WO2017056182A1 - イオン源用液体試料導入システム及び分析システム - Google Patents

イオン源用液体試料導入システム及び分析システム Download PDF

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liquid
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一真 前田
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株式会社島津製作所
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    • H01J49/165—Electrospray ionisation

Definitions

  • the present invention relates to a liquid sample introduction system for an ion source used for introducing a liquid sample into an ion source of an ion analyzer such as a mass spectrometer.
  • the mass spectrometer includes an ion source that ionizes components in the liquid sample, and a mass analyzer that separates and detects the ionized components according to the mass-to-charge ratio.
  • an ion source for example, an ESI source or an APCI source
  • the liquid sample is sent to an ionization probe, and an atomization promoting gas (nebulizer gas or dry gas) is added to the liquid sample flowing out from the tip of the ionization probe. (Also called) to ionize the liquid sample.
  • a liquid sample introduction system described in Patent Document 1 is used.
  • a liquid supply gas is supplied to a space above the liquid level inside a sealed container (liquid sample container) containing a liquid sample, and the pressure in the liquid sample container The liquid sample is sent to the ionization probe of the ion source.
  • the mass spectrometer has been described as an example, but the ion mobility analyzer that generates and analyzes ions from a liquid sample has the same problem.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a liquid sample introduction system for an ion source that can ionize a liquid sample at low cost.
  • a liquid sample introduction system for an ion source that ionizes a liquid sample by spraying an atomization promoting gas, One end is connected in the middle of the flow path of the atomization promoting gas to the ion source and the other end is higher than the liquid level inside the liquid sample container.
  • a liquid sample introduction system for an ion source is proposed.
  • a liquid supply gas flow path is connected in the middle of the flow path of the atomization promoting gas to the ion source.
  • a part of the atomization promoting gas is introduced into the liquid sample container, and the liquid sample in the liquid sample container is sent to the ionization probe of the ion source by the pressure of the atomization promoting gas. That is, the atomization promoting gas used in the ion source is also used as the liquid feeding gas. Therefore, it is not necessary to add a supply source of liquid supply gas for supplying the liquid sample to the ion source, and the liquid sample can be ionized at low cost.
  • the present invention is to ionize a liquid sample by sending the liquid sample to an ionization probe of an ion source and spraying an atomization promoting gas on the liquid sample flowing out from the tip of the ionization probe.
  • a liquid sample introduction system for an ion source a) a liquid sample container that is a sealed container for storing a liquid sample; and b) one end connected in the middle of the flow path of the atomization promoting gas to the ion source, and the other end is a liquid level inside the liquid sample container.
  • a liquid-feeding gas channel connected to the upper side, c) One end of the liquid sample container is connected below the liquid level inside the sample container, and the other end is connected to the ionization probe.
  • a flow path switching unit disposed in the middle of the sample liquid supply channel, wherein the flow path switching unit switches between a communication state and a closed state of the sample liquid flow channel.
  • the liquid sample introduction system for an ion source according to the present invention is the same as the liquid sample introduction system for an ion source proposed in the previous application, in which the flow path switching unit is disposed in the middle of the sample liquid flow path.
  • the communication state and the closed state can be switched.
  • the liquid sample introduction system for an ion source according to the present invention since the liquid sample can be sent to the ionization probe in the communication state and the liquid sample can be stopped in the closed state, atomization is promoted to the ion source. Even if the gas is continuously supplied, the liquid sample is not consumed more than necessary.
  • a dry gas may be used in addition to the atomization promoting gas.
  • the dry gas for liquid sample transfer.
  • it will be limited to what uses a dry gas.
  • the atomization promoting gas widely used regardless of the type of the liquid sample is used. It can be applied to samples and ionization sources.
  • liquid sample introduction system for an ion source it is preferable that a liquid supply gas pressure adjusting unit for adjusting the pressure of gas flowing through the liquid supply gas flow path is provided.
  • the pressure of the liquid supply gas is adjusted independently of the pressure of the atomization promoting gas supplied to the ion source, and the liquid supply to the ion source is performed.
  • the amount of liquid sample to be changed can be changed.
  • a plurality of the liquid sample containers are provided,
  • the other end side of the liquid-feed gas channel is branched into a plurality of liquid-feed gas sub-channels, each connected above the liquid level inside the liquid sample container,
  • the one end side of the sample liquid supply channel is branched into a plurality of sample liquid supply subchannels each connected below the liquid level inside the liquid sample container,
  • the flow path switching unit is a flow path switching valve that has one main port and a plurality of sub ports that are selectively connected to the main port, and is disposed at a branch point of the sample liquid feeding sub flow path.
  • one of the plurality of sub-ports can be opened to atmospheric pressure, and the plurality of sample liquid feeding sub-channels can be connected to the other sub-ports.
  • liquid sample introduction system for an ion source of this aspect, a plurality of liquid samples can be alternatively introduced into the ion source liquid supply flow path using only one flow path switching valve.
  • the liquid sample introduction system for an ion source By using the liquid sample introduction system for an ion source according to the present invention, the liquid sample can be introduced into the ion source and ionized at a low cost. Even if the atomization promoting gas is continuously supplied to the ion source, the liquid sample is not consumed more than necessary.
  • 1 shows a configuration example of a liquid sample introduction system for an ion source according to the present invention.
  • An example of the analysis conditions set in a present Example. 4 is another configuration example of a liquid sample introduction system for an ion source according to the present invention.
  • the liquid sample introduction system for an ion source according to the present embodiment has various components in the analysis liquid sample eluted from the liquid chromatograph 80 in the time-of-flight mass spectrometer (hereinafter also referred to as “TOF-MS”) shown in FIG. Is used to introduce a standard liquid sample for mass calibration.
  • TOF-MS time-of-flight mass spectrometer
  • the liquid sample introduction system for the ion source having the same configuration as that of this example is not limited to other mass analyzers or ion analyzers (ion mobility analysis). It can also be used in devices and the like.
  • control unit 90 Each part of the liquid chromatograph 80, the ion source liquid sample introduction system, and the TOF-MS is controlled by the control unit 90.
  • the control unit 90 includes an analysis condition setting unit 92 and an analysis execution unit 93 as functional blocks.
  • the entity of the control unit 90 is a computer in which necessary software is installed, and an input unit 94 and a display unit 95 are connected to each other.
