质量分析器

六、飞行时间质量分析器(TOF)
核心部分—离子漂移管
原理：用一个脉冲将离子源中的离子瞬间引出，经加速电压加速，它 们具有相同的动能而进入漂移管，质荷比最小的离子具有最快的速度 因而首先到达检测器，质荷比最大的离子则最后到达检测器。
优点：
a) 从原理可知，飞行时间质谱计检测离子的质荷比是没有上 限的，这就特别适合于生物大分子的测定。如：用TOF测定
双聚焦质量分析器是目前 高分辨质谱中最常用的质 量分析器！！！
一束具有能量分布的离子束，经过扇形静电场的偏转后，离子按能量的大小顺 次排列。因静电场与静磁场一样具有能量色散作用，因此如果使二者的能量色 散数值相等、方向相反，离子在通过扇形电场和扇形磁场之后即能达到能量聚 焦；加上方向聚焦作用，就是“双聚焦”。 离子在方向、能量都聚焦的情况下，质谱可达到高分辨！
TSQ Quantum Components
Detection System
Ion MAX Source Interface
Q1 QOO QO Hyperquad
Q3 Hyperquad
Heated Capillary
Mass Analyzer
Q2 Collision Cell
三重四级杆质量分析器
内容
➢单聚焦质量分析器 ➢双聚焦质量分析器 ➢四极杆质量分析器 ➢离子阱质量分析器 ➢傅立叶变换离子回旋共振（FT-ICR） ➢飞行时间质量分析器（TOF）
一、单聚焦质量分析器 (single focusing mass analyzer)
可以是180 90 60 等
仅用一个扇形磁场，实 际上是处于扇形磁场中 的真空扇形容器，因而 也称为磁扇形分析器
应用
单聚焦质量分析器的结构简单，操作方便，但分辨率低 （一般为500以下），主要用于同位素测定。
为提高仪器的分辨率，质量分析器除了应用一个扇形磁场之外，还加上 一个扇形电场 (静电分析器，ESA)，这就构成了双聚焦质量分析器。
二、双聚焦质量分析器 (double focusing mass analyzer)
特点：
① 傅立叶变换质谱计的分辨率极高，远远超过其它质谱计。在 m=1000u时，商品仪器的分辨率可超过 1106 ；
② 可完成多级（时间上）串联质谱的操作，由于它可提供高分 辨的数据，因而信息量更丰富；
③ 一般采用外电离源，可采用各种电离方式，便于与色谱仪联 机；
④ 灵敏度高、质量范围宽、速度快、性能可靠等。
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单聚焦质量分析器原理
在离子源中形成的各种离子被加速电压加速，
获得动能；加速后的离子进入磁场，在磁场作
用下作圆周运动，洛伦兹力提供向心力:
zeV 1 mv 2 2
ze vB m v 2 r
m/z r2B2e 2V
我们在进行质谱分析时需顺次确定各种质荷比的离子的强度，检测器置于固定的位置，
即r为常数；可以固定V，扫描B，从而得到所有m/z离子的质谱图。
已经证实，由一点出发的、具有相同质荷比的离子，以同一速度但不同角度进入磁场 偏转后，离子束可重新会聚于一点，即静磁场具有方向聚焦作用，因而称为单聚焦质 量分析器。
单聚焦质量分析器的缺点：
前面讨论的是理想情况，事实上，离子在加速之前其动能并非绝对为 零；同一质荷比的离子，由于初始动能的差别而使其经磁场偏转后不 能准确地聚焦于一点，因此仪器的分辨率不是很高。
优点
四级杆质量分析器是一种无磁 分析器，体积小，重量轻，操 作方便，扫描速度快，分辨率 较高，适用于色谱—质谱联用 仪器。
应用
四极杆质谱计是目前最成熟、应用最广泛的小型质谱计 之一。在气相色谱-质谱( GC/MS)和液相色谱-质谱(LC/MS) 联用仪中,四极杆是最常用的质量分析器之一。在研究级应 用中,常涉及质谱仪器多级串联系统MSn,而四极杆质谱计则是 MSn 实验中最常用的质谱计类型之一；例如：三级四极杆串 联质谱。
质谱质量分析器简介及应用
有机质谱示意图
