說明：此篇筆記系2016-2017年由克里克學(xué)院與康昱盛主辦的蛋白質(zhì)組學(xué)網(wǎng)絡(luò)大課堂整理而成济赎，侵刪鉴逞。該課程由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院的李溱老師所授。

主要知識(shí)點(diǎn)：
--質(zhì)譜儀性能參數(shù)：檢測(cè)限司训、線性范圍构捡、分辨率和質(zhì)量準(zhǔn)確度
--串聯(lián)質(zhì)譜類型及工作原理
--質(zhì)譜輔助系統(tǒng)

質(zhì)譜儀性能參數(shù)

我們作為質(zhì)譜儀的使用者，怎么來評(píng)估一臺(tái)質(zhì)譜儀的性能呢壳猜？或者說勾徽，我們?nèi)绾芜x擇質(zhì)譜儀呢？質(zhì)譜儀主要的性能參數(shù)如下圖统扳，就讓小編來依次為大伙兒解釋一下這些高大上的參數(shù)名稱到底是啥意思吧喘帚。

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檢測(cè)限

“官方”的定義是，與三倍噪音相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)的量闪幽，我們可以理解為這是質(zhì)譜儀能夠檢測(cè)到的最低含量化合物的濃度啥辨，或者量。比這個(gè)值再低的化合物盯腌，這臺(tái)質(zhì)譜儀就無(wú)能為力了溉知。

我怎么知道我的質(zhì)譜儀的檢測(cè)限是多少呢？通常腕够，我們會(huì)用利血平來作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的化合物測(cè)定質(zhì)譜儀的檢測(cè)限级乍。比如，當(dāng)我們?cè)谫|(zhì)譜儀中注入50 fg（飛克）利血平帚湘，如果我們獲得的信噪比能達(dá)到100-1000玫荣，那么可以認(rèn)為這臺(tái)質(zhì)譜儀的檢測(cè)限是不錯(cuò)的。50 fg（飛克）利血平中大概只包含了幾萬(wàn)個(gè)利血平分子大诸，也就是說捅厂，如果能實(shí)現(xiàn)對(duì)含有幾萬(wàn)個(gè)小分子的化合物進(jìn)行檢測(cè)，那么這臺(tái)質(zhì)譜儀的靈敏度是挺高的了资柔。大家可以認(rèn)為焙贷，靈敏度與檢測(cè)限評(píng)估的是同一種性能。

線性范圍

這個(gè)性能參數(shù)也是挺重要的贿堰。它表示在什么樣的濃度范圍之內(nèi)辙芍，質(zhì)譜儀檢測(cè)到的信號(hào)與樣品濃度之間成線性的關(guān)系。說得簡(jiǎn)單點(diǎn)，就是這個(gè)濃度范圍內(nèi)的樣品故硅，用這臺(tái)質(zhì)譜儀檢測(cè)是比較合適的庶灿，高于或低于這個(gè)濃度范圍的樣品，需要濃縮或者稀釋后才能用這臺(tái)質(zhì)譜儀檢測(cè)吃衅。

通常情況下往踢，質(zhì)譜儀的線性范圍是在3-6個(gè)數(shù)量級(jí)，也就是1,000 – 1,000,000這個(gè)范圍之內(nèi)捐晶。大部分質(zhì)譜儀是在1,000 – 10,000這個(gè)范圍內(nèi)菲语。

這個(gè)參數(shù)之所以重要，是因?yàn)楫?dāng)我們分析的樣品含量分布非常廣的時(shí)候惑灵，比如有的樣品含量只有幾十μg/ml山上，而有的樣品含量可以達(dá)到幾mg/ml。在這個(gè)比較寬的濃度范圍內(nèi)英支，如果質(zhì)譜儀的線性范圍非常好佩憾，我們不需要濃縮低濃度的樣品，也不需要稀釋高濃度的樣品干花，可以直接進(jìn)樣妄帘，這樣可以大大減少樣品前處理的復(fù)雜程度，很好地節(jié)省時(shí)間池凄，節(jié)省實(shí)驗(yàn)步驟抡驼。