  • the analysis condition setting unit 92 sets analysis conditions based on an input by the user, creates an analysis execution file, and stores the analysis execution file in the storage unit 91.
  • the analysis execution unit 93 operates various components in the analysis liquid sample by operating the liquid chromatograph 80, the ion source liquid sample introduction system, and the TOF-MS based on the analysis execution file in accordance with an instruction from the user. Perform analysis.
  • the TOF-MS has an ionization chamber 10 that is maintained in an atmospheric pressure atmosphere and an analysis chamber 129 that is evacuated by a vacuum pump (not shown) and is maintained at a high vacuum.
  • a first intermediate chamber 124 and a second intermediate vacuum chamber 127 are provided.
  • the ionization chamber 10 and the first stage intermediate vacuum chamber 124 communicate with each other via a small-sized solvent removal tube 11, and the first stage intermediate vacuum chamber 124 and the second stage intermediate vacuum chamber 127 are the tops of the conical skimmer 126. Communicating through a small-diameter orifice drilled in.
  • ions are once trapped and accumulated by a quadrupole electric field formed by a high frequency voltage applied to each electrode from a power source (not shown).
  • Various ions accumulated in the ion trap 130 are given kinetic energy all at a predetermined timing, and are emitted from the ion trap 130 toward a time-of-flight mass separator (TOF) 131 as a mass separator.
  • the TOF 131 includes a reflectron electrode 132 to which a DC voltage is applied from a direct power source (not shown), and ions are folded back by the action of a DC electric field formed thereby and reach the ion detector 133.
  • the ions having a smaller mass to charge ratio fly faster and reach the ion detector 133 with a time difference corresponding to the magnitude of the mass to charge ratio.
  • the ion detector 133 outputs a current corresponding to the number of reached ions as a detection signal.
  • An output signal from the ion detector 133 is stored in the storage unit 91 of the control unit 90 described later.
  • the ion source liquid sample introduction system of the present embodiment introduces and ionizes the standard liquid sample for mass calibration into the ionization chamber 10 of the TOF-MS together with the liquid sample eluted from the column of the liquid chromatograph 80.
  • the system includes five types of standard liquid samples a to e in which components that generate a plurality of ions having different mass-to-charge ratios are dissolved, and are stored in liquid sample containers 70a to 70e, respectively.
  • the ESI probe 30 disposed in the ionization chamber 10 is provided with a nebulizer gas passage 41 connected to a nitrogen gas cylinder (atomization gas source) 40.
  • the nebulizer gas channel 41 is provided with a valve 42 and a branching portion 43 in order from the side closer to the nitrogen gas cylinder 40, and the liquid feeding gas channel 50 is connected to the branching portion 43.
  • a regulator 51 and a branching part 52 are provided in the liquid feeding gas channel 50, and a relief channel 54 connected to the relief valve 53 is connected to the branching part 52.
  • the liquid feed gas channel 50 is branched into five liquid feed gas sub-channels 50a to 50e.
  • the ends of the liquid feeding gas sub-channels 50a to 50e are connected to the space above the liquid level in the containers (liquid sample containers) 70a to 70e in which standard liquid samples are stored.
  • an air release flow path 56 connected to the air release valve 55 is provided in parallel with each of the liquid feed gas sub flow paths 50a to 50e.
  • the ESI probe 30 is connected to the sample liquid feeding channel 60.
  • the other end of the sample feeding channel 60 is connected to the main port 61g of the 6-position 7-way valve 61.
  • the 6-position 7-way valve 61 has six sub-ports 61a to 61f, and one of the sub-ports 61a to 61f is connected to the main port 61g.
  • One end of each of the sample liquid feeding sub flow paths 60a to 60e is connected to each of the sub ports 61a to 61e.
  • the other ends of the sample liquid feeding sub-channels 60a to 60e are connected below the liquid level in the liquid sample containers 70a to 70e (that is, in the liquid).
  • one end of an air release channel 62 is connected to the sub port 61f.
  • the other end of the air release channel 62 is open to the atmosphere.
  • the analysis operation in the present embodiment will be described.
  • the standard liquid sample used for mass analysis of each component includes ions that have a mass-to-charge ratio within the measured mass range of the component and satisfy the condition that the mass-to-charge ratio does not overlap with ions generated from the component. Those that generate multiple types are selected.
  • an analysis condition file for batch analysis of analysis liquid samples 1 to 3 is created, and for analysis liquid samples 1 and 3, standard liquids corresponding to the components in the liquid sample are prepared. The mass analysis using the sample is executed, and the analysis liquid sample 2 is executed without using the standard liquid sample.
  • the component analysis information in which information related to the type of information is associated is stored in the storage unit 91 in advance, and when the user inputs the name of the component, the analysis condition setting unit 92 is based on the component analysis information stored in the storage unit 91.
  • the analysis condition file may be created by automatically determining the holding time, the measurement mass range, and the type of the standard liquid sample.
  • the analysis execution unit 93 introduces the analysis liquid sample into the liquid chromatograph 80 and introduces the analysis liquid sample into the column on the flow of the mobile phase.
  • Various components in the analysis liquid samples 1 to 3 temporally separated in the column of the liquid chromatograph 80 are sequentially introduced into the ESI probe 20, ionized, and subjected to mass spectrometry.
  • the measurement of the liquid sample 2 is started. During the measurement of the liquid sample 2 (measurement time 10-20 minutes), no standard liquid sample is fed. Further, when the measurement time reaches 20 minutes, the measurement of the liquid sample 3 is started, and the standard liquid samples 70a, 70b, and 70d of the types corresponding to the components A to C are sequentially added as in the mass analysis of the liquid sample 1. The liquid is sent.
  • each part of the ion source liquid sample introduction system operates as follows. Nitrogen gas is fed from the nitrogen gas cylinder 40 to the nebulizer gas passage 41 at a flow rate of 3 L / min and a pressure of +500 kPa.
  • L is the channel length from the ESI probe 30 to the valve 42.
  • the notation +500 kPa means that the pressure is 500 kPa higher than the pressure in the ionization chamber 10. For example, if the ionization chamber 10 is at atmospheric pressure (101.325 kPa), nitrogen gas is supplied at a pressure of 601.325 kPa.
  • the flow rate and pressure of the nitrogen gas supplied to the nebulizer gas channel 41 and the numerical values of the pressure of the liquid supply gas are all examples, and the user can appropriately change them.
