IMS:以离子大小表征质量特性

图1.带 ESI-离子源的IMS-TOF-MS示意图。

离子淌度谱法(IMS)与飞行时间质谱仪（TOF）相耦合，可以提供单用质谱法所不能得到的许多附加信息，可以区别同分异构体、同量异位素和构象异构体。

离子淌度谱法（亦称离子迁移谱法）作为一种分析方法，当前主要用于检测毒品、爆炸物和化学武器等领域，该技术应用放射性物质例如镍或氚来进行电离。而通过与新的离子源相结合，可将待测物质的范围扩大到挥发性、非挥发性、液态和固态物质，并且可以放弃使用放射性物质。由GSG 公司提供的IMS-TOF si@mass 具有电子喷雾-离子化源(ESI)等离子源可供选择，无论气体或是基体复杂的液体都能进行测定。

图2.代谢产物的2D-光谱实例。

IMS-TOF-MS的原理

GSG公司的离子淌度谱仪依据的是“时间漂移”原理，离子借助电场之力在一种气体（缓冲气体）之中运行。通过与气体分子的碰撞，离子的运行会受到阻碍，此时所产生的“摩擦力”对于大分子而言要强于对小分子。基于这一原理，小分子就会以较高的速度穿过气体。具有相同质量、不同电荷（单电荷、双电荷和多电荷）的分子，也会按此方式各自以其相应的速度穿过电场。在电场中的离子在两次撞击之间吸收能量，然后于再一次撞击中又释放出能量。由于这一过程进行得非常快，离子便获得对其具有表征性的漂移速度，这种漂移速度因离子大小而异，采用这种方式可以对相应离子的大小进行推断，从而可以将不同离子区别开。

图1是具有一种电子喷雾-离子化源的IMS-TOF-MS的示意图。该离子源通过一种ESI-接口与一个去溶剂化检测池相联。在去溶剂化检测池中对电子喷雾溶液进行气化蒸发。借助于一种离子栅（BN，Bradbury-Nilson-Gitter），离子便以脉冲的方式引入到漂移路段。此处离子将按照各自的淌度分开，并通过栅孔导入真空。采用一种特殊的聚焦系统可使带电荷的离子进入反射飞行时间段，可根据其质/荷比进行分离。

图3. 趋势线：质量淌度和离子组群之间的联系。

二元IMS光谱

IMS与TOF-MS的联合提供了两种依附于时间的光谱，可以借助于一种二元光谱来统一表示（见图2）。这种2D-光谱显示了一种细胞内代谢产物的离子淌度谱，该代谢产物来自大肠杆菌培养体的提取物。在此光谱中可观察到1000多种代谢产物，其中已验证出42种同量异位素成分，这也是应用IMS附加的高分离效能时首次得到的结果。2D光谱的特点在于，与其质/荷比值具相关性的质量淌度显示了与待测离子等级的联系，即“趋势线”（见图3）。 这种选择性可以大大简化单个物质组群中物质的确证。即使分子结构不一致时，所得的趋势线也只有微小的偏差，人们称此为“阴影效果”。

离子的碎片化

si@mass TOF离子淌度谱仪还有另一优点，能够通过改变分液器电极上的电压，将具有一定淌度的离子分成碎片。该电压施加于从大气压力到真空的过渡阶段，由此得到的光谱类似于它们在碰撞诱导解离光谱中的碎片谱图。

图4.DtBP的碎片（质谱为上图，IMS为下图）。

举例来说，图4为2,6-二叔丁基吡啶（DtBP）的质谱及其所属的相关碎片的IMS光谱，DtBP的碎片是显而易见的，IMS光谱中显示出所有质量的时间过程（漂移时间），也可以看到 TIC(红线)、分子的质谱(蓝线)以及相应的碎片(绿线)。在这种情况下，质量峰和碎片峰的总和就是在相应漂移时间上的TIC。

将淌度对图4所得质/荷比作图得到图5所示的二维图，可以看出，在DtBP的碎片中可以分裂出4个甲基基团，它们的强度取决于碎片的稳定性。

图5.图4光谱的二维图示。

小结

离子淌度谱法(IMS)与飞行时间质谱仪（TOF）相耦合与目前广泛应用的质谱分析方法相比，优点在于在质/荷比或分子的碎片谱图之外还获得有关分子大小的信息。借助于这些辅助信息可将同分异构体、同量异位素和构象异构体区别开。而趋势线则提供了很高的选择性，可以大大简化单个物质组群中物质的确证。通过不同离子源的耦合带来的灵活性，可在更宽的范围内（物质呈现不同的聚集状态）进行物质分析。由GSG 提供的离子源可将HPLC和GC与IMS-TOF-MS 联合应用，采用这种方式可从复杂的色谱图中获取更多的信息而不必改变已有的方法。