टाइम-ऑफ-फ्लाइट मास स्पेक्ट्रोमेट्री

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लेज़र आयनीकरण टाइम-ऑफ़-फ्लाइट मास स्पेक्ट्रोमीटर जहां आयनों को त्वरित किया जाता है और पता लगाने से पहले एक क्षेत्र-मुक्त बहाव क्षेत्र में द्रव्यमान द्वारा अलग किया जाता है

फाइल:बेंडिक्स एमए-2 टाइम-ऑफ-फ्लाइट मास स्पेक्ट्रोमीटर महिला मॉडल के साथ

टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट मास स्पेक्ट्रोमेट्री (TOFMS) मास स्पेक्ट्रोमेट्री की एक विधि है जिसमें एक आयन का मास-टू-चार्ज अनुपात उड़ान माप के समय द्वारा निर्धारित किया जाता है। ज्ञात शक्ति के विद्युत क्षेत्र द्वारा आयनों को त्वरित किया जाता है।[1] इस त्वरण के परिणामस्वरूप एक आयन में समान गतिज ऊर्जा होती है, जो किसी अन्य आयन के समान होती है। आयन का वेग द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात पर निर्भर करता है (समान आवेश के भारी आयन कम गति तक पहुँचते हैं, हालाँकि उच्च आवेश वाले आयन भी वेग में वृद्धि करेंगे)। बाद में आयन को एक ज्ञात दूरी पर डिटेक्टर तक पहुंचने में लगने वाले समय को मापा जाता है। यह समय आयन के वेग पर निर्भर करेगा, और इसलिए यह द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात का एक उपाय है। इस अनुपात और ज्ञात प्रायोगिक मापदंडों से, आयन की पहचान की जा सकती है।

सिद्धांत

विलियम ई. स्टीफेंस 1952 TOF पेटेंट से चित्र[2]

एक विद्युत क्षेत्र में एक आवेशित कण की संभावित ऊर्जा कण के आवेश और विद्युत क्षेत्र की शक्ति से संबंधित होती है:

 

 

 

 

(1)

जहां ईp संभावित ऊर्जा है, q कण का आवेश है, और U विद्युत संभावित अंतर है (जिसे वोल्टेज भी कहा जाता है)।

जब चार्ज किए गए कण को ​​वोल्टेज U द्वारा टाइम-ऑफ-फ्लाइट ट्यूब (TOF ट्यूब या फ्लाइट ट्यूब) में त्वरित किया जाता है, तो इसकी संभावित ऊर्जा गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। किसी द्रव्यमान की गतिज ऊर्जा होती है :

 

 

 

 

(2)

वास्तव में, संभावित ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, जिसका अर्थ है कि समीकरण (1) और (2) बराबर हैं

 

 

 

 

(3)

 

 

 

 

(4)

त्वरण के बाद आवेशित कण का वेग नहीं बदलेगा क्योंकि यह एक फील्ड-फ्री टाइम-ऑफ-फ्लाइट ट्यूब में चलता है। कण के वेग को समय-की-उड़ान ट्यूब में निर्धारित किया जा सकता है क्योंकि आयन की उड़ान के पथ (डी) की लंबाई ज्ञात है और आयन (टी) की उड़ान का समय एक का उपयोग करके मापा जा सकता है क्षणिक डिजिटाइज़र डिजिटल कनवर्टर के लिए समय समय।

इस प्रकार,

 

 

 

 

(5)

और हम प्रारंभिक बीजगणित में v का मान (5) में (4).

 

 

 

 

(6)

पुनर्व्यवस्थित करना (6) ताकि उड़ान का समय बाकी सब चीजों द्वारा व्यक्त किया जा सके:

 

 

 

 

(7)

वर्गमूल निकालने से समय मिलता है,

 

 

 

 

(8)

उड़ान के समय के लिए इन कारकों को जानबूझकर समूहीकृत किया गया है। कॉन्सटेंट (गणित) शामिल है जो सिद्धांत रूप में नहीं बदलता है जब आयनों के एक सेट का त्वरण के एक स्पंद में विश्लेषण किया जाता है। (8) इस प्रकार दिया जा सकता है:

 

 

 

 

(9)

