从 20 世纪到 21 世纪，Kore 人员可以说参与了飞行时间质谱法开发的方方面面。但我们为什么选择专注于飞行时间？当今的飞行时间质谱仪具有出色的灵敏度和高质量范围以及高速分析。

这使得 TOF-MS 成为生物分析应用（通常与 MALDI 和 ESI 电离结合使用）的必备仪器，尤其是随着高分辨率和混合仪器（例如 Q-TOF 和 TOF-TOF 配置）的发展。TOF-MS 适用于分析快速瞬态信号，因此它已应用于研究快速气相化学反应，以及联用流动或注射分析技术，例如 ICP-TOF 和 GC-TOF。此外，飞行时间质谱法是静态 SIMS 的主要仪器。下面是对飞行时间质谱法基础知识的简要介绍。
概述

质谱分析

质谱仪是一种用于测定单个原子或分子质量的仪器。不同元素的原子具有不同的质量，因此，了解分子质量通常可以了解所涉及的化学物质种类。

测量原子/分子质量的方法有很多，但几乎所有方法都要求分子带一些电荷。带电时，原子/分子称为离子，可以用电场和磁场操纵。这种操纵通常在真空中进行，因此飞行路径不受散射事件的影响。

待分析的材料可能以固体、液体或气体开始，但无论如何，必须先将分子彼此分离，即它们必须处于气相。这通常可以像加热一样简单，但当然还有各种针对特定应用的其他策略。

为了使原子/分子带电，我们可以移除带电粒子（通常是电子）以留下正离子，也可以添加带电粒子（例如电子或质子）以留下负离子或正离子。同样，有许多方法各有优缺点，但最常见的方法可能是从分子中敲出一个电子以留下正离子；这种技术称为电子电离 (EI)。移除电子可以很简单，只需向分子添加足够的能量即可，最简单的方法是用高能电子撞击它。这种方法被广泛使用，因为它相对容易制造具有合适能量的电子源，通常约为 70eV（请注意，在这种能量下，电子不太可能粘附并形成负离子）。

电子碰撞电离示意图

一旦孤立的原子/分子带电，并变成离子，我们就可以检查它对电场和磁场的反应，以此来测量其质量。
 
飞行时间质量测量

质谱仪有多种不同的方法可以分离不同质量的离子。一些系统利用磁场或电场中分析物离子束的质量相关偏转。另一种常用方法是创建一个静态和射频电场区域，使得只有一小部分离子质量具有稳定的轨迹，从而可以到达探测器。然而，顾名思义，飞行时间质量分析仪通过记录离子飞行时间来测量质量。

两个离子的飞行路径示意图，绿色比红色浅 10%

上面的简单示意图说明了基本原理。图中所示的两个离子质量略有不同。它们从提取区域开始，此时提取区域没有场，沿飞行线的速度很小。提取区域的电位比光谱仪的其余部分更正。突然施加提取场，背板变红表示。这加速了离子离开提取区域，通过进一步的加速区域进入电位较低的无场漂移管。在这个过程中，两个离子获得大致相同的动能，由提取区域和漂移区域之间的电位差决定，但速度不同。较轻的离子行进得更快，并在奔向探测器的比赛中逐渐领先。在探测器上记录了两个脉冲，一个是较轻的离子，它先到达，另一个是较重的离子，稍晚到达。

在这种恒定能量的情况下，速度的计算非常简单：

飞行时间是相对于提取脉冲的开始来测量的。因此，飞行时间将与漂移区质量的平方根成正比：

现在给定一组飞行时间，就可以计算一组质量值并绘制为质谱。

飞行时间质谱仪所需的时间可以通过 Kore 最小的质谱仪 MS-200 来判断。该质谱仪的飞行路径长度约为 0.6 米。质量为 26 amu（原子质量单位）的分子需要 6 微秒（6 x 10 ^{-6秒）才能完成飞行路径。为了很好地区分不同的质量，Kore 的计时电子设备能够以 0.25 纳秒（0.25 x 10 -9}秒） 的分辨率进行测量。每 20 微秒，提取区域中的分析物就会加速一次，并记录离子的质量。在 1 秒的实验中，将执行 50,000 次分析循环。

显然，为了进行这些非常高时间分辨率的测量，除了确定离子到达探测器的时间之外，还需要非常精确地知道离子何时开始旅程。在所描述的示例中，我们假设开始是施加提取电压脉冲，但在其他布置中，开始时间可能以其他方式定义，例如通过电离激光脉冲的短暂持续时间。

但实际上，并非所有离子都会从完全相同的位置开始，而且它们也可能具有一系列初始动能。这些初始条件高度依赖于离子源的性质。TOF 光谱仪的设计者试图以这样一种方式安排事物，即飞行时间仅取决于质量，并使用各种时间聚焦技术来最大限度地减少初始条件的影响。一个重要的结果是光谱仪的性能（例如质量分辨率）取决于离子源的性质。

这种简化视图确实说明了飞行时间质谱仪的一个主要优势，即并行离子检测。由于不同质量的离子将按顺序到达检测器，因此原则上可以检测源中存在的所有离子。这与许多其他质谱仪技术形成对比，这些技术通常作为质量过滤器运行，在每个时间点仅允许通过一个狭窄的质量范围。它们通过扫描感兴趣的质量范围内允许的质量来创建光谱。这是 TOFMS 与其他分析系统相比具有非常高的整体灵敏度的根本原因。无需以传统方式扫描也意味着 TOF 质谱仪对高质量离子没有任何困难；只需等待它们到达即可。高质量极限由检测器记录离子到达的能力确定，与质谱仪无关。