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1、质量分析器 王光辉 中国科学院 化学研究所 质谱中心 (科技部、科学院、教育部共建) 专业质谱培训机构 四极质质量分析器及电路连接 QM-1 RF: V cos t Main Rod Pre Rod AC DC U DC U + 专业质谱培训机构 四极质质量分析器电极电位变化 QM-2 专业质谱培训机构 四极质质量分析器工作原理 0 = U + V cos t 0 = U + V cos t = 0 (x 2-y 2) / r02 d dx = Ex zeE x = Fx = m d2x dt2 ze m Ex = 0 d2x dt2 + d2x dt2 2ze mr02 +( U + V c
2、os t ) x = 0 d2y dt2 2ze mr02 ( U V cos t ) y = 0 QM-3 要求：杆的尺寸及装配精度优于 12 m 专业质谱培训机构 四极质质量分析器工作原理 d2x dt2 +( U + V cos t ) x = 0 2ze mr02 8zeU mr02 2 ax = 4zeV mr02 2 qx = x 稳定区 d2y dt2 ( U V cos t ) y = 0 2ze mr02 4zeV mr02 2 qy = 8zeU mr02 2 ay = y 稳定区 QM-4 专业质谱培训机构 四极质质量分析器工作原理 QM-5 x z y z x z y
3、z x z y z 专业质谱培训机构 四极质质量分析器工作原理 QM-6 ax= 8zeU mr022 qx= 4zeV mr022 U/m V/m 0.908 ax=Kqx U/V=K/2 ax=Kqx+ b 专业质谱培训机构 分辨率 与 灵敏度 FWHM 1.0 FWHM 0.7 FWHM 0.5 2.5e62.1e6 1.9e6 FWHM 0.3 FWHM 0.2 FWHM 0.1 0.8 e6 1.5e61.4e6 QM-7 原因 专业质谱培训机构 分辨率 与 灵敏度 QM-7b Inten. 650,410 FWHM 0.95 Inten. 247,889 FWHM 0.86 Int
4、en. 34,260 FWHM 0.99 69219502 Inten. 569,794 FWHM 0.80 Inten. 217,004 FWHM 0.78 Inten. 29,740 FWHM 0.88 69219502 Inten. 416,300 FWHM 0.59 Inten. 188,482 FWHM 0.66 Inten. 25,286 FWHM 0.63 69219502 Inten. 295,975 FWHM 0.46 Inten. 154,619 FWHM 0.52 Inten. 18,466 FWHM 0.48 69219502 Inten. 254,519 FWHM 0
5、.41 Inten. 135,979 FWHM 0.45 Inten. 14,942 FWHM 0.45 69219502 全氟三丁基氨， FC 43 专业质谱培训机构 ay=Kqy+ b (b 0) 分辨率 RF offset (b) 改变截距 在整段质量范围 分辨率变化相近 分辨率 RF gain (U/V) 改变斜率 高质量端分辨率 有显著变化 四极质质量分析器工作原理 QM-8 专业质谱培训机构 四极质质量分析器调谐 R1/2=0.64R1/2=0.69R1/2=0.87 RF Gain=4765 RF Offset= 4926 高质量端分辨率差 调谐斜率 QM-9 专业质谱培训机构
6、四极质质量分析器调谐 R1/2=0.59R1/2=0.61R1/2=0.59 RF Gain4765 =4914 RF Offset= 4926 高质量端分辨率差 调谐斜率 QM-10 专业质谱培训机构 四极质质量分析器调谐 R1/2=0.84R1/2=0.68R1/2=0.78 整段质量范围分辨率差 调谐截距 RF Gain=4914 RF Offset= 4875 QM-11 专业质谱培训机构 四极质质量分析器调谐 RF Gain=4914 RF Offset 4875 =4926 R1/2=0.62R1/2=0.64R1/2=0.54 整段质量范围分辨率差 调谐截距 QM-12 专业质谱
