Time of Flight (ToF)
De massa-analysator waarop dit artikel zich zal richten is de time-of-flight (ToF). Het principe van een ToF-massa-analysator is de scheiding van ionen op basis van de tijd die de ionen nodig hebben om door een vluchtbuis met bekende lengte te reizen en de detector te bereiken.2 De baan van de ionen door een ToF-massa-analysator hangt af van het momentum en de kinetische energie als gevolg van een toegepaste gepulseerde versnellingsspanning en de m/z-verhoudingen van de ionen.2 Op basis van de klassieke fysica zullen ionen met een lagere m/z het snelst reizen en als eerste bij de detector aankomen, terwijl ionen met een grotere m/z het langzaamst zullen reizen en als laatste bij de detector zullen aankomen. Een ToF-lay-out is afgebeeld in figuur (Pagina-index{2}).
De volgende afleiding om de dynamica van een ToF-analysator te beschrijven, is overgenomen van Hoffman et al. 2007.4 De tijd die de ionen nodig hebben om door de vluchtbuis tussen de ionenbron en de detector te bewegen, stelt ons in staat de verhoudingen tussen de ionen (m/z) te bepalen.4 In het ToF-spectrum zal de geregistreerde piek voor elke ion (m/z) overeenkomen met de som van de signalen die overeenkomen met meerdere en onafhankelijke ionen die bij de massadetector aankomen. Dit kan worden aangetoond met de volgende vergelijkingen, waarbij de potentiële energie die aan ionen in de versnelde gebieden wordt gegeven, wordt omgezet in kinetische energie voor alle ionen:
Daarna lossen we de bovenstaande vergelijkingen op voor de snelheid
Aangezien de snelheid gelijk is aan de driftpadlengte gedeeld door de tijd krijgen we:
Vervolgens lossen we op voor de tijd en krijgen we de volgende vergelijking die wordt gebruikt om de tijd te beschrijven in een ToF analyzer.
Door de bovenstaande vergelijking algebraïsch te herschikken, wordt een uitdrukking van m/z bepaald zoals hieronder is aangegeven.
We kunnen de massaresolutie voor ionen ook beschrijven door bovenstaande vergelijking te differentiëren met betrekking tot massa en tijd en dan krijgen we de volgende relatie:
Door de bovenstaande vergelijking te manipuleren, krijgen we de volgende relatie die wordt gebruikt om massaresolutie uit te drukken.
Een van de nadelen van het gebruik van een lineaire ToF is een slechte massaresolutie.4 Factoren die een slechte massaresolutie veroorzaken, zijn te zien in figuur (Pagina-index{3}). De begintijden en locaties van ionen voordat ze in de vluchtbuis worden versneld, zijn verschillend en beïnvloeden de resolutie. Bovendien zijn verschillende kinetische energieën voor ionen en de aanvankelijke oriëntatie van ionen ook van invloed op de massaresolutie en leveren slechte resultaten op.
Om de slechte massaresolutie te corrigeren, wordt een reflectron aan de ToF-analysator toegevoegd. Een schema van een ToF met reflectron is afgebeeld in figuur (Pagina-index{4}). Dit type ToF wordt soms afgekort als ReTOF.5
Er is een potentiaal in het reflectron, waardoor ionen in tegengestelde richting naar de detector worden gereflecteerd.5 De ionen in figuur hebben vergelijkbare tussenafstanden voordat ze bij het reflectron aankomen en na het reflectron liggen de ionen verder uit elkaar. De reden hiervoor is het verschil in kinetische energie van de ionen. Zwaardere m/z-ionen hebben meer kinetische energie dan lichtere m/z-ionen voor en na het reflectron. Daarom zullen de zwaardere ionen er langer over doen om de detector te bereiken en zullen de lichtere ionen de detector het snelst bereiken. Het verschil in tijd voor het vluchttraject van de ionen is evenredig met de m/z van het ion. Een voorbeeld van een verbeterde massaresolutie is te zien in figuur (blz. 5).
