离子阱质谱
thermo离子阱质谱
Thermo离子阱质谱
Thermo离子阱质谱是一种高分辨率、高灵敏度的质谱技术，它利用离子阱中离子的稳定分布状态来提高质谱的质量分辨率和检测灵敏度。
离子阱是一个小型的、封闭的电场空间，离子在其中被束缚并保持稳定的分布状态，而不受外部电场的扰动。
离子阱可以通过调整电场强度和电极形状来控制离子的分布状态，从而实现对离子的高分辨率检测和分析。
在Thermo离子阱质谱中，样品首先被离子化，并产生一系列带电离子。
这些离子被加速进入离子阱中，并被电场束缚在其中。
通过调节电场强度和扫描离子信号，可以检测和分析离子的质量和相对丰度。
相比于传统的质谱技术，Thermo离子阱质谱具有更高的质量分辨率和检测灵敏度。
它可以检测到非常低浓度的化合物，并且可以提供高质量的质谱图，帮助科学家们更好地理解和分析化合物的结构和性质。
离子阱质谱的原理与应用
离子阱质谱的原理与应用离子阱质谱是一种分析化学技术，广泛应用于药物研发、环境监测、生物医学和材料科学等领域，具有高灵敏度、高分辨率、高选择性和高准确性等特点。
本文将介绍离子阱质谱的基本原理、仪器结构、质谱图解析和应用实例，以便读者了解离子阱质谱的基本知识和实际应用。
一、基本原理离子阱质谱的基本原理是利用质谱法将化合物分离和检测。
其基本流程是将样品分子在真空条件下电离为离子，然后用电场将离子加速到高速，再将其分离为不同质荷比的离子，最后将它们逐一检测，形成质谱图。
离子阱质谱是基于保持离子在三维电场（一个交变和两个直流）中往返运动的圆柱形离子阱专利技术开发而成，以保持离子在三维电场中往返运动并用射频电场稳定离子运动的方式，有效避免了离子在质谱内部的其他组件中打开。
这种技术被称为“恶魔组合”，也被称为“保护电位”。
恶魔组合可用于分析多种离子，包括蛋白质分子、药物分子、有机化合物和无机化合物等，从而为分析化学和生命科学领域提供了高灵敏度和高分辨率的解决方案。
二、仪器结构离子阱质谱的仪器结构由样品进样系统、离子源、质谱区、检测器、和数据处理系统等部分组成。
离子源通常由电离器、加速器和导向系统等组成，可以将样品分子转化为离子，如常见的有电子轰击、化学电离、电喷雾、飞行时间和四极杆电压等方法。
质谱区由三个组成部分组成：1）一个射频电极、它的排列方向垂直于离子阱轴的周向；2）两个等离子点电极，它们在轴向排列并沿离子阱的轴对称；和3）恶魔组合的减速电子，它们沿离子阱轴方向射入，以便减慢无序运动的离子并使其稳定的运动。
三、质谱图解析离子阱质谱图是通过检测离子在离子阱内的运动而得到的。
质谱图具有丰富的信息，可以通过分析质谱图来确定样品的组成和结构。
根据质荷比的不同，质谱图可以分为飞行时间质谱图（TOF）和质谱分析图（MS/MS）。
TOF质谱图基于离子飞行时间与质谷之间的关系，可以确定样品分子的分子量和碎片结构。
MS/MS质谱图是基于开裂离子的分子离解，并通过发射碎片离子的质谱图来推断分子结构和配对分子。
离子阱类质谱仪地基本工作原理
离子阱质谱仪的分类
根据结构和工作原理，离子阱质谱仪 可分为线性离子阱和四极离子阱两类 。线性离子阱通过电场和磁场的作用 ，将离子按质荷比分离并检测；而四 极离子阱则利用四极滤器，通过调整 电场和磁场，实现离子的分离和检测 。
灵敏度
灵敏度
灵敏度是离子阱质谱仪检测离子的能 力，高灵敏度的仪器能够检测到更低 浓度的离子。提高灵敏度的方法包括 优化离子源、降低仪器噪音和采用先 进的信号放大技术。
灵敏度影响因素
影响离子阱质谱仪灵敏度的因素有很 多，如仪器设计、制造工艺、操作条 件和样品性质等。优化这些因素可以 提高灵敏度，从而更好地检测和解析 低浓度样品。
电场与磁场系统
总结词
电场与磁场系统是离子阱质谱仪的核心部分，通过控制电场和磁场来对离子进行分离和 检测。
详细描述
在离子阱质谱仪中，电场与磁场系统通常由一组电极和磁铁组成。电场的作用是使离子 加速或减速，而磁场的作用则是使离子发生偏转。通过精确控制电场和磁场的强度和方 向，离子阱质谱仪能够将不同质量和电荷状态的离子分离，并引导到检测器中进行检测
