二手GC-MS联用仪中常用的质量分析器概述

二手气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）在定性分析方面表现出色，但对于复杂有机化合物的深入解析则力有不逮。相对而言，色谱法则在有机化合物的分离与定量分析中展现出特别的优势，然而其定性分析能力相对较弱。因此，将两者结合起来的联用技术应运而生，极大地提升了分析效能。本文将深入探讨二手GC-MS联用仪中常用的质量分析器类型。

一、四极杆质量分析器

原理：四极杆质量分析器由四根平行的圆柱形电极构成，分为两组并分别施加直流电压和特定频率的交流电压。样品离子在电极间的轴向电场中进入，并在极性相反的电极间进行振荡。仅当离子的质荷比位于某个特定范围内时，它们才能顺利通过四极杆并到达检测器。其他离子则因振幅过大而与电极发生碰撞，经放电中和后被抽走。通过调整电压或频率，可以依次使不同质荷比的离子到达检测器，从而实现离子的分离与检测。

特点：四极杆质量分析器作为一种无磁分析器，具有体积小、重量轻、操作便捷、扫描速度快以及分辨率高等优点。它特别适用于色谱-质谱联用仪器，成为当前最成熟、应用最广泛的小型质谱计之一。

应用：在GC/MS和LC/MS联用仪中，四极杆是常用的质量分析器。在研究级应用中，它常作为多级串联质谱（MSn）实验中的关键组件，如三级四极杆串联质谱。

二、扇形质量分析器

原理：被电场加速的离子进入磁场后，其运动轨道会发生弯曲。离子轨道的偏转程度可用特定公式描述。当磁场强度（H）和加速电压（V）一定时，仅某一质荷比的离子能通过狭缝并到达检测器。

分类：根据扇形磁场角度的不同，扇形质量分析器可分为多种类型，如b（>90°、120°和180°）等。小型仪器通常采用电扫描法（改变加速电压）进行扫描，而大型仪器则多采用磁扫描法（改变磁场强度）。

特点：扇形质量分析器的分辨率相对较低，对于质量相同但能量不同的离子难以进行有效分辨。

三、离子阱检测器

原理：离子阱检测器的原理类似于四极分析器，但它通过让离子贮存于井中，并通过改变电极电压来使离子向上或向下运动，最终通过底端小孔进入检测器。它由两个端盖电极和位于它们之间的类似四极杆的环电极构成。通过施加适当的电压，可以形成一个离子阱来捕捉特定质量范围的离子。当离子累积到一定数目后，升高环电极上的射频电压（rf），离子将按质量从高到低的次序依次离开离子阱并被电子倍增监测器检测。

特点：离子阱分析器具有全扫描模式下的高灵敏度，并且单个离子阱通过期间序列的设定即可实现多级质谱的功能。它已发展到能够分析质荷比高达数千的离子。

检测器：常用的检测器是电子倍增器，它能够将离子束转变成电信号并进行放大。当离子撞击到检测器时，会引起倍增器电极表面喷射出电子，这些电子在电位差的作用下被加速并射向下一个倍增器电极，从而喷射出更多的电子。这一过程连续进行，每个电子在碰撞下一个电极时都能喷射出2～3个电子。通常电子倍增器具有14级倍增器电极，可显著提高检测灵敏度。

四、单聚焦质量分析器

原理：单聚焦质量分析器的主要部件为一个具有一定半径的圆形管道，在其垂直方向上装有扇形磁铁以产生均匀、稳定的磁场。从离子源射入的离子束在磁场作用下由直线运动变为弧形运动。不同质荷比（m/z）的离子具有不同的运动曲线半径（R）。由于出射狭缝和离子检测器的位置固定，因此通常采用连续改变加速电压或磁场强度的方法，使不同m/z的离子依次通过出射狭缝并以半径为R的弧形运动方式到达离子检测器，从而实现离子的时间分离。

五、双聚焦质量分析器

原理：双聚焦质量分析器由静电分析器和磁分析器组成。静电分析器允许具有特定能量的离子通过并按不同能量聚焦，然后这些离子先后进入磁分析器进行m/z方向的聚焦。通过两次聚焦过程，大大提高了分辨率。扇形电场将质量相同但速度不同的离子进行分离聚焦，使得速度不合适的离子无法进入进入磁场的狭缝中。然后调节磁场强度（扫场），使不同的离子束按质荷比顺序通过出口狭缝进入检测器。

特点：双聚焦分析器同时实现了速度和方向的双聚焦，具有极高的分辨率。

六、飞行时间质量分析器

原理：飞行时间质量分析器的核心是一个离子漂移管。离子源中的离子流被引入漂移管并在加速电压V的作用下获得动能。然后离子进入长度为L的自由空间（漂移区）。离子的飞行时间与质荷比的平方根成正比。因此，对于能量相同的离子来说，质荷比越大则达到检测器所需的时间越长。根据这一原则，可以将不同质荷比的离子因其飞行速度不同而分离并依次按顺序到达检测器。漂移管的长度L越长则分辨率越高。

特点：飞行时间分析器具有大的质量分析范围和较高的质量分辨率，特别适合于蛋白质等生物大分子的分析。