分辨率和質(zhì)量準(zhǔn)確度

這是兩個(gè)非常重要的參數(shù)，我們常說的高分辨質(zhì)譜肿仑，指的就是分辨率特別高致盟，且質(zhì)量準(zhǔn)確度特別高。這兩個(gè)參數(shù)怎么理解呢尤慰？我們先來看看下面這個(gè)圖：

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分辨率

就是質(zhì)譜儀可以分辨的最近兩個(gè)質(zhì)譜峰的質(zhì)量差值馏锡。

這是啥意思呢？假設(shè)我有兩個(gè)強(qiáng)度相同的質(zhì)譜峰伟端，當(dāng)這兩個(gè)峰很靠近的時(shí)候杯道，我在什么情況下可以明確地判斷出這是兩個(gè)峰，而不是一個(gè)呢责蝠？基本準(zhǔn)則就是党巾，這兩峰的重疊部分的高度，不超過任何一個(gè)質(zhì)譜峰峰高10%的時(shí)候霜医，我們認(rèn)為這是兩個(gè)可分離的峰昧港。反之，如果這兩個(gè)峰重疊的部分超過10%支子，就認(rèn)為是不可分離的，也就是說达舒，在處理質(zhì)譜圖時(shí)值朋，是沒辦法按照兩個(gè)峰值來處理的叹侄。

當(dāng)兩個(gè)峰實(shí)現(xiàn)10%基線分離時(shí)，我們來測(cè)定任何一個(gè)質(zhì)譜峰的半峰寬（就是峰高一半處的峰寬）昨登，然后用任何一個(gè)峰的質(zhì)荷比除以半峰寬趾代，就可以得到分辨率。目前來講丰辣，高分辨質(zhì)譜儀的分辨率可以達(dá)到50,000-100,000的數(shù)量級(jí)撒强，一般的四級(jí)桿可以達(dá)到5,000-10,000。

那么笙什，高分辨質(zhì)譜的優(yōu)點(diǎn)如何體現(xiàn)呢飘哨？以上面的右圖為例，當(dāng)我們用低分辨質(zhì)譜儀檢測(cè)某種物質(zhì)時(shí)琐凭，只能得到最外面藍(lán)色的一個(gè)質(zhì)譜峰芽隆，當(dāng)我們不斷提高分辨率，會(huì)慢慢發(fā)現(xiàn)统屈，這一個(gè)質(zhì)譜峰里面胚吁，其實(shí)包含了若干小的質(zhì)譜峰，高分辨質(zhì)譜儀得到的質(zhì)荷比與低分辨獲得的質(zhì)荷比是有非常明顯的差異愁憔。這對(duì)化合物鑒定來講腕扶，是很重要的信息。如果我們把質(zhì)荷比都算錯(cuò)了吨掌，我們是很難鑒定到正確的蛋白的半抱。

下面這個(gè)圖也能很直觀地告訴我們質(zhì)譜檢測(cè)高分辨率的優(yōu)勢(shì)。

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比如說思犁，我們用17,500的分辨率來對(duì)一個(gè)化合物進(jìn)行掃描代虾，會(huì)發(fā)現(xiàn)在質(zhì)荷比在280.09的這個(gè)位置，有一個(gè)非常胖的質(zhì)譜峰（第一張譜圖紅色圓圈標(biāo)記）激蹲，我們可能會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)化合物棉磨，于是就開始對(duì)這個(gè)化合物進(jìn)行鑒定⊙瑁可是乘瓤，當(dāng)我們不斷提高質(zhì)譜儀的分辨率，到一定程度時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)卵慰，這其實(shí)是兩個(gè)不同的峰（第四張譜圖紅色圓圈標(biāo)記）抵窒。

也就是說，用低分辨率質(zhì)譜里得到的質(zhì)荷比來鑒定化合物统抬，得到的信息其實(shí)是不完全的（不一定是錯(cuò)的），而通過高分辨質(zhì)譜，我們就能獲得更全面的化合物信息聪建，幫助我們做出正確的判斷钙畔。