磁场作用
磁场的作用是控制离子的运动轨迹。 在离子阱中，磁场的方向与电场垂直 ，形成洛伦兹力，使离子在电场和磁 场的共同作用下做回旋运动。
离子的形成与捕获
气体分子电离
在电场的作用下，气体分子吸收 能量并发生电离，形成带正电荷 或负电荷的离子。
离子捕获
在离子阱中，电极施加的电场和 磁场共同作用，形成一个封闭的 空间，使离子在空间内做回旋运 动并被捕获。
离子的分离与检测
分离方式
离子阱质谱仪采用不同的分离方式，如时间飞行质谱仪、四极杆质谱仪等，根 据离子的质荷比、电荷态等特性进行分离。
离子阱质谱技术的原理及应用
离子阱质谱技术的原理及应用第一章离子阱质谱技术的概述离子阱质谱技术是目前广泛应用在化学分析、生化分析、药物代谢、环境分析等领域的重要分析技术。
它是一种质谱分析技术，利用离子阱对离子进行聚焦和储存，然后通过调节离子的能量和频率进行离子的选择性振动，将离子分离并进行检测。
本章将对离子阱质谱技术的基本原理和发展历程进行概述。
第二章离子阱质谱技术的原理离子阱是由一个稳定的电场和一个变化的电场构成的三维电场。
利用该设计可以将离子捕获在稳定的电场区域内，然后在变化的电场中进行离子的振荡。
离子阱可以分为两种不同的类型，其中线性离子阱使用零和波形扫描技术，旋转盘离子阱则使用直流偏置电压和射频电压扫描技术。
离子阱技术的发展主要是从单圈到多圈运动模式的发展，这样可以更好的控制离子的en，满足更高的分析需求。
第三章离子阱质谱技术的应用离子阱质谱技术的应用领域非常广泛，主要用于分子识别和定量分析。
化学分析中，离子阱技术可以用于制定无标准化合物的就地分析方法。
在生物分析方面，离子阱质谱技术可以用于制定肽段质谱与蛋白质的定量分析。
此外，离子阱质谱还可以应用于环境分析领域，例如痕量金属分析、化学毒素分析、多种有机化合物检测及大气污染物的检测等领域。
第四章离子阱质谱技术的优势离子阱质谱技术有许多优势。
首先，离子阱质谱技术灵敏度高，检测界限低，可以使用非常少的样品来获得精确的结果。
其次，离子阱质谱技术可以分析多种化学物质，包括小分子、大分子、多肽和RNA等物质。
此外，在无标准样品分析方面，离子阱质谱技术还有很好的应用前景。
第五章离子阱质谱技术的发展离子阱质谱技术在过去几十年中不断向前发展。
离子阱质谱技术的目标是开发更为灵敏、便携、多功能的仪器。
现在，离子阱质谱技术的研究方向主要是在以下方面开展：高分辨率性能、更长的离子存储时间、更广泛的应用、离子捕捉和质谱分析在大气中的应用等领域。
第六章现有离子阱质谱技术的局限和未来挑战离子阱质谱技术还有一些局限性，包括电子倍增器的限制、质谱分析速度的限制、分析循环时间的限制等方面。
离子阱类质谱仪的基本工作原理
离子阱类质谱仪的基本工作原理离子阱类质谱仪（ion trap mass spectrometer）是一种广泛应用于科学研究和工业应用中的质谱仪。
它通过将带电粒子困在一个电场中，通过控制电场参数，可以使得不同质量的离子在电场中稳定悬浮或循环运动。
该质谱仪具有以下特点：高分辨率、高灵敏度、相对简单的电子支持底座、易于控制、可进行多次扫描等。
1.离子产生：样品经过电离过程，可以通过电子轰击、光子电离、化学电离等方式将分子中的一个或多个电子剥离，形成带电离子。
常用的离子阱类质谱仪有电子轰击离子源、化学电离源、光解电离源等。
2.离子注入：离子生成后，通过引入与分析区连接的离子注入孔口将离子注入分析区（离子阱）内。
注入方法通常有直接注入和时间聚焦注入两种方式。
直接注入通过电场作用将离子注入到分析区，时间聚焦注入则利用离子的动能和速度分布差异，通过调整时序来选择只有特定方向和速率的离子被注入。
3. 离子控制：离子进入离子阱后，通过调整电场控制参数，使得离子在分析区内作稳定运动，常见的离子阱类型有线性离子阱（linear ion trap）和三维离子阱（3D ion trap）。
