Massenspektrometrie Zusatzinfo Grundlagen Die funktionellen

Massenspektrometrie Zusatzinfo
(Dr. S. Franke)
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Grundlagen
Die funktionellen Bestandteile eines Massenspektrometers sind: Ionenquelle mit
Einlasssystemen zur Probenzuführung, Analysator zur Trennung von Ionen nach
Masse und Ladung, Detektor zur Registrierung der Ionenintensität, Vor- und Hochvakuumsystem sowie Datensystem zur Speicherung der Spektren und Auswertung.
Massenspektrometrie organischer Substanzen wird heute mit praktisch allen Massenanalysatoren, also mit Sektorfeld-, Quadrupol-, Ionenfallen- (Ion-Trap, Quadrupol
Ion Store, Quistor), Flugzeit- (Time of Flight, TOF) und Fourier-Transform-IonenCyclotron-Resonanz-Massenspektrometern (FTICR) betrieben. Grundlagen der
Funktion dieser Geräte wurden im Kurs zur Anwendung apparativer Verfahren in der
präparativen Chemie behandelt. Die grösste Verbreitung haben Sektorfeld-, Quadrupol- und Flugzeitmassenspektrometer, die hier nochmals betrachtet werden.
Gemeinsames Prinzip dieser Massenspektrometer ist, daß Ionenstrahlen im Hochvakuum durch eine geeignete Anordnung magnetischer und/oder elektrischer Felder in
Komponenten gleicher spezifischer Ladung separiert werden.
Die Kraft K ( r , r, t ) , die ein elektromagnetisches Feld auf eine Punktladung z mit
dem Ortsvektor r (x, y,z) ausübt, ist durch
K ( r , r , t )
=
z [ E( r , t ) + r × B( r , t )]
(1)
gegeben.
Sie
hängt sowohl von der räumlichen und zeitlichen Veränderung der Felder E und B als auch von der Geschwindigkeit der Punktladung im Magnetfeld ab.
Besitzt die Punktladung die Masse m , so gilt im Rahmen der klassischen Physik
nach dem zweiten Newtonschen Grundgesetz die Bewegungsgleichung
r = z (E + r × B) .
(2)
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Sektorfeldmassenspektrometer
Bei Sektorfeldmassenspektrometern bilden das elektrische Längsfeld E a in der
Ionenquelle und das magnetische Querfeld B des magnetischen Sektors sowie das
Spaltsystem (S1, S2) die prinzipiellen Bestandteile einer Ionenoptik.
Im Massenspektrometer erzeugt die Ionenquelle Ionen mit den Massen m i , die
ganzzahlige Vielfache z = n e der Elementarladung ± e tragen. Im elektrischen
Längsfeld E a , das aus der Beschleunigungsspannung Va (meist 3 - 8 kV) resultiert
und der Quelle in Ausbreitungsrichtung x der Ionen anliegt, wirkt eine Kraft
m i x = z Ea
(3)
entsprechend Gl. (2) mit B = 0 auf die Ionen, die dadurch nach dem Eintrittsspalt S1
beim Erreichen des 1. feldfreien Raums (1. FFR) die kinetische Energie
1
m v2
2 i i
=
(4)
z Va
besitzen. Alle Ionen gleicher Ladung haben also unabhängig von ihrer Masse beim
Verlassen der Ionenquelle die gleiche kinetische Energie, mehrfach geladene Ionen
entsprechende Vielfache der Energie einfach geladener Ionen. Ionen gleicher Masse
und Ladung besitzen die gleiche Geschwindigkeit.
Bei einfach fokussierenden Sektorfeldmassenspektrometern gelangen
die Ionen nun
in
das magnetische Sektorfeld. Im Magnetfeld der Induktion B gilt nach (2) mit
E = 0 die Bewegungsgleichung
r = z (r × B) .
