(参考课件)三重四级杆质谱仪原理详解
三重四级杆液相色谱质谱联用仪原理
三重四级杆液相色谱质谱联用仪原理
三重四级杆液相色谱质谱联用仪的结构由三个四级杆（Q1，Q2，Q3）
组成，其作用分别为：Q1作为入口四级杆，通过调整电压和磁场来选择
特定的前驱离子（precursor ion）进入系统；Q2作为碰撞池，用于离子
的碰撞解离和选择性筛选；Q3作为出口四级杆，根据质量/荷电比（m/z）对产生的离子进行进行分离和检测。
1.采样和预处理：样品通过进样系统进入色谱柱进行分离。
在进样之前，可以对样品进行前处理，如样品制备、固相萃取等。
3. 离子化：分离后的化合物分子进入质谱部分，通常采用电喷雾（electrospray ionization，ESI）或大气压化学电离（atmospheric pressure chemical ionization，APCI）等离子化方式进行离子化。
离子
化过程中，化合物分子失去或获得一个或多个电子而变成带电离子。
4. 离子的选择性解离：离子进入Q2碰撞池后，在与碰撞气体（collision gas）碰撞的过程中发生解离反应。
这些反应是高度选择性的，只能发生在特定离子对中。
5.质谱分析：环境中的离子经过Q3四级杆的分离后，根据其质量/荷
电比（m/z）和强度进行检测。
通过对质谱图的分析，可以确定样品中存
在的化合物种类和含量。
总之，三重四级杆液相色谱质谱联用仪通过液相色谱和质谱的联用，
结合分离和离子化技术，实现了复杂样品的分离、检测和分析。
其原理和
操作流程相对复杂，但能够提供高灵敏度和高选择性的分析结果，广泛应
用于食品安全、环境监测、药物分析等领域。
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。
三重四级杆质谱仪原理整合完整版
时间串联的多级质谱：优点
• 离子阱的一个优点就是它们能够分离 出某种离子，把其他的离子排除出离 子阱。 • 被分离的离子能够通过CID的方式变 成碎片然后被测定。 • 质谱/质谱试验能快速进行。 • 离子阱允许对碎片离子和碎片片段进 行多重质谱/质谱(aka MSn)实验，以 获得更多的结构信息。 • 另外一个优点就是它们能够富集离 子，以提供更好的离子信号。
时间串联的多级质谱：缺点
• 缺乏三重四极杆（QQQ）类型的母离子扫描和和中性丢失 扫描的高灵敏度。 • 因为空间电荷效应的影响，离子阱的 动态范围有限。因 为如果过多的离子积累在阱里，它们的电荷相斥会对仪器 的分辨率和定量分析造成有害的影响。
空间串联的多级质谱：通过QQQ质量分析器完成
•
空间串联的多级质谱分析通过连续的质量分析器 实现，例如QQQ。
第一个四极杆在选择性离子监测模式，第二个在全扫描监测模式
QQQ多级质谱：母离子扫描
• 在母离子扫描中，Q1测定母离子，Q3测定某个特定的 碎片离子，因此可在非常复杂的混合物中监测某种特 定的分子。 • 在下面的例子中，睾丸激素在母碎片（m/z 367）中碎 片m/z 97得到选择性监测，具有极高的灵敏度和精确的 定量分析。
采集类型：QQQ质谱仪
三重四极杆: SRM 或MRM
多反应监测（MRM）
QQQ 应用
• • •
采用QQQ,分析者可以采用最少的样品制备步骤。 经常用于少量化合物的高通量定量分析，而 不用 于大量化合物同时高通量分析。。
一些例子：
•食品中的农药和除草剂 • 人类体液中的违禁药物 • 地表水的药物 • 生物基体中的药物
准确率（ppm级误差的例子）
一个质量为1000 道尔顿的化合物
三重四级杆质谱仪工作原理
三重四级杆质谱仪是一种高灵敏度、高分辨率的质谱仪，广泛应用于生物医学、环境监测、食品安全等领域。
其工作原理如下：
离子源：将待测样品离子化，通常采用电子轰击（EI）或化学电离（CI）等方式。
质量分析器：将离子源产生的离子按质量分离，通常采用四级杆质量分析器。
碰撞室：在离子进入质量分析器之前，将其与惰性气体（如氮气）碰撞，使其失去部分能量并碎裂成更小的离子。
三重四级杆质量分析器：由三个四级杆组成，其中第一个四级杆（Q1）用于选择特定的离子，第二个四级杆（Q2）用于碎裂离子，第三个四级杆（Q3）用于检测碎裂后的离子。