जहाँ k एक आनुपातिकता (गणित) है जो उपकरण सेटिंग्स और विशेषताओं से संबंधित कारकों का प्रतिनिधित्व करती है।

(9) अधिक स्पष्ट रूप से प्रकट करता है कि आयन की उड़ान का समय उसके द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात (m/q) के वर्गमूल के साथ बदलता रहता है।

MALDI [[टाइम-ऑफ-फ्लाइट मास स्पेक्ट्रम]] उपकरण के वास्तविक दुनिया के उदाहरण पर विचार करें, जिसका उपयोग प्रोटीन के ट्राइप्टिक पेप्टाइड्स के द्रव्यमान स्पेक्ट्रम का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। मान लीजिए कि एक ट्राइप्टिक पेप्टाइड का द्रव्यमान 1000 डाल्टन (परमाणु द्रव्यमान इकाई) है। MALDI द्वारा उत्पादित पेप्टाइड्स का आयनीकरण आम तौर पर +1 आयन होता है, इसलिए दोनों मामलों में q = प्राथमिक आवेश होता है। मान लीजिए कि उपकरण को U = 15,000 वाल्ट (15 किलोवोल्ट या 15 kV) क्षमता में आयनों को गति देने के लिए सेट किया गया है। और मान लीजिए कि उड़ान ट्यूब की लंबाई 1.5 मीटर (विशिष्ट) है। आयनों की उड़ान के समय की गणना करने के लिए आवश्यक सभी कारक अब ज्ञात हैं (8), जिसका मूल्यांकन सबसे पहले 1000 Da द्रव्यमान वाले आयन से किया जाता है:

 

 

 

 

(10)

ध्यान दें कि उचित इकाइयों में समीकरण का मूल्यांकन करना संभव बनाने के लिए द्रव्यमान को डाल्टन (Da) से किलोग्राम (किग्रा) में परिवर्तित करना पड़ा। अंतिम मान सेकंड में होना चाहिए:

जो लगभग 28 microsecond है। यदि 4000 दा द्रव्यमान के साथ एक एकल आवेशित ट्राइप्टिक पेप्टाइड आयन होता है, और यह 1000 दा द्रव्यमान से चार गुना बड़ा होता है, तो उड़ान ट्यूब को पार करने में दोगुना समय लगेगा, या लगभग 56 माइक्रोसेकंड, क्योंकि समय आनुपातिकता (गणित) है। मास-टू-चार्ज अनुपात के वर्गमूल के लिए।

विलंबित निष्कर्षण

Main article: Delayed extraction

अक्षीय MALDI-TOF मास स्पेक्ट्रोमीटर में बड़े पैमाने पर रिज़ॉल्यूशन में सुधार किया जा सकता है, जहां आयन का उत्पादन निर्वात में होता है, लेजर पल्स द्वारा उत्पादित आयनों और न्यूट्रल के प्रारंभिक फटने की अनुमति देता है और आयनों को नमूना प्लेट से पहले कुछ दूरी की यात्रा करने देता है। आयनों को उड़ान ट्यूब में त्वरित किया जा सकता है। Desorption/ionization के दौरान उत्पादित प्लाज्मा प्लूम में आयन संतुलन लगभग 100 ns या उससे कम होता है, उसके बाद अधिकांश आयन, भले ही उनका द्रव्यमान कुछ भी हो, कुछ औसत वेग के साथ सतह से चलना शुरू कर देते हैं। इस औसत वेग के प्रसार की क्षतिपूर्ति करने और द्रव्यमान विभेदन में सुधार करने के लिए, आयन स्रोत से उड़ान ट्यूब की ओर आयनों के निष्कर्षण में कुछ सौ नैनोसेकंड से लेकर कुछ माइक्रोसेकंड तक की शुरुआत के संबंध में देरी करने का प्रस्ताव किया गया था (आमतौर पर) , कुछ नैनोसेकंड) लेजर पल्स। इस तकनीक को टाइम-लैग फोकसिंग कहा जाता है [3] अनुनाद संवर्धित मल्टीफ़ोटोन आयनीकरण द्वारा परमाणुओं या अणुओं के आयनीकरण के लिए या दुर्लभ गैस में इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण और विलंबित निष्कर्षण द्वारा[4][5][6] आम तौर पर प्रवाहकीय सपाट सतह पर रखे गए समतल सतहों या माइक्रोक्रिस्टल पर सोखने वाले अणुओं के लेज़र विशोषण/आयनीकरण द्वारा उत्पादित आयनों के लिए।

