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質(zhì)譜儀性能參數(shù)
我們作為質(zhì)譜儀的使用者，怎么來(lái)評(píng)估一臺(tái)質(zhì)譜儀的性能呢腊凶？或者說(shuō)，我們?nèi)绾芜x擇質(zhì)譜儀呢瘩欺？質(zhì)譜儀主要的性能參數(shù)如下圖愚屁，就讓小編來(lái)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先巴。
檢測(cè)限
“官方”的定義是肉津，與三倍噪音相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)的量杆故，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豆茫，或者量侨歉。比這個(gè)值再低的化合物，這臺(tái)質(zhì)譜儀就無(wú)能為力了揩魂。
我怎么知道我的質(zhì)譜儀的檢測(cè)限是多少呢幽邓？通常，我們會(huì)用利血平來(lái)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的化合物測(cè)定質(zhì)譜儀的檢測(cè)限火脉。比如牵舵，當(dāng)我們?cè)谫|(zhì)譜儀中注入50 fg（飛克）利血平柒啤，如果我們獲得的信噪比能達(dá)到100-1000，那么可以認(rèn)為這臺(tái)質(zhì)譜儀的檢測(cè)限是不錯(cuò)的棋枕。50 fg（飛克）利血平中大概只包含了幾萬(wàn)個(gè)利血平分子白修，也就是說(shuō)，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)重斑，那么這臺(tái)質(zhì)譜儀的靈敏度是挺高的了兵睛。大家可以認(rèn)為，靈敏度與檢測(cè)限評(píng)估的是同一種性能窥浪。
線性范圍
這個(gè)性能參數(shù)也是挺重要的祖很。它表示在什么樣的濃度范圍之內(nèi)，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)系漾脂。說(shuō)得簡(jiǎn)單點(diǎn)假颇，就是這個(gè)濃度范圍內(nèi)的樣品，用這臺(tái)質(zhì)譜儀檢測(cè)是比較合適的骨稿，高于或低于這個(gè)濃度范圍的樣品笨鸡，需要濃縮或者稀釋后才能用這臺(tái)質(zhì)譜儀檢測(cè)。
通常情況下坦冠，質(zhì)譜儀的線性范圍是在3-6個(gè)數(shù)量級(jí)形耗，也就是1,000 – 1,000,000這個(gè)范圍之內(nèi)。大部分質(zhì)譜儀是在1,000 – 10,000這個(gè)范圍內(nèi)辙浑。
這個(gè)參數(shù)之所以重要激涤，是因?yàn)楫?dāng)我們分析的樣品含量分布非常廣的時(shí)候，比如有的樣品含量只有幾十μg/ml判呕，而有的樣品含量可以達(dá)到幾mg/ml倦踢。在這個(gè)比較寬的濃度范圍內(nèi)，如果質(zhì)譜儀的線性范圍非常好侠草，我們不需要濃縮低濃度的樣品辱挥，也不需要稀釋高濃度的樣品，可以直接進(jìn)樣梦抢，這樣可以大大減少樣品前處理的復(fù)雜程度般贼，很好地節(jié)省時(shí)間，節(jié)省實(shí)驗(yàn)步驟奥吩。
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(shuō)的高分辨質(zhì)譜蕊梧，指的就是分辨率特別高霞赫，且質(zhì)量準(zhǔn)確度特別高。這兩個(gè)參數(shù)怎么理解呢肥矢？我們先來(lái)看看下面這個(gè)圖：
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)量差值端衰。
這是啥意思呢叠洗？假設(shè)我有兩個(gè)強(qiáng)度相同的質(zhì)譜峰，當(dāng)這兩個(gè)峰很靠近的時(shí)候旅东，我在什么情況下可以明確地判斷出這是兩個(gè)峰灭抑，而不是一個(gè)呢？基本準(zhǔn)則就是抵代，這兩峰的重疊部分的高度腾节，不超過(guò)任何一個(gè)質(zhì)譜峰峰高10%的時(shí)候，我們認(rèn)為這是兩個(gè)可分離的峰荤牍。反之案腺，如果這兩個(gè)峰重疊的部分超過(guò)10%，就認(rèn)為是不可分離的康吵，也就是說(shuō)劈榨，在處理質(zhì)譜圖時(shí)，是沒(méi)辦法按照兩個(gè)峰值來(lái)處理的晦嵌。