質(zhì)量準(zhǔn)確度

是指質(zhì)譜儀測(cè)到的質(zhì)荷比與它實(shí)際的質(zhì)荷比的差值，除以它真實(shí)的質(zhì)荷比與1,000,000的乘積金麸。所以它是以ppm為單位的（百萬(wàn)分之一）擎析，這個(gè)數(shù)值看起來更方便。目前高分辨質(zhì)譜儀質(zhì)量準(zhǔn)確度在2-5個(gè)ppm的范圍之內(nèi)挥下。

那么揍魂，我們?cè)趺磥頊y(cè)定一個(gè)質(zhì)譜儀的實(shí)際分辨率及質(zhì)量準(zhǔn)確性呢？以李溱老師的一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例：

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比如棚瘟，我們選質(zhì)荷比是511.6這個(gè)峰现斋，計(jì)算出它的半峰寬為0.012，于是它的分辨率就是511.6除以0.012解取，得到的值為42,500步责，而軟件給出的分辨率是48,700，是很接近的禀苦。

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同樣的例子蔓肯，我們來計(jì)算質(zhì)量準(zhǔn)確性。測(cè)到的質(zhì)荷比是511.5978振乏，而這個(gè)峰實(shí)際的質(zhì)荷比是511.5995蔗包，于是計(jì)算出質(zhì)量偏差為3.3ppm，也就是說此次實(shí)驗(yàn)的誤差就是3.3ppm慧邮，這么一個(gè)質(zhì)量偏差范圍通常是可以接受的调限。

分辨率的重要性可能大伙兒容易理解，那質(zhì)量準(zhǔn)確性的高低到底對(duì)化合物鑒定會(huì)有怎樣的影響呢误澳？我們還是以利血平為例耻矮。

利血平分子，在質(zhì)譜圖中的609.28066處會(huì)有一個(gè)質(zhì)譜峰忆谓。當(dāng)我們用單四級(jí)桿來分析利血平的時(shí)候裆装，單四級(jí)桿的質(zhì)量準(zhǔn)確性大約是在0.1個(gè)質(zhì)量單位（165ppm）。也就是說倡缠，當(dāng)把利血平注入一個(gè)四級(jí)桿質(zhì)譜中哨免，四級(jí)桿質(zhì)譜會(huì)告訴我們，這個(gè)化合物的質(zhì)荷比大概是在609.2-609.4這個(gè)范圍之內(nèi)昙沦。

那么問題就來了琢唾！在609.2-609.4范圍內(nèi)，我們用C盾饮、H采桃、O和N四種元素可以組合出多少種在化學(xué)上可以存在的化合物呢懒熙？答案是：209種！也就是說芍碧，我們要判斷這個(gè)化合物是不是利血平煌珊，得出正確結(jié)果的可能性只有1/209！

當(dāng)我們將質(zhì)量準(zhǔn)確性不斷提高泌豆，可以組合出來的可能的化合物就會(huì)越來越少。當(dāng)質(zhì)量準(zhǔn)確性達(dá)到3 ppm的時(shí)候吏饿，只有4種可能的化合物踪危。當(dāng)達(dá)到2 ppm的時(shí)候，得到的可能的化合物就只剩下2種了猪落。這時(shí)候我們?cè)賮砼袛嗷衔锸遣皇抢秸暝叮敲礈?zhǔn)確性就會(huì)高很多很多。這就是為什么高分辨質(zhì)譜儀對(duì)于化合物鑒定來說非常重要笨忌，它可以大大減少候選化合物的數(shù)量蓝仲，提高鑒定的成功率。

可以這么說官疲，分辨率與質(zhì)量偏差分別評(píng)估了質(zhì)譜儀的精密度與準(zhǔn)確性袱结。就像我們打靶，比如我每次都能打到右上角一個(gè)點(diǎn)上途凫，說明打靶的精密度非常高垢夹，但如果我的目標(biāo)是靶心，那說明準(zhǔn)確性卻比較差维费。另一種情況果元，比如我打靶很多次，打中的點(diǎn)很分散犀盟，東一槍西一槍而晒，但平均起來的位置剛好在靶心上，可以認(rèn)為質(zhì)量準(zhǔn)確性還可以阅畴，但精密度比較差倡怎。所以我們希望的是，質(zhì)譜儀的精密度和準(zhǔn)確性都非常高恶阴。

