离子阱类质谱仪的基本工作原理
离子阱质谱仪中的扫描
离子阱质谱仪中的扫描
离子阱质谱仪通常由三个电极构成，驱动电极、辅助电极和探测电极。
其中，驱动电极和辅助电极可以通过改变电场的频率和幅度来实现离子的扫描。
在离子阱质谱仪中，有两种常见的扫描模式，质谱扫描和离子电荷扫描。
1. 质谱扫描（Mass Scan），在质谱扫描模式下，离子阱的电场频率会在一定范围内变化，使得不同质荷比的离子能够被激发和检测。
这样可以获取到离子的质量谱图，从而确定样品中的化合物的质量及其相对丰度。
2. 离子电荷扫描（Ion Charge Scan），在离子电荷扫描模式下，离子阱的电场幅度会在一定范围内变化，使得不同电荷状态的离子能够被激发和检测。
这样可以确定离子的电荷状态及其相对丰度，从而推断样品中的化合物的结构和组成。
此外，还有一些特殊的扫描模式，如离子陷阱质谱仪中的离子碰撞诱导解离（CID）扫描和多级质谱（MSn）扫描等。
这些扫描模
式可以进一步提高质谱仪的分析能力，实现更加精确的离子分析和结构鉴定。
总的来说，离子阱质谱仪中的扫描是通过改变电场的频率和幅度，使得离子在离子阱内进行选择性激发、分离和检测的过程。
不同的扫描模式可以获取到不同的质谱信息，从而实现对样品的分析和鉴定。
离子阱质谱
=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。
安捷伦科技有限公司不对与该材料有关的任何活动做担保。
这些活动包括但不仅限于为了某特殊目的而进行的销售和适应性。
安捷伦科技有限公司将不会对包含在材料里的与装备，表现和材料使用有关的错误或导致的损失负责。
这份文件中的任何部分都不得拷贝或复制或未经安捷伦科技公司的预先允许进行翻译。
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。
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。
四极杆静电场轨道阱质谱仪
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。
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。
离子阱原理
离子阱原理离子阱技术是一种用于操纵和储存离子的方法，它在原子物理学、量子信息处理和精密测量等领域有着广泛的应用。
离子阱原理是基于离子在电场和磁场中的相互作用，通过调节电场和磁场的强度和方向，可以实现对离子的精确控制和操纵。
本文将介绍离子阱原理的基本概念、工作原理和应用。
离子阱原理的基本概念是利用电场和磁场对离子进行束缚和操纵。
在离子阱中，通常采用封闭的几何结构，通过在空间中建立稳定的电场和磁场，可以将离子束缚在特定的区域内。
离子在电场和磁场中受到的力的作用下，可以实现对离子的精确控制和定位，从而实现对离子的操纵和操作。
离子阱原理的工作原理是基于离子在电场和磁场中的受力情况。
在离子阱中，通过调节电场和磁场的强度和方向，可以实现对离子的加速、聚焦、分离和检测。
通过施加交变电场和静态电场，可以实现对离子的操纵和控制，从而实现对离子的储存和处理。
离子阱技术可以实现对单个离子的操纵和操作，具有极高的精确度和灵活性。
离子阱原理在原子物理学、量子信息处理和精密测量等领域有着广泛的应用。
在原子物理学中，离子阱技术可以用于研究原子和分子的结构和性质，从而推动原子物理学的发展。
在量子信息处理中，离子阱技术可以用于实现量子比特的存储和操作，从而实现量子计算和通信。
在精密测量中，离子阱技术可以用于实现高精度的质谱分析和频率标准，从而推动精密测量技术的发展。
总结一下，离子阱原理是一种用于操纵和储存离子的方法，它基于离子在电场和磁场中的相互作用，通过调节电场和磁场的强度和方向，可以实现对离子的精确控制和操纵。
离子阱技术在原子物理学、量子信息处理和精密测量等领域有着广泛的应用，具有重要的科学和技术价值。
希望本文可以帮助读者更好地了解离子阱原理及其应用，推动离子阱技术的发展和应用。
质谱仪各种质量分析器的工作原理
质谱仪各种质量分析器的工作原理2015-4-30 16:37:43 来源: 互联网上一篇| 下一篇53899收藏到BLOG质谱的基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，天生不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进进质量分析器。
在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。
质量分析器将带电离子根据其质荷比加以分离，用于纪录各种离子的质量数和丰度。
质量分析器的两个主要技术参数是所能测定的质荷比的范围（质量范围）和分辨率。
