Time-of-Flight Mass Spectrometer
飞行时间质谱仪（Time – of – Flight Mass Spectrometer，TOF – MS）是一种常用的质谱分析仪器，以下是其详细介绍：
工作原理
- 飞行时间质谱仪的基本原理是基于不同质荷比的离子在电场中加速后具有不同的飞行速度，通过测量离子从离子源飞行到检测器的时间来确定其质荷比。首先，样品被离子化，形成各种带电荷的离子。这些离子在电场作用下获得相同的动能，根据动能公式E=21mv2（其中E为动能，m为离子质量，v为离子速度），质量越小的离子速度越快。然后，离子在无场飞行管中飞行，由于不同质荷比的离子飞行速度不同，经过一定的飞行距离后，它们会按照质荷比的大小依次到达检测器，检测器记录下离子到达的时间，从而得到离子的飞行时间信息，进而计算出离子的质荷比。
仪器结构
- 离子源：其作用是将样品转化为离子。常见的离子化方法有电子轰击离子化（EI）、化学离子化（CI）、电喷雾离子化（ESI）、基质辅助激光解吸离子化（MALDI）等。不同的离子化方法适用于不同类型的样品，例如，ESI 常用于生物大分子的离子化，MALDI 则常用于蛋白质、多肽等生物样品的分析。
- 飞行管：这是离子飞行的区域，要求具有高真空度，以减少离子与气体分子的碰撞，保证离子能够自由飞行。飞行管的长度通常在几十厘米到数米之间，飞行管越长，仪器的分辨率越高。
- 检测器：用于检测到达的离子，并将离子的信号转化为电信号或数字信号进行记录和分析。常用的检测器有电子倍增器、微通道板检测器等。
性能特点
- 高分辨率：能够精确区分质荷比非常接近的离子，对于复杂混合物的分析具有重要意义。例如，在蛋白质组学研究中，可以准确鉴定出不同氨基酸序列的肽段。
- 宽质量范围：可以检测从几十到几十万甚至更高质荷比的离子，适用于分析各种类型的化合物，包括小分子有机物、生物大分子以及金属离子等。
- 快速分析：可以在短时间内完成对样品的分析，每秒可以记录多个质谱图，适用于实时监测和高通量分析。例如，在药物研发中的药物代谢研究中，可以快速分析生物样品中的药物及其代谢产物。
- 结构简单：与其他类型的质谱仪相比，飞行时间质谱仪的结构相对简单，没有复杂的磁场或电场调制部件，因此仪器的维护和操作相对容易。
应用领域
- 生命科学：在蛋白质组学、代谢组学、基因组学等研究中广泛应用。例如，通过对生物样品中的蛋白质进行酶解，然后用飞行时间质谱仪分析酶解产物的质荷比，结合数据库检索，可以鉴定出蛋白质的氨基酸序列和翻译后修饰情况。
- 药物研发：用于药物分子的结构鉴定、药物代谢研究以及药物质量控制等。例如，在药物代谢研究中，通过分析生物样品中药物及其代谢产物的质谱图，了解药物在体内的代谢途径和转化规律。
- 环境科学：可用于检测环境中的污染物，如有机污染物、重金属离子等。例如，分析土壤或水样中的有机污染物成分，为环境质量评估和污染治理提供依据。
- 材料科学：用于研究材料的组成和结构，如高分子材料的分子量分布、无机材料中的杂质分析等。例如，对聚合物材料进行分析，确定其聚合度和端基结构，从而了解材料的性能和加工特性。