质谱四级杆工作原理
感谢您关注紫泰科技，我是陶工，这期和大家聊质谱中的四级杆。
第一个要探讨的事是，原型的四级杆好还是曲面的四级杆好？因为不同公司给您宣传的时候，都会说自己的四级杆形状性能比另外一个好。
那咱们从电场分布来看一下，左边红色场线的是曲面杆，右侧是圆杆，不管是什么形状，最终起作用的还是四级杆中的电场分布，这个分布决定了四级杆的性能，中间的是两个形状四级杆的叠加，发现这两个形状四级杆中间离子通过的地方场分布是一样的，其实两种形状的杆性能一样好，不过确实曲面杆加工难度比圆杆要高。
四极杆是由四根金属棒构成的，他们等距离且相互平行，相互位置为对角位置，这个位置在物理上要精度很高，四极杆的尺寸精密到千分之几英寸以内，否则质量轴就会不准，这个加工一般都在国外，即使咱们自己的国产质谱四级杆也都是在国外加工，对精度要求特别高。
您要说咱们国内就不能加工么？其实一些特别牛的地方也能，航空航天加工中心就行，不过您这几个杆这量太少，还不如出去加工划算，Agilent 气质中四极杆由内表面镀金的石英杆组成，我曾经真的傻傻的以为是纯金的。
四级杆工作原理是在一对相对位置的四极杆上，加上相同的直流电压DC和射频电压RF，在另一相对对杆上加上与上述的一对四极杆极性相反，但大小相同的DC电压和相位相反但振幅相同的RF电压。
四级杆工作原理简单点来说，在X、Y轴方向上，通过加载有一定规律的直流(U)和交流(V)电场，可以将特定质荷比的离子控制在四个电极中间作有规律振动，由于在Z轴方向上，离子具有初速度，那么这个离子就可以通过这个四极电场，到达检测器被检测出来。
复杂点说起源于椭圆鼓面振动规律的马修方程，能很好的描述离子在X，Y轴运动的规律，对于给定的直流电压和交流电压，离子运动可以产生稳定的轨迹，使得具有特定质荷比或质荷比范围的离子通过四极，特定离子的路径稳定性，由射频电压的大小和V与U/V决定。
通过绘制参数a与q的关系图，得到了二维四极场的稳定性图，这里请注意这几个区域，I是x和y轨道都是稳定的，II是x或y轨道有一个是稳定的，III是没有发生稳定的离子运动。
在左图的四个稳定区域中，小的中心区域I对于线性四极杆的正常质量分离操作特别重要，放大区域I得到通常所说的线性四极杆稳定图，在右下方展示，这个是在四级杆质谱中用到最多的图。
如果选择比值a/q，使2U/V=0.236/0.706=0.336，则xy稳定区收缩到图中的一个顶点，这个蓝色的区域代表对于给定质荷比离子，可以在蓝色直流电和交流电组成的区域内稳定通过四级杆，而在蓝色外面的非稳定区域，代表定质荷比离子不能通过四级杆。
蓝色的线是的扫描线，这个扫描线的斜率是个常数，是由a和q，或者直流和交流电压共同决定的，这条线与稳定区域的焦点之间的宽度为Δq，就是我们常指的分辨率。
调谐质量轴的时候就是调这个扫描线的斜率和截距，这里请注意，四级杆质谱的分辨率和灵敏度不可同时兼得。
假设正常的是亮蓝色的线，这个时候能获得很好的分辨率，由于Δq较小，让指定离子通过四级杆的时间短，通过的离子量少，灵敏度会下降，如果将扫描线调整到红色位置，对于当前的ABC三个物质来说，这个分辨率是极限，灵敏度开到最大，如果再降低到黑色的线，就会出现一个扫描点可以通过这三个不同质荷比的离子，四级杆就不能对这些离子进行区分，失去了意义。
接下来探讨一下，稳定区域内不同位置对离子运动的影响，这个图是稳定区域的放大图，左边是每个点在X方向运动的轨迹，右边是每个点在Y方向运动的轨迹，A点在前面线上，对应的电压使得离子在X方向上轨迹稳定，而在Y方向上轨迹不稳定，BCD在稳定区内部，XY方向运动都稳定，但是不同方向运动的方式不一样，E在右侧的线上离子在Y方向上轨迹稳定，而在X方向上轨迹不稳定。
通过精确设置调节这两种电压并应用在四极杆上，可以实现scan、sim和全通过的扫描模式，来看一下每种模式下四级杆都经历了什么变化。
首先是scan模式，通过设定好扫描范围，四级杆沿着扫描线对这个范围的离子进行扫描，质量过滤器连续移动，从扫描范围的顶部到扫描范围的底部以0.1amu的步速移动。
在扫描期限每个质量的丰度被测量或者采样的次数被称之为采样率，这里请注意扫描的顺序，是从高质荷比向低质荷比方向扫描，您也可以认为是从高电压向低电压方向扫描，到达扫描最低点后，仪器重新调整四级杆电压，继续从设定的高质荷比位置开始扫描。
