四极杆质谱原理和技术

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1、复旦大学研究生课程《生物质谱技术与方法》四极杆质谱原理和技术IntroductiontoquadrupoleMStheory&technology徐国宾/杨芃原教授hoggyxu@gmail.com复旦大学化学系Biomass.fudan.edu.cn2009-1V1biomass.fudan.edu.cn四极杆质谱的基本原理2009-1V1biomass.fudan.edu.cn四极杆分析器的基本要素●电场分析器●直流电压U●交流电压Vsinωt●电场结构●四极场quadrupolar●电极简单的四极杆结构示意图●圆线柱、双曲●场半径r02009-1V1biomass.fudan.edu

2、.cn四极场的结构●四极场内部的电势●瞬间●时变四极杆分析器内部的电势呈马鞍面2009-1V1biomass.fudan.edu.cn四极场的性质●沿着x和y轴对称●等电势面是一个马鞍面●（0，0）点电势为0V，而且是等电势马鞍面的鞍点●带电粒子在其中受到的x方向的作用力与粒子和x轴的距离成正比四极杆分析器内部的电势呈马鞍面2009-1V1biomass.fudan.edu.cn离子在四极场中的运动离子在x方向感受到的电场可以表示为这样离子受到的电场力可以表示为：结合牛顿第二定律，加入加速度的方程：将电场和加速度展开后，整理，可得，2009-1V1biomass.fudan.edu.cn描

3、述离子运动的马修方程马修方程和离子的运动方程可以很好的对应起来对应离子运动特征参数ÉmileLéonardMathieu（1835～1890）法国数学家，研究了鼓的震动，给出了微分方程和解a对应着直流的强度q对应着交流的强度2009-1V1biomass.fudan.edu.cn马修方程的解和稳定区只有在稳定区内的运动形式在空间上才是有限的——稳定高于一切！马修方程的稳定区2009-1V1biomass.fudan.edu.cn四极杆的稳定区●离子需要在x和y方向都稳定才能通过四极杆●稳定区上下对称●特殊点：●（0.908，0）LMCO，低质量歧视●（0，0）Zeroblast，氢的不准确

4、●（0.706，0.237）四极杆工作点四极杆的稳定区示意图2009-1V1biomass.fudan.edu.cn利用稳定区筛选离子●目标：只让单一的m/z离子通过四极杆●原理：massselectiveinstability●技术：（0.706，0.237）●通过a，q计算U，V●●●●2009-1V1biomass.fudan.edu.cn离子在四极杆中的稳定性2009-1V1biomass.fudan.edu.cn四极杆工作曲线Agilent5975GCMS的工作曲线2009-1V1biomass.fudan.edu.cn四极杆窗口宽度●如果直流强度超过16.8%，那么直线的斜率会

5、太大，不能通过稳定区域，这时没有离子能够通过四极杆质量分析器●反之，离子选择的纯度会下降，顶点附近的其他m/z的离子也会通过四极杆，四极杆的分辨力会下降，但是总的信号强度会增加。实际上工作线并没有通过稳定区顶点2009-1V1biomass.fudan.edu.cn四极杆的TUNE微调●通过微调2%的U可以调整出20u、5u、1u、单位分辨以及高分辨、无通过等多种峰宽信号强度四极杆微调电路的一部分2009-1V1分辨力biomass.fudan.edu.cn四极杆的AutoTune●调整每个m/z对应的tune值，使四极杆质谱图的峰形对称、峰强达到标准、分辨力达到统一宽度2009-1V1b

6、iomass.fudan.edu.cn四极杆质谱技术2009-1V1biomass.fudan.edu.cn四极杆分析器的电极●外形●双曲线●圆柱面2009-1V1biomass.fudan.edu.cn圆柱四极杆与双曲面四极杆的比较●四极场99%的相同●加工难度●双曲面>圆柱●加工精度●圆柱>双曲面2009-1V1biomass.fudan.edu.cn高阶场对四极杆的影响●圆柱型电极的影响–多一个自由度r/ro–传统采用1.1487高阶场作用区域–实际上可以在1.12~1.16之间有效区域–四极场不纯–特殊的位置可以起到增强灵敏度或分辨力的效果四极场作用区域2009-1V1biomas

7、s.fudan.edu.cn四极杆粗细的影响●增大四极杆直径有利于2xro直径用途●分辨力提高●灵敏度提高9000u科研6mm450u以下高灵敏度小分子分析●增大四极杆不利于●大质量范围的使用常见的30～3000u有机分8～9mm子分析●高压射频的制作10～1500u12mm高分辨的较小有机分子分析1～50u16～20mm超高分辨气体分析2009-1V1biomass.fudan.edu.cn四极杆长度的影响●四极杆原理