質譜儀（英語：mass spectrograph;mass 分光計；mass spectrometry，縮寫：MS）是利用運動離子在電場和磁場中偏轉原理設計的檢測并記錄物質離子質量-電荷比(質荷比，m/z)的分析儀器。離子在磁場中的運動軌跡與質荷比有關，質荷比越大，軌跡的曲率半徑就越大。利用這個特點就可將混合物分離，按質荷比的大小排列，以此作為分析的依據。這些不同離子具有不同的質量，通過在磁場中的作用，質量不同的離子到達檢測器的時間不同，從而形成質譜圖。這種分析方法可以實現對物質的分離和檢測，是一種廣泛應用的分析方法。質譜儀的發展始于20世紀初，由哥德斯坦（Goldstein）、湯姆孫（Thomson）和阿斯頓（Aston）等人的開創性工作推動了技術的進步。
質譜儀種類很多，按應用范圍可以分為同位素質譜儀、無機化合物質譜儀、有機質譜儀和生物質譜儀；按照分辨率大小分類有高分辨質譜（R≥50000）、中分辨質譜（R=10000～50000）和低分辨質譜（R≤10000）；按工作原理分為靜態儀器和動態儀器。按照離子源類型分類有電子轟擊質譜、電噴霧質譜、快原子轟擊質譜和基質輔助激光誘導解析電離質譜等；按照質量分析器分類有磁質譜、離子阱質譜和飛行時間質譜等。
質譜法具有靈敏度高、分析速度快、信息量大、應用范圍廣等特點，在化學領域，被廣泛應用于物質成分分析、原子量和分子量測量；在物理領域，質譜儀用于同位素分離和測量，還可用于制作原子探針；在醫學領域，質譜儀可用于微生物鑒定、臨床監測呼吸氣體等；在生物領域，質譜儀可以為蛋白質、脫氧核糖核酸等生物分子的測定提供技術支持；在太空探秘領域，好奇號火星探測器火星車上裝載的氣相色譜-質譜儀（GC-MS），分析出火星上曾經有廣泛的微生物的活動。
歷史沿革
1886年德國物理學家哥德斯坦在低壓放電管中發現了陽極射線。1898年英國物理學家威廉·湯姆森證明了陽極射線是帶正電的離子流。為了繼續研究陽極射線的性質，1910年他提出了測定帶正電粒子的拋物線方法，并制成了一臺測定帶正電粒子質荷比的儀器，這就是人類設計的第一臺質譜儀器。湯姆孫的學生，英國化學家、物理學家阿斯頓將這臺質譜儀器做了改進，得到了質譜學史上第一張分子質譜圖。他們還用這臺儀器發現了氯是由兩種質量的粒子20Ne和22Ne組成的。這一發現首次證明自然界中存在著穩定同位素。1919年FrancisAston研制成新式質譜儀，并用其發現了多種元素都有同位素，研究了53個放射性元素，發現了天然存在的287種核素中的217種，并第一次證明原子質量虧損。因此他榮獲了1922年的諾貝爾化學獎。1920年，阿斯頓正式給出了“質譜儀”（質量 分光計）的名詞。
早期的質譜儀主要是用來進行同位素測定和無機化合物元素分析，到了20世紀20年代，質譜逐漸成為一種分析手段，并被化學家采用；20世紀30年代，離子光學理論的快速發展有力地促進了質譜學的發展，開始出現了如采用雙聚焦質譜分析器的靈敏度、高分辨率的儀器。從20世紀40年代開始，質譜廣泛用于有機物質分析。20世紀50年代出現了第一臺用于石油分析的商品化質譜儀，進入20世紀60年代質譜分析出現了氣相色譜－質譜聯用儀，使質譜儀的應用領域大大擴展，開始成為有機化合物分析的重要儀器。后來計算機的應用又使質譜分析法發生了飛躍變化，使質譜技術更加成熟，使用更加方便。20世紀80年代以后又相繼出現了如快原子轟擊電離子源、基質輔助激光解吸電離源、電噴霧電源、大氣壓化學電離源等新的質譜技術，以及隨之而來的比較成熟的液相色譜－質譜聯用感應耦合等離子體質譜儀、傅里葉變換質譜儀等。這些新的電離技術和新的質譜儀使質譜分析又取得了長足進展。自20世紀90年代初，隨著新的離子化技術的出現，生物質譜得到了飛速發展，主要用于測定如多肽、蛋白質、核酸、多糖等生物大分子的結構以及多肽和蛋白中氨基酸序列的測定。
