Hmotnostní analyzátor doby letu

Hmotnostní analyzátor doby letu  je nejjednodušším typem hmotnostního analyzátoru .

V hmotnostním analyzátoru doby letu ionty vylétají ze zdroje a vstupují do letové trubice, kde není žádné elektrické pole (mezera bez pole). Po prolétnutí určité vzdálenosti d jsou ionty registrovány iontovým detektorem s plochým nebo téměř plochým záznamovým povrchem. V letech 1950-1970 se jako detektor iontů používal násobič sekundárních elektronů Venetian blind, později kombinovaný detektor využívající dvě nebo někdy tři za sebou uspořádané mikrokanálové desky (MCP).

Fyzikální princip hmotnostního analyzátoru doby letu spočívá v tom, že rozdíl potenciálů U urychluje ionty ve zdroji iontů na rychlost v podle rovnice:

Pro pevnou délku bezpolní mezery od iontového zdroje k iontovému detektoru, doba letu iontů

pak

Hmotnostní analyzátor doby letu je pulzní hmotnostní analyzátor, to znamená, že ionty neproudí kontinuálně ze zdroje iontů do části s dobou letu, ale po částech v určitých časových intervalech. Takové hmotnostní analyzátory jsou kompatibilní s matricí asistovanou laserovou desorpční ionizací (MALDI), protože při této ionizační metodě se ionty také netvoří kontinuálně, ale s každým laserovým pulzem .

Mezi výhody hmotnostních analyzátorů doby letu patří vysoký horní práh detekované hmotnosti iontů (zaregistrována byla hmotnost iontů DNA 1,5 milionu m/z ), limitovaný pouze faktem prudkého poklesu citlivosti iontů. iontový detektor (obvykle se jedná o dvě blízko sebe umístěné mikrokanálové destičky - pro takové schéma zkratka "chevron") při registraci pomalu (rychlost <20000 m/s) letících iontů. Na moderních přístrojích je typický práh citlivosti 50 000-100 000 m/z . Myšlenka hmotnostního analyzátoru doby letu patří Stevensovi, který navrhl konstrukci zařízení v roce 1948 [1] . První analyzátor byl popsán a postaven Willey a McLarenem v roce 1955 . Nevýhodou prvních zařízení, u kterých byly ionty molekul ionizovaných v plynné fázi urychleny krátkým pulzem elektrického pole a letěly k detektoru v přímé linii, byla jejich malá rozlišovací schopnost způsobená počáteční Boltzmannovou distribucí rychlostí iontů. . V moderních hmotnostních spektrometrech s dobou letu jsou ionty vzniklé v plynné fázi nebo na povrchu urychlovány pulsem elektrického pole, jehož doba vytvoření je zpožděna o zlomky mikrosekund vzhledem k době konce ionizujícího pulsu, a zrychlující puls pokračuje, dokud všechny ionty nevyletí ze zdroje iontů. Kromě toho může v iontovém zrcadle dojít k dodatečnému zaostření. Zaostření výrazně zvýšilo rozlišení hmotnostních analyzátorů doby letu, což jim umožnilo konkurovat analyzátorům magnetické hmotnosti .

Možnost využití iontového zrcadla pro fokusaci nabitých částic, které vylétají ze stejné ekvipotenciální roviny s určitou průměrnou počáteční rychlostí a zároveň mají rozptyl počátečních rychlostí, krátce zmínil Alikhanov v čase- letových hmotnostních analyzátorů koncem 50. let 20. století. Na konci 60. let vyvinula Mamyrinova laboratoř ( Ioffe Physical-Technical Institute , Leningrad) teorii iontových zrcadel se dvěma zpomalovacími mezerami. V roce 1969 byla v Mamyrinově laboratoři poprvé na světě předvedena činnost hmotnostního spektrometru s fokusací na dobu letu a iontovým zrcadlem pro detekci iontů v plynné fázi. V letech 1989-1993 Moskovets ( Moskevský institut fyziky a technologie , Dolgoprudny; Institute of Spectroscopy, Troitsk) vypočítal parametry iontových zrcadel pro případy s mnoha mezerami a ukázal možnost současného geometrického zaostření a zaostření podle doby letu pro dva- rozměrná zrcadla (typu kočičí oko). V letech 1996-2000 vyvinul Kovtun (Moskevský institut fyziky a technologie, Dolgoprudny a Johns Hopkins University , Baltimore) teorii ostření podle doby letu, která brala v úvahu efekt hmoty pro dosažení vyššího rozlišení v celém rozsahu zaznamenané mše.

Princip činnosti tandemového hmotnostního spektrometru TOF s přídavným urychlováním fragmentovaných iontů byl poprvé popsán v roce 1998 v americkém patentu. V roce 2000 se na trhu objevilo několik typů tandemových hmotnostních spektrometrů TOF pracujících s iontovými zdroji MALDI.

Zaměřování doby letu pro tandemové hmotnostní spektrometry, které využívaly elektrické pulsy složitého tvaru a které umožňovaly výrazně zlepšit fokusaci sekundárních (fragmentovaných) iontů, navrhl Kurnosenko (Moskva Institute of Physics and Technology, Dolgoprudny) a Moskovets (Northeastern University, Moskva). . Boston) v roce 2009.

Poznámky

1. ↑ MM Wolff, W.E. Stephens. Pulzní hmotnostní spektrometr s časovou disperzí  //  Review of Scientific Instruments. — 1953-08. — Sv. 24 , iss. 8 . — S. 616–617 . - ISSN 1089-7623 0034-6748, 1089-7623 . - doi : 10.1063/1.1770801 . Archivováno z originálu 19. prosince 2019.