气相离子迁移谱
离子迁移谱及其应用
离子迁移谱技术及其应用离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry,IMS)技术是上世纪60年代末70年代初发展起来的一种微量化学物质分析检测技术，早期也称为等离子色谱(Plasma Chromatography)。
其利用样品在大气压下电离形成的气相离子在弱电场中漂移，由于各离子的大小、电荷、质量和形状不同使得它们通过迁移管的时间不同，由此来进行离子的分离定性[1]。
1离子迁移谱技术的发展IMS诞生之前，质谱分析技术己经发展的比较成熟，气相色谱技术(GC)在当时也是一种发展比较成熟的化学分析方法。
随着时代的发展，仪器的小型化和样品分析时间的缩短成为人们关心的问题。
但是MS需要在真空条件下进行，仪器造价较高；而GC虽然是一种比较精确的测量方法，但复杂耗时。
针对MS和GC 的上述弱点，诞生了IMS技术。
第一台IMS的诞生，可以追溯到1965年，当时一个名为Franklin GNO Corporatoin的研究机构遇到了一个问题，就是如何在环境大气压下，把空气中某些化合物产生的负离子分离开来。
他们经过研究意识到可以制造一台仪器，利用离子迁移的原理进行化学分析，这样就首次出现了IMS。
Cohen等人在1970年对IMS作了具体描述，同时在杂志中也出现了越来越多的文章来介绍这项技术。
其中Karasek的一篇文章可谓影响深远，他在文中介绍了IMS中离子分子的形成过程，并与当时人们熟悉的色谱技术相比较，从此人们开始对IMS产生了浓厚的兴趣。
经过四十年的发展，传统的IMS技术已经发展的比较成熟，并且己经有商品化的产品在实际中应用，如加拿大的Barringer、美国的Ion Track Instruments 以及英国的Graseby Technology，它们生产的IMS产品已经在检测毒品、爆炸物以及化学毒气方面得到了广泛而卓有成效的应用[2]。
2IMS原理及仪器IMS的基本原理是被检测的样品蒸气或微粒先进行离子化形成离子，然后使产生的离子进入一弱电场中进行漂移，在漂移过程中离子与逆流的中性漂移气体分子不断发生碰撞。
气相色谱离子迁移谱
气相色谱离子迁移谱气相色谱离子迁移谱是一种结合了气相色谱和质谱技术的分析方法，它可以用于鉴定和定量各种有机化合物。
在气相色谱离子迁移谱中，气相色谱仪作为样品分离的工具，而质谱仪则用于对样品分子的分子量和结构进行鉴定。
气相色谱离子迁移谱的分析原理基于质谱技术中的电离反应。
样品在离子化区被化学电离，形成带正电荷或负电荷的离子，然后通过一系列的离子温度分析器（ITA）和离子透镜（IMS）进行质量分析和选择性分析。
分析结果以离子通量的形式记录，其中轴向的离子通量可用来表示分子质量。
离子通量测量量的灵敏度和分辨率受到离子透镜和离子分离器的控制，因此调整这些参数是获得准确分析结果的重要因素。
气相色谱离子迁移谱广泛应用于化学分析、材料研究和生化分析等领域。
它也是一种适用于极微量检测和高灵敏度分析的方法。
相对于其他传统的质谱方法，气相色谱离子迁移谱具有许多优点。
首先，它能够消除如通量和反应效率等问题，这些问题常常会导致原始质谱数据的不可靠性。
其次，气相色谱离子迁移谱具有更高的灵敏度和分辨率，可以检测到更小的物质浓度和痕量物质。
最后，气相色谱离子迁移谱是一种非损伤性的技术，可以减少样品的浪费和污染。
尽管气相色谱离子迁移谱在许多方面都具有优势，但它仍存在某些局限性。
例如，这种方法只适用于能够气相化的物质，并且样品必须经过排除内部和外部干扰等预处理。
这些要求可能会增加分析时间和复杂性，并影响到灵敏度和准确性。
此外，气相色谱离子迁移谱还需要高精度的设备，限制了它在实际应用中的广泛应用。
总之，气相色谱离子迁移谱结合了气相色谱和质谱技术，是一种非常有用的分析方法。
它在高灵敏度和分辨率的同时也具有高度的特异性和选择性，可以广泛应用于许多领域。
但是，要在实际应用中获得准确和稳定的分析结果，需要精细的操作和设备控制。
气相离子迁移谱
数据处理流程：
FlaMvMoCCuCrC-SI-MpIMeSSc®
AA-I-MIMSS
IMIMSS-O-ODDOORR
...
