离子淌度谱技术

　　1 引言

　　离子淌度谱法(Ion mobility spectrometry,IMS)也有人译为离子迁移谱法，是一种以化合物的气相离子在电场作用下发生迁移时的淌度来表征该化合物的方法。它非常类似于飞行时间质谱法，但它是在常压或低真空条件下进行，不需要昂贵的真空系统，整个仪器也很小巧，价格相对低廉，故被称为“穷人的质谱”。离子淌度谱法出现于 20 世纪 60 年代，开始主要应用于气体分析、爆炸物检测、毒品检测、环境监测等领域，近年已被推广应用于生物分子分析等领域，据报导目前在各个领域应用的IMS仪器已超过 7 万台。

　　和质谱法相比，离子淌度谱法是根据样品离子在电场和气流形成的漂移区内的迁移率不同而分离的，需要有反向移动的漂移气体。离子淌度谱仪不需要高真空，一般都是在常压或略低于大气压的条件下工作，因此只需采用普通的抽气泵或隔膜泵即可，省去了质谱的高真空系统，大大降低了仪器的成本。离子淌度谱仪的机械结构和电学系统也相对简单，通常 IMS 仪器的离子反应区和漂移区都由一系列的同轴环形极片串联构成，将其固定在一个圆柱形的腔体内就构成了IMS 的主体机构;电学系统只需要几路高压和一个微秒级电压切换电路即可;检测部分为通常的电流放大信号处理系统。虽然，IMS 仪器结构简单小巧，但其性能优越、应用领域广泛，对气相中大多数的有机物、一些无机化合物、生物大分子的检测都表现出优越的性能，在现场可应用空气作待测物载气，检出限也很低(ng-pg/L)。由于离子淌度谱法的仪器结构特征很容易做成便携式仪器或更小的传感器，为其在现场检测、过程监控、突发事件处理等关键领域的应用奠定了基础。但是，由于离子淌度谱仪在化学战剂检测等方面的军事用途，很多新型的 IMS 仪器对中国是禁运的。鉴于 IMS 的优越性能和在一些关键领域的作用及相对简单的结构，深入的展开对 IMS 仪器及其应用研究显然是必要的。

　　2 离子淌度谱法的基本原理和结构

　　离子淌度谱法是根据离子在电场和气流的共同作用下的迁移率不同而对样品的不同组分进行分离检测的。分离离子的方式通常有两种，即时间分离方式(Separation of ions in time , SIT)和空间分离方式(Separation of ions in space , SIS)。时间分离方式是 IMS 最常用的分离方式，但空间分离方式可以提供比带有脉冲高压的时间分离方式更稳定的电场，使得检测或联用时产生较少的干扰，空间分离对几十到几百纳米粒径的气相离子有较好的分离效果和灵敏度;对小粒径的样品，则时间分离 IMS 更有优势。

　　2.1 时间分离式离子淌度谱