在商用离子迁移谱-质谱平台上进行的低温气相红外光谱研究

《Analytical Chemistry》：Cryogenic Gas-phase IR Spectroscopy on a Commercial Ion Mobility-Mass Spectrometry Platform

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气相红外（IR）光谱与离子迁移谱和质谱的结合提供了详细的多维结构信息，有助于识别未知分析物。进行这些测量的仪器通常是自制的，操作需要丰富的专业知识。在这里，我们展示了在改装的Synapt G2-S离子迁移-质谱仪（IM-MS）上使用信使标记IR光谱技术。信使标记是在一个商用低温离子阱中完成的，该离子阱安装在转移单元的出口和TOF推进器组件之间，在质谱测量之前，标记离子会被红外光激发。我们报告了对Synapt G2-S的计时周期和电压梯度的调整，以实现低温阱中的高效捕获和信使标记。通过测量亮氨酸脑啡肽（质谱领域的基准标准）的IM-MS-IR数据，展示了该仪器的能力。选择性地传输特定迁移率的离子使得能够分离并随后进行异构三糖——海藻糖和梅勒齐糖的IR光谱分析。这些数据证明了信使标记IR光谱技术首次在广泛使用的商用IM-MS系统中的应用。这些用户友好的技术克服了将正交IR光谱测量纳入现有IM-MS工作流程中的重大障碍，将有助于在非靶向组学测量中区分未知分子。

引言
多维分离技术与质谱的结合极大地提高了组学工作流程的通量和特异性。涉及液相和气相分离后进行串联质谱分析的联用系统能够获得详细的结构信息。基于气体相中离子碰撞截面的离子迁移谱在确定生物分子结构和分离同位素分子方面特别有用。（1-4）现代结合离子迁移和质谱（IM-MS）的仪器达到了传统液相色谱分离的分辨率，但时间尺度缩短了许多倍（<1秒，而不是几分钟）。（5）这些技术进步使得代谢组学、脂质组学和蛋白质组学等领域的分析通量得到提升。（6-8）IM-MS越来越多地应用于糖组学领域，（9）其中糖链异构体的表征是一个重要的分析挑战。在某些情况下，IM-MS能够仅根据碰撞截面的差异在比相应冷凝相技术快得多的时间尺度上区分糖链异构体。（5,10,11）然而，异构糖链的碰撞截面差异通常接近仪器的分辨率极限，从而无法明确地确定每个分析物的结构。虽然特定于分析物的校准方法可以提高结构分配的准确性，（12）但这些方法劳动密集且仅适用于聚焦研究。因此，对于未知混合物的高通量分析，提供结构特异性信息的额外分析维度是必要的。

气相振动光谱可以为每个分子提供这种结构特异性信息，形式为振动指纹。（13,14）虽然传统上用于冷凝相实验的散射或透射方法很少适用于气相中的低分析物浓度，但几种方法从不同的角度解决了这个问题：它们关注的是光对离子的影响，而不是离子对光的影响。这些方法统称为作用光谱。振动作用光谱最常见的是通过监测分子在连续吸收多个红外光子后的碎裂来进行的。（15-17）这种技术称为红外多光子吸收解离（IRMPD）或红外离子光谱（IRIS），需要高脉冲能量，这在过去将实验限制在指纹区域（<1800 cm–1）和复杂的光源基础设施（如自由电子激光器）上。自20世纪90年代以来，适用于IRMPD的台式激光系统变得越来越普遍，（14,18）使得IRMPD作用光谱能够与许多不同的自制和商用质谱系统结合使用。（19-21）然而，直到最近才首次展示了将IRMPD光谱与商用离子迁移-质谱仪结合的应用。（18）在气相中，多个光子的吸收会导致离子在碎裂之前的内部温度升高。这可能会通过引起峰位移动和振动模式展宽来增加光谱复杂性。为了减少这些效应，需要在测量过程中保持离子在低温状态。一种可能的方法是将它们嵌入惰性冷却基质中，例如超流氦纳米液滴。（22,23）当嵌入的离子吸收光子时，能量通过液滴蒸发耗散。通过监测激光波长下裸离子信号的出现来产生光谱。这种方法可以提供非常窄的峰，但操作需要丰富的专业知识，且所需的峰值功率和激光脉冲结构通常限制了该技术在自由电子激光设施中的应用。

