离子迁移谱（Ion mobility spectrometry, IMS）是基于电场作用下离子在中性气体中迁移速度的差异实现不同离子分离与检测的技术。其中捕集离子迁移谱（Trapped IMS, TIMS）是近年新出现的一种具有超高分辨能力的IMS技术，可在长度约为5 cm的离子分析通道内实现分辨力R>300（R = K/ΔK或R = CCS/ΔCCS），并且具有离子富集存储功能。TIMS最早由Park等人于2008年报道，随后出现了并行富集/分析、串级分离等多种TIMS结构和操控方法。
捕集离子迁移谱，其基本原理是利用直流电场驱使离子在高速气流中保持位置静止，实现离子在中性气体中超长等效距离迁移，使得TIMS可在小尺寸离子分析通道内实现超高分辨。TIMS的主要结构分为三个部分：前级漏斗、离子分析通道和后极漏斗。其中，前级漏斗和离子分析通道置于气压为P1的腔室中，后级漏斗置于气压为P2的腔室中。调控P1 > P2，可于离子分析通道内形成层流状的高流速（Vg >100 m/s），高效载运离子前行。离子分析通道内还设置有方向与气流相反、强度随轴线位置变化的直流电场梯度（Electric field gradient, EFG）。如图 1B 所示，EFG轮廓包括上升区、平台区和下降区。在高速气流与EFG的对向作用下，进入TIMS离子分析通道的离子先后经历离子富集、离子存储和离子洗脱3个阶段，完成离子分离，并向检测极传输。基于该结构和工作方式的 TIMS也被称为顺序分析TIMS。
顺序分析TIMS是最基本的结构，其工作方式主要分为三个阶段：首先是离子富集，当电场驱动离子的迁移速度与气流速度达到平衡时，离子停止运动；其次是离子存储阶段，离子偏转电极打开，离子停止进入，在分析区电场梯度的作用下，迁移率不同的离子会静止在离子分析通道轴线的不同位置上；最后是离子洗脱阶段，随着电场的降低，分析区的离子按照迁移率K从小到大的顺序依次失去受力平衡，被洗脱进入后级离子检测极。
图1. 捕集离子迁移谱结构图示意图（A）及工作时序（B）
通过延长顺序分析TIMS的离子分析通道即可得到离子捕集阱，形成并行工作的离子存储区和离子分析区，因此，又称为并行富集/分析TIMS。离子富集时间可达100 ms量级，同时离子存储效率可达80%以上，而洗脱离子峰的半峰宽通常小于1 ms，相当于将一个恒定连续的弱离子信号压缩成为一个短时间离子脉冲信，有望将强度提升百倍。
图2. 基于双级阱的并行富集/分析TIMS的结构图示（A）及工作时序（B）
通过将两个顺序分析TIMS前后设置，并利用离子传输接口实现离子在二者之间的传输，可获得如图3所示的串级TIMS。TIMS-1和TIMS-2彼此独立，可同时传输/存储离子，实现类似双级阱TIMS的并行富集/分析离子。最常用的还是利用TIMS-1筛选具有特定迁移率K的离子，送入传输接口内进行碰撞诱导解离（Collision induced dissociation, CID）和碰撞诱导展开（Collision induced unfolding, CIU），然后再送入TIMS-2 进行二次分离。
图3 串级TIMS的结构示意图
总结
TIMS作为一种超高分辨IMS技术，具有结构紧凑、离子传输效率高以及操作灵活等显著优势，适合与MS联用构建TIMS-MS体系，极大地提升了MS谱峰峰容量，在蛋白质测序、异构体分离、同重组分分析等方面具有非常广泛的应用前景。
参考文献：
1. Silveira, J. A., Ridgeway, M. E., Laukien, F. H., Mann, M., & Park, M. A. (2017). Parallel accumulation for 100% duty cycle trapped ion mobility-mass spectrometry. International Journal of Mass Spectrometry, 413, 168-175.
2. Liu, F. C., Ridgeway, M. E., Park, M. A., & Bleiholder, C. (2018). Tandem trapped ion mobility spectrometry. Analyst, 143(10), 2249-2258.
3. 张根伟,杨杰,杨其穆,等.捕集离子迁移谱技术及应用进展[J].分析化学, 2023(11):1703-1713.DOI:10.19756/j.issn.0253-3820.221588.