工作原理
質譜儀是采用多種離子化技術將處于氣態的樣品分子離子化后經加速進入磁場中，在高壓電場作用下，質量為m的陽離子在磁感應強度H的磁場作用下作垂直于磁場方向的圓周運動，其動能與加速電壓（V）和電荷（z）有關，公式為：
式中，z為離子的電荷數；m為離子的質量；v為離子被加速后運動的速率。具有速率v的帶電粒子進入質量分析器的電場中，根據所選擇的分離方式實現各種離子按照質荷比（m/z）大小進行分離。
結構組成
質譜儀種類多樣，但基本結構相同，主要包括進樣系統、離子源、質量分析器、檢測器以及真空系統這五個部分，其中離子源和質量分析器是質譜儀的核心部分。
質譜儀工作的一般流程是：組分構成簡單的樣品直接通過進樣系統進入質譜儀；當樣品為較復雜的混合物時，則先利用分離技術（如氣相色譜或液相色譜）對樣品組分進行分離，再由進樣系統導入質譜儀。當樣品進入質譜儀后，會在離子源的作用下被電離，轉化為氣相的帶正電陽電離子或帶負電陰離子。生成的離子經適當加速后進入質量分析器，由于其不同的質荷比發生分離，隨后依次到達檢測器。檢測器會將檢測到的離子流轉化放大為電信號記錄下來，并轉換為以質荷比為橫坐標、相對強度為縱坐標的質譜圖。
離子源
為了適應不同形態樣品的分析要求，人們利用氣體放電、粒子轟擊、場致電離，離子-分子反應等機理，發展了數十種離子源，使樣品中的原子（分子）電離成為離子（陽離子、負離子、分子離子、碎片離子、帶電荷離子、多電荷離子），并將離子加速，聚焦成為離子體，以便送進質量分析器。常見的離子源有以下幾種：
電子轟擊：電子轟擊是首先將樣品在真空中加熱到氣相，然后用電子流轟擊樣品分子，使樣品電離。EI源（一般是70eV）結構簡單，溫度控制簡便，電離效率高，靈敏度高，所產生的離子種類十分豐富，包含了分子結構的大量信息，且電離穩定性和譜圖重現性好，因此，常被用作標準質譜圖的離子化方法。由于EI源需要在氣相中轟擊分子，因此EI源不適用于熱不穩定或難揮發的化合物。
化學電離：化學電離是通過離子與分子的反應而使樣品離子化的。由于采用CI源離子化而得到的分子離子上的過剩能量要小于EI源，所以CI源離子化產生的分子離子較穩定，碎片離子則較少。采用CI離子化方法的前提是樣品必須處于氣態，因此主要用于氣相色譜-質譜聯用儀，適用于易氣化的有機化合物樣品分析，熱不穩定和難揮發的樣品不能采用CI源離子化。
快原子轟擊：快原子轟擊（FAB）是由電場中的高速電子轟擊性氣體（如氟氣或氬），使其電離并加速成快速離子，電離過程不必加熱氣化，適合于分析大分子量、難氣化、熱穩定性差的樣品。一般原子的能量范圍是6~9keV（580~870kJ/摩爾）。轟擊后使能量從氙原子（或原子）轉移到基質（如丙三醇、硫代甘油、1-溴-2-硝基苯醇或三乙醇胺），導致分子間鍵的裂解、樣品解吸附到氣相中。FAB與EI源得到的質譜圖區別很大，其一是它的分子量信息不是分子離子峰M，而是[M+1]+（又為[M+H]+）或[M+Na]+等準分子離子峰；其二是碎片離子峰比EI譜少。
