三重四级杆质谱仪原理详解讲义
三重四级杆气相色谱质谱联用仪原理
三重四级杆气相色谱质谱联用仪原理
三重四级杆气相色谱质谱联用仪是一种分析仪器，结合了气相色谱（GC）和质谱（MS）技术，用于分析复杂样品中的组分。
三重四级杆气相色谱质谱联用仪的工作原理如下：
1. 气相色谱（GC）分离：样品经过预处理后，通过进样口注
入气相色谱柱中。
然后，样品在高温条件下挥发，并通过气流带动进样口中的挥发物进入气相色谱柱。
在气相色谱柱中，样品中的成分会因为不同的亲和性而在柱上发生分离。
2. 离子化与分析：GC柱分离出的组分进入质谱部分。
首先，
离子源将分离出的化合物离子化，通常使用电子轰击（EI）或化学电离（CI）方法。
离子化后的化合物会形成离子云。
3. 气体四级杆质量分析器：离子云被引入到四级杆质量分析器中，在四级杆中通过运动激发进行质量分析。
通过调节四级杆中的偏压和交变电场的频率，只有质量-电荷比（m/z）在指定
范围内的离子可以穿过四级杆，其他离子则被排除。
4. 超过磁扇质谱仪：离子从四级杆进一步进入超过磁扇质谱仪。
在这里，离子会被分离成不同的mm/z比。
质谱仪会测量这些
离子的强度，从而得到样品中的各种成分及其相对丰度。
5. 数据分析和识别：质谱仪测量得到的数据可以通过计算机进行分析和识别。
根据谱图中离子的相对强度和m/z比，可以确定各个组分的存在和相对丰度。
通过气相色谱质谱联用仪的工作原理，可以实现对复杂样品中微量成分的快速准确分析和鉴定。
三重四级杆质谱仪原理整合完整版
内容
• 质量分析 – 基础知识 – 质量分析器的性能特点 • 分辨率 • 准确率 • 质量范围 • 多级质量分析 – 什么是多级质谱？ – 多级质谱如何工作？ – 碰撞诱导解离(CID) – 采集方式 • SRM • MRM • QQQ的优点（选择性、灵敏度和速度
质量分析: 基本基础知识
时间串联的多级质谱：缺点
• 缺乏三重四极杆（QQQ）类型的母离子扫描和和中性丢失 扫描的高灵敏度。 • 因为空间电荷效应的影响，离子阱的 动态范围有限。因 为如果过多的离子积累在阱里，它们的电荷相斥会对仪器 的分辨率和定量分析造成有害的影响。
空间串联的多级质谱：通过QQQ质量分析器完成
•
空间串联的多级质谱分析通过连续的质量分析器 实现，例如QQQ。
酸性氯代除草剂的基本知识
• 常用于除去草地和谷类农作物中阔叶杂草 • 潜在的地下水污染物 • 公众的误用 • 需要对痕量级别定量
传统方法
• 液－液萃取 • 重氮甲烷衍生化 • 气相色谱方法和选择性检测器（例如电子捕获检测器） • 仪器二次运行确认 • 存在问题 • 溶剂的过量使用 • 问题数据的解释 • 甲基化试剂的安全关注
多级质量分析
质谱/质谱方式的介绍
多级质量分析
• 通常通过由惰性气体分子，例如氮气，氩气或氦气，碰撞 所选择的分子离子来实现的。这个过程就是所谓的碰撞诱 导解离（CID)。 • 对所得的碎片离子进行质量分析。
• 碎片离子被用于对原来的分子离子的结构判断。
• 多质谱分析可用于的分子等的测定。
为什么使用HPLC/MS/MS?
