临床色谱质谱检验技术：色谱检验 质谱技术概论（三）

第一章第一章 质谱技术概论质谱技术概论临床色谱质谱检验技术一、复习二、质谱质量分析器介绍主要内容临床色谱质谱检验技术三、小结与思考一、复习临床色谱质谱检验技术 质谱离子源都有哪些？上节课重点讲述了哪几类？质谱离子源二、质谱质量分析器介绍临床色谱质谱检验技术质谱仪的原理 分析器是利用静态和（或）动态的磁场和（或）电场，使传输自离子源的离子流按m/z大小实现时间和（或）空间分离的器件，被喻为质谱仪的“心脏”；不同的质量分析器构成了不同种类的质谱仪器，其原理、功能、指标、应用范围等都不相同，由此产生了不同的实验和检测方法，因此需重点了解和掌握；不同的质量分析器还可进行串联，从而获得性能更好的仪器。质量分析器 四极杆质量分析器 飞行时间质量分析器（TOF）离子阱质量分析器 静电场轨道阱质量分析器 质量分析器四极杆质量分析器 Quadrupole：四极，四极装置，四极杆等含义；四极分析器：Quadrupole Mass Analyzer，QMA；国际纯粹与应用化学联合（IUPAC）又将QMA称为“四极滤质器（Quadrupole Mass Filter，QMF）；在国内，更多时候称之为四极杆质量分析器；1965年，第一台商品化四极杆质谱仪诞生；经过50余年发展，现已成为技术成熟、应用最广的质谱仪。yzx 由四根圆柱形电极四极杆组成；相对的每一对杆电极相连，处于同一电势；两对杆电极分别被施加大小相等、极性相反的电压；所施电压由一个直流电压(DC)和一个射频电压(RF)叠加而成；四极杆质量分析器的基本原理 对于给定的直流和射频电压,只有特定质荷比的离子能够通过并到达检测器，其它质荷比的离子则与电极碰撞湮灭。改变DC/RF，可以实现质谱扫描功能。四极杆质量分析器的基本原理若采用完美的双曲面四级杆，则形成一个关于Z轴对称的理想四级场；若离子以一定的初速度沿Z方向射入四极场，由于惯性，在z方向上仍以初速度前进；在x、y方向上则受到随时间周期变化的电场力（若刚好沿z轴运动则不受力），以变化的振幅绕z轴振荡；设置适当的电参数，可使某一m/z或某一m/z范围的离子稳定通过四极杆，到达检测器，其余离子则因振荡的幅度过大，与四极杆碰撞后消失，或从四极杆的间隙逸出，被真空系统抽走；这样，四极杆分析器就发挥了“质量过滤”的作用，因而又被称为了四极杆滤质器。在实际仪器中，往往需要增加一较低的轴向DC电压，为离子提供轴向飞行的动能。四极杆理论四极杆上加载三种类型的电压：射频电压（RF）固定频率的振荡电压，用来聚焦离子，形成共振离子轨迹；筛选电压(Filtering DC，简称FDC)加载在不同的四极杆上(随RF电压的变化而变化)：用来筛选所需要通过的离子帮助确定分辨率牵引电压(Rod Offset Voltage，简称ROV)用来确定离子轴向飞行能量（即离子通过四极杆的线性速度）的直流电压仅有RF电压时(RF only)：在四极杆上没有加载FDC电压，只有RF与ROV电压；此时所有的离子将通过四极杆，不具有选择性RF only 模式所有的离子都能通过四级杆！5917561612541545BAAB906To DetectorRF+FDCRF+FDC电压能过让所需的离子通过四级杆！直接通过直接通过5917561612541545稳定的离子不稳定的离子碰不稳定的离子碰撞上四级杆撞上四级杆BAAB906到达检测器到达检测器Q1 or Q3RF电压如何聚焦离子180 相移=离子1.