GC 或 LC
接口
离子源
质量分析器
检测器 PC
将离子源产生的离子按m/z顺序分开并排列成谱
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目的
质量分析器是质谱仪器的核心，由质量分析 器的不同构成了不同种类的质谱仪器。由于不 同类型的质谱仪器有不同的原理、功能、指标、 应用范围，还涉及到它们可能有不同的实验方 法，因而有必要了解各种质谱分析器。
Hale Waihona Puke Baidu
五、傅立叶变换离子回旋共振 (FT-ICR)
原理
FT-ICR MS 将离子源产生的离子 束引入ICR中,随后施加一个涵盖 了所有离子回旋频率的宽频域射 频信号。在此信号的激发下, 所 有离子同时发生共振并沿着一个 半径逐渐增大的螺旋型轨迹运动。
当运动半径增大到一定程度之后停止激发,所有离子都同时从共振状态回落, 并且在检测板上形成一个自由感应衰减信号,即像电流(image current)，被 电学仪器放大和记录。得到的像电流是包括了所有离子自由感应衰减信息的 时域信号，在经过傅立叶转换以后就可以获得一个完整的频率域谱。而离子 的质荷比与其共振频率具有一一对应关系,因此我们可以方便地得到通常的 以质荷比为横坐标的质谱图。
当一组由电离源(化学电离源或电子轰击源) 产生的离子由上端小孔进入阱中后,离 子储存于RF和DC形成的电场中；射频电压开始扫描,陷入阱中离子的轨道则会依次发 生变化而从底端离开环电极腔,从而被检测器检测。
优点及用途
1、单一的离子阱可实现多级串联质谱MSn； 2、结构简单,性价比高； 3、灵敏度高,较四极质量分析器高10～1 000 倍; 4、质量范围大(商品仪器已达6 000)。 这些优点使得离子阱质谱计在物理学、分析化学、医学、 环境科学、生命科学等领域中获得了广泛的应用。
单克隆的人免疫球蛋白，分子量已高达982000 2000u。
b) 飞行时间质谱计要求离子尽可能“同时”开始飞行，适合 于与脉冲产生离子的电离过程相搭配，分析适用于脉冲离 子化方式（如MALDI）的大分子量的多肽、蛋白质。
c) 扫描速度快，适于研究极快的过程。 d) 结构简单，便于维护。
串联质谱仪
四、离子阱( Ion Trap )
被称作 “四级杆的三维形式”
由两个端盖电极和位于它们之间的类似四极杆的环电极构成。端盖电极施加直流电压 或接地, 环电极施加射频电压( RF) , 通过施加适当电压就可以形成一个势能阱( 离 子阱) 。根据RF 电压的大小, 离子阱就可捕获某一质量范围的离子。离子阱可以储 存离子, 待离子累积到一定数量后, 升高环电极上的RF电压, 离子按质量从高到低的 次序依次离开离子阱,被电子倍增监测器检测。
样品导入
喷雾室 - 样品雾化 毛细管，四极预杆 ，离子化，去溶剂 –传输离子，从大气压到高
真空状态
一级四极杆 – 过滤母离子
真空泵 – 双阶分子涡轮泵
检测器 –
三级四极杆–
检测离子，产生质谱信号 过滤子离子
二级四极杆 – Ar碰撞诱导解离母离子
Thank you!
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三、四级杆质量分析器 (quadrupole mass analyzer)
四级杆质量分析器基本原理
离子源
X+,X-
mabove m mbelow
RF/DC RF/DC
离子源
质量分析器
检测器
四极杆作为质量过滤器
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±（U - V cosωt）
±（U +V cosωt）
棒状电极上加一个直流电压 ( DC ) 和一个射频电压( RF ), 两对电极之间的电位相反。对于 给定的直流和射频电压, 只有特 定质荷比的离子能够通过并到达 检测器, 其他质荷比的离子则与 电极碰撞湮灭。改变DC/RF, 可 以实现质谱扫描功能。