质量分析器
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GC 或 LC
接口
离子源
质量分析器
检测器
PC
2
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。
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）
离子在方向、能量都聚焦的情况下，质谱可达到高分辨！
8
四Hale Waihona Puke Baidu杆质量分析器基本原理
离子源
RF/DC
mabove m mbelow
X+,X-
RF/DC
离子源
质量分析器
检测器
四极杆作为质量过滤器
10
±（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
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
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
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”。
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。
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
一级四极杆 –
真空状态
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
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。
Detection System
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
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
5
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:
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。
±（U +V cosωt）
电极碰撞湮灭。改变DC/RF, 可 以实现质谱扫描功能。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
以质荷比为横坐标的质谱图。
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 ；
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。
接口
离子源
质量分析器
检测器
PC
2
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。
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）
离子在方向、能量都聚焦的情况下，质谱可达到高分辨！
8
四Hale Waihona Puke Baidu杆质量分析器基本原理
离子源
RF/DC
mabove m mbelow
X+,X-
RF/DC
离子源
质量分析器
检测器
四极杆作为质量过滤器
10
±（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
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
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
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”。
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。
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
一级四极杆 –
真空状态
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
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。
Detection System
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
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
5
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:
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。
±（U +V cosωt）
电极碰撞湮灭。改变DC/RF, 可 以实现质谱扫描功能。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
以质荷比为横坐标的质谱图。
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 ；
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。