质谱仪不同的质量分析器有着不同的功能，这三张图将让你秒懂质谱仪各类质量分析器的工作原理。
三重四极杆（Triple Quadrupole）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。
离子阱（Ion trap）离子阱由一对环形电极（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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 q r -4eV/m（r02 2z0 ）2
2 q z 8eV/m（r02 2z0 ）2
（5 ）
图6.离子阱的马修方程解的稳定区
根据马修方程，a和q与离子的质荷比m/z 、离 子阱的结构参数（r0，z0 ），所加射频的频率 、及其交流幅度 V 和直流成分 U 有关。商用仪 器一般不加直流成分（U=0），因此仪器工作在 qz 轴，又射频的频率一般是固定的，当进行离 子捕获（离子化阶段）操作时，此时固定射频 电压V ，因qz ∝1/（m/e），则离子按照质荷比 从大到小顺序而由左到右对应地分布在 qz轴上。 在 进 行 质 量 不 稳 定 性 扫 描 时 ， 因 qz ∝V/ （m/e），随着扫描电压的增大，相应质荷比离 子的 qz 持续增大，当其到达稳定域的边界点 qz=0.908 时，就会被顺序扫出而为外置的探测 器所检测。
离子阱类质谱仪的基本工作原理
齐孟文 中国农业大学
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。
w u，n 2n u /2
n 0， 1， 2
（3）
其中，下角标u表示空间坐标，n是高阶振荡级次，n为 零时为基频，此处 1/2 u （a u qu /2） （4） 单位为rad/s。模拟研究表明，在基频时，离子在电四极 场中的振荡轨迹为处于中心的李萨茹运动，对于一个给 定的离子，若要其在运动轨道稳定，则必须在径向 r 和 轴向 z 同时落在马修方程的解空间，一般应用选取第一 稳定区域，以（r，z）等位线划分，结果见下图。
2.2辅助激励下的共振
若除了射频外，同时在端盖电极施加一个幅 度较小的交流激励信号V’，幅度一般为1 V，则离 子做相应于经典力学的胁迫运动，此时马修方程 可以修改如下，若激励施加在离子出射的z轴方 向，则有
d2z （a - 2qcos2）z 2qcos（2 ）z 2 d （6）
其中，
4eV q mr02 2
w
通过对方程求解可知，在激励为偶极场时， 共振发生在其频率w和离子的自由振荡频率 一致 时，即
w w u，n n 0.5 u
n 0， 1， 2，
（7） 当激励为四极场时，频率满足一下条件时， 离子做所谓的参数共振，要求
6
m 13410 /6.0210 kg
-3 23
3.1 qz和最小截止质量
8eV qz 2 m（r02 2z0 ） 2
8 1.602 10-19 757 6.02 1023 2 2 2 134 10-3 （ 1.00 10-2） 2 （0.783 10-2） （2 3.14 1.05 106）
3.参数计算
对离子阱进行某种操作，首先需要对相关参 数进行计算和设置，为了便于理解，下面以示例 进行说明。假设：离子为丁基苯（m/z=134 ）， 离子阱的结构r0=1.00cm ,z0=0.783cm ，射频 U=0， V=757V0-p ，f=1.05MHz ，换算有：
2f 2 1.05 10 rad s
图1. 3D离子阱的结构示意图
1.2线性离子阱
线性离子阱，是在四级杆质谱基础上发展起 来的，由两组双曲线形级杆和两端的两极板组成， 在其中一组级杆上开有窄缝。两组极杆上施以位 相相反的射频电压，且开有狭缝的一组施加一激 励交变电压，以驱动离子从窄缝中共振弹射检出。 相对于三维离子阱，离子在线性阱中被囚禁在极 杆轴向的线段内而不是聚集在一个点上，有效地 避免了三维离子阱的固有缺陷，因此捕获效率得 以提高，空间电荷效应减弱，质谱的特异性和灵 敏性得到了极大提高，该类型的离子阱为目前离 子阱的主流产品。
3.6势阱的深度Dz
势阱的深度决定着离子被共振弹射所需要的 最小动能，以及在激发解离过程，形成的碎片要 被捕获所不能超过的最大动能。z方向上的势阱 深度近似为 D=qzV/8，对该例子的情况，m=134 ， qz=0.450和V=757V0-p ，则
Dz 0.450 757/ 8 42.5V
3.2稳定参数z 当 az=0时,z ≈qz/21/2=0.450/1.2142=0.318， 利用近似公式计算的结果比实际值要大约5%。由 相应计算，对于m=1340 ，有qz=0.0450 ，而 z=0.0318 。 3.3本征频率 由公式（7），离子的轴向基频为