基質輔助激光解析電離：MALDI在原理上與FAB相似，是一種結構簡單、靈敏度高的電離源。其原理是利用一定波長的脈沖式激光光束照射樣品，基質分子能夠有效地吸收激光的能量，使基質分子和樣品投射到氣相并得到電離。基質的主要作用是作為能量傳遞的中間體，通常基質與樣品的質量比為10000:1，超過量的基質能有效分散樣品，減小樣品分子間的相互作用。MALDI法適用于一些生物大分子（分子量在10萬這個級別），一般僅作為飛行時間分析器的離子源使用。
場致電離法：FI是氣態分子在強電場作用下發生的電離，在高能電場的作用下，將樣品分子中的電子吸到陽極上去，這樣形成的分子離子的過剩能量較少，沒有過多的剩余熱力學能，減少了分子離子進一步裂解的概率，增加了準分子離子峰的強度，碎片離子峰相對減少。
場解吸法：FD檢測過程不需要氣化，而是將樣品吸附在陽極表面沉積成膜，然后將其放入場離子化源中，電子將從樣品分子中移向陽極，同時又由于同性相斥，分子離子便從陽極解吸下來而進入加速室。FD適宜于不揮發且熱穩定性差的固體樣品，如肽類化合物、糖、高聚有機酸鹽、有機金屬化合物等。
大氣壓電離：API主要是應用于高效液相色譜（HPLC）和質譜聯機時的電離方法，試樣的離子化在處于大氣壓下的離子化室中進行。它包括電噴霧電離和大氣壓化學電離。APCI主要用來分析中等極性化合物。有些待測物由于結構和極性影響，通過ESI不能產生足夠強的離子，采用APCI的方式能夠增加離子產率，作為ESI的補充。APCI電離產生的多為單電荷離子，要求待測物的分子質量一般小于1000u。
大氣壓光電離源：20世紀末出現的API家族新成員，由于獨特的原理及應用優勢，日漸成為研究熱點，那些通過ESI、APCI不易電離的弱、非極性有機化合物，受光子激發后可能發生電離，APPI正是利用了這一性質，在APCI基礎上，以紫外光源代替放電針。在低流速（100～200μL/min）下，光源發射的光子與目標分子相互作用導致光電離。
電噴霧：ESI是試樣溶液從具有霧化氣套管的毛細管端流出，并在霧化氣（一般為氮氣）的作用下分散成微滴。微滴在增大的過程中表面電荷密度逐漸增大，當增大到某個臨界值時，離子就可以從表面蒸發出來。由于在電噴霧中使用的混合溶劑也常作為反相液相色譜的溶劑，因此電噴霧常與液相色譜結合形成液質聯用（LC-MS）。ESI是一種軟電離方式，即使分子質量大、穩定性差的化合物在電離過程中也不會發生分解，適合于分析極性強的大分子有機化合物，如蛋白質、肽、糖等。ESI的最大特點是容易形成多電荷離子，可以檢測分子質量在300000u以上的蛋白質。
電噴霧解吸電離源：DESI前期同ESI，但是將樣品放置在聚四乙烯的固相表面上，ESI生成的呈噴霧狀的帶電小液滴被噴射到樣品表面，液滴中含有的溶劑立即對待測物進行萃取，溶解后，液滴從表面反彈形成更加細小的液滴，導致溶劑快速蒸發，而電荷殘留在待測物分子中，使其氣相離子化。電噴霧與以上各種方式有明顯區別，無須進行樣品預處理，常壓下在相對開放的空間內能對固體表面的痕量物質進行快速質譜分析，是原位、實時、在線、非破壞、高通量、低耗損、無污染的質譜學方法。
質量分析器
質量分析器的作用是將離子源產生的離子按照質荷比的大小分開。理想的質量分析器應該能分開質荷比相差很小的離子，使質譜儀具有較高的分辨率，而且能產生強的離子流使質譜儀具有較高的靈敏度。質量分析器的種類繁多，常用的有磁式質量分析器、四極桿分析器、飛行時間質量分析器、傅里葉變換離子回旋共振分析器四種。