Acquired
Measurements
Visualization
LLAAVVSSooftfwtwaarree
Measurement Process Control
Organisation of Measurement Data
R e te n tio n tim e (S p e c tra # )
3-Methyl-1-Butnaol Heptanone Benzaldehyde 2-Nonanone
长期稳定性 (3个月以内)
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0 ,6 0 ,5 0 ,4 0 ,3 0 ,2 0 ,1 0 ,0
+
+
பைடு நூலகம்
+
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+
+
+
+ 漂流气 入口
+
信号强度
漂流时间 / ms
IMS工作原理
离子化区
样品入口
电场区
漂流区
出口
离子门
+ 法拉第 接收盘
+ 漂流气 入口
+
++
+
信号强度al
漂流时间 / ms
IMS核心组件-漂流管
IMS工作原理
离子迁移谱图
S ig n a l / V
1 ,8
63N i-IM S
PPDDFF CCSSVV SSQQLL-D-DBB
G.A.S. 应用软件: LAV
气相-离子迁移质谱在植物油种类识别中的应用
气相-离子迁移质谱在植物油种类识别中的应用陈鑫郁;陈通;陆道礼;陈斌【摘要】在3因素3水平的正交试验设计优化气相-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectroscopy,GC-IMS)检测系统参数的基础上,通过采用顶空萃取的方式,使用GC-IMS联用分析技术获取了5种植物油和芝麻油不同加工工艺的特征挥发性有机物(volatile organic compound,VOCs)的GC-IMS指纹离子迁移谱,分析了气相(gas chromatography,GC)保留时间-离子迁移谱(ion mobility spectroscopy,IMS)漂移时间的三维信息,得出了通过GC-IMS三维信息上的出峰时间、数量和峰强度等信息的差异,可以实现植物油的种类的准确识别以及加工工艺改变与VOCs变化的规律的结论,结果证明,GC-IMS分析技术在植物油的品种识别、加工工艺识别、原产地识别和纯度检测等方面有着广阔的应用前景.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2018(044)012【总页数】5页(P245-249)【关键词】气相-离子迁移质谱;三维信息;植物油;种类识别【作者】陈鑫郁;陈通;陆道礼;陈斌【作者单位】江苏大学食品与生物工程学院,江苏镇江,212013;江苏大学食品与生物工程学院,江苏镇江,212013;江苏大学食品与生物工程学院,江苏镇江,212013;江苏大学食品与生物工程学院,江苏镇江,212013【正文语种】中文气相色谱-离子迁移质谱(gas chromatography-ion mobility spectroscopy,GC-IMS)技术气相分离与离子迁移质谱相组成的联用分析技术，是目前国际上比较先进的挥发性有机化合物(volatile organic compound，VOCs)分析技术之一，该仪器具有体积小、便携、分析范围广、灵敏度高和快速等优点，非常适合挥发性有机气体成分的快速检测[1]。
气相色谱-离子迁移谱 -回复
气相色谱-离子迁移谱-回复标题：深入理解气相色谱离子迁移谱气相色谱离子迁移谱（Gas Chromatography Ion Mobility Spectrometry，简称GC-IMS）是一种结合了气相色谱和离子迁移谱两种分析技术的先进检测方法。
它在环境监测、食品安全、医药研发、工业生产等领域有着广泛的应用。
以下我们将逐步解析这种技术的工作原理、特点、应用以及未来发展趋势。
一、工作原理1. 气相色谱（Gas Chromatography，GC）气相色谱是一种基于样品中各组分在两相间的分配系数不同而实现分离的分析方法。
其基本过程包括样品进样、气化、分离和检测四个步骤。
在GC-IMS中，样品首先通过气相色谱进行分离，根据各组分在固定相和流动相之间的分配系数差异，使得不同的化合物在色谱柱中以不同的速度移动，从而实现分离。
2. 离子迁移谱（Ion Mobility Spectrometry，IMS）离子迁移谱是一种基于电场驱动下离子在气体中迁移速度差异进行分离和检测的技术。
