Čas letu (ToF)
Hmotnostní analyzátor, na který se tento článek zaměří, je čas letu (ToF). Princip hmotnostního analyzátoru ToF spočívá v separaci iontů na základě doby, za kterou ionty projdou letovou trubicí o známé délce a dorazí k detektoru.2 Trajektorie iontů hmotnostním analyzátorem ToF závisí na jejich hybnosti a kinetické energii v důsledku aplikovaného pulzního urychlovacího napětí a poměru m/z iontů.2 Na základě klasické fyziky se ionty s nižšími m/z pohybují nejrychleji a dorazí k detektoru jako první, zatímco ionty s většími m/z se pohybují nejpomaleji a dorazí k detektoru jako poslední. Rozložení ToF je znázorněno na obrázku \(\PageIndex{2}\).
Následující odvození pro popis dynamiky analyzátoru ToF bylo převzato od Hoffmana a kol. 2007.4 Doba, kterou potřebují ionty k pohybu přes letovou trubici mezi zdrojem iontů a detektorem, nám umožňuje určit poměry \( m/z\).4 Ve spektru ToF bude zaznamenaný pík pro libovolné \(m/z\) odpovídat součtu signálů odpovídajících více nezávislým iontům, které dorazí na hmotnostní detektor. To lze ukázat v následujících rovnicích, kde se potenciální energie daná iontům v urychlených oblastech převádí na kinetickou energii pro všechny ionty:
\
Dále řešíme výše uvedené rovnice pro rychlost \(v\).
\
Protože rychlost je rovna délce driftové dráhy dělené časem, dostáváme:
\
Poté řešíme pro čas a dostáváme následující rovnici používanou k popisu času v analyzátoru ToF.
\
Algebraickým uspořádáním výše uvedené rovnice se určí výraz \( m/z\), jak je uvedeno níže.
\
Můžeme také popsat hmotnostní rozlišení pro ionty diferencováním výše uvedené rovnice vzhledem k hmotnosti a času dostaneme následující vztah:
\
Manipulací s výše uvedenou rovnicí získáme následující vztah používaný k vyjádření hmotnostního rozlišení.
\
Jednou z nevýhod použití lineárního ToF je špatné rozlišení hmotnosti.4 Faktory, které způsobují špatné rozlišení hmotnosti, jsou uvedeny na obrázku \(\PageIndex{3}\). Počáteční časy a umístění iontů před jejich urychlením do letové trubice jsou různé a ovlivňují rozlišení. Kromě toho různé kinetické energie iontů a počáteční orientace iontů také ovlivňují hmotnostní rozlišení a dávají špatné výsledky.
Pro korekci špatného hmotnostního rozlišení se k analyzátoru ToF přidává reflektron. Uspořádání reflektronového analyzátoru ToF je znázorněno na obrázku \(\PageIndex{4}\). Tento typ ToF se někdy zkráceně označuje jako ReTOF.5
V reflektronu je aplikován potenciál, který odráží ionty v opačném směru k detektoru.5 Ionty zobrazené na obrázku \(\PageIndex{4}\) mají před příchodem do reflektronu podobné vzdálenosti a za reflektronem jsou ionty od sebe dále. Důvodem je rozdíl v kinetické energii, kterou ionty nesou. Těžší m/z ionty mají větší kinetickou energii než lehčí m/z ionty před a za reflektronem. Proto bude těžším iontům trvat déle, než se dostanou k detektoru, a lehčí ionty se k detektoru dostanou nejrychleji. Rozdíl v časech trajektorie letu iontů je úměrný m/z iontu. Příklad zvýšeného hmotnostního rozlišení je uveden na obrázku \(\PageIndex{5}\).
.