Какие бывают типы масс-анализаторов?

Масс‑анализатор в ИСП МС разделяет ионы по отношению масса/заряд (m/z), поэтому фактически является масс-фильтром. Данный узел последовательно фильтрует ионы заданной массы на детектор. Известны несколько типов масс-анализаторов: квадрупольный (Q), с тройным квадруполем (QQQ), магнитно-секторный (MSA), время-пролетный (TOF).

Тип Принцип Плюсы Минусы/ограничения
Квадрупольный
(обычный) 		4 стержня; на пары стержней подают постоянный и переменный потенциал (RF+DC). При выбранном соотношении RF/DC проходят только ионы нужной m/z, остальные “вылетают” из стабильной области. Быстрое последовательное сканирование масс → высокая производительность;
“зрелая” и массово распространённая платформа для рутины;
хорош для многокомпонентных методик (много элементов за короткое время). 		Разрешающая способность по массам от 0.3 а.е.м. → полиа́томные интерференции (ArO⁺, ArH⁺, Ar₂⁺ и т.п.) для части элементов;
измерение по массам последовательно → всегда есть компромисс между числом элементов, временем, чувствительностью и точностью.
Магнитно-секторный
(высокого разрешения) 		Магнит + электростатический анализатор (двойная фокусировка по углам и энергиям); разрешение задают входная/выходная щели. Очень высокая разрешающая способность → реально “развести” многие спектральные наложения;
высокая чувствительность и низкий фон в низко‑разрешающем режиме;
отличная прецизионность (в т.ч. для изотопных отношений). 		Медленнее квадруполя (скан/стабилизация магнита) → хуже для сверхбыстрой рутины и потока проб;
при росте разрешения падает передача ионов (потеря чувствительности) → компромисс “разрешение vs чувствиельность”;
дороже/сложнее в эксплуатации.
TOF (time‑of‑flight) Ионам задают одинаковую кинетическую энергию; лёгкие ионы прилетают быстрее тяжёлых, преодолевая некий сложный путь. Спектр получается по времени прилёта; измерение по сути одновременное по всему диапазону масс. Сверхбыстрая регистрация спектра (высокая частота сбора данных) → оптимальна для кратковременных переходных сигналов (лазерная абляция, электротермическое испарение, проточно‑инжекционный ввод); предпочтительна для получения высокопрецизионных отношений сигналов и для внутренней стандартизации, поскольку измерение выполняется одновременно, без временного рассогласования между аналитическим сигналом и сигналом внутреннего стандарта. Разрешающая способность обычно ниже, чем у магнитно- секторных → не разрешает многие полиа́томные интерференции;
в реальной рутине выигрыш по времени может “съедаться” промывкой/вводом пробы; технология исторически моложе квадруполя.
Тройной квадруполь (QQQ) Перед анализирующим квадруполем ставят квадрупольную реакционно-столкновительную ячейку, в которую подают реакционный газ (He, H₂, NH₃ и др.): интерференты разрушаются/переводятся в “безвредные” ионы или уводятся в другую массу.  Радикально снижает фон от Ar‑ и других полиатомных интерференций → заметно улучшает чувствительность для “трудных” элементов (Fe, K, Ca, As, Se и др.);
фактически расширяет применимость квадруполя к сложным матрицам. 		Возможны побочные реакции → риск “новых” интерференций из-за химических реакций, нужна грамотная оптимизация газа/режима;
некоторые схемы ограничены менее реакционными газами; столкновения могут снижать передачу аналитического иона (компромисс по чувствительности).

Почему квадруполь — «золотой стандарт» ИСП МС для проведения рутинного элементного анализа

  • Самый распространённый и “обкатанный” вариант для рутины: исторически именно квадрупольные системы стали базой коммерциализации и доминируют в повседневных лабораториях.
  • Скорость и производительность: быстрый электронный скан по массам и короткие времена стабилизации позволяют анализировать многокомпонентные смеси и обеспечить высокий поток проб.
  • Достаточное разрешение для большинства задач элементного анализа (unit mass) при хорошем балансе: чувствительность/стоимость/простота.
  • Гибкость под разные матрицы: добавление реакционно-столкновительной ячейки “закрывает” ключевую слабость квадруполя — полиа́томные спектральные интерференции — и резко улучшает работу по Fe/K/Ca/Se и др.
  • Практическая экономика: чаще всего даёт лучший баланс “цена владения ↔ скорость ↔ универсальность” для задач по элементам периодической системы.