विलंबित निष्कर्षण आमतौर पर वैक्यूम आयन स्रोतों के संचालन मोड को संदर्भित करता है जब उड़ान ट्यूब में आयनों के त्वरण (निष्कर्षण) के लिए जिम्मेदार विद्युत क्षेत्र की शुरुआत आयनीकरण के संबंध में कुछ कम समय (200-500 एनएस) से विलंबित होती है ( या विशोषण/आयनीकरण) घटना। यह निरंतर निष्कर्षण क्षेत्र के मामले से भिन्न होता है जहां आयन बनने पर तुरंत त्वरित हो जाते हैं। विलंबित निष्कर्षण का उपयोग MALDI या लेज़र डिसोर्शन/आयनाइज़ेशन (LDI) आयन स्रोतों के साथ किया जाता है, जहाँ विश्लेषण किए जाने वाले आयन उच्च गति (400–1000 m/s) के साथ नमूना प्लेट से बढ़ते हुए विस्तार वाले प्लूम में उत्पन्न होते हैं। चूंकि डिटेक्टर पर पहुंचने वाले आयन पैकेट की मोटाई बड़े पैमाने पर रिज़ॉल्यूशन के लिए महत्वपूर्ण है, पहले निरीक्षण पर यह आयन प्लूम को निष्कर्षण से पहले और विस्तार करने की अनुमति देने के लिए काउंटर-सहज ज्ञान युक्त दिखाई दे सकता है। विलंबित निष्कर्षण आयनों के प्रारंभिक संवेग के लिए अधिक मुआवजा है: यह समान द्रव्यमान-से-चार्ज अनुपात वाले आयनों के लिए डिटेक्टर पर समान आगमन समय प्रदान करता है लेकिन विभिन्न प्रारंभिक वेगों के साथ।

निर्वात में उत्पन्न आयनों के विलम्बित निष्कर्षण में निष्कर्षण क्षेत्र चालू होने पर निष्कर्षण प्लेट से आगे होने के कारण निष्कर्षण की दिशा में कम संवेग वाले आयन उच्च विभव पर त्वरित होने लगते हैं। इसके विपरीत, अधिक आगे की गति वाले आयन कम क्षमता पर त्वरित होने लगते हैं क्योंकि वे निष्कर्षण प्लेट के करीब होते हैं। त्वरण क्षेत्र से बाहर निकलने पर, प्लूम के पीछे के धीमे आयनों को प्लूम के सामने प्रारंभिक तेज आयनों की तुलना में अधिक वेग से त्वरित किया जाएगा। इसलिए विलंबित निष्कर्षण के बाद, आयनों का एक समूह जो आयन स्रोत को पहले छोड़ देता है, आयनों के कुछ अन्य समूह की तुलना में त्वरण की दिशा में कम वेग होता है जो आयन स्रोत को बाद में छोड़ देता है लेकिन अधिक वेग के साथ। जब आयन स्रोत मापदंडों को ठीक से समायोजित किया जाता है, तो आयनों का तेज़ समूह आयन स्रोत से कुछ दूरी पर धीमी गति से पकड़ लेता है, इसलिए इस दूरी पर रखी गई डिटेक्टर प्लेट आयनों के इन समूहों के एक साथ आगमन का पता लगाती है। अपने तरीके से, त्वरण क्षेत्र का विलंबित अनुप्रयोग एक आयामी समय-की-उड़ान फ़ोकसिंग तत्व के रूप में कार्य करता है।

रिफ्लेक्ट्रॉन टीओएफ

Main article: Reflectron
रिफ्लेक्ट्रॉन टीओएफ एमएस योजनाबद्ध
शिमाद्ज़ु आईटी-टीओएफ उपकरण से एक दोहरी चरण परावर्तक। 46 धातु प्लेटें वोल्टेज ले जाती हैं जो संभावित ढाल को स्थापित करती हैं।

