Espectròmetre de masses de temps de vol

L'espectròmetre de masses de temps de vol (en anglès, time-of-flight mass spectrometer o TOFMS) és un espectròmetre de masses basat en el temps que necessiten els ions amb relacions massa-càrrega diferents per a recórrer una certa distància en un espai lliure de camps, després d'haver rebut inicialment la mateixa energia cinètica o el mateix impuls.

TeoriaModifica

 
Figura de William E. Stephens 1952 patent de TOF.[1]

Inicialment, els ions són accelerats per un camp elèctric de força coneguda.[2] Aquesta acceleració dóna com a resultat un ió amb la mateixa energia cinètica que qualsevol altre ió amb la mateixa càrrega. La velocitat del ió depèn de la seva relació de massa-càrrega. El temps que tarda la partícula en arribar a un detector situat a una distància coneguda es mesura. Aquest temps dependrà de la relació de massa-càrrega de la partícula (les partícules més pesades arriben a velocitats inferiors). A partir d'aquest moment i els paràmetres experimentals coneguts es troba la relació massa-càrrega del ió.

L'energia potencial d'una partícula carregada en un camp elèctric està relacionada amb la càrrega de la partícula i la força del camp elèctric:

 

 

 

 

 

(1)

on Ep és l'energia potencial, q és la càrrega de la partícula, i U és la diferència potencial elèctrica (també coneguda com a voltatge).

Quan la partícula carregada és accelerada en un analitzador de masses de temps-de-vol per un voltatge U, la seva energia potencial es converteix en energia cinètica. L'energia cinètica de qualsevol massa és:

 

 

 

 

 

(2)

En efecte, l'energia potencial és convertida a energia cinètica, fet que significa que les equacions (1) i (2) són igual a:

 

 

 

 

 

(3)

 

 

 

 

 

(4)

La velocitat de la partícula carregada després de l'acceleració no canviarà, ja que es mou en un tub de temps-de-vol lliure de camps. La velocitat de la partícula pot ser determinada en un analitzador de temps-de-vol a partir de la longitud del camí recorregut per el ió (d) i el seu temps de vol (t) que pot ser mesurat utilitzant un digitalitzador transitori o un convertidor de temps a digital.

Per tant,

 

 

 

 

 

(5)

I substituïm el valor de v dins (5) a (4).

 

 

 

 

 

(6)

Reorganitzant (6) de manera que el temps de vol és expressat per tota la resta:

 

 

 

 

 

(7)

Agafant l'arrel quadrada del temps

 

 

 

 

 

(8)

Aquests factors pel temps de vol ha estat agrupat expressament. L'expressió   conté constants que en principi no canvien quan un grup de ions són analitzats en un únic pols d'acceleració. (8) es pot reorganitzar com a:

 

 

 

 

 

(9)

on k és una constant de proporcionalitat que representa els facotrs relacionats amb la configuració i les característiques del instrument. Aquesta equació posa en evidència com el temps de vol d'un ió varia amb l'arrel quadrada de la relació massa-càrrega del ió en qüestió.

ReferènciesModifica

  1. , US 2847576
  2. Stephens W. E. «A Pulsed Mass Spectrometer with Time Dispersion». Phys. Rev., 69, 1946, pàg. 691.