另一种低温方法是信使标记IR光谱或低温IR离子光谱（CIRIS）。离子在离子阱中冷却到低温（通常<50 K），并在低分压下释放惰性气体（通常为N2或H2）作为标记分子。（24-26）在热能耗远低于离子-标签结合能的温度下，可以在离子和标签之间形成弱结合复合物。单个光子的振动激发通常足以破坏这种相互作用，导致信使标签的解离，这可以通过标记离子复合物的减少来检测到。与IRMPD相比，这种方法所需的脉冲能量较低，并且可以使用覆盖大多数感兴趣光谱范围的台式激光系统轻松实现。（26,27）这些优势使得CIRIS在基础物理化学实验和应用导向研究中得到了广泛应用。（14,26,28,29）由于需要专门的自制仪器和训练有素的操作人员，信使标记IR光谱在分析工作流程中的常规使用一直受到限制。先前将结构损失less离子操纵（SLIM）离子迁移谱（IMS）方法与常规Agilent QTOF仪器结合的成功表明，可以在更用户友好的格式下获取肽的IR光谱。（30）为了将这项技术扩展到更广泛的质谱仪，我们展示了通过在离子迁移区域后安装低温离子阱来改装商用Synapt G2-S IM-MS平台以实现信使标记IR光谱。选择改装Synapt G2是基于该仪器在质谱领域的广泛应用、二手市场上的广泛可用性、可用于教授仪器操作的丰富资源，以及之前对该仪器平台进行光谱测量的成功改装实例。（31-33）由此产生的仪器被称为Cold Photo Synapt，它可以在熟悉的商用仪器平台上实现分析物的迁移分离、IR光谱和质量测量。

**对Synapt G2-S的改装**
该仪器基于改装了低温离子阱的商用Synapt G2-S质谱仪（Isospec Analytics SA，瑞士雷纳斯）。（14,34）这种改装后的仪器具有根据用户定义的m/z值进行四极杆质量选择、收集行波IM数据、根据漂移时间对迁移图中的特定到达时间窗口进行切片、在低温离子阱中存储和标记离子、用红外激光照射以及在一台仪器内完成质量测量的能力（图1）。读者可能会发现未改装版本的仪器示意图有助于以下讨论（图S1）。

**图1**
图1. 仪器设计的示意图，详细描述了改装内容和测量能力。一个商用低温离子阱被安装在TriWave区域的末端和TOF推进器组件之间。通过位于推进器组件上方的KBr窗口提供了对低温阱的光学访问。

**离子迁移切片**
离子迁移单元上游的区域保持不变。通过改变TriWave区域中迁移单元出口透镜的电压，可以隔离迁移图中的特定到达时间窗口（图1，IMS区域的亮红色透镜）。对于迁移图中所有物种的传输，电压被固定为某个值，以产生相对于该区域前级光学系统的下降梯度。对于IMS切片，出口透镜的电压增加+50 V（在正模式下），以防止不需要的物种传输，并在用户指定的到达时间和持续时间恢复到正常传输电压。所有通过出口透镜的离子都会通过未改装的转移单元进入低温离子阱进行信使标记和IR光谱分析。修改区域上游和下游的所有仪器参数都由MassLynx V4.1（Waters Corporation，马萨诸塞州米尔福德）控制。

**低温离子阱和红外光谱**
低温离子阱被安装在转移单元的出口和推进器区域的入口之间（MS Vision，荷兰阿尔梅尔）（图1）。低温离子阱连接到一个闭合循环氦冷阱（单级0/40冷头，Oxford Cryosystems，英国朗汉博罗），使用温度控制器（Model 336，Lake Shore Cryotronics，美国韦斯特维尔）维持30至45 K的温度（根据不同分析物的最佳标记需求进行调整）。热量通过位于阱和冷阱之间的导电铜板传递。

