離子遷移譜技術(shù)是應(yīng)用最早且最為廣泛的痕量化學(xué)物質(zhì)探測技術(shù)之一,，在實驗室檢測、化學(xué)化工、安檢安防等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用,。而非線性離子遷移譜是以離子遷移理論為基礎(chǔ)的另一種檢測理論，利用目標物離子在高電場作用下的遷移率非線性效應(yīng),，操縱離子通行軌跡進而對離子進行區(qū)分和識別,。

兩種技術(shù)都是源自于氣相色譜（GC）理論，但都是應(yīng)用于常壓大氣環(huán)境下的氣體分子（離子）檢測,。因此,，對于環(huán)境穩(wěn)定性的依賴相對較強，溫度,、濕度,、氣壓乃至采樣干擾都會對檢測結(jié)果造成影響。常規(guī)的手段除了溫濕度控制和采樣清潔度控制外,，還有通過增加已知標的物的反應(yīng)物離子峰（RIP）,，間接的修正環(huán)境不穩(wěn)定因素造成的波譜漂移問題。

因此,，離子遷移譜類技術(shù)（包括IMS和FAIMS）可以認為是實驗室級精準檢測技術(shù)在常規(guī)環(huán)境下的降維應(yīng)用,，其在識別精度及靈敏度層面不及實驗室級精準檢測技術(shù)，但是其使用的便捷性卻得到了極大的提升,，其具備定性半定量的特點可以滿足“違禁品識別”領(lǐng)域中的大客流,、高通量、快速檢測的要求,。

此外,，隨著離子遷移譜類技術(shù)的不斷發(fā)展，很多交叉領(lǐng)域也被融合到現(xiàn)有技術(shù)中,，如基于MEMS加工的微型氣流通道可以在極小尺寸的范圍內(nèi)實現(xiàn)多變量,、低采樣的并行檢測，極大地提升了檢測設(shè)備的融合性與便捷性,。

離子遷移譜和非線性離子遷移譜,，都是對大氣環(huán)境下的帶電分子進行控制和檢測的理論，同是基于離子遷移率K這一物理量,，但兩種技術(shù)利用的方式不同,，詳細介紹如下：

1.離子遷移譜技術(shù)（IMS）

IMS技術(shù)通過檢測被電離分子在恒溫、低濕,、恒電場的條件下,，通過對樣品通過相同長度的電場通道所需花費的時間測量，進而區(qū)分樣品類型，如圖1所示,。

以爆炸物樣品為例,，當樣品分子置于遷移通道左端時，樣品分子靠近電離源時會被電離帶上負電,，遷移通道內(nèi)電場的方向為自右至左,，帶負電的樣品離子在電場的作用下會向傳感器方向進行遷移，由于管道內(nèi)的環(huán)境是一定的,，在這種環(huán)境下樣品離子的遷移率K也是固定的,，因此其遷移速度v=K×E也為固定值，所以同種離子到達傳感器的時間也是固定的,，通過測量分子到達傳感器的時間T來判斷樣品種類,。

實際應(yīng)用時，由于離子在電場作用下的速度較快,，為了減少遷移通道的尺寸,，會逆著離子行進方向增加一個反向氣流，同時減少所有離子的移動速度,。同時,，由于管道內(nèi)環(huán)境需要保持高度一致性，一般情況下會對管道壁進行加熱,，約180℃-200℃,。此時的內(nèi)環(huán)境溫度高于室外環(huán)境溫度，在少量采樣的情況下不會對內(nèi)環(huán)境造成影響,。

2.非線性離子遷移譜技術(shù)（FAIMS）

區(qū)別于IMS技術(shù),，F(xiàn)AIMS技術(shù)利用的是樣品分子（離子）在空氣中的遷移率K的高電場下的非線性效應(yīng)。在電場強度E低于10000V/cm時,，離子的遷移速度v和離子的遷移率K依舊成線性關(guān)系,，即v=K×E。但是當電場強度大于10000V/cm時,，遷移率K會隨著電場強度E發(fā)生變化,，可表述為K=K0（1+α（E））,。對于不同的樣品離子,，其非線性系數(shù)α也不同。當樣品離子處于正負強度非對稱且周期總和為0的交變電場作用下時,，在電場較強的半個周期內(nèi),，離子運動的非線性效應(yīng)會較為明顯，假定該離子的非線性系數(shù)α＞0,，則該離子在這半個周期內(nèi)的運動距離S圖1高場會比另半個周期內(nèi)的運動距離S低場要大,，即S高場-S低場＞0，離子在整個不對稱電場的周期作用下會產(chǎn)生一個沿電場方向的凈位移（δS）。

如圖2所示,，遷移通道的上下電極之間會加有強度不對稱的周期電壓,，從而在上下電極之間形成強度不對稱的周期電場。同時,，在遷移通道中存在著自左向右的流動氣流,。離子的行進軌跡如圖2所示，這是在不進行刻意修正的情況下電場和氣流雙重作用下的結(jié)果,。但是通過調(diào)整電極板間距,、電場強度差、電場頻率等信息可以控制離子無法通過遷移通道,，而不是直接撞擊在電極側(cè)壁上,，失去電子，從而無法被傳感器進行檢測,。

FAIMS技術(shù)的主要實現(xiàn)思路就是控制諸如電場強度,、頻率、電極間距這些參量,，控制選定的離子通過遷移通道而阻礙其他的離子通過,，從而實現(xiàn)離子篩選和識別的目的。

3.IMS和FAIMS的區(qū)別

兩種離子遷移譜技術(shù)雖然都利用電離源進行電離后再進行遷移檢測,，但由于檢測的方式和檢測的條件不同,，兩種檢測方式也具有不一樣的特點。IMS技術(shù)的設(shè)備由于在設(shè)計中會對電場通道進行恒溫恒濕等處理,，因此其檢測結(jié)果受到外界環(huán)境的干擾相對較少,，但同樣是由于如此，設(shè)備的體積以及啟動時間都會有所妥協(xié),。FAIMS原理的設(shè)備由于是通過測量樣品通過管道時預(yù)置條件而并非通過時間,，對外界環(huán)境沒有太高要求，不需要對環(huán)境進行預(yù)處理,，因此可以將設(shè)備的體積減小,，縮短啟動時間，但相對的控制手段較為復(fù)雜,。