離子遷移譜

前言

自從10多年前“Ion Mobility spectmmetry（離子遷移譜）”這部專著的第1版出版以來，人們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的認(rèn)識(shí)、基本理解和運(yùn)用都發(fā)生了很大的變化。事實(shí)上在十多年前IMS是不被認(rèn)可的，因此有必要對(duì)該專著第1版的內(nèi)容進(jìn)行修改和擴(kuò)充，以便涵蓋這些年IMS技術(shù)在多方面的發(fā)展和進(jìn)步。這些進(jìn)步的方面包括基本技術(shù)、計(jì)算機(jī)（或芯片）運(yùn)算能力、氣相離子化學(xué)的理論模型和應(yīng)用的發(fā)展，應(yīng)用方面最顯著的發(fā)展是由于應(yīng)對(duì)國際恐怖主義活動(dòng)的上升導(dǎo)致的對(duì)爆炸物、有毒化合物和致病細(xì)菌檢測器的大量需求。該領(lǐng)域一個(gè)較大的技術(shù)創(chuàng)新無疑是將強(qiáng)弱電場結(jié)合起來對(duì)不同遷移率離子進(jìn)行區(qū)分的場離子譜的設(shè)計(jì)。這項(xiàng)技術(shù)以及其他方面的技術(shù)發(fā)展直接導(dǎo)致了漂移管的微型化?；诠潭妶鲋须x子偏轉(zhuǎn)的離子遷移傳感器也已在市場上出現(xiàn)。為了避免那些麻煩的規(guī)章制度方面的限制，替代可靠的標(biāo)準(zhǔn)輻射源的其他一些電離源也進(jìn)行了研究和開發(fā)。離子遷移譜儀與色譜方法的聯(lián)用已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化并成為常規(guī)的分析手段，這使兩種技術(shù)的性能同時(shí)得到改善并拓展了它們的應(yīng)用范圍。在過去的10多年里，計(jì)算機(jī)（或芯片）運(yùn)算能力的提高極大地改進(jìn)了數(shù)據(jù)的采集和處理及對(duì)分析結(jié)果的解析和表達(dá)能力?，F(xiàn)在，人們對(duì)作為離子遷移譜儀響應(yīng)基礎(chǔ)的氣相離子化學(xué)反應(yīng)的基本原理有了更深入的理解，這為制造商和用戶避免早期的儀器存在的困擾人們的問題和制約IMS被人們接受的問題提供了解決的思路和辦法。除了傳統(tǒng)的違禁品（毒品和爆炸物）及化學(xué)戰(zhàn)劑的檢測以外，IMS技術(shù)在醫(yī)療、生物、環(huán)境和工業(yè)方面一些全新的、令人激動(dòng)的應(yīng)用也已進(jìn)行了探索和研究。目前，商業(yè)化情況的一個(gè)顯著特點(diǎn)是儀器制造商數(shù)量的增加，從口袋大小的袖珍式儀器到對(duì)人員進(jìn)行掃描的檢測門，這些公司已制造了多種基于IMs技術(shù)的儀器投向市場。

內(nèi)容概要

本書介紹了IMS技術(shù)從19世紀(jì)到現(xiàn)在的發(fā)展歷史和演變過程；講述了離子在電場中運(yùn)動(dòng)的理論和強(qiáng)電場對(duì)離子運(yùn)動(dòng)的影響；討論了決定IMS信號(hào)響應(yīng)的物理和化學(xué)問題；介紹了IMS技術(shù)、IMS與色譜或質(zhì)譜的聯(lián)用技術(shù)；IMS技術(shù)在司法、軍事和反恐、醫(yī)療和生物方面以及在工業(yè)、環(huán)境和其他特殊方面的應(yīng)用；IMS技術(shù)在微生物和生物試劑檢測方面的發(fā)展等。　　本書是相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜伊私釯MS技術(shù)最新發(fā)展?fàn)顩r的綜述性的資料，也可供有關(guān)研究人員、工程師和學(xué)生參考。

