质谱的几种工作模式SIMSRMMRM模板.doc

质谱都有多个工作模式: SIM,SRM,MRM
SIM :单离子检测扫描(single ion monitoring)
SRM :选择反应检测扫描(selective reaction monitoring)
MRM :多反应检测扫描(multi reaction monitoring)
质谱都有多个工作模式:
（1）Full Scan: 全扫描, 指质谱采集时, 扫描一段范围, 选择这个工作模式后, 你自己来设定一个范围, 比如: 150～500 amu。
对于未知物, 一定会做这种模式, 因为只有Full Scan了, 才能知道这个化合物分子量。
对于二级质谱MS/MS或多级质谱MSn时, 要想取得全部碎片离子, 也得做全扫描。
（2）SIM: Single Ion Monitor, 指单离子监测, 针对一级质谱而言, 即只扫一个离子。
对于已知化合物, 为了提升某个离子灵敏度, 并排除其它离子干扰, 就能够只扫描一个离子。这时候, 还能够调整一下分辨率来略微调整采样窗口宽度。比如, 要对500 amu离子做SIM, 较高高分辨状态下, 能够设定取样宽度为1.0, 这时质谱只扫499.5～500.5 amu。还有些高分辨率仪器, 能够设定取样宽度更小, 比如0.2 amu, 这时质谱只扫499.9～500.1 amu。但对于较纯、 杂质干扰较少体系, 不妨设定较低分辨率, 比如取样宽度设为2 amu, 这时质谱扫描499～501 amu, 假如没有干扰情况下, 取样宽度宽部分, 待测化合物灵敏度就高部分, 因为噪音很低; 不过有很强干扰情况下, 设定较高分辨, 反而提升灵敏度信噪比, 因为噪音降下去了。
（3）SRM: Selective Reaction Monitor, 指选择反应监测, 针对二级质谱或多级质谱某两级之间, 即母离子选一个离子, 碰撞后, 从形成子离子中也只选一个离子。因为两次都只选单离子, 所以噪音和干扰被排除得更多, 灵敏度信噪比会更高, 尤其对于复杂、 基质背景高样品。
我们不妨把它看成二级质谱SIM, 上述相关SIM特点也适用, 即分辨率高些, 抗背景排干扰能力就更强。
（4）MRM: Multi Reaction Monitor, 指多反应监测, 其实就是多个化合物同时测定时, 多个SRM一起做。
那么特点就跟SRM是一样。有厂家并不区分SRM和MRM, 因为只要一次试验同是做多个SRM就是MRM方法了。
定性, 一定会用Full Scan, 因为想看到更多离子。
定量, 倾向于用SIM或SRM/MRM, 因为想提升已知信号强度。背景基质越复杂, SRM/MRM就越好, 尤其是分辨率设得高SRM/MRM就越好。

一级质谱有时候受仪器分辨率影响, 给出质荷比不能正确定性, 比如相同分子量不一样分子, 在仪器分辨率不够足够高时候极难区分。串联质谱利用它们不一样分子碎裂碎片不一样来定性, 并能够多级串联, 直到你认为能够正确定性为止, 当然也受一定条件影响。这些你能够去参考部分专业质谱书, 上面都有讲解。
haotea430 (站内联络TA)
受质谱分辨率影响, 通俗讲现在有些分辨率高质谱分子量能够正确到小数点后面四位, 所以它对目标物质定性正确性就高些了, 二级质谱就是在一级基础上将目标物质打成碎片, 以求深入定性。
nritw (站内联络TA)
首先要清楚你说正确含义。假如你说是正确测定分子量, 那只能是一级质谱, 也就是测定准分子离子峰, 正确性和分辨率相关, 你会看到有高分辨质谱, 比如飞行时间甚至回旋轨道等。假如你说正确测定结构, 那只有质谱往往是不够, 还需要红外, 紫外和核磁共振信息。所谓二三级质谱就是把上一级质谱中某个离子单独挑出来, 再打坏, 看碎片情况, 这能够提供一定结构信息。所以对于串联质谱, 就需要一个质量分析器挑, 后一个质量分析器测碎片, 这就是最常见qqq。不过没听说串联很多个打到三级四级, 这个工作能够由离子阱来做, 你能够查查相关资料
龙井不苦 (站内联络TA)
4楼: Originally posted by nritw at -09-24 1125:
首先要清楚你说正确含义。假如你说是正确测定分子量, 那只能是一级质谱, 也就是测定准分子离子峰, 正确性和分辨率相关, 你会看到有高分辨质谱, 比如飞行时间甚至回旋轨道等。假如你说正确测定结构, 那只有质 ...
你说串联是不一样质谱, 你说QQQ通常是三重四级杆质谱, 质量分析器就是四级杆; 串联质谱还有Q-TOF, 前面也是用四级杆选择离子, 然后送入飞行时间质量分析器; 离子阱质谱是能够做多级串联质谱, LTQ线性离子阱质谱理论能够无限做多级串联质谱, 通常认为极限能够做到30级以上。当然FT-MS也能够进行离子选择, 进行多级串联。