• 不需进行衍生化。 • 在单个分析中实现确认定量。 • 在复杂很脏的基体中的低检测限
• 提高实验室效率/产出率（使用固相萃取技术） • 更可靠和可值得信赖的测试结果。
三重四级杆质谱仪工作原理
三重四级杆质谱仪是一种高灵敏度、高分辨率的质谱仪，广泛应用于生物医学、环境监测、食品安全等领域。
其工作原理如下：
离子源：将待测样品离子化，通常采用电子轰击（EI）或化学电离（CI）等方式。
质量分析器：将离子源产生的离子按质量分离，通常采用四级杆质量分析器。
碰撞室：在离子进入质量分析器之前，将其与惰性气体（如氮气）碰撞，使其失去部分能量并碎裂成更小的离子。
三重四级杆质量分析器：由三个四级杆组成，其中第一个四级杆（Q1）用于选择特定的离子，第二个四级杆（Q2）用于碎裂离子，第三个四级杆（Q3）用于检测碎裂后的离子。
检测器：将离子转化为电信号，并记录下来。
通过上述过程，三重四级杆质谱仪可以实现对复杂混合物中特定化合物的定性和定量分析。
三重四级杆质谱仪原理整合完整版
三重四极杆: SRM 或MRM
多反响监测〔MRM〕
QQQ 应用
• 承受QQQ,分析者可以承受最少的样品制 备步骤。
• 常常用于少量化合物的高通量定量分析， 而 不用于大量化合物同时高通量分析。。
• 一些例子： •食品中的农药和除草剂 • 人类体液中的违禁药物 • 地表水的药物 • 生物基体中的药物
时间串联的多级质谱：缺点
• 缺乏三重四极杆〔QQQ〕类型的母离子扫描和和中性丧失 扫描的高灵敏度。
• 由于空间电荷效应的影响，离子阱的 动态范围有限。由 于假设过多的离子积存在阱里，它们的电荷相斥会对仪器 的区分率和定量分析造成有害的影响。
空间串联的多级质谱：通过QQQ质量分析器完成
• 空间串联的多级质谱分析通过连续的质量分析器 实现，例如QQQ。
QQQ多级质谱：子离子扫描
• Q1选择了某一特定质量的母离子，Q2碰撞池产生碎片离 子，然后在Q3中分析。此过程产生典型的质谱质谱碎片 谱图。
第一个四极杆在选择性离子监测模式，其次个在全扫描监测模式
QQQ多级质谱：母离子扫描
• 在母离子扫描中，Q1测定母离子，Q3测定某个特定的 碎片离子，因此可在特别简单的混合物中监测某种特 定的分子。
三重四级杆质谱仪原理
内容
• 质量分析
• – 根底学问
• – 质量分析器的性能特点
•
• 区分率
•
• 准确率
•
• 质量范围
• 多级质量分析
• – 什么是多级质谱？
• – 多级质谱如何工作？
• – 碰撞诱导解离(CID)
• – 采集方式
பைடு நூலகம்
•
• SRM
•
• MRM
• QQQ的优点〔选择性、灵敏度和速度
三重四级杆质谱仪原理(全)
酸性氯代除草剂的基本知识
• 常用于除去草地和谷类农作物中阔叶杂草 • 潜在的地下水污染物 • 公众的误用 • 需要对痕量级别定量
传统方法
• 液－液萃取 • 重氮甲烷衍生化 • 气相色谱方法和选择性检测器（例如电子捕获检测器） • 仪器二次运行确认 • 存在问题 • 溶剂的过量使用 • 问题数据的解释 • 甲基化试剂的安全关注
三重四级杆质谱仪原理
内容
质量分析
– 基础知识 – 质量分析器的性能特点
• 分辨率 • 准确率 • 质量范围
多级质量分析
– 什么是多级质谱？ – 多级质谱如何工作？ – 碰撞诱导解离(CID) – 采集方式
• SRM • MRM
QQQ的优点（选择性、灵敏度和速度）
质量分析: 基本基础知识
在质量分析器里所产生的离子是根据他们的质荷比(m/z). 进行分离的
三重四极杆不是最好的获取质谱图的仪器，平行测量 的质谱系统会更好些：
• 三重四极杆质谱/质谱不如离子阱质谱仪（ TRAPS ）灵敏（定性） • 三重四极杆质谱不如飞行时间质谱仪（TOF）所获取的质谱图那么
有说服力（定性）
质量分析器的性能特点
• 质量范围
– 不同类型质量分析器质荷比的范围。四极杆分析器典型 的扫描范围高达3000 m/z。
一个单四极杆质谱仪
四极杆质量过滤器
合成电压在两个对杆上数量是相同的，极性 是相反的。