低温离子阱的详细信息在其他地方有描述。（14）简而言之，它由一对包含62个电极的印刷电路板组成，这些电极可以单独控制阱内的直流电位（图1和S2）。Einzel透镜堆栈位于离子阱的入口和出口处，用于离子聚焦。提供两个相位相差180°的射频电压（MIPS Ultra Power High Q Head，GAA Custom Electronics LLC，美国肯纳威克）以将离子限制在阱内。离子阱侧面的额外直流电极确保了离子的横向限制。阱内侧面电极和垫电极之间的电压差可以调节以激发或冷却离子，从而实时调节离子标记效率。所有离子阱光学的直流电压由两个模块化智能电源（MIPS）（GAA Custom Electronics，美国肯纳威克）提供，通过自定义GUI设置，并通过自定义电路板和连接器应用于离子阱元件。离子通过安装在仪器改装期间的三个六极杆离子导引器进出阱：两个在离子阱之前，一个在之后。此外，还向该区域添加了三个涡轮分子泵（两个Edwards EXT255H（220 L s–1）和一个Edwards nEXT300（300 L s–1），Edwards Ltd.，英国伯吉斯山），主要用于三个目的：(i) 在IMS区域出口和低温离子阱之间添加一个差分泵送阶段；(ii) 确保在每个阱循环后能够有效地泵走标记气体；(iii) 确保仪器的TOF区域保持低压。在正常操作且未进行捕获的情况下，该区域的压力保持在约1 × 10–7 mbar（不注入捕获气体），并在整个阱内维持线性直流梯度以促进离子作为相干束传输到推进器。

一个捕获周期包括三个阶段：离子积累和标记、照射以及从低温阱释放到TOF分析器（图S3）。在使用10 Hz脉冲激光系统的正常操作中（详细如下），这个周期每个激光脉冲重复两次（即20 Hz）：一次有激光照射，一次没有激光照射。在没有照射的情况下获取光谱可以解释实验过程中整体信号强度和标记效率的变化。由于离子迁移率周期时间受到用户定义的m/z范围的影响，因此在MassLynx中选择了“在陷阱释放后启用迁移率分离延迟”选项，并调整了延迟时间，以获得精确为10或25毫秒的离子迁移率周期，以便与20赫兹的陷阱周期兼容。这样，每个捕获周期会累积2-5个离子迁移率周期，每个波长的完整IR采集周期（包括两个捕获周期、一个激光脉冲以及两个触发的TOF轨迹的采集）被设置为100毫秒。捕获周期是通过仪器的IMS启动触发器作为开始信号来启动的。该信号被传递给两个MIPS设备，这两个设备控制陷阱光学系统的定时。在第一个积累期（0-50毫秒）内，低温离子陷阱的出口透镜最初保持在+25伏（正模式），并在离子进入离子陷阱前2毫秒通过一个电磁阀（Parker Hannifin GmbH，Kaarst，德国）向腔室中脉冲注入20% N2/80% He的混合气体。高势垒与离子陷阱内的气体相结合，使离子在从传输单元中弹出后能够被停止，并有助于它们的限制。在典型操作下，陷阱腔室内的平均压力约为2 × 10^-6毫巴，但可以通过改变气体脉冲持续时间来调整到更高或更低的值，以帮助不同质量的离子热化。当离子被热化到低温时，会形成m/z值相对于分子离子增加了+28 Da的N2标记物种（图2A）。在50毫秒的时间内，离子在低温离子陷阱中积累、热化并标记，然后通过将陷阱中的最后一个透镜元件的电压从+25伏降低到-50伏（正离子模式）来释放离子，从而加速离子通过出口Einzel透镜堆栈、第三个六极离子导流器并进入推进器组件。

图2 使用Cold Photo Synapt获得的质子化Leucine enkephalin单体离子的信使标记IR光谱。(A) 显示离子标记和去标签的示意图；(B) 在激光关闭（蓝色）和打开（红色）时，捕获和标记的质子化Leucine enkephalin单体离子的质谱图，在1688厘米^-1处观察到大量的消耗。m/z峰值上方的数字表示每个离子上的N2标签数量。(C) 质子化Leucine enkephalin单体的信使标记IR光谱。

