离子迁移谱（Ion Mobility Spectrometry，IMS）是一种分析研究方法，用于根据离子在载气缓冲气体中的迁移率分离和鉴定气相中存在的离子化分子。尽管该技术广泛应用于军事或安全目标，例如检测毒品和爆炸物，但其在实验室分析中也有诸多应用，包括研究小分子和大分子生物物质。[1] IMS仪器本身具有极高的灵敏度，通常会与质谱、气相色谱或高效液相色谱联用以实现多维分离。这些仪器大小各异，从小到几毫米到大到几米不等，取决于具体的应用，并能在广泛的条件下运行。例如，微尺度高场非对称波形离子迁移谱（microscale high-field asymmetric-waveform ion mobility spectrometry）等IMS仪器可以做到手掌大小，适用于挥发性有机化合物（VOC）监测、生物样品分析、医学诊断和食品质量监控等多种应用场景。[2] IMS系统在较高压力（如大气条件）下运行时，常常伴随高温（超过100°C），而较低压力系统（1–20 hPa）则无需加热。

工作原理如下图，入口离子漏斗聚焦，进入trap，累积一定量离子后，打开ion gate，向漂移管注入离子。离子依次通过漂移管，进入出口离子漏斗，再次聚焦，进入后级四极杆质量选择器。

发展历史：

最早的研究始于1950s，因其结构简单、快速、灵敏、小巧便携适于挥发物检测，在安检、化学武器、爆炸物与毒品检测、在线检测等领域的应用已十分成熟。又因 离子迁移速率与Tof（飞行时间）概念类似。离子迁移谱最早由乔治亚理工学院的厄尔·W·麦克丹尼尔（Earl W. McDaniel）于20世纪50至60年代发展起来，当时他使用低电场漂移管研究气相离子的迁移率和反应。[3]随后几十年里，他将自己研发的这项新技术与磁扇磁场质谱仪整合在一起。在同一时期，其他人也以新颖独特的方式运用了他的技术。自此以后，IMS单元被集成到了各种配置的质谱仪、气相色谱仪以及高效液相色谱仪器中。IMS作为一种多用途的方法，其支持的应用范围及其功能正在不断扩展。

应用 离子迁移谱的最大优势可能是其分离速度——通常在几十毫秒的量级。这一特性结合其易用性、相对较高的灵敏度以及高度紧凑的设计，使得IMS作为商业产品能够被用作现场检测爆炸物、毒品和化学武器的常规工具。机场使用的IMS筛查设备主要制造商有Morpho和Smiths Detection。2017年，Smiths收购了Morpho Detection，并随后因法律规定必须剥离Trace业务部门的所有权，该部分业务出售给了Rapiscan Systems。相关产品列在ETD Itemisers之下，最新的型号是非辐射型4DX。在制药行业，IMS用于清洁验证，证明反应器已经足够干净，可以进行下一批制药产品的生产。IMS比HPLC和总有机碳方法更快、更准确。此外，IMS还用于分析药品生产的成分，因此在质量保证和控制中找到了一席之地。[5]

作为研究工具，离子迁移谱在生物材料特别是蛋白质组学和代谢组学分析中越来越受到广泛应用。例如，采用MALDI作为离子化方法的IMS-MS有助于推动蛋白质组学的进步，提供更快且分辨率更高的蛋白质片段分析。[6]另外，它还是糖组学的一个非常有前景的工具，因为可以获得旋转平均碰撞截面积（CCS）值。CCS值是气相中离子的重要区分特征，当已知分子的三维结构时，可以通过计算得出。这样，在数据库中添加糖类及其碎片的CCS值将提高结构鉴定的信心和准确性。[7]

除了实验室用途外，IMS在全球范围内被广泛用于危险物质的检测工具。全球超过10,000台IMS设备在机场使用，美国陆军拥有超过50,000台IMS设备。[8][9]在工业设置中，IMS的应用包括检查设备清洁度和检测排放物内容，例如确定工艺废气烟囱中的盐酸和氢氟酸含量。[10]它也被应用于工业领域，用于检测空气中的有害物质。[11]在代谢组学中，IMS被用于检测肺癌、慢性阻塞性肺疾病、结节病、肺移植后潜在的排斥反应以及肺内细菌关系（参见呼气气体分析）。

原文连接：

https://en.wikipedia.org/wiki/Ion_mobility_spectrometry

参考资料：https://zhuanlan.zhihu.com/p/78687904

参考文献：

1. Lanucara, F., Holman, S. W., Gray, C. J., & Eyers, C. E. (2014). The power of ion mobility-mass spectrometry for structural characterization and the study of conformational dynamics. Nature Chemistry, 6, 281-294.

2.  Kabir, K. M. M., & Donald, W. A. (2017). Microscale differential ion mobility spectrometry for field deployable chemical analysis. TrAC Trends in Analytical Chemistry. https://doi.org/10.1016/j.trac.2017.10.011

3.  Kanu, A. B., Dwivedi, P., Tam, M., Matz, L., & Hill, H. H. (2008). Ion mobility-mass spectrometry. Journal of Mass Spectrometry, 43(1), 1–22. https://doi.org/10.1002/jms.1383

4.  Justice Department Requires Divestiture of Morpho's Explosive Trace Detection Business Before Smiths Acquisition. (2017, March 30). www.justice.gov. Retrieved October 17, 2021.

5.  O'Donnell, R. M., Sun, X., & Harrington, P. (2008). Pharmaceutical applications of ion mobility spectrometry. Trends in Analytical Chemistry, 27(1), 44–53. https://doi.org/10.1016/j.trac.2007.10.014

6.  McLean, J. A., & et al. (2005). Ion mobility–mass spectrometry: A new paradigm for proteomics. International Journal of Mass Spectrometry, 240(3), 301–315. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2004.10.003

7.  Aizpurua-Olaizola, O., Toraño, J. S., Falcon-Perez, J. M., Williams, C., Reichardt, N., & Boons, G.-J. (2018). Mass spectrometry for glycan biomarker discovery. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 100, 7–14. https://doi.org/10.1016/j.trac.2017.12.015

8.  Zolotov, Y. A. (2006). Ion Mobility Spectrometry. Journal of Analytical Chemistry, 61(6), 519. https://doi.org/10.1134/s1061934806060013

9.  Eiceman, G. A., & Stone, J. A. (2004, November). Peer Reviewed: Ion Mobility Spectrometers in National Defense. Analytical Chemistry, 76(21), 390A–397A. https://doi.org/10.1021/ac041665c

10.  Particle Measuring Systems, Inc. Ion Mobility Spectrometry (IMS) Theory and Applications.

11.  Räsänen, R.-M., Nousiainen, M., Peräkorpi, K., Sillanpää, M., Polari, L., Anttalainen, O., & Utriainen, M. (2008). Determination of gas phase triacetone triperoxide with aspiration ion mobility spectrometry and gas chromatography–mass spectrometry. Analytica Chimica Acta, 623(1), 59–65. https://doi.org/10.1016/j.aca.2008.05.076

12.  Yousef, A., Shrestha, S., Viehland, L. A., Lee, E. P. F., Gray, B. R., Ayles, V. L., ... Breckenridge, W. H. (2007, October 16). Interaction potentials and transport properties of coinage metal cations in rare gases [PDF]. The Journal of Chemical Physics, 127(15), 154309. https://doi.org/10.1063/1.2774977