这里请注意扫描时间和重置时间，重置时间应该少于从事其他活动所需的时间，总的周期时间是不会受到这种重置时间的影响，当四极杆被重置，控制卡可以初始化传输到工作站的数据，工作站可以将数据文件存储在磁盘上，用任何绘制的实时时间色谱和其它信息刷新屏幕，当您选择数据采集的质谱仪参数时，扫描循环时间和扫描时间已被确定。
在扫描时间内出现的指定质荷比离子会通过四级杆到达检测器，形成信号，刚才提到，每个质荷比扫描时间越短，灵敏度越低，对于范围扫描而言，由于每个质荷比时间很短，要满足灵敏度就要求化合物浓度要足够大，每种化合物才能有足够的扫描循环，才能形成可用的谱图。
而且您扫描的范围越大，扫描时间越长，相同宽度的色谱峰得到的信号得到的数据点就少，所以性能优良的质谱在扫描的时候可以设置扫描速度，尽可能的增加扫描循环，为了获得良好的定性数据，您应该在整个峰上面获得10次扫描，至少不小于5此，为了获得好的定量数据，应该在整个峰上面获得15-20次扫描，不过一般不会用scan来定性，多数用sim。
而对于sim，就非常简单，这个单位时间内四级杆只扫几个质荷比，有足够的时间来采集这个质荷比的数据，由于采集的时间长，对于这个指定质荷比的化合物灵敏度比scan要高的多。
SIM可以让质谱仪以极高的灵敏度检测特定的化合物，在SIM模式中，仪器被设置为采集感兴趣的质量的数据，而不是让质量分析器在一个宽的质量范围步进，因为质量分析器只收集感兴趣的质量，那么它只对选择的质量碎片响应，仪器只聚焦在感兴趣的化合物上。
因为只监测几个质量，那么在每个质量上所花的监测时间将会很长，因此被监测离子的灵敏度，精确度和精密度都会提高，在扫描模式下，许多质量被监测，每次监测的持续时间都很短，在一个典型的扫描操作中，每个质量的监测大约是100毫秒，既然信号/噪声的平方根和测量时间成正比，SIM模式的灵敏度大致是扫描模式的30倍以上，在实际操作中，20-100倍的提高都是有可能的，这取决于仪器，背景和样品基体等。
最后是全通过模式，这个就非常简单了，不加任何电压，让离子全部飘过四级杆到达后面，或者加很少的电压，让离子经过一点聚焦通过，减少离子的散射。
质谱四级杆工作原理
感谢您关注紫泰科技，我是陶工，这期和大家聊质谱中的四级杆。
第一个要探讨的事是，原型的四级杆好还是曲面的四级杆好？因为不同公司给您宣传的时候，都会说自己的四级杆形状性能比另外一个好。
那咱们从电场分布来看一下，左边红色场线的是曲面杆，右侧是圆杆，不管是什么形状，最终起作用的还是四级杆中的电场分布，这个分布决定了四级杆的性能，中间的是两个形状四级杆的叠加，发现这两个形状四级杆中间离子通过的地方场分布是一样的，其实两种形状的杆性能一样好，不过确实曲面杆加工难度比圆杆要高。
四极杆是由四根金属棒构成的，他们等距离且相互平行，相互位置为对角位置，这个位置在物理上要精度很高，四极杆的尺寸精密到千分之几英寸以内，否则质量轴就会不准，这个加工一般都在国外，即使咱们自己的国产质谱四级杆也都是在国外加工，对精度要求特别高。
您要说咱们国内就不能加工么？其实一些特别牛的地方也能，航空航天加工中心就行，不过您这几个杆这量太少，还不如出去加工划算，Agilent 气质中四极杆由内表面镀金的石英杆组成，我曾经真的傻傻的以为是纯金的。
四级杆工作原理是在一对相对位置的四极杆上，加上相同的直流电压DC和射频电压RF，在另一相对对杆上加上与上述的一对四极杆极性相反，但大小相同的DC电压和相位相反但振幅相同的RF电压。
四级杆工作原理简单点来说，在X、Y轴方向上，通过加载有一定规律的直流(U)和交流(V)电场，可以将特定质荷比的离子控制在四个电极中间作有规律振动，由于在Z轴方向上，离子具有初速度，那么这个离子就可以通过这个四极电场，到达检测器被检测出来。
复杂点说起源于椭圆鼓面振动规律的马修方程，能很好的描述离子在X，Y轴运动的规律，对于给定的直流电压和交流电压，离子运动可以产生稳定的轨迹，使得具有特定质荷比或质荷比范围的离子通过四极，特定离子的路径稳定性，由射频电压的大小和V与U/V决定。
通过绘制参数a与q的关系图，得到了二维四极场的稳定性图，这里请注意这几个区域，I是x和y轨道都是稳定的，II是x或y轨道有一个是稳定的，III是没有发生稳定的离子运动。
在左图的四个稳定区域中，小的中心区域I对于线性四极杆的正常质量分离操作特别重要，放大区域I得到通常所说的线性四极杆稳定图，在右下方展示，这个是在四级杆质谱中用到最多的图。
