Flyvetid (ToF)
Den masseanalysator, som denne artikel vil fokusere på, er flyvetid (ToF). Princippet for ToF-masseanalysator indebærer adskillelse af ioner baseret på den tid, det tager ionerne at bevæge sig gennem et flyverør med kendt længde og nå frem til detektoren.2 Ionernes bane gennem en ToF-masseanalysator afhænger af deres impuls og kinetiske energi som følge af en påført pulserende accelerationsspænding og ionernes m/z-forhold.2 Baseret på klassisk fysik vil ioner med lavere m/z bevæge sig hurtigst og nå frem til detektoren først, mens ioner med større m/z vil bevæge sig langsomst og nå frem til detektoren sidst. Et ToF-layout er vist i figur \(\PageIndex{2}\)\).
Den følgende afledning til beskrivelse af dynamikken i en ToF-analysator er tilpasset fra Hoffman et al. 2007.4 Den tid, det tager ionerne at bevæge sig gennem flyverøret mellem ionkilden og detektoren, gør det muligt at bestemme \( m/z\)-forholdet.4 I ToF-spektret vil det registrerede peak for ethvert \(m/z\) svare til summen af signaler, der svarer til flere og uafhængige ioner, der ankommer til massedetektoren. Dette kan vises i følgende ligninger, hvor den potentielle energi, der gives til ioner i de accelererede områder, omdannes til kinetisk energi for alle ioner:
\
Næst løser vi ovenstående ligninger for hastigheden \(v\).
\
Da hastigheden er lig med driftslængden divideret med tiden, får vi:
\
Så løser vi for tiden og får følgende ligning, der bruges til at beskrive tiden i en ToF-analysator.
Gennem algebraisk omlægning af ovenstående ligning fås et udtryk for \( m/z\) som vist nedenfor.
\
Vi kan også beskrive masseopløsning for ioner ved at differentiere ligningen ovenfor med hensyn til masse og tid får vi følgende relation:
Ved at manipulere ovenstående ligning får vi følgende relation, der bruges til at udtrykke masseopløsning.
\
En af ulemperne ved anvendelse af en lineær ToF er dårlig masseopløsning.4 Faktorer, der forårsager dårlig masseopløsning, er vist i figur \(\PageIndex{3}\). Ionernes starttidspunkter og placering, før de accelereres ind i flyverøret, er forskellige og påvirker opløsningen. Desuden påvirker forskellige kinetiske energier for ioner og ionernes oprindelige orientering også masseopløsningen og giver dårlige resultater.
For at korrigere for dårlig masseopløsning tilføjes der en reflectron til ToF-analysatoren. Et layout af en reflectron-ToF er vist i figur \(\PageIndex{4}\). Denne type ToF forkortes undertiden som ReTOF.5
Der er påført et potentiale i refleksen, som reflekterer ionerne i modsat retning mod detektoren.5 Ionerne vist i figur \(\PageIndex{4}\) har samme afstand mellem sig, før de ankommer til refleksen, og efter refleksen er ionerne længere fra hinanden. Årsagen til dette skyldes forskellen i den kinetiske energi, som ionerne bærer. Tungere m/z-ioner har mere kinetisk energi end lettere m/z-ioner før og efter refleksen. Derfor vil de tungere ioner være længere tid om at nå frem til detektoren, mens de lettere ioner vil nå frem hurtigst til detektoren. Forskellen i tid for ionernes flyvebane er proportional med ionens m/z-værdi. Et eksempel på forbedret masseopløsning er vist i figur \(\(\PageIndex{5}\)\).