आयन उड़ान की दिशा में गतिज ऊर्जा वितरण को परावर्तक का उपयोग करके ठीक किया जा सकता है।[7][8] डिटेक्टर की ओर आयन बीम को प्रतिबिंबित करने के लिए रिफ्लेक्ट्रॉन एक स्थिर इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र का उपयोग करता है। अधिक ऊर्जावान आयन परावर्तक में गहराई से प्रवेश करते हैं, और डिटेक्टर के लिए थोड़ा लंबा रास्ता अपनाते हैं। समान द्रव्यमान-से-चार्ज अनुपात के कम ऊर्जावान आयन परावर्तक में कम दूरी तक प्रवेश करते हैं और तदनुसार, डिटेक्टर के लिए एक छोटा रास्ता अपनाते हैं। आयन डिटेक्टर की सपाट सतह (आमतौर पर एक माइक्रोचैनल प्लेट, एमसीपी) को उस विमान पर रखा जाता है जहां आयन स्रोत में निष्कर्षण पल्स की शुरुआत के संबंध में एक ही एम/जेड के आयन लेकिन विभिन्न ऊर्जा के साथ एक ही समय में आते हैं। . एक ही मास-टू-चार्ज अनुपात के आयनों के एक साथ आगमन का एक बिंदु, लेकिन विभिन्न ऊर्जाओं के साथ अक्सर समय-की-उड़ान फोकस के रूप में संदर्भित किया जाता है।

री-टीओएफ व्यवस्था का एक अतिरिक्त लाभ यह है कि टीओएफ उपकरण की दी गई लंबाई में दो बार उड़ान पथ प्राप्त किया जाता है।

आयन गेटिंग

ब्रैडबरी-नीलसन शटर एक प्रकार का आयन गेट है जिसका उपयोग टीओएफ मास स्पेक्ट्रोमीटर और आयन गतिशीलता स्पेक्ट्रोमीटर में किया जाता है, साथ ही हैडमार्ड टीओएफ मास स्पेक्ट्रोमीटर को रूपांतरित करता है।[9] ब्रैडबरी-नीलसन शटर तेजी से चलने वाले आयन चयनकर्ता (टीआईएस) के लिए आदर्श है - एक उपकरण जिसका उपयोग आयनों को टेंडेम (टीओएफ / टीओएफ) मालडी मास स्पेक्ट्रोमीटर में संकीर्ण द्रव्यमान सीमा पर अलग करने के लिए किया जाता है।[10]


ऑर्थोगोनल त्वरण समय-की-उड़ान

Agilent 6210 इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण ऑर्थोगोनल टाइम-ऑफ-फ्लाइट मास स्पेक्ट्रोमीटर (दाएं) और उच्च-प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (बाएं)
फ्लाइट मास स्पेक्ट्रोमीटर योजनाबद्ध का ओर्थोगोनल त्वरण समय:[11] 20 - आयन स्रोत; 21 - आयन परिवहन; 22 - फ्लाइट ट्यूब; 23 - अलगाव वाल्व; 24 - रिपेलर प्लेट; 25 - ग्रिड; 26 - त्वरण क्षेत्र; 27 - रिफ्लेक्ट्रॉन; 28 - डिटेक्टर।

सतत आयन स्रोत (आमतौर पर इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण, ईएसआई) आम तौर पर टीओएफ द्रव्यमान विश्लेषक के लिए ऑर्थोगोनल निष्कर्षण द्वारा इंटरफेस किया जाता है जिसमें टीओएफ द्रव्यमान विश्लेषक में पेश किए गए आयनों को गति की प्रारंभिक दिशा में लंबवत धुरी के साथ त्वरित किया जाता है। संपार्श्विक आयन कूलिंग के साथ संयुक्त ऑर्थोगोनल त्वरण आयन स्रोत और बड़े पैमाने पर विश्लेषण में आयन उत्पादन को अलग करने की अनुमति देता है। इस तकनीक में, MALDI या ESI स्रोतों में उत्पादित आयनों के लिए बहुत उच्च विभेदन प्राप्त किया जा सकता है।