在GC-IMS中，经过气相色谱分离的样品被导入到离子迁移谱仪中，样品分子在离子源中被电离生成离子，然后在电场作用下沿着设定的路径迁移。
由于不同离子的大小、形状和极性等性质不同，它们在气体中的迁移速度也不同，因此可以根据离子到达检测器的时间顺序进行区分和检测。
二、技术特点1. 高灵敏度和高分辨率GC-IMS结合了气相色谱的高效分离能力和离子迁移谱的高灵敏度和高分辨率，能够对复杂样品中的痕量挥发性有机物进行准确、快速的定性和定量分析。
2. 多维度信息获取GC-IMS不仅可以获得样品中各组分的保留时间（色谱峰位置），还可以获得离子的迁移时间（IMS峰位置）和离子强度（峰面积）。
这些多维度的信息为样品的识别和鉴定提供了丰富的依据。
3. 无需预处理或衍生化与传统的气相色谱方法相比，GC-IMS不需要对样品进行复杂的预处理或衍生化操作，可以大大简化实验流程，提高分析效率。
气相色谱-离子迁移谱联用技术用于舱室空气质量检测的可行性
分 离效 率 高 、 分析 时 间短 、 定量结果准、 容 易 自动化
而著名 。但 是 由于 ＧＣ分 析法是 靠 与标 准 物质 的保
留时 间进行 比较 来 进 行 定性 分 析 ， 对 于 保 留时 间 相
同或接 近 的 物 质 ， 定 性 分 析 结 果 的可 靠 性 不 大 ， 所 以人 们一 直 在 努 力 探 索 其 与 各种 检 测 仪 器 的联 用 技术 。离 子迁 移谱 （ Ｉ ＭＳ ） 是 一种 非 选择 性 的检 测 技
Ｆｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ａ ｐｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＧＣ— Ｉ ＭＳ ｆ ｏ ｒ ａ ｉ ｒ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｉ ｎ ｓ ｕ ｂ ｍａ ｒ ｉ ｎｅ ．Ｓｕｎ ｙａｎ ｑ ｉ ａ ｏ， Ｇｕ ｏ Ｘｉ ｎ， Ｈ ｏ ｕ Ｃｈｅ ｎ
非 常适 合空 间有 限 、 电量有 限 的小 型 核 潜 艇 和 常规
离子 迁移 谱 对 挥 发 性 和 半 挥 发 性 有 机 物 的检 测具 有很 高 的灵 敏 度 ，非 常 适 合 与 气相 色 谱联 用 。 复杂 样 品经过 色谱 柱 分 离 后 ， 不 同保 留 时间 的物质
潜 艇舱 室 环境使 用 。 气 相 色谱 （ ＧＣ ） 作 为一 个强 有力 的分 离 工 具 ， 以
ｌ 概 述
监测 潜 艇 舱 室 大 气 质 量 是 潜 艇 大 气 质 量 控 制 的主要任 务 之一 ， 对 于 了解 潜 艇 舱 室 空气 污 染组 分
的种 类 、 浓度和来源， 提 出 对 污 染 物 的控 制 措 施 具 有 重要 意义 。要 有效 地 控 制 潜 艇 空气 的质 量 ， 首 先
ｃ ａ ｎ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈｅ ｇ ｅ ｎｅ ｒ ａ ｌ ｅ ｎｖ ｉ ｏ ｒ ｍｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｑｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ｓ ｉ ｎ ｓ ｕｂ ｍａ ｒ ｉ ｎｅ ．
离子迁移谱BreathSpec
离子迁移谱BreathSpec®1、产品简介：BreathSpec®是集快速气相色谱仪和离子迁移谱仪于一体的高选择性、高灵敏度气体分析检测仪。
数分钟内得出并标示典型的探测结果，分辨率可达ppt水平。
取样便捷，操作简单，数据可靠，针对不同的疾病可生成数据库并用于临床疾病研究。
2、产品特点：·重量15.5千克，尺寸449×375×177mm·内置电脑，可独立操作·可设置方法开发的所有相关参数（离子迁移管温度、色谱柱温度、载气流量、漂移气流量等）·净化模式·分析时间5-10min·直接对着CO2和O2肺活量计吹气检测·远低于豁免值的放射性离子源3H·气相色谱柱预分离·自动进行清洗·软件调节正负离子模式·内置2G记忆卡进行数据储存，多种输出端口·手动或者全自动分析过程（包括数据采集、分析、显示、数据输出）3、应用领域：·人体呼出代谢物快速筛查·吸烟对人体代谢的影响（吸烟后呼出组分分析）·在线监测手术过程中呼出麻醉剂异丙酚分析（血清中异丙酚分析）·药物代谢动力学研究（人体呼出丙戊酸代谢物分析、桉油精释放动力学研究） ·人体炎症发烧引起的呼出组分分析·人体肉状瘤病患者呼出组分分析肺癌患者呼出组分分析·人体肉状瘤病患者呼出组分分析·肺癌患者呼出组分分析·糖尿病患者呼出组分监测4、技术参数：工作原理离子迁移光谱（IMS）电离源ß-射线源放射源氚，3H活性300MBq,低于欧洲原子能共同体准则规定的1GBq漂移电压极性正和负（可切换）采样直接通过用口吹，通过精确的肺功能仪控制检测限半定量，一般低于ppbv级别动态范围1-3个数量级显示屏 