質量分析器工作原理

　　質譜儀的質量分析器位于離子源和檢測器之間，是依據不同方式將樣品離子按質荷比m／z分開的部分，離子通過質量分析器后，按不同質荷比（m/z）分開，將相同m/z的離子聚焦在一起，組成質譜。不同類型的質量分析器有不同的原理、特點、適用范圍、功能。

　　質量分析器的主要類型有：磁質量分析器，四極桿分析器，離子阱分析器，飛行時間分析器，離子回旋共振質量分析器等。隨著微電子技術的發展，也可以采用這些分析器的變型。

　　磁質量分析器

　　1.單聚焦磁質量分析器

　　單聚焦質量分析器其主要部件為一個一定半徑的圓形管道，在其垂直方向上裝有扇形磁鐵，產生均勻、穩定磁場，從離子源射入的離子束在磁場作用下，由直線運動變成弧形運動。不同m/z的離子，運動曲線半徑R不同，被質量分析器分開。單聚焦質量分析器結構簡單，只是將質荷比相同而入射方向不同的離子聚焦到一點。但對于質荷比相同而動能不同的離子不能聚焦，因此分辨率很低，一般為5000。

　　2.雙聚焦磁質量分析器

　　為了提高單聚焦質量分析器的分辨率，通常采用在磁分析器之前加一個扇形電場，構成雙聚焦質量分析器。扇形電場的作用是將質量相同但速度不同的離子分離聚焦，即具有速度分離聚焦的的作用。經過聚焦后的不同離子束再按質荷比依次進入檢測器，實現速度和方向雙聚焦的功能。

　　磁質量分析器特點：

　　1、單聚焦：低分辨率；

　　2、雙聚焦：較高分辨率(相對)；

　　3、掃描速度慢，不能與色譜儀聯用；

　　4、對真空度要求相對較高。

　　四極桿質量分析器

　　四極質譜儀的質量分析器是由四根棒狀電極組成，兩對電極中間施加交變射頻場，在一定射頻電壓與射頻頻率下形成雙曲線形電場。從離子源入射的加速離子穿過四極桿中的電場會受到電場作用，只有選定的m/z離子以限定的頻率穩定的通過四極桿濾質器，其他離子則碰到極桿上被吸濾掉，不能通過，即達到“濾質”的作用。四極桿濾質器結構緊湊，體積小，掃描速度快，適用于LC-MS聯用儀。

　　四極桿質量分析器特點：

　　1、即只有在一對特定直流和射頻電壓時，具有特定動能的離子才能通過，其它離子則與極桿相撞。

　　2、若使直流和射頻電壓振幅按不同比率改變或通過改變射頻頻率則可實現質量掃描，使不同質荷比的離子依次到達檢測器。

　　3、傳輸效率較高，入射離子的動能或角發散影響不大；

　　4、可以快速地進行全掃描，而且制作工藝簡單，儀器緊湊，常用在需要快速掃描的GC-MS聯用及空間衛星上進行分析；

　　5、三重四極桿質量分析器在四極桿質量分析器的基礎上提供了串級功能，加強了質譜的定性能力，但售價較高。

　　優勢：

　　1、結構簡單,易清洗,成本低,靈敏度高；

　　2、優良的定量性能，可在較低真空度下工作，易與色譜聯用。

　　限制：

　　1、只能使用“源內碰撞誘導電離”進行結構解析；

　　2、無法獲得精確質量數；

　　3、掃描速度比離子阱和飛行時間慢。

　　離子阱質量分析器

　　由四極桿質譜儀發展而來，由兩個端蓋電極和位于它們之間的類似四極桿的環電極構成。離子阱可以存儲離子，待離子累積到一定數目后，升高環電極上的射頻電壓，離子按質量從高到低依次離開離子阱，被電子倍增監測器檢測。

　　 優點：

　　1、結構小巧、質量輕、靈敏度高；

　　2、有多級質譜功能，可用于GC-MS；

　　3、母離子到子離子的碎裂途徑簡單清晰，對質譜能進行更清晰的解析。

　　限制：

　　1、無法獲得準確質量信息；

　　2、定量靈敏度比串聯四級桿低；

　　3、某些情況下，碎裂程度會低一些，因為母離子在離子阱中不會進一步碎裂。

　　飛行時間質量分析器

　　飛行時間質量分析器的離子分離是用非磁方式達到的（既不用電場也不用磁場，其核心是一個離子漂移管），因為從離子源飛出的離子動能基本一致，在飛出離子源后進入一長約l m的無場漂移管。

　　離子在其中的飛行時間與離子的質荷比的平方根成正比。對于能量相同的離子，質荷比越大，達到檢測器所需的時間越長。根據這一原則，可以把不同質荷比的離子依據其飛行速度不同而分離。漂移管越長，分辨率越高。飛行時間質量分析器具有較大的質量分析范圍和較高的質量分辨率，尤其適合蛋白等生物大分子分析。

　　優點：

　　1、可以獲得精確質量數；

　　2、分辨率高、掃描速度快，高全掃描靈敏度

　　3、可用于大分子的分析，在生命科學中用途很廣。

　　限制：

　　1、只能使用“源內碰撞誘導解離”功能；

　　2、某些模式不如四級桿和離子阱質譜靈敏。

　　離子回旋共振質量分析器

　　離子回旋共振質量分析器又稱傅立葉變換質譜儀

　　分析過程：

　　 處于磁場B中的離子→回旋離子→吸收與B垂直的電場能量→當離子能量和吸收能量相等→共振→切斷交變電場→回旋離子在電極上產生感應電流→感應電流衰減→記錄該信號→通過傅里葉變換將時域圖轉換為頻域圖(質譜圖)。

　　離子回旋共振質量分析器特點：

　　 可用于分子反應動力學研究，掃描速度快，可與色譜聯用、分辨率高、分析質量大、但儀器昂貴。

　　LC-MS聯用儀的質量分析器種類很多，最常用的是四極桿分析器（簡寫為Q），其次是離子阱分析器（Trap）和飛行時間分析器（TOF）。因為LC-MS主要提供分子量信息，為了增加結構信息，LC-MS大多采用具有串聯質譜功能的質量分析器,串聯方式很多，如Q-Q-Q，Q-TOF等。

　　采用串聯質譜法（質譜-質譜聯用），也是目前質譜儀發展的一個主要方向，相信隨著技術的發展，質量分析器組合串聯的方式將會越來越多，將為各行業提供更為精準的定性定量分析。

　　LC-MS聯用儀的質量分析器種類很多，最常用的是四極桿分析器（簡寫為Q），其次是離子阱分析器（Trap）和飛行時間分析器（TOF）。因為LC-MS主要提供分子量信息，為了增加結構信息，LC-MS大多采用具有串聯質譜功能的質量分析器,串聯方式很多，如Q-Q-Q，Q-TOF等。

　　采用串聯質譜法（質譜-質譜聯用），也是目前質譜儀發展的一個主要方向，相信隨著技術的發展，質量分析器組合串聯的方式將會越來越多，將為各行業提供更為精準的定性定量分析。