四极杆电极系统的应用与研究进展

四极杆电极系统是一种可产生四极电场分布的仪器装置。由于离子在四极电场中的特殊运动性质,四极杆电极系统已被用于制造多种科学仪器,如四极杆质量分析器、三重四极杆质谱仪、四极线性离子阱、四极杆离子导引, 以及包含四极杆离子导引或四极杆质量分析器等四极杆电极系统的各种串联质谱仪等。这些仪器已被广泛应用于对化学和生物成分的质量分析,环境保护,食品安全等领域。 本工作首先简单介绍四极杆电极系统的理论基础,离子在四极电场中的运动规律与电场分布的关系,四极杆电极系统的几何结构与质谱性能的关系,高阶场的产生及其对质谱分析性能的影响等;然后分别介绍了国内外在四极杆质量分析器和四极离子阱质谱领域内的最新研究成果;最后对四极杆电极系统的研究方向作简要的展望。     

利用直流偏置电压提高矩形离子阱质谱的灵敏度

线性离子阱质谱是近年来被广泛应用的一种性能优良的质谱仪。线性离子阱质量分析器通常是由四根柱状电极合围而成。由于四根电极的几何对称性,在线性离子阱中产生的电场在离子检测方向上也是高度对称的,也就是说,当离子从x方向被逐出离子阱时,将各有50%的离子从＋x和－x方向被分别逐出。因此,如果只在线性离子阱的一侧安装离子探测器,则离子的检测效率只有50%。本工作以矩形线性离子阱为研究对象,通过在离子阱中离子逐出方向的一根电极上施加一定的直流偏置电压,利用此直流电压在离子阱中产生的直流电场,使离子阱中存储的离子偏离中心轴分布。这样,离子将在后续离子逐出电场的作用下,被非对称地逐出离子阱。如,可使多数离子从＋x方向出射,少数离子从－x方向出射。此时,如果在＋x方向安置离子探测器,将获得高于50%的离子探测效率。实验结果表明,直流偏置电压可以明显地提高离子检测效率,例如,在与检测器对侧电极施加正的直流偏置电压时,离子强度在一定电压范围内皆有显著提高。实验所测得的4种不同质荷比的离子提高比例分别是20%、38%、31%、44%。该方法的实验原理简单、实验技术方便易行,可以显著提高线性离子阱检测灵敏度,具有一定的实用价值和应用前景。     

基于离子阱质谱的离子碰撞截面积测量方法研究进展

近年来,随着分子结构分析需求的不断增加,开发离子阱质量分析器测量离子碰撞截面积的方法成为研究热点。该方法能降低仪器复杂度,并且能同时获得高分辨的质量和分子立体结构信息,逐渐成为与离子淌度谱（IMS）互补的测量碰撞截面积的有效手段。目前,已经实现了傅里叶变换离子回旋共振阱（FT ICR）、轨道离子阱（Orbitrap）、四极离子阱（QIT）、静电线性离子阱（ELIT）测量离子碰撞截面积（CCS）。但该项技术仍存在诸多挑战,如分辨率不高、受气压因素影响、无法区分同分异构体等。本文阐述了离子与缓冲气体分子碰撞理论、不同离子阱质谱仪测量碰撞截面积的方法,并总结测量方法的优缺点,展望未来的研究方向。     

用Pro/E实现对离子阱的结构仿

简述了三维四极离子阱的基本结构和工作原理。探讨了用Pro/E设计三维四极离子阱基本结构模型的一种简要方法,用参数方程建立基准辅助双曲线,得到了三维四极离子阱的一般实体模型图。     

美国应用生物系统公司串联液质系统--食品安全的卫士

高效液相色谱-串联质谱联用技术在近几年发展迅猛，已成为在复杂体系中进行微量组分的筛选、定性和定量极其可靠、快速和准确的分析手段。受到了学术界和分析测试行业的普遍青睐，并在生命科学、药学、医学、环境与健康等领域得到广泛应用。本文论述了美国应用生物系统公司串联液质系统用于食品安全领域关键的技术要点，比如三级四极杆质谱技术擅长快速定量分析，就好比是“长了眼睛的分析检测技术”，不需要液相色谱的完全分离，提高了方法建立与分析检测的速度，并拓展了分析测试的检测下限；同时。线性离子阱技术可提供高质量的化合物碎片离子全扫描图谱以及多级串联质谱功能，大大增强了系统的定性功能。而两种技术的完美组合即“串联四极杆-线性离子阱融合质谱技术”不仅出色地完成高灵敏度、高选择性的定量分析，同时可以获得增强性化和物结构碎片图谱，使定性、定量工作一次完成，大大提高了食品安全中分析检测的通量．本文介绍了这种新技术的基本原理及其在食品安全中的经典应用。     

