质谱仪中四级杆的工作原理是根据平面四杆机构的运动原理确定的。
平面四杆机构杆长之和条件：平面四杆机构的最短杆和最长杆的长度之和小于或者等于其余两杆长度之和。在四杆机构中，如果某个转动副能够成为周转副，则它所连接的两个构件中，必有一个为最短杆，并且四个构件的长度关系满足杆长之和条件。 在有整装副存在的铰链四杆机构中，最短杆两端的转动副均为周转副。此时，如果取最短杆为机架，则得到双曲柄机构；若取最短杆的任何一个相连杆为机架，则得到曲柄摇杆机构；如果取最短杆对面构件为机架，则得到双摇杆机构。如果四杆机构不满足杆长条件，则不论选取哪个构件为机架，所得到机构均为双摇杆机构。
质量/电荷分析器有很多种，比如磁分析器、离子肼、飞行时间等。目前商业上有机质谱（因为有机物质分子量大）仪器大多采用飞行时间，无机质谱仪器大多采用四级杆（Quadrupoles）：由四根带有直流电压（DC）和叠加的射频电压（RF）的准确平行金属或陶瓷镀金园柱杆构成，相对的一对电极是等电位的，相邻两对电极之间电位相反。当一组质荷比不同的离子进入由DC和RF组成的电场时，只有满足特定条件(特定质荷比)的离子作稳定振荡通过四极杆，到达监测器而被检测。四极杆的理论上有个马修方程式，这个是四极杆的理论基础。通过扫描RF场可以获得质谱图。
四极杆是非常精密的部件。如果四极杆的分辨力需要达到1000，那么按照最简单的线性传递模型，四极杆的精度（包括圆度、直线性、圆柱度）、定位精度以及RF射频电源的精度都需要达到1000的数倍。如果按照8mm直径的四极杆、5参数体系计算，四极杆的圆度至少需要优于2μm。按照权威机构的测量，Sciex公司的四极杆总体的精度大约在0.6～1.5μm之间。这样的精度要求下，四极杆的材质就十分关键了，对于高性能的四极杆（如给ICPMS使用的四极杆）通常需要采用陶瓷、石英等高硬度、低膨胀的材料。
质谱仪中四级杆的工作原理如下：
在四级杆质量选择器的硬件中，通常的做法是调整射频工作频率w来选择离子的质量，调整U与V的比值来调整离子的通过率。本节对应的图片可见，三角形区域为该质量的离子稳定的区域。U与V的比值在此体现为斜率。可见，U/V越大，离子的选择精度越高，仪器的解析能力越强，但是能稳定通过的离子数量减小；而U/V比值越小，离子通过的数量多，但是解析度下降。经过权衡之后，大多数四级杆质谱仪的解析能力大约都是1Th，体现在质谱图上就是半峰宽度大约为1Th或者1Da。
质谱仪中四级杆的工作原理如下：
在四级杆质量选择器的硬件中，通常的做法是调整射频工作频率w来选择离子的质量，调整U与V的比值来调整离子的通过率。本节对应的图片可见，三角形区域为该质量的离子稳定的区域。U与V的比值在此体现为斜率。可见，U/V越大，离子的选择精度越高，仪器的解析能力越强，但是能稳定通过的离子数量减小；而U/V比值越小，离子通过的数量多，但是解析度下降。经过权衡之后，大多数四级杆质谱仪的解析能力大约都是1Th，体现在质谱图上就是半峰宽度大约为1Th或者1Da。
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