離子淌度質(zhì)譜及其理論研究進(jìn)展

離子淌度質(zhì)譜及其理論研究進(jìn)展
[摘要] 離子淌度質(zhì)譜是離子淌度分離與質(zhì)譜聯(lián)用的一種新型二維質(zhì)譜分析技術(shù)，離子淌度分離原理是基于離子在飄移管中與緩沖氣體碰撞時(shí)的碰撞截面不同，離子可按大小和外形進(jìn)行分離。經(jīng)過30多年的發(fā)展，離子淌度質(zhì)譜已配有多種最新的離子源及質(zhì)量分析器，理論研究也日漸成熟，并在蛋白質(zhì)、多肽及復(fù)雜化合物異構(gòu)體分析方面越發(fā)顯示出獨(dú)特的上風(fēng)，正在發(fā)展成為一種新型的重要分析工具。  水分測(cè)定儀| 濁度計(jì)| 色度計(jì)| 粘度計(jì)| 折射計(jì)| 滴定儀| 密度計(jì)| 熱流計(jì)| 濃度計(jì)| 折射儀| 采樣儀| 

    20世紀(jì)80年代后，由于各種軟電離技術(shù)相繼問世，質(zhì)譜(mass spectrometry，MS)的應(yīng)用拓展到對(duì)高極性、難揮發(fā)和熱不穩(wěn)定的生物大分子的分析研究，發(fā)展成為生物質(zhì)譜，并迅速成為現(xiàn)代分析化學(xué)最前沿的領(lǐng)域之一 。離子淌度質(zhì)譜(ion mobility mass spectrometry，IMMS)是離子淌度光譜(ion mobility spectrometry，IMS)技術(shù)與質(zhì)譜的聯(lián)用。是一種新型的二維分離質(zhì)譜技術(shù)。IMS技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，由于其具有多樣性的分析能力、良好的檢測(cè)限及實(shí)時(shí)的檢測(cè)能力，在當(dāng)時(shí)受到人們廣泛關(guān)注，但由于IMS分辨率較低且不能給出離子質(zhì)量信息，加之當(dāng)時(shí)人們對(duì)離子組成的重要性缺乏理解，因此在1976年以后，有關(guān)離子淌度的研究逐漸減少。直到20世紀(jì)80年代末，特別是以MALDI和ESI 為代表的各種軟電離方法應(yīng)用以來，IMS在化合物異構(gòu)體分離方面具有的獨(dú)到上風(fēng)才又引起了人們的關(guān)注，廣州市駿凱電子科技有限公司是美國(guó)ONSET公司HOBO記錄儀大中華區(qū)代理商！相繼推出了配備各種新型離子源的IMS-MS聯(lián)用技術(shù)，精確的離子幾何外形和淌度計(jì)算方法得到飛速發(fā)展，IMMS技術(shù)有了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。廣州市駿凱電子科技有限公司專業(yè)批發(fā)各種儀器儀表。目前，IMMS已經(jīng)用來檢測(cè)化學(xué)戰(zhàn)劑、爆炸物 、環(huán)境污染 、麻醉劑 、半導(dǎo)體及生物大分子(如肽和蛋白質(zhì)類)，并顯示出其強(qiáng)大的分析能力。
1 原理與儀器組成 

    1．1 IMMS基本原理

    離子淌度(ion mobility，IM)，又稱離子遷移率，是指在電場(chǎng)強(qiáng)度為1 V/m或電場(chǎng)力為1N時(shí)正離子或負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)速度，單位為m /V。在IMS中，離子受電場(chǎng)力加速的作用向前運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中又與飄移區(qū)緩沖氣體分子發(fā)生碰撞產(chǎn)生阻力使速度降低。碰撞過程中離子失往的動(dòng)能可轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使離子溫度升高，再次的碰撞又可將升高的內(nèi)能傳遞給氣體分子，回復(fù)到系統(tǒng)溫度 。因此，離子在運(yùn)動(dòng)過程中溫度和速度并不保持恒定。廣州市駿凱電子科技有限公司是美國(guó)ONSET公司HOBO記錄儀大中華區(qū)代理商！離子之間、離子與緩沖氣體之間也可能存在著靜電引力與庫(kù)侖斥力，決定了離子在飄移區(qū)的運(yùn)動(dòng)過程是極其復(fù)雜的，只能由其均勻速度(即離子淌度 )或離子通過飄移區(qū)的時(shí)間td來計(jì)量。這種分離過程與色譜的分離過程類似，因此IMS在早期又被稱為等離子體色譜(plasmachromatography，Pc)。廣州市駿凱電子科技有限公司專業(yè)批發(fā)各種儀器儀表。為了使不同實(shí)驗(yàn)條件下的丈量值能夠相互比較，在實(shí)際應(yīng)用中通常將離子淌度轉(zhuǎn)換為折合離子淌度(reduced ionmobility， )，即在溫度為273 K，壓力為760 Tort的條件下的離子淌度，離子的大小和外形可用離子與緩沖氣體發(fā)生碰撞時(shí)的均勻可用截面即碰撞截面(collision Cross section，n)來衡量。由上述可知，離子淌度分離主要是基于離子的外形和大小。因此，對(duì)于用常規(guī)質(zhì)譜方法不能區(qū)分的異構(gòu)體或復(fù)合物等分析，這種分離手段具有獨(dú)特上風(fēng)。離子按淌度預(yù)分離后，再通過每一組分質(zhì)荷比求得質(zhì)量數(shù)，便可獲得離子淌度質(zhì)譜二維圖譜或三維圖譜。

