质量分析器（massanalyzer）是质谱仪器的重要组成部分，它位于离子源和检测器之间，其作用是依据不同方式将试样离子按质荷比分离。质量分析器的主要类型有：磁分析器、飞行时间分析器、四极滤质器、离子捕获分析器和离子回旋共振分析器等。随着微电子技术的发展，已出现这些分析器的多种变型。

1．磁质量分析器

最常用的分析器类型之一就是扇形磁场分析器，亦称为单聚焦型磁分析器。其主体是处在磁场中的扁形真空腔体。离子源生成的离子束经加速后飞入磁极间的弯曲区，由于磁场作用，飞行轨道发生偏转改作圆周运动。
不同m/z离子偏转半径可用下式表示：

R=1.44×10^-2/ B√m/zU

式中m为离子质量，z为离子电荷量，U为离子加速电压，B为磁感应强度。

由上式可知，在一定的B,U条件下，不同m/z的离子其运动半径不同，这样，由离子源产生的离子，经过分析器后可实现质量分离，如果检测器位置术变（即R不变）、连续改变U或B可以使不同m／z的离子顺序进入检测器，实现质量扫描，得到试样的质谱。这种单聚焦磁场分析器可以是180°的，也可以是90°或其他角度的，其形状像井把扇子，因此又称为扇形磁分析器。设计良好的单聚焦质谱仪器分辨率可达5000。单聚焦分析器结构简单，操作方便但其分辨率较低。不能满足有机物分析要求，主要用于同位素质谱仪器和气体质谱仪器。

单聚焦质谱仪分辨率低的主要原因在于它不能克服离子初始能量分散对分辨率造成的影响。为了消除离子能量分散对分辨率的影响，通常在扇形磁场前加一扇形电场，扇形电场是一个能量分析器，不起质量分离作用。质量相同而能量不同的离子经过静电电场后会彼此分开。即静电场有能量色散作用。如果设法使静电场的能量色散作用和磁场的能量色散作用大小相等方向相反，就可以消除能量分散对分辨率的影响。只要是质量相同的离子，经过电场和磁场后可以会聚在一起，另外质量的离子会聚在另一点。改变离子加速电压可以实现质量扫描。这种由电场和磁场共同实现质量分离的分析器，同时具有方向聚焦和能量聚焦作用，叫双聚焦质量分析器。

2．四极滤质器

四极滤质器（quadrupolemassfilter)，亦称为四极质量分析器（quadrupolemassanalyzer)，简称四极杆分析器（quadrupoleanalyzer)，这是原子质谱法中最常用的分析器，四极滤质器的结构，它由四根平行的圆柱状电极组成，电极材料是镀金陶瓷或铝合金。相对的两个电极相连，一对连接变化的直流电源正极，另一对接负极。此外，这两对电极还加上相差180°的射频交流电压，即相对两根电极间加有电压（Udc+Urf），另外两根电极间加有一（Udc+Urf)。其中Udc为直流电压，Urf为射频电压，其频率可变。四个圆柱状电极形成一个四极电场。

下面我们定性地说明四一极滤质器的质量分离原理。为了实现离子按m/z分离，用5~10V的电压加速离子引至四极滤质器的空隙。

(1)交流电场中正离子迁程过程为了理解四极滤质的质量分离，首先考察交流电压对正离子通过电极，间通道的路径影响。在xz平面电极上，当不施加直流电压时，通道内的离子在交流电压为正半周期时趋于聚合，而为负半周斯时趋于离散。如果在负半周期时，离子离散打在电极上，其正电荷将被中和，变为分子而被吸收。正离子是否打到电极杆，取决于离子沿z方向的运行速率、质荷比和交流信号的频率和大小。

(2）复合电场内正离子运动轨迹考虑施加在交流信号上的直流电压的影响，对于相同动能的离子，其动量正比于质量的平方根，因此改变重离子的运动行为比轻离子要困难些。如果离子的质量重而且交流电压的频率高，交流电压将不会对离子运动有显著的响应，而主要受直流电压的影响。在此情况下，离子将留在电极之间的空腔内。相反，而对于质量轻的离子，且交流频率低的情况，离子将打在电极杆上，并在交流电压的负半周期时被清除掉。因而，在xz平面上一对正电极成为正离子很易通过的通道，即高通量滤质器。在没有交流电压的时候，而带有负直流电压的一对电极杆将湮没所有被吸引到电极杆上的正离子。不过，对较轻离子这种运动可以被交流电的振荡抵消，在yz平面上，形成低通量滤质器。

