离子迁移谱（Ion mobility spectrometry, IMS）被广泛应用于化学战剂、爆炸物、毒品检测、环境监测和临床麻醉品检测，在复杂的应用环境中需兼具高分辨能力和高灵敏。离子门作为IMS关键部件之一，直接影响IMS仪器的性能。
近年来，大连化物所质谱与快速检测研究中心（102组群）一直致力于高性能离子迁移谱的设计和开发，利用离子门后电场的时域跳变实现了分辨能力的提升(Anal. Chem., 2012, 84, 5700−5707)、通过增强Tyndall−Powell离子门栅网间电场减小迁移率歧视并保持高分辨能力；(Anal. Chem., 2017, 89, 13398−13404)、构建离子门前非均匀电场实现离子富集提高灵敏度(Sens. Actuators, B., 2019, 295, 179–185）、证明了在Tyndall−Powell离子门靠近迁移区一侧栅网施加控制脉冲可以压缩离子团的时域宽度提升IMS性能 (Anal. Chim. Acta., 2019, 1052, 96-104)。
近日，102组群研发出一种多效应复合的离子迁移谱门控注入技术，实现了较宽迁移率K0范围内化学战剂模拟剂的高灵敏、高分辨实时测量。
本工作通过在Tyndall−Powell离子门的两片栅网上分别施加脉冲电压，实现了离子富集，离子高效注入，离子团时间宽度压缩在一个迁移谱工作周期中的结合：在关门时，降低靠近电离区一侧栅网的电势在离子门前形成非均匀电场，使得这一区域的离子受到富集；离子门开启时，降低迁移区一侧栅网的电势使得栅网间电场增大，富集过的离子可以高效注入迁移区；再次关门时，注入的离子团由高电场切换回低电场中，使得时域宽度压缩。通过分离调制脉冲的实验配合电场模拟仿真，解释了该种离子门控制方式对于性能提升的物理原因。对磷酸三乙酯和甲基膦酸二甲酯的各自测试中将检出限分别从8和5 ppb降低至135和192 ppt。在较宽迁移率K0范围内化学战剂模拟剂的测试中，与常规的离子门控制方式相比，信号强度提升19倍同时还能保持85的分辨能力，证明了新的门控方式的优越性。
该研究成果以“Enhancing the Performance of Tyndall-Powell Gate Ion Mobility Spectrometry by Combining Ion Enrichment, Discrimination Reduction, and Temporal Compression into a Single Gating Process”为题，于近日发表在国际分析化学权威杂志《分析化学》Analytical Chemistry上。该工作的第一作者是我所博士研究生杨其穆，通讯作者是李海洋研究员。上述工作得到了国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目、科技部重点研发计划、大连化物所科研创新基金等项目的资助。（文/图 杨其穆）
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c00582