(5)
m i Demnach wirkt
das Magnetfeld nur auf bewegte Ladungen ( r ≠ 0 ). Die Lorentz
kraft z (r × B) ist eine Zentripetalkraft, die senkrecht auf den Vektoren der Induktion
und der Geschwindigkeit steht und daher keine Arbeit leistet. Die kinetische Energie
(4) der Ionen ändert sich im magnetischen Querfeld also nicht; sie werden durch die
Lorentzkraft auf Kreisbahnen gezwungen. Der Zentripetalkraft entgegengesetzt
gleich ist die Zentrifugalkraft
m i vi2
r
=
z vi B , so dass die Radien der Ionenbahnen rB
=
 m i vi 


 zB 
(6)
durch Ionenmasse, -Ladung und -Geschwindigkeit sowie die Magnetfeldstärke gegeben sind. Im magnetischen Sektorfeld eines Massenspektrometers bewegen sich
demnach Ionen mit der Ladung z , die verschiedene Impulse p i = m i vi besitzen,
auf jeweils zugehörigen Kreissegmenten mit unterschiedlichen Radien rB . Das
Sektorfeld trennt daher Ionenstrahlen in Komponenten mit gleichem Impuls auf, es
wirkt als Impulsanalysator.
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Die Ionengeschwindigkeit in (6) kann mit (4) durch die Beschleunigungsspannung Va
ausgedrückt werden. Damit ergibt sich die Grundgleichung für magnetische Sektorfeldmassenspektrometer
mi
z
=
rB2 B2
,
2 Va
(7)
gemäss der Ionen nach ihrem Verhältnis von Masse zu Ladung getrennt werden.
Neben dieser Massendispersion bewirkt das magnetische Sektorfeld eine Richtungsfokussierung divergenter Ionenbündel, so dass in Analogie zur geometrischen
Strahlenoptik der Eintrittsspalt (S1) auf den Detektorspalt (S2) abgebildet wird. Da die
Ionen bei ihrer Bildung jedoch nicht in Ruhe sondern in zufälliger, statistischer Bewegung sind (kinetische Energie bis einige eV), erfährt ein in m z homogener Ionenstrahl eine Verbreiterung (Energiedispersion des Magnetfelds), die das Auflösungsvermögen (s. u.) einfach fokussierender Sektorfeldmassenspektrometer auf 1000 2000 begrenzt. Bei festem Ablenkradius rB , werden Massenspektren in der Regel
durch Veränderung des Magentfelds (Magnet-scan), in speziellen Fällen durch Veränderung der Beschleunigungsspannung (elektrischer scan) dadurch erhalten, dass
die Ionenstrahlen verschiedener m z -Werte den Detektorspalt nacheinander beim
jeweils zugehörigen Magnetfeld bzw. Beschleunigungsspannungswert erreichen.
2. FFR
+½Vr
high energy ions
ESA
E
Z
Magnet
B
low energy ions
rB
ANALYSATOR
Nier-Johnson Geometrie
1. FFR
-½Vr
Ion-Entrance
S1
Focus
Lens
Einlass-
Ion-Exit
Va
Systeme
SektorfeldMassenspektrometer
S2
Detektor
Multiplier
Dynode
Ionenquelle
Vakuum-System
Option: MS2
Doppelfokussierende Sektorfeldmassenspektrometer
besitzen als weiteres ionen
optisches Element das elektrische Radialfeld E r eines zylindrischen Kondensators,
dessen
Segment den elektrostatischen Analysator (ESA) bildet. Dort wirkt nach (2)
mit B = 0 die auf den Krümmungsmittelpunkt gerichtete Ablenkkraft
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m i r
=
z Er
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(8)
auf geladene Teilchen. Ionen, die im elektrischen Längsfeld der Quelle die kinetische
Energie z Va erhalten haben, können den Zylinderkondensator passieren, wenn die
durch die Trägheit hervorgerufene Zentrifugalkraft die Ablenkkraft kompensiert.
m i vi2
r
=
z Er
(9)
Der Term m i vi2 kann nach (4) durch die Beschleunigungsspannung Va ausgedrückt
werden.
r
=
2 Va
Er
(10)
Dann gilt für die Spannungsdifferenz Vr zwischen den Radien der inneren ( r1 ) und
äußeren ( r2 ) Kondensatorplatte, die das elektrische Feld E r im ESA erzeugt (die
Berechnung wird hier nicht erläutert)
2 Va ln
r2
r1
= Vr ,
(11)
Da Massen und Ladungen in (10) bzw. (11) nicht mehr auftreten, werden alle Ionen,
die in der Quelle mit der Spannung Va beschleunigt worden sind, den ESA bei der
Ablenkspannung Vr zwischen den Radien r1 und r2 durchlaufen. Insbesondere gilt
dies auch für mehrfach geladene Ionen mit z = 2 e, 3 e,... n e , die nach (4) ganzzahlige Vielfache der kinetischen Energie einfach geladener Ionen erhalten. Auf
diese Ionen wirkt nämlich nach (8) eine entsprechend größere Ablenkkraft.
