质谱基础理论和仪器结构介绍-TSQ Quantum
质谱的原理和仪器
为提高仪器的分辨率，质量分析器除了采用一个扇形 磁场外，还加上一个扇形电场即静电分析器形成了双 聚焦质量分析器。
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�
静电场的作用：离子束经静电场的偏转后，离子按能 量的大小顺次排列。加速后的离子在静电分析器中作 圆周运动，所受的向心力由离子所受的电场力提供：
mv 2 zeE= re
E 为静电分析器两极间的电位差 re 为离子在静电分析器中作圆周运动的半径。 因此，静电场可看作是一个能量分析器。静电场有方 向聚焦作用，也有能量色散作用。
�
合并上述两式，消去v,可得：
1 2mV r= ( ze ) B
1/2
公式5
V加速电压固定，通过B(磁场强度)的扫描，顺次记录下 各质荷比离子的强度，从而得到所有m/z离子的质谱图。
�
不同质量的离子具有不同的轨道半径，质量越大，其轨 道半径也越大。这意味着磁场有质量色散能力,可以单独 用作质量分析器。
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2．四极质量分析器(quadrupol mass analyzer)(quadrupole mass filter)
�
四极质谱仪的质量分析器是由四根棒状电极组 成，两对电极中间施加交变射频场，在一定射频 电压与射频频率下，只允许一定质量的离子通过 四极分析器而到达接收器。
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图4 四极质量分离器
6
主要过程
�
� �
�
) 在离 高真空度下 (10-5～10-8Torr ), 高能电子束 (10-70 eV eV) 子源内激发样品的气态分子，分子失掉一个电子形成分子 离子 [M]+。 电子束获得的能量还能使分子离子进一步裂解，生成较小 质量的碎片离子和中性碎片。 离子都被静电压 V 加速，然后进入与运动方向相垂直,强度 ) 分开并按质荷比大小 为 H 的磁场。将离子按质荷比 (m/e m/e) 排列成谱图形式。 离子飞行方向依 m/e 的大小而偏转 ，其关系为：
质谱分析课件
质谱分析课件质谱分析课件质谱分析是一种基于质谱仪的分析技术，广泛应用于化学、生物、环境等领域。
它通过测量样品中离子的质量和相对丰度，获得样品的化学组成和结构信息。
本文将介绍质谱分析的基本原理、仪器构成以及应用领域。
一、基本原理质谱分析的基本原理是将样品中的分子或原子离子化，然后通过质谱仪对离子进行分析。
离子化的方法有多种，常见的有电子轰击离子源和化学离子源。
电子轰击离子源是利用高能电子轰击样品分子，使其电离形成离子；化学离子源是利用化学反应将样品分子转化为离子。
离子化后，离子被加速器加速，然后通过质量分析器进行分离和检测。
二、仪器构成质谱仪由离子源、质量分析器和检测器组成。
离子源负责将样品中的分子或原子离子化，常见的离子源有电子轰击离子源和化学离子源。
质量分析器负责对离子进行分离，常见的质量分析器有磁扇形质量分析器、四极质量分析器和飞行时间质量分析器等。
检测器负责检测离子的信号，并将信号转化为电信号输出。
三、应用领域质谱分析在化学、生物、环境等领域有着广泛的应用。
1. 化学领域质谱分析在化学领域中被广泛应用于物质的结构分析和组成分析。
通过质谱分析，可以确定有机物的分子结构和分子量，从而帮助化学家进行合成和鉴定。
此外，质谱分析还可以用于分析无机物和金属离子，有助于研究其性质和反应机理。
2. 生物领域质谱分析在生物领域中的应用非常广泛。
它可以用于蛋白质组学研究，通过质谱分析可以鉴定蛋白质的氨基酸序列和修饰，从而揭示蛋白质的功能和调控机制。
此外，质谱分析还可以用于代谢组学研究，通过分析代谢产物的质谱图谱，可以了解生物体内代谢途径的变化和代谢产物的积累情况。
3. 环境领域质谱分析在环境领域中被广泛应用于环境污染物的监测和分析。
通过质谱分析，可以对大气、水体和土壤中的有机污染物和无机污染物进行定性和定量分析，从而评估环境的污染程度和污染源。
此外，质谱分析还可以用于环境样品的溯源和污染物的迁移转化研究。
四、总结质谱分析是一种重要的分析技术，具有高灵敏度、高分辨率和高特异性等优点。
TSQ Quantum Access MAX 三重四极杆质谱仪
TSQ Quantum Access MAX 三重四极杆质谱仪TSQ Quantum Access MAX 三重四极杆质谱仪是一种LC-MS/MS仪器，具有出色的灵敏度、特异性和灵活性，检测质量数高达3000，可满足广泛的定量和定性需求。