當(dāng)兩個(gè)峰實(shí)現(xiàn)10%基線分離時(shí)同辣，我們來(lái)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），然后用任何一個(gè)峰的質(zhì)荷比除以半峰寬惭载，就可以得到分辨率旱函。目前來(lái)講，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)棕兼，一般的四級(jí)桿可以達(dá)到5,000-10,000陡舅。
那么，高分辨質(zhì)譜的優(yōu)點(diǎn)如何體現(xiàn)呢伴挚？以上面的右圖為例靶衍，當(dāng)我們用低分辨質(zhì)譜儀檢測(cè)某種物質(zhì)時(shí)，只能得到最外面藍(lán)色的一個(gè)質(zhì)譜峰茎芋，當(dāng)我們不斷提高分辨率颅眶，會(huì)慢慢發(fā)現(xiàn)，這一個(gè)質(zhì)譜峰里面田弥，其實(shí)包含了若干小的質(zhì)譜峰涛酗，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。這對(duì)化合物鑒定來(lái)講偷厦，是很重要的信息商叹。如果我們把質(zhì)荷比都算錯(cuò)了，我們是很難鑒定到正確的蛋白的只泼。
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)剖笙。
比如說(shuō)，我們用17,500的分辨率來(lái)對(duì)一個(gè)化合物進(jìn)行掃描请唱，會(huì)發(fā)現(xiàn)在質(zhì)荷比在280.09的這個(gè)位置弥咪，有一個(gè)非常胖的質(zhì)譜峰（第一張譜圖紅色圓圈標(biāo)記）过蹂，我們可能會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)化合物，于是就開(kāi)始對(duì)這個(gè)化合物進(jìn)行鑒定聚至】嵘祝可是，當(dāng)我們不斷提高質(zhì)譜儀的分辨率扳躬，到一定程度時(shí)脆诉，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，這其實(shí)是兩個(gè)不同的峰（第四張譜圖紅色圓圈標(biāo)記）坦报。
也就是說(shuō)库说，用低分辨率質(zhì)譜里得到的質(zhì)荷比來(lái)鑒定化合物，得到的信息其實(shí)是不完全的（不一定是錯(cuò)的）片择，而通過(guò)高分辨質(zhì)譜潜的，我們就能獲得更全面的化合物信息，幫助我們做出正確的判斷字管。
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)荷比的差值啰挪，除以它真實(shí)的質(zhì)荷比與1,000,000的乘積。所以它是以ppm為單位的（百萬(wàn)分之一）嘲叔，這個(gè)數(shù)值看起來(lái)更方便亡呵。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)。
那么硫戈，我們?cè)趺磥?lái)測(cè)定一個(gè)質(zhì)譜儀的實(shí)際分辨率及質(zhì)量準(zhǔn)確性呢锰什？以李溱老師的一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例：
比如，我們選質(zhì)荷比是511.6這個(gè)峰丁逝，計(jì)算出它的半峰寬為0.012汁胆，于是它的分辨率就是511.6除以0.012，得到的值為42,500霜幼，而軟件給出的分辨率是48,700嫩码，是很接近的。
同樣的例子罪既，我們來(lái)計(jì)算質(zhì)量準(zhǔn)確性铸题。測(cè)到的質(zhì)荷比是511.5978，而這個(gè)峰實(shí)際的質(zhì)荷比是511.5995琢感，于是計(jì)算出質(zhì)量偏差為3.3ppm丢间，也就是說(shuō)此次實(shí)驗(yàn)的誤差就是3.3ppm，這么一個(gè)質(zhì)量偏差范圍通常是可以接受的驹针。
分辨率的重要性可能大伙兒容易理解千劈，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？我們還是以利血平為例牌捷。
