四極質譜儀的原理與基礎結構解析

 

　　一、工作原理

 

　　四極質譜儀的核心原理是基于質荷比（m/z）的選擇性過濾。其工作過程可以概括為：首先將待分析的樣品離子化，然后通過四極桿電場選擇特定質量的離子，最后將其檢測并轉換為質譜圖。

 

　　1.離子化：樣品通常首先被引入離子源進行離子化。常見的離子化方法包括電子轟擊（EI）、化學電離（CI）等。離子源的作用是將樣品分子轉化為帶電粒子（離子）。這些離子將帶有不同的質量和電荷。

 

　　2.四極桿篩選：在儀器中，四極桿（四極電場）起著至關重要的作用。四極桿由四根平行的金屬棒組成，通常排列成矩形或圓形。通過對四極桿施加交變電場，可以控制不同質量的離子通過四極桿的路徑。當交變電場的頻率和幅度調節到特定值時，只有特定的質荷比（m/z）離子能夠在電場中穩定飛行，而其他質荷比的離子將會發生偏轉或丟失。通過不斷調節電場，它能夠選擇性地篩選出特定的離子進行進一步分析。

 

　　3.離子檢測：篩選后的離子會進入檢測器，常用的檢測器有電子倍增管（EMT）和離子計數器。離子在檢測器中與探測器發生作用，轉化為電信號，最終通過計算機進行處理并生成質譜圖。質譜圖中的橫軸代表質荷比（m/z），縱軸表示離子的強度。

 

　　二、基礎結構

 

　　四極質譜儀的結構相對簡單，但它集成了多個關鍵組件，以保證高效的質量分析。其主要結構組件包括：

 

　　1.離子源：離子源是第一部分，負責將樣品分子轉化為帶電離子。常見的離子源包括電子轟擊源、化學電離源、氬氣離子源等。根據樣品的性質和分析需求，選擇合適的離子化方式至關重要。

 

　　2.四極桿：四極桿是核心部分，由四根平行的金屬棒構成，分別連接到直流電源和交變電源。通過調節這些電源的電壓和頻率，可以控制不同質量的離子通過四極桿。四極桿可以根據不同的工作模式進行掃描，包括單次掃描模式和質譜全掃描模式。

 

　　3.質量分析器：在四極桿的作用下，只有符合特定質荷比條件的離子能夠通過并進入質量分析器。質量分析器的作用是分離不同質量的離子，以便進行檢測。

 

　　4.檢測器：檢測器負責記錄通過四極桿的離子信號。常用的檢測器包括電子倍增管（EMT）和離子計數器。它們能將離子碰撞轉化為電子信號，通過信號強度的變化，生成質譜圖。

 

　　5.數據處理系統：通過內置的計算機系統，對從檢測器傳回的信號進行分析和處理。數據處理系統能夠生成質譜圖，并根據圖中的質荷比信息對樣品進行定性和定量分析。

 

　　三、優缺點

 

　　四極質譜儀因其結構簡單、性能穩定、價格適中，廣泛應用于各個領域。然而，它也有一定的局限性。

 

　　1.優點：

 

　　-高靈敏度：具有較高的離子選擇性，可以檢測到微量的樣品。

 

　　-快速分析：具有快速掃描和分析的能力，適用于需要實時數據采集的應用。

 

　　-適應性強：可以與其他分析儀器，如氣相色譜（GC）和液相色譜（HPLC）聯用，進行復合分析，拓展了應用范圍。

 

　　2.缺點：

 

　　-分辨率較低：相比于其他類型的質譜儀，它的分辨率較低，可能無法分辨出非常相似質量的離子。

 

　　-動態范圍有限：在處理極寬范圍質量的離子時，它可能會遇到信號飽和的問題，影響分析準確性。