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三重四極桿質譜儀的原理詳解

更新時間:2025-02-11      點擊次數(shù):386
三重四極桿質譜儀是一種非常常見的質譜儀器,廣泛應用于化學分析、環(huán)境監(jiān)測、食品安全、藥物分析等領域。其工作原理是基于質譜分析技術,結合了多個四極桿的串聯(lián)和碰撞誘導解離(CID)等技術,能夠對復雜樣品進行高靈敏度、高選擇性的定性與定量分析。下面我們詳細解析其工作原理。  
一、基本組成  
三重四極桿質譜儀由三個四極桿組成,每個四極桿都是一個由四根金屬桿組成的電場元件,分別標記為Q1、Q2和Q3。每個四極桿具有特定的功能和作用:  
Q1(第一四極桿,選擇性過濾):用來選擇特定的母離子(前體離子),也就是我們需要分析的目標離子。  
Q2(第二四極桿,碰撞池):用于將選中的母離子與氣體分子發(fā)生碰撞,發(fā)生碰撞誘導解離(CID)產(chǎn)生碎片離子(子離子)。  
Q3(第三四極桿,選擇性過濾):用于選擇和檢測從Q2中生成的碎片離子,也即子離子。  
二、工作原理  
1.離子源(IonSource)  
首先,樣品需要通過離子源(如電子轟擊源、化學電離源等)轉化為帶電離子。通常情況下,樣品在離子源中通過與電子或化學試劑的相互作用產(chǎn)生帶正電或負電的離子。  
2.Q1:選擇母離子(PrecursorIonSelection)  
進入第一個四極桿(Q1)之前,離子被加速到特定的速度,Q1負責選擇其中的一部分母離子。Q1通過調節(jié)其電場,使得只有質量/電荷比(m/z)為目標離子的離子能夠通過其電場,其它不需要的離子被排除。  
例如:如果目標離子的質荷比(m/z)為300,那么Q1就會調節(jié)電場,使得只有m/z為300的離子能夠通過,其它質荷比的離子則會被過濾掉。  
3.Q2:碰撞池和碎片化(Collision-InducedDissociation,CID)  
選擇通過Q1的母離子將進入第二個四極桿(Q2)。Q2是一個碰撞池,里面充滿了氣體(通常是氬氣)。在Q2中,母離子會與碰撞氣體發(fā)生碰撞,導致其解離成多個碎片離子。這種過程被稱為碰撞誘導解離(CID)。  
例如,如果母離子是m/z300,經(jīng)過Q2的碰撞池后,它可能解離成多個碎片離子,像是m/z100、150、200等等,這些就是所謂的子離子。  
4.Q3:選擇碎片離子(ProductIonSelection)  
最后,進入第三個四極桿(Q3)。Q3的作用是選擇特定的子離子進行檢測。與Q1類似,Q3會通過電場調節(jié),只允許目標碎片離子通過。通過這一過程,質譜儀能夠準確地識別特定的碎片離子,并且由此反推出原始母離子的結構和成分。  
例如:如果我們希望檢測m/z150的子離子,Q3將僅允許m/z150的離子通過并進入質譜檢測器進行檢測。  
5.質譜檢測器(Detector)  
最終,選擇的離子會到達質譜儀的檢測器(例如,電子倍增管),在這里它們會被檢測和記錄。通過對母離子及其碎片離子的分析,可以獲得目標分子的結構信息,并進行定性和定量分析。  
三、三重四極桿質譜儀的優(yōu)點  
高靈敏度:通過三重四極桿串聯(lián)過濾,能夠對目標分子進行高效的選擇性分析,從而提高檢測的靈敏度和特異性。  
高選擇性:由于采用了母離子與子離子的選擇,能夠有效地剔除干擾信號,增加目標物質的選擇性檢測能力。  
定量能力強:可以通過目標離子(母離子)和碎片離子(子離子)的響應強度比值進行高精度的定量分析。  
適用于復雜樣品:對于復雜的樣品(如環(huán)境樣品、食品、藥物等),三重四極桿質譜儀能夠有效地進行多組分同時分析。  
四、應用領域  
環(huán)境監(jiān)測:可用于檢測空氣、水體、土壤中的有害物質,如農藥等。  
食品安全:通過分析食品中的農藥殘留、添加劑等,確保食品安全。  
臨床藥物檢測:用于藥物的血液濃度檢測、代謝物分析、藥物的定量分析等。  
藥物研發(fā):在藥物研發(fā)過程中,三重四極桿質譜儀廣泛用于藥物的定量分析、藥物代謝和藥效研究。  
五、總結  
三重四極桿質譜儀通過三個四極桿的串聯(lián)配置,能夠高效地進行離子的選擇、碎片化、過濾和檢測,具有很高的靈敏度和選擇性。其定量和定性分析能力使其在環(huán)境分析、食品安全、藥物分析等多個領域得到了廣泛應用。
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