质谱的几种工作模式SIMSRMMRM.docx

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质谱的几种工作模式SIMSRMMRM

质谱都有几种工作模式：

SIM,SRM,MRM

SIM:

单离子检测扫描（singleionmonitoring）

SRM:

选择反应检测扫描（selectivereactionmonitoring）

MRM:

多反应检测扫描（multireactionmonitoring）

质谱都有几种工作模式：

（1）FullScan：

全扫描，指质谱采集时，扫描一段围，选择这个工作模式后，你自己来设定一个围，比如：

150～500amu。

对于未知物，一定会做这种模式，因为只有FullScan了，才能知道这个化合物的分子量。

对于二级质谱MS/MS或多级质谱MSn时，要想获得所有的碎片离子，也得做全扫描。

（2）SIM：

SingleIonMonitor，指单离子监测，针对一级质谱而言，即只扫一个离子。

对于已知的化合物，为了提高某个离子的灵敏度，并排除其它离子的干扰，就可以只扫描一个离子。

这时候，还可以调整一下分辨率来略微调节采样窗口的宽度。

比如，要对500amu的离子做SIM，较高高分辨状态下，可以设定取样宽度为1.0，这时质谱只扫499.5～500.5amu。

还有些高分辨率的仪器，可以设定取样宽度更小，比如0.2amu，这时质谱只扫499.9～500.1amu。

但对于较纯的、杂质干扰较少的体系，不妨设定较低的分辨率，比如取样宽度设为2amu，这时质谱扫描499～501amu，如果没有干扰的情况下，取样宽度宽一些，待测化合物的灵敏度就高一些，因为噪音很低；但是有很强干扰情况下，设定较高分辨，反而提高灵敏度信噪比，因为噪音降下去了。

（3）SRM：

SelectiveReactionMonitor，指选择反应监测，针对二级质谱或多级质谱的某两级之间，即母离子选一个离子，碰撞后，从形成的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，尤其对于复杂的、基质背景高的样品。

我们不妨把它看成二级质谱的SIM，上述关于SIM的特点也适用，即分辨率高些，抗背景排干扰的能力就更强。

（4）MRM：

MultiReactionMonitor，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是一样的。

有的厂家并不区分SRM和MRM，因为只要一次实验同是做几个SRM就是MRM方式了。

定性，一定会用FullScan，因为想看到更多的离子。

定量，倾向于用SIM或SRM/MRM，因为想提高已知信号的强度。

背景基质越复杂，SRM/MRM就越好，尤其是分辨率设得高的SRM/MRM就越好。

一级质谱有的时候受仪器的分辨率影响，给出的质荷比不能准确定性，比如相同分子量的不同分子，在仪器分辨率不够足够高的时候很难区分。

串联质谱利用它们不同分子碎裂的碎片不同来定性，并可以多级串联，直到你认为可以准确定性为止，当然也受一定条件影响。

这些你可以去参考一些专业的质谱书，上面都有讲解的。

haotea430（站联系TA）

受质谱的分辨率的影响，通俗的讲现在有些分辨率高的质谱分子量可以精确到小数点后面四位，所以它对目标物质定性的准确性就高些了，二级质谱就是在一级的基础上将目标物质打成碎片，以求进一步定性。

nritw（站联系TA）

首先要清楚你说的准确的含义。

如果你说的是准确测定分子量，那只能是一级质谱，也就是测定准分子离子峰，准确性和分辨率有关，你会看到有高分辨质谱，比如飞行时间甚至回旋轨道等。

如果你说准确测定结构，那只有质谱往往是不够的，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，再打碎，看碎片情况，这可以提供一定的结构信息。

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，这就是最常见的qqq。

但是没听说串联很多个打到三级四级的，这个工作可以由离子阱来做，你可以查查相关资料

龙井不苦（站联系TA）

4楼:

Originallypostedbynritwat2011-09-241125:

首先要清楚你说的准确的含义。

如果你说的是准确测定分子量，那只能是一级质谱，也就是测定准分子离子峰，准确性和分辨率有关，你会看到有高分辨质谱，比如飞行时间甚至回旋轨道等。

如果你说准确测定结构，那只有质...

