Time of Flight (ToF)
L’analizzatore di massa su cui verterà questo articolo è il time-of-flight (ToF). Il principio dell’analizzatore di massa ToF comporta la separazione degli ioni in base al tempo necessario agli ioni per viaggiare attraverso un tubo di volo di lunghezza nota e raggiungere il rivelatore.2 La traiettoria degli ioni attraverso un analizzatore di massa ToF dipende dalla sua quantità di moto e dall’energia cinetica dovuta a una tensione di accelerazione pulsata applicata e ai rapporti m/z degli ioni.2 In base alla fisica classica, gli ioni con m/z più bassi viaggiano più velocemente e arrivano per primi al rivelatore, mentre gli ioni con m/z più grandi viaggiano più lentamente e arrivano al rivelatore per ultimi. Un layout ToF è mostrato in Figura \(\PageIndex{2}\).
La seguente derivazione per descrivere la dinamica di un analizzatore ToF è stata adattata da Hoffman et al 2007.4 Il tempo necessario agli ioni per muoversi attraverso il tubo di volo tra la sorgente ionica e il rivelatore ci permette di determinare i rapporti \( m/z\).4 Nello spettro ToF, il picco registrato per qualsiasi \(m/z\) corrisponderà alla somma dei segnali corrispondenti a ioni multipli e indipendenti che arrivano allo spettro di massa. Questo può essere mostrato nelle seguenti equazioni dove l’energia potenziale data agli ioni nelle regioni accelerate è convertita in energia cinetica per tutti gli ioni:
\
Poi risolviamo le equazioni di cui sopra per la velocità \(v\).
\
Siccome la velocità è uguale alla lunghezza del percorso di deriva diviso il tempo, otteniamo:
\
Poi risolvendo per il tempo otteniamo la seguente equazione usata per descrivere il tempo in un analizzatore ToF.
Riadattando algebricamente l’equazione di cui sopra, si determina un’espressione di \( m/z\) come mostrato sotto.
\
Possiamo anche descrivere la risoluzione di massa per gli ioni differenziando l’equazione di cui sopra rispetto alla massa e al tempo, ottenendo la seguente relazione:
Manipolando l’equazione di cui sopra, otteniamo la seguente relazione usata per esprimere la risoluzione di massa.
Uno degli svantaggi dell’uso di un ToF lineare è la scarsa risoluzione di massa.4 I fattori che causano una scarsa risoluzione di massa sono mostrati nella Figura \(\PageIndex{3}). I tempi di partenza e le posizioni degli ioni prima di essere accelerati nel tubo di volo sono diversi e influenzano la risoluzione. Inoltre, diverse energie cinetiche per gli ioni e l’orientamento iniziale dello ione influenzano anche la risoluzione di massa e danno risultati scadenti.
Per correggere la scarsa risoluzione di massa, viene aggiunto un riflettore all’analizzatore ToF. Un layout di un riflettore ToF è mostrato in Figura \(\PageIndex{4}). Questo tipo di ToF è talvolta abbreviato come ReTOF.5
C’è un potenziale applicato nel riflettore, che riflette gli ioni nella direzione opposta al rivelatore.5 Gli ioni mostrati in figura \(\PageIndex{4}) hanno distanze di spaziatura simili prima di arrivare al riflettore e dopo il riflettore gli ioni sono più distanti. La ragione di ciò è dovuta alla differenza di energia cinetica che gli ioni trasportano. Gli ioni m/z più pesanti hanno più energia cinetica degli ioni m/z più leggeri prima e dopo il riflettore. Pertanto, gli ioni più pesanti impiegheranno più tempo per raggiungere il rivelatore e gli ioni più leggeri raggiungeranno il rivelatore più rapidamente. La differenza di tempo per la traiettoria di volo degli ioni è proporzionale alla m/z dello ione. Un esempio di risoluzione di massa migliorata è mostrato nella Figura \(\PageIndex{5}}).
