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干貨丨離子阱質譜和四極桿質譜的簡單區別

磐合科儀

2020.11.05

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離子阱和四極桿質譜雖然都是臺式質譜的質量分析器，原理類似，但是結構卻大不同。

離子阱結構

顧名思義，離子阱是個“陷阱”，四極桿是四根桿。離子阱像一只煮飯用的鍋，上下兩個端蓋電極可以想象成鍋蓋和鍋底，中心各開了一個孔，離子從上面進來下面出去，周圍的環狀電極（一圈）就是鍋壁，離子就被限制在這個鍋里運動，不同質荷比m/z的離子在阱里有不同的運動軌道，進來的離子就在特定的軌道上旋轉，改變射頻電壓，可以讓特定質荷比的離子從下面出來，進入檢測器，而其他的離子繼續被關在阱里旋轉運動。

四極桿結構

四極桿是離子從左邊入口進去，飛過四根桿中間的區域，右邊出口出來，到達檢測器。

正因為結構不同，離子阱和四極桿在實際運用中區別很大：

離子阱中的離子數目必須要控制，因為離子之間互相有庫侖力，會發生相互碰撞，離子越多，碰撞概率越高，這叫做空間電荷效應。

離子阱的定性問題：空間電荷效應是離子阱一切問題的根源。不管什么樣的離子阱，不管怎么去控制阱里面的離子數量，這個效應一直存在。離子互相碰撞會產生離子反應，離子反應的結果導致：

（1）創造出樣品中不存在的離子，給定性帶來極大的困擾，專業術語叫“鬼峰（ghost peak）”。

（2）譜庫檢索匹配度低，質譜的定性依賴于譜庫檢索，所謂匹配度低，是指離子阱的譜圖和標準譜庫中的譜圖相似性低，比較難確定被測物到底是不是譜庫中那個東西。舉個例子，現在人臉識別的準確度很高，但是如果拍出來的照片是糊的或者五官變形的，當然就識別不出來或者會張冠李戴。譜庫檢索匹配度低的原因：存在鬼峰、碎片離子強度比例畸變等。

（3）定性結果不穩定，據用戶反映，離子阱氣質聯用如果進樣量不同，或者樣品的前處理方法不同（如用不同的溶劑萃取），出來的碎片譜圖可能會不一樣。

離子阱的定量問題：由于阱內離子數量要控制，所以如果樣品中雜質很多，那么被測物的離子數量就會減少，導致靈敏度降低，空間電荷效應增強，所以離子阱不適合做很臟的樣品，如果是一次又要做上百種VOC，離子的種類和數量非常多，空間電荷效應大大增強，定性定量結果都會混亂。定量的重復性（RSD）也會差很多，一般RSD比四極桿要高幾倍。

四極桿的空間電荷效應很低，所以在定性定量上沒有離子阱的問題，譜庫匹配度很高，從而成為小型質譜的主流。?

離子阱的優點

1、結構簡單，體積小，容易抽真空，所以便攜式質譜會采用離子阱。

2、由于離子阱可以將某個離子限制在阱里面做軌道運動，所以可以對這個離子做二次碎裂（一般做法是加入氦氣，讓氦氣分子和離子進行碰撞碎裂），對二次碎裂后產生的碎片離子再進行碎裂，產生三級碎片，這個叫做多級質譜。離子阱比較容易實現多級質譜，所以對某個特點物質的定性，多級質譜是個很有用的工具。當然多級質譜也有很多局限，很多化合物在阱里面不一定能被二次碎裂，即打不碎，而且離子阱碎片有三分之一效應，即質荷比是母離子1/3以下的碎片都觀察不到，對定性結論造成不確定性，所以多級質譜存在打不碎或者看不到的問題。多級質譜適合對某一個或者幾個化合物的分子進行定性研究，要對上百種VOC化合物進行多級質譜顯然很不現實。

? ? ??離子阱的發明人獲得過諾貝爾獎，離子阱商品化的儀器已經接近40年，但產品銷售量很少，一直沒有成為主流的檢測儀器，為什么？所謂主流的檢測儀器就是在檢測部門使用的，要求定性定量的結果準確可靠，而離子阱達不到檢測部門的要求，所以目前僅僅局限在科研市場有一定應用。

? ? ? 離子阱質譜的商品化首先是賽默飛世爾推廣出來的，但10年前賽默飛世爾取消了離子阱氣質的生產，因為離子阱氣質每年銷量實在差強人意。另外一個離子阱氣質的主要制造商是瓦里安，但是自10年前安捷倫收購瓦里安以后，很快將氣質離子阱產品線停掉。所以目前進口的幾大質譜廠商，已經沒有人做離子阱氣質聯用了。

結論

離子阱技術是多級質譜的科研手段，根本無法做同時進樣117種VOCs。另外高濃度樣品污染后系統很難維護，定性定量結果會與實際樣品有巨大偏差，這個技術不適合在線MS在環境場景復雜應用。

文章作者

上海磐合科學儀器股份有限公司

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