利血平分子墙牌，在質(zhì)譜圖中的609.28066處會(huì)有一個(gè)質(zhì)譜峰。當(dāng)我們用單四級(jí)桿來(lái)分析利血平的時(shí)候暗甥，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）喜滨。也就是說(shuō)，當(dāng)把利血平注入一個(gè)四級(jí)桿質(zhì)譜中撤防，四級(jí)桿質(zhì)譜會(huì)告訴我們虽风，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)。
那么問(wèn)題就來(lái)了寄月！在609.2-609.4范圍內(nèi)辜膝，我們用C、H漾肮、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厂抖？答案是：209種！也就是說(shuō)克懊，我們要判斷這個(gè)化合物是不是利血平忱辅，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)確性不斷提高谭溉，可以組合出來(lái)的可能的化合物就會(huì)越來(lái)越少墙懂。當(dāng)質(zhì)量準(zhǔn)確性達(dá)到3 ppm的時(shí)候，只有4種可能的化合物扮念。當(dāng)達(dá)到2 ppm的時(shí)候损搬，得到的可能的化合物就只剩下2種了。這時(shí)候我們?cè)賮?lái)判斷化合物是不是利血平柜与，那么準(zhǔn)確性就會(huì)高很多很多巧勤。這就是為什么高分辨質(zhì)譜儀對(duì)于化合物鑒定來(lái)說(shuō)非常重要，它可以大大減少候選化合物的數(shù)量旅挤，提高鑒定的成功率踢关。
可以這么說(shuō)，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)確性粘茄。就像我們打靶签舞，比如我每次都能打到右上角一個(gè)點(diǎn)上，說(shuō)明打靶的精密度非常高柒瓣，但如果我的目標(biāo)是靶心儒搭，那說(shuō)明準(zhǔn)確性卻比較差。另一種情況芙贫，比如我打靶很多次搂鲫，打中的點(diǎn)很分散，東一槍西一槍磺平，但平均起來(lái)的位置剛好在靶心上魂仍，可以認(rèn)為質(zhì)量準(zhǔn)確性還可以拐辽，但精密度比較差。所以我們希望的是擦酌，質(zhì)譜儀的精密度和準(zhǔn)確性都非常高俱诸。
目前我們能用到的高分辨質(zhì)譜儀，不管是QTOF或者Orbitrap系列赊舶，都可以達(dá)到50,000以上的分辨率睁搭，同時(shí)也可以達(dá)到2-3ppm的質(zhì)量準(zhǔn)確性。所以說(shuō)笼平，如今做蛋白質(zhì)組學(xué)研究的童鞋們园骆，比起以前，真是幸福了很多寓调！
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)锌唾。那接下來(lái)我們就針對(duì)不同質(zhì)譜的性能做一個(gè)粗略的總結(jié)。
1捶牢、 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秋麸。超過(guò)4,000渐排，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)了灸蟆。它們的分辨率通常是2,000-4,000驯耻，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炒考，它們的優(yōu)勢(shì)是價(jià)格非常低可缚，而且整個(gè)儀器可以做得非常小。
2斋枢、 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)限小帘靡。如果待檢測(cè)的離子沒(méi)有質(zhì)量，那么它的飛行時(shí)間將是0瓤帚，于是可以測(cè)到質(zhì)荷比是0的離子描姚。同理，如果離子的質(zhì)量是無(wú)限大的戈次，那么它的飛行時(shí)間也是無(wú)限長(zhǎng)的轩勘，理論上也是可以檢測(cè)的。TOF的分辨率是5,000-60,000怯邪，掃描速度非嘲硌埃快，它的缺點(diǎn)是，TOF需要一個(gè)非常長(zhǎng)的離子跑道澄步，所以儀器的體積會(huì)很大冰蘑。
3、 FTICR：優(yōu)勢(shì)是分辨率非常高驮俗，可以達(dá)到1,000,000甚至更高懂缕，缺點(diǎn)是掃描速度比較慢，而且它需要一個(gè)超導(dǎo)磁鐵王凑，運(yùn)行費(fèi)用非常高，而且FTICR質(zhì)譜儀本身的價(jià)格也很高聋丝，通常都在100萬(wàn)美元以上索烹。