当
w z w z， 0 1/2 z
4.1选择隔离
1）带通扫描隔离
图8.在（a,q ）空间通过改变扫描线的斜率 ，质量过滤 的窗口随之改变，位于稳定区窗口内的离子被保留，其 它的因为不稳定被逐出离子阱，该方法可选出单位离子。
2）共振弹射隔离 该方法是通过共振将不需要的离子弹出离子 阱，而仅保留下来预先选定的离子。其操作方法 是，在与射频电极正交的另一电极，以偶极或四 极场的方式，施加一称为Swift波的辅助交流信号， Swift波由波形发生器通过正弦波叠加而成，包含 有除要隔离离子外所有离子的频率，而隔离离子 的频率缺失，其对应于Swift波的凹槽，这样当施 加上Swift时，其他离子就会在相应的协调频率处 发生共振，从辅助交流信号吸收能量，最终克服 势阱的约束被弹出离子阱，而要隔离的离子未发 生共振弹射因而被保留。
图２.附图示线性离子阱的结构
1.３轨道离子阱
轨道离子阱的工作原理类似于电子围绕原子 核旋转，具有一定初速度的离子，进入离子阱后 受到来自中心纺锤形电极的吸引，会围绕中心电 极做旋进运动，即：围绕中心电极（径向）和沿 中心电极（轴向）的运动。因为离子质量不同， 当达到谐振时，不同离子的轴向往复速度不同， 通过离子阱中内置的检测器检，测定离子通过时 产生的感应电流，可以得到多种离子的时序信号， 然后通过傅立叶变换成为频谱，而共振频率直接 与离子质量有关，由此可以得到质谱图。轨道离 子阱质谱的分辨率极高，本身的体积很小，但对 工作环境的要求极高，支持系统庞大，购置及维 护费用高，使用受到一定限制。
z 0.318 ， 2 1.05 106 rad s -1
则
w z 0.5 0.318 2 3.141.05106
1.049 106 rad s -1
167KHz
转变成 f z 因
4eV 2eV w 1/2 1 / 2 2 mr0 mr02
有
LMCO 134 0.45 / 0.908 66.4
射频电压正比于离子的质量，即V ∝m ，由 已知点的相关数据，可求得已知LMCO时应施加 的射频电压，有
V0-p （757/66.4 ）LMCO 11.4LMCO
该公式在激发解离过程，可用于确定为保留最小 碎片离子应施加的电压。
a r 4eU/mr
2 0
2
q r -2eV/ mr
2 0
2 2 a z -8eU/mr 0
（2） 其中， m是离子的质量， e是单位电荷，U 和 V是所施加的射频的直流电压及交流电压波 幅。
2 2 qz 4eV/mr 0
图5.离子阱结构示意图
对离子运动的马修方程求解，可以得到离子在电四极 场的本征振荡频率的频谱为：
0.45
最小截止质量LMCO，为设定条件下，离子阱捕获 离子质量的下限，对商业仪器而言，因为不加直 流a=0 ，则离子阱仅工作在qz轴,而 qz ∝ 1/m， 因此稳定的边界点qz=0.908对应于LMCO
由于在其他条件恒定时，qzm=常数 ，则
LMCO 0.908 134 0.45
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。
公式（2）是理想四极场情况下的结果，由于实 际的双曲面电极只是一个截断，并且端盖电极开 有小孔，致使有高阶场的成分存在，为了消除其 影响，更好地逼近理想的四极场，商业仪器一般 将端盖电极间距离拉长，z0增加10.6%，此时 r02≠2z02，公式（2）需要用更一般的形式取代：
2 a r 8eU/m （r02 2z0 ）2
4.基本操作
基本操作主要包括离子选择隔离，激发裂解 和质谱扫描，各个操作可以分别或连续组合进行。 1）选择隔离 目的是把其它离子弹出离子阱，仅 保留母离子进一步碎裂而进行MS/MS分析，或 用于质量反应监测扫描；2）共振激发 主要用于 进行激发弹射和激发解离，激发弹射时选用较大 激励电压，使离子获得足够的动能被弹射出势阱， 而在激发解离时要选择适度较小的激励电压，使 得能够驱动离子碎裂但所获的动能不足以使离子 被弹射；3）质谱扫描 为离子阱质谱的基本操作， 目的使离子按照质荷比顺序先后扫出离子阱，并 被外置的检测器所检测。
图4.矩形离子阱结构示意图及外加电压
2.理论背景
2.1在捕获场的自由振荡
所有离子阱的工作机制具有共同的理论基础， 即离子在电四极场中的运动规律，在单纯施加一 个射频电压的情况下，其运动可以用马修齐次二 阶微分方程描述，即
d 2u （a u - 2qu cos2）u 0 2 d
（1）
其中，在柱坐标系中，u表示径向r(x，y)和 轴向z坐标，这是简谐方程，各坐标可独立 求解；是一个无量纲参数，=t/2，是 射频电压的角品率（rad/s ）；au和 qu是一 对有关马修方程解的约化参数，对理想的 四极场，要求离子阱的电极结构满足 r0=2z0，r0和z0分别是环形电极和端盖电极 顶点的到原点的距离，则有以下关系：