线性离子阱是由两个平行的极板和一个夹持离子的圆柱形电极构成，通过调整极板电压和夹持电势，使得离子在轴向上做一维运动，产生稳定的轨道；三维离子阱则引入了额外的射频电场，使得离子在径向上也进行稳定的悬浮旋转运动。
4.离子激发：离子在离子阱内运动时，可以通过外加电场、光子激发或碰撞等方式，对其进行激发，使得离子达到能级跃迁。
激发过程可以产生对应于激发态的离子信号，从而间接地确认样品中其中一种化合物的存在。
5.质谱检测：离子阱类质谱仪的检测采用非破坏性检测方式，通过监测离子在离子阱内运动的轨迹和特性来获得离子的质荷比和数量信息。
常见的检测方法有周转时间法、振荡电子法等。
利用这些技术，可实现离子的质量分离、质荷比测量、质谱图谱等信息的获取。
总的来说，离子阱类质谱仪通过控制离子的运动轨迹和电场参数，使得离子在离子阱内稳定悬浮或循环运动，从而实现离子的分离、激发和检测。
飞行时间串联质谱和离子阱质谱
飞行时间串联质谱和离子阱质谱飞行时间串联质谱（TOF-MS）和离子阱质谱是两种常见的质谱技术，它们都是用于分析复杂混合物的成分和结构的。
下面我们来分别介绍一下这两种质谱技术。
一、飞行时间串联质谱
飞行时间串联质谱是一种无标记的定量分析技术，可以实现细胞和组织中上百万种化合物的同步检测，从而为分子生物学和临床医学的研究提供了基础支持。
飞行时间串联质谱的工作原理是：将样品原子或化合物及其碎片离子引入特殊的落体管中，通过感应电压和电磁场加速，撞击从样品中喷出的离子，使其飞行进入宽阔的飞行时间管。
在飞行时间管中，离子将根据其质荷比分布在不同的位置上，最终落入检测器中。
通过分析离子到达检测器的时间和离子的质荷比，就可以确定样品的成分和结构。
二、离子阱质谱
离子阱质谱是一种广泛应用于无标记和标记的定量和定性分析的质谱技术，其为各种化合物的鉴定和定量提供了有效工具。
离子阱是一种由四个电极构成的装置，其中三个电极形成一个线圈，
在一个小型的杂化感应器中制造一个强磁场。
样品原子或化合物及其碎片离子进入离子阱，质荷比落入特定的值时就会被留下，而其他离子则会继续飞行。
离子阱质谱有多种操作模式：扫描、多重反应监测(MRM)等。
在扫描模式下，设定一个质量范围，扫描器将扫描这整个质量范围，检测获得谱图以进行分析。
在MRM模式下，选择一个特定的离子对，对该离子对之间的转移进行监测。
总结：
虽然飞行时间串联质谱和离子阱质谱都是常见的质谱技术，但是它们的工作原理和操作模式不同。
二者都可以用于分析复杂混合物的成分和结构，但具体应用时需要权衡其优缺点。
离子阱类质谱仪的基本工作原理
由公式（7），离子的轴向基频为
当 w z w z，0 1/2 z
z 0.318 ， 2 1.05 106 rad s-1
则
w z 0.5 0.318 2 3.14 1.05 106
离子阱类质谱是一类极其重要和应用 广泛的质谱分析方法，是化学及生物学分 析的基本工具，了解其工作的基本原理， 对于深入了解阱类质谱的设计构造，性能 指标，操作模式，参数优化和合理使用都 是基本的和必须的，其基本原理主要涉及 离子在四级场中对的运动规律的描述。
1. 仪器类型
1.1三维离子阱
三维离子阱是较早出现的一种离子阱，由一 对环形电极和两个呈双曲面形的端盖电极组成， 两个端盖电极顶端开有小孔，作为离子出入的通 道。一般在环形电极上施加射频交流电压或再加 直流电压，以提供一个捕获离子的四级场，上下 两个端盖电极一般接地。三维离子阱的主要缺陷 是双曲面电极加工组装困难，且离子捕获在阱中 心的一个空间点上，捕获效率受到限制，另外存 在着空间电荷效应，质谱的分辨率很难提高。
图9.swift信号（a）频域波形；（b）时域 波形
4.2激发裂解
该操作是对隔离出来的离子，通过共振激发