离子被“B”杆吸引；2.RF 电压反转后，所有的离子被“A”杆吸引；3.RF电压再反转后，所有的离子又被另外一个“B”杆吸引；4.RF 电压反转后，所有的离子被另外一个“A”杆吸引；5.重复以上过程，离子就悬空在四极杆中。BABARFRFRFRF180 相移180 相移End ViewBABAABBA仅有RF电压时-A 杆 与 B 杆之间的相位相差180 四极杆质谱仪是目前质谱产品中最成熟、应用最广泛的质谱仪；在气相色谱质谱联用仪和液相色谱质谱联用仪中，四极杆都是最常用的质量分析器。四极杆质谱仪性能稳定，结构简单，同一台仪器可满足不同的分析要求，可以同时提供优质的定性和定量结果；四极杆的特点决定了其特别适用于各种定量分析，在定量分析的灵敏度、通量、精密度等方面，均远远好于其它类型的质谱仪。四极杆质量分析器介绍小结飞行时间质量分析器 1946年，Stephens提出了飞行时间质谱仪（Time-of-flight）的构想；1958年，Bendix公司推出了首台TOF质谱仪，但由于当时缺乏某些关键技术支撑，使得仪器整体性能始终徘徊在较低水平，因而很快被分辨率和灵敏度更高的扇形质谱仪和四极杆质谱仪取代；20世纪八九十年代MALDI出现后，TOF质谱仪才被重新重视，从此步入复兴时代；如今的商品化TOF质谱仪器已具有卓越的性能，在许多领域有了深入应用。飞行时间质量分析器基本原理离子源中产生的离子经加速电压加速后获得相等的动能，以脉冲方式进入飞行区在动能和电场作用下继续飞行，质荷比较小的离子飞行时间短，质荷比较大的离子飞行时间长，从而使不同质荷比的离子达到分离飞行时间质量分析器不用磁场，其核心部件是一个离子漂移管 影响飞行时间质量分析器解析能力的主要因素是，离子加速时，相同m/z的离子具有不完全一致的初始状态，包括：时间分布：离子形成时间；空间因素；动能因素，涉及速度大小和方向 改善分辨率：聚焦、反射器等关键技术引入；与连续离子源联用，拓宽了应用范围。飞行时间质量分析器 飞行时间质谱仪理论上不存在质量上限（会受到检测器相应时间限制），因此特别适合于生物大分子的测定。如：用TOF测定单克隆的人免疫球蛋白，分子量已高达9820002000u；信号采集速度快，传输效率高，从而灵敏度高；结构简单，便于维护；可配合电喷雾离子源/基体辅助激光解析离子源/大气压化学电离源等离子源，使之成为当今最有发展前景的质谱仪：MALDI-TOF-MSLC-IT-TOF飞行时间质量分析器介绍小结被称作“四极杆的三维形式”离子阱质量分析器 离子阱（Ion Trap）由两个端盖电极和位于它们之间的类似四极杆的环电极构成；端盖电极施加直流电压或接地，环电极施加射频电压（RF），通过施加适当电压就可以形成一个势能阱(离子阱)；根据RF 电压的大小，离子阱就可捕获某一质量范围的离子；离子阱可以储存离子，待离子累积到一定数量后，升高环电极上的RF电压，离子按质量从高到低的次序依次离开离子阱，被检测器检测。离子阱质量分析器基本原理离子由上端小孔进入阱中后，储存于RF和DC形成的电场中射频电压开始扫描，陷入阱中离子的轨道则会依次发生变化而从底端离开环电极腔，从而被检测器检测 可实现二级或多级MS功能，对分子的结构解析非常有用，可用于定性分析、肽的序列分析（蛋白组学）；易实现软件全自动控制，人机接口简单，成本低；与TOF相比，分辨率和质量准确度不是很高；广泛应用于物理学、分析化学、医学、环境科学、生命科学等领域中，并涌现出一些新的技术：线性离子阱静电场轨道阱离子阱质量分析器介绍小结三、小结与思考临床色谱质谱检验技术掌握质谱质量分析器 今天重点讲述了几种质量分析器？分别有什么特点及应用？Thanks