三重四级杆工作模式 - PYYang's Bio-Mass Spectrometry R&D Lab

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三重四极杆的重要作用三重四极杆的原理和结构单四极杆扫描，MS scan 全扫描，full scan

加强型全扫描，enhanced full scan 双四极杆组合扫描

子离子扫描，pruduct ion scan

母离子扫描，parent ion scan 中性丢失扫描，neutrual loss scan 多通道监测，Monitorings 单离子监测，SIM 多反应监测，MRM 、SRM 参考资料

QTrap 基于四极杆的线型离子阱

PYYang's Bio-Mass Spectrometry R&D Lab

Department of Chemistry, Fudan University, Shanghai China

复旦大学

化学系生物质谱仪器和技术开发实验室，创新科学仪器教育部工程中心

成员

三重四级杆工作模式

Modified on 2011/04/02 14:10 by Administrator Categorized as MSKB , Proteomics , QQQ Experiment modes on a triple quadrupole mass spectrometer

AB Sciex 4000QTRAP 三重四极杆分析器

三重四极杆的重要作用?

三重四极杆质谱仪作为售价数倍于普通GCMS 或LCMS 的高端产品，已经大量进入了我国商检、质检和研究单位。那么它的优势在哪里呢？我们来根据三重四极杆的工作模式逐一说明。

三重四极杆的重要性在于其在临床诊断和执法部门中的应用

三重四极杆的原理和结构?

三重四极杆由两套高性能四极杆分析器和若干离子传输四极杆（或者多极杆）组成。在下面的4000QTRAP 中，Q1和Q3分别是高性能的陶瓷镀金四极杆，每一把的价值超过2万5千美元，其加工精度为1微米，能够在m/z=3000u 时达到单位分辨。Q0和Q2分别是不锈钢的四极杆，价值在2千美元左右，加工精度为20微米；其上仅有射频电压和偏执，没有DC 电压差，仅能传递离子，不能做分辨（指离子分离，请参考四极杆质谱课件）。

三重四极杆的基本结构（Sciex QTrap4000）

? 四极杆质谱课件 ? 三重四级杆工作模式

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单四极杆扫描，MS scan?

全扫描，full scan?

全扫描用于检测离子源产生的离子流中，各种离子的m/z和强度。从全扫描得到的信息可以知道目前色谱中的组分状态。这时对简单的成份可以直接定量；对于复杂的成分可以做进一步的分析。由于ESI离子源能够产生许多m/z大于3000的离子，但是三重四极杆的m/z上限一般达不到3000，所以并不是所有离子都被检测出来。

在仪器内部，可以使用Q1或者Q3做全扫描，两者的差别是混合离子的离子束是否通过了碰撞室Q2。如果使用Q3作为扫描，离子会在Q1、Q2中损失一部分，灵敏度会有一些下降。通常Q3扫描只是用来标定Q3的质量轴的。不过我们倒是经常使用Q3做全扫描，因为我们需要把Q1开到高分辨模

式，Q3开到Unit，Q3的灵敏度反而高一些。

总结一下，全扫描的作用是：

1. 做监视，挑选需要进一步分析的离子

2. 定量简单的组分

3. 矫正Q1、Q3的质量轴

加强型全扫描，enhanced full scan?

双四极杆组合扫描?

三重四极杆扫描模式示意图

子离子扫描，pruduct ion scan?

子离子扫描可以得到母离子的碎片信息。这些信息可以帮助操作者了解母离子的结构信息，区别几种m/z相同的母离子，降低假阳性率。

这时Q1工作在SIM模式，即只允许母离子这一种m/z的离子通过；Q2碰撞室工作在碰撞碎裂模式（CID，Collision Induced Dissociation），气压上升、碰撞能量提高；Q3在做全扫描，检测Q2产生的碎片离子的m/z和强度。

子离子扫描的作用是：

1. 通过母离子碎片种类和强度的差异来区别m/z相同的母离子

2. 了解母离子的结构

母离子扫描，parent ion scan?

想一下，碎片离子的m/z一定比母离子小么？

母离子扫描可以知道离子束中哪些母离子具有我们感兴趣的基团碎片。

仪器内部Q1处于全扫描模式；Q2碰撞室工作在碰撞碎裂模式；Q3用SIM监视感兴趣的碎片。

中性丢失扫描，neutrual loss scan?

