质量分析器是质谱仪的核心，它的作用是将离子源产生的离子按其质量和电荷比m/z大小顺序排列而成的质谱图。一般说质谱仪的类型主要指质量分析器的类型。其种类繁多，主要指四极杆质量分析器、离子阱质量分析器和飞行时间质量分析器三种。

(i)四极杆质量分析器(Q-MS)，又称四极杆滤质器

原理：四根横截面为双曲线或园的金属杆，平行固定安放在正四方形四个角位置，水平两杆(二方向)连在一起为一组电极，垂直两杆(y方向)连在一起为一组电极。两电极上所加的电压U由一个直流电压和一个射频交流电压(Vcoscot )叠加而成。正负电极上，直交流成分之值是大小相等，方向相反，见图3.15。

图3.15 Q-MS工作原理图

当正离子从z方向进入四极电场中，将受到x,y两个方向的作用力，这些作用力的大小与U,V,w以及四极场半径(r₀)有关。当r₀和ω及U/V比值为恒定时，则某一个V值，可使某一特定m/z离子围绕z轴在x，y方向作有限振幅振动的同时，沿着z方向穿过四极杆，到达离子检测器产生信号。而其他m/z离子沿z轴前进的同时，在x,y方向产生非稳态运动，振幅逐渐增大，直至碰到四极杆上放电后被抽走，而不能到达检测器。U/V保持不变，通过对V扫描(U也随之被扫描)，不同荷质比的离子从小至大依次穿过四极杆，产生信号。

Q-MS具有很多优点，如经典质谱图且重现性好，体积小、结构简单、操作和维修方便、价格低，因此目前绝大部分都用作气相色谱的检测器。Q-MS的缺点是：质量歧视效应(不同质量的离子穿过四极杆的导通率不一致)和分辨率低。

(ii)离子阱质量分析器(IT-MS)

早期的IT-MS是电离形成离子和质量分析均在同一离子阱中进行，只是在时间上将它们分开。离子阱结构非常简单，仅由三个电极组成，见图3.16：在上、下两端帽极3,5和环形极4构成IT-MS横截面图上，这些电极的内表面均为双曲面。
双曲面半径r₀和之z₀的关系式为：r²₀=2z²₀。氦载气(也是离子阱的缓冲气)与柱流出的被测组分从上端电极引入，EI源发射出电子，经门电极进入离子阱，使组分分子电离成离子。若使两个端电极处于低电位，在环电极上加有射频电压(r_f)。这样，一定质量范围的离子在离子阱的z和r方向都是处于稳定区，它们按利萨如型轨道运动，捕集在离子阱的中心，持续时间为1～30ms。然后，扫描射频电压幅度，使m/z离子从小到大依次在z方向进入不稳定区，从下端电压弹出，持续时间约30～85ms。弹出离子被电子倍增管接收、放大、输出信号。

IT-MS的主要优点是方便地作串联MS，且当用CI或多重质谱操作时，均不需更换硬件。如美国Varian公司的Saturn系列两种型号的IT-MSD，均可实现EI和CI，以及一级、二级质谱的自动切换。离子阱中电子电离的同时，可进行如质子转移等离子分子反应；MS串联所需的离子产生、质量选择、离子活化和质量分析等均可在同一离子阱中进行。因它是时间串联，而不是传统的空间串联。利用这种方式可使其选择性高于其他台式MSD。

IT-MS灵敏度高于Q-MS10～20倍，它又有结构简单、体积小、操作容易、价格低廉和真空度要求也低等特点。

图3.16离子阱质谱仪横截面示意图

1-灯丝;2-样品入口;3,5-上，下端帽极;4-环形极;6-离子检测器

(iii)飞行时间质谱仪(TOF-MS)

TOF-MS与色谱联用仪问世已经有多年，但是台式的TOF-MS出现只是最近的事。

原理：在离子源中产生的所有m/z离子，如其中m_l/z,m₂/z，且m₁/z＜m₂/z,被加速使获得相等的动能，以脉冲方式进入飞行区，在动能和电场作用下继续飞行。飞行时间(t)决定于飞行距离(d)、电场电压(V)和质荷比(m/z)，可用下式表示：

t＝d·[(m/z)·1/2V]^0.5

在d,V固定时，t与m/z的平方根成正比，即小质荷比离子飞行时间短，大质荷比离子飞行时间长，从而达到不同质荷比离子分离的目的。但是实际上从离子源进入飞行区时，这些离子的起始动能、位置和时间并非完全相等，致使相同m/z离子最终到达检测器的时间也不完全一致，即峰变宽，分辨率下降。实用的TOF-MS均需在离子飞行途中设计一个反射区。该反射装置实际上是一个从负至正的电场，统称离子镜。它可使飞行较快的离子进入反射区较深，反射回来时间也长;而相同质量飞行较慢的离子进入反射区较浅，反射回来时间也较短，使它们最后达到检测器的时间相等，从而提高了分辨率。TOF-MS的优点是工作效率高，分析时间很快、测定质量范围宽、灵敏度高。图3.17显示了飞行时间质量分析器原理示意图。

图3.17飞行时间质量分析器原理示意图

TOF-MS和二维色谱有关联，二维色谱的分离机理不同，它们又互相独立的两支色谱柱以串联方式合成气相色谱方式。在这两支色谱柱之间，装有一个调制器起到捕集杂质和再转送基体的作用。由于飞行时间质谱(TOF-MS)谱图数据的采集可达50～100Hz，远远高于四极质谱谱图的采集速率(0.5～5Hz)，所以对于分辨率更高、出峰速度更快的全二维气相色谱(GC×GC)来说，目前采用飞行时间质谱(TOF-MS)的数据采集速率才能与之相匹配。当前二维色谱与飞行时间质谱的联用是解决高纯气体中痕量杂质分离和分析的较理想的一种方案，曾经有色质仪专家在一次进样中，一小时内分离出500多个峰的记录。

此外还有离子回旋共振分析器。由于质量分析器仅是将离子源产生的离子按其质荷比(m/z)进行分离，而不与色谱仪直接连接，直接与色谱仪相连的是离子源，因此，各种质量分析器的质谱仪原则上都可以通过接口与色谱仪联用。