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三重四極桿質(zhì)譜儀是一種非常常見的質(zhì)譜儀器，廣泛應用于化學分析、環(huán)境監(jiān)測、食品安全、藥物分析等領域。其工作原理是基于質(zhì)譜分析技術，結合了多個四極桿的串聯(lián)和碰撞誘導解離（CID）等技術，能夠?qū)碗s樣品進行高靈敏度、高選擇性的定性與定量分析。下面我們詳細解析其工作原理。
一、基本組成
三重四極桿質(zhì)譜儀由三個四極桿組成，每個四極桿都是一個由四根金屬桿組成的電場元件，分別標記為Q1、Q2和Q3。每個四極桿具有特定的功能和作用：
Q1（第一四極桿，選擇性過濾）：用來選擇特定的母離子（前體離子），也就是我們需要分析的目標離子。
Q2（第二四極桿，碰撞池）：用于將選中的母離子與氣體分子發(fā)生碰撞，發(fā)生碰撞誘導解離（CID）產(chǎn)生碎片離子（子離子）。
Q3（第三四極桿，選擇性過濾）：用于選擇和檢測從Q2中生成的碎片離子，也即子離子。
二、工作原理
1.離子源（IonSource）
首先，樣品需要通過離子源（如電子轟擊源、化學電離源等）轉(zhuǎn)化為帶電離子。通常情況下，樣品在離子源中通過與電子或化學試劑的相互作用產(chǎn)生帶正電或負電的離子。
2.Q1：選擇母離子（PrecursorIonSelection）
進入第一個四極桿（Q1）之前，離子被加速到特定的速度，Q1負責選擇其中的一部分母離子。Q1通過調(diào)節(jié)其電場，使得只有質(zhì)量/電荷比（m/z）為目標離子的離子能夠通過其電場，其它不需要的離子被排除。
例如：如果目標離子的質(zhì)荷比（m/z）為300，那么Q1就會調(diào)節(jié)電場，使得只有m/z為300的離子能夠通過，其它質(zhì)荷比的離子則會被過濾掉。
3.Q2：碰撞池和碎片化（Collision-InducedDissociation,CID）
選擇通過Q1的母離子將進入第二個四極桿（Q2）。Q2是一個碰撞池，里面充滿了氣體（通常是氬氣）。在Q2中，母離子會與碰撞氣體發(fā)生碰撞，導致其解離成多個碎片離子。這種過程被稱為碰撞誘導解離（CID）。
例如，如果母離子是m/z300，經(jīng)過Q2的碰撞池后，它可能解離成多個碎片離子，像是m/z100、150、200等等，這些就是所謂的子離子。
4.Q3：選擇碎片離子（ProductIonSelection）
最后，進入第三個四極桿（Q3）。Q3的作用是選擇特定的子離子進行檢測。與Q1類似，Q3會通過電場調(diào)節(jié)，只允許目標碎片離子通過。通過這一過程，質(zhì)譜儀能夠準確地識別特定的碎片離子，并且由此反推出原始母離子的結構和成分。
例如：如果我們希望檢測m/z150的子離子，Q3將僅允許m/z150的離子通過并進入質(zhì)譜檢測器進行檢測。
5.質(zhì)譜檢測器（Detector）
最終，選擇的離子會到達質(zhì)譜儀的檢測器（例如，電子倍增管），在這里它們會被檢測和記錄。通過對母離子及其碎片離子的分析，可以獲得目標分子的結構信息，并進行定性和定量分析。
三、三重四極桿質(zhì)譜儀的優(yōu)點
高靈敏度：通過三重四極桿串聯(lián)過濾，能夠?qū)δ繕朔肿舆M行高效的選擇性分析，從而提高檢測的靈敏度和特異性。
高選擇性：由于采用了母離子與子離子的選擇，能夠有效地剔除干擾信號，增加目標物質(zhì)的選擇性檢測能力。
定量能力強：可以通過目標離子（母離子）和碎片離子（子離子）的響應強度比值進行高精度的定量分析。
適用于復雜樣品：對于復雜的樣品（如環(huán)境樣品、食品、藥物等），三重四極桿質(zhì)譜儀能夠有效地進行多組分同時分析。
四、應用領域
環(huán)境監(jiān)測：可用于檢測空氣、水體、土壤中的有害物質(zhì)，如農(nóng)藥等。
食品安全：通過分析食品中的農(nóng)藥殘留、添加劑等，確保食品安全。
臨床藥物檢測：用于藥物的血液濃度檢測、代謝物分析、藥物的定量分析等。
藥物研發(fā)：在藥物研發(fā)過程中，三重四極桿質(zhì)譜儀廣泛用于藥物的定量分析、藥物代謝和藥效研究。
五、總結
三重四極桿質(zhì)譜儀通過三個四極桿的串聯(lián)配置，能夠高效地進行離子的選擇、碎片化、過濾和檢測，具有很高的靈敏度和選擇性。其定量和定性分析能力使其在環(huán)境分析、食品安全、藥物分析等多個領域得到了廣泛應用。
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