你说的串联是不同的质谱，你说的QQQ一般是三重四级杆质谱，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；离子阱质谱是可以做多级串联的质谱，LTQ线性离子阱质谱理论可以无限做多级串联质谱，一般认为极限可以做到30级以上。

当然FT-MS也可以进行离子选择，进行多级串联。

一级质谱鉴定的方式主要指胎指纹图谱（PMF），即利用质谱仪精确测量酶解片段的分子量并搜库比较实现蛋白质的鉴定，二级质谱是在一级质谱的基础上再选择部分肽段做进一步的破碎并对碎片进行深入分析和比较，鉴定出该肽段的序列并结合PMF的结果从而实现蛋白质的鉴定。

二级质谱能够得到部分肽短的序列，具有更高的可靠性。

随着现在杂志对数据的要求越来越严格，二级质谱鉴定是蛋白鉴定的大趋势，而且即使目前做一级质谱鉴定的结果，也需要挑选部分PMF结果做二级质谱验证。

2.研究的物种不是模式生物怎么办？

答：

可以参考亲缘关系最近的模式生物做比对而实现蛋白质的成功鉴定，如果质谱图很好而没有鉴定结果说明这是一个全新的蛋白，可以采用de-novo等技术做深入分析与鉴定。

3.该如何评价质谱效果的好坏？

答：

做PMF一般得分超过60分（P<0.05）就算成功鉴定，而串联质谱，得分超过60分或者虽然没有超过60分，但是有最少一条肽段的得分超过30分就算成功鉴定。

4.一些特殊的质谱方法有什么用途？

答：

质谱的其它用途包括磷酸化位点分析、蛋白测序、混合蛋白鉴定（shotgun技术）以及分子量精确测定、二硫键位置分析等等。

5.用什么染色方法比较好？

答：

最好用考马斯亮蓝法进行染色，银染也可以，但鉴定成功率稍低，并且推荐用串联质谱对银染蛋白进行鉴定可以大大提高鉴定成功率。

6.凝胶是否可以长期保存？

该如何保持？

对鉴定效果有影响吗？

答：

如果保存时间超过一个月，可以用保鲜膜包裹后放入冰箱保持，如果小于一个月，则可以常温保持，不会影响质谱鉴定效果。

7.质谱鉴定取胶点该如何取？

有什么注意事项？

答：

取点的时候将0.2ml的枪头前端剪去一点，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，最后吸干离心管中所有水分封盖保存。

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；取点的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的质谱仪。

其实四级杆在各种质谱仪中广泛存在，它最基本的功能是离子传输通道，但同时也具备质量分析器和裂解器的作用。

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，功能单一，定性和定量能力都很一般。

三重四级杆质谱，是由三个四级杆组成，低分辩质谱，主要用于定量分析，是主流的定量分析质谱，常用模式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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Modifiedon2011/07/2814:

31byAdministratorCategorizedasMSKB,QMS

质谱技术获得的诺贝尔奖简化型PCB线型离子阱四极杆参数计算器

质谱技术获得的诺贝尔奖简化型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

      四极杆的加工技术

      四极杆生产厂家

离子在四极杆分析器的运动

      四极杆与离子阱的精度差异

   古老的Mathieu方程，现代的解

   四极场的稳定区

   针尖上的舞蹈

   四极杆的扫描

四极杆是什么？

¶

四极杆是四极杆质谱的核心，全称是四极杆质量分析器，quadrupolemassfilter/analyzer（QMF、QMA）。

它是由四根精密加工的电极杆以及分别施加于x、y方向两组高压高频射频组成的电场分析器。

四根电极可以是双曲面也可以是圆柱型的电极；高压高频信号提供了离子在分析器中运动的辅助能量，这一能量是选择性的——只有符合一定数学条件的离子才能够不被无限制的加速，从而安全的通过四极杆分析器。

四极杆是由四根精密的棒状电极分别施加两组高频高压射频信号组成的电场分析器

四极杆技术精要¶

四极杆是一个古老的技术。

早期1950年代的时候，德国物理学家WolfgangPaul申请的专利944,900（1956）指出四个双曲面围成的电场可以筛选离子。

双曲线的渐近线处于45度的位置，电极的外形沿着x轴和y轴对称，四个电极的形状完全一致；高压高频射频信号分别加载在水平和竖直的两对电极上，信号的幅度相同，相位相差180度，即反相。