进行裂解，以产生碎片离子用于进行母离子的结 构分析MS/MS。操作过程是，加一可以是任意频 率的辅助交流信号，当频率确定后，工作位点便 （ qz=221/2wz/）随之确定，此时用射频进行 电压扫描，母离子的本征振荡频率持续变化，当 与辅助交流信号的频率一致时便发生共振激发， 在驰像过程激发能转变为内能使其解离，当然若 已知母离子的振荡频率时，也可直接施加相同频 率的辅助交流信号进行激发解离。
线性离子阱轨道阱组合式质谱(LTQ-Orbitrap MS)
百泰派克生物科技
线性离子阱轨道阱组合式质谱（LTQ-Orbitrap
MS）
混合线性离子阱轨道阱质谱仪是基于傅立叶变换的混合仪器之一，第一台质量分析仪是线性离子阱（LIT），第二台是高分辨率轨道阱（Orbitrap）。
因为LIT本身是检测器，LIT-orbitrap组合可用于MS和MSn实验。
为了利用到Orbitrap分析仪的最高分辨率，必须考虑LIT和FT分析仪的数据采集时间。
离子的捕获能力和LIT的高数据采集速度允许采集选定前体离子的MS/MS光谱，同时将部分前体转移到Orbitrap中以进行精确的质量测量。
可以在第二个碰撞池中使用不同的碰撞方法在不同的碰撞能量下进行其他裂解。
来自任何一个碰撞池的产品都通过C阱注入到Orbitrap中，然后在Orbitrap中收集瞬态信号用于随后的FT分析。
线性离子阱轨道阱组合式质谱。
这种混合质谱的显着优势使其在以下研究领域中广受欢迎：
蛋白质组学：自上而下分析，蛋白质ID，翻译后修饰（PTM）分析和定量蛋白质组学
代谢组学：非靶向代谢组学，未知化合物从头结构解析
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=安捷伦 G6300 系列LC/MSD Trap现场培训教材质谱数据系统毛细管电泳液相色谱气相色谱注意包含在该文件中的信息将可能在未通知的情况下改变。
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安捷伦科技有限公司售后服务电话：800-8203278手机用户：400-8203278中文网站：/chem/cn2007年6月G6300A 系列离子阱软件概述以及开机关机操作仪器硬件概述1.1典型配置1.2仪器原理简介1.2.1离子阱的主体包含一个环电极和两个端电极，环电极和端电极都是绕Z轴旋转的双曲面，并满足r20=2Z20（ r0为环形电极的最小半径，Z0为两个端电极间的最短距离）。
射频电压V rf加在环电极上，两个端电极都处于零电位。
1.2.2与四极杆分析器类似，离子在离子阱内的运动遵循马修方程，也有类似四极杆分析器的稳定图。
在稳定区内的离子，轨道振幅保持一定大小，可以长时间留在阱内，不稳定区的离子振幅很快增长，撞击到电极而消失。
离子阱的操作只有射频RF电压，没有直流DC电压，因此离子阱的操作只对应于稳定图上的X轴。
对于一定质量的离子，在一定V rf下，不同质量数的离子按照m/z由小到大在稳定图的X轴上自右向左排列。
当射频电压从小到大扫描时，排在稳定图上的离子自左向右移动，振幅逐渐加大，依次到达稳定图右边界，从离子阱中抛出，经过高能打拿极然后由电子倍增器检测。
1.3仪器硬件概述1.3.1离子源1.3.2离子源原理1.3.3仪器构造-示意图1.3.4 仪器构造-实物离子阱整体离子阱分解图1.3.5 LC-MSD Trap 的典型操作模式（以MS2为例）：首先样品组分通过LC 进行分离，然后通过大气压电离源电离产生离子，离子阱在电场作用下，通过离子电荷控制（ICC ）在阱中进行离子累积存储一定数量的离子，然后通过扫描隔离掉低于目标离子质量数的离子，通过在端电极上施加附加电场排除掉阱中高于目标质量数的离子，这个过程为Isolation ，接下来通过在端电极上施加特定离子的共振波形，使其与He 碰撞导致离子内能增加而使离子碎裂，此过程称之为Fragmenation 或CID ，最后在离子阱上扫描Rf 电压得到二级质谱。
