Un spectromètre de masse à temps de vol détermine la composition moléculaire d’une substance en la décomposant en ses ions composants. En trouvant le rapport masse sur charge d’une molécule, il est possible de déterminer, dans une gamme de possibilités, la composition chimique des diverses substances contenues dans un échantillon d’essai. L’appareil ionise, sépare et propulse les molécules vers un détecteur, et en mesurant le temps qu’il faut à chaque ion pour atteindre le détecteur, peut déterminer le rapport entre la masse de l’ion et sa charge. A partir de cette valeur, sa masse peut être calculée, ce qui permet de déterminer sa structure chimique.
La spectrométrie de masse est un outil utile pour les chercheurs ainsi que pour les forces de l’ordre, les tests en laboratoire et les analyses. Le spectromètre peut déterminer les types de matériaux contenus dans une substance en décomposant un échantillon en ses composants et en fournissant des données sur les formules chimiques possibles, les quantités relatives en pourcentage de l’ensemble et les poids moléculaires de chaque substance présente. Ceci est très utile pour les chercheurs ou les techniciens pour de nombreuses raisons. Il permet l’analyse de toutes sortes d’échantillons pour la recherche pharmaceutique, les travaux médico-légaux des forces de l’ordre et le développement de produits dans de nombreux domaines industriels.
Plusieurs types de spectromètre de masse ont été développés au fil des décennies depuis que les premiers travaux sur la séparation des ions en fonction de la masse ont commencé à la fin du XIXe siècle. Le spectromètre de masse à temps de vol n’est qu’un type de spectromètre. En général, tout spectromètre de masse à temps de vol fonctionne selon quelques principes de base et comporte certains composants. Ils peuvent varier dans certains aspects de leur conception, mais tous fonctionnent sur le principe que les ions se déplaceront de la source d’ionisation au détecteur avec une vitesse qui dépend de leur masse.
Le spectromètre de masse à temps de vol ionise l’échantillon à tester avec un générateur d’ions. Ce composant est le plus souvent un faisceau laser, qui vaporise rapidement le matériau, provoquant sa décomposition en ions, qui sont des molécules avec une charge électrique. Les ions sont ensuite séparés et propulsés par un champ électrique à travers un tube de dérive ou de fuite. Ils se déplacent à des vitesses différentes en fonction de leur rapport masse/charge. Les ions plus gros et plus massifs se déplacent plus lentement que les ions plus petits et moins massifs.
Un composant appelé réflectron, qui dirige les ions entrants vers le détecteur d’ions, est souvent incorporé dans le spectromètre de masse. Lorsque les ions frappent le détecteur, il enregistre l’événement ainsi que la charge de l’ion et le temps de vol écoulé entre le générateur d’ions et le détecteur. En analysant ces données, il est possible de déterminer le rapport masse sur charge, puis la masse des ions individuels dans l’échantillon. La masse et la charge des ions individuels peuvent être utilisées pour déterminer la composition chimique exacte des composants individuels d’un échantillon et pour détecter des quantités extrêmement faibles de substances particulières, telles que des contaminants, des poisons ou des médicaments dans un échantillon de sang. Ce ne sont là que quelques-unes des nombreuses utilisations possibles d’un spectromètre à temps de vol.