气质联用系列GCMS05丨今天聊聊GCMS中质量分析器的工作原理和工作模式

大家好，在前几期的课程里我们说到，

在GCMS中，

质谱本质其实就是一个比FID、ECD等更高级一些的检测器。

不同的质谱检测器之间最核心的部件就是质量分析器，

是区分不同质谱最根本的区别。

在气质联用中常见的质量分析器一般是

单四级杆，三重四级杆，飞行时间质谱，四级杆串联飞行时间质谱等。

今天我们就以四级杆为例，

给大家介绍一下，

在GCMS中，质量分析器的原理和工作模式。

————————–【四级杆质谱】————————–

四级杆，顾名思义，

是由四根表面镀金的石英杆构成的，

四个杆分别位于正四方形的四个角。

对角的两根杆串联成一组，

一组加正直流电压，另一组加负直流电压，

两组电压值相等，极性相反。

另外，所有四级杆上都同时加射频电压。

通过电压的变化，会在四级杆之间形成一个动态的电场。

所以在每一时刻特定的交流电压和直流电压下，

只有特定质荷比的离子才能以螺旋形式顺利的通过四级杆，

最终到达检测器。

基于这样的工作原理，四级杆有两种工作模式，

分别是全扫描scan模式和选择离子监测sim模式。

————————–【全扫描模式】————————–

全扫描是在给定的范围，

通过电压的变化，在每个给定的扫描范围内，

允许从最高质量数到最低质量数的每一个质荷比的离子都能依次通过四级杆。

并在每个质量数都收集数据，

这个范围是可以根据自己需求设置，通常是为了做定性数据分析。

我们可以把全扫描的过程看成是下等高度的台阶，

每一级台阶，就代表了允许一个特定质荷比的离子通过四级杆。

每两级楼梯的高度差代表了相邻两个质荷比离子的差值，通常是0.1m/z。

举个例子，

如果我们要采集50-550m/z范围内的离子，

这就意味着我们在每个循环里都允许这个范围里的全部离子分别依次通过四级杆。

在第一个台阶上，

会允许550 m/z这个离子通过四级杆，

在第二个台阶上，

会允许549.9 m/z这个离子通过四级杆，依此类推。

每个循环的扫描范围和扫描频率是我们人为设置的，

而循环时间是通过扫描范围和采样频率以及一些系统延迟时间计算得来的。

如果你的采样频率越高，

就代表在该点的采样点重复次数越少。

而每个循环的结果就是得到给定范围内的全部质荷比离子的一张质谱图。

采集每张质谱图的时间

以及每张质谱图上所有离子响应的加合

就构成了在总离子流色谱图上的一个点。

把采集时间内所有这样的点连成线就是我们最终看到的这张总离子流色谱图，

也就是TIC图。

———————-—-【选择离子监测模式】—————————

选择离子监测模式指的是在每一个循环中，

只允许某一些我们选择的特定质荷比的离子依次通过四级杆。

这种采集的灵敏度和选择性都很好，是定量首选方法。

和全扫描的过程类似，只不过在SIM模式中，

因为是我们人为选择的某一些离子，

他们之间可以没有相关性，因此台阶的高度不再是等高度。

比如这张图中，

有三个不同高度的台阶，

意味着我们只允许三种不同质荷比的离子从大到小分别通过四级杆。

而在每一个台阶上停留的时间就代表了在每个循环中采集该离子的时间，

称为驻留时间Dwelltime，

这个时间是人为指定的。

在sim模式中，

每个循环的结果是得到一张含有人为选择的全部离子的质谱图。

同样的，每个循环构成了总离子流色谱图上的一个点。

另外，在sim模式中，

我们还可以提取每个离子的离子流色谱图——EIC图，

EIC图上的每个点代表了每个循环中该离子的响应。

换句话说，

每个时刻的TIC图上的点是由循环中该时刻每个点的EIC叠加的。