1.3.6常见问题1. 为什么要控制离子累积过程？首先样品组分通过LC进行分离，然后通过API产生了大量的带电离子到离子阱，由于离子数目的增加会产生空间电荷效应，因此在质谱分析中离子阱里仅能容纳一定数目的离子，超过这个离子数目（超过空间电荷上限）会降低质谱的分辨率、质量精度和线性动态范围。
在正离子模式下，对于VL和SL ，ICC为30000，对于XCT为200000，XCT Ultra 为500000。
详细内容请参见Quick reference guide（G2440-90092）。
G6300A系列离子阱开、关机软件概述及基本操作开机、关机及软件概述2.1 开机2.1.1打开液氮罐自增压阀门，确认液氮罐或N2发生器的输出压力为0.55-0.69MPa（80-100psi）(一般0.6Mpa)，调节高纯He钢瓶减压表输出压力至少0.35 MPa (一般建议0.55Mpa 或80Psi)，确认前级泵的气镇阀处于关闭状态。
2.1.2首先开启计算机并登陆进入Windows界面，然后依次打开LC1200 各电源开关，打开G6300A系列Trap左侧的主电源开关和仪器前面左下角的电源开关，此时听到一声电磁阀的声音，前级泵启动，然后涡轮泵开始工作，等待大概1min左右。
2.1.3启动Instrument 1 Online图标启动LC-MS Trap，如果只想启动离子阱，可以只点击桌面图标6300 Series Trap Control图标启动离子阱控制软件。
（LC-MS Trap）（Trap Only）2.1.4软件启动完成后LC部分与普通LC工作站相同，离子阱控制画面如下：与此同时Trap的Data Analysis 画面也同时打开。
仪器自动处于待机状态（如果由于真空未到8*10-5，仪器会自动切换到Shutdown状态，这时可以先选中左侧的Neb Gas和DryGas，等待仪器到达真空后自动切换到待机状态）。
2.1.5观察仪器状态和真空情况，待仪器高真空到达2*10-5mBar以下，此时可以正常使用操作仪器了（短时间关机一般4h 能达到真空，如果长时间关机，最好过夜）。
如果更换He钢瓶，在离子阱控制画面，选择菜单：Options > Vacuum System…，选择Flush Helium Line两次。
2.2 换源（ESI > APCI）2.2.1 在离子阱控制画面，点击Shutdown，等待电离源冷却，然后打开ESI源，移掉Nebulizer管线，移掉ESI源，安装APCI源，连接APCI Heater和APCI HighVoltage电缆，关上APCI源，在离子阱控制画面左下角选择APCI，然后点击Standby回到待机状态。
调入合适方法准备分析。
2.2.2 APCI > ESI步骤与类似，只是APCI温度较高，换源前需要一点时间让APCI源冷却。
2.3 关机2.3.1 确认前级泵上灰色的气镇阀（Gas Blast Valve）处于关闭状态。
此气镇阀在操作状态应定期打开（全开），如果连续开机，建议每周打开一次，每次半小时，然后关闭，以便泵油能够回流并去除泵油中易挥发的组分。
2.3.2 首先关掉LC流量，将泵流量设置到0，然后再次点击选择Off，依次点击柱温箱和检测器选择Off。
然后在MSD Control画面点击左侧Shutdown ，让电离源冷却，再次确认前级泵气镇阀已经关闭。
2.3.3 打开IE画面，在地址栏输入192.168.254.10,同开机画面，选择Service > VacuumSystem > Continue Update > Vent VacSys.2.3.4 观察涡轮泵T2 和T1转速，等待大概15min，待涡轮泵转速降下来，关闭IE画面，关掉Trap仪器左下角电源开关，关闭左侧主电源开关，关闭PC以及N2和He钢瓶。
G6300 系列离子阱校正与调谐校正与调谐为了获得高品质、准确的质量图，LC/MSD 必须进行灵敏度最优化，准确确认质量。
校正调谐是调整 LC/MSD 参数以达到这一目的的过程。
安捷伦的离子阱质谱仪通过使用注射泵把一个标准调谐液导入 LC/MSD Trap 并产生离子来完成校正和调谐。