一级质谱判定方法关键指胎指纹图谱（PMF）, 即利用质谱仪正确测量酶解片段分子量并搜库比较实现蛋白质判定, 二级质谱是在一级质谱基础上再选择部分肽段做深入破碎并对碎片进行深入分析和比较, 判定出该肽段序列并结合PMF结果从而实现蛋白质判定。二级质谱能够得到部分肽短序列, 含有更高可靠性。伴随现在杂志对数据要求越来越严格, 二级质谱判定是蛋白判定大趋势, 而且即使现在做一级质谱判定结果, 也需要挑选部分PMF结果做二级质谱验证。
2. 研究物种不是模式生物怎么办？
答: 能够参考亲缘关系最近模式生物做比对而实现蛋白质成功判定, 假如质谱图很好而没有判定结果说明这是一个全新蛋白, 能够采取de-novo等技术做深入分析与判定。
3. 该怎样评价质谱效果好坏？
答: 做PMF通常得分超出60分（P<0.05）就算成功判定, 而串联质谱, 得分超出60分或者即使没有超出60分, 不过有最少一条肽段得分超出30分就算成功判定。
4. 部分特殊质谱方法有什么用途？
答: 质谱其它用途包含磷酸化位点分析、 蛋白测序、 混合蛋白判定（shotgun技术）以及分子量正确测定、 二硫键位置分析等等。
5. 用什么染色方法比很好？
答: 最好用考马斯亮蓝法进行染色, 银染也能够, 但判定成功率稍低, 而且推荐用串联质谱对银染蛋白进行判定能够大大提升判定成功率。
6. 凝胶是否能够长久保留？该怎样保持？对判定效果有影响吗？
答: 假如保留时间超出一个月, 能够用保鲜膜包裹后放入冰箱保持, 假如小于一个月, 则能够常温保持, 不会影响质谱判定效果。
7. 质谱判定取胶点该怎样取？有什么注意事项？
答: 取点时候将0.2ml枪头前端剪去一点, 用枪头将凝胶戳取下来并转移至0.5ml离心管中, 用水将胶粒反复吸打冲洗两至三次, 最终吸干离心管中全部水分封盖保留。离心管最好用进口离心管, 以免塑料污染; 水最好用去离子水或者双蒸水; 取点时候带好口罩与手套, 以免角蛋白污染。

四级杆质谱仪, 顾名思义, 就是用四级杆作为质量检测器质谱仪。
其实四级杆在多种质谱仪中广泛存在, 它最基础功效是离子传输通道, 但同时也含有质量分析器和裂解器作用。
单四级杆质谱, 是用一个四级杆作为质量分析器, 属于低分辩质谱, 功效单一, 定性和定量能力都很通常。
三重四级杆质谱, 是由三个四级杆组成, 低分辩质谱, 关键用于定量分析, 是主流定量分析质谱, 常见模式MRM。
Q-Tof: 单四级杆-飞行时间质谱, 单四级杆作为离子传输通道和裂解器, 后面配合飞行时间质谱, 用于高分辨质谱分析, 定性效果好, 也可用于定量分析。