  • the flow rate and pressure of the nebulizer gas may be determined according to the specifications of the ionization probe used (ESI probe 30 in this embodiment), and the pressure of the liquid supply gas may be determined according to the target delivery amount of the standard liquid sample. Good.
  • the pressures of the nebulizer gas and the liquid supply gas are both higher than the pressure in the ionization chamber 10.
  • the nitrogen gas that has flowed from the branching portion 43 into the liquid feeding gas flow path 50 is decompressed to +100 Pa by the regulator 51, and is sent to the liquid sample containers 70a to 70e through the liquid feeding gas sub flow paths 50a to 50e.
  • the insides of the liquid sample containers 70a to 70e are simultaneously pressurized, and the standard liquid samples stored in the liquid sample containers 70a to 70e are sent to the sample liquid feeding subchannels 60a to 60e, respectively.
  • the relief valve 53 is opened and nitrogen gas is released.
  • Each standard liquid sample sent to the sample liquid feeding sub-channels 60a to 60e reaches the six sub-ports 61a to 61e of the 6-position 7-way valve 61.
  • the 6-position 7-way valve 61 only one of the sub-ports 61a to 61e is connected to the main port 61g.
  • the standard liquid sample (standard liquid sample stored in the liquid sample container 70a) sent to the subport 61a passes through the main port 61g to send the sample. It flows into the flow path 60 (solid line in FIG. 1) and is introduced into the ESI probe 30.
  • the flow path of the 6-position 7-way valve 61 is switched, and the standard liquid samples b and d are sequentially fed to the ESI probe 30.
  • the six sub-ports 61f of the 6-position 7-way valve 61 are connected to the main port 61g (broken line in FIG. 1). Since the atmosphere open flow path 62 is connected to the sub port 61f, the atmosphere open flow path 62, the sub port 61f, the main port 61g, and the sample liquid supply flow path 60 are all open to the atmosphere, and the liquid sample supply stops. Is done. In the meantime, the supply of the nebulizer gas to the ESI probe 30 is continued. Thereafter, when measurement of the analysis liquid sample 3 is started, the sub port 61a is connected to the main port 61g, and the standard liquid sample stored in the liquid sample container 70a is sent to the ESI probe 30.
  • the six sub-ports 61d of the 6-position seven-way valve 61 are connected to the main port 61g, and the standard liquid sample stored in the liquid sample container 70d is fed to the ESI probe 30.
  • the analysis execution unit 93 finishes the batch analysis (that is, any of the subports 61a to 61e is connected to the main port 61g).
  • the 6-position 7-way valve 61 is operated to connect the sub port 61f to the main port 61g.
  • the user may switch the flow path as described above. Thereby, the liquid sample feeding is stopped. Thereafter, the atmosphere release valve 55 is opened to release the pressure in the liquid sample containers 70a to 70e, and the liquid sample containers 70a to 70e are removed and replaced.
  • the analysis execution unit 93 automatically switches the flow path of the 6-position 7-way valve 61 and stops the delivery of the standard liquid sample.
  • the user often gives an instruction to start analysis to the analysis system, leaves the place, and confirms the analysis result after the analysis is completed (for example, the next morning).
  • the standard liquid sample can be prevented from being consumed more than necessary.
  • the liquid supply gas flow path 50 is connected to the middle of the nebulizer gas flow path 41 connected to the ESI probe 30.
  • a part of the nebulizer gas is introduced into the liquid sample containers 70a to 70e, and the standard liquid sample in the liquid sample containers 70a to 70e is sent to the ESI probe 30 by the pressure of the nebulizer gas. Therefore, it is not necessary to provide a supply source of liquid supply gas for supplying the liquid sample to the ESI probe as in the conventional case, and the liquid sample can be ionized at low cost.
  • TOF-MS the relationship between the mass-to-charge ratio and the time of flight of ions changes as the temperature of the apparatus itself or its surroundings changes or the voltage applied to each part of the mass spectrometer changes. Since TOF-MS requires a mass accuracy analysis on the order of ppm, mass calibration is often performed by introducing a standard liquid sample as an internal standard during mass analysis of an analytical liquid sample.
  • the liquid sample introduction system for an ion source of the present embodiment is used, the type of the standard liquid sample is changed while the nebulizer gas is continuously supplied to the ESI probe 30, or the liquid supply of the standard liquid sample is stopped. Therefore, there is no fluctuation in the pressure or air flow in the ionization chamber 10, and the components eluted from the liquid chromatograph 80 can be ionized under certain conditions.
  • nebulizer gas is used for liquid sample feeding. Since the nebulizer gas is used when ionizing a liquid sample at atmospheric pressure regardless of the type of the liquid sample, it can be used for a wide variety of liquid samples and ionization methods.
  • a liquid sample to be introduced into the ESI probe 30 is selected from five types of liquid samples using only one 6-position 7-way valve 61. Therefore, it is not necessary to provide a large number of flow path switching units as in the conventional ion source liquid sample introduction system (described in Patent Document 1, for example), and the risk of contamination occurring in the flow path switching units can be reduced.
  • the regulator 51 is arranged in the liquid supply gas flow path 50. Therefore, the pressure of the liquid supply gas is adjusted independently of the pressure of the nebulizer gas, The liquid feeding amount can be changed as appropriate.
  • each of the above-described embodiments is an example, and can be appropriately changed in accordance with the gist of the present invention.
  • five types of standard liquid samples are selectively introduced into the ESI probe 30, but the liquid sample to be fed to the ESI probe 30 is not limited to the liquid sample for mass calibration.
  • an analytical liquid sample can be introduced.
  • a cleaning liquid for cleaning the sample liquid supply channel 60 and the sample liquid supply subchannels 60a to 60e can be supplied.
  • the sub-port 61a is connected to the outlet of the liquid chromatograph 80 ′ and analyzed from the liquid chromatograph 80 ′ to the ESI probe 30 via the 6-position seven-way valve 61 and the sample liquid supply channel 60.
  • the 6-position 7-way valve 61 is used as the flow path switching unit.
  • a flow path switching unit having an appropriate number of subports can be used according to the number of liquid samples to be fed.
