Time-of-Flight Mass Analyzer

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 25. oktober 2019; checks kræver 3 redigeringer .

Time-of-flight masseanalysatoren er den enkleste type masseanalysator .

I en time-of-flight masseanalysator flyver ioner ud af kilden og kommer ind i flyverøret, hvor der ikke er noget elektrisk felt (feltfrit mellemrum). Efter at have fløjet en vis afstand d , registreres ionerne af en iondetektor med en flad eller næsten flad registreringsflade. I årene 1950-1970 blev en venetiansk blind sekundær elektronmultiplikator brugt som iondetektor, senere blev der brugt en kombineret detektor ved brug af to eller nogle gange tre successivt arrangerede mikrokanalplader (MCP'er).

Det fysiske princip for time-of-flight masseanalysatoren er, at potentialforskellen U accelererer ionerne i ionkilden til en hastighed v ifølge ligningen:

\frac{mv^2}{2} = zU.

For en fast længde af det feltløse mellemrum fra ionkilden til iondetektoren, ionflyvetiden

t={\frac {d}{v))

derefter

$\frac{m}{z} = t^2 \frac{2U}{d^2}.$

Time-of-flight masseanalysatoren er en pulserende masseanalysator, det vil sige, at ioner ikke strømmer kontinuerligt fra ionkilden ind i time-of-flight-delen, men i portioner med bestemte tidsintervaller. Sådanne masseanalysatorer er kompatible med matrix-assisteret laserdesorptionsionisering (MALDI), da ioner i denne ioniseringsmetode heller ikke dannes kontinuerligt, men med hver laserimpuls .

Fordelene ved time-of-flight masseanalysatorer inkluderer en høj øvre tærskel for den detekterede ionmasse (massen af DNA-ioner på 1,5 millioner m/z blev registreret ), kun begrænset af det faktum, at følsomheden af det er et kraftigt fald. iondetektor (normalt er disse to tætsiddende mikrokanalplader - for et sådant skema forkortelse "chevron") ved registrering af langsomt (hastighed <20000 m/s) flyvende ioner. På moderne instrumenter er den typiske følsomhedstærskel 50.000-100.000 m/z . Ideen om en time-of-flight masseanalysator tilhører Stevens, som foreslog designet af enheden i 1948 [1] . Den første analysator blev beskrevet og bygget af Willey og McLaren i 1955 . Ulemperne ved de første enheder, hvor ioner af molekyler ioniseret i gasfasen blev accelereret af en kort puls af et elektrisk felt og fløj til detektoren i en lige linje, var deres lave opløsning på grund af den oprindelige Boltzmann-fordeling af ionhastigheder . I moderne flyvetidsmassespektrometre accelereres ioner dannet i gasfasen eller på overfladen af en elektrisk feltimpuls, hvis oprettelsestid er forsinket med brøkdele af mikrosekunder i forhold til sluttidspunktet for den ioniserende impuls, og accelerationsimpulsen fortsætter, indtil alle ioner flyver ud af ionkilden. Derudover kan der forekomme yderligere fokusering i ionspejlet. Fokusering øgede i høj grad opløsningen af time-of-flight masseanalysatorer, hvilket gjorde det muligt for dem at konkurrere med magnetiske masseanalysatorer .

Muligheden for at bruge et ionspejl til time-of-flight-fokusering af ladede partikler, der flyver ud af det samme ækvipotentialplan med en vis gennemsnitlig begyndelseshastighed og samtidig har en spredning i begyndelseshastigheder, blev kort nævnt af Alikhanov i tid- flyvemasseanalysatorer i slutningen af 1950'erne. I slutningen af 1960'erne udviklede Mamyrins laboratorium ( Ioffe Physical-Technical Institute , Leningrad) teorien om ionspejle med to decelererende mellemrum. I 1969 blev der for første gang i verden demonstreret driften af et massespektrometer med time-of-flight-fokusering og et ionspejl til påvisning af ioner i gasfasen i Mamyrins laboratorium. I 1989-1993 beregnede Moskovets ( Moskva Institut for Fysik og Teknologi , Dolgoprudny; Institut for Spektroskopi, Troitsk) parametrene for ionspejle for tilfælde med mange huller og viste muligheden for samtidig geometrisk og flyvetidsfokusering for to- dimensionelle spejle (af typen katteøje). I 1996-2000 udviklede Kovtun (Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudny; og Johns Hopkins University , Baltimore) teorien om time-of-flight-fokusering, som tog højde for masseeffekten for at opnå højere opløsning over hele rækken af registrerede masser.

Funktionsprincippet for et tandem TOF-massespektrometer med yderligere acceleration af fragmenterede ioner blev først beskrevet i 1998 i et amerikansk patent. I 2000'erne dukkede flere typer tandem TOF-massespektrometre op på markedet, der opererede med MALDI-ionkilder.

Time-of-flight fokusering for tandem massespektrometre, som brugte elektriske impulser af en kompleks form, og som gjorde det muligt at forbedre fokuseringen af sekundære (fragmenterede) ioner væsentligt, blev foreslået af Kurnosenko (Moskva Institut for Fysik og Teknologi, Dolgoprudny) og Moskovets (Northeastern University, Moskva). . Boston) i 2009.

Noter

↑ MM Wolff, W.E. Stephens. Et pulseret massespektrometer med tidsspredning // Gennemgang af videnskabelige instrumenter. — 1953-08. — Bd. 24 , udg. 8 . — S. 616–617 . - ISSN 1089-7623 0034-6748, 1089-7623 . - doi : 10.1063/1.1770801 . Arkiveret fra originalen den 19. december 2019.