质谱仪是按照离子的质荷比(m/z)不同，来分离不同分子量的分子，测定分子量进行成分和结构分析。质谱仪需要在高真空下工作，通常真空度达到10-6Torr。质谱组成有离子源、质量分析器、检测器，假如说仪器真空度达不到，可能会发生以下情况：大量氧会烧坏离子源的灯丝;用作加速离子的几千伏高压会引起放电;引起额外的离子-分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化等。
离子源的主要作用是使待分析的样品实现离子化，尤其是中性物质带上电荷。再抽真空状态下试样气流，离子束经过推斥极、加速极、聚焦狭缝。气相质谱仪常用的离子源有电子轰击电离源Electron Ionization (EI)，化学电离源 Chemical Ionization (CI)。这两种离子源适合弱极性或半极性，只可形成单电荷离子，可分析小分子化合物。质谱中最常用的离子源，一般为70 ev电子束，远大于多数有机化合物的电离电位(7~15 ev)，会使相当多的分子离子进一步裂解。主要用于挥发性样品，样品需经过汽化，才能进入电离区。电子电离源碎片离子多，结构信息丰富，有标准化合物质谱库，并且适用于分子量低于1000的样品。 而有些化合物稳定性差，为了得到分子量可采用化学电离，CI源是通过离子—分子反应而完成的，准分子离子强度高，便于推算分子量。
质量分析器是质谱仪器的核心，将离子按m/z顺序分开而获得质谱。质量分析器是质谱仪的核心部件，因此常以质量分析器的类型来命名一台质谱仪。四级杆质量分析器是气相质谱中使用比较多的质量分析器，在四根对立的电极上相对采用对位的交频电压，通过固定频率的交频电压使固定核质比的离子可以通过。由四根棒状电极，相对的两个电极相连，形成四极场，其特点是灵敏度高。通过改变扫描电压，将使不同质荷比的分子碎片离子到达检测器，得到质谱图。
离子阱质量分析器是一个环电极和上下两端盖电极，环电极和上下两端盖电极都是绕Z轴旋转的双曲面。一种通过电场或磁场将气相离子控制并贮存一段时间的装置。原理类似四级质量分析器，特定m / z离子在阱内一定轨道上稳定旋转，改变端电极电压，不同m/z离子飞出阱到达检测器。即用高频交流电把离子限制在离子阱里，然后用离子的特征电压分别将其推出离子阱，到检测器检测。
质谱仪检测器种类有：电子倍增器、光子倍增器、法拉第杯、阵列检测器。电子倍增器工作原理是从质量分析器出来的离子轰击阴极导致电子发射，电子在电场的作用下，依次轰击下一级电极而被放大，电子倍增器的放大倍数一般在105～108。电子倍增器中电子通过的时间很短，利用电子倍增器可以实现高灵敏、 快速测定。类似于光电倍增管，由四级杆出来的离子打到高能级产生电子，电子经倍增器产生电信号，记录不同离子的信号即得质谱。其中信号增益与检测器电压有关，提高检测器电压可以提高灵敏度，但降低检测器寿命。
所以总结来说，离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子，按质荷比m/z大小分离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。
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