四极杆质量分析器原理
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Modified on /07/28 14:31 by Administrator Categorized as MSKB, QMS
质谱技术取得诺贝尔奖简化型PCB线型离子阱四极杆参数计算器
质谱技术取得诺贝尔奖简化型PCB线型离子阱四极杆参数计算器
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四极杆是什么？
   四极杆技术精要
      四极杆加工技术
      四极杆生产厂家
离子在四极杆分析器内运动
      四极杆与离子阱精度差异
   古老Mathieu方程, 现代解
   四极场稳定区
   针尖上舞蹈
   四极杆扫描
四极杆是什么？¶
四极杆是四极杆质谱关键, 全称是四极杆质量分析器, quadrupole mass filter/analyzer(QMF、 QMA)。它是由四根精密加工电极杆以及分别施加于x、 y方向两组高压高频射频组成电场分析器。四根电极能够是双曲面也能够是圆柱型电极; 高压高频信号提供了离子在分析器中运动辅助能量, 这一能量是选择性——只有符合一定数学条件离子才能够不被无限制加速, 从而安全经过四极杆分析器。

四极杆是由四根精密棒状电极分别施加两组高频高压射频信号组成电场分析器

四极杆技术精要¶
四极杆是一个古老技术。早期1950年代时候, 德国物理学家Wolfgang Paul申请专利944,900 (1956)指出四个双曲面围成电场能够筛选离子。双曲线渐近线处于45度位置, 电极外形沿着x轴和y轴对称, 四个电极形状完全一致; 高压高频射频信号分别加载在水平和竖直两对电极上, 信号幅度相同, 相位相差180度, 即反相。无线延伸双曲线四个电极内部电势是很轻易计算:

在每一个瞬间, 四极杆内每一点电势能够计算为:

EQ-1
这是一个马鞍面电场:

四极杆内部电场等势面
射频电压伴伴随时间改变, 四极杆电场强度和相位在发生着改变:

EQ-2
U是四极杆电极上最大直流电压, 而V是电极上最大射频交流电压。离子就在这一改变电场中运动。

这个电场特点是:
1. 沿着x和y轴对称
2. 等电势面是一个马鞍面
3. （0, 0）点电势为0V, 而且是等电势马鞍面鞍点
4. 带电粒子在其中受到x方向作用力与粒子和x轴距离成正比

第四点是非常关键性质, 这表明四极杆内部电场在x或者y方向含有像弹簧一样回覆力, 能够拴住离子运动范围。
四极杆加工技术¶
因为实际试验中不可能使用无限大、 无限长电极, 所以通常我们取四个电极内接圆半径r02倍加工, 而且长度通常在r050倍左右（这么四个杆子之间空隙视角仅有1度）。

HP企业早期合金双曲面四极杆（HP5970 GCMS）

现在, 安捷伦企业1997年以后四极杆质谱仪均采取了石英镀金双曲面四极杆; Finnigan企业TSQ质谱中也采取了不锈钢双曲面四极杆。在中国, 中科科仪（KYKY）四极杆气体分析器也采取了石英镀钼双曲面四极杆, 其性能相当于早期HP企业产品, 不过精度略差部分。

用于制造四极杆国产金属钼杆胚料（四川）

Sciex企业陶瓷镀金四极杆

因为双曲面电极四极杆加工难度较大, 需要使用精密三坐标磨床, 以后逐步被圆柱形电极替换, 这么能够使用高精度无心磨床加工, 仅相当于1维加工。这么四极杆加工费用会大大降低, 为四极杆普及起到了很关键作用。圆柱型四极杆一样能够制作高性能四极杆质谱, 比如Sciex企业三重四极杆便是陶瓷镀金圆柱型四极杆。
双曲线四极杆加工精度不如圆柱型四极杆, 而且圆柱型四极杆成本更低。