  • the atmosphere open flow path 62 is connected to the sub-port 61f of the 6-position 7-way valve 61, but instead of the air open flow path 62, a flow path for supplying an inert gas such as nitrogen gas is connected. May be. Thereby, the kind of gas which flows into the ionization chamber 10 is limited, and the inside of the ionization chamber 10 can be maintained cleanly.
  • the supply of the liquid sample can be stopped by connecting a closed channel to the sub port 61f and connecting the sub port 61f to the main port 61g.
  • the ESI probe 30 is used as an ionization probe, but other ionization probes such as an APCI probe may be used.
  • a dry gas is used instead of the nebulizer gas in the above embodiment, and the dry gas is blown onto the liquid sample from a position facing the tip of the APCI probe inside the ionization chamber 10. be able to.
  • Air open flow paths 70a-70e Liquid sample containers 80, 80 '... Liquid chromatograph 90 ... Control part 91 ... Storage part 92 ... Analysis condition setting part 93 ... Analysis execution part 94 ... Input part 95 ... Display part

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Abstract

液体試料をイオン源のイオン化プローブ３０に送液し、該イオン化プローブ３０の先端から流出する液体試料に霧化促進ガスを吹き付けて液体試料をイオン化するイオン源用液体試料導入システムであって、液体試料が収容される密閉容器である液体試料容器７０a～７０eと、前記イオン源への霧化促進ガスの流路の途中に一端が接続され、他端が前記液体試料容器７０a～７０eの内部の液面よりも上方に接続される送液ガス流路５０と、一端が前記液体試料容器７０a～７０eの内部の液面よりも下方に接続され、他端が前記イオン化プローブ３０に接続される試料送液流路６０と、前記試料送液流路６０の途中に配置される流路切替部６１であって、該試料送液流路６０の連通状態と閉鎖状態を切り替える流路切替部６１とを備えることを特徴とするイオン源用液体試料導入システム。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　イオン源用液体試料導入システム及び分析システム
　本発明は、質量分析装置等のイオン分析装置のイオン源に液体試料を導入するために用いるイオン源用液体試料導入システムに関する。
　液体試料に含まれる成分を分析する装置の１つに質量分析装置がある。質量分析装置は液体試料中の成分をイオン化するイオン源と、イオン化された成分を質量電荷比に応じて分離し検出する質量分析部とを有する。液体試料をイオン化するイオン源（例えばＥＳＩ源やＡＰＣＩ源）では、一般に、液体試料をイオン化プローブに送液し、該イオン化プローブの先端から流出する液体試料に霧化促進ガス（ネブライザガスや乾燥ガスとも呼ばれる）を吹き付けて液体試料をイオン化する。
　上記イオン源に液体試料を導入する際には、例えば、特許文献１に記載の液体試料導入システムが用いられる。この液体試料導入システムでは、液体試料を収容した密閉容器（液体試料容器）の内部の液面よりも上部の空間に送液ガスを送給し、該送液ガスの圧力により液体試料容器内の液体試料をイオン源のイオン化プローブに送液する。
米国特許第５７０３３６０号明細書
　上述の液体試料導入システムでは、イオン源において液体試料に吹き付けるための霧化促進ガスの他に、液体試料を送液するために送液ガスを用いる必要があり、両ガス源を用意する必要があることからコストが高くなってしまうという問題があった。
　ここでは質量分析装置を一例として説明したが、液体試料からイオンを生成して分析するイオン移動度分析装置等においても同様の問題があった。
　本発明が解決しようとする課題は、低コストで液体試料をイオン化することができるイオン源用液体試料導入システムを提供することである。
　上記課題を解決すべく、本件出願人は、本件と同日の出願（PCT/JP2015/077415）において、液体試料をイオン源のイオン化プローブに送液し、該イオン化プローブの先端から流出する液体試料に霧化促進ガスを吹き付けて液体試料をイオン化するイオン源用液体試料導入システムであって、
　液体試料が収容される密閉容器である液体試料容器と
　前記イオン源への霧化促進ガスの流路の途中に一端が接続され、他端が前記液体試料容器の内部の液面よりも上方に接続される送液ガス流路と、
　一端が前記液体試料容器の内部の液面よりも下方に接続され、他端が前記イオン化プローブに接続される試料送液流路と、
　を備えるイオン源用液体試料導入システムを提案している。
　上記イオン源用液体試料導入システムでは、イオン源への霧化促進ガスの流路の途中に送液ガス流路を接続する。そして、霧化促進ガスの一部を液体試料容器に導入し、該霧化促進ガスの圧力によって液体試料容器内の液体試料をイオン源のイオン化プローブに送液する。つまり、イオン源において用いられる霧化促進ガスを送液ガスとしても用いる。従って、液体試料をイオン源に送液するための送液ガスの供給源を追加する必要がなく、低コストで液体試料をイオン化することができる。