离子阱质谱图的特性研究

离子阱检测器的原理不同于四极杆和磁质谱仪。采用ＩＮＣＯＴＭ库检索和概率匹配（ＰＢＭ）算法，把五百余种环境中常见有机化合物的离子阱质谱与国际上通用的ＮＢＳ质谱库及Ｗｉｌｅｙ质谱库中质谱数据相比，其结果是绝大部分化合物的离子阱质谱与经典质谱非常相似，极少数化合物的质谱二者之间存在某些差异，文中分析了可能导致差异的原因。     

质谱相关四极场的设计思路探讨

四极杆和离子阱等基于四极场理论的质谱技术自诞生至今已发展得较为成熟,并对质谱学产生了重大影响。本文通过对四极场的设计和产生过程进行完整的物理和数学公式推演与诠释,着重讨论了四极场电势分布的获得过程,电极形状、电极上电压等边界条件的获得过程,以及根据四极场电势分布推演出的四极杆结构和离子阱结构的过程等。该内容是对四极场质谱理论相关阐述的重要补充,有助于更加深入地理解四极场的基本原理。同时,还提供了一种潜在的质量分析器设计思路,对质谱相关的理论研究和原始创新的研发工作具有重要的借鉴意义。     

四极离子阱阱内离子解离技术的研究进展

准确高效的离子解离技术对串联质谱分析方法具有非常重要的影响。四极离子阱可以存储离子，实现离子选择存储或逐出并进行多级质谱分析，适合各种解离技术在阱内的实施。由于生物质谱分析等研究工作对分子结构鉴定的需求，研究人员陆续开发了一系列阱内离子解离技术，推动了相关仪器与应用的发展。本文在离子阱几何结构和阱内离子运动规律的基础上，对是否依赖背景气体碰撞的两类阱内离子解离技术进行综述。其中，将依赖于背景气体碰撞的解离技术分为基于共振激发和非共振激发两类，归纳了每种解离技术的实施过程、解离特点及应用，并对各种解离技术存在的问题以及未来的研究方向进行总结。     

三维四极离子阱的设计

介绍了三维四极离子阱的工作原理,结构特点和离子检测方法。讨论了设计要点并给出了设计实例。     

LTQ-Orbitrap Velos双分压线性阱和静电场轨道阱组合式高分辨质谱性能及应用

Orbitrap是近20多年来质量分析器的突破性技术,由静电场轨道阱方式提供高质量分辨能力和精确质量数。本文简述Orbitrap的基本工作原理和Orbitrap质谱仪的发展,重点讲述基于用线性离子阱或双分压线性阱和Orbitrap质量分析器组合的高分辨质谱仪LTQ Orbitrap Velos的结构、性能和功能,并和其它类型的高分辨质谱作比较。LTQ OrbitrapVelos由于其性能特点的优势,在前沿研究领域如蛋白组学、代谢组学、药物代谢和高通量筛选确证常规检测被广泛使用,因而对其在几个主要领域的应用特点进行讨论。     

基于四极杆-线形离子阱串联质谱技术测量血清25OHD

本研究基于自主研制的QLIT-6610MD四极杆-线形离子阱液相色谱-质谱联用仪,建立了准确测量血清25OHD的同位素稀释质谱法。血清样品用甲醇沉淀蛋白,正己烷液-液萃取,上清液用氮气吹干,初始流动相复溶,QLIT-6610MD测定。采用基质匹配标准曲线定量,25OHD₂和25OHD₃分别在0.78～50μg/L和1.56～100μg/L范围内的线性决定系数R²>0.999 9,检出限和定量限为0.06、0.12μg/L和0.02、0.06μg/L,质控品精密度优于4.06%,血清样本添加回收率为99.25%～108.38%,变异系数≤5.10%。用QLIT-6610MD、AB 4500MD和YS EXACT 9900MD 3台液相色谱-质谱联用仪测定50例临床血清,采用Pearson系数和Bland-Altman法分析,3组数据的相关系数R≥0.998 0、P<0.01。这表明3台仪器所测结果一致,QLIT-6610MD可以达到三重四极杆质谱仪定量测定血清25OHD的水平,能够满足临床诊断需求,将为临床质谱...     

