第1部分 离子迁移谱的发展史、理论和基本原理第1章 离子迁移谱技术简介 2
1.1 基础知识 2
1.1.1 离子迁移谱的定义 2
1.1.2 对离子在迁移谱仪中进行的过程的描述 2
1.1.3 气体正离子的生成 4
1.1.4 气体负离子的生成 5
1.1.5 离子的分离和迁移率的测定 5
1.2 大气压条件下气体中离子的研究 7
1.2.1 发现和创新时期（1850-1938） 7
1.2.2 基础研究时期（1948—1970） 10
1.2.2.1 对高压和常压空气中离子研究兴趣的再现 11
1.2.2.2 在弱电场条件下用迁移率表征离子的漂移管 11
1.3 IMS技术作为一种分析方法的早期发展（1970—1990） 16
1.3.1 F.W.Karasek将IMS用于化学分析的研究 16
1.3.2 IMS在军事和公共安全检测方面的研究进展 18
1.3.3 快速响应的气密漂移管 21
1.4 现代离子迁移谱分析技术 21
1.4.1 化学毒剂检测 22
1.4.2 炸药的检测 22
1.4.3 毒品的检测 22
1.4.4 离子迁移谱专著 22
1.4.5 不对称场离子迁移谱 23
1.4.6 IMS学会和国际学术会议 23
1.4.7 挥发性有机物分析仪 24
1.4.8 离子迁移谱仪在生物分子测试方面的应用 24
1.5 IMS的现状和未来发展趋势 25
1.5.1 谱图库的建立和离子迁移谱仪的标准化 25
1.5.2 仪器的商业化 25
1.5.3 公司商业化运作的发展情况 26
1.5.4 应用情况 28
参考文献 28
第2章 气相离子的迁移 35
2.1 概述 35
2.2 离子在气体中的低速运动 35
2.2.1 气相离子的扩散 36
2.2.2 电场对离子运动的作用 36
2.2.3 气体密度对离子运动的影响 37
2.3 离子与中性气体分子的相互作用模型 38
2.3.1 迁移率方程 39
2.3.2 刚性球模型 40
2.3.3 极化极限模型 41
2.3.4 12,4硬核势能模型 42
2.4 模型和实验验证 42
2.4.1 引言 42
2.4.2 同系物系列离子半径 43
2.4.3 实验测定的同系物系列离子的迁移率及其与离子质量的关系 44
2.4.4 实验测定的同系物系列离子的迁移率及其与温度的关系 46
2.4.4.1 实验结果 46
2.4.4.2 温度和漂移气体的影响效果 48
2.4.4.3 温度和漂移气对K0影响的综合效应 51
2.4.5 一种简单的Gedanken实验 52
2.4.6 通过改变漂移气改善离子峰的分辨率 53
2.5 迁移率与电场强度的关系 53
参考文献 59
附录A 迁移率计算值受所选参数的影响情况 63
绪言 63
A1 α*的选择 63
A2 rm和z的选择 66
A3 n的选择 68
A4 参数选择的分析总结 69
第3章 离子迁移谱仪中的气相离子反应 70
3.1 气相离子反应概述 70
3.2 常压下的气相离子反应 71
3.2.1 反应离子的生成 71
3.2.1.1 正反应离子的生成 71
3.2.1.2 负反应离子的形成 74
3.2.2 产物离子的形成 77
3.2.2.1 正产物离子的生成反应 77
3.2.2.2 负产物离子的生成反应 80
3.3 分析上的气相离子反应 80
3.3.1 定量响应方面的问题 81
3.3.1.1 样品浓度对信号响应的影响 81
3.3.1.2 检测限 83
3.3.1.3 重复性、稳定性和线性范围 85
3.3.2 实验参数对离子迁移谱的影响 89
3.3.2.1 温湿度的影响 89
3.3.2.2 气体试剂的选用和新反应离子的产生 91
3.4 离子迁移谱的解析 94
3.4.1 离子迁移谱的生成过程概述 94
3.4.1.1 高稳定性的离子 95
3.4.1.2 低稳定性的离子 95
3.4.1.3 中等稳定性的离子 96
3.4.2 对混合物的响应 96
