四極桿質(zhì)譜原理和技術(shù)

1、四極桿質(zhì)譜原理和技術(shù)復(fù)旦大學研究生課程生物質(zhì)譜技術(shù)與方法四極桿質(zhì)譜原理和技術(shù)IntroductiontoquadrupoleMStheory&technology徐國賓/楊范原教授hoggyxugmail.復(fù)旦大學化學系Biomass.fudan.四極桿質(zhì)譜的基本原理四極桿分析器的基本要素簡單的四極桿結(jié)構(gòu)示意圖電場分析器直流電壓U»交流電壓Vsin 3 t 電場結(jié)構(gòu)四極場 quadrupolar 電極圓柱、雙曲線場半徑 r四極桿分析器內(nèi)部的電勢呈馬鞍面四極場內(nèi)部的電勢瞬間時變四極桿分析器內(nèi)部的電勢呈馬鞍面沿著x和y軸對稱等電勢面是一個馬鞍面(0, 0)點電勢為0V,而且是等電

2、勢馬鞍面的鞍點帶電粒子在其中受到的 x 方向的作用力與粒子和x 軸的距離成正比離子在四極場中的運動離子在 x 方向感受到的電場可以表示為這樣離子受到的電場力可以表示為：結(jié)合牛頓第二定律，加入加速度的方程：將電場和加速度展開后，可得，描述離子運動的馬修方程?mileLconardMathieu (18351890)法國數(shù)學家，研究了鼓的震動，給出了微分方程和解馬修方程和離子的運動方程可以很好的對應(yīng)起來對應(yīng)離子運動特征參數(shù)a 對應(yīng)著直流的強度q對應(yīng)著交流的強度馬修方程的解和穩(wěn)定區(qū)馬修方程的穩(wěn)定區(qū)只有在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的運動形式在空間上才是有限的穩(wěn)定高于一切！四極桿的穩(wěn)定區(qū)四極桿的穩(wěn)定區(qū)示意圖離子需要在x和

3、y方向都穩(wěn)定才能通過四極桿穩(wěn)定區(qū)上下對稱特殊點：（0.908 ， 0）LMCO,低質(zhì)量歧視（ 0， 0）Zeroblast ,氫的不準確（0.706 ， 0.237）四極桿工作點利用穩(wěn)定區(qū)篩選離子目標：只讓單一的 m/z 離子通過四極桿技術(shù)：（ 0.706 ， 0.237 ）， q 計算U， V離子在四極桿中的穩(wěn)定性四極桿工作曲線四極桿窗口寬度實際上工作線并沒有通過穩(wěn)定區(qū)頂點如果直流強度超過16.8%，那么直線的斜率會太大，不能通過穩(wěn)定區(qū)域，這時沒有離子能夠通過四極桿質(zhì)量分析器反之，離子選擇的純度會下降，頂點附近的其他m/z 的離子也會通過四極桿，四極桿的分辨力會下降，但是總的信號強度會增加。

4、四極桿的TUNE散調(diào)四極桿微調(diào)電路的一部分通過微調(diào)2%勺U可以調(diào)整出20u、5u、1u、單位分辨以及高分辨、無通過等多種峰寬信號強度四極桿的AutoTune峰強調(diào)整每個m/z 對應(yīng)的tune 值， 使四極桿質(zhì)譜圖的峰形對稱、達到標準、分辨力達到統(tǒng)一寬度四極桿質(zhì)譜技術(shù)四極桿分析器的電極外形雙曲線圓柱面圓柱四極桿與雙曲面四極桿的比較四極場99%勺相同加工難度雙曲面 > 圓柱加工精度>雙曲面高階場對四極桿的影響高階場有效區(qū)域作用區(qū)域四極場作用區(qū)域圓柱型電極的影響-多一個自由度r/ro -傳統(tǒng)采用1.1487 - 實際上可以在1.121.16之間-四極場不純一特殊的位置可以起到增強靈敏度或

