と、衝突室と第二
飛行部の衝突室側端部近傍に設けられる第二引き
出し電極と衝突室と第二引き出し電極とに電気的
に接続される直流電源とで構成される第二イオン
加速手段と、第二飛行部の他方端に相対するよう
に設けられ飛行イオンの至る第二イオン検出器と
からなることを特徴とする飛行時間型衝突解離質
量分析装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59204960A JPS6182652A (ja) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | 飛行時間型衝突解離質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59204960A JPS6182652A (ja) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | 飛行時間型衝突解離質量分析装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6182652A JPS6182652A (ja) | 1986-04-26 |
JPH0548576B2 true JPH0548576B2 (ja) | 1993-07-21 |
Family
ID=16499153
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59204960A Granted JPS6182652A (ja) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | 飛行時間型衝突解離質量分析装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6182652A (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1989006044A1 (en) * | 1987-12-24 | 1989-06-29 | Unisearch Limited | Mass spectrometer |
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US6933497B2 (en) * | 2002-12-20 | 2005-08-23 | Per Septive Biosystems, Inc. | Time-of-flight mass analyzer with multiple flight paths |
-
1984
- 1984-09-29 JP JP59204960A patent/JPS6182652A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6182652A (ja) | 1986-04-26 |
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