Der ESA hat also keinen Massentrenneffekt, erzielt aber wie der Magnet eine Richtungsfokussierung divergenter Ionenstrahlen und führt darüber hinaus zu einer
Energiedispersion. Das elektrische Radialfeld wirkt als Energieanalysator. Die Richtungen von Ionen, die in der Quelle mit etwas unterschiedlicher kinetischer Energie
gebildet worden sind, werden im 2. feldfreien Raum (2. FFR) an verschiedenen Orten einer Zwischenbildebene (Z) refokussiert. Dadurch erhalten Ionen verschiedener
Energie unterschiedliche Bahnen im Magnetfeld, so dass sie auf den Detektorspalt
(S2) fokussiert werden. Die Kombination der Energiedispersion des ESA und des
Magneten resultiert in einer Energiefokussierung. Doppelfokussierende Massenspektrometer fokussieren Ionenstrahlen also bezüglich der Richtung und der Energie. Das Auflösungvermögen solcher Geräte ist durch Veränderung der Spaltweiten
(auf Kosten der Ionenintensität) kontinuierlich einstellbar. In der Praxis werden gewöhnliche Spektren bei Auflösungen von 1000 - 2000 (niedrigauflösend, hohe Ionentransmission) und exakte Massenbestimmungen bei 5000 - 15 000 (hochauflösend, geringere Ionentransmission) erhalten.
Die Doppelfokussierung hängt in erster Näherung nicht von der Reihenfolge der Anordnung von ESA (E) und Magnetfeld (B) ab und EB- (Nier-Johnson Geometrie), BE(inverse Nier-Johnson Geometrie) sowie EBE-Geometrien sind bei Sektorfeldmas-
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senspektrometern gebräuchlich. Die Herzog-Mattauch Geometrie, eine spezielle EBGeometrie, bei der Ionen eines weiten Massenbereichs bei konstanten Feldern ihre
jeweils zugehörigen magnetischen Ablenkradien rB nach (7) durchlaufen und
simultan längs einer Brennebene fokussiert werden, hat mangels geeigneter elektronischer Detektoren (früher Photoplatten) derzeit keine praktische Bedeutung.
Typische Merkmale der für die Massenspektrometrie organischer Substanzen heute
eingesetzten doppelfokussierenden Sektorfeldmassenspektrometer sind:
− Massenbereich ca. 2000 - 5000 amu (atomic mass units, 12C = 12) bei voller
Beschleunigungsspannung (kann nach Gl. (7) durch Absenken von Va und
entsprechend Gl. (11) Vr erweitert werden, z. B. 3000 amu bei Va = 8 kV, 6000
amu bei Va = 4 kV).
− Auflösungsvermögen (R) 1000 (d. h. m z 1000 und 1001 werden getrennt) bis
2000 bei maximaler Ionentransmission, 10 000 bei 5 - 10 % Transmission,
maximal 50 - 80 000 bei sehr geringer Ionentransmission.
− Scangeschwindigkeit (Magnet-scans über 1 Massendekade, z. B. m z 50 - 500)
bis zu 5 scans/s. Hohe Reproduzierbarkeit von Magnet-scan Massenspektren
(wichtig bei Vergleichen mit bei EI-Spektrenbibliotheken).
− Neben Magnet-scan elektrischer scan bei konstantem Magnetfeld (Massenbereich
m z max ≤ 2 m z min) sowie Registrierung vorgewählter Massen durch entsprechende sprunghafte Änderung von Va (selected ion monitoring, SIM oder
recording, SIR, für quantitative Analytik).
− Linked scans (simultane Veränderung von Va , Vr und B nach bestimmten Funktionen) zur Untersuchung von „metastabilen Ionen“ (Precursorionen, Produktionen
und Neutralteilchenabspaltungen, parent-, daughter- und constant loss-linked
scan).
− Kombinierbar mit Gaschromatographie, (GC/MS) Hochdruckflüssigchromatographie (LC/MS) und allen Ionisationsmethoden für organische Substanzen ausser
MALDI.
Demgenüber haben einfach fokussierende Sektorfeldmassenspektrometer ihre Bedeutung in der organischen Massenspektrometrie weitgehend verloren, da Quadrupolmassenspektrometer mit wesentlich geringerem Aufwand für die gleichen Aufgaben eingesetzt werden können.