磁式質量分析器：利用亨德里克·洛倫茲現象進行質量分離的。磁式質量分析器有單聚焦質量分析器和雙聚焦質量分析器兩種，離子進入分析器后，由于磁場的作用，其運動軌道發生偏轉，改做圓周運動。單聚焦分析器結構簡單、操作方便但分辨率很低，不能滿足有機化合物分析要求。雙聚焦質量分析器是在扇形磁場前加一扇形電場，質量相同而能量不同的離子經過靜電場后會彼此分開。而質量相同的離子，經過電場和磁場后可以會聚在一起。另外質量的離子會聚在另一點。改變離子加速電壓可以實現質量掃描。雙聚焦分析器的優點是分辨率高，缺點是掃描速度慢，操作、調整比較困難，而且儀器造價也比較昂貴。
四極桿分析器：四極桿分析器由4根平行的棒狀電極組成，其不用磁場便將從離子源出來的離子流引入由四極桿組成的四極場。電極材料是鍍金陶瓷或合金，在電極上加一個直流電壓和一個射頻電壓。離子從頂端通過圓孔進入高頻電場，離子束在與棒狀電極平行的軸上聚焦，相對2根電極間加有電壓，另外2根電極間加有負電壓，對于給定的直流和射頻電壓，特定質荷比的離子在軸向穩定運動，其他質荷比的離子則與電極碰撞湮滅。四極桿分析器對選擇離子分析具有較高的靈敏度，其極限分辨率可達2000u，主要優點是傳輸效率較高、快速進行全掃描，并且制作工藝簡單，常用于需要快速掃描的GC-MS聯用及空間衛星上進行分析。
飛行時間質量分析器：飛行時間質量分析器既不用電場也不用磁場，核心部分是一個離子漂移管。經電離的離子流從離子源引入離子漂移管，其原理是用一個脈沖將離子源中的離子瞬間引出，離子在加速電壓V的作用下得到相同動能而進入漂移管。質荷比最小的離子因具有最快的速度而首先到達檢測器，質荷比最大的離子則最后到達檢測器。飛行時間質量分析器的主要特點是質量范圍寬、掃描速度快、儀器體積小，但分辨率、重現性、質量鑒定方面不及其他質量分析器。
傅里葉變換離子回旋共振分析器：傅立葉變換離子回旋共振分析器的分析室是一個置于均勻超導磁場中的立方空腔，采用線性調頻脈沖來激發離子，離子會從射頻吸收能量，在一定強度的磁場中做圓周運動。離子運行軌道受共振變換電場限制，運動速度不同的離子將以同一頻率而不同的半徑運動。當變換電場頻率和回旋頻率相同時，離子穩定加速，運動軌道半徑越來越大，動能也越來越大，變成尾旋運動。當電場消失時，沿軌道飛行的離子在電極上產生交變電流。經過一段時間的相互作用后，所有離子都做相干運動，產生可被檢出的信號。其主要優點為分辨率極高、分析靈敏度高、多級質譜功能，其測量精度能達到10-3u，對分析元素組成非常重要。
進樣系統
質譜的樣品導入系統有直接進樣、色譜聯用導入、儲氣器導入和微流芯片進樣四種進樣類型。
直接進樣：直接進樣系統是直接用進樣桿的尖端裝上少許樣品進入離子源。進樣桿（也稱探針桿）是一直徑為6mm、長為25cm的不銹鋼桿，一端裝有手柄，另一端裝有盛放樣品的石英堝、黃金坩堝或鉑坩堝。對于易揮發的樣品，可采用加熱進樣法進樣。對于難揮發但可采用加熱及抽真空的方法使其氣化的樣品，或者對于難揮發但可通過化學處理制成易揮發的衍生物的樣品，也可以采用加熱進樣法進樣。加熱進樣法需樣品量約為1mg。對于不易揮發，且熱穩定性差的樣品，為了得到較完整的質譜信息，往往采用直接進樣法，以便于與相應的離子化方法配合。
色譜聯用導入：有機質譜儀能與色譜儀連接組成氣相色譜-質譜、高效液相色譜-質譜聯用系統。色譜儀作為分離工具及質譜儀的進樣系統，由色譜柱流出的樣品，除去流動相后進入質譜儀，而質譜儀則成為色譜儀的檢測器。色譜聯用導入樣品適用于對多組分分離提純后的組分分析，一般采用小分離柱色譜，如氣相色譜-質譜中常用毛細管色譜。
