飞行时间质量分析器（time-of--flight，TOF）技术始于20世纪40年代，但由于当时电子技术和仪器设计的落后，仪器分辨率很低，很难推广使用。到80年代末，高速发展的新技术使得TOF质谱仪器的分辨率大幅度提高，成为生命科学领域中重要的分析工具，在多肽、蛋白质、糖、核苷酸、高聚物的分析中得到广泛应用。
TOF质量分析器是一种无磁动态质量分析器根据不同质荷比的离子在无场分离区中的速度不同，引起漂移时间的差异来实现分离。TOF飞行模式分线性及反射飞行模式两类。
1、线性模式（图3）
离子在加速电压U作用下获得的电势能（zU）转化为动能:
mu2/2＝zU
以速度v进入到长度为L的离子漂移管（drift tube，或称飞行管），飞行时间为t，
t= L/u
两式合并后有:
t=L（m/2zU）1/2
即U、L恒定时，离子飞行时间与其质荷比的平方根成正比。质荷比最小的离子最先到达检测器，最大的则最后到达，产生质谱。适当增加漂移管的长度可以增加分辨率。但是，由于进入漂移管之前离子产生的时间先后、空间前后和初始动能大小存在差异，因此质量相同的离子到达检测器的时间也不相同，因而线性模式的分辨率较低。
图3 线性模式
2、反射飞行模式
反射飞行模式是在线性模式的基础上发展起来的，飞行时间质谱改进的一个重要问题是如何使离子在被注入漂移区后既无空间发散又无能量发散。如果相同质量的离子在不同时间离开离子源或存在能量发散，分辨率都将大为下降。解决办法之一是采用离子反射技术，利用离子反射使不同动能的离子得到聚焦，如图4所示。在经过漂移管后，离子进入减速反射区；动能较大的离子在该区中进入较深（存在运动惯性），反射过来所需的时间也较长，这使动能较小的离子可以赶上。因此，经过反射，质量相同而动量不同的离子可以同时到达检测器。这样就很大程度地提高了TOF质量分析器的分辨率。
飞行时间质谱仪分辨率的定义:
R＝△M/M
式中，M是拟确定的质量；△M是半峰高时的峰宽
图4 反射飞行模式示意图
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