四极杆质量过滤器如何工作的？
四极杆质量过滤器稳定性图表
马修稳定图
选择性离子监测与全扫描对比
三重四极杆与其他液相/质谱联用技术的比较
– 在质谱应用领域里三重四极杆是最灵敏和定量重现性 最好的仪器。
– 在质谱应用领域里三重四极杆在执行中性丢失扫描和 母子扫描模式具有最好的灵敏性和准确性。
三重四级杆质谱仪原理整合完整版
三重四极杆不是最好的获取质谱图的仪器，平行测量的质谱系统 会更好些： • 三重四极杆质谱/质谱不如离子阱质谱仪（ TRAPS ）灵敏（定性） • 三重四极杆质谱不如飞行时间质谱仪（TOF）所获取的质谱图那么 有说服力（定性）
质量分析器的性能特点
• 质量范围 – 不同类型质量分析器质荷比的范围。四极杆分析器典型 的扫描范围高达3000 m/z。
QQQ多级质谱：单个反应监测(SRM)
选择某一质量的母离子，Q2碰撞单元产生碎片离子。Q3 只分析一个碎片离子。此过程产生一个简单的单个离子 碎片谱图
QQQ多级质谱：多反应监测
Q1选择某一质量的母离子，碰撞单元产生碎片离子。Q3 用于搜寻多个选择反应监测，这就是多重反应监测 （MRM）。
• 在质量分析器里所产生的离子是根据他们的质荷 比(m/z).进行分离的
质荷比
与小分子不同，一个更大分子的同位素质量簇中丰度最大的离子可能不 是最低同位素质量。注意这个变化是同位素分布，它将影响你分析的结果。
质量分析器的性能特点
• 分辨率= M/ΔM 分辨率为200时，准确率是～2000ppm 分辨率为2500时，准确率是～100ppm
采集类型：QQQ质谱仪
三重四极杆: SRM 或MRM
多反应监测（MRM）
QQQ 应用
• • •
采用QQQ,分析者可以采用最少的样品制备步骤。 经常用于少量化合物的高通量定量分析，而 不用 于大量化合物同时高通量分析。。
一些例子：
•食品中的农药和除草剂 • 人类体液中的违禁药物 • 地表水的药物 • 生物基体中的药物
多级质量分析
质谱/质谱方式的介绍
多级质量分析
• 通常通过由惰性气体分子，例如氮气，氩气或氦气，碰撞 所选择的分子离子来实现的。这个过程就是所谓的碰撞诱 导解离（CID)。 • 对所得的碎片离子进行质量分析。
三重四级杆质谱仪原理整合完整版
三重四级杆质谱仪原理整合完整版三重四级杆质谱仪（triple quadrupole mass spectrometer）是一种精密的分析仪器，采用了多个四极杆来实现质谱分析，并能够进行更加复杂的分析和定量。
本文将介绍三重四级杆质谱仪的原理，并进行详细解析。
质谱仪是一种将样品中的分子分离并根据其相对质量和相对丰度进行定量分析的仪器。
质谱仪的主要部分包括样品进样系统、离子源、质量分析器、检测器和数据处理系统等。
在质谱分析中，样品首先通过进样系统输入到离子源中。
离子源一般采用电子轰击法，将样品化合物转化为离子。
接着，离子会进入到Q1四极杆中。
Q1四极杆的主要作用是进行质量分选。
通过调节Q1四极杆中的直流电压和射频电压，只有具有特定质量荷比的离子能够通过，并进入到Q2四极杆。
Q2四极杆的主要功能是进行离子的碰撞和碎解。
在Q2四极杆中，离子会与气体发生碰撞，并进一步分解成更小的离子。
由于不同的离子具有不同的碰撞交联截面，因此可以选择性地使特定离子分解。
然后，离子会通过Q3四级杆。
Q3四级杆也具有质量分辨率的功能，可以选择性地将具有特定质量荷比的离子传递到检测器中。
在整个过程中，质量分析器会根据离子的质量和荷比将离子进行分析和检测。
最常用的检测器是离子倍增器或离子计数器。
当离子在检测器中碰撞时，会释放出电子并产生电流信号。
通过测量电流信号的大小，可以确定离子的相对丰度。
最后，数据处理系统会将电流信号转化为具体的质谱图，并进行质量定量分析。
数据处理系统还可以进行同位素检测、排除杂质以及生成报告等功能。
综上所述，三重四级杆质谱仪通过多个四级杆的组合，实现了对离子的分选、碰撞和分解，并能够进行高灵敏度和高选择性的定量分析。
它在许多领域中被广泛用于分析和定量研究。