ऑर्थोगोनल त्वरण क्षेत्र या पल्सर में प्रवेश करने से पहले, निरंतर (ESI) या स्पंदित (MALDI) स्रोतों में उत्पन्न आयनों को RF मल्टीपोल गाइड में अवशिष्ट गैस के साथ टकराव द्वारा 1–2 मिमी व्यास के बीम में केंद्रित (ठंडा) किया जाता है। पल्सर से पहले उच्च-निर्वात क्षेत्र में लगाए गए इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस की एक प्रणाली त्वरण की दिशा में अपने विचलन को कम करने के लिए बीम को समानांतर बनाती है। आयन संपार्श्विक शीतलन और ऑर्थोगोनल त्वरण TOF का संयोजन [12][13] संवेदनशीलता से समझौता किए बिना आधुनिक टीओएफ एमएस के रिज़ॉल्यूशन में कुछ सौ से लेकर कई दसियों हजार तक की महत्वपूर्ण वृद्धि प्रदान की है।

हैडमार्ड ट्रांसफॉर्म टाइम-ऑफ-फ्लाइट मास स्पेक्ट्रोमेट्री

हैडमार्ड ट्रांसफॉर्म टाइम-ऑफ़ फ़्लाइट मास स्पेक्ट्रोमेट्री (HT-TOFMS) बड़े पैमाने पर विश्लेषण का एक तरीका है जिसका उपयोग पारंपरिक TOFMS के सिग्नल-टू-शोर अनुपात को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाने के लिए किया जाता है।[14] जबकि पारंपरिक टीओएफएमएस एक समय में आयनों के एक पैकेट का विश्लेषण करता है, दूसरे आयन पैकेट को पेश करने से पहले आयनों के डिटेक्टर तक पहुंचने की प्रतीक्षा करता है, एचटी-टीओएफएमएस एक साथ उड़ान ट्यूब में यात्रा करने वाले कई आयन पैकेटों का विश्लेषण कर सकता है।[15] आयन बीम के संचरण को तेजी से संशोधित करके आयन पैकेट को एन्कोड किया जाता है, ताकि बीम से द्रव्यमान के सभी प्रारंभिक रूप से जारी किए गए पैकेट से हल्का (और इस प्रकार तेज़) आयन भारी (और इस प्रकार धीमे) आयनों से आगे निकल जाए।[16] यह प्रक्रिया संकेतों के रूप में जटिल कई समय-की-उड़ान वितरणों का ओवरलैप बनाती है। हैडमार्ड ट्रांस्फ़ॉर्म एल्गोरिथम का उपयोग डीकोनवोल्यूशन प्रक्रिया को पूरा करने के लिए किया जाता है जो पारंपरिक टीओएफएमएस और अन्य तुलनीय द्रव्यमान पृथक्करण उपकरणों की तुलना में तेज़ द्रव्यमान वर्णक्रमीय भंडारण दर का उत्पादन करने में मदद करता है।[14]

अग्रानुक्रम समय-की-उड़ान

एक टीओएफ/टीओएफ में, आयनों को पहले टीओएफ में त्वरित किया जाता है और बड़े पैमाने पर टकराव सेल में प्रवेश किया जाता है; दूसरे टीओएफ में फ्रैगमेंट आयनों को अलग किया जाता है।

टैंडेम टाइम-ऑफ-फ्लाइट (टीओएफ/टीओएफ) एक अग्रानुक्रम मास स्पेक्ट्रोमेट्री विधि है जहां दो टाइम-ऑफ-फ्लाइट मास स्पेक्ट्रोमीटर का लगातार उपयोग किया जाता है।[17][18][19][20] अग्रदूत (मूल) आयनों के पूर्ण स्पेक्ट्रम को रिकॉर्ड करने के लिए TOF/TOF MS मोड में संचालित होता है। इस मोड में, सभी मूल आयनों के लिए आयन उपज और समान आयनों के कम विखंडन के बीच समझौता सुनिश्चित करने के लिए उपयोग में विशिष्ट मैट्रिक्स के लिए पल्स लेजर की ऊर्जा को MALDI की शुरुआत से थोड़ा ऊपर चुना जाता है। अग्रानुक्रम (MS/MS) मोड में संचालन करते समय, MALDI सीमा से ऊपर लेज़र ऊर्जा काफी बढ़ जाती है। पहला टीओएफ मास स्पेक्ट्रोमीटर (मूल रूप से, एक फ्लाइट ट्यूब जो समयबद्ध आयन चयनकर्ता के साथ समाप्त होता है) एक वेग फिल्टर का उपयोग करके पसंद के अग्रदूत आयनों को अलग करता है, आमतौर पर, ब्रैडबरी-नीलसन प्रकार का, और दूसरा टीओएफ-एमएस (जिसमें पोस्ट शामिल होता है) त्वरक, उड़ान ट्यूब, आयन दर्पण, और आयन डिटेक्टर) टुकड़ा आयनों का विश्लेषण करता है। मालदी टीओएफ/टीओएफ में फ्रैगमेंट आयन, मालदी स्रोत (पोस्ट सोर्स क्षय [21]). एक उच्च-ऊर्जा टकराव सेल में कार्यान्वित अतिरिक्त आयन विखंडन को सिस्टम में जोड़ा जा सकता है ताकि कंपन से उत्साहित पूर्ववर्ती आयनों की पृथक्करण दर बढ़ सके। कुछ डिज़ाइनों में आयन डिटेक्टर पर तत्काल वर्तमान भार को कम करने के लिए दूसरे टीओएफ-एमएस के हिस्से के रूप में अग्रगामी सिग्नल शमन शामिल हैं।

