转载：TOF的飞行之路

编者荐语：

小编强烈echo一下作者：TOF竞争的下半场—肯定是多次反射的技术类型(Multi-Reflection TOF, 简称MTOF)，高分辨率是基本的入场门票。 在同样尺寸TOF内，利用多次反射，且把灵敏度损失控制在合理范围内，是个技术活！！

以下文章来源于仪点点科学 ，作者頫行

仪点点科学.

为中华利器之崛起而科普

从近几年市面上的TOF相关质谱新产品分析，基本上到了拐点，要进入到下半场的竞争。

何为下半场呢？卖个关子。

①

TOF质谱定位于高分辨，质荷比维度的高分辨能力才是其最充分的名片。

至于灵敏度、扫描速度、动态范围等方面，针对不同应用有不同的侧重，只能说是必要而不充分的性能。

必要而不充分，并非不重要，这个基本逻辑要有。

TOF的分辨率计算很直观：

提升分辨率R最直接的办法——增加飞行距离，进而增加t。

离子在飞行管内部，无论是直线飞行、V形飞行、N形飞行或W形飞行，都是想办法增加增加飞行距离，进而提高分辨率，至于在反射的时候能量聚焦了（降低△t），分辨率性能进一步提升，也只是个好的“副作用”而已。

罗列下常见几家TOF产品的飞行路径：

V形：A家，B家，P家，S家（直的），S家（弯的），W家

N形：S家（弯的）

W形：W家（小编注：敬请期待2024年加入的TW家）

这些是TOF质谱竞争上半场的主要参与者。

②

由于栅极Grid的存在，飞行距离的增加（分辨率的提升）以牺牲灵敏度为代价。

假设通过一次Grid的透过率是90%,

V形飞行，经过一次双级反射器Dual-Stage Reflectron，等于要经过4次的Grid，离子传输率为: 0.9^4 = 65.6%

N形飞行，经过2次反射器，离子传输率为：43%

W形飞行，经过3次反射器，离子传输率为：28.2%

即便把通过Grid的透过率提升到95%，

V形、N形和W形的离子传输率为：81.5%、66.4%和54.1%。

想通过提高Grid的透过率来提升分辨率同时尽可能保证离子传输率，终究是隔靴搔痒。

毕竟以上这些飞行路径最多也就三次反射、距离不超过5m，分辨率也一般不超过10万而已。

③

要进一步提高分辨率，在灵敏度可以接受的基础上，首先，gridless无栅的设计是必不可少的；其次，如何合理物理尺寸内进一步提升飞行距离，便是各显神通的地方了。

备注：以下“圈”表示一个cycle，不一定要回到起点附近的意思。

青铜段位：单圈固定长度，可变飞行圈数。

如“MULUM Linear plus”质谱，貌似没有商业化（目标是For future space missions），做个了解还是有益的。

单圈飞行距离1.284m，整个质量分析器的尺寸还是挺小的，转个500圈，分辨率也能到35万以上。

只要功夫深，铁杵磨成针，是该产品的分辨率性能写照。

不能说好，也不能说不好。

只能说，轴。

这设计有个弱点：随着分辨率的提升（圈数增加），质量窗口越来越窄。

备注：重离子飞的慢，轻离子飞的快，分析准确的前提是重离子不能被套圈！

白银段位：提高单圈长度，只飞一圈。

如JEOL的SpiralTOF产品（在青铜MULTUM的基础上开发）。

单圈飞行长度17m，质量分辨率性能如下，扇形静电场具备一定能量聚焦的能力，单从曲线趋势来看应该还是客观的。

JEOL在磁质谱方面还是有功底的，曾经在上个世纪80年代发布了当时最大的质谱JMS-HM1000（或者叫GEMMY），分辨率超过20万。

黄金段位：提高单圈长度，可以飞两圈。

LECO的Pegasus HRT产品，飞行路径如下。

在30in*6in*4in（约75cm*15cm*10cm）这么紧凑的真空区域中可以达到20m的单圈飞行长度（m/z 2500的离子从头到尾需要飞1ms），分辨率达到25000@219 m/z。

再飞一圈，飞行长度约40m，分辨率达到50000@219 m/z。

依然要注意：为了避免最快的离子把最慢的离子给套圈了，造成信号上的干扰，质量范围要大大降低了，Mmax/Mmin 不能超过 4。

4这个值为 N^2 / (N-1)^2 ，N是圈数（这为2），不多解释。

铂金段位：进一步提高单圈长度，可以走两圈。

如Waters的MRT产品，飞行路径如下。

在100*45cm的区域内单圈飞行距离约48m（m/z 1000的离子从头到尾需要飞1.3ms），分辨率超过20万。

可见该分辨率性能的大幅度提升，并非主要得益于飞行距离的提升，更多应该是离子光学的改善。

自从T家发布了自称不是TOF的质谱后，W家也多挤了一些牙膏——让离子再走一圈，分辨率提升到30万，使用这个模式的同时，质量范围必然是减小了，比如300-1000 m/z，或者 600-2000 m/z。

顺着这个思路想想，这有点意思了，如果一些应用只需要较小的质量窗口（前端有四极杆做过滤），对质量分辨率又有极高要求，让离子再跑两圈又何妨？

这点牙膏，相信未来肯定是要挤的，小编在此做个预测。

到这里，也差不多了收尾了，TOF质谱竞争的下半场——肯定是多次反射的技术类型，高分辨率是基本的入场门票。

曾经有读者问小编：怎么看待TOF和Orbitrap的发展？

现在我可以比较大胆的回答：未来10年，多次反射TOF质谱应该会有更大的提升空间。

到时再看，谁是王者