目前我們能用到的高分辨質(zhì)譜儀诈胜，不管是QTOF或者Orbitrap系列，都可以達(dá)到50,000以上的分辨率冯事，同時(shí)也可以達(dá)到2-3ppm的質(zhì)量準(zhǔn)確性焦匈。所以說，如今做蛋白質(zhì)組學(xué)研究的童鞋們昵仅，比起以前缓熟，真是幸福了很多累魔！

前面給大伙兒分享了評(píng)估質(zhì)譜儀的幾個(gè)重要參數(shù)。那接下來我們就針對(duì)不同質(zhì)譜的性能做一個(gè)粗略的總結(jié)够滑。

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1垦写、 四級(jí)桿和離子阱：它們的質(zhì)量掃描范圍是有限的，通常情況下是在10-4,000彰触。超過4,000梯投，四級(jí)桿和離子阱就只能作為離子傳輸用，而不能用于離子檢測(cè)了况毅。它們的分辨率通常是2,000-4,000分蓖，好一點(diǎn)的離子阱可以達(dá)到10,000-20,000。掃描速度都不是很快尔许，它們的優(yōu)勢(shì)是價(jià)格非常低么鹤，而且整個(gè)儀器可以做得非常小。

2味廊、 TOF：它最大的優(yōu)勢(shì)是可以測(cè)量的質(zhì)量范圍理論上可以無(wú)限大和無(wú)限小蒸甜。如果待檢測(cè)的離子沒有質(zhì)量，那么它的飛行時(shí)間將是0余佛，于是可以測(cè)到質(zhì)荷比是0的離子柠新。同理，如果離子的質(zhì)量是無(wú)限大的衙熔，那么它的飛行時(shí)間也是無(wú)限長(zhǎng)的登颓，理論上也是可以檢測(cè)的。TOF的分辨率是5,000-60,000红氯，掃描速度非晨蛄快，它的缺點(diǎn)是痢甘，TOF需要一個(gè)非常長(zhǎng)的離子跑道喇嘱，所以儀器的體積會(huì)很大。

3塞栅、 FTICR：優(yōu)勢(shì)是分辨率非常高者铜，可以達(dá)到1,000,000甚至更高，缺點(diǎn)是掃描速度比較慢放椰，而且它需要一個(gè)超導(dǎo)磁鐵作烟，運(yùn)行費(fèi)用非常高，而且FTICR質(zhì)譜儀本身的價(jià)格也很高砾医，通常都在100萬(wàn)美元以上拿撩。

4、 Orbitrap：克服了FTICR必須要使用超導(dǎo)磁鐵的缺點(diǎn)如蚜，它的分辨率可以達(dá)到100,000到1,000,000萬(wàn)压恒，掃描速度不是很快影暴，價(jià)格比FTICR要低一些。它受專利保護(hù)探赫，目前只有Thermo公司可以生產(chǎn)型宙。

對(duì)于蛋白質(zhì)組學(xué)研究來講，我們對(duì)質(zhì)譜儀器性能的最低要求是：分辨率至少在40,000-50,000伦吠，質(zhì)量準(zhǔn)確性應(yīng)該優(yōu)于5ppm妆兑，質(zhì)量掃描范圍應(yīng)該在100-3,000，掃描速度是每秒至少獲得一張高分辨的一級(jí)譜圖和十張高分辨的二級(jí)譜圖毛仪。達(dá)到以上條件的話箭跳，就算是滿足了我們做蛋白質(zhì)組學(xué)最基本的要求。

串聯(lián)質(zhì)譜

上面講到各種質(zhì)譜儀的優(yōu)缺點(diǎn)潭千，那么我們這里引入串聯(lián)質(zhì)譜的概念：將相同或者不同的質(zhì)譜儀串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)或者并聯(lián)工作借尿。這樣做的目的有兩個(gè)：產(chǎn)生二級(jí)碎片離子（為什么要產(chǎn)生二級(jí)碎片離子我們后來會(huì)講）刨晴，以及實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)譜儀性能的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

