ICPMS各部分功能和原理——質量分析器

質量分析器是不同種類的質譜儀的主要區別之處，四極桿分析器是一種成熟的質量分析儀器，利用了四極桿對不同核質比的元素離子的篩選作用，達到順序分析離子質量的目的。

四極桿的主要原理如下圖所示：

四極桿的兩對電極，分別加上了正負直流電壓和相位差為180度的射頻信號，離子在四極桿中旋轉、振蕩，當合理設置直流電壓的大小和射頻電壓的幅度后，只有特定核質比范圍的離子才能通過四極桿，而其它離子將偏轉，最終打在四極桿上損失掉，從而實現了質量選擇。

更詳細的篩選過程見下圖：

圖中顯示的是工作電壓和質量分析的穩定區域圖，A、B是兩種不同核質比的元素離子，A的核質比小于B（因為B只有在更高的電壓下才能穩定通過），兩者在一定的直流電壓和射頻電壓下可以順利通過，形成了形狀相似的穩定區域圖，在綠色的overlap區域內，兩種離子無法被四極桿準確區分，在藍色區域內A可以通過，在黃色內B可以通過。當四極桿工作時，一般保證F（dc）/F(rf)=const，因此途中的過圓點的直線表示了四極桿能夠達到的所有的工作狀態，當直線的斜率如藍線所示時，A、B兩種離子可以被很好分離，由于兩者穩定區域的電壓相差較遠，所以得到了較高的分離度，而紅線表示的是較低的分離度。分離度是質譜儀最重要的一個指標之一，X－7ICP－MS的一般分離度在0.7左右，最高分離度為0.3左右。作為無機分析儀器，足以分辨出不同質量數的各種離子，但是對那些具有相同質量數的不同元素離子，則無法辨別，這也是四極桿質譜的一個弱點，因此在質量分析中形成了大量的同位素和多元子分子干擾。

四極桿對低動能離子更為有效，如果離子能量太高，則離子通過四極桿的速度將加快，最終導致峰將展寬。在四極桿的入口和出口處，僅施加射頻可以使全譜離子通過，但可以使離子向中心聚焦。

四極桿有兩個工作模式，即順序掃描方式和跳峰方式，如下圖所示：

當四極桿工作在掃描方式，直流電壓和射頻電壓幅度成比例連續變化，每個時刻都選擇對應的連續變化的核質比的離子通過。當工作在跳峰模式，兩個電壓也不連續的跳變，每個時刻都選擇感興趣的某個核質比的離子通過。