串联质谱仪主要构造

串联质谱仪（MS/MS）核心构造解析

串联质谱技术（Tandem Mass Spectrometry，简称MS/MS）作为现代分析化学领域不可或缺的强大工具，广泛应用于药物研发、环境监测、食品安全、蛋白质组学等多个高精度分析场景。其核心优势在于能够通过多级质量分析，实现对特定母离子的高效选择、裂解以及产物离子的精确检测，从而提供比单级质谱更深入、更具特异性的分子结构信息。深入理解其关键构造单元，对于优化实验设计、解读分析结果至关重要。

离子源：多样的分子“入口”

串联质谱仪的旅程始于离子源，负责将待测分析物转化为气相离子。不同的样品类型和分析需求催生了多种成熟的离子源技术：

• 电喷雾电离（Electrospray Ionization, ESI）: 适用于极性、高分子量化合物，如蛋白质、多肽、核酸等。通过高压电场将液体样品雾化成带电的液滴，溶剂蒸发后产生离子。
• 基质辅助激光解吸电离（Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization, MALDI）: 适用于大分子，如蛋白质、聚合物。样品与紫外吸收基质混合，激光照射引发基质蒸发，携带分析物分子脱附并电离。
• 电子电离（Electron Ionization, EI）: 传统且广泛应用的离子源，适用于挥发性有机化合物。高能电子束轰击气相分子，引发电离和碎片化。

质量分离器（质量分析器）：分拣离子的“精密筛网”

串联质谱仪的核心在于其串联的质量分析器，它们协同工作，实现对离子的分离和识别。不同类型的串联质谱仪在质量分析器的组合上有所差异，常见的组合形式包括：

四极杆（Quadrupole, Q）串联质谱仪

• 构造: 由四根平行放置的金属杆组成，通过施加直流电压（DC）和射频电压（RF）的组合，形成一个特定质荷比（m/z）范围内的离子传输通道。
• 工作原理:
  • Q1（第一质量分析器）: 选择特定m/z的母离子。
  • 碰撞池（Collision Cell, CC）: 通常位于Q1和Q3之间，用于对选定的母离子进行能量损失（CID/HCD）或电子转移（ETD）等裂解，产生子离子。
  • Q3（第三质量分析器）: 分析裂解产生的子离子，记录其m/z信息。
  
  
• 典型配置: QqQ (Triple Quadrupole)，即两个四极杆作为质量分析器，中间为碰撞池。

离子阱（Ion Trap, IT）串联质谱仪

• 构造: 通常由一个环形电极和两个端盖电极组成，利用射频和直流电场的组合来捕获和操纵离子。
• 工作原理: 离子被捕获在阱内，可以通过施加特定电场进行选择性地“弹出”特定m/z的离子（MSn），然后进行裂解和再分析。
• 典型配置: IT (Ion Trap), QIT (Quadrupole Ion Trap), Q-TOF (Quadrupole-Time-of-Flight) 仪器中也常集成离子阱技术。

飞行时间（Time-of-Flight, TOF）串联质谱仪

• 构造: 由离子源、加速区域、飞行管和离子探测器组成。
• 工作原理: 离子在恒定电场中被加速，然后进入一个无电场的飞行管。由于相同动能下，m/z不同的离子具有不同的速度，它们到达探测器的时间也不同，从而实现质荷比的分离。TOF具有极高的质量分辨率和测量速度。
• 典型配置: Q-TOF，将四极杆作为母离子选择器，TOF作为子离子质量分析器。

傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry, FT-ICR）

• 构造: 在强外加磁场中，离子在回旋加速器中做圆周运动，其回旋频率与m/z成反比。通过感应信号的傅里叶变换来获得精确的m/z信息。
• 工作原理: FT-ICR质谱仪提供极高的质量分辨率和质量精确度，适用于复杂体系和精确质量测量的研究。

碰撞池：子离子的“诞生地”

无论采用何种类型的质量分析器，串联质谱技术都离不开一个专门的区域用于母离子的碰撞诱导解离（CID）或高能碰撞解离（HCD）。在这个区域，选定的母离子与惰性气体（如氦气、氩气）发生碰撞，获得能量并断裂化学键，产生一系列子离子。碰撞能量的控制直接影响碎片谱的复杂度和信息量，从而影响后续的结构鉴定。

离子探测器：捕捉“信号的哨兵”

终，经过质量分析器分离的离子到达离子探测器。常见的探测器是电子倍增器（Electron Multiplier, EM），它可以有效地放大微弱的离子信号，将其转化为可测量的电信号，终形成质谱图。

数据处理与分析：智能的“解读员”

尽管不是物理构造的一部分，但高效的数据处理和分析软件是串联质谱仪不可或缺的“大脑”。它们负责解析海量的质谱数据，进行峰识别、信号积分、母子离子匹配、谱图比对以及终的定性定量分析，将原始的信号转化为具有科学价值的信息。

理解串联质谱仪的这些核心构造单元，有助于我们更好地掌握其工作原理，在实际应用中做出更明智的选择，并终获得可靠、有深度的分析结果。