　イオン分析装置においてイオン源への霧化促進ガスの送給を停止すると、該霧化促進ガスの送給先であるイオン化室の圧力が低下したり、イオン化室内の気流が変化したりする。すると、液体試料のイオン化効率や、生成されたイオンがイオン化室の後段に設けられた分析室に導入される効率が変化してしまう。そのため、通常、イオン分析装置では、分析準備中や分析待機中（液体試料を送液しない時間帯）にも一定量の霧化促進ガスを送給し続ける。
　しかし、上記イオン源用液体試料導入システムでは、イオン源にネブライザガスを送給すると、同時に該霧化促進ガスが送液ガスとして液体試料容器にも送給される。その結果、液体試料がイオン化プローブに送液され続けて液体試料が必要以上に消費されてしまう、という新たな課題があることが分かった。
　上記課題を解決するために成された本発明は、液体試料をイオン源のイオン化プローブに送液し、該イオン化プローブの先端から流出する液体試料に霧化促進ガスを吹き付けて液体試料をイオン化するイオン源用液体試料導入システムであって、
　a) 液体試料が収容される密閉容器である液体試料容器と
　b) 前記イオン源への霧化促進ガスの流路の途中に一端が接続され、他端が前記液体試料容器の内部の液面よりも上方に接続される送液ガス流路と、
　c) 一端が前記液体試料容器の内部の液面よりも下方に接続され、他端が前記イオン化プローブに接続される試料送液流路と、
　d) 前記試料送液流路の途中に配置される流路切替部であって、該試料送液流路の連通状態と閉鎖状態を切り替える流路切替部と
　を備えることを特徴とする。
　本発明に係るイオン源用液体試料導入システムは、先の出願で提案したイオン源用液体試料導入システムにおいて、試料送液流路の途中に流路切替部を配置して該試料送液流路の連通状態と閉鎖状態を切り替え可能に構成したものである。本発明に係るイオン源用液体試料導入システムでは、前記連通状態で液体試料をイオン化プローブに送液し、前記閉鎖状態では液体試料の送液を停止することができるため、イオン源に霧化促進ガスを送給し続けても液体試料が必要以上に消費されることがない。
　液体試料のイオン化には、霧化促進ガスに加えて乾燥ガスを併用する場合があり、そうしたイオン化源では乾燥ガスを液体試料の送液に利用することも可能ではあるが、適用可能なイオン化源が乾燥ガスを用いるものに限定されてしまう。本発明に係るイオン源用液体試料導入システムでは、液体試料を大気圧イオン化法でイオン化する際に、液体試料の種類を問わず広く用いられる霧化促進ガスを利用するため、多くの種類の液体試料及びイオン化源に適用することができる。
　また、本発明に係るイオン源用液体試料導入システムでは、
　前記送液ガス流路を流れるガスの圧力を調整するための送液ガス圧調整部
を備えることが好ましい。
　上記送液ガス圧調整部を備えた態様のイオン源用液体試料導入システムでは、イオン源に供給される霧化促進ガスの圧力と独立に送液ガスの圧力を調整し、イオン源に送液する液体試料の量を変更することができる。
　さらに、本発明に係るイオン源用液体試料導入システムでは、
　前記液体試料容器が複数設けられ、
　前記送液ガス流路の前記他端側が、それぞれが液体試料容器の内部の液面よりも上方に接続される複数の送液ガスサブ流路に分岐しており、
　前記試料送液流路の前記一端側が、それぞれが液体試料容器の内部の液面よりも下方に接続される複数の試料送液サブ流路に分岐しており、
　前記流路切替部が、１つのメインポートと該メインポートに択一的に接続される複数のサブポートを有し、前記試料送液サブ流路の分岐点に配置される流路切替バルブであって、前記複数のサブポートのうちの１つが大気圧に開放され、他のサブポートに前記複数の試料送液サブ流路が接続される
　ように構成することができる。
　この態様のイオン源用液体試料導入システムでは、１つの流路切り替えバルブのみを用いて複数の液体試料を択一的にイオン源送液流路に導入することができる。
　本発明に係るイオン源用液体試料導入システムを用いることにより、低コストで液体試料をイオン源に導入してイオン化することができる。また、イオン源に霧化促進ガスを送給し続けても液体試料が必要以上に消費されることがない。
本発明に係るイオン源用液体試料導入システムを有する質量分析装置の要部構成図。 本発明に係るイオン源用液体試料導入システムの一構成例。 本実施例において設定される分析条件の一例。 本発明に係るイオン源用液体試料導入システムの別の構成例。
　本発明に係るイオン源用液体試料導入システムの実施例について、以下、図面を参照して説明する。本実施例のイオン源用液体試料導入システムは、図１に示す飛行時間型質量分析装置（以下、「ＴＯＦ－ＭＳ」とも呼ぶ。）において液体クロマトグラフ８０から溶出する分析液体試料中の各種成分を質量分析する際に、質量較正用の標準液体試料を導入するために用いられる。なお、本実施例ではイオン分析装置としてＴＯＦ－ＭＳを用いているが、本実施例と同様の構成のイオン源用液体試料導入システムは、他の質量分析装置やイオン分析装置（イオン移動度分析装置等）においても用いることができる。
　液体クロマトグラフ８０、イオン源用液体試料導入システム、及びＴＯＦ－ＭＳの各部は制御部９０により制御される。制御部９０は、記憶部９１のほかに、機能ブロックとして分析条件設定部９２、及び分析実行部９３を備えている。制御部９０の実体は所要のソフトウェアがインストールされたコンピュータであり、入力部９４と表示部９５が接続されている。分析条件設定部９２は、使用者による入力に基づき分析条件を設定し分析実行ファイルを作成して記憶部９１に保存する。また、分析実行部９３は、使用者による指示に応じて、分析実行ファイルに基づき液体クロマトグラフ８０、イオン源用液体試料導入システム、及びＴＯＦ－ＭＳの各部を動作させ分析液体試料中の各種成分の分析を実行する。
　ＴＯＦ－ＭＳは、大気圧雰囲気に維持されるイオン化室１０と、図示しない真空ポンプにより排気され高真空に維持される分析室１２９とを有し、その間には段階的に真空度を高くした第１中間室１２４と第２中間真空室１２７が配設されている。イオン化室１０と第１段中間真空室１２４は細径の脱溶媒管１１を介して連通しており、第１段中間真空室１２４と第２段中間真空室１２７は円錐形状のスキマー１２６の頂部に穿設された小径のオリフィスを介して連通している。
