
【化】 time-of-flight mass spectrometer; TOFMS
飞行时间质谱仪(Time-of-Flight Mass Spectrometer, TOF MS)是一种通过测量离子在无场漂移管中飞行时间来确定其质荷比(m/z)的分析仪器。其核心原理在于:不同质荷比的离子在相同加速电压下获得不同动能,导致其通过固定距离的飞行时间存在差异,质荷比越小的离子飞行速度越快,到达检测器的时间越短。
指离子从离子源加速至到达检测器所耗费的时间,是仪器的核心测量参数。
利用电磁学原理将样品离子按质荷比分离并检测的装置。
离子在加速电场中获得的动能公式为:
$$ frac{1}{2}mv = zV $$
其中 ( m ) 为质量,( v ) 为速度,( z ) 为电荷数,( V ) 为加速电压。离子飞行时间 ( t ) 与漂移管长度 ( L ) 的关系为:
$$ t = frac{L}{v} = L sqrt{frac{m}{2zV}} $$
通过精确测量 ( t ) 即可计算 ( m/z ) 。
可检测分子量超过100 kDa的生物大分子(如蛋白质复合物),适用于蛋白质组学研究 。
单次分析可在微秒级完成,适合瞬态过程监测(如气相反应动力学)。
反射式(Reflectron)TOF通过电场补偿离子动能分散,将分辨率提升至>20,000 。
蛋白质鉴定(MALDI-TOF)、代谢物筛查(如肿瘤标志物检测)。
聚合物分子量分布分析、纳米颗粒表征 。
大气颗粒物成分实时在线分析(如气溶胶质谱仪)。
第三章详细推导TOF数学建模与离子运动方程。
"Advances in TOF-MS for biomedical analysis" (doi:10.1038/nmeth.3629)
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飞行时间质谱仪(Time of Flight Mass Spectrometer, TOFMS)是一种基于离子飞行时间差异实现质荷比(m/z)分离的质谱分析仪器。以下是其核心内容的详细解释:
离子加速与分离
离子源产生的离子在加速电场中获得相同动能,随后进入无场漂移管。根据动能公式:
$$
frac{1}{2}mv = zeV
$$
推导出飞行时间与质荷比的关系:
$$
T = L sqrt{frac{m}{2zeV}}
$$
其中,(L)为漂移管长度,(m)为离子质量,(z)为电荷数,(V)为加速电压。质量越大的离子飞行时间越长,反之越短。
反射式改进
部分仪器采用静电场反射镜(反射器),通过调整离子路径补偿能量差异,提高分辨率。例如,初始动能大的离子在反射器中飞行更远距离,最终实现时间聚焦。
如需进一步了解具体技术参数或应用案例,可参考化工仪器网或维基百科相关条目。
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