极杆质谱原理和技术
四极杆飞行时间质谱仪原理
四极杆飞行时间质谱仪原理
四极杆飞行时间质谱仪是一种常用于质谱分析的仪器。
其原理基于带电粒子在磁场中受到洛伦兹力以及电场力的作用，从而确定粒子的质量和电荷比。
该仪器由四根平行排列的金属杆（四极杆）组成，杆之间存在一定的电势差，形成一个电场。
在四极杆的两端还有一个均匀的磁场作用，形成一个向前加速粒子的区域。
当带电粒子进入仪器后，首先会在电场中加速，并沿着四极杆飞行。
同时，磁场会对粒子施加一个垂直于杆的洛伦兹力，使其偏离原来的路径。
由于电场和磁场力的施加方向不同，使得粒子在四极杆内做着动态的偏转运动。
根据四极杆飞行时间质谱仪的工作原理，可以将不同质量和电荷比的粒子分离出来。
因为不同质量和电荷比的粒子会受到不同大小的洛伦兹力和电场力的影响，从而在四极杆内拥有不同的飞行时间。
通过测量粒子飞行时间和飞行距离的关系，可以计算出粒子的质量和电荷比。
四极杆飞行时间质谱仪在实际应用中具有广泛的用途。
它可以用来分析和鉴定各种物质的成分和结构，包括有机化合物、无机离子、生物大分子等。
同时，该仪器还可以进行质量测定、同位素分析以及反应动力学等研究。
总结起来，四极杆飞行时间质谱仪的工作原理是基于带电粒子在电场和磁场的共同作用下进行运动，通过测量粒子的飞行时
间来确定其质量和电荷比。
这种仪器具有高分辨率、高灵敏度和广泛的应用领域。
三重四极杆质谱原理
三重四极杆质谱原理
三重四极杆质谱原理是质谱仪中常用的一种工作模式，通过三个四极电场作用下的粒子筛选，实现对样品中不同离子的质荷比的分离和检测。
质谱仪中的三重四极杆由三根平行排列的四极电极组成，其中两个电极被称为焦点极，另一个电极被称为偏转极。
其中一个焦点极上施加一定的射频电压，在偏转极上施加直流电压，通过调节这些电压可以改变质谱仪的分辨率和灵敏度。
在质谱仪工作时，离子束经过入口孔进入四极杆，先经过第一个焦点极的筛选，只有符合特定质荷比范围的离子才能通过。
然后，通过调节射频电压和直流电压，使通过的离子束重新聚焦。
接着，离子束通过偏转极的筛选，根据离子在偏转极上的轨迹来区分不同质荷比的离子，并最终到达检测器进行电流检测。
通过调节焦点极、偏转极的电压和频率，可以控制通过离子束的特定质荷比离子的种类和数量，实现对样品中离子的分析和检测。
三重四极杆质谱原理可广泛应用于各种离子分离和质谱分析的领域。
四极杆质谱原理和技术
四极杆质谱原理和技术
四极杆质谱的原理基于电离和偏转粒子的运动方程。
在四极杆内部，
外加一个射频电场和一个静电场，可以控制离子的运动方向。
当离子在四
极杆内运动时，它们的轨道半径将与质荷比有关，而轨道周期则与质量有关。
通过改变电场频率和离子荷质比，可以确保不同质量的离子在同一个
区域内共振。
四极杆质谱的技术主要有两种：直接轨道测量（Direct Detection）
和间接轨道测量（Indirect Detection）。
直接轨道测量基于从多个离子
团中收集信号，通过傅立叶变换来获取质谱图。
这种方法具有高时间分辨率，并可以用于测定短寿命离子。
间接轨道测量基于共振电磁辐射的检测，可以通过观察离子的激发基态和离激发态之间的转变来测量质谱。
四极杆质谱具有许多优势。
首先，它具有极高的质量分辨率。
由于离
子荷质比的准确控制和高精确度的离子激发频率测量，可以实现超过一百
万的分辨率。
其次，四极杆质谱可以同时测量多个离子，从而提高了分析
速度。
另外，该技术对离子的动能分布不敏感，因此可以用于分析温度较
高的样品。
总之，四极杆质谱是一种高分辨质谱技术，通过控制离子的运动方程
来实现离子质量的测定和结构解析。
其原理基于离子在电场中的运动规律，并通过傅立叶变换或共振辐射的检测来获得质谱图。
该技术具有高分辨率、高速度和对动能分布不敏感等优势，广泛应用于生物医学、环境科学和化
学等领域。
thermo三重四级杆质谱
thermo三重四级杆质谱
热力学三重四级杆质谱（Thermo Triple Quadrupole Mass Spectrometry）是一种常用的质谱技术，用于分析和鉴定化合物的
组成和结构。
下面我将从多个角度对该技术进行全面的回答。
热力学三重四级杆质谱是一种基于四级杆质谱仪的仪器。
它由
三个四极杆（quadrupole）组成，其中两个四极杆用于选择和传输
离子，另一个四极杆用于进行碰撞诱导解离（CID）或者多级质谱（MSn）实验。
这种配置使得热力学三重四级杆质谱具有更高的选择
性和灵敏度，可用于复杂样品的分析。
热力学三重四级杆质谱的工作原理是通过施加交变电压和直流
电压在四极杆中产生稳定的离子轨道。
样品分子在离子源中被电离
产生离子，然后通过离子传输界面进入四极杆。
在四极杆中，只有
特定质量/电荷比（m/z）的离子能够通过，其他离子会被过滤掉。