चौगुना समय-की-उड़ान

क्वाड्रुपोल टाइम-ऑफ-फ्लाइट मास स्पेक्ट्रोमेट्री (क्यूटीओएफ-एमएस) में मास-रिज़ॉल्यूशन क्वाड्रुपोल और टक्कर सेल हेक्सापोल के साथ टेंडेम मास स्पेक्ट्रोमेट्री के समान कॉन्फ़िगरेशन है, लेकिन एक दूसरे द्रव्यमान-रिज़ॉल्यूशन क्वाड्रुपोल के बजाय, एक टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट मास है। एनालाइजर का प्रयोग किया जाता है।[22][23] दोनों चतुष्कोण केवल आरएफ मोड में काम कर सकते हैं ताकि सभी आयन न्यूनतम विखंडन के साथ द्रव्यमान विश्लेषक से गुजर सकें।[22]स्पेक्ट्रल विस्तार को बढ़ाने के लिए, सिस्टम टक्कर-प्रेरित पृथक्करण का लाभ उठाता है। एक बार जब आयन फ़्लाइट ट्यूब में पहुँच जाते हैं, तो आयन पल्सर उन्हें ऊपर की ओर रिफ्लेक्ट्रॉन की ओर भेजता है और वापस डिटेक्टर में भेज देता है। चूंकि आयन पल्सर समान गतिज ऊर्जा को सभी अणुओं में स्थानांतरित करता है, इसलिए उड़ान का समय विश्लेषण के द्रव्यमान द्वारा निर्धारित होता है।

क्यूटीओएफ चौथे दशमलव स्थान तक द्रव्यमान को मापने में सक्षम है और अक्सर दवा के एनालॉग्स के लिए स्क्रीनिंग विधि के रूप में फार्मास्यूटिकल और टॉक्सिकोलॉजिकल विश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है।[24] मास स्पेक्ट्रम के संग्रह और टैंडेम मास स्पेक्ट्रम पुस्तकालयों की तुलना द्वारा पहचान की जाती है।[25]


डिटेक्टर

टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट मास स्पेक्ट्रोमीटर (TOFMS) में एक मास एनालाइज़र और एक डिटेक्टर होता है। प्रयोगशाला से संबंधित टीओएफ प्रयोगों के लिए एक आयन स्रोत (या तो स्पंदित या निरंतर) का उपयोग किया जाता है, लेकिन अंतरिक्ष में उपयोग किए जाने वाले टीओएफ विश्लेषणकर्ताओं के लिए इसकी आवश्यकता नहीं होती है, जहां सूर्य या ग्रहों के आयनमंडल आयन प्रदान करते हैं। TOF द्रव्यमान विश्लेषक एक रैखिक उड़ान ट्यूब या एक परावर्तक हो सकता है। आयन डिटेक्टर में आमतौर पर माइक्रोचैनल प्लेट डिटेक्टर या एक तेज़ माध्यमिक उत्सर्जन गुणक (SEM) होता है जहाँ पहली कनवर्टर प्लेट (अर्थ है ) समतल होती है।[26] डिटेक्टर से विद्युत संकेत टाइम टू डिजिटल कन्वर्टर (TDC) या फास्ट एनॉलॉग से डिजिटल परिवर्तित करने वाला उपकरण (ADC) के माध्यम से रिकॉर्ड किया जाता है। टीडीसी का उपयोग ज्यादातर ऑर्थोगोनल-त्वरण (ओए) टीओएफ उपकरणों के संयोजन में किया जाता है।