在 Default 方法设置下，将质谱置于 Operate ，在线观察调谐液中的标准离子。
对应质量列表中的质量数，检查各标准离子。
如果质量数偏差超过 0.2 amu 则应该做自动校准。
同时检查累积时间，如果系统污染严重，累积时间就越短。
如果看不到累积时间，对着 profile 图点击右键，设置质谱图题头显示内容，将 Show Accu Time 和 Show ICC Actual 选上即可，将显示小数点位数设置到2。
3.1校正离子阱3.1.1打开MSD Trap Control 画面，检查真空状态。
具体操作为Option>Vacuum System 会看到以下画面（以6320 XCT 为例）。
从Acquisition 切换到Tune 画面，如下图所示：确认He 分压为6 x 10-6 。
3.1.2在离子阱控制画面，选择扫描校正为当前校正。
具体操作为Options > Scancalibration 选择Current 。
从菜单Method 下调入Default.ms 方法，确认离子阱参数为：3.1.3在Tune画面激活Smart参数，点击左侧Operate，使用注射泵泵入ESI调液G2431A到ESI源，流速为5uL/min（或0.3mL/h）。
注射泵实物图如下：注射泵的操作请参见现场工程师讲解或参考注射泵随机手册。
注射泵0.3 ml/h ( 5 ul/min )中Show Accu Time和Show ICC Actual。
3.1.5观察Profile质谱图，如果显示质量数与标准质量数相差超过0.2amu则需要进行Scan Calibration。
选择Calibration标签，点击左侧Auto 和Scan Calibration，对于不同的电离源，在此画面可选择不同的Mass List，如果与标准质量数相差较远，需同时选择Presearch，然后选择下面的Start 开始进行自动校正。
3.1.6校正完成后，出现上图右侧Auto Calibration Results，如果右侧Message List没有任何提示则显示校正完成，点击Save保存校正文件，如果出现信号不稳提示，请检查调谐液和喷雾针。
3.1.7检查检测器增益，在C alibration 标签，点击Detector，在注射泵5uL/min调谐液流速下，选择Check，如果需要校正则出现提示，按照提示选择Calibrate校准检测器增益。
如果Check后系统认为不需要校正则没有提示显示。
Calibration，在Tune画面输入Traget Mass 622,然后点击MS(n)标3.1.8 Isolation签，选中Manual MS(n)，按照下图输入如下参数，观察右上角Profile质谱图，当width减小到0.7，如果622 信号不消失，则不需要校正。
否则进行Auto Isolation Calibration。
3.1.9在Calibration画面，选中I solation Calibration，去掉Scan Calibration选项，点击Start开始Isolation校正过程，校正结束后，选择Save保存Isolation校正文件。
3.1.10 Fragmentation Calibration，点击MS(n)标签，选中Manual MSn，按照下图输入如下参数，只选中Isolation，Width=4，观察右上角Profile质谱图，记下622的信号强度，然后选中Fragmenation，将电压Ampl在0.7-1.5之间改变，观察622碎片离子540的强度，若果540/622>15%则不需要进行Fragmenation校正。
否则进行下一步。
3.1.11在Calibration画面，只选中Fragmenation Calibration，点击Start开始Fragmenation Calibration校正过程，校正结束后，选择Save保存Fragmenation校正文件。