質譜儀通常由六部分組成，包括真空系統、進樣系統、離子源、質量分析器、離子檢測器和計算機控制系統。單聚焦質譜儀的結構如圖所示。

單聚焦質譜儀結構示意圖

一. 真空系統

質譜儀的離子源、質量分析器及檢測器都必須處于高真空狀态。維持高真空度水平能有效避免離子散射、不必要的離子碰撞而引起的能量變化，降低本底效應和記憶效應。因此，高品質的真空泵是質譜儀正常工作的必要保證。一般質譜儀的高真空系統由旋轉泵與擴散泵串聯組合構成，而使用分子泵則可以獲取更高的真空度。

二. 進樣系統

進樣系統的目的是高效重複地将樣品引入離子源中，并且不能造成真空度的降低。常用的進樣系統分為直接進樣和色譜聯用進樣兩大類。

三. 離子源

離子源是質譜儀的核心部件，其功能是提供合适的能量使樣品離子化，并使離子具有一定的能量。常用的離子源有電子轟擊源、化學電離源、快速原子轟擊源、激光電離源、電噴霧離子源等。各種不同的離子源采用不同的離子化途徑，适應于不同的樣品離子化以滿足質譜分析要求。電子轟擊源和化學電離源是質譜儀常用的離子源。

1. 電子轟擊源 用電子直接轟擊樣品分子而使其電離。常用70eV的電子能量，有機物分子可能被打掉一個電子形成分子離子，也可能會發生化學鍵的斷裂形成碎片離子。具有分子結構信息特征的碎片離子及分子離子在推斥極的作用下，陽離子進入加速區，加速後進入質量分析器，陽離子及中性碎片則被真空抽出系統。電子轟擊源主要用于揮發性樣品的電離。

2. 化學電離源 通過試劑氣體分子所産生的活性反應離子與樣品分子發生離子-分子反應而使樣品電離。這種方式比電子轟擊源溫和，有些用EI方式得不到分子離子的樣品，利用CI方式可以得到準分子離子，因而可以求得相對分子質量。這種離子源結構信息少，沒有标準質譜圖，适用于易氣化的有機樣品分析。

四.質量分析器

質量分析器是将離子源中所形成的各種離子按質荷比（m/z）進行分離的裝置。質量分析器是質譜儀的核心部件。質量分析器主要有磁分析器（包括單聚焦和雙聚焦兩種）、飛行時間分析器、四極杆質量分析器、離子捕獲分析器和離子回旋共振分析器等類型。不同類型的質譜儀最主要的區别通常在于離子源和質量分析器。

1. 單聚焦質量分析器 又稱為單聚焦磁分析器，實際上是處于扇形磁場中的真空扇形容器。常見的單聚焦質量分析器采用180°、90°或60°的圓弧形離子束通道。

180°單聚焦質量分析器示意圖

在單聚焦質量分析器中，從離子源射入的離子束在磁場作用下，由直線運動變成弧形運動。不同質荷比（m/z）的離子，由于運動曲線半徑不同，被質量分析器分開。由于出射狹縫和離子檢測器的位置固定，即離子弧形運動的曲線半徑R是固定的，故一般采用連續改變加速電壓或磁場強度，使不同質荷比的離子依次通過出射狹縫，以半徑為R的弧形運動方式到達離子檢測器。由一點出發的、具有相同質荷比的離子，以同一速度不同角度進入磁場偏轉後，離子束可重新彙聚于一點，即靜磁場具有方向聚焦作用，故稱為單聚焦質量分析器。

在單聚焦質量分析器中，離子源産生的離子由于被加速初始能量（即射入質量分析器的速度）不同，即使質荷比相同的離子，最後也不能全部聚焦在檢測器上，緻使分辨率低。

2. 雙聚焦質量分析器 為了消除離子能量分散對分辨率的影響，通常采用雙聚焦質量分析器，它是将一個扇形靜電場分析器置于離子源和扇形磁場分析器之間，如下圖所示。扇形靜電場是一個能量分析器，不起質量分離作用。一束能量（或速度）不同的離子束，經過扇形靜電場将質量相同而速度不同的離子分離聚焦。然後，經過狹縫進入磁分析器，再進行m/z方向聚焦。由于同時實現速度和方向的雙聚焦，因此稱為雙聚焦分析器。雙聚焦分析器的優點是分辨率高，缺點是掃描速度慢。

雙聚焦質量分析器示意圖

3.四極杆質量分析器 由四根高度平行的金屬電極杆組成，被加速的離子束穿過對準四根極杆之間空間的準直小孔，在四極上加上直流電壓和射頻電壓，在極間形成一個射頻場，離子進入此射頻場後，會受到電場作用，隻有特定質荷比的離子在軸向穩定運動并達到檢測器。改變直流電壓和射頻電壓并保持其比值恒定，可以實現不同質荷比離子的檢測。四極杆質量分析器是一種無磁分析器，體積小，操作方便，分辨率較高，掃描速度快，特别适合色譜-質譜聯用儀器。

五.離子檢測器

離子檢測器的功能是将質量分析器按質荷比分離後的離子流信号依次收集、放大、顯示，并将其輸入計算機數據處理系統，最終得到所需的質譜圖及相應分析結果。質譜儀常采用電子倍增器或微通道闆檢測器作為離子檢測器。通過這些檢測器将微弱的離子信号轉化為較強的電信号，以滿足顯示、記錄和數據處理的需要。

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