通过调节四极杆的电压和频率，可以选择性地传输特定的离子到下
一个四极杆或进行解离实验。
热力学三重四级杆质谱在许多领域中得到了广泛的应用。
例如，在生物医学研究中，它可以用于药物代谢研究、蛋白质分析和生物
标志物的检测。
在环境科学中，它可以用于分析水和土壤中的有机污染物。
在食品安全领域，它可以用于检测食品中的农药残留和添加剂。
此外，热力学三重四级杆质谱还可以用于药物筛选、毒理学研究、石油化工和环境监测等领域。
总结起来，热力学三重四级杆质谱是一种高级的质谱技术，通过多级杆的配置和调节，实现了更高的选择性和灵敏度。
它在许多领域中被广泛应用，为化合物的分析和鉴定提供了可靠的手段。
三重四极杆串联质谱
三重四极杆串联质谱一、三重四极杆串联质谱的原理三重四极杆串联质谱是一种基于离子激发和离子分析的技术。
它由三个四极杆组成，每个四极杆都具有一个电场和一个磁场，可以对离子进行加速、分离和聚焦。
首先，样品通过离子源产生离子，然后进入第一个四极杆，通过调节电场和磁场来筛选离子。
接着，离子经过激发，激发成不稳定的离子态，然后再进入第二个四极杆进行进一步的分离和筛选。
最后，离子进入质谱仪进行质谱分析，得到样品的质谱图谱。
二、三重四极杆串联质谱的应用三重四极杆串联质谱在化学、生物和医药领域有着广泛的应用。
在化学领域，它可以用于分析复杂的有机化合物、无机化合物和高分子化合物，如蛋白质、DNA和RNA。
在生物领域，它可以用于分析生物样品的代谢产物、蛋白质组学、脂质组学和糖类组学。
在医药领域，它可以用于药物分析、代谢物分析和药物代谢动力学研究。
此外，三重四极杆串联质谱还可以结合其他分析技术，如色谱和电泳，进行多维分析，提高分析的灵敏度和分辨率。
三、三重四极杆串联质谱的发展趋势随着科学技术的不断发展，三重四极杆串联质谱也在不断改进和创新。
一方面，质谱仪器的灵敏度和分辨率不断提高，可以检测到更多的化合物和离子。
另一方面，质谱数据处理和分析的软件也不断升级，可以更方便地进行质谱数据的解释和应用。
此外，随着生物技术和医学技术的快速发展，三重四极杆串联质谱将会更多地应用于生物医学研究和临床诊断。
总之，三重四极杆串联质谱是一种重要的分析技术，它具有高灵敏度、高分辨率和广泛的应用领域。
随着科学技术的不断进步，三重四极杆串联质谱将会在化学、生物和医药领域发挥越来越重要的作用。
希望本文对读者对三重四极杆串联质谱有更深入的了解，并对相关研究和应用提供帮助。
四极杆质谱原理
四极杆质谱原理
四极杆质谱仪是一种常见的质谱仪，它的原理基于离子在电场和磁场中的运动。
以下是四极杆质谱仪的基本原理：
1. 离子产生：首先，将待分析的样品送入离子源，在离子源中样品被离子化，产生带正电荷或负电荷的离子。
2. 离子聚焦：产生的离子通过离子导入系统进入四极杆质量分析器。
四极杆由四根平行的金属杆组成，它们之间施加有射频电压和直流电压。
射频电压产生的电场使离子在四极杆中振动。
3. 质量分离：在四极杆中，离子的运动受到电场的影响，只有特定质量的离子能够通过四极杆的稳定区域，并到达检测器。
不同质量的离子具有不同的振动频率，因此可以通过调节射频电压的频率来选择特定质量的离子通过四极杆。
4. 离子检测：通过四极杆的离子最终到达检测器，检测器将离子转化为电信号，并将其放大和记录下来。
5. 数据分析：获得的离子信号经过计算机处理和分析，可以得到样品中各种离子的质量、丰度和相对比例等信息，从而实现对样品的定性和定量分析。
四极杆质谱仪具有高灵敏度、高分辨率、快速分析等优点，广泛应用于化学、生物、环境、材料等领域的分析和研究。
四极杆质谱原理
虽然现实中使用的四级杆质量选择器大多使用圆柱形，然而理想的质量选择器外形为双曲线形。
质量选择器的大小通常在几厘米到几十厘米之间。
四级杆质量选择器的四根极杆被对应的分为两组，分别施加反相射频高压。
其中两组电压的表达式分别为：两组电压只有符号相反。
其中U为直流(DC)分量，V为射频(达到发射频率的交流电，RF)分量的振幅(在此处用到的是V_rms而不是Vp-p)。
在通常情况下，U的值为500-2000 V，V为0-3000 V 。
[1]在这样的电场环境下，离子会根据电场进行震荡。
然而，只有特定荷质比的离子可以稳定的通过电场。
当极杆上的电压被指定时，质量过小的离子会受到很大的电压影响，从而进行非常激烈的震荡，导致碰触极杆失去电荷而被真空系统抽走；质量过大的离子因为不能受到足够的电场牵引，最终导致碰触极杆或者飞出电场而无法通过质量选择器。
质量稳定区间函数在四级杆质量选择器的硬件中，通常的做法是调整射频工作频率w来选择离子的质量，调整U与V的比值来调整离子的通过率。
本节对应的图片可见，三角形区域为该质量的离子稳定的区域。
U与V的比值在此体现为斜率。