    1．2 儀器組成

    離子淌度質(zhì)譜儀與常規(guī)質(zhì)譜儀的主要區(qū)別在于前者在離子源和質(zhì)量分析器之間增加了一個(gè)離子飄移管。離子飄移管通常由不導(dǎo)電的高純度氧化鋁制成，中間鑲嵌若干不銹鋼環(huán)，不銹鋼環(huán)之間以高溫電阻相連，兩端不銹鋼環(huán)之間施加驅(qū)動(dòng)離子前進(jìn)的電場(chǎng)。廣州市駿凱電子科技有限公司專業(yè)批發(fā)各種儀器儀表。質(zhì)量分析器可采用四極質(zhì)量分析器或飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，由于四極分析器掃描離子費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，現(xiàn)在IMMS分析器多為飛行時(shí)間質(zhì)譜(TOF-MS)。廣州市駿凱電子科技有限公司是美國(guó)ONSET公司HOBO記錄儀大中華區(qū)代理商！儀器中飄移管部分通以緩沖氣體，質(zhì)量分析器部分采用高真空，二者之間配以由錐體和離子透鏡組成的接口。jt55.com典型的離子淌度質(zhì)譜的組成見圖2。由于離子在飄移管中通過的時(shí)間為毫秒級(jí)，在飛行管中通過期間為微秒級(jí)，在下一組分到來前有充足的時(shí)間求得離子的質(zhì)量數(shù)，因此對(duì)每一組分可在一次實(shí)驗(yàn)中同時(shí)求得淌度和質(zhì)量數(shù)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)可在1 min內(nèi)完成。
有時(shí)為了獲得更多的離子信息，可在飄移管前和(或)后串聯(lián)使用幾種質(zhì)量分析器，如離子阱或四極濾質(zhì)器等。2 離子淌度理論的研究進(jìn)展 

    2．1 緩沖氣體對(duì)碰撞截面的影響

    IMS區(qū)分離子是通過與緩沖氣體分子碰撞過程而實(shí)現(xiàn)的，緩沖氣體的種類直接影響分離過程。氮?dú)夂秃�氣是最常用的兩種氣體，氮?dú)庖话阌糜诔Ｒ?guī)分析，氦氣常用于結(jié)構(gòu)分析。其他氣體還有二氧化碳、六氟化硫、氨 和四氟化碳 。使用不同緩沖氣體的理論研究在1975年之后便很少，即使是現(xiàn)在也還沒有引起人們足夠的重視，但在實(shí)際應(yīng)用中，使用不同的氣體對(duì)獲得良好的分辨率和檢測(cè)靈敏度相當(dāng)重要。

    離子的碰撞截面不僅與緩沖氣體的質(zhì)量數(shù)有關(guān)，而且取決于緩沖氣體極化率的大小 。Matz等 研究6種苯丙胺(安非他明)衍生物在氦氣、氬氣、氮?dú)馀c二氧化碳4種不同緩沖氣體下的碰撞截面，結(jié)果顯示碰撞截面隨緩沖氣體質(zhì)量數(shù)的上升而上升，tes18.com但并無嚴(yán)格的線性關(guān)系。而極化率與碰撞截面之間有良好的線性關(guān)系，碰撞截面隨極化率的上升而上升，這也說明碰撞截面更依靠于緩沖氣體的極化率而不是質(zhì)量數(shù)。廣州市駿凱電子科技有限公司是美國(guó)ONSET公司HOBO記錄儀大中華區(qū)代理商！Els等 研究了不同濃度的氮?dú)?二氧化碳混合氣體作為緩沖氣體在l0 水平分離5種氯代和溴代乙酸的情況，使用100％ 氮?dú)猓?種組分沉沒在其他峰中，若在緩沖氣體中加進(jìn)3％二氧化碳，則能達(dá)到完全分離，表明載氣的組成明顯影響峰形的檢出。