我們知道路翻，不同的質(zhì)譜儀性能是不同的狈癞。比如說，四級(jí)桿質(zhì)譜可以實(shí)現(xiàn)離子選擇茂契，但它的分辨率比較差蝶桶，而TOF不能實(shí)現(xiàn)離子的選擇，但分辨率比較高掉冶。那么我們能不能把不同性能的質(zhì)譜儀串到一起真竖，讓它們協(xié)同工作呢？我們通常會(huì)利用串聯(lián)質(zhì)譜或者M(jìn)S-MS來實(shí)現(xiàn)這個(gè)需求厌小。它們的結(jié)合方式有很多種：

第一種：三重四級(jí)桿（Triple Quadrupole）恢共，或者串聯(lián)四級(jí)桿，就是把三個(gè)四級(jí)桿串聯(lián)起來璧亚，這樣做的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)二級(jí)質(zhì)譜的掃描讨韭。

第二種：四級(jí)桿和飛行時(shí)間質(zhì)譜儀串聯(lián)到一起，就是我們經(jīng)常聽到的Q-TOF癣蟋，它實(shí)際上是為了提高二級(jí)質(zhì)譜的分辨率透硝。

第三種：Orbitrap與四級(jí)桿組合，比如Orbitrap Fusion疯搅，或者Orbitrap與離子阱組合到一起濒生，比如說Orbitrap Elite等，就是這樣的組合秉撇。

首先甜攀，我們聊一聊怎么通過串聯(lián)質(zhì)譜儀獲得二級(jí)碎片離子秋泄。

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上面是一個(gè)串聯(lián)四級(jí)桿結(jié)構(gòu)的示意圖。串聯(lián)四級(jí)桿规阀，或者叫三重四級(jí)桿恒序，它是由三個(gè)四級(jí)桿串聯(lián)起來。通常谁撼，第二個(gè)四級(jí)桿是由六級(jí)桿或八級(jí)桿來代替歧胁，但我們還是叫它四級(jí)桿。這個(gè)四級(jí)桿不是一個(gè)質(zhì)量選擇系統(tǒng)厉碟，而是一個(gè)collision cell喊巍，即碰撞池，用來碎裂離子箍鼓。

當(dāng)串聯(lián)四級(jí)桿工作的時(shí)候崭参，第一個(gè)四級(jí)桿是開啟了質(zhì)量選擇的模式，它讓特定質(zhì)荷比的離子穿過質(zhì)譜儀款咖，而把其它的離子都甩掉（甩到四級(jí)桿上何暮，或者甩到四級(jí)桿的空間當(dāng)中去）。然后铐殃，當(dāng)特定的離子被選擇好后（稱為母離子）海洼，會(huì)進(jìn)入碰撞池。

在碰撞池里有這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)富腊，就是入口和出口存在電壓差坏逢，通常入口電壓會(huì)高于出口電壓，當(dāng)母離子進(jìn)來以后赘被，通過電壓差的作用是整，就會(huì)被加速。而且碰撞池里會(huì)充上氦氣或氮?dú)饬备梗?dāng)離子被加速以后贰盗，它就會(huì)與碰撞池里的氦氣或氮?dú)夥肿影l(fā)生碰撞、碎裂阳欲，形成一些碎片舵盈，叫做fragment ions，也就是碎片離子球化，或者子離子秽晚。這些碎片離子會(huì)進(jìn)到第三個(gè)四級(jí)桿中，進(jìn)行二級(jí)的掃描筒愚，得到二級(jí)質(zhì)譜圖赴蝇。

下圖就是一個(gè)串聯(lián)四級(jí)桿質(zhì)譜儀，我們可以看到巢掺，它仍然是一個(gè)非常緊湊的結(jié)構(gòu)句伶。

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三重四級(jí)桿

我們以萊克多巴胺為例劲蜻，來看看它的分子通過串聯(lián)質(zhì)譜儀，會(huì)發(fā)生哪些變化考余，得到怎樣的譜圖先嬉。

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萊克多巴胺這是一種獸藥。它的分子量是301.1672楚堤，結(jié)構(gòu)式見上圖疫蔓。第一張圖，測(cè)出來的質(zhì)荷比為302.1744身冬，這是一個(gè)一級(jí)質(zhì)譜的掃描圖衅胀，在302.1744處有一個(gè)萊克多巴胺的質(zhì)譜峰。