可见，U/V越大，离子的选择精度越高，仪器的解析能力越强，但是能稳定通过的离子数量减小；而U/V比值越小，离子通过的数量多，但是解析度下降。
经过权衡之后，大多数四级杆质谱仪的解析能力大约都是1Th，体现在质谱图上就是半峰宽度大约为1Th或者1Da。
[3]值得指出的是，当U值为零，即四级杆上仅施加射频电压时，所有离子均可通过。
这样操作的意义是，可以使离子束更加聚拢。
通常当作离子镜(Ion Lens)使用。
最典型的扩展就是八极杆和六极杆的出现，实际是源自四级杆的基本工作特性。
四极杆质谱仪
四极杆质谱仪：介绍、原理及优劣势的专业技术知识点分析报告一、引言四极杆质谱仪是质谱分析中常用的一种仪器，具有较高的灵敏度和分辨率，被广泛应用于元素分析、化合物结构确定、药物代谢研究等领域。
本文将详细介绍四极杆质谱仪的原理、结构、优劣势以及应用场景，帮助读者更好地理解和使用这种仪器。
二、四极杆质谱仪介绍四极杆质谱仪主要由离子源、四极杆质量分析器和检测器组成。
离子源的主要作用是将样品电离产生带电粒子，四极杆质量分析器则对离子进行筛选和聚焦，根据离子的质量数将其分离，最后由检测器检测并输出信号。
三、四极杆质谱仪原理四极杆质谱仪的原理主要是利用电场和磁场对离子进行聚焦和分离。
在电场中，离子会受到电场力的作用，沿着电场方向加速或减速。
而在磁场中，离子会受到洛伦兹力的作用，沿着垂直于电场方向的轨迹发生偏转。
通过控制电场和磁场的变化，我们可以使不同质量的离子聚焦在不同的位置上，从而实现离子的分离。
四极杆质量分析器是四极杆质谱仪的核心部件，它由四根平行金属杆组成，每两根杆组成一对，形成两个平行的电场。
在电场作用下，离子以螺旋轨迹运动，经过四极杆质量分析器时，不同质量的离子受到不同的电场力作用，导致它们的运动轨迹发生变化。
质量数越大的离子受到的电场力越大，轨迹变化也越大，从而实现了离子的分离。
五、四极杆质谱仪优劣势优势：（1）灵敏度高：四极杆质谱仪可以检测到低浓度的样品，对于微量元素的检测具有很高的灵敏度。
（2）分辨率高：通过控制电场和磁场的变化，可以实现不同质量离子的分离，分辨率较高。
（3）应用广泛：四极杆质谱仪被广泛应用于元素分析、化合物结构确定、药物代谢研究等领域。
（4）可重复性好：四极杆质谱仪的测量结果具有很好的可重复性，有利于实验结果的比较和分析。
劣势：（1）对样品有一定要求：对于某些难以电离的样品，四极杆质谱仪可能无法得到准确的测量结果。
（2）仪器成本高：四极杆质谱仪的价格较高，对于一些实验室来说是一笔不小的投资。
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四极杆质谱原理和技术
Introduction to quadrupole MS theory & technology
徐国宾
/
杨芃原 教授
hoggyxu@
复旦大学化学系
2009-1 V1
四极杆窗口宽度
● 如果直流强度超过 16.8% ，那么 直线的斜率会太大，不能通过稳 定区域，这时没有离子能够通过 四极杆质量分析器
● 反之，离子选择的纯度会下降，
顶点附近的其他 m/z 的离子也会 通过四极杆，四极杆的分辨力会 下降，但是总的信号强度会增 加。
实际上工作线并没有通过稳定区顶点
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四极杆质谱的基本原理
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四极杆分析器的基本要素
简单的四极杆结构示意图
● 电场分析器
● 直流电压 U
● 交流电压 V sin ωt
● 电场结构
● 四极场 quadrupolar
● 电极
● 圆柱、双曲线 ● 场半径 r0
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描述离子运动的马修方程
马修方程和离子的运动方程可以很好的对应起来
对应离子运动特征参数
Émile Léonard Mathieu （ 1835 ～ 1890 ） 法国数学家，研究了鼓的震动，给出了
微分方程和解
a 对应着直流的强度
q 对应着交流的强度
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●
● 高压射频的制作
12mm
10 ～ 1500u 高分辨的较小有机分子分析
16 ～ 20mm
1 ～ 50u 超高分辨气体分析
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四极杆长度的影响
● 四极杆原理中认为四极杆是无限 长的
● 一般采用 r0 的 30 ～ 60 倍作为 长度
● 一般的 9mm 四极杆