无线延伸的双曲线四个电极的部电势是很容易计算的：

在每一个瞬间，四极杆每一点的电势可以计算为：

EQ-1

这是一个马鞍面的电场：

四极杆部电场的等势面

射频电压伴随着时间的改变，四极杆电场的强度和相位在发生着变化：

EQ-2

U是四极杆电极上的最大直流电压，而V是电极上的最大射频交流电压。

离子就在这一变化的电场中运动。

这个电场的特点是：

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的鞍点

4.带电粒子在其中受到的x方向的作用力与粒子和x轴的距离成正比

第四点是非常重要的性质，这表明四极杆部的电场在x或者y的方向具有像弹簧一样回覆力，可以拴住离子的运动围。

四极杆的加工技术¶

由于实际试验中不可能使用无限大、无限长的电极，所以通常我们取四个电极接圆半径r0的2倍加工，并且长度一般在r0的50倍左右（这样四个杆子之间的空隙视角仅有1度）。

HP公司早期的合金双曲面四极杆（HP5970GCMS）

目前，安捷伦公司的1997年以后的四极杆质谱仪均采用了石英镀金双曲面的四极杆；Finnigan公司的TSQ质谱中也采用了不锈钢的双曲面四极杆。

在我国，中科科仪（KYKY）的四极杆气体分析器也采用了石英镀钼的双曲面四极杆，其性能相当于早期HP公司的产品，但是精度略差一些。

用于制造四极杆的国产金属钼杆胚料（）

Sciex公司的瓷镀金四极杆

由于双曲面电极的四极杆加工难度较大，需要使用精密的三坐标磨床，后来逐渐被圆柱形的电极替代，这样可以使用高精度无心磨床加工，仅相当于1维加工。

这样四极杆的加工费用会大大降低，为四极杆的普及起到了很重要的作用。

圆柱型的四极杆同样可以制作高性能的四极杆质谱，例如Sciex公司的三重四极杆便是瓷镀金的圆柱型四极杆。

双曲线四极杆的加工精度不如圆柱型四极杆，而且圆柱型四极杆的成本更低。

圆柱型四极杆电场的边沿会引入微量的高阶场效应，起初人们一直主观的认为不纯净的四极杆会导致四极杆性能的下降。

但是近10年来高阶场的研究指出，引入1～2%的八极场反而会增强四极杆质谱的性能。

这一点Sciex公司的研究人员有很多研究。

目前常见的圆柱型四极杆长度在100～300mm之间，半径r0在2～16mm之间，圆柱型电极的半径r和场半径r0的比通常在1.12～1.15甚至更高一些。

四极杆是非常精密的部件。

如果四极杆的分辨力需要达到1000，那么按照最简单的线性传递模型，四极杆的精度（包括圆度、直线性、圆柱度）、定位精度以及RF射频电源的精度都需要达到1000的数倍。

如果按照8mm直径的四极杆、5参数体系计算，四极杆的圆度至少需要优于2μm。

按照我们的测量，Sciex公司的四极杆总体的精度大约在0.6～1.5μm之间。

这样的精度要求下，四极杆的材质就十分关键了，对于高性能的四极杆（如给LCMS使用的四极杆）通常需要采用瓷、石英等高硬度、低膨胀的材料；而对于要求稍低的GCMS四极杆也至少要采用不锈钢316、钼等高性能合金。

不同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的厂家：

1.Adaratech

2.ASI

3.Extrel

4.Hiden

5.Inficon

6.Pfeiffer

7.Reliance

离子在四极杆分析器的运动¶

离子在双曲面完美四极场中的运动，可以通过简单的数学来描述：

离子在x方向感受到的电场可以表示为：

EQ-3

这样离子受到的电场力可以表示为：

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方向的运动公式。

TinyChemistryisPhysics,TinyPhysicsisMathematics.

