四极质量分析器

原因
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QM-7
分辨率 与 灵敏度
全氟三丁基氨， FC 43
Inten. 650,410 FWHM 0.95 Inten. 247,889 FWHM 0.86 Inten. 34,260 FWHM 0.99 Inten. 569,794 FWHM 0.80 Inten. 217,004 FWHM 0.78 Inten. 29,740 FWHM 0.88 Inten. 416,300 FWHM 0.59 Inten. 188,482 FWHM 0.66 Inten. 25,286 FWHM 0.63
专业质谱培训机构
QM-16
噪声与电压扫描
数字化电压扫描， 数字化电压扫描，一般采用步长为 0.1 u。 。 若扫描速率为 1,000/s , 则在每一步上， 则在每一步上，可停留 1/10,000 s, 即 100 µs。 。 芯片， 若使用 1 MHz 的 A/D 芯片， 个数据， 则在每一步上可采 100 个数据， 个数， 平均 100 个数，可降低噪声 (100) 1/2 = 10
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QM-13
四极质量分析器的质量歧视效应 四极质量分析器的质量歧视效应
V = 伏特 m = 原子质量单位 (amu) v = 米/秒 秒 z = 电荷数，单电荷离子 z = 1 电荷数，
V = 10 伏 m/z 1000 500 100 10 v, mm/µs µ 1.39 1.96 4.39 13.89 V = 20 伏 v, mm/µs µ 1.96 2.78 6.21 19.64 m/z 1000 500 100 10
Φ0 = U + V cos ω t
2ze d2x ( U + V cos ω t ) x = 0 2 + mr 2 dt 0 2ze d2y ( U – V cos ω t ) y = 0 2 – mr 2 dt 0
要求： 要求：杆的尺寸及装配精度优于 1∼2 µm ∼
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250 300
346.8 374.8 318.9 347.8 375.8
350
436.8
450
105.0
RT: 33.835 min
205.9
选为特征离子
O N H O O Si
50.0
73.0 77.0 51.0 105.9
100 150
25.0 0.0 50
78.0
189.9
200
235.8 237.8
质量分析器
王光辉
中国科学院 化学研究所 质谱中心 (科技部、科学院、教育部共建 科技部、 科技部 科学院、教育部共建)
四极质量分析器及电路连接 四极质量分析器及电路连接
RF: V cos ωt
Main Rod AC
DC U +
Pre Rod
DC U -
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69
219
502
69
219
502
69
219
502
Inten. 295,975 FWHM 0.46
Inten. 154,619 FWHM 0.52
Inten. 18,466 FWHM 0.48
Inten. 254,519 FWHM 0.41
Inten. 135,979 FWHM 0.45
Inten. 14,942 FWHM 0.45
Si O O O O
464.8 467.8
500
% 100.0 75.0 50.0 25.0 0.0 % 100.0 75.0 50
73.0
RT: 33.575 min
146.9
选为特征离子
272.9
O O Si O Si
400
Si
67.083.0
100
147.9
150
182.9 210.8
200
244.8
整段质量范围分辨率差 调谐截距
R1/2=0.84
R1/2=0.68
R1/2=0.78
RF Gain=4914 RF Offset= 4875
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QM-11
四极质量分析器调谐 四极质量分析器调谐
整段质量范围分辨率差 调谐截距
250
296.9
300
340.8
350
385.8
400
430.8
450
478.8
500
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QM-18
(
- 10kV + + + + + + + + ee
e e e e e e e
)
打拿极
+
倍 增 器
- 10kV
+
+
+ +
(b ≠ 0)
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QM-8
四极质量分析器调谐 四极质量分析器调谐
高质量端分辨率差 调谐斜率
R1/2=0.64
R1/2=0.69
R1/2=0.87
RF Gain=4765 RF Offset= 4926
专业质谱培训机构
向前运动速度太高会降低分辨率。 向前运动速度太高会降低分辨率。
若扫描速率为： 若扫描速率为： 1000 amu/s 由一个质量切换到下一个质量的时间为： 由一个质量切换到下一个质量的时间为： 1/1000 s = 1×10-3 s = 1000 µs × 离子通过四极杆的时间应小于 1000 µs 。
QM-3
四极质量分析器工作原理
2ze d2 x ( U + V cos ω t ) x = 0 dt2 + mr02 2ze d2 y ( U – V cos ω t ) y = 0 – mr02 dt2
x 稳定区 8zeU ax = mr02 ω2
y 稳定区 8zeU ay = mr02 ω2 4zeV qy = mr02 ω2
极片透镜 阻挡 非选质量择离子
短四极杆 阻挡 非选质量择离子
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QM-21
弯曲 预过滤四极杆
1 × 10-6 τ