　液体クロマトグラフ８０のカラムで時間的に分離された分析液体試料中の各種成分は、ＥＳＩプローブ２０で帯電した微小液滴となってイオン化室１０内に噴霧される。また、後述のイオン源用液体試料導入システムから送液される質量較正用の標準液体試料も同様に、ＥＳＩプローブ３０で帯電した微小液滴となってイオン化室１０に噴霧される。これらの帯電液滴は、イオン化室１０内のガス分子と衝突してさらに微細な液滴に粉砕され、速やかに乾燥して（脱溶媒化されて）イオン化する。これらのイオンはイオン化室１０と第１中間真空室１２４の差圧によって脱溶媒管１１に引き込まれ、イオンガイド１２５、１２８で収束されつつ２つの中間真空室１２４、１２７を通過して分析室１２９内の３次元四重極型のイオントラップ１３０に導入される。
　イオントラップ１３０では、図示しない電源から各電極に印加される高周波電圧により形成される四重極電場によって、イオンが一旦捕捉・蓄積される。イオントラップ１３０の内部に蓄積された各種イオンは、所定のタイミングで一斉に運動エネルギーを付与され、質量分離器としての飛行時間型質量分離器（ＴＯＦ）１３１に向けてイオントラップ１３０から放出される。ＴＯＦ１３１は図示しない直電電源から直流電圧が印加されるリフレクトロン電極１３２を備え、これにより形成される直流電場の作用によってイオンは折り返され、イオン検出器１３３に到達する。一斉にイオントラップ３０から出射されたイオンのうち、質量電荷比が小さいイオンほど速く飛行し、質量電荷比の大きさに応じた時間差でイオン検出器１３３に到達する。イオン検出器１３３は到達したイオン数に応じた電流を検出信号として出力する。イオン検出器１３３からの出力信号は、後述する制御部９０の記憶部９１に保存される。
　上述のとおり、本実施例のイオン源用液体試料導入システムは、ＴＯＦ－ＭＳのイオン化室１０に液体クロマトグラフ８０のカラムから溶出する液体試料とともに質量較正用の標準液体試料を導入してイオン化するシステムであり、それぞれ異なる質量電荷比のイオンを複数生成する成分が溶解した５種類の標準液体試料a～eが用意され、それぞれ液体試料容器７０a～７０eに収容されている。
　イオン化室１０に配設されたＥＳＩプローブ３０には、窒素ガスボンベ（霧化ガス源）４０につながるネブライザガス流路４１が設けられている。ネブライザガス流路４１には、窒素ガスボンベ４０に近い方から順にバルブ４２、分岐部４３が設けられており、分岐部４３には、送液ガス流路５０が接続されている。送液ガス流路５０には、レギュレータ５１及び分岐部５２が設けられており、分岐部５２にはリリーフバルブ５３につながるリリーフ流路５４が接続されている。
　送液ガス流路５０は５本の送液ガスサブ流路５０a～５０eに分岐している。各送液ガスサブ流路５０a～５０eの端部は、標準液体試料が収容された容器（液体試料容器）７０a～７０e内の液面よりも上部の空間に接続されている。また、各送液ガスサブ流路５０a～５０eと並列に、大気開放バルブ５５につながる大気開放流路５６が設けられている。
　また、ＥＳＩプローブ３０には、試料送液流路６０が接続されている。試料送液流路６０の他端は６ポジション７方バルブ６１のメインポート６１gに接続されている。６ポジション７方バルブ６１は６つのサブポート６１a～６１fを有しており、これらサブポート６１a～６１fのうちの１つがメインポート６１gに接続される。サブポート６１a～６１eにはそれぞれ、試料送液サブ流路６０a～６０eの一端が接続されている。試料送液サブ流路６０a～６０eの他端は、液体試料容器７０a～７０e内の液面よりも下方（即ち液中）に接続されている。また、サブポート６１fには大気開放流路６２の一端が接続されている。大気開放流路６２の他端は大気中に開放されている。
　次に、本実施例における分析動作について説明する。
　使用者が、分析液体試料に含まれることが想定される１乃至複数の成分の名称、該成分が液体クロマトグラフ８０のカラムから溶出する時間帯（保持時間）、及びＴＯＦ－ＭＳにおいて該成分を質量分析する際の測定質量範囲、該成分の質量分析時に内部標準として使用する質量較正用の標準液体試料の種類（あるいは該標準液体試料が収容されている液体試料容器の番号）を含む分析パラメータを入力すると、制御部９０の分析条件設定部９２はこれらに基づき分析条件ファイルを作成し、記憶部９１に保存する。各成分の質量分析時に使用する標準液体試料には、該成分の測定質量範囲内に質量電荷比を有し、かつ該成分から生成されるイオンと質量電荷比が重複しないという条件を満たすイオンを複数種類生成するものが選択される。本実施例では、図３に示すように、分析液体試料１～３をバッチ分析するための分析条件ファイルが作成され、分析液体試料１及び３については該液体試料中の成分に応じた標準液体試料を使用した質量分析を実行し、分析液体試料２については標準液体試料を使用せず質量分析を実行する。
　ここでは、使用者が各成分の保持時間、測定質量範囲、及び標準液体試料の種類を入力する場合について説明するが、複数の成分のそれぞれに対して保持時間、測定質量範囲、及び標準液体試料の種類に関する情報を対応付けた成分分析情報を記憶部９１に予め保存しておき、使用者が成分の名称を入力すると分析条件設定部９２が記憶部９１に保存された成分分析情報に基づいて保持時間、測定質量範囲、及び標準液体試料の種類を自動的に決定して分析条件ファイルを作成するようにしてもよい。
　使用者により分析開始が指示されると、分析実行部９３は、液体クロマトグラフ８０に分析液体試料を導入し、移動相の流れに乗せて分析液体試料をカラムに導入する。液体クロマトグラフ８０のカラムにおいて時間的に分離された分析液体試料１～３中の各種成分は順次ＥＳＩプローブ２０に導入され、イオン化されて質量分析に供される。
　上記分析動作と並行して、イオン源用液体試料導入システムでは、上述の分析条件に基づき、一連の測定開始（分析液体試料１の測定開始）から4.5分（成分Ａの分析終了時間と成分Ｂの分析開始時間の中間時点）経過するまでは液体試料容器７０a中の液体試料が、その後7.0分（成分Ｂの分析終了時間と成分Ｃの分析開始時間の中間時点）経過するまでは液体試料容器７０b中の液体試料が、その後分析終了までは液体試料容器７０d中の標準液体試料がＥＳＩプローブ３０に送液される。
　その後、測定時間が10分に達すると、液体試料２の測定が開始される。液体試料２の測定中（測定時間10-20分）には、いずれの標準液体試料も送液されない。さらに、測定時間が20分に達すると、液体試料３の測定が開始され、液体試料１の質量分析時と同様に、成分Ａ～Ｃに応じた種類の標準液体試料７０a、７０b、７０dが順に送液される。
　上記一連の測定中、イオン源用液体試料導入システムの各部は次のように動作する。