儲氣器導入：主要包括儲氣器、加熱器、接口及真空連接系統。通過可拆卸式樣品管將少量樣品引入樣品儲氣器中，樣品被加熱汽化，通過分子漏孔，以分子流形式滲入高真空的離子源中。該法可在較長時間給離子源提供較穩定的樣品源干儀器質量標定用標準樣品的進樣。
微流控芯片進樣：微流控芯片又稱微全分析系統或芯片實驗室，是新型的、可以在微小尺寸芯片上集成化學和生物等領域所涉及的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元，以微通道形成網絡，貫穿整個系統，用以取代常規化學或生物實驗室的各種功能的一種技術平臺。微流控芯片可以實現小體積樣品的電泳分析、拉曼光譜分析等，通過對微流控芯片前端出樣口的處理，使出樣口大小滿足電噴霧要求后，將樣品置于高壓電場中，完成樣品的電噴霧電離，實現了微流控和質譜儀聯用。
檢測器
質譜儀的檢測器主要使用電子倍增器，也有的使用光電倍增器。由分析器來的離子打到電子倍增器產生電信號，信號增益與倍增器電壓有關，提高倍增器電壓可以提高儀器靈敏度，但同時會降低倍增器的壽命，因此，應該在保證儀器靈敏度的情況下采用盡量低的倍增器電壓。由倍增器出來的電信號被送入計算機儲存,這些信號經計算機處理后可以得到總離子色譜圖、質譜圖和其他各種信息。
真空系統
質譜儀的離子源、質量分析器和檢測器等均需在真空狀態下工作（離子源真空度應達1.3×10-4~1.3×10-5Pa，質量分析器和檢測器真空度應達1.3×10-6Pa）。若真空度過低，則會造成離子散射和殘余氣體分子碰撞而引起能量變化，本底增高和記憶效應，副反應過多，從而使譜圖復雜化。因此，質譜儀都必須有真空系統。一般真空系統包括機械真空泵、擴散泵和渦輪分子泵。由于擴散泵啟動慢，并且有時有油本底干擾，因此，渦輪分子泵使用比較普遍。
性能指標
質譜儀有幾個典型的性能指標。
質量測量范圍：質量測量范圍反映了質譜儀的適用范圍。由于質譜儀自身測量原理和設計結構的限制，各類質譜儀都有特定的測量范圍。
信號噪聲比：信號噪聲比反映了測量儀器的本底水平。質譜儀或質譜測量系統的穩定性越高，由此產生的電子學噪聲就會越低。影響質譜儀的信號噪聲比的因素比較多，如方法學的限制、測量環境的影響、儀器機械性能的穩定性、供電系統的穩定性、信號收集的響應效率等。
靈敏度：靈敏度通常用原子/離子的轉換效率來定義，即用接收器接收到的離子數除以進入離子源的樣品原子總數所得的百分數。靈敏度取決于離子源的電離效率，以及離子在離子源、分析器的傳輸效率和接收器的接收效率。
豐度靈敏度：豐度靈敏度是指質量數為M的離子峰AM與它在質量數M+1或M-1位置的離子拖尾峰AM+1或AM-1之比的倒數，即或。豐度靈敏度反映了儀器的聚焦性能和分辨率，也與測量時的真空度相關。
分辨率：分辨率指的是質譜儀區分測量某核素與其他不同質量核素的能力參數。有兩種常用方法來定義。
（1）10%峰谷定義：若兩個等高質譜峰M及在質譜圖中分離，其峰谷（兩峰相連的谷的高度）為峰高的10%，則分辨率，式中，M為第一個峰的值（或者兩個峰的平均值）；為兩個峰值的差。這里m代表被測離子的質量數，Z代表被測離子的電荷態數。
（2）半峰寬定義：分辨率表示同10%峰谷定義，即，但M代表峰的值，為半峰寬的的差值。
精密度：精密度（或稱精度）是指在規定條件下所獲得獨立測量結果之間的一致程度。單次進樣測量結果的標準差稱為內精度；重復進樣測量結果的標準偏差稱為外精度。內精度主要反映儀器性能，外精度由儀器性能和施加的測量條件決定。外精度通常大于內精度。