通过数值计算可以得到离子在四极杆中的飞行轨迹：

离子顺利通过四极杆质量分析器

离子没有通过四极杆质量分析器，撞死在电极表面

四极杆与离子阱的精度差异¶

由于不能通过四极杆的离子消耗在四极杆的表面上，也就是四极杆的表面参与了选择离子的过程，与离子有直接的接触，导致电极表面需要的制造加工水平相当的高。

一方面四极杆的表面需要尽可能高的近似于双曲线，即几何精度很高；另一方面四极杆的表面处理要考虑到与离子的直接接触，二次离子效应要低，耐污染，即微观结构优化。

两片式PCB平板线型离子阱的电场中心有很好的双曲线性质

相比之下，离子阱由于先将离子冷却在中心，再选择性的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。

由于离子处于分析器的中心，而电场具有自动平滑过渡的性质，这样离子阱的集合形状并不十分严格：

双曲线、圆、圆柱甚至平面以及各种形状的混合电极都有报道实现离子阱的功能。

同时，也正是由于理论上离子与电极不直接接触，对电极表面的性质并不十分严格的要求。

实践中，离子阱的加工精度比四极杆的低一个数量级即可（即5～15微米）

古老的Mathieu方程，现代的解¶

早在1860年代，数学家ÉmileLéonardMathieu就研究过这种类型的微分方程，并且给出了非常完备的解。

后来为了纪念此人，这类方程就称为马修方程。

马修方程的形式可以表示为：

EQ-7

ξ是其中的无量纲时间参数。

与我们的方程比较之后，我们可以得到离子在双曲面四极场中的无量纲形式参数a和q，这两个参数可以简化方程的解的形式，讨论很方便。

EQ-8

a是代表直流强度的参数，而q是代表射频交流强度的参数。

a和q的特点是：

1.质量大的离子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，由于四极杆工作点在a、q值较大的地方，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，高压射频和直流也很难实现。

四极场的稳定区¶

150年前，Mathieu就给出了四极场的稳定区域。

在这些区域中运动的离子它的振幅总是在有限的空间部。

稳定区域可以在a和q的坐标系中表示出来：

一维马修（Mathieu）方程的解分为若干个稳定叶片

下面就是要加入y方向的稳定性。

y方向的稳定图刚好是x方向的稳定图上下颠倒一下，相位差180度么。

综合考虑x和y方向的稳定性，我们可以得到双曲面四极杆的稳定图。

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的，所以通常我们只是选择离原点最近的稳定区域工作。

这个区域就是第一稳定区，其他稳定区也有人在尝试，但是实际应用比较少（可以做高分辨的H和He同位素分辨）。

四极杆第一稳定区的特点：

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可以了

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）

四极杆的第一稳定区是现代质谱常用的工作区域。

按照离子的稳定程度，它分为4种类型：

1.x和y方向都稳定的区域

2.x方向稳定的区域

3.y方向稳定的区域

4.x和y方向都不稳定的区域

能通过四极杆的离子必须集中在x和y方向都稳定的区域，也就是绿色的区域。

针尖上的舞蹈¶

请注意q和a的公式，在确定的直流U和射频V下，四极杆中的离子的稳定性表示在稳定图上时总是在一条直线上。

而这条直线的位置取决于直流和射频的关系：

1.这条直线通过原点

2.直线的斜率取决于直流和交流的比例

3.m/z小的离子距离原点较远，而大的离子距离原点较近

直流和射频确定的情况下，离子在稳定图上的排布在一条直线上

结合双曲面四极杆电场的稳定图以及离子在稳定图上的排布，如果我们要想从离子束中过滤出单个离子，我们必须让离子排布的直线擦过稳定图的顶点。

这时所有离子只有处于稳定图顶点的那种可以稳定通过（原点处的离子需要m/z无穷大），而其他的会在x或者y方向不稳定，从而通不过四极杆。

如果V/U的固定不变，并且擦着稳定图顶点，这时V/U大概是16.8%，即直流强度必须是射频强度峰-零值的16.8%。

∙如果直流强度超过16.8%，那么直线的斜率会太大，不能擦到稳定区域，从而没有离子通过

∙反之，离子选择的纯度会下降，顶点附近的其他m/z的离子也会通过四极杆，四极杆的分辨力会下降。

四极杆扫描工作线切过第一稳定区的一小块

四极杆的工作就是在第一稳定区域的顶点上完成的。

在四极杆分析器上施加固定的射频，并配以16.8%弱一点的直流，就可以过滤相应的离子。

通过一定时间的积分，就可以知道这种离子的强度。

改变不同的射频值并配以相应的直流值，就可以检测不同离子的强度。

四极杆的扫描¶

如果仅仅是固定几处离子扫描，只能完成几种离子的检测，所以通过连续变化射频值和相应的直流值才能完成“Spectroscopy”（谱）的功能。

理论上我们采用扫描射频值和直流值，并固定射频值和直流值的比例，就可以让离子逐个通过四极杆稳定图的顶点。

四极杆扫描时m/z和射频值的关系，r=8mm,f=1.3MHz

实际使用中，无论是直流值还是射频值都有一定量的偏差，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的强度。

这一路信号一般称为分辨力调整（Tuneres），它的调整围一般是直流电压的1～2%。

就在这1～2%之间可以调整出20u、5u、1u、单位分辨以及高分辨、无通过等多种峰宽，可见这1%的直流偏差对于四极杆质谱而言影响有多么巨大。