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四极杆质谱和离子阱质谱原理对比

2021.11.11

不论是四极杆质谱,还是离子阱质谱,其分析原理是相似的,其差别在于具体的分离过程。在离子化的过程中,待测的物质被一定能量的电子束撞击,解离成离子,并碎裂成一系列能反映其物质性质信息的碎片离子。接下来,这些碎片离子被离子阱或四极杆分离并检测,按照质荷比m/z的大小绘制成一张可以体现物质定性信息的质谱图,如图2。

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图2 有机氯农药DDT的质谱图

四极杆分析不同离子的过程类似于原始的筛选稻谷的过程,如图3。不符合条件的稻谷(如空壳稻谷)会在筛选的过程中被风吹走,所以不会落入最终收集优质稻谷的篮子里。同理,在四极杆质谱仪中,离子化后的离子沿图3中z轴通过四极杆,在离子的飞行过程中,我们通过射频电压RF和直流电压DC产生的四极电场对离子进行操控,使得只有符合一定质荷比条件(如m/z=a)的离子才能到达四极杆另一端的检测器,给出在该质荷比下离子的数量的检测结果。此时如果我们按一定规则持续改变该筛选离子的条件,使得符合其他的质荷比(如m/z=b、m/z = c……)的离子可以通过,那么我们就就可以根据每一个质荷比离子数量的多少,绘制出该待测物质的特征质谱图。

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图3 四极杆的结构和其分离的过程

离子阱质谱分离的过程类似于喝鸡尾酒的过程,如图4。喝鸡尾酒时,如果我们正常的将鸡尾酒从酒杯中倒出,则不同颜色的酒会依次的流出。与此类似,在离子阱质谱的分析过程中,先操控离子阱的电极电压,将离子储存在离子阱中心的区域中,之后改变该四极场,使离子按照一定的顺序依次从离子阱中弹出。弹出的离子依次到达检测器后被检测器记录,根据不同时刻不同离子弹出数量的多少,我们也就可以绘制一张代表物质定性信息的质谱图。

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图4 离子阱的结构和分离过程

以上两种不同的原理,使得两种质谱各自有其各自的特点和适用的领域,如表1。虽然以上的方式筛选离子制作质谱图的原理不同,但是同种物在这两种质谱中离子化后所产生的碎片是相同的,故其质谱图也是相似的。在得到质谱图后,电脑会自动将得到的质谱图与电脑中存储的标准质谱图谱库进行比对,给出物质的定性信息。以上两种质谱均配备了NIST库(美国国家标准与技术研究院National Institute of Standards and Technology) 、NIOSH库(美国国家职业安全卫生研究所National Institute for Occupational Safety and Health)并配备AMDIS解卷积软件(Automated Mass Spectral Deconvolution and Identification System),均可以可靠的给出物质鉴定的结果。


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