分類
按應用范圍分
質譜儀按應用范圍可以分為同位素質譜儀、無機化合物質譜儀、有機質譜儀和生物質譜儀。
同位素質譜儀：主要是用來測定樣品中（核素）同位素的相對豐度。幾種典型的同位素質譜儀如下圖所示。同位素質譜儀已經廣泛地應用于科學研究、經濟工業、國防安全等許多領域。
無機質譜儀：無機質譜儀檢測的目標是微量的無機元素，如土壤中重金屬元素污染的測定。主流的無機質譜儀常采用四極桿質量分析器，主要是以電感耦合高頻放電（ICP）將待測物進行離子化。這樣的ICP-MS的譜線簡單易認，可以同時測量多種元素，靈敏度與精度均很高，廣泛用于地質學、礦物學、重金屬測定、中核集團、環境監測等領域。按照不同的離子化方式，無機化合物質譜儀還有火花源質譜儀、輝光放電質譜儀、離子探針質譜儀、激光探針質譜儀等。
有機質譜儀：有機質譜儀主要用于有機化合物的結構鑒定，能夠提供化合物的相對分子質量（分子量）、元素組成、官能團結構等信息，主要用于有機化合物的定性和定量測量。有機質譜儀與無機質譜儀的工作原理有所不同，區別在于離子化的方式不一樣，質量分析器部分可能是相同的。有機質譜儀通常與氣相色譜、液相色譜等技術聯用，將復雜的有機混合物分離成純組分再進入質譜儀，解決了質譜只能分析純品的弊端，充分發揮了質譜儀的分析速度快、靈敏度高的特長。有機質譜儀廣泛用于食品安全、環境監測、生命科學、藥物代謝、醫療衛生、石油化工、新能源、新材料等前沿領域，以及空間技術和公安刑偵等特種分析領域。
生物質譜儀：由于生物樣品極不穩定，致使電子轟擊電離（EI）、化學電離（CI）等傳統電離技術不能發揮作用。因此生物質譜儀應運而生，它是液相色譜-電噴霧-四極桿飛行時間串聯質譜（LC-ESI一MS-MS）與帶有串聯質譜功能的MALDI-TOF質譜儀，前者是在傳統的電噴霧質譜儀的基礎上采用飛行時間質量分析器代替四極桿質量分析器，大大提高了儀器的分辨率、靈敏度和質量范圍，其商品名有Q-TOF和Q-STAR等；后者是在質譜中加入了源后降解模式或碰撞誘導離解模式，從而使生物大分子的測序成為可能。
按分辨率大小分
質譜儀按照分辨率大小分類有高分辨質譜（R≥50000）、中分辨質譜（R=10000～50000）和低分辨質譜（R≤10000）。利用高分辨質譜儀可得到離子的精確質量并確定相應的元素組成，而低分辨儀器只能給出離子質量的整數值。質譜儀的性能指標是它的分辨率，如果質譜儀恰能分辨質量m和m+Δm，分辨率定義為m/Δm。現代質譜儀的分辨率達10?～10?量級，可測量原子質量精確到小數點后7位數字。一般而言，雙聚焦磁質譜儀的分辨力達到10000～100000，而傅里葉變換離子回旋共振質譜儀的分辨力可高達10000～1000000。高分辨質譜不僅能確定化合物的分子式，而且還能確定質譜測定過程中生成的碎片離子的分子組成，由此對分子結構的確定具有重要的作用。廣泛應用于小分子及生物大分子等領域定性定量分析。
其他分類
質譜儀按照離子源類型分類有電子轟擊質譜、電噴霧質譜、快原子轟擊質譜和基質輔助激光誘導解析電離質譜等；按照質量分析器分類有磁質譜、離子阱質譜和飛行時間質譜等。
應用領域
化學領域
質譜儀常應用在無機化學和核化學方面，如樣品是揮發性低的物質，可采用高頻火花由質譜法測定；如樣品呈粉末狀，可和粉混合壓成電極。此法對合金、礦物、核能和半導體等工藝中高純物質的分析極有價值，可檢測出含量為億分之一的雜質。