如果选择比值a/q，使2U/V=0.236/0.706=0.336，则xy稳定区收缩到图中的一个顶点，这个蓝色的区域代表对于给定质荷比离子，可以在蓝色直流电和交流电组成的区域内稳定通过四级杆，而在蓝色外面的非稳定区域，代表定质荷比离子不能通过四级杆。
蓝色的线是的扫描线，这个扫描线的斜率是个常数，是由a和q，或者直流和交流电压共同决定的，这条线与稳定区域的焦点之间的宽度为Δq，就是我们常指的分辨率。
调谐质量轴的时候就是调这个扫描线的斜率和截距，这里请注意，四级杆质谱的分辨率和灵敏度不可同时兼得。
假设正常的是亮蓝色的线，这个时候能获得很好的分辨率，由于Δq较小，让指定离子通过四级杆的时间短，通过的离子量少，灵敏度会下降，如果将扫描线调整到红色位置，对于当前的ABC三个物质来说，这个分辨率是极限，灵敏度开到最大，如果再降低到黑色的线，就会出现一个扫描点可以通过这三个不同质荷比的离子，四级杆就不能对这些离子进行区分，失去了意义。
接下来探讨一下，稳定区域内不同位置对离子运动的影响，这个图是稳定区域的放大图，左边是每个点在X方向运动的轨迹，右边是每个点在Y方向运动的轨迹，A点在前面线上，对应的电压使得离子在X方向上轨迹稳定，而在Y方向上轨迹不稳定，BCD在稳定区内部，XY方向运动都稳定，但是不同方向运动的方式不一样，E在右侧的线上离子在Y方向上轨迹稳定，而在X方向上轨迹不稳定。
通过精确设置调节这两种电压并应用在四极杆上，可以实现scan、sim和全通过的扫描模式，来看一下每种模式下四级杆都经历了什么变化。
首先是scan模式，通过设定好扫描范围，四级杆沿着扫描线对这个范围的离子进行扫描，质量过滤器连续移动，从扫描范围的顶部到扫描范围的底部以0.1amu的步速移动。
在扫描期限每个质量的丰度被测量或者采样的次数被称之为采样率，这里请注意扫描的顺序，是从高质荷比向低质荷比方向扫描，您也可以认为是从高电压向低电压方向扫描，到达扫描最低点后，仪器重新调整四级杆电压，继续从设定的高质荷比位置开始扫描。
这里请注意扫描时间和重置时间，重置时间应该少于从事其他活动所需的时间，总的周期时间是不会受到这种重置时间的影响，当四极杆被重置，控制卡可以初始化传输到工作站的数据，工作站可以将数据文件存储在磁盘上，用任何绘制的实时时间色谱和其它信息刷新屏幕，当您选择数据采集的质谱仪参数时，扫描循环时间和扫描时间已被确定。
在扫描时间内出现的指定质荷比离子会通过四级杆到达检测器，形成信号，刚才提到，每个质荷比扫描时间越短，灵敏度越低，对于范围扫描而言，由于每个质荷比时间很短，要满足灵敏度就要求化合物浓度要足够大，每种化合物才能有足够的扫描循环，才能形成可用的谱图。
而且您扫描的范围越大，扫描时间越长，相同宽度的色谱峰得到的信号得到的数据点就少，所以性能优良的质谱在扫描的时候可以设置扫描速度，尽可能的增加扫描循环，为了获得良好的定性数据，您应该在整个峰上面获得10次扫描，至少不小于5此，为了获得好的定量数据，应该在整个峰上面获得15-20次扫描，不过一般不会用scan来定性，多数用sim。
而对于sim，就非常简单，这个单位时间内四级杆只扫几个质荷比，有足够的时间来采集这个质荷比的数据，由于采集的时间长，对于这个指定质荷比的化合物灵敏度比scan要高的多。
SIM可以让质谱仪以极高的灵敏度检测特定的化合物，在SIM模式中，仪器被设置为采集感兴趣的质量的数据，而不是让质量分析器在一个宽的质量范围步进，因为质量分析器只收集感兴趣的质量，那么它只对选择的质量碎片响应，仪器只聚焦在感兴趣的化合物上。
因为只监测几个质量，那么在每个质量上所花的监测时间将会很长，因此被监测离子的灵敏度，精确度和精密度都会提高，在扫描模式下，许多质量被监测，每次监测的持续时间都很短，在一个典型的扫描操作中，每个质量的监测大约是100毫秒，既然信号/噪声的平方根和测量时间成正比，SIM模式的灵敏度大致是扫描模式的30倍以上，在实际操作中，20-100倍的提高都是有可能的，这取决于仪器，背景和样品基体等。
最后是全通过模式，这个就非常简单了，不加任何电压，让离子全部飘过四级杆到达后面，或者加很少的电压，让离子经过一点聚焦通过，减少离子的散射。
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