作者簡介

Gary A.Eiceman博士，是位于Las Cruces的新墨西哥州立大學(xué)化學(xué)和生物系的一名教授。1974年，他在賓夕法尼亞州西部切斯特州立學(xué)院（現(xiàn)在的西部切斯特大學(xué)）獲得化學(xué)學(xué)士學(xué)位，1978年在位于Boulder的科羅拉多大學(xué)在H.F.Walton教授的指導(dǎo)下獲得理學(xué)博士學(xué)位。此后，1978年一1980年，他又在加拿大安大略省的沃特盧大學(xué)跟隨F.w.：Karasek教授從事博士后研究工作。從1980年到新墨西哥州立大學(xué)任教以來，Eiceman博士就成為國家研究委員會(huì)的高級(jí)成員并于1987年一1988年擔(dān)任（位于美國馬里蘭州）馬里蘭試驗(yàn)場的美國軍方化學(xué)研究、發(fā)展和工程中心的高級(jí)研究人員。他曾與c.L.P.Thomas博士一起在曼徹斯特大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究所（1995年），并與Jorg。Baumbach博士在德國多特蒙德光譜測量研究所（2003年）一起進(jìn)行過研討和交流。Eiceman博士已進(jìn)行過170次的授課或演講，撰寫或合作撰寫過150篇研究論文、章節(jié)或綜述。他現(xiàn)在的研究興趣涉及IMS野外分析儀器的發(fā)展、常壓條件下分子～離子之間的化學(xué)反應(yīng)、微分離子遷移譜和有害有機(jī)物的環(huán)境分析化學(xué)。他曾在能源部、環(huán)保署、國立職業(yè)安全與健康研究所及國家航空和宇宙航行局的同行評(píng)議委員會(huì)（peer review commiueesfor the DOE，EPA，NIOSH，and NASA）供職。他是Talanta雜志的編委和國際離子遷移譜學(xué)會(huì)的創(chuàng)立者，并在1992年主持了第一屆國際離子遷移譜學(xué)術(shù)討論會(huì)。作為10多家公司或代理的顧問，Eiceman博士定期給本科生和研究生講授定量分析、分離科學(xué)和化學(xué)儀器課程，并于2004年在新墨西哥州立大學(xué)獲得Westhafter獎(jiǎng)和大學(xué)研究委員會(huì)獎(jiǎng)。他與妻子瑪麗和女兒阿比蓋爾一起生活在Las Cruces。
　　Zeev Karpas博，在耶路撒冷希伯來大學(xué)獲得理學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位，1976年又從以色列’Rehovot的魏斯曼科學(xué)研究所獲得理學(xué)博士學(xué)位。此后，他又在加州Pasadena的加利福尼亞技術(shù)研究所和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做了兩年博士后研究工作。回到以色列后，Karpas博士進(jìn)入內(nèi)蓋夫的原子能研究中心成為一名研究人員并最終成為分析化學(xué)部的主任（1989-1992）。1984年一1985年，他在位于馬里蘭州Gaithersburg城的國家標(biāo)準(zhǔn)局（現(xiàn)在的國家科學(xué)技術(shù)研究所）度過了他的休假年。1992年一1993年在新墨西哥州立大學(xué)度過了他的另一次休假年。