然后呢酥筝，我們告訴質(zhì)譜儀滚躯，把302.1744處的這個(gè)離子挑出來，將CID（碰撞誘導(dǎo)解離）電壓設(shè)為10伏嘿歌，即在碰撞池的入口與出口處增加一個(gè)10V的電壓差哀九，讓離子以10V的碰撞能來進(jìn)行碰撞。碰撞以后搅幅，在第二張圖里，我們看到302處的信號(hào)強(qiáng)度變?nèi)趿撕襞撸瑫r(shí)284和164的信號(hào)強(qiáng)度變強(qiáng)了茄唐，原來沒有看到的107、121蝇更、136信號(hào)也出現(xiàn)了沪编。

接下來，我們把碰撞電壓從10V增加到25V年扩，增加以后我們會(huì)發(fā)現(xiàn)蚁廓，302處的信號(hào)完全消失了，表明原來在第一個(gè)四級(jí)桿中被選擇出來的這個(gè)離子厨幻，經(jīng)過高能量的碰撞后相嵌，完全碎裂了，碎成了91况脆、107饭宾、121、136和164這樣一些碎片離子格了。那么這些碎片離子都是什么呢看铆？

我們通過分析結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們分別對(duì)應(yīng)著萊克多巴胺的不同的碎片結(jié)構(gòu)盛末，比如164其實(shí)對(duì)應(yīng)著萊克多巴胺右端的局部弹惦，136對(duì)應(yīng)的是左半部分否淤，等等。

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通過分析碎片的化學(xué)結(jié)構(gòu)棠隐，我們就可以把它們拼裝起來石抡，拼成一個(gè)完整的萊克多巴胺分子。這就是我們?nèi)绾瓮ㄟ^二級(jí)質(zhì)譜圖宵荒，來實(shí)現(xiàn)對(duì)化合物的結(jié)構(gòu)鑒定汁雷。而實(shí)際的鑒定過程常常會(huì)更復(fù)雜更傷腦筋一些，上面只是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例报咳。

那么對(duì)于多肽侠讯，或者說對(duì)于蛋白酶解后的多肽片段來說，我們可以通過同樣的過程暑刃，通過分析一個(gè)多肽理論上可以得到哪些碎片厢漩，然后與譜圖進(jìn)行對(duì)比，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多肽序列的鑒定岩臣。這部分后面會(huì)詳細(xì)再講溜嗜。我們先來看個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如下圖：

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比如說我們有左上角這樣一個(gè)肽段架谎，理論上可以得到灰色標(biāo)記出的各種b-y離子炸宵，通過分析質(zhì)譜圖，可以從中找到對(duì)應(yīng)的碎片離子（右邊表格里紅色標(biāo)記的都是可以從質(zhì)譜圖中找到的碎片離子）谷扣，通過將這些信息拼裝起來土全，我們就可以知道多肽的序列是什么。

上面通過以三重四級(jí)桿為例会涎，跟大伙兒分享了串聯(lián)質(zhì)譜儀是如何獲取二級(jí)碎片離子及二級(jí)譜圖的裹匙。那么，其它一些串聯(lián)質(zhì)譜儀也是類似的過程末秃。

Q-TOF

Q-TOF與串聯(lián)四級(jí)桿其實(shí)是非常像的概页，只不過它把第三個(gè)四級(jí)桿換成了一個(gè)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀。也就是說练慕，一個(gè)四級(jí)桿惰匙，接一個(gè)碰撞池，然后接一個(gè)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀铃将。為了增加飛行的距離徽曲，我們會(huì)讓離子拐個(gè)彎再飛回來，這種叫反射模式飛行麸塞，讓離子在更短的空間內(nèi)可以飛得更遠(yuǎn)一些秃臣。

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下面這個(gè)圖就是一個(gè)Q-TOF質(zhì)譜儀，是Bruker生產(chǎn)的。它的飛行時(shí)間管（flight tube）的長(zhǎng)度可以達(dá)到3.6米奥此，離子飛一個(gè)來回是7.2米弧哎。這個(gè)數(shù)字大伙兒可以留意一下，后面在講真空度的時(shí)候稚虎，還會(huì)再次提到撤嫩。

