碰撞與飛行--揭開三重四極杆質譜碰撞室的面紗

導言

在使用三重四極杆質譜時，經常會進行優化方法。在儀器參數的優化中有一項對靈敏度影響較大的參數就是碰撞能量（CE）。接下來我們來揭開碰撞室的神秘面紗。

1、碰撞室位置及原理

我們先觀察碰撞室所處的位置，碰撞室位於兩個四極杆之間，碰撞室為兩端有開口的半封閉結構，下圖為碰撞室的位置及外觀圖。

圖示：碰撞室位置

碰撞室是位於Q1與Q3四極杆之間離子導向裝置，工作的原理為相鄰電極施加相位相差180度的高頻電壓使離子螺旋運動通過碰撞室進入到Q3四極杆進行分析。CC RF(+)，CCRF(-)為施加高頻電壓。CLI1，CLI2，CLI3為入口的透鏡，CLO1為出口透鏡。入口透鏡與出口透鏡為離子進入與離開碰撞室提供聚焦及傳輸電場。

島津碰撞室的內逕入口小，出口逐漸變大，這種構造能夠加速離子，通過贗勢梯度快速傳輸離子，使離子能夠高速通過碰撞室（島津UF sweeper技術專利）。

2、碰撞氣作用及選擇原理

碰撞室內通入一定流量的碰撞氣（CID GAS）,使碰撞室內部達到一定壓力，來實現MS/MS分析模式。在MS/MS分析模式中，碰撞室中的碰撞氣能夠降低Q1選擇離子運動速度，並與離子在碰撞室內進行碰撞（碰撞誘導解離，CID）使選定離子結構碎裂，從而產生「子離子」，通過Q3測定子離子。

一般使用惰性氣體作為碰撞氣，避免碰撞氣與分析物質發生反應。島津選擇單原子，體積合適的氬氣作為碰撞氣。使用的氬氣純度要求在99.99%以上，氬氣純度不高可能引起碰撞室汙染，噪聲變大，響應變差等問題。

在MS/MS分析模式中，碰撞能量（CE）對靈敏度有很大影響，施加不同的CE，得到子離子的強度也不相同，是很重要的優化參數。

3、碰撞氣壓力的設置與用量

碰撞氣的壓力LCMS8050/8060設置為270KPa，LCMS8030/8040/8045設置為230KPa。在270KPa時，總的氬氣流量為12ml/min。壓力為230MPa時，總的氬氣流量為10ml/min。

國內常見的氬氣鋼瓶為40L充滿的狀態（轉換成常壓狀態為5000L）。

按照230KPa的壓力計算5000(L)/0.010(L/min)/60(min)/24(h)=大約為347天。

按照270KPa的壓力計算5000(L)/0.012(L/min)/60(min)/24(h)=大約為289天。

按照450KPa的壓力計算5000(L)/0.020(L/min)/60(min)/24(h)=大約為173天。

4、日常使用常見問題

在進行MRM，產物離子掃描，前體離子掃描等模式時，碰撞氣需要在合適的壓力值，如果在以上模式下響應很低，要確認碰撞氣設置是否正確。一般可以使用調諧文件設置的壓力值，LCMS8030/8040/8045設置為230KPa，LCMS8050/8060設置為270KPa。

當碰撞室被汙染後，碰撞效率會降低，峰強度會降低。這時需要進行碰撞室等的維護清洗。一般情況建議1年維護一次，如果樣品較髒或使用頻率較高，維護周期需要適當縮短。

在儀器運行時也需要關注CID氣實際壓力，如果壓力不能達到設定值，需要檢查氬氣鋼瓶輸出壓力是否在合適範圍，如不在需要調整到合適範圍，鋼瓶總壓如在2MPa以下，需要更換氬氣。

來源：島津分析計測儀器

作者：劉士剛 資深液質工程師