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串联四极杆质谱工作原理，技术优势及应用场景

1， 工作原理

四极杆质量分析器由四根平行的金属杆构成，该组四极杆加上直流电压U和射频电压Vcosωt。质荷比(m/z)在四极杆高电场中受到电场力作用下发生振荡，四极杆加上的特定DC及RF值，仅使特定离子在四极杆中形成稳定的振荡，通过四极杆到达检测器被检测到，其它离子形成不稳定的振荡轨迹最终撞到四极杆上被滤掉。改变U和V并保持U／V比值恒定时，可以实现不同m／z的检测。目前主流四极杆一般为双曲面及圆柱型设计，材料主要使用金属钼，陶瓷镀金或石英镀金等。

串联四极杆质谱主要由两组四极杆及碰撞室组成，分别标记为Q1、Q2和Q3，这种组合方式叫空间式串联质谱仪。

1） 第一级质量分析器Q1

经过ESI或APCI离子化后的离子进入第一组四极杆Q1，只有特定质荷比（m/z）的离子能够稳定地通过Q1，其他质荷比的离子则会因运动轨迹不稳定而撞击到四极杆上消失。通过改变施加在Q1上的电压，可以筛选出不同质荷比的离子进入后续阶段。

2）碰撞诱导解离碰撞室Q2

经过Q1筛选后的特定离子进入Q2碰撞室，在Q2中会充入惰性气体（如氩气），当离子进入碰撞室后，会与惰性气体分子发生碰撞。这种碰撞会使离子获得能量，导致其化学键断裂而发生解离产生碎片离子，这个过程被称为碰撞诱导解离（CID）。通过控制碰撞气体的压力和碰撞能量，可以调节离子的解离程度，从而获得不同的碎片信息，这些碎片信息对于确定分子的结构非常重要。

3）第二级质量分析器Q3

经过碰撞产生的碎片离子进入第二组四极杆Q3。Q3同样作为质量分析器，通过施加不同的电压组合，对碎片离子进行质量分析及选择，最终这些碎片离子会被检测器检测到。

串联四极杆质谱有多种扫描模式，其中常见的有以下两种：

u 选择反应监测（SRM）：在SRM模式下，Q1和Q3都被设置为只允许特定质荷比的离子通过。Q1选择目标母离子，Q2将母离子裂解成碎片离子，Q3选择特定的子离子进行检测。这种模式具有很高的灵敏度和选择性，常用于准确测定样品中目标化合物的含量，其被誉为定量分析黄金标准。

u 多反应监测（MRM）：MRM是SRM的补充及扩展，其本质完全一样。它可以同时监测多个母离子-子离子对。在一次分析中可以对多个目标化合物进行定量分析，大大提高了分析效率。

2， 技术优势

1）超高灵敏度

串联四极杆质谱采用MRM或SRM模式，能够选择性地对特定的母离子和子离子进行监测，极大地减少了背景噪音的干扰，能够检测到低至飞克（fg）级别的痕量化合物。串联四极杆质谱为业界最灵敏的质谱之一。

2）高选择性

在复杂的样品基质中，存在大量的干扰物质。串联四极杆质谱的选择性可以帮助排除这些干扰，准确地检测目标化合物。例如在食品和环境样品分析中，样品中可能含有大量的杂质和基质成分，但通过SRM或MRM模式选择目标化合物的特征离子对，能够排除这些杂质的干扰，实现对目标化合物的准确检测。

3）良好的定量准确性及稳定性

串联四极杆质谱具有较宽的线性动态范围，通常可以达到6个数量级以上。这意味着它可以在较宽的浓度范围内准确地对目标化合物进行定量分析。同时串联四极杆质谱检测结果批间及日间稳定性极佳，定量结果非常准确可靠。

4）高通量分析能力

四极杆质谱的扫描速度非常快，在进行MRM分析时，能够快速切换不同的离子对进行监测，同时实现对多个目标化合物快速检测，这使得它非常适合与快速分离技术如超高效液相色谱（UHPLC）联用，能够在几分钟内完成一个样品的分析，大大提高了分析效率，实现高通量分析。

3， 应用场景

1） 在药物研发领域，可用于药物代谢动力学研究、药物质量控制及代谢物鉴定等；在中药领域可检测农药及真菌毒素等污染物及各种功效成分；

2） 在食品安全领域，可用于检测各类食品中农药残留、兽药残留、非法添加剂及真菌毒素等，国家或行业标准方法大量采用串联四极杆质谱方法；

3） 在环境监测领域，可用于大气、水和土壤中的污染物检测，如抗生素，农药，全氟化合物，内分泌干扰物等；

4） 在公安司法刑侦领域，可用于毒品监测与溯源，有机物中毒及爆炸物分析等；

5） 在生命科学领域，可应用各种体内代谢小分子，蛋白及多肽等定量检测；

6） 在临床诊断领域，可用于新生儿筛查，营养监测，血药浓度监测，疾病标志物的检测和诊断等；