串联四极杆和离子阱质谱仪的性能与用途比较

离子阱与四级杆的区别离子阱（Ion Trap）和四级杆（Quadrupole Mass Spectrometer）是质谱仪里面两种常用的离子操控方法，它们分别采用了不同的离子捕捉技术。

这篇文章将针对离子阱和四级杆这两种离子捕捉方法，从结构、工作原理、优缺点等方面进行详细地介绍和比较。

一、离子阱离子阱主要由四个部分组成：电极，封闭区，偏置电压和检测器。

1. 电极离子阱是由三个电极组成。

一个环形稳定电极和两个端盖电极。

通常情况下，稳定电极和一个端盖电极是相对地接到高频交流电源上的。

在离子阱中加上这个高频电压可以产生一个旋转的电场。

稳定电极的环状形能够在中心悬浮并使离子在一个空间中运动而不会被失去。

另外一端的端盖电极与较低的静态电位相关联。

2. 离子封闭区封闭区是离子阱实际上存在的空间。

每个离子在其中旋转并被维持在环形稳定电场上。

封闭区的大小取决于离子所处的高频电压和频率，通常以毫米为单位。

3. 偏置电压离子阱中第三个电极是一个稳定电势电极，称为偏置电极。

偏置电极上加上如此高的电位是为了使离子保持在封闭区，不受位移影响。

4. 检测器检测器与离子阱的封闭区相连。

检测器稳定地地捕捉在封闭区中旋转的离子，然后将它们转化为电流的形式进行检测以测量它们的质谱信息。

二、四级杆四级杆由四根圆柱形电极构成，这四个电极分别排列在两个互相垂直的平面内，两个平面间隔着一个相等的距离。

其中两个矩形加秒杆呈90度交叉，形成一个“十”字形。

每根电极都交替地接到正或负电源上。

质谱离子穿过四根电极，受到一系列的射频电压和直流电压控制，最终只有部分离子能够穿过所有的电极，在检测器侧被检测到。

1. RF选通器RF 选通器是四级杆中的第一个电极，由于其工作原理与离子阱类似，同样需要加上高频电压，产生旋转或者交替偏转的效果，以实现选择离子通过的目的。

2. 直流电极四级杆中直流电极的电压为正负交替，控制是否让击中该电极的离子穿越四级杆。

3. RF辅助电极RF 辅助电极可以增加四级杆的选择性。

7种质谱能力优缺点大解析四极杆质谱仪，QMSQMS是最常见的质谱仪器，定量能力突出，在GC-MS中QMS占绝大多数。

优点：结构简单、成本低、维护简单SIM功能的定量能力强，是多数检测标准中采用的仪器设备。

缺点：无串极能力，定性能力不足分辨力较低（单位分辨），存在同位素和其他m/z近似的离子干扰速度慢，质量上限低（小于1200u）飞行时间质谱仪，TOFMSTOFMS是速度最快的质谱仪，适合于LC-MS方面的应用。

优点：分辨能力好，有助于定性和m/z近似离子的区别，能够很好的检测ESI电喷雾离子源产生多电荷离子。

速度快，每秒2～100张高分辨全扫描（如50～2000u）谱图，适合于快速LC系统（如UPLC）质量上限高（6000～10000u）缺点：无串极功能，限制了进一步的定性能力售价高于QMS较精密，需要认真维护三重四极杆质谱仪，QQQQQQ质谱给四极杆质谱仪在保留QMS原有定量能力强的特点上，提供了串级功能，加强了质谱的定性能力，检测标准中常作为QMS的确认检测手段。

优点：有串极功能，定性能力强定量能力非常好，MRM信噪比高于QMS的SIM是常用的QMS结果确认仪器除一般子离子扫描功能外，QQQ还具有SRM、MRM、母离子扫描、中性丢失（Neutral loss）等功能（离子阱不行）对特征基团的结构研究有很大帮助缺点：分辨力不足，容易受m/z近似的离子干扰售价较高需要认真维护四极离子阱，QTrap技术上而言，在传统QQQ的四极杆中加入了辅助射频，可以做选择性激发；或者就功能而言，为QQQ提供了多级串级的功能优势：同时具备MRM、SRM、中性丢失和多级串级功能，非常适合于未知样品的结构解析缺点分辨力还是低了点离子阱质谱仪，ITMS离子阱质谱仪是最简单的串联质谱。

常用于结构鉴定成本比QQQ低廉，体积小巧具备多级串级能力，适合于分子结构方面的定性研究，能够给出分子局部的结构信息，比QQQ好有局部高分辨模式（Zoom Scan），分辨力比四极杆质谱高数倍，达到6000～9000，适合于确定离子质量数缺点：定量能力不如QMS和QQQ，所以大多数GCMS不采用离子阱质谱不能够像QQQ一样做母离子扫描和中性丢失，在筛选特征结构分子的时候能力不足线性离子阱，Linear Ion Trap传统3D离子阱的增强版本优点：相对于传统3D离子阱，灵敏度高10倍以上多级串级质谱缺点：相对于QQQ，还是不能做MRM、中性丢失等特征基团筛选功能四极杆飞行时间串联质谱，QTOFQTOF以QMS作为质量过滤器，以TOFMS作为质量分析器。