电压不稳定性对离子阱中离子运动特征的影响

在离子阱共振激发过程中,电压的微小变化可能导致离子的运动特征发生显著改变。本工作基于赝势理论,建立了电压不稳定时3D离子阱中离子运动的理论模型,并以辅助交流电压AC的毛刺和端盖电极施加的直流电压为例,揭示端盖电极上辅助交流电压AC的稳定性对离子阱性能的影响。结果表明,当辅助交流电压存在毛刺时,离子的运动速度和振幅将发生突变,扰乱离子阱内离子的冷却状态,致使部分离子在激发阶段打在阱壁上而无法被检测,从而降低了离子阱质谱仪的灵敏度。同时,该模型表明,对于处于冷却状态的离子,可以通过测量其在脉冲激励作用下的响应来测量离子运动的久期频率。若在端盖电极上施加直流电压,离子运动的平衡位置将发生明显的偏移,通过将离子检测器置于偏移的一侧,可以明显地提高离子的检测效率,从而提高离子阱质谱仪的灵敏度。     

离子阱质谱计的研究现状及其进展

离子阱质量分析器中离子的运动在数学上可用二阶线性微分方程——Mathieu方程的解来描述，利用离子在Mathieu方程解的稳定性图中所具有的特性，可实现离子的质谱扫描。离子阱质谱计的小型化主要集中在对离子阱质谱计各组成部分（离子源、质量分析器、离子检测、真空系统）的小型化上。随着科技的不断发展，离子阱质谱计体积的小型化，分析对象的不断扩大，仪器性能上实现大质量范围、高分辨率和高灵敏度，以及成本的有效降低等，将是离子阱质谱计相关研究的主要趋势。     

面向海洋应用的低真空质谱仪操作模式研究

为使质谱仪能够在低真空环境下进行质量分析,扩展其在海洋科学领域的应用,研究了适用于低真空环境的质量分析操作模式。针对圆柱形离子阱质量分析器,在COMSOL Multiphysics中基于Langevin碰撞理论搭建了低真空环境离子运动仿真平台。利用该平台模拟了不同低真空条件下,射频电压频率、射频电压零峰值、离子阱尺寸等参数对质谱仪分辨率和灵敏度的影响。结果表明,增大射频电压频率、减小离子阱尺寸等操作模式可适用于低真空环境质量分析。     

离子阱质谱仪小型化的最新研究进展

为适应科技发展的需要，质谱议的小型化已成为目前分析仪器发展的一个重要趋势，其中离子阱质谱仪的小型化取得了举世瞩目的成果。离子阱的小型化是通过应用小型真空泵、小型真空系统及较低的射频电压和简化阱结构（从双曲线离子阱到圆柱型离子阱再到矩形离子阱）来实现的。和其他形式的Paul离子阱一样，在外部离子注入模式下，圆柱形离子阱具有较低的捕获效率和较低的储存容量（对于商业尺寸的离子阱只能存储大约500个离子），尤其是在低射频电压工作条件下，阱尺寸减小时更是如此。为克服这些缺点，出现了一种新的离子阱质量分析器一矩形离子阱质量分析器。本文介绍了离子阱质量分析器的小型化原理，对其最新研究进展进行了评述。     

质谱中气相离子/离子反应的研究进展

质谱仪不仅是一种重要的分析仪器，也是研究化学反应的重要工具。在质谱中，气相离子大多以单分子形式存在，反应效率较高，是研究气相离子/离子反应的理想选择。气相离子/离子反应可分为质子转移反应、电子转移反应、金属离子转移反应、电荷倒置反应和共价键生成反应。线性离子阱具有良好的离子选择和富集功能，适合作为气相离子/离子反应的反应器，使气相离子/离子反应在有机化学反应机理、多肽结构分析和气相离子化学等研究领域发挥重要的作用。本工作对近年来质谱中气相离子/离子反应的研究进行了综述，并展望了该研究未来的发展前景。     

新型电子电离源线型离子阱-飞行时间杂化串联质谱研究进展

本研究介绍了一种新型电子电离源线型离子阱-飞行时间杂化串联质谱仪,该仪器结合了线型离子阱质谱和飞行时间质谱的优点,具有较强的定性分析能力。选用全氟三丁胺(PFTBA)、四氯化碳和丙酮为测试样品对开发的仪器样机进行性能测试,包括对PFTBA碎片离子的离子分离（ISO）和碰撞诱导解离（CID）实验,以及样品同位素离子间的分离实验。测试结果表明,该仪器基本实现了离子碎裂、离子储存和串联质谱分析等功能,能够进行高精度母离子选择。本研究所开发的EI LIT-TOF质谱,在易挥发类有机化合物的结构和化学性质等研究中具有特殊的应用前景。