質譜儀，又稱質譜計，是一種基于帶電粒子在電磁場中偏轉原理的精密分析儀器，主要用于分離和檢測不同同位素的物質組成，自1913年由J.J.湯姆孫首次確定其基本原理以來，質譜儀經過不斷的技術改進與創新，已成為現代科學研究中不可或缺的重要工具，本文將詳細介紹質譜儀的工作原理、主要構成、分類及應用領域。

工作原理

質譜儀的核心原理在于利用電磁場對帶電粒子的偏轉作用，根據物質原子、分子或分子碎片的質量差異進行分離和檢測，具體過程包括樣品離子化、離子加速、質量分析和離子檢測四個主要步驟，樣品在離子源中被高能電子流等轟擊，失去電子變為帶正電荷的分子離子和碎片離子，這些離子在加速電場中獲得相同的平均動能后，進入質量分析器，在質量分析器中，不同質量的離子因質荷比（m/e）不同，在磁場或電場中的偏轉程度也不同，從而被分離并依次進入離子檢測器，檢測器采集并放大離子信號，最終通過計算機處理繪制成質譜圖，展示樣品中各組分的質量分布信息。

主要構成

質譜儀一般由進樣系統、離子源、質量分析器、離子檢測器、真空系統和數據處理系統幾大部分組成。

進樣系統：負責將樣品引入質譜儀，包括直接進樣和通過接口技術進樣兩種方式，直接進樣適用于氣態或液態樣品，而接口技術則常用于色譜-質譜聯用分析。

離子源：是質譜儀的心臟部分，負責將樣品分子在高真空條件下離子化，常見的離子化方法包括電子轟擊（EI）、電噴霧（ESI）等。

質量分析器：根據離子的質荷比進行分離，常見的類型有四極桿質譜儀、飛行時間質譜儀、離子阱質譜儀等。

離子檢測器：接收并檢測分離后的離子，輸出信號供后續處理。

真空系統：確保質譜儀內部處于高真空狀態，以減少背景干擾和離子間碰撞。

數據處理系統：運用工作站軟件控制樣品測定程序，采集數據、分析結果并繪制質譜圖。

分類

質譜儀根據應用范圍、分辨本領和工作原理可分為多種類型。

按應用范圍：分為同位素質譜儀、無機質譜儀和有機質譜儀，同位素質譜儀主要用于同位素分析和原子質量測定；無機質譜儀主要用于無機元素微量分析和同位素分析；有機質譜儀則主要用于有機化合物的結構鑒定。

按分辨本領：分為高分辨、中分辨和低分辨質譜儀，分辨率是衡量質譜儀性能的重要指標，現代質譜儀的分辨率可達10?～10?量級。

按工作原理：分為靜態儀器和動態儀器，以及按使用的質量分析器類型分類，如磁質譜儀、四極桿質譜儀等。

應用領域

質譜儀的應用范圍極為廣泛，幾乎涵蓋了所有需要精確分析物質組成的領域。

科學研究：在化學、生物學、地球科學、材料科學等領域，質譜儀用于分子結構鑒定、元素分析、同位素比測定等。

臨床醫學：醫用質譜儀在藥物代謝研究、毒理學研究、生物標志物鑒定和定量、基因表達研究等方面發揮著重要作用，為疾病診斷和治療提供重要支持。

工業生產：質譜儀在半導體材料、有色金屬、建材、環保、農業等領域用于高純材料雜質分析、穩定同位素測定等。

公安工作：在法醫鑒定、毒品檢測等方面，質譜儀也發揮著不可替代的作用。

質譜儀作為一種高精度、多功能的分析儀器，在現代科學研究和工業生產中發揮著越來越重要的作用，隨著技術的不斷進步和創新，質譜儀的性能將進一步提升，應用領域也將更加廣泛。