圆柱型四极杆电场边缘会引入微量高阶场效应, 起初大家一直主观认为不纯净四极杆会造成四极杆性能下降。不过最近高阶场研究指出, 引入1～2%八极场反而会增强四极杆质谱性能。这一点Sciex企业研究人员有很多研究。

现在常见圆柱型四极杆长度在100～300mm之间, 半径r0在2～16mm之间, 圆柱型电极半径r和场半径r0比通常在1.12～1.15甚至更高部分。

四极杆是非常精密部件。假如四极杆分辨力需要达成1000, 那么根据最简单线性传输模型, 四极杆精度（包含圆度、 直线性、 圆柱度）、 定位精度以及RF射频电源精度都需要达成1000数倍。假如根据8mm直径四极杆、 5参数体系计算, 四极杆圆度最少需要优于2μm。根据我们测量, Sciex企业四极杆总体精度大约在0.6～1.5μm之间。

这么精度要求下, 四极杆材质就十分关键了, 对于高性能四极杆（如给LCMS使用四极杆）通常需要采取陶瓷、 石英等高硬度、 低膨胀材料; 而对于要求稍低GCMS四极杆也最少要采取不锈钢316、 钼等高性能合金。

不一样直径圆柱四极杆分析器对比

四极杆生产厂家¶
有四极杆分析器出售厂家:
1. Adaratech
2. ASI
3. Extrel
4. Hiden
5. Inficon
6. Pfeiffer
7. Reliance

离子在四极杆分析器内运动¶
离子在双曲面完美四极场中运动, 能够经过简单数学来描述:

离子在x方向感受到电场能够表示为:

EQ-3
这么离子受到电场力能够表示为:

EQ-4
结合牛顿第二定律:

EQ-5
将电场和加速度展开后, 整理,

EQ-6
这就是描述离子在双曲面四极杆电场中x方向运动公式。
Tiny Chemistry is Physics, Tiny Physics is Mathematics.

经过数值计算能够得到离子在四极杆中飞行轨迹:

离子顺利经过四极杆质量分析器

离子没有经过四极杆质量分析器, 撞死在电极表面

四极杆与离子阱精度差异¶
因为不能经过四极杆离子消耗在四极杆表面上, 也就是四极杆表面参与了选择离子过程, 与离子有直接接触, 造成电极表面需要制造加工水平相当高。首先四极杆表面需要尽可能高近似于双曲线, 即几何精度很高; 其次四极杆表面处理要考虑到与离子直接接触, 二次离子效应要低, 耐污染, 即微观结构优化。

两片式PCB平板线型离子阱电场中心有很好双曲线性质

相比之下, 离子阱因为先将离子冷却在中心, 再选择性从小孔激发出所需离子, 所以离子理论上并不需要与电极表面接触。因为离子处于分析器中心, 而电场含有自动平滑过渡性质, 这么离子阱集合形状并不十分严格: 双曲线、 圆、 圆柱甚至平面以及多种形状混合电极都有报道实现离子阱功效。同时, 也正是因为理论上离子与电极不直接接触, 对电极表面性质并不十分严格要求。

实践中, 离子阱加工精度比四极杆低一个数量级即可（即5～15微米）
古老Mathieu方程, 现代解¶
早在1860年代, 数学家Émile Léonard Mathieu就研究过这种类型微分方程, 而且给出了非常完备解。以后为了纪念此人, 这类方程就称为马修方程。

马修方程形式能够表示为:

EQ-7
ξ是其中无量纲时间参数。

与我们方程比较以后, 我们能够得到离子在双曲面四极场中无量纲形式参数a和q, 这两个参数能够简化方程解形式, 讨论很方便。

EQ-8

a是代表直流强度参数, 而q是代表射频交流强度参数。a和q特点是:
1. 质量大离子a、 q值小
2. 射频频率高时a、 q值小
3. 四极杆粗或者场半径大时a、 q值小
4. 射频或者直流大时, a、 q值分别大