离子阱质谱和四极杆质谱的原理分析质荷比的原理四极杆（Quadrupole）：由四根带有直流电压（DC）和叠加的射频电压（RF）的准确平行杆构成，相对的一对电极是等电位的，两对电极之间电位相反。

当一组质荷比不同的离子进入由DC和RF组成的电场时，只有满足特定条件的离子作稳定振荡通过四极杆，到达监测器而被检测。

通过扫描RF场可以获得质谱图。

四极杆成本低，价格便宜，虽然目前日常分析的质荷比的范围只能达到3000，但由于分析器内部可容许较高压力，很适合在大气压条件下产生离子的ESI离子化方式，并且，ESI电离最突出特点是产生多电荷，蛋白质和其他生物分子电喷雾电离所产生的电荷分布一般在3000以下，所以四极杆广泛地与ESI联用。

另外，三重四极杆由于可以做多级质谱，定量也方便，使用极为广泛。

离子阱（Ion trap）：由一对环形电极（ring electrod）和两个呈双曲面形的端盖电极（end cap electrode）组成。

在环形电极上加射频电压或再加直流电压，上下两个端盖电极接地。

逐渐增大射频电压的最高值，离子进入不稳定区，由端盖极上的小孔排出。

因此，当射频电压的最高值逐渐增高时，质荷比从小到大的离子逐次排除并被记录而获得质谱图。

离子阱质谱可以很方便地进行多级质谱分析，对于物质结构的鉴定非常有用。

我们单位就用的ESI-四极杆分析多肽，请问三重四极杆原理又是什么？说来比较复杂，我有相关的文献，需要的话我可以发信给你。

有本英文的书"Practical aspects of ion trap mass spectrometry" Thomas Cairns主编的，很详细，可以到国家图书馆借到。

简单得说，离子阱能囚禁的离子质量与所用射频的频率的平方成反比，与其幅度成反比。

通常是固定频率，从小到大扫描幅度，其囚禁的离子以质量从小到大的次序就出来了。

简单得说，离子阱能囚禁的离子质量与所用射频的频率的平方成反比，与其幅度成反比。

四极杆静电场轨道阱质谱仪四极杆静电场轨道阱质谱仪是一种高精度的分析仪器，广泛应用于化学、生物化学、环境科学等领域。

本文将介绍四极杆静电场轨道阱质谱仪的原理、结构、优点及应用领域，并探讨我国在该领域的发展前景。

一、四极杆静电场轨道阱质谱仪的原理和结构四极杆静电场轨道阱质谱仪基于离子阱技术，其主要结构包括四极杆、静电场和轨道阱。

四极杆负责对离子进行传输和聚焦，静电场用于控制离子的运动轨迹，轨道阱则用于捕获和分析离子。

在工作过程中，样品经过电离后产生离子，四极杆将这些离子传输至轨道阱，静电场则根据离子的质荷比（m/z）对其进行分离。

最终，质谱仪通过检测器收集和分析分离后的离子信号，从而实现对样品的定性分析和定量分析。

二、四极杆静电场轨道阱质谱仪的优点和应用领域1.优点（1）高分辨率：四极杆静电场轨道阱质谱仪具有较高的分辨率，能够对不同质荷比的离子进行精确分离。

（2）高灵敏度：该质谱仪在较低浓度下即可检测到样品中的目标离子，适用于微量分析和超痕量分析。

（3）广泛的应用领域：四极杆静电场轨道阱质谱仪可应用于有机化学、生物化学、环境科学、药物分析等多个领域。

2.应用领域（1）环境监测：用于检测大气、水体、土壤等环境中的有害物质。

（2）药物分析：用于药物研发、生产和临床检验等方面的分析检测。

（3）生物化学：用于蛋白质组学、代谢组学等研究领域的离子分析。

（4）食品安全：用于检测食品中的农药残留、添加剂、重金属等成分。

三、四极杆静电场轨道阱质谱仪在我国的发展前景近年来，随着国家对科技创新的重视和投入，我国四极杆静电场轨道阱质谱仪的研究和应用取得了显著成果。

在未来，我国四极杆静电场轨道阱质谱仪的发展前景广阔，有望在以下方面取得突破：1.提高分辨率和技术指标：通过优化仪器设计和改进检测方法，提高质谱仪的分辨率和灵敏度。