检测器：将离子转化为电信号，并记录下来。
通过上述过程，三重四级杆质谱仪可以实现对复杂混合物中特定化合物的定性和定量分析。
三重四级杆质谱仪原理整合完整版
三重四极杆: SRM 或MRM
多反响监测〔MRM〕
QQQ 应用
• 承受QQQ,分析者可以承受最少的样品制 备步骤。
• 常常用于少量化合物的高通量定量分析， 而 不用于大量化合物同时高通量分析。。
• 一些例子： •食品中的农药和除草剂 • 人类体液中的违禁药物 • 地表水的药物 • 生物基体中的药物
时间串联的多级质谱：缺点
• 缺乏三重四极杆〔QQQ〕类型的母离子扫描和和中性丧失 扫描的高灵敏度。
• 由于空间电荷效应的影响，离子阱的 动态范围有限。由 于假设过多的离子积存在阱里，它们的电荷相斥会对仪器 的区分率和定量分析造成有害的影响。
空间串联的多级质谱：通过QQQ质量分析器完成
• 空间串联的多级质谱分析通过连续的质量分析器 实现，例如QQQ。
QQQ多级质谱：子离子扫描
• Q1选择了某一特定质量的母离子，Q2碰撞池产生碎片离 子，然后在Q3中分析。此过程产生典型的质谱质谱碎片 谱图。
第一个四极杆在选择性离子监测模式，其次个在全扫描监测模式
QQQ多级质谱：母离子扫描
• 在母离子扫描中，Q1测定母离子，Q3测定某个特定的 碎片离子，因此可在特别简单的混合物中监测某种特 定的分子。
三重四级杆质谱仪原理
内容
• 质量分析
• – 根底学问
• – 质量分析器的性能特点
•
• 区分率
•
• 准确率
•
• 质量范围
• 多级质量分析
• – 什么是多级质谱？
• – 多级质谱如何工作？
• – 碰撞诱导解离(CID)
• – 采集方式
பைடு நூலகம்
•
• SRM
•
• MRM
• QQQ的优点〔选择性、灵敏度和速度
三重四级杆质谱仪原理详解
三重四级杆质谱仪原理详解
第一步是离子化。
样品通过各种方法（如电离源的电离方法或气相色谱等）被转化为离子，通常为正离子。
离子通过离子源进入质谱仪。
第二步是传输。
离子首先进入第一个四级杆，称为Q1杆。
Q1杆内的电场和磁场作用下，只有特定质荷比的离子能够穿过四级杆，其他质荷比的离子将被过滤掉。
这种过滤作用称为质荷比选择。
过滤后的离子进入第二个四级杆，称为Q2杆。
Q2杆的作用是进一步筛选离子，使特定质荷比的离子进一步传递。
Q2杆后的离子再进入第三个四级杆，称为Q3杆。
在Q3杆内，离子可以被聚焦和加速，同时也可以与其他分子发生碰撞。
第三步是检测。
在Q3杆后的离子进入检测器，如离子倍增器或光电衰减器，完成离子的检测与计数。
根据离子的计数，可以判断样品中特定离子的含量。
综上所述，三重四级杆质谱仪采用多级四级杆结构，利用四级杆之间的电场和磁场控制离子传递，通过离子化、传输和检测三个步骤，实现了对复杂样品的定性和定量分析。
尽管其操作较为繁琐，但其高选择性和高灵敏度使其在各个领域具有广泛应用前景。
三重四级杆质谱仪原理
开发新型电离源和检测器
电离源
研究新型电离源，如大气压化学 电离源和基质辅助激光解吸电离 源，以适应不同类型样品的离子 化需求。
检测器
开发高灵敏度和高动态范围的检 测器，以捕捉更多离子信息和提 供更准确的定量分析。
实现小型化和集成化
减小体积
通过优化电子和机械部件，减小仪器体积，使其更适合于现场和便携式应用。
代谢组学研究
用于检测生物体代谢产物的变化，了解生物体的生理和 病理状态。
05
三重四级杆质谱仪的发 展趋势和挑战
提高检测灵敏度和分辨率
检测灵敏度
通过优化离子传输系统和降低检测器噪音，提高对低 浓度样品的检测灵敏度。
分辨率
采用更高级的分离技术，如双四级杆或飞行时间质谱， 提高对同位素和异构体的分辨率。
三重四级杆质谱仪原 理
目录
• 质谱仪概述 • 三重四级杆质谱仪工作原理 • 三重四级杆质谱仪的组成 • 三重四级杆质谱仪的应用 • 三重四级杆质谱仪的发展趋势和挑战
01
质谱仪概述
质谱仪的定义
总结词
质谱仪是一种能够分离和测量带 电粒子（通常是分子或原子）质 量的仪器。
详细描述
质谱仪利用电场和磁场的作用， 将带电粒子按照质量大小进行分 离，并通过对粒子的性质和数量 进行测量，确定粒子的质量。