6.4液晶显示屏，VGA-显示输入单元旋转脉冲编码器处理器400MHz X-scale数据采集超快速ADIO板数据存储2GB闪存卡通讯RS232，USB，以太网硬件接口2个9针D-Sub接口（用于调制解调器，控制台），15针D-Sub接口（用于外部设备）RJ45接口（用于数字解调器或SSH协议），2个USB-A接口电源100-240V AC，50-60Hz（外部电源），24V DC/5A,XLR 连接器（内部）耗电量<180瓦尺寸449×375×177mm（宽×长×高）重量15.5kg外箱兼容式19”，IP20级别密封，遵循EMC认证冷却轴心风扇，温度控制，最大5.5m3/h气体管道接气体进出口为3mm的不锈钢Swagelok接头头。
气相色谱离子迁移谱安全操作及保养规程
气相色谱离子迁移谱安全操作及保养规程1. 引言气相色谱（Gas Chromatography，GC）是一种广泛应用于化学分析的技术。
离子迁移谱（Ion Mobility Spectrometry，IMS）则是一种与气相色谱相结合的高效分离技术。
本文将介绍气相色谱离子迁移谱的安全操作和保养规程。
2. 实验操作安全措施在进行气相色谱离子迁移谱实验时，需要遵守以下安全操作措施：2.1 实验室安全•在实验室内使用离子迁移谱仪时，应保持实验室的整洁和干净，避免杂物堆积和过度拥挤。
•确保实验室内有适当的通风系统，以保持良好的空气质量。
•在实验室内使用仪器时，应穿戴适当的个人防护装备，包括实验手套、实验眼镜等。
2.2 仪器操作安全•在进行离子迁移谱实验之前，需要对仪器进行检查和保养，确保仪器的正常运行。
•操作人员应事先熟悉离子迁移谱仪的使用方法，并按照操作手册进行操作。
•在操作过程中，应严格按照操作要求进行，避免不必要的操作错误。
•在更换样品或试剂时，应注意防止与皮肤、眼睛等接触，并及时清洁工作区域。
2.3 危险化学品处理•在使用危险化学品时，需要遵循相关安全操作规程，并按照操作手册中的要求正确使用。
•危险化学品应储存在专用柜内，远离热源和火源，避免与其他化学品混放。
•使用危险化学品时，应佩戴适当的个人防护装备，如实验手套、实验眼镜等。
2.4 废物处理•在实验结束后，需要将废弃物和实验残渣正确分类，并按照相关规定进行处理。
•废弃物和实验残渣应储存在指定的储存容器内，避免与环境接触。
3. 仪器保养规程为了保证离子迁移谱仪的正常运行和延长仪器的使用寿命，需要进行定期的保养和维护。
以下是一些常见的仪器保养规程：3.1 日常清洁•每日使用结束后，应及时清洁离子迁移谱仪及其附件，避免样品残留和污染。
•使用软布等柔软的材料擦拭仪器表面，避免使用粗糙的材料划伤仪器。
3.2 气源净化•定期检查仪器的气源净化系统，保证其正常运行。
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• 离子迁移谱开发生产和销售
• 应用领域: 天然气气味分析； 过程控制，气味鉴定，产品鉴 别，呼吸分析过程中的痕量气 体检测等
离子迁移谱 Ion Mobility Spectrometry (IMS)
高灵敏：对VOCs具有低至几个 ppbv(μg/L)级别的检出限 快速：IMS 3-10秒； GC-IMS 3-10分钟 高选择性：GC预分离，IMS特征漂移时间 应用范围：军事，安全 (如化学战剂，机场爆炸物等的检测)，
• Ionisation: Tritium (H3) / UV-light
• Sampling:
Heated Injector, automated sample injector unit
• Chromatographic preseparation (MCC)
G.A.S. 系列及应用
FlavourSpec® – GC-IMS联用
D im er
定量分析 信号强度 峰面积或峰高
22
24
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离子迁移谱特征谱图
离子迁移谱三维谱图
应用 IMS检测VOCs
IMS 众多化合物具有高灵敏度，例如：
• 酮类 • 醛类 • 醇类 • 醚类 • 酯类 • 胺类 • 有机磷化合物 • 有机硫化合物 • 有机氮化合物 • 卤化物 •......
