四极杆的工作原理 |
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四极杆的工作原理
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1953年，西德物理科学家Wolfgang Paul和Helmut Steinwedel描述了四级杆质谱仪。在4根平行杆之间，叠加的射频(RF)和恒定的直流(DC)电势能够作为质谱分离器，或过滤器，仅限于特点质量范围的离子，以恒定振幅振荡，能够在分析器上收集。 现代仪器制造商将四级杆瞄准到特定的应用中，既可用于分析无机元素（包括同位素），又可用于分析有机小分子，还可用于分析生物大分子，在生命科学、材料科学、环境科学、药物硏发、食品安全和石油化工等领域发挥着巨大而不可替代的作用。随着科学技术的发展，质谱的分析能力愈加强大，在方方面面的应用越来越普遍。 工作原理 概述：质谱仪是用来检测物质含量（定量分析）和鉴定物质类别（定性分析）的仪器。其主要原理是将分析样品中的待测组分电离成带电离子；带电离子在电场或者磁场的作用下进行空间或者时间上的分离；分离后的带电离子被检测器检测，得到包含有不同带电离子质荷比和相对强度的质谱图，进而推算出分析样品中不同组分的分子量。 通过质谱图或者精确的分子量测量，可以对待测组分做定性分析；利用检测到的离子强度，可以对待测组分做准确的定量分析。 带电离子进入电场，受到电场力和前进方向的影响，将逐渐靠近与所带电荷相反电极运动。
离子的运动轨迹
在工作状态中，四极杆能通过控制电压发挥离子选择、分子量测定、离子通过等功能。那么问题来了：
金属条们怎样发挥他们的洪荒之力做到对离子运动的控制的呢？
在它的设计中（如下图），对着的两根杆连在一起，是同极；再分别施加直流电压（U）和射频电压（V，可理解为交流电）。下图中z轴是离子进入四极杆的方向，x表示离子在横向的运动，y表示离子在纵向的运动。
四级杆原理
离子进入四极杆后，运动方向是z轴，x轴方向和y轴方向受到直流和交流电的交替影响，在x，y轴方向发生偏移，只要保证偏移幅度在一定范围内，就能在四极杆中以一定的轨道运动，因此，每个离子在四极杆中都存在稳定区域，而这个稳定区域如果与离子的质荷比相关。就能解开四极杆测量质荷比的秘密。
计算步骤表述简略如下：
其中，U是直流电压，V是交流RF电压的振幅，ω是RF电压的角频率。给上述等式求导和转化，得到Paul等式如下(纪念四极杆原理的研发者Paul和Steinwegen而命名）：
u表示离子的位置，x，y都可以，au和qu分别表示离子在直流和交流电压影响下的稳定区域（在x和y轴的运动范围）。从等式中得到，稳定区域仅和离子的质量、电荷两个变量相关,其他参数都是常数。
将上面两个公式相比，将看到离子的稳定区域和U, V是呈线性关系的。用U和V表示稳定区域如下图( m1 |
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