这里的中性基团是指如脱水反应中的水分子一样的小分子，它们在碰撞室内以碎片的方式掉下来，但是并不带电荷。

中兴丢失扫描用于检测哪些母离子丢失了中性的基团。

仪器内部Q1处于全扫描模式；Q2碰撞室工作在碰撞碎裂模式；Q3也处于全扫描模式。只是Q1在每一瞬间的m/z和Q3当时的m/z值之差是一个固定值，即中性碎片的m。

对于多电荷母离子在计算时应考虑多电荷的影响，很可能子离子的m/z在电荷数减少后比母离子的m/z还要大。所以没有扫描到中性丢失并不意味着这里一定没有这样的反应，很可能是母离子的电荷状态影响了。

三重四极杆的各种扫描模式下，其性能在所有质谱中并不突出，甚至有垫底的可能。

多通道监测，Monitorings?

三重四极杆的检测模式是一种很特殊的状态，即不产生质谱图（强度 vs m/z），仅产生某一m/z离子的强度。这种模式下，其扫描速度可降低

至100u/s甚至更低，具有很高的灵敏度和动态范围，可以和高分辨双聚焦磁质谱媲美。

单离子监测，SIM?

Single Ion minitoring

SIM是单四极杆定量模式。这一模式下Q1或者Q3四极杆工作在指定的离子通过状态，即四极杆的RF和DC值适中只允许单一离子通过，没有得到这一离子的离子流强度，没有扫描RF或者DC电压、不产生谱图。

SIM的优点是：

1. 灵敏度高（仅次于部分高性能磁质谱），单一离子检测时间长（磁质谱也可以进行SIM或者多个离子同时检测）

2. 可以监视某一离子的实时动态变化，适合于某些监测领域，如爆炸过程中氧气的释放。

3. SIM是高级的质子PTR和串级质谱的基础

在很多情况下，用户有多种离子需要检测，这时大多数SIM质谱仪可以使用SIM列表来循环检测多个离子。不过这时的灵敏度和反应速度有较大损失。多反应监测，MRM、SRM?

Multi-reactiion monitoring or selected reaction monitoring

这里的“反应”指的是通过Q1选择了母离子在Q2碰撞室内碎裂成碎片的过程。一种母离子变成碎片就包含了多个反应：

化学反应：A=>a+b+c

包含了3个四极杆中的反应：

1. A->a

2. A->b

3. A->c

多反应检测MRM原理示意图(Courtesy of MRM Atlas)

通过Q1选择A，Q2碎裂A变为a、b、c，Q3测量a或b或c的强度，就可以知道A=>a+b+c这一化学反应的强度，间接知道反应物A的强度。据此可以

对A进行定量，稳定性可以达到SIM模式的水平（rms=0.1～5%）。

由于通过Q1和Q2两重选择，可以限定母离子m/z和子离子m/z两个参数；而SIM只能固定一个m/z。母离子和子离子m/z相同的情况，大多属于具有同分异构体关系的样品，出现的概率较低，所以MRM的选择性极高。相比之下，SIM受到相似m/z离子干扰的机会大得多，其定量信噪比要低得多。

对于同样的样品MRM比SIM的信噪比高得多。仪器：Agilent 6410 QQQ

在三聚氰胺的LC/MS-MS检测中，我们可以设定质谱的Q1过滤出m/z127（三聚氰胺加氢峰，M+H+），Q2碎裂（CID）后产生的碎片谱图如下：

三聚氰胺的子离子扫描图，母离子是127。仪器：Agilent 6410 QQQ

三聚氰胺的加氢峰127在Q2中变为110、85、68、60等m/z的碎片，即：

以分子量代表化学反应物和产物：(127)=>(110)+(85)+(68)+(60)

Q2中包含4个反应（Reaction）：

1. (127)->(110)

2. (127)->(85)

3. (127)->(68)

4. (127)->(60)

通常厂家称这种127/85、127/68为“离子对”（ion pair或者称为三重四极杆质谱的“瞬态”，transition）。

我们可以通过使用Q3检测碎片离子110、85、68或60来反映三聚氰胺的强度。通过偏最小二乘法可以通过多个子离子强度计算母离子强度。实际上在质检部门，实验人员只需要选择85或68这种强度较高的子离子峰来检测，就足以精确的检测奶粉中三聚氰胺的含量，灵敏度可高达50ppb，

比GCMS的2ppm高出50倍。

当然在实际使用过程中，往往需要在一份样品中一次性同时检测几十甚至一千种有害物质。这时可以分别对每一个项目选择1～2个离子对，编辑成表

Selected reaction monitoring,Wikipedia

Selected reaction monitoring, MSTerms

High-throughput generation of selected reaction-monitoring assays for proteins and proteomes,Paola Picotti, Nature Methods Free computational resources for designing selected reaction monitoring transitions,Jennifer A. Cham, PROTEOMICS

1997-2011

复旦大学化学系,

上海市杨浦区邯郸路

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