7、培训机构 离子在四极杆中振荡频率 RF电源: Vcos t 主频率： = /2 = 1 MHz 由于惯性，离子振荡频率低于主频率。 离子振荡频率：f = v/2 ， 1 (稳定区) 当 qu v2 四极质质量分析器的质量歧视效应 质量大的离子，在四极杆中振荡的次数较多，因此损失较大。 电透镜电压随质量扫描而改变(改变进入主四极杆的离子动能)， 可减少质量歧视效应。 + + m/z 100，振荡 9 16 次 m/z 1000，振荡 28 50 次 四极杆长 150 mm QM-15 专业质谱培训机构 质质量扫描对离子动能(向前运动)的要求 若扫描速率为： 5000 amu/s 由一个质量切换到
8、下一个质量的时间为： 1/5000 s = 2104 s = 200 s 离子通过四极杆的时间应小于 200 s 。 向前运动速度太高会降低分辨率。 若扫描速率为： 1000 amu/s 由一个质量切换到下一个质量的时间为： 1/1000 s = 1103 s = 1000 s 离子通过四极杆的时间应小于 1000 s 。 QM-16 专业质谱培训机构 噪声与电压扫描 数字化电压扫描，一般采用步长为 0.1 u。 若扫描速率为 1,000/s , 则在每一步上，可停留 1/10,000 s, 即 100 s。 若使用 1 MHz 的 A/D 芯片， 则在每一步上可采 100 个数据， 平均 1
9、00 个数，可降低噪声 (100) 1/2 = 10 时间 电压 100 s 0.1u QM-17 SIM 可提高 S/N 微扫描可提高 定量分析的重复性 专业质谱培训机构 (33.2534.25) min 切换M1 M8 周期 0.2s，微扫描为 0.1u 粗略估算 在每次切换可停留 0.2s/24 8 ms AD：1 MHz 每次切换可采 8000个数据 平均后，噪声下降 (8000)1/2 ，约2个量级 SIM 降低 噪声 QM-18 16s 选为特征离子 RT: 33.575 min 选为特征离子 RT: 33.835 min 专业质谱培训机构 打拿极 倍增器 10kV ee e e
10、e e e e e + + + + + + + + + + 非质量选择离子噪声 (中性粒子噪声？) 倍增器 + + + + + + + + + + +打拿极 10kV e e e ee e e e e + + + + 非质量选择离子造成噪声 透镜组可阻挡非质量选择离子 QM-19 专业质谱培训机构 QM-20 电透镜可降低非质量选择离子噪声 专业质谱培训机构 非质量选择离子噪声 极片透镜 阻挡 非选质量择离子 短四极杆 阻挡 非选质量择离子 QM-21 专业质谱培训机构 1 10-6 3.5 1010 分子数/厘米3 弯曲 预过滤四极杆 QM-22 专业质谱培训机构 Overcoming Fi
11、eld Imperfections of Quadrupole Mass Filters with Mass Analysis in Islands of Stability XianZhen Zhao, Zilan Xiao, and D. J. Douglas* Anal. Chem. 2009, 81, 58065811 Geometries and Dimensions of the Rod Sets Used set % A3 (deg) Rx (mm) Ry (mm) x0 (mm) 4A42.56 5.16925.16920.0702 8A85.135.16925.16920.1
12、409 12A127.695.16925.16920.2102 4B42.565.2425 5.16920.0702 8B85.135.4945 5.16920.1409 12B127.695.93785.16920.2102 Conven tional 004.690 4.690 0 克服畸变四极场对分辨率的不利影 QM-23 杆长：200 mm， r0 = 4.50 mm。 主高频 (RF) : 1 MHz。 12 B 专业质谱培训机构 传输率 1.12105 传输率 7.74105 传输率 9.56104 克服畸变四极场对分辨率的不利影 (deg) x0 (mm) 2. 560.0702
13、 (deg) x0 (mm) 5. 130.1409 (deg) x0 (mm) 7. 690.2102 QM-24 1/301/153/40 传输率 5.56105 传输率 1.18105 传输率 1.07104 专业质谱培训机构 传输率 1.20104 传输率 3.68105 传输率 7.93104 克服畸变四极场对分辨率的不利影 (deg) x0 (mm) 2. 560.0702 (deg) x0 (mm) 5. 130.1409 (deg) x0 (mm) 7. 690.2102 QM-25 1/201/153/40 传输率 8.15105 传输率 1.52105 传输率 1.02104 专业质谱培训机构 动画演示 QM-26 专业质谱培训机构