3.4.3 利用离子迁移谱鉴定化合物 97
3.5 结束语 98
参考文献 98
第2部分 离子迁移谱技术 104
第4章 离子迁移谱仪的漂移管 104
4.1 引言 104
4.2 进样系统和样品的引入 105
4.2.1 总体设计方面的考虑 105
4.2.2 气体试剂 106
4.2.3 气体、蒸气和环境空气 109
4.2.3.1 采用分离膜的进样系统 110
4.2.3.2 样品气体的指数稀释和动态稀释 111
4.2.3.3 环境空气样品的预浓缩 112
4.2.3.4 腐蚀性气体 113
4.2.4 液体样品 114
4.2.4.1 液体样品的喷雾进样和电喷雾电离 114
4.2.4.2 固相微萃取 115
4.2.4.3 半渗透膜 115
4.2.5 固体样品 116
4.2.5.1 样品的加热气化 116
4.2.5.2 样品的激光加热气化或蒸发 117
4.3 电离源 118
4.3.1 放射源—镍、镅和氚 119
4.3.2 电晕放电电离 119
4.3.3 光致电离：放电管和激光 120
4.3.4 表面电离 122
4.3.5 电喷雾电离 123
4.3.6 基体辅助激光解吸电离 123
4.3.7 火焰电离 124
4.4 漂移管 125
4.4.1 传统的线性电场漂移管 125
4.4.1.1 漂移管的结构与设计 125
4.4.1.2 载气和漂移气 127
4.4.1.3 漂移管内的电场 129
4.4.1.4 离子栅门 131
4.4.2 强不对称场或微分离子迁移谱仪 133
4.4.2.1 圆筒形的不对称场离子迁移谱仪 136
4.4.2.2 平板形微分迁移谱 137
4.4.3 漂移管的其他设计形式 138
4.4.3.1 吸气器式分析仪的设计 138
4.4.3.2 传统漂移管的平板形设计 139
4.4.3.3 其他类型的漂移管 140
4.4.4 微型漂移管 141
4.5 离子信号的检测、处理、分析和显示 142
4.5.1 检测器件和检测方法 142
4.5.2 信号的采集和处理 143
4.5.3 谱图分析 144
4.5.4 信号的显示方式 144
4.6 漂移管制作材料的选择 146
4.6.1 导电材料的选择 147
4.6.2 绝缘材料的选择 148
4.6.3 其他材料的选择 149
4.7 结语 149
参考文献 150
第5章 IMS与其他分析技术的联用 163
5.1 IMS与其他分析技术的联用简介 163
5.2 气相色谱与IMS的联用（GC/IMS） 164
5.2.1 基础知识和相关背景介绍 164
5.2.2 数据采集和分析 170
5.2.2.1 连续扫描法 171
5.2.2.2 重构离子色谱和离子监测法 173
5.2.3 信号响应特征 176
5.2.3.1 通过气体试剂或电离方法的选择来改变测量的选择性 177
5.2.3.2 信号的定量响应 180
5.2.4 关于色谱分离柱的问题 182
5.2.4.1 高分辨率的毛细管柱 182
5.2.4.2 多毛细管分离柱（MCCs） 183
5.2.5 仪器 183
5.2.5.1 环境气体监测仪（EVM） 184
5.2.5.2 挥发性有机物分析仪（VOA） 185
5.2.5.3 气相色谱—离子扫描仪（GC/IONSCAN） 187
5.2.5.4 Varian微型微分迁移谱检测器 188
5.2.5.5 美军的热解式GC/IMS仪器 188
5.3 液相色谱与IMS的联用（LC/IMS）技术 190
5.3.1 发展简史 190
5.3.2 近期的研究发展 191
5.4 IMS与质谱的联用（IMS/MS）技术 191
5.4.1 概况介绍 191
5.4.2 IMS漂移管与MS仪器之间的接口 193
5.4.3 分析信息的采集 195
5.4.3.1 用IMS/MS获取离子迁移谱数据 196
5.4.3.2 用IMS/MS获取质谱数据 196
5.4.3.3 各个离子迁移峰的质谱图 196