समय-से-डिजिटल कन्वर्टर्स असतत समय डिब्बे पर एक आयन के आगमन को पंजीकृत करते हैं; थ्रेशोल्ड ट्रिगरिंग और निरंतर अंश विवेचक (सीएफडी) का संयोजन इलेक्ट्रॉनिक शोर और आयन आगमन घटनाओं के बीच भेदभाव करता है। सीएफडी टीडीसी को भेजे गए एमसीपी के एनोड पर उत्पन्न विभिन्न आयामों के नैनोसेकंड-लंबे गॉसियन-आकार के विद्युत दालों को आम-आकार के दालों (जैसे, टीटीएल/ईएसएल लॉजिक सर्किटरी के साथ संगत दालों) में परिवर्तित करता है। सीएफडी का उपयोग एमसीपी या एसईएम लाभ की भिन्नता के कारण शिखर आयाम में भिन्नता से स्वतंत्र शिखर अधिकतम की स्थिति के लिए एक समय बिंदु संवाददाता प्रदान करता है। उन्नत डिजाइनों के फास्ट सीएफडी में आयन डिटेक्टर के दो एकल-हिट प्रतिक्रिया समय के बराबर या उससे कम समय होता है (2-5 माइक्रोन चौड़े चैनलों के साथ एमसीपी के लिए एकल-हिट प्रतिक्रिया समय कहीं 0.2 एनएस और 0.8 एनएस के बीच हो सकता है, निर्भर करता है) चैनल कोण पर) इस प्रकार एक ही नाड़ी से दोहराए जाने वाले ट्रिगरिंग को रोकता है। आधुनिक मल्टी-हिट टीडीसी का डबल-हिट रिजॉल्यूशन (डेड टाइम) 3-5 नैनोसेकंड जितना कम हो सकता है।

TDC एक काउंटिंग डिटेक्टर है - यह बेहद तेज़ (कुछ पिकोसेकंड रिज़ॉल्यूशन तक) हो सकता है, लेकिन इसकी गतिशील रेंज सीमित है, क्योंकि जब एक से अधिक आयन एक साथ (यानी, TDC डेड टाइम के भीतर) घटनाओं को ठीक से गिनने में असमर्थ होते हैं। ) डिटेक्टर मारा। सीमित गतिशील रेंज का परिणाम यह है कि एक द्रव्यमान स्पेक्ट्रम में दर्ज आयनों (घटनाओं) की संख्या वास्तविक संख्या की तुलना में कम होती है। मल्टीचैनल डिटेक्टर डिज़ाइन का उपयोग करके सीमित गतिशील रेंज की समस्या को कम किया जा सकता है: एक सामान्य एमसीपी स्टैक और एकाधिक सीएफडी/टीडीसी से जुड़े मिनी-एनोड की एक सरणी, जहां प्रत्येक सीएफडी/टीडीसी व्यक्तिगत मिनी-एनोड से सिग्नल रिकॉर्ड करता है। सांख्यिकीय रूप से स्वीकार्य तीव्रता के साथ चोटियों को प्राप्त करने के लिए, आयन गिनती सैकड़ों व्यक्तिगत जन स्पेक्ट्रा (तथाकथित हिस्टोग्रामिंग) के योग के साथ होती है। एक बहुत ही उच्च गणना दर तक पहुँचने के लिए (केवल व्यक्तिगत TOF स्पेक्ट्रम की अवधि तक सीमित है जो मल्टीपाथ TOF सेटअप में कुछ मिलीसेकंड जितना अधिक हो सकता है), TOF ट्यूब में आयन निष्कर्षणों की बहुत उच्च पुनरावृत्ति दर का उपयोग किया जाता है। वाणिज्यिक ऑर्थोगोनल त्वरण TOF मास एनालाइज़र आमतौर पर 5–20 kHz पुनरावृत्ति दर पर काम करते हैं। बड़ी संख्या में अलग-अलग आयन का पता लगाने की घटनाओं के योग से प्राप्त संयुक्त द्रव्यमान स्पेक्ट्रा में, प्रत्येक चोटी एक हिस्टोग्राम है जो प्रत्येक व्यक्तिगत बिन में गिनती जोड़कर प्राप्त की जाती है। चूंकि टीडीसी के साथ व्यक्तिगत आयन आगमन की रिकॉर्डिंग केवल एक ही समय बिंदु उत्पन्न करती है, टीडीसी एमसीपी डिटेक्टर और पूर्व-प्रवर्धक दोनों के सीमित प्रतिक्रिया समय द्वारा निर्धारित चोटी की चौड़ाई के अंश को समाप्त कर देता है। यह बेहतर जन संकल्प में प्रचार करता है।