04
三重四级杆质谱仪的应 用
在环境监测中的应用
空气质量监测
三重四级杆质谱仪能够检测空气中的有害气体、挥发 性有机化合物等，为环境监测提供准确的数据。
水质监测
用于检测水体中的有毒有害物质，如重金属、农药残 留等，确保水质安全。
在食品安全检测中的应用
食品中农药残留检测
用于检测食品中农药残留量，确保食品的安 全性。
三重四级杆质谱仪原理详解
被激活，所产生的更大动能使它们变成碎片。
所得的碎片离子通过分析后，得到碎片离子谱图。
时间串联的多级质谱：优点
• 离子阱的一个优点就是它们能够
分离出某种离子，把其他的离子排除
出离子阱。
• 被分离的离子能够通过CID的方
式变成碎片然后被测定。
威的分析工具，特别是需要精确定量时。
• 可以通过三重四极杆质谱仪可以进行如下几类试验：
– 子离子扫描 – 母离子扫描 – 中性丢失扫描 – 单个反应监测 – 多重反应监测
QQQ多级质谱：子离子扫描
• Q1选择了某一特定质量的母离子，Q2碰撞池产生碎片离子，
然后在Q3中分析。此过程产生典型的质谱质谱碎片谱图。
QQQ多级质谱：单个反应监测(SRM)
选择某一质量的母离子，Q2碰撞单元产生碎片离子。Q3只 分析一个碎片离子。此过程产生一个简单的单个离子碎片 谱图。
QQQ多级质谱：多反应监测
Q1选择某一质量的母离子，碰撞单元产生碎片离子。 Q3用 于搜寻多个选择反应监测，这就是多重反应监测 （MRM）。
如果过多的离子积累在阱里，它们的电荷相斥会对仪器的分辨率
和定量分析造成有害的影响。
空间串联的多级质谱：通过QQQ质量分析器完成
• 空间串联的多级质谱分析通过连续的质量分析器实现，
例如QQQ。
空间串联多级质谱：QQQ
• 必须通过连续放置多个分析器来实 现空间串联的多级质谱
分析。
• 对于QQQ，每个分析器有以下单独的作用：
采集类型：QQQ质谱仪
三重四极杆: SRM 或MRM
多反应监测（MRM）
QQQ 应用
- 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)。
片段进行多重质谱/质谱(aka
MSn)实验，以获得更多的结构
信息。
• 另外一个优点就是它们能够富
集离子，以提供更好的离子信号。
20
时间串联的多级质谱：缺点
• 缺乏三重四极杆（QQQ）类型的母离子扫描和和中性丢
失 扫描的高灵敏度。
• 因为空间电荷效应的影响，离子阱的 动态范围有限。因
为如果过多的离子积累在阱里，它们的电荷相斥会对仪器 的分辨率和定量分析造成有害的影响。
5
准确率（PPM级误差的例子）
一个质量为1000 道尔顿的化合物 1000 ± 2.0 Da (or ± 2000 ppm) 1000 ± 0.5 Da (or ± 500 ppm) 1000 ± 0.1 Da (or ± 100 ppm) 1000 ± 0.01 Da (or ± 10 ppm) 1000 ± 0.002 Da (or ± 2 ppm)
在质量分析器里所产生的离子是根据他们的质荷比(m/z). 进行分离的
3
质荷比
与小分子不同，一个更大分子的同位素质量簇中丰度最大的离子可 能不是最低同位素质量。注意这个变化是同位素分布，它将影响你分 析的结果。
4
质量分析器的性能特点
分辨率= M/ΔM 分辨率为200时，准确率是～2000ppm 分辨率为2500时，准确率是～100ppm
21
空间串联的多级质谱：通过QQQ质量分析器完成
• 空间串联的多级质谱分析通过连续的质量分析器
实现，例如QQQ。
22
空间串联多级质谱：QQQ
• 必须通过连续放置多个分析器来实 现空间串联的多级质
谱分析。
• 对于QQQ，每个分析器有以下单独的作用：
– 第一个四极杆(Q1)根据设定的质荷比范围扫描和选择所需的离 子。
– 在质谱应用领域里三重四极杆在执行中性丢失扫描和 母子扫描模式具有最好的灵敏性和准确性。
三重四极杆不是最好的获取质谱图的仪器，平行测 量的质谱系统会更好些：
• 三重四极杆质谱/质谱不如离子阱质谱仪（ TRAPS ）灵敏（定性） • 三重四极杆质谱不如飞行时间质谱仪（TOF）所获取的质谱图那
么 有说服力（定性）