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Orbitrap系列

Orbitrap系列比一般的串聯(lián)質(zhì)譜儀要復(fù)雜一些，大伙兒可以通過下面這個(gè)示意圖感受一下蠢终。

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這個(gè)系列有好幾種串聯(lián)質(zhì)譜儀序攘，比如Q Exactive質(zhì)譜儀，它的Q1也是一個(gè)四級(jí)桿寻拂，Q2是碰撞池程奠，Q3是被一個(gè)Orbitrap所取代。

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再比如Orbitrap Elite祭钉，它的Q1是一個(gè)離子阱瞄沙，Q2是一個(gè)碰撞池，Q3為一個(gè)Orbitrap慌核，也就是說距境，Orbitrap Elite里面是沒有四級(jí)桿的，它用一個(gè)離子阱代替了四級(jí)桿垮卓。

還有一款是Orbitrap Fusion（見下圖）垫桂，它是三種質(zhì)譜儀混在一些的組合，它的第一級(jí)是四級(jí)桿粟按，第二級(jí)是一個(gè)離子阱伪货，第三級(jí)是一個(gè)Orbitrap，同時(shí)它還有一個(gè)碰撞池钾怔，整體是一個(gè)非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是蒙挑，Orbitrap與離子阱可以同步進(jìn)行掃描宗侦。

一般的質(zhì)譜儀里，兩個(gè)質(zhì)量檢測(cè)量是不能同時(shí)掃描的忆蚀，只能是一個(gè)作為質(zhì)量檢測(cè)的功能矾利，另外一個(gè)作為過濾用。而Orbitrap Fusion里的離子阱和Orbitrap是同時(shí)可以進(jìn)行掃描的馋袜，也就是說男旗，它是一個(gè)并列的結(jié)構(gòu)，而不僅僅是串聯(lián)的欣鳖，所以它的掃描速度會(huì)更快察皇，性能也更好。Fusion的分辨率可以達(dá)到240,000 – 960,000。

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上面小編分享了幾種常用的質(zhì)譜儀什荣，那么以Q-TOF為例矾缓，我們?cè)賮韺W(xué)習(xí)一下質(zhì)譜儀的基本構(gòu)造。

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對(duì)于質(zhì)譜儀來說稻爬，最核心的部分就是質(zhì)量分析器嗜闻，它包括兩個(gè)部分，就是前面我們?cè)敿?xì)介紹的質(zhì)量過濾器和質(zhì)量檢測(cè)器桅锄。質(zhì)譜儀所有其它部分都是為這個(gè)核心部分來服務(wù)的琉雳。

除了這個(gè)核心的組件以外，質(zhì)譜儀還需要以下幾個(gè)部分輔助：

質(zhì)譜輔助系統(tǒng)

真空系統(tǒng)：為什么需要有真空系統(tǒng)呢友瘤？我們知道翠肘，質(zhì)譜儀是一臺(tái)檢測(cè)氣態(tài)離子質(zhì)荷比的儀器，當(dāng)一個(gè)氣態(tài)離子在空氣中飛行時(shí)商佑，它會(huì)與空氣分子發(fā)生碰撞锯茄，它帶的電荷可能就會(huì)被撞沒了，而成為一個(gè)不帶電荷的氣態(tài)分子茶没，那么質(zhì)譜儀就無(wú)法再測(cè)量它的質(zhì)荷比了肌幽。所以我們希望得到的這個(gè)氣態(tài)離子能夠在質(zhì)譜儀中穩(wěn)定存在，所以質(zhì)譜儀需要一個(gè)真空系統(tǒng)抓半，讓離子可以穩(wěn)定地飛行喂急，不受其它空氣分子的干擾。

真空系統(tǒng)通常需要有兩級(jí)笛求，一級(jí)是低真空廊移，由機(jī)械泵或油泵來提供，它可以大概1-3個(gè)mbar探入，也就是千分之一個(gè)大氣壓的壓力環(huán)境狡孔，低真空的目的是為了給高真空提供一個(gè)后備壓力環(huán)境。高真空是用渦輪泵來提供的蜂嗽，它的真空程度是-1E-5~-1E-10 mbar苗膝，在這樣一個(gè)真空環(huán)境里，空氣分子基本上都被抽干凈了植旧。