GC色谱柱
Multichrom LTD
温度 毛细管柱的数量 单柱直径 毛细管柱的直径 流速 固定相厚度 长度 极性 理论塔板数
max. 250 °C ~ 1000 43 µm 3 mm 20-300 mL / min 200 nm 7-20 cm 从极性到非极性 5000 / m
高分离速度的GC和高灵敏度的IMS联用
离子迁移谱的优势：
• VOCs检测的高灵敏度: 低ppbv (µg/L)级的检出限 • 快速分析: 5-10分钟出结果 • 高选择性: 不同离子具有特定的漂流时间 • 应用于军事和安全领域(化学战剂(CWAs)，机场爆炸物的检测等)
FlavourSpec® 的特点：
• 内置电脑，独立操作 • 放射性离子源低于豁免限额 • 加热的进样器 • 电子压力控制组件(EPC) 控制载气和漂流气 • 手动/自动进样方式 • 建立方法的相关参数设置便捷 (温度，流速等) • 加热模式便于快速清洁系统 • 正负离子化模式 • 高湿度样品的色谱预分离 • 数据存储于系统内，或通过LAN传输于电脑 • 自动顶空进样
IMS = Ion Mobility Spectrometry
应用于气体化合物尤其是挥发性有机物(VOC)的检测
Volatile Organic Compounds (VOC)
GC = Multi Capillary Column
数分钟内实现VOC的分离
Lit.: Dissertation S. Sielemann 1999
IMS的工作原理
离子化区
电场区
样品入口
++ +
++
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++ +
出口
离子门
漂流区
法拉第 接收盘 漂流气 入口
IMS的工作原理
离子化区 样品入口
出口
电场区
漂流区
+
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+ +
+ +
++
++ +
离子门
法拉第 接收盘 漂流气 入口
IMS的工作原理
离子化区 样品入口
出口
电场区 离子门
漂流区
&#法拉第 接受盘
BP-IMS
• Operation: • Sampling:
Two parallel H3-IMS positive and negative polarity
Two electrical valves to inject parallel to the two IMS
FlavourSpec®
• Operation: Open system
食品领域等挥发性有机物分析
G.A.S. mbH 仪器介绍：
UV-IMS
• Operation: • Ionisation:
Open system UV-light
• Sampling:
Membrane inlet system Electrical 6-port-valve Heated inlet tube
气相-离子迁移谱技术及应用实例
离子迁移谱 IMS
• G.A.S.公司简介 • 用IMS分析VOCs 的应用领域介绍 • FlavourSpec®, BreathSpec® 特点介绍 • 实例介绍 (食品样品，呼吸样品) 和数据分析 • 小结
G.A.S. GmbH
公司简介：
• 成立于1997年
• 总部位于德国格林德
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+ 漂流气 入口
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信号强度
漂流时间 / ms
IMS工作原理
离子化区
样品入口
电场区
漂流区
出口
离子门
+ 法拉第 接收盘
+ 漂流气 入口
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信号强度al
漂流时间 / ms
IMS核心组件-漂流管
IMS工作原理
离子迁移谱图
S ig n a l / V
1 ,8
63N i-IM S
22
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离子迁移谱特征谱图
离子迁移谱图
S ig n a l / V
1 ,8
63N i-IM S
1 ,6
1 ,4
1 ,2
定性分析 出1 ,峰0 位置 漂0 ,流8 时间
0 ,6
0 ,4
0 ,2
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-0 ,2
12
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R IP
M onom er
16
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D rift T im e / m s
w ithout analyte E thylacrylate 600 ng/L E thylacrylate 800 ng/L
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0 ,8
0 ,6
0 ,4
0 ,2
0 ,0
-0 ,2
12
14
R IP
M onom er
16
18
20
D rift T im e / m s
w ithout analyte E thylacrylate 600 ng/L E thylacrylate 800 ng/L
D im er
BreathSpec®
• Operation: Open system
• Ionisation: Tritium (H3) / UV-light
• Sampling:
Integrated Spirometry, Electrical 6-port-valve
• Chromatographic preseparation (MCC)