Czas przelotu (ToF)
Analizator mas, na którym skupimy się w tym artykule to analizator czasu przelotu (ToF). Zasada działania analizatora masy ToF polega na rozdzielaniu jonów na podstawie czasu, jaki jony potrzebują na przebycie drogi przez rurkę o znanej długości i dotarcie do detektora.2 Trajektoria jonów w analizatorze masy ToF zależy od ich pędu i energii kinetycznej wynikającej z przyłożonego impulsowego napięcia przyspieszającego oraz stosunku m/z jonów.2 W oparciu o fizykę klasyczną, jony o niższym m/z przemieszczają się najszybciej i docierają do detektora jako pierwsze, podczas gdy jony o większym m/z przemieszczają się najwolniej i docierają do detektora jako ostatnie. Układ ToF jest pokazany na rysunku \(\).
Poniższe wyprowadzenie opisujące dynamikę analizatora ToF zostało zaadaptowane z Hoffman et al 2007.4 Czas potrzebny jonom na przemieszczenie się przez rurkę przelotową pomiędzy źródłem jonów a detektorem pozwala nam na określenie stosunku \( m/z\).4 W widmie ToF, zarejestrowany pik dla dowolnego \(m/z\) będzie odpowiadał sumie sygnałów odpowiadających wielu niezależnym jonom docierającym do detektora masy. Można to przedstawić za pomocą następujących równań, w których energia potencjalna nadana jonom w regionach przyspieszanych jest przekształcana na energię kinetyczną dla wszystkich jonów:
Następnie rozwiązujemy powyższe równania dla prędkości \(v).
Ponieważ prędkość jest równa długości ścieżki dryfu podzielonej przez czas otrzymujemy:
Następnie rozwiązujemy dla czasu i otrzymujemy następujące równanie używane do opisu czasu w analizatorze ToF.
Poprzez algebraiczne przekształcenie powyższego równania wyznacza się wyrażenie \(m/z), jak pokazano poniżej.
Możemy również opisać rozdzielczość masową dla jonów poprzez różniczkowanie powyższego równania względem masy i czasu otrzymujemy następującą zależność:
Manipulując powyższym równaniem otrzymujemy następującą zależność służącą do wyrażenia rozdzielczości masowej.
Jedną z wad stosowania liniowego ToF jest słaba rozdzielczość masowa.4 Czynniki, które powodują słabą rozdzielczość masową są pokazane na Rysunku. Czasy startu i położenie jonów przed ich przyspieszeniem w rurze lotnej są różne i wpływają na rozdzielczość. Ponadto różne energie kinetyczne jonów i początkowa orientacja jonów również wpływają na rozdzielczość masową i dają słabe wyniki.
Aby skorygować słabą rozdzielczość masy, do analizatora ToF dodaje się reflektron. Układ reflektronowego analizatora ToF pokazano na rysunku (PageIndex{4}}). Ten typ ToF jest czasami określany skrótem ReTOF.5
W reflektronie jest przyłożony potencjał, w którym odbijają się jony w przeciwnym kierunku do detektora.5 Jony pokazane na rysunku mają podobne odległości przed dotarciem do reflektronu, a za reflektronem jony są od siebie bardziej oddalone. Wynika to z różnicy energii kinetycznej, którą niosą jony. Cięższe jony m/z mają większą energię kinetyczną niż lżejsze jony m/z przed i po reflektronie. Dlatego cięższe jony będą potrzebowały więcej czasu, aby dotrzeć do detektora, a lżejsze jony dotrą do niego najszybciej. Różnica w czasie trajektorii lotu jonów jest proporcjonalna do m/z jonu. Przykład zwiększonej rozdzielczości masowej pokazano na rysunku.
.