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在未经修改的Synapt G2-S仪器中，推进器频率由IMS启动触发器控制，并针对每台仪器进行校准，以包括从IMS单元末端到推进器的离子飞行时间。然而，低温离子陷阱中捕获离子的过程干扰了这种定时方案。因此，需要手动定义TOF推进器的定时，以匹配离子从低温离子陷阱释放后到达推进器的时间。这是通过在MassLynx中启用“目标增强模式”功能来实现的。在这种模式下，推进器在离子从低温陷阱释放后，由MIPS设备发送的触发信号控制，在45到99微秒（陷阱周期中的50.045到50.099毫秒）之间以18千赫的频率连续触发。必须调整这个定时，以考虑不同m/z值离子的飞行时间，因为飞行时间与分析物m/z的平方根成正比。然而，在恒定电压梯度条件下，这些值是恒定的，因此可以构建一个从m/z到飞行时间的校准曲线，从而自动调整推进器定时。在这里，最佳定时是通过测量感兴趣的离子的丰度作为离子从低温离子陷阱释放和推进器触发之间的延迟函数来确定的。在此期间，离子已经开始在下一个捕获周期中在低温离子陷阱中积累。

IR脉冲（详见下文）通过KBr光学窗口从TOF区域（31-33）进入仪器。光束被嵌入推进器组件内的45°镀金平面镜反射，使激光光束与离子轨迹对齐。在陷阱周期的50.092毫秒时，IR激光照射离子包。如果离子具有与给定波长的IR光子共振的跃迁，则由于光子吸收而获得的能量会在离子内重新分布，N2标签从离子上解离，导致未标记物种的信号强度增加（图2A）。在离子从陷阱释放后对其照射可以减少氮的重新标记，从而提高信使标记IR光谱的信噪比。因为离子在从陷阱到TOF分析器飞行期间受到照射，所以必须优化激光脉冲的定时，以适应不同m/z的离子，即它们在低温陷阱和推进器之间的相应传输时间。

IR采集周期（单个捕获周期从0-100毫秒，包括有和没有激光激发的两个相应质谱的采集（图1）在每个激光波长下重复用户定义的次数，以平均光谱。这种光谱平均考虑了激光功率的逐次差异以及由于电喷雾波动导致的离子信号差异，从而获得具有足够高信噪比的数据，以检测标记产量的细微变化。在典型的实验中，激光以2厘米^-1的增量在990到1810厘米^-1之间步进，同时平均每个波长的75个光谱。总而言之，这导致高分辨率、高信噪比光谱的采集时间约为1小时。需要注意的是，并非所有分析物都需要在如此宽广的波长范围内进行如此高分辨率的扫描。可以通过限制要研究的波长范围或通过增加激光波长步长来降低光谱数据的分辨率来提高实验的吞吐量。

数据采集
为了采集单个推进器-拉回周期的数据，我们将多通道板前置放大器的第二个输出连接到TeleDyne SP ADQ32数字仪（Thousand Oaks, CA, USA），并与用Python编写的自定义采集软件接口。该软件允许在保存平均数据到内存效率高的二进制文件格式之前，对多个陷阱周期内的单个推进器-拉回周期的光谱进行平均。该软件还允许远程控制激光器，允许在每个激光波长下以用户定义的波数步长进行预设次数的扫描。重要的是，这种采集接口在可调参数方面提供了最大的灵活性，同时仍然保留了通过MassLynx记录IMS和MS数据的能力。未归一化的IR光谱可以实时显示，或者可以在采集后使用自定义的Python分析代码进行完整的IR数据处理。