后面我们会看到, 因为四极杆工作点在a、 q值较大地方, 所以对于四极杆质谱以而言, 大m/z、 高频率、 粗杆子比较难做, 高压射频和直流也极难实现。
四极场稳定区¶
150年前, Mathieu就给出了四极场稳定区域。在这些区域中运动离子它振幅总是在有限空间内部。稳定区域能够在a和q坐标系中表示出来:

一维马修（Mathieu）方程解分为若干个稳定叶片
下面就是要加入y方向稳定性。y方向稳定图刚好是x方向稳定图上下颠倒一下, 相位差180度么。综合考虑x和y方向稳定性, 我们能够得到双曲面四极杆稳定图。

四极杆稳定区域以及特殊点

高压直流电和高压射频总是比较难实现, 所以通常我们只是选择离原点最近稳定区域工作。这个区域就是第一稳定区, 其她稳定区也有些人在尝试, 不过实际应用比较少（能够做高分辨H和He同位素分辨）。

四极杆第一稳定区特点:
1. 沿着x和y轴上下左右对称, 所以通常我们只需要计算第一象限就能够了
2. 与x轴有两个交点, 分别是（0.908, 0）和（0, 0）
3. 顶点点位于（0.706, 0.237）

四极杆第一稳定区是现代质谱常见工作区域。根据离子稳定程度, 它分为4种类型:
1. x和y方向都稳定区域
2. x方向稳定区域
3. y方向稳定区域
4. x和y方向都不稳定区域

能经过四极杆离子必需集中在x和y方向都稳定区域, 也就是绿色区域。
针尖上舞蹈¶
请注意q和a公式, 在确定直流U和射频V下, 四极杆中离子稳定性表示在稳定图上时总是在一条直线上。而这条直线位置取决于直流和射频关系:
1. 这条直线经过原点
2. 直线斜率取决于直流和交流百分比
3. m/z小离子距离原点较远, 而大离子距离原点较近

直流和射频确定情况下, 离子在稳定图上排布在一条直线上

结合双曲面四极杆电场稳定图以及离子在稳定图上排布, 假如我们要想从离子束中过滤出单个离子, 我们必需让离子排布直线擦过稳定图顶点。这时全部离子只有处于稳定图顶点那种能够稳定经过（原点处离子需要m/z无穷大）, 而其她会在x或者y方向不稳定, 从而通不过四极杆。

假如V/U固定不变, 而且擦着稳定图顶点, 这时V/U大约是16.8%, 即直流强度必需是射频强度峰-零值16.8%。
· 假如直流强度超出16.8%, 那么直线斜率会太大, 不能擦到稳定区域, 从而没有离子经过
· 反之, 离子选择纯度会下降, 顶点周围其她m/z离子也会经过四极杆, 四极杆分辨力会下降。

四极杆扫描工作线切过第一稳定区一小块

四极杆工作就是在第一稳定区域顶点上完成。

在四极杆分析器上施加固定射频, 并配以16.8%弱一点直流, 就能够过滤对应离子。经过一定时间积分, 就能够知道这种离子强度。

改变不一样射频值并配以对应直流值, 就能够检测不一样离子强度。
四极杆扫描¶
假如仅仅是固定几处离子扫描, 只能完成多个离子检测, 所以经过连续改变射频值和对应直流值才能完成“Spectroscopy”（谱）功效。

理论上我们采取扫描射频值和直流值, 并固定射频值和直流值百分比, 就能够让离子逐一经过四极杆稳定图顶点。

四极杆扫描时m/z和射频值关系, r=8mm,f=1.3MHz

实际使用中, 不管是直流值还是射频值都有一定量偏差, 所以通常使用同一路信号控制直流和射频, 同时使用一路微调信号修正直流强度。这一路信号通常称为分辨力调整（Tune res）, 它调整范围通常是直流电压1～2%。就在这1～2%之间能够调整出20u、 5u、 1u、 单位分辨以及高分辨、 无经过等多个峰宽, 可见这1%直流偏差对于四极杆质谱而言影响有多么巨大。