　窒素ガスボンベ４０からネブライザガス流路４１には3L/minの流量、+500kPaの圧力で窒素ガスが送給される。ここで、LはＥＳＩプローブ３０からバルブ４２までの流路長である。また、+500kPaという表記は、イオン化室１０内の圧力よりも500kPa高い圧力であることを意味する。例えばイオン化室１０が大気圧（101.325kPa）であれば、601.325kPaの圧力で窒素ガスが送給される。なお、ネブライザガス流路４１に送給する窒素ガスの流量及び圧力、並びに送液ガスの圧力の数値はいずれも一例であり、使用者が適宜に変更することができる。ネブライザガスの流量や圧力は、使用するイオン化プローブ（本実施例ではＥＳＩプローブ３０）の仕様等に応じて決めればよく、送液ガスの圧力は、標準液体試料の目的送出量に応じて決めればよい。ただし、ネブライザガス及び送液ガスの圧力は、いずれもイオン化室１０内の圧力よりも高くしておく。
　分岐部４３から送液ガス流路５０に流れ込んだ窒素ガスは、レギュレータ５１により+100Paに減圧され、各送液ガスサブ流路５０a～５０eを通って液体試料容器７０a～７０eに送られる。これにより、各液体試料容器７０a～７０eの内部が同時に加圧され、液体試料容器７０a～７０eに収容された標準液体試料がそれぞれ試料送液サブ流路６０a～６０eに送出される。なお、レギュレータ５１に異常が発生して送液ガス流路５０内でのガス圧が+150kPa以上になると、リリーフバルブ５３が開放され窒素ガスが放出される。
　試料送液サブ流路６０a～６０eに送出された各標準液体試料は、６ポジション７方バルブ６１の６つのサブポート６１a～６１eに到達する。６ポジション７方バルブ６１では、サブポート６１a～６１eのうちの１つのみがメインポート６１gに接続される。一連の測定開始時（分析液体試料１の測定開始時）には、サブポート６１aに送出された標準液体試料（液体試料容器７０aに収容された標準液体試料）がメインポート６１gを通って試料送液流路６０に流れ込み（図１中の実線）、ＥＳＩプローブ３０に導入される。その後、分析時間の経過にあわせ、６ポジション７方バルブ６１の流路が切り替えられ、標準液体試料b, dが順にＥＳＩプローブ３０に送液される。また、分析液体試料２の測定中には、６ポジション７方バルブ６１の６つのサブポート６１fがメインポート６１gに接続される（図１中の破線）。サブポート６１fには大気開放流路６２が接続されているため、大気開放流路６２、サブポート６１f、メインポート６１g、及び試料送液流路６０がいずれも大気開放され、液体試料の送液が停止される。その間もＥＳＩプローブ３０へのネブライザガスの送給は継続される。その後、分析液体試料３の測定が開始されると、サブポート６１aをメインポート６１gに接続し、液体試料容器７０aに収容された標準液体試料をＥＳＩプローブ３０に送液する。
　上記一連の測定終了時には、６ポジション７方バルブ６１の６つのサブポート６１dがメインポート６１gに接続された状態になっており、液体試料容器７０dに収容された標準液体試料がＥＳＩプローブ３０に送液されている。本実施例では、分析実行部９３がバッチ分析の終了時点でいずれかの標準液体試料がＥＳＩプローブ３０に送液されている場合（即ち、サブポート６１a～６１eのいずれかがメインポート６１gに接続されている場合）には、所定時間（例えば5分）経過後に６ポジション７方バルブ６１を動作させ、サブポート６１fをメインポート６１gに接続する。もちろん、バッチ分析終了時に、使用者が自ら上記同様に流路を切り替えても良い。これにより、液体試料の送液が停止される。その後、大気開放バルブ５５を開放して液体試料容器７０a～７０e内の加圧を解消し、液体試料容器７０a～７０eを取り外し交換する等の作業を行う。
　本実施例では、バッチ分析修了後、所定時間が経過すると分析実行部９３が自動的に６ポジション７方バルブ６１の流路を切り替えて標準液体試料の送液を停止する。バッチ分析を行う場合、使用者は分析システムに分析開始の指示のみを与えてその場から離れ、分析終了後（例えば翌朝）に分析結果を確認することが多いため、上記のように分析実行部９３を動作させることにより標準液体試料が必要以上に消費されるのを防ぐことができる。
　以上、説明したように、本実施例のイオン源用液体試料導入システムでは、ＥＳＩプローブ３０に接続されたネブライザガス流路４１の途中に送液ガス流路５０を接続する。そして、ネブライザガスの一部を液体試料容器７０a～７０eに導入し、該ネブライザガスの圧力によって液体試料容器７０a～７０e内の標準液体試料をＥＳＩプローブ３０に送液する。従って、従来のように液体試料をＥＳＩプローブに送液するための送液ガスの供給源を設ける必要がなく、低コストで液体試料をイオン化することができる。
　また、本件と同日出願のイオン源用液体試料導入システム（PCT/JP2015/077415）では、イオン源にネブライザガスを送給すると、同時に該霧化促進ガスが送液ガスとして液体試料容器にも送給される。その結果、液体試料がイオン化プローブに送液され続けて液体試料が必要以上に消費されてしまう、という問題があった。これに対し、本実施例のイオン源用液体試料導入システムでは、イオン源へのネブライザガスの送給を継続したまま液体試料の送液を停止することができるため、液体試料が必要以上に消費されることがない。
　ＴＯＦ－ＭＳでは、装置自体あるいはその周辺の温度変化や質量分析装置の各部に印加される電圧が変動すると質量電荷比とイオンの飛行時間の関係が変化する。ＴＯＦ－ＭＳではppmオーダーの高い質量精度の分析が求められるため、分析液体試料の質量分析中に内部標準として標準液体試料を導入することにより質量較正を行うことが多い。本実施例のイオン源用液体試料導入システムを用いると、ＥＳＩプローブ３０へのネブライザガスの送給を継続したまま標準液体試料の種類を変更したり、あるいは標準液体試料の送液を停止したりすることができるため、イオン化室１０内の圧力や気流の変動がなく、液体クロマトグラフ８０から溶出する成分を一定の条件下でイオン化することができる。
　また、本実施例のイオン源用液体試料導入システムでは、ネブライザガスを液体試料の送液に利用する。ネブライザガスは液体試料の種類を問わず、液体試料を大気圧イオン化する際に用いられるため、幅広い種類の液体試料及びイオン化法について用いることができる。
　さらに、本実施例のイオン源用液体試料導入システムでは、１つの６ポジション７方バルブ６１のみで５種類の液体試料の中からＥＳＩプローブ３０に導入する液体試料を選択する。そのため、従来の（例えば特許文献１に記載の）イオン源用液体試料導入システムのように多数の流路切替部を設ける必要がなく、流路切替部でコンタミネーションが生じるリスクを低減できる。
　その他、本実施例のイオン源用液体試料導入システムでは、送液ガス流路５０にレギュレータ５１を配置しているため、ネブライザガスの圧力と独立に送液ガスの圧力を調整し、液体試料の送液量を適宜に変更することができる。
