质量分析器是依据不同方式将离子源中生成的样品离子按质荷比m/z的大小分开的仪器，是质谱仪的重要组成部件，位于离子源和检测器之间
。质量分析仪器主要包括单聚焦质量分析器、双聚焦质量分析器 、四极杆质量分析器 、离子阱质量分析器、傅立叶变换离子回旋共振（FT-ICR） 以及飞行时间质量分析器（TOF）。词条对上述质量分析仪进行了详细介绍。
1质量分析器简介
质量分析器是质谱仪器的核心，由质量分析器的不同构成了不同种类的质谱仪器。是将离子源产生的离子按m/z顺序分开并排列成谱的仪器。由于不同类型的质谱仪器有不同的原理、功能、指标、应用范围，还涉及到它们可能有不同的实验方法，因而有必要了解各种质谱分析器
[2]
。
有机质谱分析仪
2质量分析器主要类型
主要分为
（1）单聚焦质量分析器
（2） 双聚焦质量分析器
（3）四极杆质量分析器
（4）离子阱质量分析器
（5）傅立叶变换离子回旋共振（FT-ICR）
（6）飞行时间质量分析器（TOF）
3质量分析器单聚焦质量分析器
单聚焦质量分析器
单聚焦质量分析器
[3]
其主要部件为一个一定半径的圆形管道，在其垂直方向上装有扇形磁铁，产生均匀、稳定磁场，从离子源射入的离子束在磁场作用下，由直线运动变成弧形运动。不同m/z的离子，运动曲线半径R不同，被质量分析器分开。由于出射狭缝和离子检测器的位置固定，即离子弧形运动的曲线半径R是固定的，故一般采用连续改变加速电压或磁场强度，使不同m/z的离子依次通过出射狭缝，以半径为R的弧形运动方式到达离子检测器，使离子从时间上被分开。
由式若固定加速电压U，连续改变磁场强度B，称为磁场扫描，则；若固定磁场强度B，连续改变加速电压U，称为电场扫描，则。无论磁场扫描或电场扫描，凡m/z相同的离子均能汇聚成为离子束，即方向聚焦。由于提高加速电压U仪器的分辨率得到提高，因而宜采用尽可能高的加速电压。当取U为定值时，通过磁场扫描，顺次记录下离子的m/z和相对强度，得到质谱图，单聚焦质量分析器结构简单，操作方便，但分辨率低。
4质量分析器双聚焦质量分析器
双聚焦质量分析器
在单聚焦质量分析器中，离子源产生的离子由于在被加速初始能量不同，即速度不同，即使质荷比相同的离子，最后不能全部聚焦在检测器上，致使仪器分辨率不高
[4]
。为了提高分辨率，通常采用双聚焦质量分析器，即在磁分析器之前加一个扇形电场。离子垂直进入扇形电场，受到与速度垂直方向的作用，改作圆周运动，当离子所受到的电场力与离子运动的离心力相平衡时，离子运动发生偏转的半径R与其质荷比m/z、运动速度v和静电场的电场强度E。当电场强度一定时，R取决于离子的速度或质荷比。因此，扇形电场是将质量相同而速度不同的离子分离聚焦，使得速度不合适的离子无法进入到进入磁场的狭缝中，即具有速度分离聚焦的作用。然后，经过狭缝进入磁分析器，再进行m/z方向聚焦。调节磁场强度（扫场），可使不同的离子束按质荷比顺序通过出口狭缝进入检测器。这种同时实现速度和方向双聚焦的分析器，称为双聚焦分析器。
5质量分析器四级杆滤质器
四级杆滤质器
四极滤质器是
[5]
由四根平行的圆柱形金属极杆组成，相对的极杆被对角地连接起来，构成两组电极。在两电极间加有数值相等方向相反的直流电压U
de和射频交流电压U
rf。四根极杆内所包围的空间便产生双曲线形电场。从离子源入射的加速离子穿过四极杆双曲型电场中，会受到电场作用，只有选定的m/z离子以限定的频率稳定地通过四极滤质器，其它离子则碰到极杆上被吸滤掉，不能通过四极杆滤质器，即达到"滤质"的作用。碎片离子的共振频率与四支电极的频率相同时，才可通过电极孔隙到达检测器，改变扫描频率可使不同质荷比的离子通过。实际上在一定条件下，被检测离子（m/z）与电压呈线性关系。因此，改变直流和射频交流电压可达到质量扫描的目的，这就是四极滤质器的工作原理。由于四极滤质器结构紧凑，体积小，扫描速度快，适用于色谱－质谱联用仪器。
优点：
四级杆质量分析器是一种无磁分析器，体积小，重量轻，操作方便，扫描速度快，分辨率较高，适用于色谱—质谱联用仪器。
应用：
四极杆质谱计是目前最成熟、应用最广泛的小型质谱计之一。在气相色谱-质谱( GC/MS)和液相色谱-质谱(LC/MS) 联用仪中,四极杆是最常用的质量分析器之一。在研究级应用中,常涉及质谱仪器多级串联系统MSn,而四极杆质谱计则是MSn 实验中最常用的质谱计类型之一；例如：三级四极杆串联质谱。
6质量分析器离子阱
离子阱
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。端盖电极施加直流电压或接地，环电极施加射频电压（rf），通过施加适当电压就可以形成一个离子阱