从TOF信号中检索IR光谱
随着信使标记IR光谱学领域的迅速发展，建立统一的IR光谱检索共识非常重要。在这里，我们提出了一种考虑离子信号波动、仪器条件和光学特性的方法。
信使标记IR光谱是根据未标记离子的基线校正后的TOF信号（在用户定义的m/z值之间积分）计算得出的，作为波长（λ）的函数。对于每个波数步骤，通过从照射后的强度（ION(λ)）中减去无激光照射时的强度（IOFF(λ)）来确定标签消耗信号（Ndep(λ)）：Ndep(λ) = ION(λ) - IOFF(λ)。然后将此消耗信号归一化到参考信号，这里指的是未标记离子的激光关闭信号IOFF。这种归一化产生了消耗分数：Fdep(λ) = Ndep(λ) / IOFF。
为了确保大的动态范围和高信噪比，激光脉冲能量被设置为达到90-95%的标签消耗（Srel）。这种方法避免了标签消耗的直接饱和，但由于饱和的概率考虑（即，如果N个标记离子中有i个吸收了光子并经历了标签消耗，则仍有(N – i)个标记离子可以在同一周期内以可观察的方式吸收光子），因此消耗分数必须线性化为Srel(λ) = -ln(1-Fdep(λ))。这个线性化的信号Srel(λ)代表了吸收强度，必须通过离子经历的光子通量来归一化，以获得最终的相对吸收截面（σrel(λ)）。
激光能量剖面E(λ)是使用热电功率传感器（Ophir Vega，Ophir Optronics，West North Logan, UT, USA）记录的，并转换为光子通量剖面。给定波长处的光子数量与测量的平均脉冲能量除以光子能量（Ephoton = hc/λ）成正比。考虑到接近衍射极限的激光焦点（即，A∝λ^2），其与离子云重叠，光子通量与(E(λ)·λ)/λ^2 = E(λ)/λ成正比。最终的相对吸收截面σrel是通过将线性化强度归一化到这个光子通量剖面得到的，根据??rel=???·ln(1?IOFF(λ)/(ION(λ)-IOFF(λ))Srel=?λ·ln(1?ION(λ)-IOFF(λ)E(λ)。
其中Srel选为同一采集周期内无激光激发时的未标记离子信号，即IOFF(λ)。

方法
样品制备
肽Leucine enkephalin溶解在1:1的水/甲醇混合物中，最终浓度为20微摩尔。Melezitose和Cellotriose混合物在1:1的水/甲醇中各自制备成10微摩尔，并加入400微摩尔的NaCl以确保加合物的形成。所有化学品均从Sigma-Aldrich（St. Louis, MO, USA）购买，并且未经进一步纯化直接使用。

离子是通过纳米电喷在大约1.2微米的硼硅酸盐发射器（35,36）上形成的，使用Sutter Instrument P-1000微移液器（Novato, CA）在内部拉动。通过插入发射器并与溶液接触的铂线向溶液中施加约0.7-1.2千伏的电喷毛细管电压。

可调中红外光源
这些实验中使用的IR激光是LaserVision光学参量振荡器/光参量放大器（OPO/OPA）系统，该系统配备了一个额外的锌锗磷化物晶体基差频生成模块，可以产生可调的中红外脉冲（LaserVision，Bellevue, WA）。该系统由1064纳米Nd/YAG激光器（Surelite EX）以10赫兹的重复率泵浦，可以在整个感兴趣的中红外光谱范围内进行调节，脉冲能量分别为1.5毫焦和3.5毫焦，分别在10微米和5微米处。激光脉冲通过延迟发生器（DG645，Stanford Research Systems，Sunnyvale, CA, USA）与捕获周期同步，该延迟发生器也用于触发和设置泵浦激光的Q开关延迟。