　上記実施例はいずれも一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。
　上記実施例では、５種類の標準液体試料を選択的にＥＳＩプローブ３０に導入したが、ＥＳＩプローブ３０に送液する液体試料は質量較正用の液体試料のみに限定されない。例えば、分析液体試料を導入することもできる。また、試料送液流路６０及び試料送液サブ流路６０a～６０eを洗浄するための洗浄液を送液することもできる。あるいは、図４に示すように、サブポート６１aを液体クロマトグラフ８０’の出口に接続し、液体クロマトグラフ８０’から６ポジション７方バルブ６１及び試料送液流路６０を介してＥＳＩプローブ３０に分析液体試料（中の各種成分）を導入するようにしてもよい。この場合には、分析液体試料導入用のＥＳＩプローブ２０を備える必要がない。
　また、上記実施例では流路切替部として６ポジション７方バルブ６１を用いたが、送液する液体試料の数に応じて適宜の数のサブポートを有する流路切替部を用いることができる。
　さらに、上記実施例では、６ポジション７方バルブ６１のサブポート６１fに大気開放流路６２を接続したが、大気開放流路６２に代えて窒素ガス等の不活性ガスを送給する流路を接続してもよい。これにより、イオン化室１０に流れ込む気体の種類を限定し、イオン化室１０内部を清浄に維持することができる。また、サブポート６１fに閉鎖流路を接続し、該サブポート６１fをメインポート６１gと接続することにより液体試料の送給を停止することもできる。
　その他、上記実施例ではＥＳＩプローブ３０をイオン化プローブとして用いたが、ＡＰＣＩプローブ等、他のイオン化プローブを用いてもよい。ＡＰＣＩプローブを用いる場合には、上記実施例のネブライザガスに代えて乾燥ガスを使用し、イオン化室１０の内部でＡＰＣＩプローブの先端に対向する位置から液体試料に乾燥ガスを吹付けるように構成することができる。
１０…イオン化室
１１…キャピラリ
２０、３０…ＥＳＩプローブ
４０…ネブライザガス流路
４０…窒素ガスボンベ（霧化ガス源）
４１…ネブライザガス流路
４２…バルブ
４３、５２…分岐部
５０…送液ガス流路
５０a～５０e…送液ガスサブ流路
５１…レギュレータ
５２…分岐部
５３…リリーフバルブ
５４…リリーフ流路
５５…大気開放バルブ
５６…大気開放流路
６０…試料送液流路
６０a～６０e…試料送液サブ流路
６１…６ポジション７方バルブ
６１a～６１f…サブポート
６１g…メインポート
６２…大気開放流路
７０a～７０e…液体試料容器
８０、８０’…液体クロマトグラフ
９０…制御部
　９１…記憶部
　９２…分析条件設定部
　９３…分析実行部
９４…入力部
９５…表示部

Claims (8)

  1. 　液体試料をイオン源のイオン化プローブに送液し、該イオン化プローブの先端から流出する液体試料に霧化促進ガスを吹き付けて液体試料をイオン化するイオン源用液体試料導入システムであって、
    　a) 液体試料が収容される密閉容器である液体試料容器と、
    　b) 前記イオン源への霧化促進ガスの流路の途中に一端が接続され、他端が前記液体試料容器の内部の液面よりも上方に接続される送液ガス流路と、
    　c) 一端が前記液体試料容器の内部の液面よりも下方に接続され、他端が前記イオン化プローブに接続される試料送液流路と、
    　d) 前記試料送液流路の途中に配置される流路切替部であって、該試料送液流路の連通状態と閉鎖状態を切り替える流路切替部と
    　を備えることを特徴とするイオン源用液体試料導入システム。
  2. 　前記送液ガス流路を流れるガスの圧力を調整するための送液ガス圧調整部を備えることを特徴とする請求項１に記載のイオン源用液体試料導入システム。
  3. 　前記液体試料容器が複数設けられ、
    　前記送液ガス流路の前記他端側が、それぞれが液体試料容器の内部の液面よりも上方に接続される複数の送液ガスサブ流路に分岐しており、
    　前記試料送液流路の前記一端側が、それぞれが液体試料容器の内部の液面よりも下方に接続される複数の試料送液サブ流路に分岐しており、
    　前記流路切替部が、１つのメインポートと該メインポートに択一的に接続される複数のサブポートを有し、前記試料送液サブ流路の分岐点に配置される流路切替バルブであって、前記複数のサブポートのうちの１つが大気圧に開放され、他のサブポートに前記複数の試料送液サブ流路が接続される
    　ことを特徴とする請求項１に記載のイオン源用液体試料導入システム。
  4. 　前記複数のサブポートのうちの１つが液体クロマトグラフの出口に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のイオン源用液体試料導入システム。
  5. 　イオン化室において分析液体試料をイオン化して分析するイオン分析装置と、
    　前記イオン化室において標準液体試料をイオン化する請求項１に記載のイオン源用液体試料導入システムと、
    　前記分析液体試料から生成されたイオンの分析実行中に、前記イオン源用液体試料導入システムに前記標準液体試料を前記イオン化プローブに送液させる制御部と、
    を備えることを特徴とする分析システム。
  6. 　イオン化室において分析液体試料をイオン化して分析するイオン分析装置と、
    　前記イオン化室において標準液体試料をイオン化する請求項３に記載のイオン源用液体試料導入システムと、
    　前記分析液体試料から生成されたイオンの分析実行中に、前記イオン源用液体試料導入システムに前記標準液体試料を前記イオン化プローブに送液させる制御部であって、前記分析液体試料から生成されるイオンの種類に応じて前記イオン化プローブに送液する標準液体試料の種類又は該イオン化プローブへの標準液体試料の送液の有無を変更するように前記流路切替部を切り替えさせる制御部と、
    を備えることを特徴とする分析システム。
  7. 　前記イオン分析装置において分析が実行されておらず、かつ前記標準試料が前記イオン化プローブに送液されている状態が所定時間継続した場合に、前記制御部が前記流路切替部を前記試料送液流路の閉鎖状態に切り替えることを特徴とする請求項５又は６に記載の分析システム。
  8. 　前記イオン分析装置が飛行時間型の質量分離部を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の分析システム。
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