4、 Orbitrap：克服了FTICR必須要使用超導(dǎo)磁鐵的缺點(diǎn)弱睦，它的分辨率可以達(dá)到100,000到1,000,000萬(wàn)百姓，掃描速度不是很快，價(jià)格比FTICR要低一些况木。它受專利保護(hù)垒拢，目前只有Thermo公司可以生產(chǎn)。
對(duì)于蛋白質(zhì)組學(xué)研究來(lái)講火惊，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求类，質(zhì)量準(zhǔn)確性應(yīng)該優(yōu)于5ppm，質(zhì)量掃描范圍應(yīng)該在100-3,000屹耐，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)譜圖尸疆。達(dá)到以上條件的話，就算是滿足了我們做蛋白質(zhì)組學(xué)最基本的要求惶岭。
串聯(lián)質(zhì)譜
上面講到各種質(zhì)譜儀的優(yōu)缺點(diǎn)寿弱，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(lái)，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)或者并聯(lián)工作按灶。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(lái)會(huì)講）症革，以及實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)譜儀性能的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
我們知道鸯旁，不同的質(zhì)譜儀性能是不同的噪矛。比如說(shuō)，四級(jí)桿質(zhì)譜可以實(shí)現(xiàn)離子選擇羡亩，但它的分辨率比較差摩疑，而TOF不能實(shí)現(xiàn)離子的選擇，但分辨率比較高畏铆。那么我們能不能把不同性能的質(zhì)譜儀串到一起雷袋，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(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)需求。它們的結(jié)合方式有很多種：
第一種：三重四級(jí)桿（Triple Quadrupole）楷怒，或者串聯(lián)四級(jí)桿蛋勺，就是把三個(gè)四級(jí)桿串聯(lián)起來(lái)，這樣做的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)二級(jí)質(zhì)譜的掃描鸠删。
第二種：四級(jí)桿和飛行時(shí)間質(zhì)譜儀串聯(lián)到一起抱完，就是我們經(jīng)常聽(tīng)到的Q-TOF，它實(shí)際上是為了提高二級(jí)質(zhì)譜的分辨率刃泡。
第三種：Orbitrap與四級(jí)桿組合巧娱，比如Orbitrap Fusion，或者Orbitrap與離子阱組合到一起烘贴，比如說(shuō)Orbitrap Elite等禁添，就是這樣的組合。
首先桨踪，我們聊一聊怎么通過(guò)串聯(lián)質(zhì)譜儀獲得二級(jí)碎片離子老翘。
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)桿锻离，或者叫三重四級(jí)桿铺峭，它是由三個(gè)四級(jí)桿串聯(lián)起來(lái)。通常汽纠，第二個(gè)四級(jí)桿是由六級(jí)桿或八級(jí)桿來(lái)代替卫键，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)疏虫，而是一個(gè)collision cell永罚，即碰撞池，用來(lái)碎裂離子卧秘。
當(dāng)串聯(lián)四級(jí)桿工作的時(shí)候呢袱，第一個(gè)四級(jí)桿是開(kāi)啟了質(zhì)量選擇的模式，它讓特定質(zhì)荷比的離子穿過(guò)質(zhì)譜儀翅敌，而把其它的離子都甩掉（甩到四級(jí)桿上羞福，或者甩到四級(jí)桿的空間當(dāng)中去）。然后蚯涮，當(dāng)特定的離子被選擇好后（稱為母離子）治专，會(huì)進(jìn)入碰撞池。