● 最短的有 127mm ● 最长的有 240mm ● 某些 16mm 四极杆会长达 400mm
● 四极杆越长加工越困难，但是离 子震动的次数多，分辨力越好
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四极杆预杆的作用
● 较长的四极杆难以加工 ● 四极杆的两头由于存在透镜的干
扰，电场并不符合四极场，分辨 力较低
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四极杆质谱技术
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四极杆分析器的电极
● 外形
● 双曲线 ● 圆柱面
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圆柱四极杆与双曲面四极杆的比较
● 四极场 99% 的相同 ● 加工难度
的作用力与粒子和 x 轴的距离 成正比
四极杆分析器内部的电势呈马鞍面
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离子在四极场中的运动
离子在 x 方向感受到的电场可以表示 为 这样离子受到的电场力可以表示为： 结合牛顿第二定律，加入加速度的方程： 将电场和加速度展开后，整理，可得，
2009-1 . cn
马修方程的解和稳定区
只有在稳定区内的运动形式在 空间上才是有限的——
稳定高于一切！
马修方程的稳定区
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四极杆的稳定区
● 离子需要在 x 和 y 方向都稳定才 能通过四极杆
● 稳定区上下对称
● 特殊点：
● （ 0.908 ， 0 ） LMCO ，低质量歧视
四极场的结构
● 四极场内部的电势
● 瞬间 ● 时变
四极杆分析器内部的电势呈马鞍面
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四极场的性质
● 沿着 x 和 y 轴对称 ● 等电势面是一个马鞍面 ● （ 0 ， 0 ）点电势为 0V ，而
且是等电势马鞍面的鞍点 ● 带电粒子在其中受到的 x 方向
● （0，0） Zero blast ，氢的不准确
● （ 0.706 ， 0.237 ） 四极杆工作点
四极杆的稳定区示意图
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利用稳定区筛选离子
● 目标：只让单一的 m/z 离子通过 四极杆
● 原理： mass selective instability ● 技术：（ 0.706 ， 0.237 ）
● 双曲面 > 圆柱
● 加工精度
● 圆柱 > 双曲面
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高阶场对四极杆的影响
高
阶
场 作
有效区域
用
区
Байду номын сангаас
域
四极场作用区域
● 圆柱型电极的影响
– 多一个自由度 r/ro – 传统采用 1.1487
– 实际上可以在 1.12~1.16 之间
– 四极场不纯 – 特殊的位置可以起到增
● 预杆可以延长四极杆的“有效长 度”降低边沿场的干扰 有前预杆、后预杆
四极杆的 TUNE 微调
四极杆微调电路的一部分
● 通过微调 2% 的 U 可 以调整出 20u 、 5u 、 1u 、单位分辨以及高 分辨、无通过等多种 峰宽
信 号 强 度
2009-1 V1 分辨力
四极杆的 AutoTune
● 调整每个 m/z 对应的 tune 值，使四极杆质 谱图的峰形对称、峰 强达到标准、分辨力 达到统一宽度
强灵敏度或分辨力的效 果
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四极杆粗细的影响
2 x ro 直径
用途
9000u 科研
6mm
450u 以下高灵敏度小分子分
析
8 ～ 9mm
常见的 30 ～ 3000u 有机分 子分析
● 增大四极杆直径有利于 ● 分辨力提高 ● 灵敏度提高
● 增大四极杆不利于 大质量范围的使用
● 通过 a ， q 计算 U ， V
● ● ● ●
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离子在四极杆中的稳定性
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四极杆工作曲线
Agilent5975 GCMS 的工作曲线
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