物理領域
同位素分析：自然界中同一種元素的原子核內質子數總是相同的，所以核電荷數也相同；但中子數可以不同，因而原子的質量就可以不同。這些具有相同核電荷數不同質量數的原子叫做同位素。同一種元素的各種同位素的化學性質相同，所以用化學方法不可能識別它們。但是，由于它們的原子量不同卻可以用物理的方法來識別它們，質譜儀就是一種用來分析同位素的有力工具。
原子探針：Muiller和Panitz在1967年設計了第一臺原子探針，它是在場離子顯微鏡后附加一臺質譜儀。這種儀器可以鑒別場離子像中單個原子的種類。原則上，可用任何類型的質譜儀，但實際上大部分選用飛行時間質譜，有時也選用磁偏轉扇形型質譜。
生物領域
由于生物大分子如蛋白質、酶、核酸和多糖等具有非揮發性、熱不穩定性且相對分子質量大等特性，使傳統的電離子轟擊、化學離子源等電離技術的應用受到極大限制。20世紀80年代出現的軟電離技術，使生物大分子轉變成氣相離子成為可能，從而開創了質譜分析研究生物大分子的新領域，使質譜更適合于分析生物大分子聚合物，如蛋白質、核酸和糖類。軟電離技術大大拓展了質譜的測定范圍，改善了測量的靈敏度，并在一定程度上解決了溶劑分子干擾等問題。軟電離質譜主要包括電噴霧電離質譜、基質輔助激光解吸電離質譜、快離子襲擊質譜、離子噴霧電離質譜、大氣壓電離質譜等。
醫學領域
微生物鑒定：快速準確鑒定細菌、真菌、病毒是臨床微生物學、食品微生物學以及診斷微生物學領域中的基本要求。然而傳統的細菌及真菌的鑒定仍然主要依賴于耗時、費力的微生物培養方法，鑒定通常要數小時至數十小時才能完成。質譜技術的出現為病原菌的鑒定開創了一種新的方法，質譜分析技術的靈敏、快速、準確、可靠和高通量也推動了冰原微生物鑒定的發展。
腫瘤標志物分析：腫瘤標志物是指由腫瘤產生，存在于血液、細胞、組織或體液中，可反映腫瘤存在和生長的一類物質。由于在大多數情況下腫瘤標志物的含量非常低，因此對檢測方法的要求較高，而生物質譜是一種快速、高效能、高靈敏度的多組分的分離方法，且具有靈敏度高、選擇性強、準確性好等優點，其適用范圍遠遠超過現有的常規檢測方法。目前質譜技術已廣泛應用在多種腫瘤疾病中生物標志物的尋找和篩選領域，如乳腺癌、肺癌、肝癌、結大腸癌等，通過質譜技術對不同腫瘤患者體液中的內源性物質進行分析檢測，進而獲得專屬性診斷標志物的分析結果。
治療藥物濃度監測：液質聯用技術在臨床中可以用來進行治療藥物監測。對于一些治療窗范圍較窄的藥物如免疫抑制劑、抗癲癇藥、抗抑郁藥、強心等，進行患者血藥濃度監測，及時調整藥物劑量，以達到最佳治療效果，避免發生不良反應，實現個體化治療目的。相較經典的免疫化學技術和HPLC分析，HPLC-MS技術的定性定量功能更為靈敏、準確、精密、可靠、快速；測量范圍更為廣泛，幾乎可以用于所有臨床藥物的檢測。
臨床監測呼吸氣體：質譜儀的問世，為臨床提供了監測呼吸氣體的自動體系，可以為多達12個病人的吸入和呼出氣體濃度，進行實時和非侵入性測定，展示氧，二氧化碳和氮的分壓，并按預定時間（每10～60分鐘一次）記錄。呼吸氣體監測能比血液氣體分析更早發現呼吸功能的改變。當終末潮氣超逾預定限度時，即有聽覺和視覺警報發出。
太空領域
好奇號火星探測器火星車上裝有氣相色譜-質譜儀（GC-MS），通過對火星富鐵礦物中生物標志物（脂肪酸）的分析，表明火星上曾經有廣泛的微生物的活動。
參考資料 >
質譜儀.術語在線.2024-03-23