质量分析器

质量分析器根据离子的质荷比分离离子，其设计决定了质谱仪的分辨能力、质量范围和速度。

Definition

质量分析器是质谱仪的组成部分，它根据气相离子的质荷比分散或选择这些离子，以便测量它们的丰度。

Scope

本主题涵盖了主要的质量分析器类型：磁扇区、四极杆、离子阱、飞行时间、Orbitrap 和傅里叶变换离子回旋共振分析器。它阐述了每种分析器如何分离离子，区分它们的性能指标——分辨率、质量准确度、质量范围和占空比，以及指导仪器选择的权衡因素。

Core questions

• 每种分析器类型如何根据质荷比物理分离离子？
• 给定分析器中，什么决定了分辨能力和质量准确度？
• 扫描分析器与捕获式和飞行时间分析器在占空比方面有何不同？
• 哪种分析器适用于靶向定量，哪种适用于高分辨率精确质量工作？

Key theories

四极杆质量过滤

在四根平行杆上施加的射频和直流振荡电压产生一个电场，使得只有在狭窄质荷比窗口内的离子才能稳定地通过这些杆；扫描电压可以使这个窗口扫过整个质谱，从而使四极杆成为一个坚固、快速的质量过滤器。

轨道和回旋频率分析

在 Orbitrap 和离子回旋共振分析器中，离子以由其质荷比决定的频率振荡或回旋；测量这些频率并对信号进行傅里叶变换可获得极高的分辨率和质量准确度。

Mechanisms

每种分析器都利用了不同质荷比的离子对电场的响应方式。磁扇区通过半径弯曲离子路径；四极杆通过振荡电场传输选定的窗口；离子阱选择性地存储和弹出离子；飞行时间分析器通过固定距离的飞行时间分离离子；而 Orbitrap 和离子回旋共振分析器则测量特征振荡频率。检测器记录离子丰度与质荷比的关系以构建质谱图。

Clinical relevance

分析器的选择直接影响分析能力：三重四极杆仪器可在临床和毒理学分析中实现灵敏的靶向定量，而高分辨率飞行时间分析器和 Orbitrap 分析器则支持蛋白质组学、代谢组学和筛选中的精确质量鉴定。

History

早期的质谱仪使用磁扇区。沃尔夫冈·保罗（Wolfgang Paul）在20世纪50年代和60年代发明的四极杆和离子阱引入了紧凑型电动分析器，而更早提出的飞行时间分析则随着快速电子技术的发展而成熟。亚历山大·马卡罗夫（Alexander Makarov）于2000年报道的 Orbitrap 在紧凑型静电阱中实现了极高的分辨率和质量准确度。

Key figures

• Wolfgang Paul
• Alexander Makarov
• William Stephens

Seminal works

• makarov2000
• gross2017
• skoog2017

Frequently asked questions

质量分析器中的分辨能力是什么？

分辨能力是区分质荷比接近的离子的能力；高分辨率分析器可以分离质量单位相差很小部分的峰，这有助于确认元素组成。

为什么选择四极杆而不是高分辨率分析器？

四极杆坚固、快速且价格低廉，并且以三重四极杆形式在灵敏的靶向定量方面表现出色，而当需要精确质量来识别未知物时，则首选高分辨率分析器。