三重四级杆质谱仪原理(全)
描述质谱仪同时检测不同浓度范围离子的能力。
关键参数设置方法及影响分析
离子源参数
包括电离方式、电离能量、气体流量等，影响离子产生效率和碎 片化程度。
质量分析器参数
如扫描速度、分辨率设置等，直接影响质谱图的获取质量和速度。
检测器参数
包括增益、偏置电压等，影响离子信号的检测和转换。
优化实验条件提高分辨率和灵敏度
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感谢您的观看
质量分析器类型
01
三重四级杆质谱仪采用串联的三个四级杆质量分析器，用于筛
选和分离不同质荷比的离子。
离子筛选
02
通过调节四级杆上的直流和交流电压，形成特定的电场分布，
使得只有特定质荷比的离子能够通过。
离子分离
03
经过多级筛选和分离，不同质荷比的离子被依次传输到检测器
进行检测。
检测器信号转换与放大
01
02
03
检测器类型
常用电子倍增器或离子阱 检测器等，用于将离子信 号转换为电信号。
信号转换
离子撞击检测器表面产生 二次电子，经过多级倍增 后形成可测量的电流信号。
信号放大
通过放大器对电流信号进 行放大处理，提高信噪比 和灵敏度。
数据处理系统简介
数据采集
将检测器输出的模拟信号转换为数字信号，并进 行实时采集和存储。
随着技术的不断进步，三重四级杆质谱仪的性能将不断提升，满 足更高层次的应用需求。
应用领域持续拓展
随着新方法和新技术的开发，三重四级杆质谱仪的应用领域将持续 拓展，覆盖更多行业和领域。
智能化和自动化水平提高
人工智能和自动化技术的引入将进一步提高三重四级杆质谱仪的智 能化和自动化水平，简化操作流程和提高工作效率。
三重四级杆质谱仪原理详解
其他的排除出离子阱。 • 在与惰性气体原子（氦，氩或者氮）碰撞后，所选择的离
子被激活，所产生的更大动能使它们变成碎片。 • 所得的碎片离子通过分析后，得到碎片离子谱图。
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时间串联的多级质谱:优点
低聚核苷酸以及酯类药物类的分子等的测定。
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什么是碰撞诱导解离（CID）？
这是一个通过中性分子的碰撞把能量传递给离子的过程。 这种能量传递足以使分子键断裂和所选择的离子重排。
❖ 为什么它那么重要？
在70年代初期McLafferty (JACS, 95, 3886, 1973) 论证 了从离子观测得的键断裂和重排,表明了CID是中性分子的 分子结构的典型代表。 ❖ 结构阐述
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一个单四极杆质谱仪
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四极杆质量过滤器
合成电压在两个对杆上数量是相同的,极性 是相反的。
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四极杆质量过滤器如何工作的？
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四极杆质量过滤器稳定性图表
马修稳定图
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选择性离子监测与全扫描对比
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三重四极杆与其他液相/质谱联用技术的比较
– 在质谱应用领域里三重四极杆是最灵敏和定量重现性最 好的仪器。
片段进行多重质谱/质谱(aka
MSn)实验，以获得更多的结构
信息。
• 另外一个优点就是它们能够富
集离子，以提供更好的离子信号。
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时间串联的多级质谱:缺点
