提到四极杆,大家多半会将它等同于 四极杆质量分析器(Quadrupole mass filter = QMF),但这只是四极杆的用途之一。PE NexIon 300 的结构示意图就能很好地诠释四极杆用途
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(1) 第一个四极杆,离子偏转,而光子、中性粒子直飞。
无论是7Li 还是238U,所有正离子都向左偏转,因此这个四极杆不具备质量分选功能。
(2) 第二个四极杆是 PE动态反应池(Dynamic Reaction Cell)的核心部件。
由于基于四极杆的DRC技术被PE公司申请专利,受法律保护。因此 Thermo、Agilent公司分别开发出基于六极杆、八极杆的碰撞反应池(Collision/Reaction Cell)。我原以为 瓦里安
ICP-MS (2010年被布鲁克公司收购) 会折腾出十极杆,谁知人家独辟蹊径,在双锥上开条缝,搞出碰撞反应接口(Collision Reaction Interface)。
(3) 第三个四极杆则是 四极杆质量分析器(QMF)。
此外,四极杆还可用于离子束聚焦,比如 Thermo公司的扇形场ICP-SF-MS。
Becker, J.S., 2007. Inorganic Mass Spectrometry Principles and Applications. John Wiley & Sons Ltd, West Sussex, UK. 下载链接:
http://bbs.instrument.com.cn/download.asp?ID=265881 此书第91页有一段话:
Quadrupole analyzers are frequently used as universal mass analyzers in inorganic and organic mass spectrometry as well as having wide fields of application in mass spectrometry due to their high speed, high dynamic range, MS/MS capability, simplicity, easy sample introduction and relatively low cost. In general, a single quadrupole analyzer is used for elemental and isotope analysis in inorganic mass spectrometry (e.g., in
ICP-MS) and is sufficient for a multitude of applications in organic mass spectrometry. Quadrupole based mass analyzers have been established in tandem mass spectrometers (e.g., in a triple quadrupole mass spectrometer– QqQ) as a standard tool for liquid chromatography (LC) MS/MS instrumentation or in combination with other mass separation systems (e.g., sector field analyser or timeof-flight instruments).
对三重四极杆的描述
In a triple quadrupole mass spectrometer, the first quadrupole Q1 is used for mass separation of analytes of interest with mass m1 which react in the second quadrupole Q2 (rf only) with a collision gas for collision-induced dissociation (CID) experiments in order to generate metastable ions with different masses from which the third quadrupole selects certain daughter ions of mass m3.
Triple quadrupole mass spectrometers are not used in inorganic mass spectrometry.
LC-MS、GC-MS 所使用的EI离子源结构简单、能量很高,能轻易将大分子打成碎片。但各种分子碎片会“鱼龙混杂”进入质谱,这就需要Q1进行预筛选,然后通过Q2消除干扰,最后由Q3进行质量分选。相对EI源而言,ICP源就很简单了:不管是有机化合物分子,还是纯溶液离子,都被等ICP离子焰拆解成单原子,并带上一个正电荷(当然了,也有少量多原子团,也有少量带上+2电荷)。乍一看,有机质谱三重四极杆的Q1 对
ICP-MS 意义不大,所以红字部分写了:三重四极杆质谱不被用于无机质谱。但今早在仪器网首页瞅到一条新闻,估计若干年后Becker女士重新编写《无机质谱》书籍时要与时俱进啦。
安捷伦科技发布世界首款三重串联四极杆电感耦合等离子质谱系统
http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100320/news_72985.htm传统的7700型 ICP-Q-MS 与 新发布的8800型 ICP-QQQ-MS 示意图
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很早之前我就想过碰撞/反应技术的瓶颈问题:待测离子75As,干扰离子40Ar35Cl,K Na Ca Mg Al等基体离子都进入碰撞池,He既要与75As 40Ar35Cl发生碰撞,又不得不与“围观打酱油”的基体离子 发生摩擦……当面对极端样品,例如盐酸中的As,硫酸中的Ti (48Ti 32S16O)和V(51V 32S18O1H),碰撞/反应池肯定是力不从心。安捷伦将三重四极杆引入
ICP-MS,用Q1先消除“围观打酱油”的基体离子,缓解八极杆碰撞池的压力——这可能会是无机质谱发展的一个里程碑。我只找到一份Agilent 8800 ICP-QQQ-MS 资料,见下面的附件PDF。估计要一年时间才会有用户购机、装机、应用,到那时才能了解仪器性能指标。
再聊聊我的想法,估计做起来难哦:
离子束通常都是沿四极杆轴向(Z轴)通过,PE NexIon 300 的离子束是沿着四极杆X-Y轴面通过。如果增大偏转四极杆体积、双杆电势差等,让它具备质量分选本领,就能成为真正意义的 ICP-QQQ-MS。或者取消这个偏转四极杆,改用扇形磁场,不同质荷比m/e粒子在磁场中受洛伦兹力作用的偏转程度不同,从而实现质量分选。然而,一用到电磁铁,仪器成本肯定呼呼上涨。