Ein Flugzeit-Massenspektrometer bestimmt die molekulare Zusammensetzung eines Stoffes, indem es ihn in seine Ionenbestandteile zerlegt. Durch das Auffinden des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses eines Moleküls ist es innerhalb einer Reihe von Möglichkeiten möglich, die chemische Zusammensetzung der verschiedenen in einer Testprobe enthaltenen Substanzen zu bestimmen. Das Gerät ionisiert, trennt und schleudert Moleküle zu einem Detektor und kann durch Messen der Zeit, die jedes Ion braucht, um den Detektor zu erreichen, das Verhältnis der Masse des Ions zu seiner Ladung bestimmen. Aus diesem Wert lässt sich seine Masse berechnen, wodurch seine chemische Struktur bestimmt werden kann.
Massenspektrometrie ist ein nützliches Werkzeug für Forscher sowie für Strafverfolgungsbehörden, Labortests und Analysen. Das Spektrometer kann bestimmen, welche Arten von Materialien in einer Substanz enthalten sind, indem es eine Probe in ihre Bestandteile zerlegt und Daten zu möglichen chemischen Formeln, relativen Mengen als Prozentsatz des Ganzen und Molekulargewichten jeder vorhandenen Substanz liefert. Dies ist aus vielen Gründen für Forscher oder Techniker sehr nützlich. Es ermöglicht die Analyse aller Arten von Proben für die pharmazeutische Forschung, die forensische Arbeit in der Strafverfolgung und die Produktentwicklung in vielen Industriebereichen.
Mehrere Arten von Massenspektrometern wurden im Laufe der Jahrzehnte entwickelt, seit die ersten Arbeiten zur Trennung von Ionen nach der Masse Ende des 19. Jahrhunderts begannen. Das Flugzeit-Massenspektrometer ist nur eine Art von Spektrometer. Generell funktioniert jedes Flugzeit-Massenspektrometer nach wenigen Grundprinzipien und hat bestimmte Komponenten. Sie können sich in bestimmten Aspekten ihres Designs unterscheiden, aber alle funktionieren nach dem Prinzip, dass sich Ionen mit einer von ihrer Masse abhängigen Geschwindigkeit von der Ionisationsquelle zum Detektor bewegen.
Das Flugzeit-Massenspektrometer ionisiert die zu untersuchende Probe mit einem Ionengenerator. Diese Komponente ist meistens ein Laserstrahl, der das Material schnell verdampft, wodurch es in Ionen zerfällt, die Moleküle mit einer elektrischen Ladung sind. Die Ionen werden dann getrennt und durch ein elektrisches Feld durch eine Drift- oder Flugröhre getrieben. Sie bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis. Größere, massereichere Ionen bewegen sich langsamer als kleinere, weniger massereiche Ionen.
Ein als Reflektron bezeichnetes Bauteil, das die einfallenden Ionen auf den Ionendetektor lenkt, wird oft in das Massenspektrometer eingebaut. Beim Auftreffen der Ionen auf den Detektor zeichnet dieser das Ereignis sowie die Ladung des Ions und die zwischen dem Ionengenerator und dem Detektor verstrichene Flugzeit auf. Durch die Analyse dieser Daten ist es möglich, das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis und dann die Masse der einzelnen Ionen in der Probe zu bestimmen. Anhand der Masse und Ladung der einzelnen Ionen kann man die genaue chemische Zusammensetzung der einzelnen Bestandteile einer Probe bestimmen und kleinste Mengen bestimmter Stoffe wie Schadstoffe, Gifte oder Medikamente in einer Blutprobe nachweisen. Dies sind nur einige der vielen Einsatzmöglichkeiten eines Flugzeitspektrometers.