Analizador de masas de tiempo de vuelo

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El analizador de masas de tiempo de vuelo  es el tipo más simple de analizador de masas .

En un analizador de masas de tiempo de vuelo, los iones salen volando de la fuente y entran en el tubo de vuelo, donde no hay campo eléctrico (brecha sin campo). Habiendo volado una cierta distancia d , los iones son registrados por un detector de iones con una superficie de registro plana o casi plana. En los años 1950-1970, se usó un multiplicador de electrones secundario ciego veneciano como detector de iones, luego se usó un detector combinado, usando dos o, a veces, tres placas de microcanales (MCP) dispuestas sucesivamente.

El principio físico del analizador de masas de tiempo de vuelo es que la diferencia de potencial U acelera los iones en la fuente de iones a una velocidad v de acuerdo con la ecuación:

Para una longitud fija del espacio sin campo desde la fuente de iones hasta el detector de iones, el tiempo de vuelo de iones

después

El analizador de masas de tiempo de vuelo es un analizador de masas pulsadas, es decir, los iones no fluyen continuamente desde la fuente de iones hacia la parte de tiempo de vuelo, sino en porciones a ciertos intervalos de tiempo. Dichos analizadores de masas son compatibles con la ionización por desorción láser asistida por matriz (MALDI), ya que en este método de ionización, los iones tampoco se forman continuamente, sino con cada pulso láser .

Las ventajas de los analizadores de masas de tiempo de vuelo incluyen un alto umbral superior de la masa iónica detectada (se registró una masa de iones de ADN de 1,5 millones m/z ), limitado solo por el hecho de una fuerte disminución en la sensibilidad de la detector de iones (por lo general, se trata de dos placas de microcanales estrechamente espaciadas; para un esquema de este tipo, abreviatura "chevron") cuando se registran iones voladores lentos (velocidad <20000 m/s). En los instrumentos modernos, el umbral de sensibilidad típico es de 50 000 a 100 000 m/z . La idea de un analizador de masas de tiempo de vuelo pertenece a Stevens, quien propuso el diseño del dispositivo en 1948 [1] . El primer analizador fue descrito y construido por Willey y McLaren en 1955 . Las desventajas de los primeros dispositivos, en los que los iones de las moléculas ionizadas en fase gaseosa eran acelerados por un pulso corto de un campo eléctrico y volaban hacia el detector en línea recta, era su baja resolución debido a la distribución inicial de Boltzmann de las velocidades de los iones. . En los modernos espectrómetros de masas de tiempo de vuelo, los iones formados en la fase gaseosa o en la superficie son acelerados por un pulso de campo eléctrico, cuyo tiempo de creación se retrasa fracciones de microsegundos con respecto al tiempo final del pulso ionizante, y el pulso de aceleración continúa hasta que todos los iones salen volando de la fuente de iones. Además, puede ocurrir un enfoque adicional en el espejo de iones. El enfoque aumentó considerablemente la resolución de los analizadores de masas de tiempo de vuelo, lo que les permitió competir con los analizadores de masas magnéticas .

Alikhanov mencionó brevemente la posibilidad de usar un espejo de iones para enfocar el tiempo de vuelo de partículas cargadas que vuelan fuera del mismo plano equipotencial con una cierta velocidad inicial promedio y al mismo tiempo tienen una dispersión en las velocidades iniciales. analizadores de masa fuera de vuelo a fines de la década de 1950. A fines de la década de 1960, el laboratorio de Mamyrin ( Ioffe Physical-Technical Institute , Leningrado) desarrolló la teoría de los espejos de iones con dos espacios de desaceleración. En 1969, por primera vez en el mundo, se demostró en el laboratorio de Mamyrin el funcionamiento de un espectrómetro de masas con enfoque de tiempo de vuelo y un espejo de iones para detectar iones en fase gaseosa. En 1989-1993, Moskovets ( Instituto de Física y Tecnología de Moscú , Dolgoprudny; Instituto de Espectroscopia, Troitsk) calculó los parámetros de los espejos de iones para casos con muchos espacios y mostró la posibilidad de enfoque geométrico y de tiempo de vuelo simultáneos para dos espejos tridimensionales (del tipo ojo de gato). En 1996-2000, Kovtun (Instituto de Física y Tecnología de Moscú, Dolgoprudny; y Universidad Johns Hopkins , Baltimore) desarrolló la teoría del enfoque de tiempo de vuelo, que tuvo en cuenta el efecto de masa para lograr una resolución más alta en toda la gama de misas registradas.

El principio de funcionamiento de un espectrómetro de masas TOF en tándem con aceleración adicional de iones fragmentados se describió por primera vez en 1998 en una patente estadounidense. En la década de 2000, aparecieron en el mercado varios tipos de espectrómetros de masas TOF en tándem que funcionan con fuentes de iones MALDI.

Kurnosenko (Instituto de Física y Tecnología de Moscú, Dolgoprudny) propuso el enfoque de tiempo de vuelo para espectrómetros de masas en tándem, que utilizaban pulsos eléctricos de forma compleja y permitían mejorar significativamente el enfoque de iones secundarios (fragmentados). y Moskovets (Northeastern University, Moscú). . Boston) en 2009.

Notas

1. ↑ MM Wolff, WE Stephens. Un espectrómetro de masas pulsado con dispersión de tiempo  //  Revisión de instrumentos científicos. — 1953-08. — vol. 24 , edición. 8 _ — pág. 616–617 . - ISSN 1089-7623 0034-6748, 1089-7623 . -doi : 10.1063/ 1.1770801 . Archivado desde el original el 19 de diciembre de 2019.