Repülési idő (ToF)
A tömegelemző, amellyel ez a cikk foglalkozik, a repülési idő (ToF). A ToF tömeganalizátor elve az ionok szétválasztását foglalja magában az alapján, hogy az ionok mennyi idő alatt haladnak át egy ismert hosszúságú repülési csövön és érik el a detektort.2 Az ionok pályája a ToF tömeganalizátoron keresztül az impulzusos gyorsítófeszültség és az ionok m/z arányai miatt az ionok lendületétől és mozgási energiájától függ.2 A klasszikus fizika alapján az alacsonyabb m/z értékű ionok haladnak a leggyorsabban és érnek először a detektorhoz, míg a nagyobb m/z értékű ionok haladnak a leglassabban és érnek a detektorhoz utoljára. A \(\PageIndex{2}\) ábra egy ToF elrendezést mutat be.
A ToF-analizátor dinamikájának leírására szolgáló alábbi levezetést Hoffman et al 2007-ből adaptáltuk.4 Az ionoknak az ionforrás és a detektor közötti repülési csőben történő mozgásához szükséges idő lehetővé teszi az \( m/z\) arányok meghatározását.4 A ToF-spektrumban a rögzített csúcs bármely \(m/z\) esetében a tömegdetektorba érkező több, egymástól független ionnak megfelelő jelek összegének felel meg. Ezt a következő egyenletekkel lehet bemutatni, ahol a gyorsított régiókban az ionoknak adott potenciális energiát az összes ion számára kinetikus energiává alakítjuk át:
\
Ezután a fenti egyenleteket megoldjuk a sebességre \(v\).
\
Mivel a sebesség egyenlő a sodródási út hossza osztva az idővel, megkapjuk:
\
Aztán megoldjuk az időre és a következő egyenletet kapjuk, amelyet az idő leírására használunk egy ToF analizátorban.
\
A fenti egyenlet algebrai átrendezésével az \( m/z\) kifejezést az alábbiak szerint határozzuk meg.
\
A fenti egyenletet a tömeg és az idő függvényében differenciálva az ionok tömegfelbontását is leírhatjuk, így a következő összefüggést kapjuk:
\
A fenti egyenletet manipulálva a tömegfelbontás kifejezésére használt következő összefüggést kapjuk.
\
A lineáris ToF használatának egyik hátránya a rossz tömegfelbontás.4 A rossz tömegfelbontást okozó tényezőket a \(\PageIndex{3}\) ábra mutatja. Az ionok indulási ideje és helye, mielőtt a repülési csőbe gyorsulnának, eltérő és befolyásolja a felbontást. Ezenkívül az ionok eltérő kinetikus energiája és az ionok kezdeti orientációja is befolyásolja a tömegfelbontást, és rossz eredményeket ad.
A rossz tömegfelbontás korrigálására egy reflektron kerül a ToF analizátorba. A \(\PageIndex{4}\) ábra egy reflektronos ToF elrendezését mutatja. Ezt a ToF-típust néha ReTOF-ként rövidítik.5
A reflektronban alkalmazott potenciál van, amelyben az ionok a detektorral ellentétes irányban verődnek vissza.5 Az \(\PageIndex{4}\) ábrán látható ionok hasonló távolságban vannak egymástól, mielőtt a reflektronba érkeznek, a reflektron után pedig az ionok távolabb vannak egymástól. Ennek oka az ionok által hordozott kinetikus energia különbsége. A nehezebb m/z ionok nagyobb mozgási energiával rendelkeznek, mint a könnyebb m/z ionok a reflektron előtt és után. Ezért a nehezebb ionok hosszabb idő alatt érik el a detektort, a könnyebb ionok pedig a leggyorsabban. Az ionok repülési pályájának időbeli különbsége arányos az ion m/z értékével. A fokozott tömegfelbontás példája a \(\PageIndex{5}\) ábrán látható.
