离子阱的原理

离子阱由于可以存贮所有从离子源产生进入阱中的离子，因此灵敏度很高；另外，离子阱的特有功能是容易产生MSⁿ，对分子的结构解析非常有用；离子阱质谱还非常容易用软件实现全自动控制，人机接口非常简单。三维离子阱质谱的分析器由一对环形电极和两个呈双曲面形的端盖电极组成（见图1）。

在环形电极上加基础射频电压（Fundemental rf）和直流电压；在端盖电极上加交流补充电压。由离子源产生的离子，通过脉冲离子门进入离子阱，通过调节射频电压和直流电压，离子可以稳定地存贮在离子阱中。阱中离子的数目可通过自动增益控制（AGC）技术进行有效控制。阱中离子数目太多，会引起空间电荷效应，导致电场的扭曲和整体性能的下降。离子阱中一般充入1 mTorr的氦气，它有两个作用，一是碰撞“冷却”降低初进入离子的动能，有效地捕获注入的离子；二是作为碰撞气体，从而产生多级MS。一个离子是否可稳定地存贮在阱中，取决于离子的荷质比，离子阱的大小（r），fundamental rf的谐振频率（w），和环电极上的电压幅度（V）。离子行为的依赖性被描述为多维参数q_z

q_z＝4eV/mr²w²    公式

图2显示了阱中离子“稳定区域图”，一个给定质荷比的离子将有一个q_z值，若落在稳定区的边界内，离子就被稳定捕获。若q_z值落在边界外，则该离子会撞在电极上湮灭。通过扫描射频电压值（即从低到高加射频电压值），可以使阱中离子的轨道依次变得不稳定，因此可从低m/z到高m/z依次将离子甩出阱外检测。对于高质量数m/z的离子，用扫描射频电压无法使离子轨道不稳定，这时在端盖电极上加高幅的交流电压，如果交流电压频率与离子振荡频率一致，将会产生共振，离子振荡的振幅随时间线性增加，当振幅足够大时，离子将甩出阱外。结合这两种方式还可分离出特定m/z的离子，比如扫描范围为50～1500 m/z，若想分离出m/z＝500的离子，则先扫描射频电压，使50～499 m/z被甩出阱；再依次改变交流电压频率，使501～1500 m/z被甩出阱，这样就分离出m/z＝500的离子。若在端盖电极上加低幅的交流电压信号，将使被分离出的离子产生共振激发，与氦气碰撞，产生结构碎片信息。以肽分析为例，这个过程将引起沿肽骨架的随机断裂，在质谱上获得丰富的氨基酸序列碎片。