Temps de vol (ToF)
L’analyseur de masse sur lequel cet article va se concentrer est, le temps de vol (ToF). Le principe de l’analyseur de masse ToF implique la séparation des ions en fonction du temps qu’ils mettent à parcourir un tube de vol de longueur connue et à atteindre le détecteur.2 La trajectoire des ions à travers un analyseur de masse ToF dépend de sa quantité de mouvement et de son énergie cinétique dues à une tension d’accélération pulsée appliquée et aux rapports m/z des ions.2 D’après la physique classique, les ions ayant un m/z inférieur se déplacent le plus rapidement et arrivent au détecteur en premier, tandis que les ions ayant un m/z supérieur se déplacent le plus lentement et arrivent au détecteur en dernier. Une disposition de la ToF est illustrée sur la figure \(\PageIndex{2}\).
La dérivation suivante pour décrire la dynamique d’un analyseur ToF a été adaptée de Hoffman et al 2007.4 Le temps que mettent les ions à traverser le tube de vol entre la source d’ions et le détecteur nous permet de déterminer les rapports \( m/z\).4 Dans le spectre ToF, le pic enregistré pour tout \(m/z\) correspondra à la somme des signaux correspondant à des ions multiples et indépendants arrivant au détecteur de masse. Ceci peut être montré dans les équations suivantes où l’énergie potentielle donnée aux ions dans les régions accélérées est convertie en énergie cinétique pour tous les ions :
Puis, nous résolvons les équations ci-dessus pour la vitesse \(v\).
Puisque la vitesse est égale à la longueur du chemin de dérive divisée par le temps, nous obtenons :
Puis en résolvant pour le temps et nous obtenons l’équation suivante utilisée pour décrire le temps dans un analyseur ToF.
En réarrangeant algébriquement l’équation ci-dessus, une expression de \( m/z\) est déterminée comme indiqué ci-dessous.
Nous pouvons également décrire la résolution de masse pour les ions en différentiant l’équation ci-dessus par rapport à la masse et au temps, nous obtenons la relation suivante :
\
En manipulant l’équation ci-dessus, nous obtenons la relation suivante utilisée pour exprimer la résolution de masse.
\
L’un des inconvénients de l’utilisation d’un ToF linéaire est la mauvaise résolution de masse.4 Les facteurs qui entraînent une mauvaise résolution de masse sont illustrés sur la figure \(\PageIndex{3}\). Les temps de départ et les emplacements des ions avant leur accélération dans le tube de vol sont différents et affectent la résolution. En outre, les différentes énergies cinétiques des ions et l’orientation initiale de l’ion affectent également la résolution de masse et donnent de mauvais résultats.
Pour corriger la mauvaise résolution de masse, un réflectron est ajouté à l’analyseur ToF. La figure \(\PageIndex{4}\) présente la disposition d’un réflecteur ToF. Ce type de ToF est parfois abrégé en ReTOF.5
Il existe un potentiel appliqué dans le réflectron, dans lequel les ions sont réfléchis dans la direction opposée au détecteur.5 Les ions représentés sur la figure \(\PageIndex{4}\) ont des distances d’espacement similaires avant d’arriver au réflectron et après le réflectron, les ions sont plus éloignés. La raison de ce phénomène est due à la différence d’énergie cinétique que les ions transportent. Les ions m/z plus lourds ont plus d’énergie cinétique que les ions m/z plus légers avant et après le réflectron. Par conséquent, les ions les plus lourds mettront plus de temps à atteindre le détecteur et les ions les plus légers atteindront le détecteur le plus rapidement. La différence de temps pour la trajectoire de vol des ions est proportionnelle au m/z de l’ion. La figure \(\PageIndex{5}\) présente un exemple de résolution de masse améliorée.
.