書籍目錄

第1部分　離子遷移譜的發(fā)展史、理論和基本原理　第1章　離子遷移譜技術(shù)簡介　　1.1　基礎(chǔ)知識(shí)　　　1.1.1　離子遷移譜的定義　　　1.1.2　對(duì)離子在遷移譜儀中進(jìn)行的過程的描述　　　1.1.3　氣體正離子的生成　　　1.1.4　氣體負(fù)離子的生成　　　1.1.5　離子的分離和遷移率的測定　　1.2　大氣壓條件下氣體中離子的研究　　　1.2.1　發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新時(shí)期（1850-1938）　　　1.2.2　基礎(chǔ)研究時(shí)期（1948-1970）　　　1.2.2.1　對(duì)高壓和常壓空氣中離子研究興趣的再現(xiàn)　　　1.2.2.2　在弱電場條件下用遷移率表征離子的漂移管　　1.3　IMS技術(shù)作為一種分析方法的早期發(fā)展（1970-1990）　　　1.3.1　F.w.Karasek將IMS用于化學(xué)分析的研究　　　1.3.2　IMS在軍事和公共安全檢測方面的研究進(jìn)展　　　1.3.3　快速響應(yīng)的氣密漂移管　　1.4　現(xiàn)代離子遷移譜分析技術(shù)　　　1.4.1　化學(xué)毒劑檢測　　　1.4.2　炸藥的檢測　　　1.4.3　毒品的檢測　　　1.4.4　離子遷移譜專著　　　1.4.5　不對(duì)稱場離子遷移譜　　　1.4.6　IMS學(xué)會(huì)和國際學(xué)術(shù)會(huì)議　　　1.4.7　揮發(fā)性有機(jī)物分析儀　　　1.4.8　離子遷移譜儀在生物分子測試方面的應(yīng)用　　1.5　IMS的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢　　　1.5.1　譜圖庫的建立和離子遷移譜儀的標(biāo)準(zhǔn)化　　　1.5.2　儀器的商業(yè)化　　　1.5.3　公司商業(yè)化運(yùn)作的發(fā)展情況　　　1.5.4　應(yīng)用情況　　參考文獻(xiàn)　第2章　氣相離子的遷移　　2.1　概述　　2.2　離子在氣體中的低速運(yùn)動(dòng)　　　2.2.1　氣相離子的擴(kuò)散　　　2.2.2　電場對(duì)離子運(yùn)動(dòng)的作用　　　2.2.3　氣體密度對(duì)離子運(yùn)動(dòng)的影響　　2.3　離子與中性氣體分子的相互作用模型　　　2.3.1　遷移率方程　　　2.3.2　剛性球模型　　　2.3.3　極化極限模型　　　2.3.4　12，4硬核勢能模型　　2.4　模型和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證　　　2.4.1　引言　　　2.4.2　同系物系列離子半徑　　　2.4.3　實(shí)驗(yàn)測定的同系物系列離子的遷移率及其與離子質(zhì)量的關(guān)系　　　2.4.4　實(shí)驗(yàn)測定的同系物系列離子的遷移率及其與溫度的關(guān)系　　　2.4.4.1　實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　　2.4.4.2　溫度和漂移氣體的影響效果　　　2.4.4.3　溫度和漂移氣對(duì)K影響的綜合效應(yīng)　　　2.4.5　一種簡單的Gedanken實(shí)驗(yàn)　　　2.4.6　通過改變漂移氣改善離子峰的分辨率　　2.5　遷移率與電場強(qiáng)度的關(guān)系　參考文獻(xiàn)　附錄A　遷移率計(jì)算值受所選參數(shù)的影響情況　　緒言　　A1　an的選擇　　A2　rm和z的選擇　　A3　n的選擇　　A4　參數(shù)選擇的分析總結(jié)　……第2部分　離子遷移譜技術(shù)第3部分　離子遷移譜的應(yīng)用　

章節(jié)摘錄

插圖：3.5 結(jié)束語IMS分析方法的優(yōu)勢在于，它可以在常壓條件下利用空氣中氣相離子的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分析測定，而且可以提供有用的檢測限數(shù)據(jù)。通過加人氣體試劑調(diào)控離子反應(yīng)過程還可以提高其測量的選擇性。另一方面，只要?dú)怏w環(huán)境允許基于質(zhì)子的離子反應(yīng)或電荷交換反應(yīng)進(jìn)行，IMS就可以作為一種通用的分析儀器使用。在這樣的條件下，從鏈烷烴到有機(jī)磷化合物都可以用IMS進(jìn)行測定。目前，離子源中離子的化學(xué)反應(yīng)與離子遷移譜之間的關(guān)系已經(jīng)很清楚。此外，對(duì)離子通過漂移區(qū)中的清潔氣體時(shí)經(jīng)歷的過程也有了很好的認(rèn)識(shí)和理解。穩(wěn)定的長壽命離子通過漂移管內(nèi)的潔凈氣體時(shí)，在遷移過程中可以得到很好的分離，分離后的同一離子群中的離子在結(jié)構(gòu)上不會(huì)發(fā)生任何變化，因此可以產(chǎn)生獨(dú)特的銳峰。但如果這些離子通過的漂移管中不是清潔氣體而是含有樣品的蒸氣，那么就有可能導(dǎo)致離子結(jié)構(gòu)的改變。漂移管中的潔凈氣體起到了一種過濾作用，只有那些壽命大于漂移時(shí)間的離子才能產(chǎn)生信號(hào)響應(yīng)。這是離子遷移譜圖簡潔的基礎(chǔ)（沒有兩種或兩種以上的中性樣品分子結(jié)合在核心離子上形成的絡(luò)離子），也是遷移譜儀的局限性所在（對(duì)短壽命的離子不能產(chǎn)生良好的信號(hào)響應(yīng)）。作者提示：本章討論的內(nèi)容反映了在作者實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行項(xiàng)目研究的JohnStone教授的工作貢獻(xiàn)和影響。將本章與前版書內(nèi)容進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，Stone教授在思考和建立氣相離子一分子反應(yīng)與分析化學(xué)之間的聯(lián)系方面的指導(dǎo)作用。他一直在自愿地引導(dǎo)著我們的研究進(jìn)展，沒有他的幫助，本部分的討論就不會(huì)有足夠的廣度和深度。

編輯推薦

《離子遷移譜(第2版)》是由國防工業(yè)出版社出版的。

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