आधुनिक अल्ट्रा-फास्ट 10 GSample/sec एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स अलग-अलग समय अंतराल (100 पिकोसेकंड) पर MCP डिटेक्टर से स्पंदित आयन करंट को डिजिटाइज़ करते हैं। आधुनिक 8-बिट या 10-बिट 10 GHz ADC में TDC की तुलना में बहुत अधिक गतिशील रेंज है, जो इसके उच्च चरम धाराओं के साथ MALDI-TOF उपकरणों में इसके उपयोग की अनुमति देता है। एमसीपी डिटेक्टरों से तेजी से एनालॉग संकेतों को रिकॉर्ड करने के लिए रिंगिंग प्रभाव को कम करने के लिए एडीसी (प्रीएम्प्लीफायर) के इनपुट सर्किटरी के साथ डिटेक्टर एनोड के प्रतिबाधा का सावधानीपूर्वक मिलान करना आवश्यक है। अल्ट्रा-फास्ट एडीसी के साथ रिकॉर्ड किए गए मास स्पेक्ट्रा में मास रेजोल्यूशन को कम प्रतिक्रिया समय वाले छोटे-छिद्र (2-5 माइक्रोन) एमसीपी डिटेक्टरों का उपयोग करके सुधार किया जा सकता है।

अनुप्रयोग

मैट्रिक्स-असिस्टेड लेजर डिसोर्शन आयनीकरण (MALDI) एक स्पंदित आयनीकरण तकनीक है जो TOF MS के साथ आसानी से संगत है।

परमाणु जांच टोमोग्राफी भी TOF मास स्पेक्ट्रोमेट्री का लाभ उठाती है।

Photoelectron photoion संयोग स्पेक्ट्रोस्कोपी बड़े पैमाने पर विश्लेषण के लिए आयन आंतरिक ऊर्जा चयन और TOF मास स्पेक्ट्रोमेट्री के लिए सॉफ्ट फोटोकरण का उपयोग करता है।

माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री आमतौर पर टीओएफ मास स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करती है ताकि उच्च द्रव्यमान संकल्प शक्ति वाले विभिन्न आयनों के समानांतर पता लगाने की अनुमति मिल सके।

स्टीफन रटज़िंगर ने बायोमोलिक्यूल के स्पेक्ट्रोमेट्री के लिए क्रायोजेनिक कण डिटेक्टर के साथ टीओएफ मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया।[27]


क्षेत्र का इतिहास

एंगस ईवान कैमरून|ए द्वारा प्रारंभिक समय-की-उड़ान मास स्पेक्ट्रोमीटर, जिसका नाम वेलोसिट्रॉन है, की सूचना दी गई थी। 1948 में Y-12 राष्ट्रीय सुरक्षा परिसर में काम कर रहे ई. कैमरून और DF एगर्स जूनियर। यह विचार दो साल पहले 1946 में पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय के W.E. स्टीफंस द्वारा एक बैठक के शुक्रवार दोपहर के सत्र में प्रस्तावित किया गया था, अमेरिकन फिजिकल सोसायटी के मैसाचुसेट्स की तकनीकी संस्था में।[28][29]


संदर्भ

  1. ↑ Stephens W. E. (1946). "समय फैलाव के साथ एक स्पंदित मास स्पेक्ट्रोमीटर". Phys. Rev. 69 (11–12): 691. Bibcode:1946PhRv...69R.674.. doi:10.1103/PhysRev.69.674.2.
  2. ↑ US 2847576, Lawrence, Ernest O., "कैलुट्रॉन प्रणाली", published 1958-08-12, assigned to USA, Atomic Energy Commission 
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बाहरी संबंध

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