(3)滤质器扫描描述不同m/z荷电离子在四极场振动运动行为的各种方程说明，根据平行电极杆的距离、Udc、Urf等参数，用电压加速的正离子引至四极电场空隙，离子振动迁移可分为两类，一类是振幅有限或稳定；另一类是振幅呈指数增加直至无限大。当加在电极杆的交流和直流电压同步增加，保持它们之比Udoc/Urf不变。离子将围绕z轴作有限振幅或振幅增加运动而沿z方向前进。为了让离子通过四极杆到达检测器，离子必须在xz和yz两平面间呈有限振幅的稳定运动状态。其离子应有一定高的m/z值不被高通量xz平面消去，而又足够小的m/z值不被低通量yz平面除去。因而调节交流和直流电压可将四极杆总的通道限制在一个特定m/z值范围内。即对应于一个Urf值，四极场只允许一种具有适当稳定振幅质荷比的离子m通过。质量大于稳定运动离子m的离子，将因振幅增大而碰到y方向电极被吸收；质量小于m的离子则振幅不断增大碰到x方向电极被吸收，稳定运动离子m以外，其余离子则因振幅不断增大最后碰到四极杆而被吸收。因此，四个电极上的交流和直流电压从零到一最大值同步增加，其Udc/Urf不变，可使不同质荷比m/z的离子依次分离，按顺序通过四极场实现质量扫描。实际上通过设定电压变化范围即可设置试样离子的扫描范围。典型的扫描参数为：直流电压在几毫秒内变化±250V，交流电压从零到1500V，相位180°，扫描质荷比范围达2000，有些已扩展到3000-4000。

由上述讨论可知，四极质谱仪器的两对电极杆形成高、低通带，只有在一定质荷比范围的离子才能到达检测器。此范围的变化可由交流和直流的电压来调节，进而实现质谱扫描。严格说来，四极质谱仪器应当称为滤质器，它类似于使用波长滤光片的光度计而不同于使用光栅的分光光度计。四极质量分析器通常可轻易地分辨相差一个原子质量单位的离子，其分辨率比双聚焦式低，但适合绝大多数的原子质谱分析要求。

扫描电压变化可以是连续的，也可以是跳跃式的。连续变化可获得完整扫描质谱图；所谓跳跃式扫描是只检测某些质量的离子，此时称为选择离子检测(select ion monitoring,SIM)。当试样量很少，而且试样中特征离子已知时，可以采用选择离子监测以提高灵敏度，同时二可避免试样基体组分的干扰。
根据电极长度和距离不同，有小型滤质器和大型滤质器两种类型。小型滤质器场半径只有数毫米，电极长度也只有数十厘米；大型滤质器四极滤质场半径在数厘米，极杆长数百厘米，即两者几何尺寸相差1-2个数量级。

四极滤质器结构紧凑、体积小、质量轻、价格低廉，对离子初始能量要求不严，性能稳定，真空度范围宽，分析速度快。它采用电压扫描，具有高速扫描的优点，因而能在少于100ms的时间得到一张完整的质谱图，是原子质谱、色谱一质谱联用使用最多的一种分析器。

3·离子回旋共振分析器（ion cyclotron resonance,ICR)

ICR工作原理当一气相离子进入或产生于一个强磁场中时，离子将沿与磁场垂直的环形路径运动，称之为回旋，其频率wc可用下式表示：

wc=U/R=zeB/m

回旋频率只与m/z的倒数有关。增加运动速率时，离子回旋半径亦相应增加。

回旋的离子可以从与其匹配的交变电场中吸收能量（发生共振）。当在回旋器外加上这种电场，离子吸收能量后速率加快，随之回旋半径逐步增大；停止电场后，离子运动半径又变为常数。

当图6-6中为一组m／z相同的离子时，合适的频率将使这些离子一起共振而发生能量变化，其他m/z离子则不受影响。

由于共振离子的回旋可以产生称之为相电流的信号，相电流可以在停止交变电场后观察到。将图6-6开关置于2位时，离子回旋在两极之间产生电容电流，电流大小与离子数有关，频率由共振离子的m/z决定。在已知磁感应强度B存在时通过不同频率扫描，可以获得不同m/z的信息。

感应产生的相电流由于共振离子在回旋时不断碰撞而失去能量并归于热平衡状态而逐步消失，这个过程的周期一般在0.1-10。之间，相电流的衰减信号与傅里叶变换NMR中的自由感应衰减信号（FIDsignal)类似。