可能你想問辱揭，為什么要求這個(gè)數(shù)量級(jí)的真空條件呢？

我們先引出一個(gè)概念病附，叫離子的平均自由程（mean free path）问窃，它的意思是，一個(gè)離子在一個(gè)真空環(huán)境中飛行多長(zhǎng)的距離會(huì)碰到下一個(gè)空氣分子完沪。這就決定了離子在真空中可以穩(wěn)定存在多久域庇。

以串聯(lián)四級(jí)桿為例，串聯(lián)四級(jí)桿質(zhì)譜儀大概有1米長(zhǎng)左右，所以我們希望離子在飛行1米的過程中较剃，不要碰到其它的空氣分子咕别。那么對(duì)于串聯(lián)四級(jí)桿來講，只要維持的真空度能保證1米距離內(nèi)不會(huì)碰到空氣分子就可以了写穴。所以串聯(lián)四級(jí)桿通常只需要-1E5 mbar的真空度惰拱。

而對(duì)于Q-TOF來說，離子的飛行距離大概是在5-7米（大伙兒還記得嗎啊送？前面介紹Q-TOF時(shí)專門提到了7米這個(gè)飛行距離）偿短，比串聯(lián)四級(jí)桿的飛行距離長(zhǎng)了將近一個(gè)數(shù)據(jù)級(jí)，所以Q-TOF質(zhì)譜儀要求的真空度大約在-1E-6 ~ -1E-7 mbar馋没，才能保證離子在飛行這么長(zhǎng)的過程中昔逗，不會(huì)碰撞到其它空氣分子。

而對(duì)于Orbitrap質(zhì)譜儀篷朵，離子在里面飛行的時(shí)間可以達(dá)到1秒鐘勾怒，會(huì)飛行非常遠(yuǎn)的距離，所以O(shè)rbitrap要求-1E-10 mbar這樣的真空度声旺。

離子源系統(tǒng)：我們需要把樣品從外界大氣壓的非電離環(huán)境中導(dǎo)入質(zhì)譜儀笔链，變成一個(gè)氣態(tài)的離子，所以需要一個(gè)離子源來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能腮猖。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜儀的控制和數(shù)據(jù)的采集鉴扫。

氣體系統(tǒng)：氣體供應(yīng)和廢氣處理（氮?dú)狻鍤猓?/p>

電力供應(yīng)：UPS不間斷電源系統(tǒng)

加上核心組件質(zhì)量分析器澈缺，以上就是組成質(zhì)譜儀的六大系統(tǒng)坪创。后面我們還會(huì)討論每一部分的結(jié)構(gòu)、使用以及維護(hù)姐赡。

安裝好這六大組件的質(zhì)譜儀可以用下面的示意圖來表示莱预。通常情況下，質(zhì)量分析器和高真空的渦輪泵都會(huì)裝在一個(gè)大盒子里项滑，這個(gè)模塊叫主機(jī)依沮，而低真空泵（油泵）會(huì)放在主機(jī)的外面，因?yàn)檫@部分會(huì)產(chǎn)生很多的震動(dòng)杖们、噪音和熱量，需要分開放置肩狂，從而防止震動(dòng)對(duì)質(zhì)譜儀產(chǎn)生的影響摘完。質(zhì)譜儀前面會(huì)有一個(gè)離子源，側(cè)面會(huì)有一個(gè)廢氣口傻谁，質(zhì)譜儀和泵產(chǎn)生的廢氣孝治，通過這個(gè)排氣管排到室外。尤其是泵產(chǎn)生的廢氣，通常是致癌的谈飒，所以排氣尤其重要岂座。

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以上討論了如何評(píng)估質(zhì)譜儀的性能、串聯(lián)質(zhì)譜儀的工作原理杭措，以及組成質(zhì)譜儀的六大組件费什。下一篇將會(huì)聊聊液相色譜儀的構(gòu)成，以及液質(zhì)聯(lián)用設(shè)備的工作原理手素。