ICP-MS讲座：15. 四极杆ICP-MS的分辨率与灵敏度

                      四极杆ICP-MS的分辨率与灵敏度

简介：

                      四极杆ICP-MS的分辨率与灵敏度

离子透镜对被提取的离子束几乎没有进行m/z的分离。这一过程是通过四极杆质量分析器的质量过滤作用完成的。四极杆质量分析的作用相当一个滤质器，能够通过四极杆质量分析器稳定离子通道的仅仅是一个质量单位的离子。其它质量的离子发生离轴偏转被过滤掉。

四根笔直的金属或表面镀有金属的极棒与轴线平行并等距悬置。棒的理想表面具有双曲面形，但由于加工工艺的原因，通常用近似双曲面的圆棒代替。棒的制造和安装要求都很高，尺寸公差要求在10m以下。相对的两级连接在一起，幅度为U和V的直流和射频电压分别加在每根棒上，一对加正极，一对加负极，每对极棒上所加的电压具有相同的幅度，但位差相差180度。被分析的离子沿轴向进入四极杆质量分析器的入口，其速度由它们的质量和能量决定。施加的射频电压使所有的离子偏转进入一个振荡路径通过极棒，若适当地选择射频和直流电压，则只有给定的m/z的离子能够得到四极场中的共振解而以共振的路径通过极棒，从四极杆质量分析器出口射出，其它的离子将由于无共振解而路径过分偏转，与极棒碰撞，并在极棒上被中和掉。
离子在四极杆中的轨迹和离子的传输特性可被相当准确的计算出来。定义：

式中：U为加在棒上的直流电压，V为加在棒上的射频电压，m/z为离子的质荷比，r为极棒间的内切半径，w为射频电压频率。以a为纵坐标，以q为横坐标，可绘制出离子稳定性图。

          离子稳定性图                        四极杆扫描原理图

离子轨迹由U、V、m/z、r、等固定参数决定。大多数a，q值下，射频和直流电场使离子移出极棒界面，这种轨迹称为不稳定轨迹。只有具有稳定轨迹的离子才能保留在极棒间，这些离子所具有的a、q值都落在稳定性图的金字塔区域内。
为方便地进行具有不同m/z的离子的分离，通常设定U/V=常数，由此可得到一条扫描线，在特定的U、V值下，扫描线上的每个给定点都对应一个特定的m/z值。因此，改变U、V值时，a、q值也发生改变，这相当于从一个m/z值沿扫描线移向另一个m/z值。
选择扫描线上的a、q值，相应值(a、q)处在稳定性图的顶点下，则具有m/z＝M的离子将以一个共振的路径通过极棒。在同样条件下的M-1和M+1处的邻近离子具有不同的(a、q)值，这些值都在稳定区域处，将不能通过极棒。当有四极杆对不同m/z值的离子进行分离时，电压U和V不断变化，但U/V保持不变，随着U、V的不断变化，不同m/z的离子的操作点将移入不同的稳定区域，并通过改变U、V值获得扫描质谱图。
M与M-1或M+1的分离程度取决于扫描线的斜率。如果U/V增大，扫描线的斜率增大，并靠近稳定区域的顶部，在此情况下通过质量分析器的m/z值的范围变窄，邻近的离子被分离得更完全，仪器的分辨率增大。随着仪器分辨率的增大，稳定区域的面积减少，具有稳定路径的离子数量随之减少，仪器灵敏度急剧下降。