3.5 × 1010 分子数 厘米3 分子数/厘米
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R1/2=0.62
R1/2=0.64
R1/2=0.54
RF Gain=4914 RF Offset ≠ 4875 =4926
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QM-12
离子在四极杆中振荡频率 离子在四极杆中振荡频率 四极杆
ax
RF电源 电源: Vcos ωt 电源 主频率： 主频率：ν = ω/2π = 1 MHz π 由于惯性，离子振荡频率低于主频率。 由于惯性，离子振荡频率低于主频率。 离子振荡频率： 稳定区) 离子振荡频率：f = βv/2 ，β ≤ 1 (稳定区 稳定区
QM-5
四极质量分析器工作原理
8zeU ax= mr02ω2
~U/m
ax=Kqx U/V=K/2 ax=Kqx+ b 4zeV qx= mr02ω2
0.908
~V/m
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QM-6
分辨率 与 灵敏度
FWHM 1.0 2.5e6 FWHM 0.7 2.1e6 FWHM 0.5 1.9e6 FWHM 0.3 1.5e6 FWHM 0.2 1.4e6 FWHM 0.1 0.8 e6
QM-1
四极质量分析器电极电位变化 四极质量分析器电极电位变化
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QM-2
四极质量分析器工作原理
Φ0 = U + V cos ω t Φ = Φ0 (x 2-y 2) / r02
dΦ Φ = Ex dx d2x -zeEx = Fx = m 2 dt d2x + ze Ex = 0 2 m dt
电 压
SIM 可
0.1u
S/N
100 µs
扫描可 的
时间
QM-17
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SIM 降低 噪声
(x1,000,000)
32.082
33.575
2.0 1.5 1.0 0.5
16s
32.5
33.0
33.5
33.835
TIC
34.0
βx
qx = 0.908
qx
近似) 当 qu < 0.4 ，β ≈ [au + (qu2/2]1/2 (近似 近似 β 由 au 和qu 确定， 确定， 因此当离子在稳定区锥顶的条件下通过四极杆时， 因此当离子在稳定区锥顶的条件下通过四极杆时， 质量不同的离子，振荡频率相同， 质量不同的离子，振荡频率相同， 大致为主频率的 离子振荡频率 大致为主频率的 1/2。 。
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QM-15
质量扫描对离子动能(向前运动)的要求 质量扫描对离子动能 向前运动
若扫描速率为： 若扫描速率为： 5000 amu/s 由一个质量切换到下一个质量的时间为： 由一个质量切换到下一个质量的时间为： 1/5000 s = 2×10-4 s = 200 µs × 离子通过四极杆的时间应小于 200 µs 。
4zeV qx = mr02 ω2
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QM-4
四极质量分析器工作原理
ay = 8 zeU mr0 2 ω 2
y
x z
z
qy =
4zeV mr0 2 ω2
x
y
z z
x
y
z z
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QM-9
四极质量分析器调谐 四极质量分析器调谐
高质量端分辨率差 调谐斜率
R1/2=0.59
R1/2=0.61
R1/2=0.59
RF Gain≠4765 =4914 RF Offset= 4926
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QM-10
四极质量分析器调谐 四极质量分析器调谐
34.5
35.0
(33.25•••34.25) min 切换 1 •••• M8 切换M 周期 0.2s，微扫描为 0.1u ， 粗略估算 在每次切换可停留 0.2s/24 ∼ 8 ms AD：1 MHz ： 每次切换可采 ∼ 8000个数据 个数据 平均后， 平均后，噪声下降 (8000)1/2 ，约2个量级 个量级
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杆长 150 mm，离子通过时间 ， V = 10 伏 µs 107.9 76.5 34.2 10.8 V = 20 伏 µs 76.5 53.9 24.1 7.6
QM-14
四极质量分析器的质量歧视效应 四极质量分析器的质量歧视效应
69
219
502
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
69
219
502
QM-7b
专业质谱培训机构
四极质量分析器工作原理
分辨率 RF gain (U/V) 改变斜率 高质量端分辨率 有显著变化
分辨率 RF offset (b) 改变截距 在整段质量范围 分辨率变化相近
ay=Kqy+ b
+ +
+ + + + + + +
e e e e e e e e e
打拿极
倍 增 器

QM-19
电透镜可降低非质量选择离子噪声
专业质谱培训机构
QM-20
非质量选择离子噪声
离开离子源的离子，动能相同， 离开离子源的离子，动能相同，即 1/2(m1v12) = 1/2(m2v22) m1 < m2
v1 > v2
四极杆长 150 mm +
m/z 100，振荡 9 ∼ 16 次 ， m/z 1000，振荡 28 ∼ 50 次 ，
+
质量大的离子，在四极杆中振荡的次数较多，因此损失较大。 质量大的离子，在四极杆中振荡的次数较多，因此损失较大。 电透镜电压随质量扫描而改变( 电透镜电压随质量扫描而改变 改变进入主四极杆的离子动能)， ， 可减少质量歧视效应。 可减少质量歧视效应。