Thermo Scientific TSQ Quantum Access MAX 三重四极杆质谱仪。
三重四极杆质谱仪的原理单四极杆质谱分析仪（A）和三重四极杆质谱仪（B）示意图。
四极杆分析仪是一种通过利用振荡电场中的轨迹稳定性来根据离子的质量比（m/z）分离离子的设备。
如图上图A中所示，四极杆由四个平行的金属杆组成，每个相对的带点杆连接在一起。
施加射频（RF）电压到一对杆上，施加直流电（DC）到另一对杆上。
对于给定的RF和DC组合，只有具有特定m/z比的离子才能显示稳定的轨迹并到达检测器。
由于振荡幅度是规定的，其他离子无法通过杆。
通过固定比率连续改变电压，可以将具有不同m/z值的离子一个接一个地传输到检测器，利用Mathieu微分方程进行数学建模。
三重四极杆质谱仪的原理类似于单重四极杆质量分析仪。
第一四极杆（Q1）和第三四极杆（Q3）由DC和RF电势控制，第二四极杆（Q2）（碰撞池）仅承受允许所有离子通过的RF电势。
在TSQ质量分析器中，Q1和Q3是四极，而Q2是方形四极。
在Q2中，离子通过亚稳态离子的单分子分解或通过碰撞诱导解离（CID）裂解，其中离子与碰撞池中存在的中性碰撞气体（例如氮气或氩气）发生相互作用。
在碰撞中，一些动能转化为内能，从而导致键断裂和分子裂解成较小的碎片。
这些碎片离子可以通过Q3进行测量。
TSQ Quantum Access MAX 三重四极杆质谱仪通常配备有液相色谱（LC）。
将样品注入LC色谱柱，分离成各组分。
组分从液相色谱柱中洗脱出来，然后进入质谱仪进行分析。
TSQ质谱仪由离子源、离子光学器件、质谱分析仪和离子检测系统组成。
离子源TSQ质谱仪有多种电离模型，包括电喷雾电离（ESI）、加热电喷雾电离（H-ESI）、纳米喷雾电离（NSI）、大气压光电离（APPI）或大气压化学电离（APCI）。
气相色谱质谱仪的结构和基本原理
一、气相色谱质谱仪的定义气相色谱质谱仪是一种高效、高灵敏度的分析仪器，结合了气相色谱和质谱两种分析技术，能够对样品中的化合物进行分离和鉴定。
它在环境监测、药物分析、食品安全等领域有着广泛的应用。
二、气相色谱质谱仪的结构1. 气相色谱部分气相色谱部分主要包括进样系统、色谱柱、色谱炉、检测器等组成。
进样系统用来引入样品，色谱柱用于分离混合物中的成分，色谱炉用来加热和蒸发样品，检测器用来检测色谱柱输出的化合物。
2. 质谱部分质谱部分主要包括离子源、质量分析器和检测器。
离子源用来将化合物转化为离子，质量分析器用来对这些离子进行分析，检测器则用来检测质谱输出的信号。
3. 数据处理系统数据处理系统用来接收、处理和输出色谱和质谱的数据，包括化合物的质谱图和色谱图等。
三、气相色谱质谱仪的基本原理1. 气相色谱原理气相色谱利用气体流动的作用将混合物中的成分分离开来。
当样品进入色谱柱后，不同成分会根据其在色谱柱固定相上的分配系数不同而在色谱柱中移动，最终被分离出来。
2. 质谱原理质谱是利用化合物在电场作用下产生碎片离子，并根据这些离子的质量比进行分析。
质谱仪会将化合物转化为带电离子，然后通过电场和磁场对这些离子进行分析，最终得到质谱图谱。
3. 联用原理气相色谱质谱联用仪将气相色谱和质谱联接在一起，样品首先经过气相色谱的分离，然后进入质谱进行离子化和分析，最终得到色谱和质谱的数据。
通过联用，可以更加准确地对化合物进行分析和鉴定。
四、气相色谱质谱仪的应用气相色谱质谱仪在环境监测、药物分析、食品安全等领域有着广泛的应用。
在环境监测中，可以用来分析空气中的挥发性有机物；在药物分析中，可以用来鉴定药物中的杂质和成分；在食品安全领域，可以用来检测食品中的农药残留和添加剂。
五、气相色谱质谱仪的发展趋势近年来，随着科学技术的不断进步，气相色谱质谱仪在分析性能、数据处理和操作便捷性方面都有了很大的提升。
未来，气相色谱质谱仪将更加智能化，分析速度将更快，分辨率将更高，对于微量成分的分析将更加准确。
赛默飞TSQ Quantum液相色谱质谱联用仪操作规程
TSQ Quantum Ultra EMR液相色谱质谱联用仪操作规程一、开机1.打开质谱电源开关至ON状态，打开真空开关电源至ON状态；2.用放电针堵上离子传输毛细管；3.真空开关开启约一小时后，打开电子开关电源；4.打开数据处理系统，即打开计算机；5.计算机与仪器通讯正常后，双击桌面TSQ Tune图标，打开调谐界面，点击心形图标，选择Vacuum项，检查仪器真空状态，当真空度低于5×10-6Mpa时，进行参数的优化；6.质谱仪信号稳定以后，打开液相色谱泵、自动进样器开关；7.待各模块指示灯显示正常后，双击桌面Chomeleon图标,打开液相色谱软件。
