逆向气流与静电梯度的空中悬浮:费尔南德斯-利马与 TIMS
2011 年 7月1日 · 射频六极杆捕集型离子迁移管(TIMS Cartridge)与轴向反向直流电极环
你知道吗?
它没有修建数米长的跑道让离子精疲力竭地冲刺,而是造了一座微型的垂直风洞;在气流狂啸与静电推力的微妙拉锯中,分子的三维体态被精准称量于方寸气浪之间。
质谱仪只能通过质荷比()区分分子,但面对分子式和分子量一模一样、但空间三维结构完全不同的立体异构体(如顺反异构、D/L构型氨基酸、或不同分支形态的肿瘤多糖),质谱仪就像一个瞎子。离子迁移谱(IMS)通过让离子在惰性气体中穿行,根据分子的空间“碰撞截面积(CCS)”实现分离。
然而传统漂移管(DTIMS)动辄一两米长,离子在漫长的漂移中信号衰减极其严重。2011年,佛罗里达国际大学的弗朗西斯科·费尔南德斯-利马(Francisco Fernandez-Lima)与布鲁克(Bruker)公司的梅尔文·帕克(Melvin Park)彻底倒转了流体力学坐标系,制造出颠覆性的捕集型离子迁移谱(Trapped Ion Mobility Spectrometry, TIMS)。
他们不再让离子在静止气体中赛跑,而是让高速氮气流迎面冲刷离子,将它们向后吹跑;与此同时,在只有几厘米长的六极杆管道轴向上施加一个逐渐升高的反向电场梯度阻挡离子。离子受到的气动推力与空间截面积成正比,受到的静电力与电荷成正比。