• 缺乏三重四极杆（QQQ）类型的母离子扫描和和中性丢
失 扫描的高灵敏度。
• 因为空间电荷效应的影响,离子阱的 动态范围有限。因为
如果过多的离子积累在阱里，它们的电荷相斥会对仪器的 分辨率和定量分析造成有害的影响。
三重四级杆质谱仪原理详解
农药残留检测
该仪器能够检测农产品中 农药的残留量，保障食品 安全。
兽药残留检测
在肉类食品中，兽药残留 可能对人体造成危害，三 重四级杆质谱仪能够对其 进行准确的检测。
在环境监测中的应用
大气污染物监测
通过对大气中各种污染物的成分和浓 度进行分析，三重四级杆质谱仪有助 于评估空气质量。
水质监测
通过对水体中的有机物、重金属等污 染物进行分析，该仪器有助于监测水 质状况和评估水环境健康。
在四级杆质谱仪中，粒子在电场和磁场的作用下进行稳定的 运动，通过测量粒子的运动轨道和周期，可以推算出粒子的 质量和电荷状态。
离子传输系统
离子传输系统是连接离子源和四级杆质谱仪的桥梁，其主 要功能是将离子源产生的离子传输到质谱仪中，同时保证 离子的传输效率和稳定性。
离子传输系统通常采用离子光学原理，通过控制电场和磁 场的大小和方向，实现对离子的聚焦、导向和传输，以保 证离子能够稳定地进入四级杆质谱仪。
05
三重四级杆质谱仪的发 展趋势与展望
技术改进与创新
更高的灵敏度和分辨率
通过改进离子光学系统和检测器技术，提高三重四级杆质 谱仪的灵敏度和分辨率，使其能够检测更低浓度和更小的 分子。
智能化和自动化
引入人工智能和机器学习技术，实现三重四级杆质谱仪的 智能化和自动化操作，包括自动校准、自动优化和自动诊 断等功能，提高仪器的可靠性和稳定性。
真空系统通常采用机械泵或分子泵等抽气设备，将质谱仪内部的空气抽出，以降低空气分子对离子运 动的影响，保证离子的传输效率和稳定性。同时，真空系统还能够减少空气对离子的碰撞和散射，提 高离子的检测效率和准确性。
03
三重四级杆质谱仪的应 用
在药物分析中的应用
三重四极杆液相色谱质谱联用仪原理
三重四极杆液相色谱质谱联用仪原理三重四极杆液相色谱质谱联用仪（Triple Quadrupole Liquid Chromatography Mass Spectrometer，TQ-LCMS）是一种结合了液相色谱（Liquid Chromatography，LC）和质谱（Mass Spectrometry，MS）的分析仪器。
它由三重四极杆质谱仪和液相色谱仪两部分组成，可以进行高效的化合物分析和结构鉴定。
三重四极杆液相色谱质谱联用仪的原理是基于质谱分析技术和色谱分离技术的结合。
色谱分离技术通过不同分子间相互作用力的差异，使样品中的物质在色谱柱中进行分离。
而质谱分析技术则通过对样品分子进行离子化和质荷比（m/z）分析，得到样品的质谱图。
三重四极杆质谱仪是质谱仪的核心部分，它由三个四极杆组成。
第一个四极杆（Q1）用于进样离子化后的化合物。
通过控制Q1的电压，显性地选择特定离子种类进入下一个四极杆。
第二个四极杆（Q2）用于碎片离子的选择和分离。
第三个四极杆（Q3）用于质谱分析，同时可以对碎片离子进行筛选，控制离子流入检测器。
质谱仪通过不断地改变四极杆的电压和电场，选择离子的通道，从而实现样品质谱图的获取。
液相色谱仪是通过液相的分离原理将样品中的混合物分离开来。
它由进样系统、色谱柱和检测器三部分组成。
进样系统用于将样品引入色谱柱，色谱柱则根据各组分在固定相上的亲和力不同进行分离，最后通过检测器对分离后的物质进行检测。
三重四极杆液相色谱质谱联用仪的工作流程如下：首先，样品通过进样系统进入液相色谱仪，经过色谱柱进行分离。
然后，分离后的化合物进入质谱仪的离子源中进行离子化。
离子化后的化合物离子进入质谱仪中的四极杆，并根据四极杆的电压和电场进行质谱分析。
最后，得到的质谱图通过计算机系统进行处理和分析，可以得到样品中各组分的信息。
三重四极杆液相色谱质谱联用仪具有高灵敏度、高选择性和高分辨率的特点，可以广泛应用于药物分析、环境监测、食品安全等领域。