Tiempo de vuelo (ToF)
El analizador de masas en el que se centrará este artículo es el de tiempo de vuelo (ToF). El principio del analizador de masas ToF implica la separación de iones en función del tiempo que tardan los iones en viajar a través de un tubo de vuelo con una longitud conocida y llegar al detector.2 La trayectoria de los iones a través de un analizador de masas ToF depende de su momento y energía cinética debido a un voltaje de aceleración pulsado aplicado y a las relaciones m/z de los iones.2 Basándose en la física clásica, los iones con m/z más bajos viajarán más rápido y llegarán primero al detector, mientras que los iones con m/z más grandes viajarán más lentamente y llegarán al detector en último lugar. En la Figura \(\PageIndex{2}\Nse muestra una disposición de ToF.)
La siguiente derivación para describir la dinámica de un analizador ToF fue adaptada de Hoffman et al 2007.4 El tiempo que tardan los iones en desplazarse a través del tubo de vuelo entre la fuente de iones y el detector nos permite determinar las relaciones \( m/z\).4 En el espectro ToF, el pico registrado para cualquier \(m/z\) corresponderá a la suma de señales correspondientes a iones múltiples e independientes que llegan al detector de masas. Esto puede mostrarse en las siguientes ecuaciones en las que la energía potencial dada a los iones en las regiones aceleradas se convierte en energía cinética para todos los iones:
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A continuación, resolvemos las ecuaciones anteriores para la velocidad \(v\).
Dado que la velocidad es igual a la longitud de la trayectoria de deriva dividida por el tiempo obtenemos:
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Entonces resolviendo para el tiempo y obtenemos la siguiente ecuación utilizada para describir el tiempo en un analizador ToF.
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Reordenando algebraicamente la ecuación anterior, se determina una expresión de \( m/z\) como se muestra a continuación.
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También podemos describir la resolución de masa para los iones diferenciando la ecuación anterior con respecto a la masa y al tiempo obtenemos la siguiente relación:
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Manipulando la ecuación anterior, obtenemos la siguiente relación utilizada para expresar la resolución de masa.
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Una de las desventajas de utilizar un ToF lineal es la pobre resolución de masa.4 Los factores que causan la pobre resolución de masa se muestran en la Figura \(\PageIndex{3}\). Los tiempos de inicio y las ubicaciones de los iones antes de ser acelerados en el tubo de vuelo son diferentes y afectan a la resolución. Además, las diferentes energías cinéticas de los iones y la orientación inicial del ion también afectan a la resolución de masas y dan malos resultados.
Para corregir la mala resolución de masas, se añade un reflector al analizador ToF. En la figura se muestra el diseño de un ToF de reflector (índice de página 4). Este tipo de ToF a veces se abrevia como ReTOF.5
En el reflectrón se aplica un potencial, en el que se reflejan los iones en dirección contraria al detector.5 Los iones mostrados en la Figura \N(\PageIndex{4})tienen distancias de separación similares antes de llegar al reflectrón y después del reflectrón los iones están más separados. La razón de esto se debe a la diferencia de energía cinética que llevan los iones. Los iones m/z más pesados tienen más energía cinética que los iones m/z más ligeros antes y después del reflector. Por lo tanto, los iones más pesados tardarán más en llegar al detector y los más ligeros serán los que lleguen más rápido. La diferencia de tiempo en la trayectoria de vuelo de los iones es proporcional al m/z del ion. Un ejemplo de resolución de masa mejorada se muestra en la Figura \ (\PageIndex{5}\).
