Timp de zbor (ToF)
Analizatorul de masă pe care se va axa acest articol este, timpul de zbor (ToF). Principiul analizorului de masă ToF implică separarea ionilor pe baza timpului necesar pentru ca ionii să parcurgă un tub de zbor cu lungime cunoscută și să ajungă la detector.2 Traiectoria ionilor printr-un analizor de masă ToF depinde de impulsul și de energia cinetică a acestora, datorită unei tensiuni de accelerare pulsată aplicate și a rapoartelor m/z ale ionilor.2 Pe baza fizicii clasice, ionii cu m/z mai mici vor parcurge cel mai rapid și vor ajunge primii la detector, în timp ce ionii cu m/z mai mari vor parcurge cel mai lent și vor ajunge ultimii la detector. O schemă ToF este prezentată în figura \(\PageIndex{2}\).
Derivarea următoare pentru a descrie dinamica unui analizor ToF a fost adaptată din Hoffman et al 2007.4 Timpul necesar pentru ca ionii să se deplaseze prin tubul de zbor între sursa de ioni și detector ne permite să determinăm rapoartele \( m/z\).4 În spectrul ToF, vârful înregistrat pentru orice \(m/z\) va corespunde sumei semnalelor corespunzătoare unor ioni multipli și independenți care sosesc la detectorul de masă. Acest lucru poate fi demonstrat în următoarele ecuații în care energia potențială dată ionilor în regiunile accelerate este convertită în energie cinetică pentru toți ionii:
\
În continuare, rezolvăm ecuațiile cu ecuații de mai sus pentru viteza \(v\).
\
Din moment ce viteza este egală cu lungimea traiectoriei de derivă împărțită la timp, obținem:
\
În continuare, rezolvând pentru timp și obținem următoarea ecuație folosită pentru a descrie timpul într-un analizor ToF.
\
Prin rearanjarea algebrică a ecuației de mai sus, se determină o expresie a lui \( m/z\), așa cum se arată mai jos.
\
De asemenea, putem descrie rezoluția de masă pentru ioni prin diferențierea ecuației de mai sus în funcție de masă și timp obținem următoarea relație:
\
Manipulând ecuația de mai sus, obținem următoarea relație utilizată pentru a exprima rezoluția de masă.
\
Unul dintre dezavantajele utilizării unui ToF liniar este rezoluția slabă a masei.4 Factorii care cauzează o rezoluție slabă a masei sunt prezentați în figura \(\PageIndex{3}\). Timpii de pornire și locațiile ionilor înainte ca aceștia să fie accelerați în tubul de zbor sunt diferite și afectează rezoluția. În plus, energiile cinetice diferite pentru ioni și orientarea inițială a ionilor afectează, de asemenea, rezoluția de masă și dau rezultate slabe.
Pentru a corecta rezoluția de masă slabă, se adaugă un reflector la analizorul ToF. Schema unui ToF cu reflectron este prezentată în figura \(\PageIndex{4}\). Acest tip de ToF este uneori abreviat ca ReTOF.5
În reflectron există un potențial aplicat, în care se reflectă ionii în direcția opusă față de detector.5 Ionii prezentați în figura \(\PageIndex{4}\) au distanțe de spațiere similare înainte de a ajunge la reflectron, iar după reflectron ionii sunt mai depărtați. Motivul pentru acest lucru se datorează diferenței de energie cinetică pe care o poartă ionii. Ionii m/z mai grei au mai multă energie cinetică decât ionii m/z mai ușori înainte și după reflectron. Prin urmare, ionilor mai grei le va lua mai mult timp să ajungă la detector, iar ionii mai ușori vor ajunge cel mai repede la detector. Diferența de timp pentru traiectoria de zbor a ionilor este proporțională cu m/z al ionului. Un exemplu de rezoluție masică îmbunătățită este prezentat în figura \(\PageIndex{5}\\).
.