6
一个单四极杆质谱仪
7
四极杆质量过滤器
合成电压在两个对杆上数量是相同的，极性 是相反的。
8
四极杆质量过滤器如何工作的？
9
四极杆质量过滤器稳定性图表
Байду номын сангаас
马修稳定图
10
选择性离子监测与全扫描对比
11
三重四极杆与其他液相/质谱联用技术的比较
– 在质谱应用领域里三重四极杆是最灵敏和定量重现性最 好的仪器。
为什么它那么重要？ 在70年代初期McLafferty (JACS, 95, 3886, 1973) 论证了从离 子观测得的键断裂和重排，表明了CID是中性分子的分子 结构 的典型代表。
结构阐述
用主要的分裂机理方式解释CID谱图。
16
多级质谱分析
两种型号的质谱 时间串联的质谱
空间串联的质谱
对所得的碎片离子进行质量分析。 碎片离子被用于对原来的分子离子的结构判断。 多质谱分析可用于缩氨酸顺序，碳水化合物的结构特性，
低聚核苷酸以及酯类药物类的分子等的测定。
15
什么是碰撞诱导解离（CID）？
这是一个通过中性分子的碰撞把能量传递给离子的过程。
这种能量传递足以使分子键断裂和所选择的离子重排。
– 子离子扫描 – 母离子扫描 – 中性丢失扫描 – 单个反应监测 – 多重反应监测
24
QQQ多级质谱：子离子扫描
• Q1选择了某一特定质量的母离子，Q2碰撞池产生碎片
离子，然后在Q3中分析。此过程产生典型的质谱质谱碎 片谱图。
第一个四极杆在选择性离子监测模式，第二个在全扫描监测模式
25
QQQ多级质谱：母离子扫描
三重四级杆质谱仪原理
1
内容
质量分析
– 基础知识 – 质量分析器的性能特点
• 分辨率 • 准确率 • 质量范围
多级质量分析
– 什么是多级质谱？ – 多级质谱如何工作？ – 碰撞诱导解离(CID) – 采集方式
• SRM • MRM
QQQ的优点（选择性、灵敏度和速度）
2
质量分析: 基本基础知识
• 在母离子扫描中，Q1测定母离子，Q3测定某个特定
的碎片离子，因此可在非常复杂的混合物中监测某种 特定的分子。
• 在下面的例子中，睾丸激素在母碎片（m/z 367）中
碎片m/z 97得到选择性监测，具有极高的灵敏度和精 确的定量分析。
26
QQQ在多QQ级Q质中谱进：行中中性性丢丢失失扫扫描描，Q1和Q3分析器的结合使
离子被激活，所产生的更大动能使它们变成碎片。 所得的碎片离子通过分析后，得到碎片离子谱图。
19
时间串联的多级质谱：优点
• 离子阱的一个优点就是它们能
够分离出某种离子，把其他的离 子排除出离子阱。
• 被分离的离子能够通过CID的方
式变成碎片然后被测定。
• 质谱/质谱试验能快速进行。
• 离子阱允许对碎片离子和碎片
12
质量分析器的性能特点
• 质量范围
– 不同类型质量分析器质荷比的范围。四极杆分析器典型 的扫描范围高达3000 m/z。
13
多级质量分析——质谱/质谱方式的介绍 14
多级质量分析
通常通过由惰性气体分子，例如氮气，氩气或氦气，碰撞 所选择的分子离子来实现的。这个过程就是所谓的碰撞
诱 导解离（CID)。
– 第二个四极杆(Q2) ，也称碰撞池，用于聚集和传送离子。在所 选 择离子的飞行途中，引入碰撞气体，例如氮气等。 – 第三个四极杆(Q3)用于分析在碰撞池中产生的碎片离子。
23
空间串联多级质谱：QQQ
• QQQ质谱仪对于液相色谱－质谱/质谱应用来说是
权威的分析工具，特别是需要精确定量时。
• 可以通过三重四极杆质谱仪可以进行如下几类试验：
灵敏度 和选择性得到最大化。Q1/Q3中性丢失扫描可监 测母离子特定的中性丢失，例如缩氨酸磷酸盐中一个磷酸 根的丢失。在这个例子中，Q1和Q3的扫描得到母离子的 谱图，这张谱图是母离子为了磷酸化，丢失了碎片98而得 到的。
17
时间串联多级质谱分析：通过离子阱质量分析器实现
时间串联多级质量分析是通过同一个分析器实现的，分 离出所需的离子，使之断裂，并分析碎片离子。
18
时间串联的多级质谱: 离子阱（质谱N）
离子在离子阱中静电捕获（无线电频率场见下图） 通过改变阱里的电场，从而选择特定的离子留在阱里，
把其他的排除出离子阱。 在与惰性气体原子（氦，氩或者氮）碰撞后，所选择的