在碰撞池里有這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)遭顶，就是入口和出口存在電壓差张峰，通常入口電壓會(huì)高于出口電壓，當(dāng)母離子進(jìn)來(lái)以后棒旗，通過(guò)電壓差的作用喘批，就會(huì)被加速。而且碰撞池里會(huì)充上氦氣或氮?dú)猓?dāng)離子被加速以后饶深，它就會(huì)與碰撞池里的氦氣或氮?dú)夥肿影l(fā)生碰撞餐曹、碎裂，形成一些碎片敌厘，叫做fragment ions台猴，也就是碎片離子，或者子離子俱两。這些碎片離子會(huì)進(jìn)到第三個(gè)四級(jí)桿中饱狂，進(jìn)行二級(jí)的掃描，得到二級(jí)質(zhì)譜圖锋华。
下圖就是一個(gè)串聯(lián)四級(jí)桿質(zhì)譜儀嗡官，我們可以看到，它仍然是一個(gè)非常緊湊的結(jié)構(gòu)毯焕。
三重四級(jí)桿
我們以萊克多巴胺為例磺樱，來(lái)看看它的分子通過(guò)串聯(lián)質(zhì)譜儀，會(huì)發(fā)生哪些變化芜辕，得到怎樣的譜圖。
萊克多巴胺這是一種獸藥块差。它的分子量是301.1672，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)上圖憨闰。第一張圖，測(cè)出來(lái)的質(zhì)荷比為302.1744鹉动，這是一個(gè)一級(jí)質(zhì)譜的掃描圖轧坎，在302.1744處有一個(gè)萊克多巴胺的質(zhì)譜峰。
然后呢缸血，我們告訴質(zhì)譜儀械筛，把302.1744處的這個(gè)離子挑出來(lái)，將CID（碰撞誘導(dǎo)解離）電壓設(shè)為10伏埋哟，即在碰撞池的入口與出口處增加一個(gè)10V的電壓差，讓離子以10V的碰撞能來(lái)進(jìn)行碰撞渔呵。碰撞以后，在第二張圖里扩氢，我們看到302處的信號(hào)強(qiáng)度變?nèi)趿寺疾颍瑫r(shí)284和164的信號(hào)強(qiáng)度變強(qiáng)了，原來(lái)沒(méi)有看到的107双饥、121、136信號(hào)也出現(xiàn)了趴生。
接下來(lái)昏翰，我們把碰撞電壓從10V增加到25V，增加以后我們會(huì)發(fā)現(xiàn)浸踩，302處的信號(hào)完全消失了统求，表明原來(lái)在第一個(gè)四級(jí)桿中被選擇出來(lái)的這個(gè)離子，經(jīng)過(guò)高能量的碰撞后折剃，完全碎裂了冒滩，碎成了91、107开睡、121、136和164這樣一些碎片離子篇恒。那么這些碎片離子都是什么呢扶檐？
我們通過(guò)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)胁艰，比如164其實(shí)對(duì)應(yīng)著萊克多巴胺右端的局部智蝠，136對(duì)應(yīng)的是左半部分奈梳，等等。
通過(guò)分析碎片的化學(xué)結(jié)構(gòu)漆撞，我們就可以把它們拼裝起來(lái)浮驳，拼成一個(gè)完整的萊克多巴胺分子至会。這就是我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)二級(jí)質(zhì)譜圖谱俭，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)化合物的結(jié)構(gòu)鑒定昆著。而實(shí)際的鑒定過(guò)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。
那么對(duì)于多肽瞳别，或者說(shuō)對(duì)于蛋白酶解后的多肽片段來(lái)說(shuō)祟敛，我們可以通過(guò)同樣的過(guò)程馆铁，通過(guò)分析一個(gè)多肽理論上可以得到哪些碎片，然后與譜圖進(jìn)行對(duì)比埠巨，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多肽序列的鑒定望侈。這部分后面會(huì)詳細(xì)再講勋桶。我們先來(lái)看個(gè)簡(jiǎn)單的例子侥猬，如下圖：