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Quadrupolmassenspektrometer und Ion-Trap
Beim Quadrupolmassenspektrometer bewirkt ein Massenfilter aus 4 parallelen Elektroden zwischen denen ein hyperbolisches elektromagnetisches Hochfrequenzfeld
besteht die Massentrennung.
Quadrupolmassenfilter
Quadrupolionenfalle
An einem Paar gegenüberliegender Elektroden liegt das Potential φo aus einer
Gleichspannung U und einer Wechselspannung V cos ω t mit der Amplitude V und
der Radiofrequenz (rf-Frequenz) ω. Am anderen Elektrodenpaar liegt die Gleichspannung -U entgegengesetzter Polarität und die um 180° phasenverschobene
Wechselspannung -V cos ω t, so dass insgesamt
± φo = U + V cos ωt
(12)
für das Potential an den gegenüberliegenden Quadrupolstäben gilt. Mit (12) lässt
sich das elektromagnetische Feld im Quadrupol und mit (2) die Bahn von Ionen darin
bestimmen (als Lösung der sogenannten Mathieu-Differentialgleichung). Es ergibt
sich, dass nur bestimmte Ionen bei gegebenen Werten von U, V und ω den Quadrupol in Längsrichtung (Konvention beim Quadrupol: z-Richtung) auf komplizierten
Bahnen passieren können. Ionen mit anderen m z -Werten werden in Querrichtung
(x, y) ausgelenkt und gehen durch Kollision mit den Stäben oder in den Zwischenräumen verloren. Welche Ionen im Quadrupolfeld stabile Bahnen haben kann durch
ein Stabilitätsdigramm mit den Mathieu-Parametern au und qu
au = ax = -ay = 8zU / mω2 do2
qu = qx = -qy = 4zV / mω2 do2
dargestellt werden (do Abstand zwischen gegenüberliegenden Elektroden).
au(U)
scan
Peakbreite
m3
m1 < m2 < m3
bandpass
m2
m1
qu(V)
(13)
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Zur Aufnahme eines Massenspektrums werden U und V in einem festgelegten Verhältnis (au / qu = 2U / V = const.) bei konstanter Frequenz ω nach einer scanFunktion
au = c1 × qu + c2, (ci Konstanten, c1 mass gain, c2 mass offset)
(14)
verändert, die die Stabilitätsbereiche verschiedener m z -Werte so schneidet, dass
die entsprechenden Ionen den Detektor getrennt erreichen. Neben diesem scanModus in dem die Bedingungen für au(U) und qu(V) so gewählt sind, dass ein Massensignal eine Breite von ca. 0,5 amu hat, gibt es im Stabilitätsdiagramm Wertebereiche von au(U) und qu(V) bei denen verschiedene Ionen zwischen einer m z -Unterund Obergrenze gleichzeitig durchgelassen werden (bandpass-Modus). Ohne den
Gleichspannungsanteil (au = 0, rf-Modus) ist der Bereich ohne Massentrennung besonders gross und solche rf-Quadrupole (sowie Hexa- und Oktapole), die Ionenbündel senkrecht zur Ausbreitungsrichtung zusammenhalten, dienen häufig in anderen
Massenspektrometern als ionenoptische Elemente und CID-Stosszellen.
Wegen ihrer geringen Grösse, leichten Bedienbarkeit und den vergleichsweise niedrigen Anschaffungskosten, gehören Quadrupolmassenspektrometer zu den meistverbreiteten Massenspektrometern, überwiegend als GC/MS- und LC/MS-Kombinationen.
Typische Merkmale von Quadrupolmassenspektrometern sind:
− Massenbereich ca. 600 (GC/MS) - 2000 (LC/MS) amu. Scangeschwindigkeit kann
hoch sein, da kein Magnetfeld sondern nur Spannungen verändert werden.
− Geringe kinetische Energie der Ionen, die mit ca. 5 - 10 eV aus der Ionenquelle in
den Quadrupol gelangen (bei Sektorfeldgeräten 5 - 10 keV) und relativ grosser
erlaubter Winkelbereich für den Eintritt in den Quadrupol. Gute Empfindlichkeit
(mit der von Sektorfeldgeräten vergleichbar).
− Das Auflösungsvermögen hängt u.a. von der Anzahl der rf-Frequenzzyklen ab, die
die Ionen beim passieren des Quadrupols erfahren. Da schwere Ionen langsamer
sind, nimmt die Auflösung mit der Masse ( m z ) zu. Auf der Massenskala ist die
Peakbreite konstant, so das z. B. m z 100 und 101 (R = 100) genauso getrennt
werden wie 1000 und 1001 (R = 1000). In der Praxis Nominalmassenauflösung
(unit-resolution), d. h. Differenzen von 1 amu werden vollständig aufgelöst.