结果和讨论
从单个改装的商业仪器中采集IMS、IR和MS数据
该仪器能够以大多数分析化学家熟悉的用户友好格式，同时进行信使标记IR光谱的采集和离子迁移率-质谱测量。为了展示这种新仪器的实用性，我们首先测量了常用的生物分子标准物Leucine enkephalin的质谱。
图2B显示了在正离子模式下，激光关闭和打开时20微摩尔Leucine enkephalin的标记质谱。在40 K和约2 × 10^-6毫巴的离子陷阱气体压力下（每次测量前都进行了优化以获得最佳条件），Leucine enkephalin平均有大约1个N2标签，标记产量超过50%，这提供了足够的动态范围来观察标记随激发波长的消耗情况。增加标记气体的压力导致信号强度增加，这可能是由于在陷阱中的热化和限制更好。然而，这也导致标记产量降低，这很可能是由于从陷阱中弹出时气体-离子碰撞的频率增加，导致去标签。来自传输离子（未经捕获）的IMS数据与先前的报告一致（图S4），（37），表明添加低温离子陷阱不会导致从IMS单元末端到推进器的飞行时间有可测量的变化，也不会导致IMS分离后离子包的显著扩展。虽然由于信使标签通常与带正电荷的部分相互作用，负离子模式下的标记通常被认为具有挑战性，但我们很容易在这种仪器上观察到信使标记阴离子的形成（图S5）。这为在该改进的商用仪器平台上获取负电荷离子的红外光谱提供了可能性。通过连续捕获循环中未标记离子的丰度比值（有无红外激发情况下）来重建信使标记的红外光谱。这些测量是在图2B中显示的质量和迁移率选定的质子化亮氨酸内啡肽单体离子上进行的，以生成图2C中的红外光谱。在这些数据中观察到的谱带与之前使用相关气相红外方法收集的谱带非常吻合（22,38,39）。这些红外光谱展示了该仪器基于改进的商用仪器平台同时获取质谱（MS）、离子迁移谱（IMS）和红外光谱的能力，显著推进了将红外光谱作为一种额外分析方法应用于质谱实验室的可能性。

**离子迁移率切片实现特定异构体的选择**：

可以在离子迁移图中的特定到达时间窗口内进行切片，以便后续进行红外光谱分析，从而在气相中分离出同位素离子的各个异构体并进行单独研究。为了演示这一功能，研究了一种由麦芽糖醇和纤维三糖组成的混合物，这两种三糖异构体可以通过TWIMS部分分离（40）（图3A）。为了提高IMS的分离效果，将m/z范围缩小到400–2500 m/z，并通过“捕获释放后的迁移延迟”功能调整了IMS周期为10 ms。在Synapt G2-S上，每个IMS周期的到达时间区间数量是固定的，但整个IMS周期的总时间会根据用户输入的期望m/z范围而变化。这种IMS周期时间（以及分辨率）的变化是为了适应较重分析物从IMS池中排出的较慢速度。在高m/z限制为2500 m/z的情况下，IMS周期时间缩短至<10 ms，每个区间约为0.11 ms，而在较高m/z范围内约为0.22 ms。在这些条件下获得的更高IMS时间分辨率使得具有相似迁移率的峰能够得到更好的分离。

**图3**：通过离子迁移率切片在信使标记红外光谱之前选择特定异构体。从麦芽糖醇和纤维三糖1:1混合物中获得代表性的（A）IMS、（B）MS和（C）红外光谱。面板B中的数字对应于每个离子上的N2标签数量。红色轨迹对应于（A）IMS切片和（C）在气相中分离出的麦芽糖醇的红外光谱采集。黑色轨迹对应于（A）中灰色显示的异构体混合物的红外光谱。

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麦芽糖醇和纤维三糖1:1混合物的质谱主要显示了m/z = 526.4处的钠加合物（图3B）。离子迁移数据是在无标记气体混合物的情况下在低温阱中获取的（即1 × 10–7 mbar），以保持释放后的离子团簇紧凑，并确定触发IMS切片的时间和持续时间。为了确定切片未知离子的漂移时间，必须始终在阱区域无捕获气体的情况下获取IMS数据。该m/z的迁移图包含两个部分分离的峰，到达时间分别为约4.75 ms和约5.35 ms（图3A，黑色轨迹）。根据在同一Synapt G2-S仪器上对相同异构体混合物的先前报告（40），我们将较早到达时间的峰鉴定为麦芽糖醇，较晚到达时间的峰鉴定为纤维三糖。这些峰的FWHM约为0.4 ms，与Hoffman等人的先前实验中获得的结果相似（约0.5 ms，约3个区间）（40）。重要的是，这些数据表明，包括低温离子阱不会导致离子团簇在离子迁移池末端和TOF推进器之间的显著膨胀，否则会导致峰宽增加。在以4.75 ms为中心的0.5 ms窗口内进行IMS切片后，可以在气相中有效分离出麦芽糖醇异构体（图3A，红色轨迹）。