5、分辨力的效果四極桿粗細的影響增大四極桿直徑有利于分辨力提高靈敏度提高增大四極桿不利于大質(zhì)量范圍的使用高壓射頻的制作四極桿長度的影響四極桿原理中認為四極桿是無限長的一般采用r0的3060倍作為長度一般的9mn0極桿最短的有127mml最長的有 240mm某些16mrnH極桿會長達400mm四極桿越長加工越困難，但是離子震動的次數(shù)多，分辨力越好四極桿預(yù)桿的作用較長的四極桿難以加工四極桿的兩頭由于存在透鏡的干擾，電場并不符合四極場，分辨力較低預(yù)桿可以延長四極桿的“有效長度”降低邊沿場的干擾有前預(yù)桿、后預(yù)桿 Pre-quad post-quad四極桿的預(yù)桿預(yù)桿是現(xiàn)代LCMS必備的部第一文庫網(wǎng)件，而且預(yù)

6、桿多數(shù)采用了電源隔離技術(shù)頻率1MHz500kHz 10MHz雙次級線圈分別供給x、y方向的兩對桿子相位相差180度電壓 010000Vpp穩(wěn)定度萬分之15Agilent 安捷倫GCMSSciexAPI4000提高射頻電源頻率：-分辨力高、靈敏度高（震動次數(shù)多）-功耗大，制作困難提高射頻電源電壓強度：質(zhì)質(zhì)量范圍寬（大質(zhì)量離子震動慢）-功耗大、制作困難-調(diào)諧和耐壓問題RF-only 四極桿只有射頻V沒有直流U用于傳輸和冷卻離子可以做的很長一1m存在LMCORF-only 四極桿Q2Q0Q00SciexAPI5500 三重四極桿LCMSMS低質(zhì)量歧視LMCO一Lowermasscutoff q=0.

7、908 時的 m-如果離子在極桿中的 q 超過 RF-only0.908 四時，將不能通過小質(zhì)量范圍的離子不能傳輸，消失了采用 6極桿或更高的四極桿離子源現(xiàn)有離子源：ESI 電噴霧 EI （外） CI （外）離子成束能量較低320eV （能量高分辨力差）要點四極桿質(zhì)譜檢測器打拿極電子倍增器通常使用打拿極和電子倍增器+模擬型號記錄儀-高能打拿極將離子轉(zhuǎn)換為二次電子10kV一電子倍增器電子放大-16bit（動態(tài)范圍好）采集卡也可以采用電子倍增器+計數(shù)器-倍增器工作在飽和模式-計數(shù)器記錄離子個數(shù)（靈敏度高）四極桿串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)三重四極桿技術(shù)TSQQuantum 三重四極桿四極桿串聯(lián)技術(shù)兩把高分辨四極桿

8、Q1、Q3（篩選離子）一把傳輸四極桿Q2 （打碎離子）結(jié)合四極桿的優(yōu)秀定量能力和串級質(zhì)譜的定性能力精確的定量能力更低的假陽性率定性能力三重四極桿基本功能Q1 可以篩選母離子 mz1Q2通過碰撞碎裂打碎離子，形成碎片離子峰Q3篩選子離子，定量子離子碎片強度mz2三重四極桿工作模式MRM 假陽性率較低的原因利用母離子和子離子的共同特征，定量選擇性提高例如： 如果樣品A母離子697和樣品B542在打碎后都具有子離子245如果直接以特征離子245定量A697,那么樣品B就會對樣品A的 定量造成干擾而利用離子對 697-245定量，B542在A697通過Q1時 無法通過Q1,這樣就排除了 B542的干擾

9、四極桿飛行時間串聯(lián)質(zhì)譜Qstar 四極桿飛行時間質(zhì)譜四極桿-TOF 串聯(lián)-Q1選擇母離子-Q2打碎母離子-TOF高精度測量定性能力非常好-Q1、Q2了解結(jié)構(gòu)-TOF10000高分辨定性以上分辨力基于四極桿的線型離子阱技術(shù)利用四極桿的RF-only模式囚禁離子利用四極桿后端的狹縫，選擇性激發(fā)離子具有MSn串級功能和四極桿優(yōu)秀的定量能力SciexQTrap激發(fā)電極中國四極桿技術(shù)的發(fā)展早期科學院的產(chǎn)品KYKY 的石英雙曲面鍍鉬技術(shù) ZQ402四極桿質(zhì)譜計用于國防等氣體檢測xx 年北京東西電子的產(chǎn)品GCMS31Q03110兩款GCMS基于安捷倫59725973的技術(shù)，檢測器類似于菲尼根DSCg前我國最接