Lentoaika (ToF)
Massa-analysaattori, johon tämä artikkeli keskittyy, on lentoaika (ToF). ToF-massa-analysaattorin periaatteeseen kuuluu ionien erottelu sen ajan perusteella, joka ioneilta kuluu tunnetun pituisen lentoputken läpi kulkemiseen ja detektorille saapumiseen.2 Ionien lentorata ToF-massa-analysaattorin läpi riippuu niiden impulssimaisesta kiihdytysjännitteestä johtuvasta liikemäärästä ja kineettisestä energiasta sekä ionien m/z-suhteista.2 Klassisen fysiikan perusteella pienemmän m/z:n omaavat ionit kulkevat nopeinta matkaa ja saapuvat detektorille ensimmäisinä, kun taas suuremman m/z:n omaavat ionit kulkevat hitaimmin matkaa ja saapuvat viimeisenä detektorille. ToF-asettelu on esitetty kuvassa \(\PageIndex{2}\).
Seuraava derivaatta ToF-analysaattorin dynamiikan kuvaamiseksi on mukautettu Hoffman et al. 2007:stä.4 Aika, joka kuluu ioneilta ionilähteen ja detektorin välisen lentoputken läpi, mahdollistaa \( m/z\)-suhteiden määrittämisen.4 ToF-spektrissä rekisteröidyt piikit millä tahansa \(m/z\)-arvon kohdalla vastaavat useiden toisistaan riippumattomien, massadetektroriin saapuvien ionien signaalien summaa. Tämä voidaan osoittaa seuraavilla yhtälöillä, joissa kiihdytetyillä alueilla oleville ioneille annettu potentiaalienergia muunnetaan kaikkien ionien liike-energiaksi:
\
Seuraavaksi ratkaistaan edellä esitetyt yhtälöt nopeudelle \(v\).
\
Koska nopeus on yhtä suuri kuin ajautumispolun pituus jaettuna ajalla, saadaan:
\
Ratkaistaan sitten ajalle, ja saadaan seuraavanlainen yhtälö, jota käytetään kuvaamaan aikaa ToF-analysaattorissa.
\
Algebrallisesti järjestämällä yllä oleva yhtälö uudelleen saadaan \( m/z\):n lauseke, joka on esitetty alla.
\
Voidaan myös kuvata ionien massan erotuskykyä differentioimalla yllä oleva yhtälö massan ja ajan suhteen saadaan seuraava suhde:
\
Muokkaamalla yllä olevaa yhtälöä saamme seuraavan suhteen, jota käytetään ilmaisemaan massaresoluutiota.
\
Yksi lineaarisen ToF:n käytön haittapuolista on huono massan erottelukyky.4 Huonon massan erottelukyvyn aiheuttavat tekijät on esitetty kuvassa \(\PageIndex{3}\). Ionien lähtöajat ja sijainnit ennen niiden kiihdyttämistä lentoputkeen ovat erilaisia ja vaikuttavat resoluutioon. Lisäksi ionien erilaiset kineettiset energiat ja ionien alkuorientaatio vaikuttavat myös massan erottelukykyyn ja antavat huonoja tuloksia.
Heikon massaresoluution korjaamiseksi ToF-analysaattoriin lisätään heijastin. Kuvassa \(\PageIndex{4}\) on esitetty reflektroni-TOF:n asettelu. Tämäntyyppisestä ToF:stä käytetään joskus lyhennettä ReTOF.5
Reflektronissa on sovellettu potentiaali, jossa ionit heijastuvat vastakkaiseen suuntaan detektoriin.5 Kuvassa \(\PageIndex{4}\) esitetyillä ioneilla on samankaltaiset etäisyydet ennen kuin ne saapuvat reflektroniin, ja reflektronin jälkeen ionit ovat kauempana toisistaan. Tämä johtuu ionien liike-energian erosta. Raskaammilla m/z-ioneilla on enemmän liike-energiaa kuin kevyemmillä m/z-ioneilla ennen ja jälkeen reflektronin. Siksi raskaammilla ioneilla kestää kauemmin päästä detektoriin, ja kevyemmät ionit pääsevät detektoriin nopeimmin. Ionien lentoradan aikaero on verrannollinen ionin m/z-arvoon. Kuvassa \(\PageIndex{5}\) on esimerkki parannetusta massaresoluutiosta.
.