四极杆质谱仪 第一步：基本原理与核心构件的引入 四极杆质谱仪是一种用于分离和检测不同质荷比（质量与电荷之比，m/z）离子的仪器。其核心是一个由四根平行、精密排列的金属杆组成的组件，称为四极杆质量分析器。这四根杆通常是双曲面或圆柱形杆，两两相对，形成一个中心对称的通道。相对的一对电极被电气连接。 第二步：电场工作原理 分析器工作时，在两组相对的电极上分别施加一个直流电压（U）和一个射频交流电压（Vcos(ωt)），但两组电压的极性相反。具体来说： 一组相对的电极上施加：+ (U + Vcos(ωt)) 另一组相对的电极上施加：- (U + Vcos(ωt)) 其中，U是直流电压，V是射频电压的振幅，ω是射频频率，t是时间。这就在四根杆包围的空间内产生了一个复杂的复合电场——四极场。 第三步：离子的运动与分离（稳定性原理） 当从离子源产生的具有不同m/z的离子束沿四根杆的轴向中心（z方向）射入这个电场时，会受到电场力的作用，在垂直于z轴的x-y平面内（即径向）产生复杂的振荡运动。 对于给定的U、V和ω，只有特定 质荷比（m/z） 的离子，其振荡运动的振幅是稳定的，不会撞到电极上，从而能顺利穿过整个四极杆到达末端的检测器。 其他质荷比的离子，其振荡振幅会随时间不断增大，最终撞上电极被“过滤”掉，无法到达检测器。 因此，四极杆就像一个“质量过滤器”，只有满足特定稳定性条件的离子才能通过。 第四步：扫描模式与质谱图获取 要获得一个完整的质谱图（即离子信号强度随质荷比变化的图谱），有两种主要扫描模式： 质量扫描 ：保持U/V比值和射频频率ω不变，同时线性地增加U和V。这样，不同质荷比的离子会依次进入稳定区，顺序通过四极杆并被检测器记录，形成质谱图。 选择性离子监测 ：将U和V固定在特定值，使得只有某一个或几个特定质荷比的离子能稳定通过。这种模式用于高灵敏度地监测目标离子，常用于定量分析。 第五步：仪器结构与工作流程 一台完整的四极杆质谱仪通常由以下模块串联组成： 进样/离子源 ：将待测样品（气体、液体或固体）引入仪器并转化为带电离子（如电子轰击EI、电喷雾ESI）。 四极杆质量分析器 ：如上所述，作为核心部件对离子进行质量过滤。 检测器 （如电子倍增器）：将到达的离子转化为可测量的电信号，并进行放大。 真空系统 ：整个离子通道必须保持高真空，以减少离子与背景气体的碰撞，确保离子能自由飞行。 数据处理系统 ：采集、处理和显示信号，得到质谱图。 第六步：技术特点与应用领域 四极杆质谱仪因其 结构相对简单、成本较低、扫描速度快、真空要求适中 等优点，成为应用最广泛的质谱仪类型之一。 主要优点 ：适合常规分析，尤其擅长对已知化合物进行快速定量分析（在SIM模式下灵敏度极高）。 主要局限 ：分辨率通常低于其他类型的质谱仪（如飞行时间或轨道阱质谱仪），通常无法区分质量非常接近的离子（如分辨率为单位质量分辨）。 典型应用 ：广泛用于环境监测（检测污染物）、食品安全（农药残留）、药物分析、工业过程控制、气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）的核心部件等。