比如說(shuō)我們有左上角這樣一個(gè)肽段退唠，理論上可以得到灰色標(biāo)記出的各種b-y離子荤胁，通過(guò)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）松蒜，通過(guò)將這些信息拼裝起來(lái)已旧，我們就可以知道多肽的序列是什么。
上面通過(guò)以三重四級(jí)桿為例惊楼，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)譜圖的秸讹。那么璃诀，其它一些串聯(lián)質(zhì)譜儀也是類似的過(guò)程。
Q-TOF
Q-TOF與串聯(lián)四級(jí)桿其實(shí)是非常像的棕诵，只不過(guò)它把第三個(gè)四級(jí)桿換成了一個(gè)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀凿将。也就是說(shuō)牧抵，一個(gè)四級(jí)桿，接一個(gè)碰撞池犀变，然后接一個(gè)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀弛作。為了增加飛行的距離，我們會(huì)讓離子拐個(gè)彎再飛回來(lái)机隙，這種叫反射模式飛行，讓離子在更短的空間內(nèi)可以飛得更遠(yuǎn)一些旭旭。
下面這個(gè)圖就是一個(gè)Q-TOF質(zhì)譜儀葱跋，是Bruker生產(chǎn)的娱俺。它的飛行時(shí)間管（flight tube）的長(zhǎng)度可以達(dá)到3.6米，離子飛一個(gè)來(lái)回是7.2米荠卷。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)候油宜，還會(huì)再次提到慎冤。
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(guò)下面這個(gè)示意圖感受一下醉者。
這個(gè)系列有好幾種串聯(lián)質(zhì)譜儀湃交，比如Q Exactive質(zhì)譜儀藤巢，它的Q1也是一個(gè)四級(jí)桿息罗，Q2是碰撞池，Q3是被一個(gè)Orbitrap所取代绍刮。
再比如Orbitrap Elite孩革，它的Q1是一個(gè)離子阱得运，Q2是一個(gè)碰撞池锅移，Q3為一個(gè)Orbitrap饱搏，也就是說(shuō)推沸，Orbitrap Elite里面是沒(méi)有四級(jí)桿的，它用一個(gè)離子阱代替了四級(jí)桿鬓催。
還有一款是Orbitrap Fusion（見(jiàn)下圖）宇驾，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)桿菌瘫，第二級(jí)是一個(gè)離子阱布卡，第三級(jí)是一個(gè)Orbitrap，同時(shí)它還有一個(gè)碰撞池栖忠，整體是一個(gè)非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)贸街。它的特點(diǎn)是，Orbitrap與離子阱可以同步進(jìn)行掃描捐川。
一般的質(zhì)譜儀里逸尖，兩個(gè)質(zhì)量檢測(cè)量是不能同時(shí)掃描的娇跟，只能是一個(gè)作為質(zhì)量檢測(cè)的功能，另外一個(gè)作為過(guò)濾用盹沈。而Orbitrap Fusion里的離子阱和Orbitrap是同時(shí)可以進(jìn)行掃描的吃谣，也就是說(shuō)做裙，它是一個(gè)并列的結(jié)構(gòu)菇用，而不僅僅是串聯(lián)的陷揪，所以它的掃描速度會(huì)更快，性能也更好卦绣。Fusion的分辨率可以達(dá)到240,000 – 960,000飞蚓。
上面小編分享了幾種常用的質(zhì)譜儀趴拧，那么以Q-TOF為例，我們?cè)賮?lái)學(xué)習(xí)一下質(zhì)譜儀的基本構(gòu)造添履。
對(duì)于質(zhì)譜儀來(lái)說(shuō)脑又，最核心的部分就是質(zhì)量分析器，它包括兩個(gè)部分往衷，就是前面我們?cè)敿?xì)介紹的質(zhì)量過(guò)濾器和質(zhì)量檢測(cè)器席舍。質(zhì)譜儀所有其它部分都是為這個(gè)核心部分來(lái)服務(wù)的哮笆。