二、化合物ESI/MS质谱条件优化1.在TSQ Tune软件中，打开优化界面；并开启扫描模式；2.连接管路，选择合适浓度待测化合物经注射泵注入质谱；3.设置扫描参数；4.调整离子源参数，使目标化合物达e6以上（负离子模式e5以上）；5.分别在MS Only、MS+MS/MS下进行优化；6.优化结束后, 选择Accept;并选择Save tune as 进行保存。
三、建立仪器方法打开TraceFinder软件，新建仪器方法，分别点击Chomeleon、TSQ Quantum按钮对液相色谱、质谱条件按标准进行设置。
四、样品序列建立及样品分析在TraceFinder系统主界面，选择Acquisition，进入界面后选择Setup,设置样品分析批顺序，点击运行。
五、定量数据处理1.在TraceFinder系统主界面，选择Method Development,新建Master Method 数据处理方法；2. 在TraceFinder系统主界面，选择Analysis,新建New Batch批添加数据文件；3.双击File name下的Unknown1，添加要处理的数据文件，设置样品类型、级别后，点击提交按钮。
六、报告生成点击Method View-Reports,选择报告类型，点击Report View查看报告七、关机1.在TSQ Tune界面，将质谱设置为待机Standby状态，关闭质谱软件；2.在Chomeleon界面，关闭液相流速，关闭液相色谱软件；3.先关闭质谱电子开关、再关闭真空开关；4.大约3分钟后关闭质谱主电源开关，5.关闭液相软件各部分模块电源。
质谱的原理和仪器构造
单聚焦质量分析器 -- 使用扇形磁场。 双聚焦质量分析器 -- 使用扇形磁场及 扇形电场。 这二种质量分析器曾经是有机质谱的主 体，现仍在继续发挥重要作用。
工作原理：在离子源中形成的各种(正)离子都被加速电压加速，而获得动能：
d. 色谱进样系统
用于 GC-MS,HPLC-MS,CE-MS
2.电离和加热室 (离子源)
被分析物质在这里被电离，形成各种离子。不 同性质的样品需用不同的电离方式。为使生成 的离子到达质量分析器，在离子源的出口施加 一个高电压即加速电压，对离子进行加速。不 同的分析器有不同的加速电压。
离子源的种类很多，主要有电子轰击电离源 （ EI）,化学电离源（ CI）,场致电离源 （ FI）,场解吸电离源（ FD）,快原子轰击源 （FAB）,激光解吸电离源（ LD）,热喷雾电离 源（ TS）,电喷雾电离源（ ESI）,大气压化 学电离源（ APCI）,基质辅助激光解析电离源 （ MALDI）等。
为提高仪器的分辨率，质量分析器除了采用一 个扇形磁场外，还加上一个扇形电场，静电分 析器(electrostatic analyser,ESR),又称静 电场，形成了双聚焦质量分析器。
静电场的作用：一束有一定能量分布的离子束，
经静电场的偏转后，离子按能量的大小顺次排
列。因此静电场可看作是一个能量分析器。静
公式3所描述的是理想情况。事实上，离子在 加速前，其动能并非绝对为零，而是在某一较 小的动能值之内有一个分别。同一质量的离子， 由于初始动能略有差别，加速后的速度也略有 差别，因此它们经静磁场偏转后不能准确地聚
焦于一点，也就是说静磁场具有能量色散作用。
于Thermo Fisher Scientific TSQ Quantum液质联用仪 说明书
打开数据处理系统，即打开计算机和打印机；双击桌面图标，打开Quantum Tune MasterIon Gauge Pressure打开液相部分各模块电源。
双击桌面图标，打开面，将质谱设置为待机关闭液相部分各模块电源。
双击桌面图标，打开Tune MasterCompound Optimization WorkspaceA. 优化模式MS OnlyJ. 扫描模式Define scan3.A. Surveyor (Accela) pump4. TSQ Quantum3.B. Surveyor (Accela) AS3. 洗脱方法3. A,B,C,D流动相溶剂名称Sequence 的样品，单击按钮, 设定样品运行结束后仪器状态, OK, 开始进样分析单击按钮, 空格中输入要运行的样品范围点击按钮进行界2.A. 样品类型2.B. 文件名称2.C. 文件保存路径2.D. 分析方法2.E. 样品位置2.F. 进样体积定量数据处理菜单2.A. 定义色谱方法2.B. 定义定量方法2.B. 外标法2.B. 内标法2.A. LC组分识别Identification3.A. 扫描方法Filter3.A. 