随着科技进步,环境、材料中痕量组分的作用越来越受到人们的重视,许多低含量物质如生物标志物和单细胞代谢物等,已经成为了决定环境安全、物质特性、生命过程的关键因素。准确、灵敏地测量痕量特征物质对于深入解释相关化学和生物现象至关重要。痕量化合物具有含量低、种类多、基质复杂的特点,难以精确分析。单质量分析器已无法满足应用需求。四极杆和离子阱串联质谱结合二者的优势,可以降低基质的干扰,实现离子的富集和多级串联质谱分析,更适合复杂基质中低含量目标物质的精准测量。目前商用的四极杆和离子阱串联质谱中都串联了其他解离装置,结构复杂,成本较高,需要改进结构,简化装置;并且在进行复杂混合物体系的分析时仍具有局限性,尤其是存在与目标离子相近或相同质荷比的杂质离子时,还需研究离子精确操控技术,降低空间电荷效应,解决复杂基质中痕量物质难以准确测量的问题。本文对四极杆-线形离子阱串联质谱平台和离子操控技术进行研究。具体研究内容如下:（1）四极杆-线形离子阱串联质谱平台开发为实现复杂基质中痕量物质的检测,开发四极杆-线形离子阱串联质谱平台,对质谱装置各个部件进行设计和选型,包括五级真空系统,满足从大气压环境到高真空环境的过渡;微升和纳升电喷雾离子源,满足高流速和低流速样品检测需求;离子传输系统,实现气相离子的高效传输;三段式质量分析器的仿真和设计,提高离子的聚焦和传输;双相驱动射频高压电源,分别驱动四极杆和离子阱,实现四极杆质量过滤,离子阱的富集、碎裂和检测。研究四极杆与线形离子阱直接耦合串联技术,能够降低基质干扰和空间电荷效应。对仪器整机进行集成及性能测试,质量范围为45.93-2271.45 amu;分辨率（FWHM）＜0.6 amu;稳定性测试,信号强度的相对标准偏差（RSD）为3.16%。串联质谱平台的开发,为后续工作的开展奠定了基础。（2）基于圆柱四极杆和线形离子阱（Q-LIT）串联质谱的气相离子选择性富集技术研究针对复杂基质中低含量物质难以检测的问题,提出一种基于Q-LIT的气相离子选择性富集技术。研究了辅助波形信号,实现离子的隔离、碎裂和检测。研究时序控制,在气相条件下实现四极杆筛选离子的同时离子阱持续富集,能够有效降低基质的干扰,提高信号强度。研究了空间电荷效应对质量分辨率、质量偏移和响应强度的影响,验证了该方法降低空间电荷效应的有效性。研究了离子传输部件电压和离子累积时间对信号强度的影响,优化了检测条件,与传统的离子阱富集技术相比,信号强度提高8-22倍。测得1 pg利血平信噪比为15500,根据线性方程计算,检出限可达到1.7 fg。实现了复杂基质中低含量物质的检测以及肽段杂质的精确测量。（3）基于Q-LIT的同步碎裂和累积技术研究针对基质中可能存在与目标离子具有相近或相同质荷比（mass-to-charge ratio,m/z）的杂质离子,四极杆无法有效区分,使得杂质离子与目标离子一起累积在离子阱中,干扰目标离子的检测的问题,提出一种基于Q-LIT的同步碎裂和累积方法。研究复合波形,使得由四极杆筛选的特定m/z离子进入离子阱的同时立即被碎裂,只有目标产物离子可以累积在离子阱中,基质离子及其产物离子从阱中弹出。前体离子的碎裂和产物离子的隔离与累积步骤同时进行,缩短了操作时序的长度,提高了串联质谱分析的占空比。与气相离子选择性富集技术相比,信号强度提高了2–8倍,增加离子累积时间,可进一步提高信号强度。降低了空间电荷效应,实现同分异构体基质中目标物质的检测。可用于复杂基质中物质的定性和定量分析,可以稳定检测到甚至商用质谱难以检测到基质中丰度较低的分子。直接检测血清中添加25-OH VD2,在10–100 ng/m L浓度范围内,线性相关系数（R2）为0.9978,25 ng/m L 25-OH VD2的回收率为107.5%±5.06%（n=3）,70 ng/m L 25-OH VD2的回收率为97.1%±4.52%（n=3）。进一步应用于Mb胰蛋白酶消化肽的分析,证明了该方法对生物样品灵敏分析的能力。（4）基于Q-DPLIT的同步碎裂和累积技术研究针对离子阱在同一气压条件下无法同时使阱内离子的捕获与检测效率达到最佳的问题,开发双曲四极杆和双压线形离子阱串联（Q-DPLIT）控制技术。研究了双曲四极杆和圆柱四极杆的分辨率和传输效率,验证了双曲四极杆具有更高的分辨率和传输效率;研究气压对离子阱捕获和检测能力的影响,改变引入离子阱中的氦气流量,对不同流量条件下单离子阱和双压离子阱捕获离子的能力和分辨率进行了研究,表明了双压阱具有更强的离子捕获能力和更高的分辨率。提出了一种基于Q-DPLIT质谱平台的同步碎裂和累积技术,可提高检测灵敏度和准确性。可以线性检测到同分异构体基质中0.01%的目标物质,与基于Q-DPLIT的离子选择性富集技术相比,通过同步碎裂和累积技术测量的目标产物离子的信号强度提高了1.3至10倍,线性相关系数从0.6693–0.9449提高到0.9942–0.9994。灵敏度测试中1 pg利血平信噪比均值为197443,检出限可达到0.11 fg;5次检测多肽纯品中0.01%肽段杂质的稳定性RSD＜3%。