MS-MS联用仪的发展和结构 专家认为未来的MS-MS仪器将在下述几个方面发展:
1新的离子活化方法的研究
2宽的检测动态范围
3简化离子通道
4改善碰撞效率
5增加高质量范围
6降低价格
随着MS-MS技术在应用领域的深入,MS-MS仪器将会有更大的进展,并成为质谱学研究的主要工具。
MS-MS联用仪的结构
根据MS-MS 仪的原理,可以把它分为三个组成部分,即质量分离用的MS ,碰撞活化离解室,以及质谱检测用的MS ,现分别叙述。
a .质量分离用的MS
(a)扇形场质谱仪的质量分离
①磁场分离(B)
频闪仪|
测高仪|
测距仪|
金属探测器|
试验机|
扭力计|
流速仪|
粗糙度仪|
流量计|
平衡仪|
式中,V 为加速电压;rm为磁场偏转半径;H 为磁场强度。
保持V和rm不变,则,即改变磁场强度,可获得不同质量的离子、达到了质量分离的目的。改变上述公式的表达形式,,mv为动量。若保持H 不变,则意味着磁场的分离作用实质上是对动量的选择。
②电场分离(E)
式中E 为静电场电压。当re (电场偏转半径)保持不变时E 和V 成正比。这说明不同能量的离子将要求不同的E 值。扫描电场则获得不同能量的离子。改变上述公式,
若保持E 不变,则re与mv2成正比,这意味着E 的分离是对动能的选择。
实际上在碰撞活化的MS-MS 仪中,作为质量分离的MS 装置通常是B 或者EB 。前者为低分辨的质量选择,后者E 和B 的组合构成高分辨的质量选择。在研究亚稳离子时,则使用E 作为分离用的MS 装置。
(b)四极杆质谱仪的质量分离
按照Mathieu方程式,式中,V 为直流电压;U 为射频电压;ω为角频率;r0为四极杆的场半径;m 为离子质量。a 和q 为稳定图中的设定值,使该离子落入稳定区而能通过四极杆进入收集器,其它离子则依不稳定状态碰撞到四极杆且电荷被中和。四极杆实际工作时保持a / q 为一常数,扫描V(同时也扫描U ) ,由此达到线性的质量选择。
(c)飞行时间质谱仪的质量分离
式中,t 为离子的飞行时间;m 为离子质量。利用收集不同的飞行时间,获得不同的离子质量。
b .碰撞活化离解室
顾名思义,碰撞活化离解室是运动的离子与中性惰性气体进行碰撞,继而发生碰撞活化离解的区域。碰撞室有二种结构,一种是气密性的结构,保持入口和出口处小的口径;另一种是开放式,使用碰撞气的喷嘴和高效的抽气系统以维持碰撞室的压力。
(a)离子活化的方法
下表列出了各种离子活化的方法。常用的离子活化方法为碰撞活化分解,但是诱导碰撞仅是比较粗略地控制能量,而且碰撞所转化的内能对生物大分子的某些类型的反应还不够,即使是高能碰撞。另外,碰撞气的引入也是导致分辨率降低的原因。为此人们寻找新的离子活化方法。在表面诱导分解时,碰撞靶是一个固体表面,它传递给离子的能量是限定的,即能量分布窄,因而易于控制转化的内能,由此可区分难以区别的异构体。转化的内能可达30eV,一些难以离解的反应也能发生。光子活化分解是通过光的能量和波长来影响的。离子被赋予的内能分布窄并具有较多的转化内能,因而能控制离解反应并给出更多的信息。
(b)碰撞活化效率(A0)
碰撞活化效率是指入射母离子的份额与作为子离子被收集的份额之比,它包括了离解效率(Af)和收集效率(Ac)。通常认为:
以∑F 表示发生碰撞离解产生的所有碎片总丰度,P0为碰撞室入口处母离子的丰度,P为碰撞室出口处母离子的丰度,则:
故A0=Af×Ac。
(c)高低能碰撞的差异
下表中归纳了高能碰撞与低能碰撞之间的差异,反映了各自的特色。
c .质谱检测用的MS
质谱检测用的装置是与质量分离的MS 装置相同。往往两者相配合,如前者选择一个特定质量的离子,后者可以扫描一个谱图;前者扫描一个谱图,后者可固定一个质量窗口收集某一特定离子。当然还有其它模式,但可以把它简化为二个质谱仪通过碰撞活化离解室将它们连系起来,构成MS-MS。依此类推,形成MSn。
上述均涉及空间串联的MS-MS 仪。就时间串联的MS-MS 仪,其结构要简单得多。由于碰撞活化,质量的分离和检测均在一个空间中发生,只是在时间尺度上达到MS-MS 的串联。