**后续步骤**：

在迁移分离和切片之后，获取了信使标记的红外光谱。不同异构体的标记程度可能不同，因为信使标记的作用取决于局部电荷密度，而局部电荷密度会随着不同异构体的构象而变化。图3B显示了IMS切片后的麦芽糖醇和未切片混合物的标记质谱，平均分别有约1个和约2个N2标签，表明标记程度不同。异构体之间观察到的不同标记程度可能反映了标记依赖于离子的局部电荷密度或特定功能团的构象，这可以在未来的实验中进一步探讨，以了解低温条件下信使标记的基本机制。

**图3C**：在IMS切片后的麦芽糖醇离子上获得的信使标记红外光谱（红色轨迹）。相比之下，在未切片混合物上获得的红外光谱（图3C，黑色轨迹）在整个光谱中显示出相对强度和谱带的明显差异。在1200 cm–1以下区域，主要由C–O变形组成，纯麦芽糖醇光谱中的几个谱带与混合物的红外光谱相比发生了位移。如图3A所示，由于这些离子之间的电离和/或传输效率不同，气相中的麦芽糖醇含量略少于纤维三糖，导致混合物的红外光谱中相同模式的谱带发生位移，而不仅仅是简单扩展。这些结果展示了IM-MS-IR在糖科学中的潜力：具有强化学相似性的同位素物种（仅包含C–C、C–H、C–O和O–H键）可以在气相中分离、分离和选择性地探测，其中微小的键序差异和相应的结构差异会转化为易于检测的红外光谱特征的变化。

在商用仪器上使用商用低温离子阱进行这些测量，使红外光谱能够得到广泛的应用，为未知复杂分子（包括与疾病相关的异构糖类和代谢物）的鉴定和表征提供了一种新的分析方法。

**结论**：

质谱（MS）、离子迁移谱（IMS）和信使标记红外光谱的结合可以提供关于难以区分的分析物（如寡糖异构体）的化学特性的丰富信息。目前，用于同时进行这些测量的仪器都是定制设备，具有出色的采集速度（41），但仅在少数实验室中可用，并且通常需要高水平的操作技能。在这里，我们通过加入商用低温离子阱，将商用Synapt G2-S仪器改造用于信使标记红外光谱。尽管该设备的采集速度较慢，但其灵敏度以及MS和IMS的分辨率与定制仪器相当，因为它们是基于标准商用仪器平台开发的。Synapt G2-S仪器的广泛可用性意味着许多分析实验室可以对其仪器进行改造，以执行低温气相红外光谱分析。同时，该仪器已建立的操作系统以及通过熟悉的MassLynx界面调节光学电压的能力将大大降低开始使用该仪器进行常规分析所需的专业知识和培训。

当前的工作使用100 ms的捕获周期，以匹配这些实验中使用的中红外激光的10 Hz重复率。通过加速捕获周期至约20 ms，可以在类似标记程度上实现更快的采集速度。因此，可以使用重复率更高的激光器实现更快的采集时间。通过使用具有快速扫描和更高重复率的不同激光系统（或连续波光源），以及自动调整仪器参数和时机以针对不同m/z值的离子，可以使气相红外光谱的采集时间与液相色谱的时间尺度相匹配（14,42），有助于明确鉴定重要的复杂分子（如参与疾病进展的糖类或代谢物）。此外，由于Synapt G2-S可覆盖较广的m/z范围，还可以对较大的生物聚合物（包括蛋白质和核酸）进行气相IM-MS-IR研究。因此，这种仪器有能力覆盖生物分析科学关注的所有分子类别。