保留时间time3.B. Name下拉菜3.C.Detection3.C.积分参数O K3.D.列表3.E.Calibration菜单3.F. 内标物ISTD3.G. Target compounds栏3.H. Cal Level列3.H. Amount列检查序列表中是否有工具栏1. Xcalibur页1. Sequence Setup选择该标准样品对应的Cal Level 点击保存序列快捷图标;数据批处理Batch Reprocess 标; 项下Peak Integration, Quantitation, 8. Batch Reprocess 9. Xcalibur Roadmap 主页定量结果浏览器9. 打开序列9. Show All sample types样品报告生成在定量结果浏览界面上捷图标在样品报告Sample Reports 9. 结果表格9. 可按样品类型分类显示1. 报告设置Dialogue 标5. Add 3. Proc Meth 7. 保存序列快捷图标。
赛默飞TSQ Quantum液相色谱质谱联用仪操作规程
TSQ Quantum Ultra EMR液相色谱质谱联用仪操作规程一、开机1.打开质谱电源开关至ON状态，打开真空开关电源至ON状态；2.用放电针堵上离子传输毛细管；3.真空开关开启约一小时后，打开电子开关电源；4.打开数据处理系统，即打开计算机；5.计算机与仪器通讯正常后，双击桌面TSQ Tune图标，打开调谐界面，点击心形图标，选择Vacuum项，检查仪器真空状态，当真空度低于5×10-6Mpa时，进行参数的优化；6.质谱仪信号稳定以后，打开液相色谱泵、自动进样器开关；7.待各模块指示灯显示正常后，双击桌面Chomeleon图标,打开液相色谱软件。
二、化合物ESI/MS质谱条件优化1.在TSQ Tune软件中，打开优化界面；并开启扫描模式；2.连接管路，选择合适浓度待测化合物经注射泵注入质谱；3.设置扫描参数；4.调整离子源参数，使目标化合物达e6以上（负离子模式e5以上）；5.分别在MS Only、MS+MS/MS下进行优化；6.优化结束后, 选择Accept;并选择Save tune as 进行保存。
三、建立仪器方法打开TraceFinder软件，新建仪器方法，分别点击Chomeleon、TSQ Quantum按钮对液相色谱、质谱条件按标准进行设置。
四、样品序列建立及样品分析在TraceFinder系统主界面，选择Acquisition，进入界面后选择Setup,设置样品分析批顺序，点击运行。
五、定量数据处理1.在TraceFinder系统主界面，选择Method Development,新建Master Method 数据处理方法；2. 在TraceFinder系统主界面，选择Analysis,新建New Batch批添加数据文件；3.双击File name下的Unknown1，添加要处理的数据文件，设置样品类型、级别后，点击提交按钮。
六、报告生成点击Method View-Reports,选择报告类型，点击Report View查看报告七、关机1.在TSQ Tune界面，将质谱设置为待机Standby状态，关闭质谱软件；2.在Chomeleon界面，关闭液相流速，关闭液相色谱软件；3.先关闭质谱电子开关、再关闭真空开关；4.大约3分钟后关闭质谱主电源开关，5.关闭液相软件各部分模块电源。
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小于 10mM； （注：三氟醋酸，三乙胺都不推荐使用）
离子透镜系统各部分的作用 （1） 离子传输毛细管：传输离子，去除未气化溶剂，保护真空 （2） Tube Lens：离轴设计，与流速，温度，质量数有关，需要优化；上面加有和
离子相同极性的电压，控制离子束偏转角度 （3） Skimmer：分离中性杂质与离子，分隔真空腔内前级真空和高真空区域 （4） S-Lens：在聚焦并传输离子过程中实现溶剂蒸汽脱除，降低质量歧视效应 （5） 预四极杆 Q00&Q0：传输离子 （6） 透镜 L0、L1 组、L2 组、L3 组：真空与射频电场隔离；聚焦并传输离子
与 LC 相连接的电离源主要为大气压电离源（API，Atmospheric Pressure Ionization），包 括：雾电离源（ESI，Electrospray Ionization） 主要特点：
