质量分析器将带电离子根据其质荷比加以分离，用于记录各种离子的质量数和丰度。质量分析器的两个主要技术参数是所能测定的质荷比的范围（质量范围）和分辨率。下面向大家介绍一下最常用的几类质量分析器及工作原理和特点。
1. 四级杆质量分析器
（1） 什么是四级杆？
四极杆是四极杆质谱仪的核心，全称是四极杆质量分析器——Quadrupole Mass Filter/Analyzer(QMF、QMA)。它是由四根精密加工的电极杆以及分别施加于x、y方向的两组高压高频射频组成的电场分析器。四根电极可以是双曲面也可以是圆柱型的电极，其所包围的空间便产生双曲线形电场。
（2） 四级杆的工作原理
由于只有符合一定条件的离子才能够不被无限制的加速，从而安全的通过四极杆分析器，所以四级杆质量分析器又称为四极滤质器。
从离子源入射的加速离子穿过四极杆双曲形电场中，会受到电场作用，只有选定的m/z离子以限定的频率稳定地通过四极滤质器，其它离子则碰到极杆上被吸滤掉，不能通过四极杆滤质器，即达到"滤质"的作用。碎片离子的共振频率与四支电极的频率相同时，才可通过电极孔隙到达检测器，改变扫描频率可使不同质荷比的离子通过。实际上在一定条件下，被检测离子（m/z）与电压呈线性关系。因此，改变直流和射频交流电压可达到质量扫描的目的，这就是四极滤质器的工作原理。
图1 四级杆的工作原理
（3） 四级杆质量分析器的特点：
四级杆质量分析器结构简单，体积小，重量轻，价格便宜，扫描速度快，适合与色谱联机，而且自动化程度高。四级杆优异的选择离子能力和选择离子模式下的高灵敏度使得四级杆具备优良的定量能力，但是分辨率不够高，仅能达到单位分辨率，定性能力一般；且质量范围较窄，通常10-1050am。
2. 飞行时间质量分析器
（1）什么是飞行管？
飞行管是飞行时间质量分析器的核心，其既不用磁场也不需要电场，离子在飞行管内纵向飞行，不同离子的质荷比m/z通过飞行时间的不同而区分。
（2）飞行时间质量分析器的原理
图2 飞行时间质谱仪的工作原理图
样品在离子源中离子化后即被电场加速，假设离子在电场方向上初始位移和初速度都为零，所带电荷数为q ，质量数为m, 加速电场的电势差为V, 离子在电场方向上的速度为 ，则加速后其动能应为：m 2/2= qeV (1)
离子以速度 穿过负极板上的栅条，飞向检测器。假设飞行管的长度为L，离子从负极板到达检测器的飞行时间t，则 （2）
结合（1）（2），可以得出公式（3）
可以看出，离子在飞行管中飞行的时间与离子质荷比的平方根成正比，对于能量相同的离子，质荷比越大，达到检测器所需的时间越长，根据这一原则，可以把不同质荷比的离子因其飞行速度不同而分离，依次按顺序到达检测器。这就是TOFMS进行质量分析的判据。
（3）飞行时间质量分析器的特点
飞行时间质量分析器分辨率较高，能达到40000 FWHM以上，分析的质量范围宽，适合做蛋白等生物大分子分析。但只能做扫描，选择离子能力较差，定量能力相对较差。
3. 离子阱质量分析器
（1） 什么是离子阱？
离子阱质谱属于动态质谱，与四极杆质谱有很多相似之处。如果将四极杆质量分析器的两端加上适当的电场将其封上，则四极杆内的离子将受x, y, z三个方向电场力的共同作用，使得离子能够在这三个力的共同作用下比较长时间的呆在稳定区域内，就象一个电场势阱，这样的器件被称为离子阱。
（2） 离子阱质谱的工作原理
由两个端盖电极和位于它们之间的类似四极杆的环电极构成。端盖电极施加直流电压或接地，环电极施加射频电压（rf），通过施加适当电压就可以形成一个离子阱。根据rf电压的大小，离子阱就可捕捉某一质量范围的离子。离子阱可以储存离子，待离子累积到一定数目后，升高环电极上的rf电压，离子按质量从高到低的次序依次离开离子阱，被电子倍增检测器检测。目前离子阱分析器已发展到可以分析质荷比高达数千的离子。离子阱在全扫描模式下仍然具有较高灵敏度，而且单个离子阱通过期间序列的设定就可以实现多级质谱的功能。
图3 离子阱质谱的工作原理图
（3）离子阱质量分析器的特点
离子阱质量分析器结构小巧，能在极低压强下长时间储存离子，且其可以做多级质谱，适合定性分析，但是其分辨率相对飞行时间质量分析器低一些。
本文参考了一些书籍和文献，具体如下：
（1）汪正范，杨树民，岳卫华. 色谱联用技术. 化学工业出版社. 2001
（2）赵冰，沈学静. 飞行时间质谱分析技术的发展. 现代科学仪器. 2006(4)：28-31.
公共技术服务中心 韩莹莹