IMS:以離子大小表征質量特性

圖1.帶 ESI-離子源的IMS-TOF-MS示意圖。

離子淌度譜法(IMS)與飛行時間質譜儀（TOF）相耦合，可以提供單用質譜法所不能得到的許多附加信息，可以區別同分異構體、同量異位素和構象異構體。

離子淌度譜法（亦稱離子遷移譜法）作為一種分析方法，當前主要用于檢測毒品、爆炸物和化學武器等領域，該技術應用放射性物質例如鎳或氚來進行電離。而通過與新的離子源相結合，可將待測物質的范圍擴大到揮發性、非揮發性、液態和固態物質，并且可以放棄使用放射性物質。由GSG 公司提供的IMS-TOF si@mass 具有電子噴霧-離子化源(ESI)等離子源可供選擇，無論氣體或是基體復雜的液體都能進行測定。

圖2.代謝產物的2D-光譜實例。

IMS-TOF-MS的原理

GSG公司的離子淌度譜儀依據的是“時間漂移”原理，離子借助電場之力在一種氣體（緩沖氣體）之中運行。通過與氣體分子的碰撞，離子的運行會受到阻礙，此時所產生的“摩擦力”對于大分子而言要強于對小分子。基于這一原理，小分子就會以較高的速度穿過氣體。具有相同質量、不同電荷（單電荷、雙電荷和多電荷）的分子，也會按此方式各自以其相應的速度穿過電場。在電場中的離子在兩次撞擊之間吸收能量，然后于再一次撞擊中又釋放出能量。由于這一過程進行得非常快，離子便獲得對其具有表征性的漂移速度，這種漂移速度因離子大小而異，采用這種方式可以對相應離子的大小進行推斷，從而可以將不同離子區別開。

圖1是具有一種電子噴霧-離子化源的IMS-TOF-MS的示意圖。該離子源通過一種ESI-接口與一個去溶劑化檢測池相聯。在去溶劑化檢測池中對電子噴霧溶液進行氣化蒸發。借助于一種離子柵（BN，Bradbury-Nilson-Gitter），離子便以脈沖的方式引入到漂移路段。此處離子將按照各自的淌度分開，并通過柵孔導入真空。采用一種特殊的聚焦系統可使帶電荷的離子進入反射飛行時間段，可根據其質/荷比進行分離。

圖3. 趨勢線：質量淌度和離子組群之間的聯系。

二元IMS光譜

IMS與TOF-MS的聯合提供了兩種依附于時間的光譜，可以借助于一種二元光譜來統一表示（見圖2）。這種2D-光譜顯示了一種細胞內代謝產物的離子淌度譜，該代謝產物來自大腸桿菌培養體的提取物。在此光譜中可觀察到1000多種代謝產物，其中已驗證出42種同量異位素成分，這也是應用IMS附加的高分離效能時首次得到的結果。2D光譜的特點在于，與其質/荷比值具相關性的質量淌度顯示了與待測離子等級的聯系，即“趨勢線”（見圖3）。 這種選擇性可以大大簡化單個物質組群中物質的確證。即使分子結構不一致時，所得的趨勢線也只有微小的偏差，人們稱此為“陰影效果”。

離子的碎片化

si@mass TOF離子淌度譜儀還有另一優點，能夠通過改變分液器電極上的電壓，將具有一定淌度的離子分成碎片。該電壓施加于從大氣壓力到真空的過渡階段，由此得到的光譜類似于它們在碰撞誘導解離光譜中的碎片譜圖。

圖4.DtBP的碎片（質譜為上圖，IMS為下圖）。

舉例來說，圖4為2,6-二叔丁基吡啶（DtBP）的質譜及其所屬的相關碎片的IMS光譜，DtBP的碎片是顯而易見的，IMS光譜中顯示出所有質量的時間過程（漂移時間），也可以看到 TIC(紅線)、分子的質譜(藍線)以及相應的碎片(綠線)。在這種情況下，質量峰和碎片峰的總和就是在相應漂移時間上的TIC。

將淌度對圖4所得質/荷比作圖得到圖5所示的二維圖，可以看出，在DtBP的碎片中可以分裂出4個甲基基團，它們的強度取決于碎片的穩定性。

圖5.圖4光譜的二維圖示。

小結

離子淌度譜法(IMS)與飛行時間質譜儀（TOF）相耦合與目前廣泛應用的質譜分析方法相比，優點在于在質/荷比或分子的碎片譜圖之外還獲得有關分子大小的信息。借助于這些輔助信息可將同分異構體、同量異位素和構象異構體區別開。而趨勢線則提供了很高的選擇性，可以大大簡化單個物質組群中物質的確證。通過不同離子源的耦合帶來的靈活性，可在更寬的范圍內（物質呈現不同的聚集狀態）進行物質分析。由GSG 提供的離子源可將HPLC和GC與IMS-TOF-MS 聯合應用，采用這種方式可從復雜的色譜圖中獲取更多的信息而不必改變已有的方法。