离子在液相状态形成 对热不稳定化合物首选 对中高极性化合物首选 可形成多电荷离子，分析蛋白质、多肽等大分子物质 最佳使用流速: 200 - 400ul/min 一般来说,流速越高，需要越高的毛细管温度和气体流速。 在离子源中，设计了两路气体帮助样品电离，分别为内层的鞘气（Sheath Gas）和外 层可加热的辅助气（Auxiliary Gas），如下图：
鞘气和辅助气示意图 两路气体均为氮气，其作用分别为：
鞘气：帮助液滴挥发，产生离子； 辅助气：帮助液滴挥发，产生离子；离子导向作用，聚焦离子 此外还有一路反吹气（Sweep Gas），平时可以不开，当液相流动相中添加有难挥发 性盐时，可打开该气体（通常设为 2-5），其作用是避免难挥发性盐进入毛细管，残 留导致毛细管赌塞，如下图
APCI 源的操作条件参考值
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大气压光学电离源（APPI，Atmospheric Pressure Photo Ionization） 主要特点：
离子在气相状态形成 适合化学结构中有发色团的化合物
流动相的注意事项 常用试剂： （1）水相 （2）有机相（甲醇，乙腈） 常用添加剂及其量： （1） 酸：甲酸或冰醋酸，加入量小于 1%（V/V）； （2） 碱：氨水，加入量小于 1%（V/V）；胺类试剂（如甲酸胺、乙酸胺），加入量
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HESI-II 源的操作条件参考值
反吹气示意图
大气压化学电离源（APCI，Atmospheric Pressure Chemical Ionization） 主要特点：
离子在气相状态形成 对易挥发、热稳定的化合物首选 对中低极性化合物首选 只可形成单电荷离子，可分析小分子化合物 最佳使用流速: 500 µL/min 一般来说，高流速需要更高的鞘气和辅助气流量，但不需要提高毛细管温度。
第一章 基础理论
基本名词 三重四极杆质谱仪的结构及介绍 三重四极杆质谱仪的扫描模式 基本名词 质荷比（m/z）：以原子质量单位表示的离子质量与其电荷数的比值。 基峰（base peak）：在质谱图中，指定质荷比范围内强度最大的离子峰称作基峰。 原子质量单位（u）：用来衡量原子或分子质量的单位，它被定义为碳 12 原子质量的 1/12。 同位素（Isotopes）：具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素。 总离子流谱图（TIC，Total Ion Chromatogram）：对一定质荷比范围内的离子流总和 进行连续检测与记录的色谱图。 提取离子流谱图（EIC，Extracted Ion Chromatogram）：对某一质荷比的离子流进行连 续检测与记录的色谱图。 分辨率：质谱图上两个相邻离子峰分离的程度 （如下图）
三重四极杆质谱仪的结构及介绍
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TSQ Quantum Access MAX 和 TSQ Quantum Ultra 的基本结构
TSQ Vantage 的基本结构 基本组成部分包括： （1） 离子源（Ion Source） （2） 离子透镜系统（Ion Optics）：离子传输毛细管（Capillary），Tube Lens&Skimmer
质量分析器 三重四极杆质谱仪的质量分析器为四极杆，Q1 和 Q3 为主四极杆，Q2 为碰撞池
四极杆的基本工作原理：在四根电极杆上施加射频及直流复合电压形成电场，使待 测离子成为谐振离子顺利地通过四极杆被检测（而其他非待测离子变得不稳定，成 为非谐振离子，不能顺利地通过四极杆而不被检测），如下图：
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碰撞池：90º 弯曲，去除中性干扰，待测物的母离子与碰撞气（氩气）分子发生碰撞 产生碎片子离子。 检测器 工作过程：待测离子打到打拿极上产生更多的粒子，这些粒子再打击电子倍增器， 使后者溅射出电子，电子通过电子倍增器的放大，转换为电信号被检测。 三重四极杆质谱仪的扫描模式
（TSQ Vantage 为 S-Lens），预四极杆 Q00&Q0，透镜 L0、L1、L2、L3 （3） 质量分析器：四极杆（Quadrupole） （4） 检测器（Detector）：电子倍增器，打拿极 以下分别介绍各部分的作用及特点 离子源
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作用：（1）将中性的待测物电离为带电荷的离子； （2）真空过渡； （3）去除多余的溶剂； （4）去除干扰。