− Die längere Aufenthaltszeit schwerer Ionen führt zu Verlusten, so dass hohe Massen eine schlechtere Transmission als niedrige aufweisen. Darüber hinaus
hängen die Transmissionseigenschaften eines Quadrupolmassenspektrometers
sehr vom Zustand (Beläge, Verschmutzung) der Quelle und des Quadrupols ab,
so dass die Reproduzierbarkeit der Spektren geringer ist, als bei Sektorfeld-MS.
− Neben Quadrupol-scan schnelle Registrierung vorgewählter Massen durch
entsprechende sprunghafte Änderung von U und V ohne Einschränkung beim
Massenbereich. Ideal für quantitative Analytik (selected ion monitoring, SIM oder
recording, SIR) jedoch keine Hochauflösung möglich.
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Bei der Quadrupol-Ionenfalle (Ion-Trap) besteht ein dreidimensionales Quadrupolfeld
zwischen einer Ringelektrode und zwei Endkappen. Für den Aufenthalt von Ionen in
diesem Feld gelten ähnliche Stabiltätsbedingungen (Mathieu-Parameter) wie für das
zweidimensionale Feld eines Quadrupolmassenfilters (vgl. Abb. S. 6). Ionen treten
aus der Quelle durch eine Öffnung in einer Endkappe in dies Feld ein und oszillieren
dort auf komplizierten Bahnen (analog dem rf- oder bandpass-Modus eines
Quadrupols). Für eine effektive Speicherung werden die Oszillationen durch Stösse
mit Helium, das sich als Dämpfungsgas bei extrem niedrigem Druck in der Trap
befindet, gedämpft. Nach einer bestimmten Speicherzeit (Millisekunden bis Sekunden), während der die Trap Ionen akkumuliert, kann ein Detektionsscan erfolgen,
durch den die Ionen durch eine Öffnung in der gegenüberliegenden Endkappe den
Detektor erreichen und ein gewöhnliches Massenspektrum erzeugen. Da im Prinzip
alle gespeicherten Ionen detektiert werden können, ist die Empfindlichkeit dabei sehr
hoch. Aufgrund der Ionenspeicherung können mit Ionenfallen MS/MS-Experimente
durchgefühert werden. Dazu wird ein Ion in der Trap isoliert, indem die übrigen mit
höheren und niedrigeren m z -Werten durch entsprechende Scanfunktionen daraus
entfernt werden. Dies Ion wird durch eine rf-Frequenz beschleunigt und bildet durch
Kollisionen mit dem Dämpfungsgas Fragmente, die nun detektiert werden (MS/MS).
Eine solche Sequenz kann gegebenenfalls mit einem MS/MS-Ion (Produktion) erneut
stattfinden (MSn). Weitere typische Charakteristika von Ion-Traps entsprechen
weitgehend denen von Quadrupolmassenspektometern (Massenbereich, Einsatz
überwiegend GC/MS, LC/MS, Kosten, Bedienung).
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Flugzeitmassenspektrometer
Beim Flugzeitmassenspektrometer (time of flight, TOF) werden die Zeiten ( t ) gemessen, die gepulst erzeugte oder beschleunigte Ionen zum Zurücklegen einer bestimmten Flugstrecke ( L ) benötigen. Der Beginn der Zeitmessung wird dabei entweder durch Ionenerzeugung in einem sehr kleinen Zeitintervall (z. B. mit einem Laserpuls von wenigen ns, matrix assisted laser desorption ionisation, MALDI) definiert
Flugzeitmassenspektrometer (MALDI-TOF)
Va
Lens
Ion
Gate
micro channel plate
(MCP) detector 2
Reflektron
MCP
od.
SEV
Gaszelle
(CID)
Target
linear-mode
Laser: z. B. N2 337 nm
Spiegel
Abschwächer
post acc. dynode
reflectron-mode
Strahlteiler: >> Startsignal
oder durch kurzzeitige Hochspannungspulse, die kontinuierlich erzeugte Ionen (EI,
ESI) in das TOF beschleunigen (orthogonal accelerating TOF, oa-TOF).
