三重四极杆质谱仪（QqQ）：各种扫描模式介绍

三重四极杆QqQ是第一代多分析器中唯一仍在市场上销售的仪器（其他早期MS/MS仪器均采用扇形磁场技术）。QqQ仍是最常购买的多分析器系统。就分析性能而言，"三重四极杆"这一名称用词不当，因为只有外侧的两个四极杆（Q1和Q3）可以扫描。中间的四极杆（q2）没有分析功能，但可作为碰撞池，从Q1出来的离子在此进行CID（碰撞-诱导解离）。在q2中使用纯Rf场（射频电场）来约束碰撞产生的碎片离子，并将它们传送到Q3中，而不进行任何分离。实际上，q2（碰撞池）并不一定是四极杆，也可以是一个利用CID技术对分析物进行离子碎裂的腔室。碰撞池的设计应能防止碎片离子在形成并传输到Q3时发生散射。四极杆是扫描分析器，采集全谱的灵敏度有限，但监测单个m/z值时灵敏度很高。使用两个既可扫描也可固定的分析器，可实现三重四极杆的多功能性。扫描和固定两种操作的可能组合，能让三重四极杆实现多种数据采集模式，从而实现截然不同的分析策略。▲图1.三重四极杆仪器的运行模式产物离子（子离子）扫描Q1固定，Q3扫描。在Q1中选择感兴趣的离子（m/z），然后将其转移到碰撞池（q2）中，通过与目标（试剂）气体（通常是氩气或氮气）中的中性原子（分子）相互作用进行CID。在q2中形成的产物离子根据其在Q3中的m/z值进行分析，从而产生由选定前体离子碎裂出的离子质谱。这是获取未知化合物结构信息最常用的MS/MS方法。这些数据与使用其他多分析器生成的数据类似；但灵敏度比非扫描分析器低一到两个数量级（因为Q3是扫描分析器）。前体离子（母离子）扫描Q1扫描，Q3固定。这种方法与产物离子扫描相反。首先扫描Q1，产生的离子进入Q2，在那里进行CID。然后Q3保持固定，只允许一个特定的m/z值通过。Q3中的信号可与Q1的扫描函数相关联；因此，可获得已碎裂为指定产物的前体离子的谱图。这种方法的一个重要应用是：鉴定混合物中属于特定类别化合物的成分。前体扫描可用于在复杂混合物中搜索所需的化合物类别，因为Q3设置为选择特征性带电CID片段。中性丢失扫描Q1扫描，Q3扫描。Q1和Q3以相同的速率进行扫描，但扫描结果会相互偏移一个m/z值，该值与碰撞池(q2)中CID过程中作为中性物质丢失的特定选定成分相对应。当已知某类化合物会出现特定的中性丢失时，这种类型的MS/MS分析就能确定混合物中释放出中性碎片的成分；例如，羧酸往往会丢失CO2，因此Q1和Q3扫描会偏移44Da。多重反应监测（MRM）/选择反应监测(SRM)Q1固定，Q3固定。Q1设置为只通过与分析物相对应的m/z，通常是[M+H]+离子。从Q1出来的离子在q2中进行CID，并使用Q3监测特定的产物离子（m/z）。从Q1产生的离子不仅包括相关化合物的离子，还包括产生相同m/z的所有其他物质的离子。这些离子是化学背景/噪声，可能有多种来源，例如样品中的共洗脱化合物、萃取过程本身产生的离子（如溶剂污染物）或仪器内的常驻化合物。随着分析样品中分析物浓度的逐渐降低，在相关m/z出现的化学噪声最终会限制将分析物离子与背景噪声区分开来的能力，即达到检测极限。▲图2.单四极杆分析仪和三重四极杆分析仪离子痕量分析的比较如果在Q1后放置一个检测器，则化学噪声造成的限制与单四极杆仪器相同（图2，左侧）。相反，在三重四极杆中，q2中的CID会产生碎片，分析物离子和干扰噪音离子不太可能产生相同的产物离子m/z。因此，当Q3设置为监测被分析物的特定产物离子时，干扰物产生的背景离子（噪音）将被剔除，因为这些干扰物已经碎片化为其他m/z值。虽然在这一过程中会损失分析物离子，但仍有很大的好处，因为本底离子被更大程度地抑制，从而提高了信噪比（图2，右侧）。由于没有收集到完整的谱图，数据的特异性会降低。不过，通过监测被分析物的第二个碎片离子，并确保：样品提取物中两个离子的强度比，与被分析物标准品的强度比相同，可以提高特异性。MRM（SRM）是一种MS/MS采集模式，类似于单分析器中的选择离子监测(SIM)。当已知前体和产物的质量都是被分析物的特征时，MRM可以对目标（已知）化合物进行高灵敏度和高特异性的定量分析，即使在高度复杂的生物或环境基质中也是如此。其应用包括获取药物及其代谢物的药代动力学信息，以及内源性化合物和环境污染物的定量。在这些应用中，分析物需要在血浆、尿液、器官组织、环境沉积物或植物组织等高度复杂的基质中进行鉴定和定量，因此需要进行一些初步分离，通常采用色谱法。超高效液相色谱法（UPLC）使用短（5厘米）色谱柱和1或2分钟的液相梯度，能快速进行色谱分离，尤其是去除无机盐。然而，结合CID和Q3选择性所提供的特异性足以弥补这一问题。若需要快速分析大量的样品，且限制分析速度的因素为色谱分析过程，那么快速色谱与MRM相结合的策在实际应用中将具有很大优势，例如在药物开发、生物标记研究和环境监测中。药物开发过程中必须进行数千次分析。以每次运行