[6]
。根据rf电压的大小，离子阱就可捕捉某一质量范围的离子。离子阱可以储存离子，待离子累积到一定数目后，升高环电极上的rf电压，离子按质量从高到低的次序依次离开离子阱，被电子倍增监测器检测。目前离子阱分析器已发展到可以分析质荷比高达数千的离子。离子阱在全扫描模式下仍然具有较高灵敏度，而且单个离子阱通过期间序列的设定就可以实现多级质谱的功能。
优点及用途
1、单一的离子阱可实现多级串联质谱MSn；
2、结构简单,性价比高；
3、灵敏度高,较四极质量分析器高10～1 000 倍;
4、质量范围大(商品仪器已达6 000)。
这些优点使得离子阱质谱计在物理学、分析化学、医学、环境科学、生命科学等领域中获得了广泛的应用。
7质量分析器飞行时间质量分析器
飞行时间质量分析器
原理：用一个脉冲将离子源中的离子瞬间引出，经加速电压加速，它们具有相同的动能而进入漂移管，质荷比最小的离子具有最快的速度因而首先到达检测器，质荷比最大的离子则最后到达检测器
[7]
。
飞行时间质量分析器既不用电场也不用磁场，其核心是一个离子漂移管。离子源中的离子流被引入漂移管，离子在加速电压V的作用下得到动能。然后离子进入长度为L的自由空间，即漂移区，假定离子在漂移区移动的时间为T。。可以看出，离子在漂移管中飞行的时间与离子质荷比的平方根成正比，对于能量相同的离子，质荷比越大，达到检测器所需的时间越长，根据这一原则，可以把不同质荷比的离子因其飞行速度不同而分离，依次按顺序到达检测器。漂移管的长度L越长，分辨率越高。飞行时间分析用具有大的质量分析范围和较高的质量分辨率，尤其适合蛋白等生物大分子分析。
优点：
a)从原理可知，飞行时间质谱计检测离子的质荷比是没有上限的，这就特别适合于生物大分子的测定。如：用TOF测定单克隆的人免疫球蛋白，分子量已高达982000 2000u。 b)飞行时间质谱计要求离子尽可能“同时”开始飞行，适合于与脉冲产生离子的电离过程相搭配，分析适用于脉冲离子化方式（如MALDI）的大分子量的多肽、蛋白质。 c)扫描速度快，适于研究极快的过程。 d)结构简单，便于维护。
8质量分析器傅立叶变换离子回旋共振
傅立叶变换离子回旋共振
原理
FT-ICR MS 将离子源产生的离子束引入ICR中,随后施加一个涵盖了所有离子回旋频率的宽频域射频信号。在此信号的激发下, 所有离子同时发生共振并沿着一个半径逐渐增大的螺旋型轨迹运动
[8]
。
当运动半径增大到一定程度之后停止激发,所有离子都同时从共振状态回落,并且在检测板上形成一个自由感应衰减信号,即像电流(image current)，被电学仪器放大和记录。得到的像电流是包括了所有离子自由感应衰减信息的时域信号，在经过傅立叶转换以后就可以获得一个完整的频率域谱。而离子的质荷比与其共振频率具有一一对应关系,因此我们可以方便地得到通常的以质荷比为横坐标的质谱图。
特点
①傅立叶变换质谱计的分辨率极高，远远超过其它质谱计。在m=1000u时，商品仪器的分辨率可超过 ； ②可完成多级（时间上）串联质谱的操作，由于它可提供高分辨的数据，因而信息量更丰富； ③一般采用外电离源，可采用各种电离方式，便于与色谱仪联机； ④灵敏度高、质量范围宽、速度快、性能可靠等。 (FT-ICR)
9质量分析器参考资料
1. 邱永红. 质量分析器新理论初探[J]. 分析仪器, 2014(3):81-87.
2. 赵梦晗, 方晓志, 王敏. 浅谈质量分析器的研究进展[J]. 医学美学美容旬刊, 2015(4):773-774.
3. 郭健辉, 唐景庭, 彭立波,等. 大角度离子注入机质量分析器设计[C]// 全国电子束、离子束、光子束学术年会. 2005.
4. 王成智. 近年质谱仪器发展动向[J]. 分析仪器, 1977(4):23-33.
5. 吴英婷, 付文卓, 薛冰. 三重四级杆质谱仪的安装应用和维护[J]. 分析仪器, 2012(5):81-83.
6. 方杰, 王凯雄. 气相色谱-离子阱质谱法测定海洋贝类中多残留有机氯农药、多氯联苯和多环芳烃[J]. 分析化学, 2007, 35(11):1607-1613.
7. 杭伟, 杨芃原, 王小如,等. 高分辨本领飞行时间质量分析器的设计[J]. 分析仪器, 1993(3):11-14.
8. 史权, 赵锁奇, 徐春明,等. 傅立叶变换离子回旋共振质谱仪在石油组成分析中的应用[J]. 质谱学报, 2008, 29(6):367-378.
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