每次回家被问起做的工作是什么的时候，总要解释一大堆，满脑子黑线，无一例外最后以失败结束

。对于学过有机化学的同学而言，在《有机化合物波谱分析》中就接触了四大波谱，包括紫外光谱（UV）、红外光谱（IR）、核磁共振谱（1H-NMR、13C-NMR）以及质谱（MS），都是用来表征和解析化合物结构的重要工具。前3种手段是通过观测化合物在吸收特定的光或磁场传递能量后的能级跃迁数据来分析化合物，而质谱是将化合物电离并测定生成的带电粒子质量（质荷比）的仪器。

与其他科学仪器的诞生一样，质谱的发展历经了百年漫长光阴，到近代才逐渐普遍应用。1897年，Joseph John Thomson 观察到阴极射线在电场下偏转，并制作了世界上第一台质谱仪测定了射线粒子的质荷比，最终证明了电子的存在；1919年，Francis William Aston开始制作质谱测定同位素，制作了第一张同位素表，一共鉴定出212种同位素；二战期间，质谱开始应用于235U的检测以及石油化工行业；在此后出现了许多质谱上的新技术包括飞行时间质谱、四级杆和离子阱质谱、离子回旋共振质谱等新的质量分析器质谱，质谱在分辨率和灵敏度上都有了明显提高；在离子源方面，从最开始的电子轰击电离(Electron ionization)到化学电离(Chemical ionization)限制了质谱只能应用在小分子化合物分析，直至电喷雾电离（electrospray ionization）和基质辅助激光解吸电离（Matrix-assistedlaserdesorption/ionization）出现，生物大分子在质谱上检测得以实现。伴随上述技术的发展和应用，也出现了气相色谱-质谱联用(GC/MS)、液相色谱-质谱联用 (LC/MS)以及串联质谱(Tandem mass spectrometry)等新型仪器，大大拓展了质谱的使用范围。如今，质谱已经广泛应用于化学、化工、医学临床检测、药学研究、环境监测等方面。

下图是一张简易的质谱结构图，在硬件上，质谱仪器主要由3部分组成，其中离子源部分将化合物转化成带电离子，质量分析器筛选出目标离子，检测器采集信号并记录交由软件处理成质谱图。

下面以傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-ICR-MS）为例介绍质谱的实际工作原理。首先是有机样本的引入和离子化的过程，下图中样本是通过液体引入，通常前端为高效液相色谱（HPLC）或者超高效液相色谱（UPLC），即所谓的液质联用技术。图中使用的电喷雾离子源（ESI），液体样本在经过附带高电压的不锈钢毛细管后，形成带电荷的喷雾；在高温惰性气体加热下，溶剂挥发，电荷转移至样本中化合物上，得到带电粒子。

接下来，带电粒子在强电场的作用下聚焦并传输至质量分析器中，在此过程中，未电离的中性粒子会被筛选掉。

带电粒子进入质量分析器后，受到电场和磁场的双重作用下运动，在调节相应的电场和磁场参数可以筛选出目标化合物粒子。FT-ICR质谱的分析器是一个具有均匀超导磁场的空腔，离子在垂直于磁场的圆形轨道上作回旋运动，回旋频率仅与磁场强度和离子的质荷比有关。

当回旋的离子束接近一对捕集板时，捕集板上会检测到影像电流信号。这种信号被称为自由感应衰减（FID），是一种由许多重叠的正弦波组成的瞬态或干涉图。

上述的原始数据通过傅里叶变换，我们可以从这些信号数据中萃取出有用的信号形成质谱图。

最后得到的便是原始的质谱图，其横坐标是分子量（质荷比），纵坐标为相对丰度（以图中强度最高的峰为基峰，记为100%）。由于同为素的普遍存在，所以各检测粒子均伴随强度较弱的若干同位素峰。此外，在离子化过程中以及传输中，化合物结构可能被破坏产生些许碎片峰。

因为在许多实际样本分析过程中，单级质谱图得到的信息不足以确定目标物是否为目标物，为提高结果准确性，常常使用串联质谱甚至多级质谱获取更多化合物碎片信息，下面是竹桃霉素（Oleandomycin）的一级、二级和三级质谱图。

作为一种强有力的化合物定性定量工具，近些年质谱逐渐在临床检测上普及开来，相信不远将来，质谱也将作为医院必备的一种常规仪器。

提供来源：质谱应用