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？我們知道东且，質(zhì)譜儀是一臺(tái)檢測(cè)氣態(tài)離子質(zhì)荷比的儀器珊泳，當(dāng)一個(gè)氣態(tài)離子在空氣中飛行時(shí)拷沸，它會(huì)與空氣分子發(fā)生碰撞薯演，它帶的電荷可能就會(huì)被撞沒(méi)了跨扮，而成為一個(gè)不帶電荷的氣態(tài)分子，那么質(zhì)譜儀就無(wú)法再測(cè)量它的質(zhì)荷比了帝嗡。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)定存在璃氢，所以質(zhì)譜儀需要一個(gè)真空系統(tǒng)，讓離子可以穩(wěn)定地飛行巢寡，不受其它空氣分子的干擾椰苟。
真空系統(tǒng)通常需要有兩級(jí)，一級(jí)是低真空爪幻，由機(jī)械泵或油泵來(lái)提供须误，它可以大概1-3個(gè)mbar京痢，也就是千分之一個(gè)大氣壓的壓力環(huán)境，低真空的目的是為了給高真空提供一個(gè)后備壓力環(huán)境臭家。高真空是用渦輪泵來(lái)提供的方淤，它的真空程度是-1E-5~-1E-10 mbar，在這樣一個(gè)真空環(huán)境里你踩，空氣分子基本上都被抽干凈了。
可能你想問(wèn)吩谦，為什么要求這個(gè)數(shù)量級(jí)的真空條件呢膝藕？
我們先引出一個(gè)概念芭挽，叫離子的平均自由程（mean free path），它的意思是策严，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)空氣分子饿敲。這就決定了離子在真空中可以穩(wěn)定存在多久。
以串聯(lián)四級(jí)桿為例倔韭，串聯(lián)四級(jí)桿質(zhì)譜儀大概有1米長(zhǎng)左右瓢对，所以我們希望離子在飛行1米的過(guò)程中硕蛹，不要碰到其它的空氣分子。那么對(duì)于串聯(lián)四級(jí)桿來(lái)講秧荆，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埃仪。所以串聯(lián)四級(jí)桿通常只需要-1E5 mbar的真空度。
而對(duì)于Q-TOF來(lái)說(shuō)颁股，離子的飛行距離大概是在5-7米（大伙兒還記得嗎傻丝？前面介紹Q-TOF時(shí)專門提到了7米這個(gè)飛行距離）葡缰，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)允睹，所以Q-TOF質(zhì)譜儀要求的真空度大約在-1E-6 ~ -1E-7 mbar幌氮，才能保證離子在飛行這么長(zhǎng)的過(guò)程中该互，不會(huì)碰撞到其它空氣分子韭畸。
而對(duì)于Orbitrap質(zhì)譜儀，離子在里面飛行的時(shí)間可以達(dá)到1秒鐘随橘，會(huì)飛行非常遠(yuǎn)的距離锦庸，所以O(shè)rbitrap要求-1E-10 mbar這樣的真空度甘萧。
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，變成一個(gè)氣態(tài)的離子牙言，所以需要一個(gè)離子源來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能怪得。
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。
氣體系統(tǒng)：氣體供應(yīng)和廢氣處理（氮?dú)獠隙稀鍤猓?/p>
電力供應(yīng)：UPS不間斷電源系統(tǒng)
加上核心組件質(zhì)量分析器因谎，以上就是組成質(zhì)譜儀的六大系統(tǒng)财岔。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)桐款。
安裝好這六大組件的質(zhì)譜儀可以用下面的示意圖來(lái)表示夷恍。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)大盒子里遏暴，這個(gè)模塊叫主機(jī)，而低真空泵（油泵）會(huì)放在主機(jī)的外面州丹，因?yàn)檫@部分會(huì)產(chǎn)生很多的震動(dòng)墓毒、噪音和熱量亲怠，需要分開(kāi)放置，從而防止震動(dòng)對(duì)質(zhì)譜儀產(chǎn)生的影響主胧。質(zhì)譜儀前面會(huì)有一個(gè)離子源徙垫，側(cè)面會(huì)有一個(gè)廢氣口姻报，質(zhì)譜儀和泵產(chǎn)生的廢氣，通過(guò)這個(gè)排氣管排到室外损肛。尤其是泵產(chǎn)生的廢氣荣瑟，通常是致癌的，所以排氣尤其重要劫谅。