2.扩大应用领域：研发针对不同领域的专用四极杆静电场轨道阱质谱仪，满足更多行业的需求。

3.仪器小型化和便携化：通过技术创新，实现四极杆静电场轨道阱质谱仪的小型化和便携化，方便现场快速检测。

四级杆、单杆串联质谱仪分类一、四级杆质谱仪四级杆质谱仪是质谱仪的一种，其核心部分是一个四级杆质量过滤器。

在质谱分析中，样品分子首先要离子化，即在很高的电场作用下，将原子或分子解离成带电的离子。

四级杆质谱仪的特点在于其能够选择性地过滤和传输特定质量的离子。

它通常用于痕量分析，如环境样品、药物、代谢产物、食品安全等领域。

1.工作原理四级杆质谱仪的核心是四级杆质量过滤器，由四个平行电极杆构成。

在电场的作用下，离子根据其质量、电荷比（m/z）的不同，在四级杆中受到不同程度的加速或偏转。

当设定适当的电压时，特定m/z的离子可以通过四级杆，而其他的离子则被排斥。

通过检测器检测通过的离子，可以得到样品的质谱图。

2.优点（1）高选择性：四级杆质谱仪可以选择性地过滤和传输特定m/z的离子，有效地排除其他离子的干扰。

（2）高灵敏度：由于四级杆的过滤作用，只有少量的离子能够通过，这使得检测器的检测灵敏度较高。

（3）结构简单：四级杆质谱仪的结构相对简单，操作和维护也比较方便。

3.局限性（1）质量范围限制：四级杆质谱仪的质量范围有限，通常只适用于某一特定的m/z范围。

（2）分辨率较低：对于相近的m/z值，分辨率较低，容易造成混淆。

（3）易受污染：长时间使用后，四级杆表面容易积聚杂质和污染物，影响其性能。

二、单杆串联质谱仪单杆串联质谱仪是一种将两个或多个质谱仪串联起来，以提高分辨率和灵敏度的质谱仪。

由于其结构相对复杂，成本较高，因此通常只用于高精度的质谱分析，如生物医学、环境监测等领域。

1.工作原理单杆串联质谱仪由两个或多个质谱仪串联而成。

每个质谱仪都有自己的四级杆质量过滤器，并配备相应的检测器。

样品离子首先通过第一个质谱仪的四级杆过滤器，选出特定m/z的离子，然后传输到下一个质谱仪继续过滤和检测。

通过串联多个质谱仪，可以提高分辨率和灵敏度，并拓宽可检测的质量范围。

2.优点（1）高分辨率：通过串联多个质谱仪，可以显著提高分辨率，更好地区分相近的m/z值。

串联四级杆质谱
四级杆质谱仪是一种用于分析物质组成和结构的仪器。

它由四个串联的杆组成，每个杆具有不同的功能。

首先，样品进入质谱仪的离子源，通过电离方法（如电子轰击、电喷雾等）将样品分子电离成离子。

离子会被加速器加速并进入第一级杆，称为Q1杆。

在Q1杆中，通过应用电场和磁场，选择性的聚焦和传输特定质荷比（m/z）的离子进入下一个杆。

接下来，离子进入第二级杆，称为Q2杆。

在Q2杆中，通过
再次应用电场和磁场，进一步选择性地传输特定m/z的离子。

这里通常使用碰撞诱导解离（CID）技术，将离子分解成更小
的碎片离子。

这些碎片离子的m/z比原始离子更小，有助于确定样品的组分和结构。

然后，离子进入第三级杆，称为Q3杆。

在Q3杆中，离子再
次经过选择性传输，可以选择传输特定的m/z范围，以进一步减少背景干扰。

最后，离子进入第四级杆，称为Q4杆或检测器。

在这里，离
子被检测器捕获，并转化为电信号。

这个电信号被放大和记录下来，并可以通过计算机软件进行分析和解读。

通过串联四级杆质谱仪，可以实现高灵敏度、高分辨率的质谱分析，可以用于各种应用，包括化学分析、生化分析、环境监测等。

四极杆飞行时间质谱和离子阱质谱的区别四极杆飞行时间质谱（quadrupole time-of-flight mass spectrometry, Q-TOF）和离子阱质谱（ion trap mass spectrometry, IT-MS）是常见的质谱技术，它们之间有以下区别：
1.原理：四极杆飞行时间质谱和离子阱质谱的原理不同。

四极杆飞行时间质谱是利用电磁场对离子进行加速、聚焦和分离，然后测定其飞行时间，从而确定其质量；离子阱质谱是通过电场将带电粒子聚集在一个空间内，然后利用外加电场进行激发和检测，从而得到粒子的质荷比。

2.离子捕获能力：离子阱质谱具有较强的离子捕获能力，可以在较长时间内稳定地存储大量离子，而四极杆飞行时间质谱则不能存储离子。

3.灵敏度：离子阱质谱的灵敏度通常比四极杆飞行时间质谱高，特别是在低质量分析方面具有更好的表现。

4.分辨率：四极杆飞行时间质谱的分辨率通常比离子阱质谱高，能够分析更复杂的样品。

5.适用范围：离子阱质谱主要用于小分子化合物的分析，而四极杆飞行时间质谱则适用于大分子和蛋白质等生物大分子的分析。