Uno spettrometro di massa a tempo di volo determina la composizione molecolare di una sostanza scomponendola nei suoi ioni componenti. Trovando il rapporto massa/carica di una molecola, è possibile accertare, entro un range di possibilità, la composizione chimica delle varie sostanze contenute all’interno di un campione di prova. Il dispositivo ionizza, separa e spinge le molecole in un rivelatore e, misurando il tempo impiegato da ogni ione per raggiungere il rivelatore, può determinare il rapporto tra la massa dello ione e la sua carica. Da quel valore si può calcolare la sua massa, che permette di determinarne la struttura chimica.
La spettrometria di massa è uno strumento utile per i ricercatori, nonché per le forze dell’ordine, i test di laboratorio e le analisi. Lo spettrometro può determinare quali tipi di materiali ci sono in una sostanza scomponendo un campione nei suoi componenti e fornendo dati su possibili formule chimiche, quantità relative come percentuale del tutto e pesi molecolari di ciascuna sostanza presente. Questo è molto utile per ricercatori o tecnici per molte ragioni. Consente l’analisi di tutti i tipi di campioni per la ricerca farmaceutica, il lavoro forense nelle forze dell’ordine e lo sviluppo di prodotti in molti settori industriali.
Diversi tipi di spettrometro di massa sono stati sviluppati nel corso dei decenni da quando i primi lavori sulla separazione degli ioni in base alla massa sono iniziati alla fine del XIX secolo. Lo spettrometro di massa a tempo di volo è solo un tipo di spettrometro. In generale, qualsiasi spettrometro di massa a tempo di volo funziona secondo alcuni principi di base e ha determinati componenti. Possono variare in alcuni aspetti del loro design, ma funzionano tutti in base al principio che gli ioni si sposteranno dalla sorgente di ionizzazione al rivelatore con una velocità che dipende dalla loro massa.
Lo spettrometro di massa a tempo di volo ionizza il campione da testare con un generatore di ioni. Questo componente è molto spesso un raggio laser, che vaporizza rapidamente il materiale, provocandone la scomposizione in ioni, che sono molecole con una carica elettrica. Gli ioni vengono quindi separati e spinti da un campo elettrico attraverso un tubo di deriva, o volo. Si muovono a velocità diverse in base al loro rapporto massa/carica. Gli ioni più grandi e più massicci si muovono più lentamente degli ioni più piccoli e meno massicci.
Un componente chiamato riflettore, che dirige gli ioni in ingresso al rivelatore di ioni, è spesso incorporato nello spettrometro di massa. Quando gli ioni colpiscono il rivelatore, registra l’evento, la carica dello ione e il tempo trascorso in volo tra il generatore di ioni e il rivelatore. Analizzando questi dati, è possibile determinare il rapporto massa/carica e quindi la massa dei singoli ioni nel campione. La massa e la carica dei singoli ioni possono essere utilizzate per determinare l’esatta composizione chimica dei singoli componenti di un campione e per rilevare quantità estremamente piccole di particolari sostanze, come contaminanti, veleni o droghe in un campione di sangue. Questi sono solo alcuni dei molti usi possibili per uno spettrometro a tempo di volo.