Orthogonales Flugzeitmassenspektrometer
orthogonal
acc. dynode
MCP
Va
cone
skimmer
ESIIonenquelle
oa-TOF
MS 2
RFHexapol
QuadrupolMassenspektrometer
MS 1
RFStossgasZelle für Hexapol
CID
1) ESI/APCI MS/MS-Spektrometer
Quadrupol MS 1 und CID-Zelle
2) GC/MS-Spektrometer mit EI/CI-Ionenquelle
(ohne MS 1 und CID-Zelle)
Reflektron
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Prinzipiell können Ionengruppen gleicher, dem Verhältnis von Masse und Ladung
proportionaler Geschwindigkeit durch Beschleunigung auf konstante Energie oder
konstanten Impuls erhalten werden. Im allgemeinen werden Ionen in einem Flugzeitmassenspektrometer durch eine Beschleunigungsspannung Va entspr. Gl. (4) auf
konstante Energie beschleunigt und nur dieser Fall soll hier betrachtet werden.
Bei konstanter kinetischer Energie haben Ionen mit verschiedener Masse verschiedene Geschwindigkeiten und benötigen nach
vi
L
ti
=
(15)
unterschiedliche Zeiten, um den Detektor nach Durchlaufen der Strecke L zu erreichen. Mit (15) und (4) folgt
mi
z
2 Va 2
t
L2 i
=
(16)
für m z als Funktion der Flugzeit. Ein einfach geladenes Ion der Masse 1500 hat
beispielsweise bei einer Beschleunigungsspannung von 20 kV eine Geschwindigkeit
von ca. 50 km/s und benötigt 20 µs für eine Flugstrecke von 1 m zwischen Quelle
und Detektor. Ein Ion der Masse 1501 braucht dafür 6,5 ns mehr Zeit.
2
Da m z proportional zu t ist (16) ergibt sich als Bedingung für das Auflösungsvermögen m ∆m des TOFs
m
∆m
=
1 t
,
2 ∆t
(17)
so dass für gute Auflösung ∆ t sehr kurz im Vergleich zu t sein muss.
Die Länge des Zeitintervalls ∆ t , in dem ein in m z homogenes Ionenpaket auf den
Detektor trifft, hängt nicht nur von der sehr kurzen Pulszeit der Ionenbildung bzw.
orthogonalen Beschleunigung ab. Sie wird insgesamt durch die räumliche, zeitliche
und energetische Breite der Ionenwolke vor der Beschleunigung bestimmt. Wegen
dieser unterschiedlichen Anfangsbedingungen werden Ionen auf ein wenig verschiedene Energien beschleunigt, so dass gleiche Ionen etwas unterschiedliche Geschwindigkeiten erhalten und den Detektor nicht gleichzeitig erreichen. Die dadurch
begrenzte Auflösung kann durch ein elektrostatisches Reflektionsfeld erhöht werden.
Ionen höherer Energie dringen weiter ins Reflektron ein als Ionen geringerer Energie.
Die schnelleren Ionen eines Pakets legen also einen längeren Weg zurück als die
langsameren, so dass der Zeitunterschied mit dem sie am Detektor eintreffen
geringer wird. Die Auflösung wird ebenfalls verbessert, wenn die Beschleunigungsspannung Va erst eine gewisse Zeit nach der Ionisierung eingeschaltet wird. In dieser Zeit (time lag) breiten sich Ionen mit unterschiedlichen kinetischen Energien verschieden weit im Beschleunigungsbereich aus bevor sie durch die Beschleunigungsspannung daraus extrahiert werden (delayed extraction). In Richtung des TOF
schnellere Ionen werden daher etwas weniger beschleunigt als in dieser Richtung
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langsamere, so dass eine Geschwindigkeitsfokussierung gleicher Ionen stattfindet
(time lag focusing). Lineare TOFs erreichen so Auflösungen über 1000 und Reflektron-TOFs über 10 000.
Flugzeitmassenspektrometer detektieren alle ins TOF beschleunigten (im Idealfall
alle gebildeten) Ionen, so dass die Empfindlichkeit wie bei Ionenfallen im Vergleich
zu scannenden Sektor- und Quadrupolmassenspektrometern sehr hoch ist. Darüber
hinaus ist der Massenbereich von TOFs praktisch nur limitiert durch die geringe
Effizienz mit der Ionen sehr grosser Moleküle (105 - 106 amu) erzeugt und detektiert
werden können, so dass besonders MALDI-TOFs in der Analytik von biologischen
und technischen Makromolekülen eine wichtige Rolle spielen.