5.4.3.4 调谐离子迁移谱 197
5.4.4 IMS/MS仪器 198
5.4.4.1 使用四极杆质谱仪的传统型IMS/MS仪器 198
5.4.4.2 使用四极杆质谱仪的低压IMS/MS仪器 199
5.4.4.3 IMS/TOF MS和IMS／离子阱／TOF MS仪器 199
5.4.4.4 场离子谱与质谱的联用仪器 201
5.5 结语 203
参考文献 203
第3部分 离子迁移谱的应用 210
第6章 离子迁移谱在司法、军事、安全和反恐方面的应用 210
6.1 概况介绍 210
6.2 化学战剂（CWAS）的IMS检测 211
6.3 爆炸物的IMS检测 215
6.3.1 爆炸物检测概述 215
6.3.2 用手持式、便携式仪器和检测门对爆炸物进行检测 218
6.3.3 爆炸物检测的研究和运用情况 219
6.3.3.1 人行道入口检测门和行李监测系统 221
6.3.3.2 自制炸药和其他替代炸药 222
6.3.3.3 爆炸物数据库 223
6.4 毒品的IMS检测 224
6.4.1 情况简介和相关的离子反应 224
6.4.2 在实验室和野外的应用 225
6.4.3 毒物的离子迁移率数据 227
6.5 IMS在司法方面的一些应用 229
6.5.1 催泪剂的检测 229
6.5.2 纵火现场的检测 229
6.5.3 公共场所的安全检测 229
6.6 结语 230
参考文献 230
第7章 IMS在生物、生物分子研究和医学上的应用 238
7.1 概述 238
7.2 用IMS进行医疗诊断 239
7.2.1 通过呼吸气体的测量对麻醉程度和肺部疾病进行诊断 239
7.2.2 阴道感染的诊断 240
7.3 食品的新鲜程度和气味的测定 242
7.4 蛋白质、肽、氨基酸及其他生物大分子和生物聚合物 244
7.4.1 构象研究 245
7.4.2 生物分子的碱金属离子 246
7.4.3 对生物分子的深入研究 247
7.5 细菌的检测和判定 247
7.5.1 热解GC/IMS法 247
7.5.2 基于酶的免疫试验的离子迁移谱 250
7.6 结语 250
参考文献 251
第8章 IMS在工业和环境检测方面的应用 256
8.1 概述 256
8.2 酸性和腐蚀性气体的测定 256
8.3 挥发性有机化合物和卤化碳的测定 258
8.4 水、空气、洁净空间和工业流程中氨的测定 261
8.5 气体纯度和收集器效率的测定 262
8.6 电气开关中绝缘气体SF6纯度的测定 263
8.7 半导体加工过程中污染物的测定 264
8.8 空气的重复循环和控制 265
8.9 国际空间站上空气中VOCs的监测 267
8.10 制药工业：清洁状况检验 269
8.11 结语 270
参考文献 270
第9章 IMS一些有待开发的应用 275
9.1 概述 275
9.2 在空气质量监测和职业保健上的应用 275
9.2.1 在大学的化学试剂贮藏室进行的测量 276
9.2.2 皮肤膏药生产过程中析出的尼古丁的检测 276
9.2.3 对大学实验室内空气质量的监测 278
9.3 工业上泄漏气体的监测 280
9.4 用作确定火源的烟雾报警器 281
9.5 在吸附层和表面分析上的应用 282
9.5.1 对天然聚合物—木材进行热解吸分析 283
9.5.2 对吸附物和合成聚合物进行激光蒸发分析 283
9.6 金属和无机物离子的测定 284
9.7 带电气溶胶粒子的电迁移率分析仪 285
9.8 结语 286
参考文献 287
第10章 离子迁移谱的现状，面临的问题和发展趋势 290
10.1 离子迁移谱技术的现状 290
10.2 在提高IMS仪器性能和应用进展上面临的问题 292
10.2.1 IMS的理论和实际应用上的问题 292
10.2.2 硬件和仪器使用方面的问题 293
10.3 IMS的未来 293
10.4 最后的一点想法 294