質譜技術是20 世紀發展起來的最重要的分析技術之一，其原理可以追溯到1906 年諾貝爾物理學獎得主Joseph John Thomson 的工作，他發現了電荷在氣體中的運動現象，并于1910 年獲得了第一張質譜圖。其后，1922 年Francis William Aston 因采用質譜技術發現了同位素而獲得諾貝爾化學獎，1989 年諾貝爾物理學獎頒給了兩位發明離子阱質譜技術的科學家，Wolfgang Paul 和Hans Georg Dehmelt。2002 年的諾貝爾化學獎則是頒給了發明電噴霧電離技術的John Bennet Fenn 和發明基質輔助激光解吸電離技術的田中耕一。此外，Ernest Orlando Lawrence 因為發明回旋加速器而獲得了1939 年的諾貝爾物理學獎，后來人們利用測量離子的回旋共振頻率發明了世界上最高分辨率的FT-ICR 質譜。還有，從1911 年諾貝爾物理學獎的成果“熱輻射規律”、1943 年諾貝爾物理學獎的成果“分子束”到1986 年諾貝爾化學獎的成果“交叉分子束”，以及1996 年諾貝爾化學獎的成果“發現碳60”，均與質譜密切相關。今天，質譜既可用于分析無機元素，包括同位素，又可用于分析有機小分子，還可用于分析生物大分子，在生命科學、材料科學、環境科學、藥物研發和精準藥療、食品安全和石油化工等領域發揮著巨大而不可替代的作用。隨著科學技術的發展，質譜的分析能力越來越強大，在方方面面的應用也越來越普遍。
一種功能強大的分析儀器——質譜儀
質譜儀（Mass Spectrometer）是一種分析質量（Mass）的儀器，可進而鑒定分子結構及定量分析。縱觀其發展歷程，質譜的發展速度近似于指數曲線，近年來越來越快速地成長，已成為當今分析化學功能強大的設備。
質譜儀的基本原理與構造
顧名思義，質譜儀是測定物質質量的儀器，基本原理為將分析樣品（氣、液、固相）電離（Ionization）為帶電離子（Ion），帶電離子在電場或磁場的作用下可以在空間或時間上分離：
這些離子被檢測器（Detector）檢測后即可得到其質荷比（Mass-to-Charge Ratio，m/z）與相對強度（Relative Intensity）的質譜圖（Mass Spectrum），進而推算出分析物中分子的質量。透過質譜圖或精確的分子量測量可以對分析物做定性分析，利用檢測到的離子強度可做準確的定量分析。
質譜儀的種類很多，但是基本結構相同。如圖1-1 所示，質譜儀的基本構造主要分成五個部分：樣品導入系統（Sample Inlet）、離子源（IonSource）、質量分析器（Mass Analyzer）、檢測器（Detector）及數據分析系統（Data Analysis System）。
純物質與成分簡單的樣品可直接經接口導入質譜儀；樣品為復雜的混合物時，可先由液相或氣相色譜儀分離樣品組分，再導入質譜儀。當分析樣品進入質譜儀后，首先在離子源對分析樣品進行電離，以電子、離子、分子或光子將樣品轉換為氣相的帶電離子，分析物依其性質成為帶正電的陽離子或帶負電的陰離子。產生氣相離子后，離子即進入質量分析器[圖1-1（a）]進行質荷比的測量。在電場、磁場等物理作用下，離子運動的軌跡會受場力的影響而產生差異，檢測器則可將離子轉換成電子信號，處理并儲存于計算機中，再以各種方式轉換成質譜圖。此方法可測得不同離子的質荷比，進而從電荷推算出分析物中分子的質量。此外，質譜儀還需要一個高真空系統，維持在10-4torr至10-10torr 的低壓環境中，讓樣品離子不會因碰撞而損失或測量到的m/z 值有偏差。
圖1-1 質譜儀的硬件組成：（a）質譜儀基本構造；（b）串聯質譜儀
除了質量的測量，質譜儀也可以利用串聯質譜（Tandem MassSpectrometry，MS/MS）技術，更有效地鑒定化合物的分子結構。顧名思義，串聯質譜儀（Tandem Mass Spectrometer）是由兩個以上的質量分析器[圖1-1（b）]連接在一起所組成的質譜儀。當分析物經過離子源電離后，第一個質量分析器可以從混合物中選擇及分離特定的離子，以外力（碰撞氣體、光子、電子等）使該離子解離，并產生碎片離子，再由第二個質量分析器進行碎片離子的質量分析。這些碎片信息可以用來鑒定小分子及蛋白質、核酸等生物分子的結構。當樣品復雜度很高時，可在樣品進樣區前串聯一液相色譜（Liquid Chromatography，LC）或氣相色譜（Gas Chromatography，GC）系統，幫助樣品預分離（Pre-separation）以提高質譜分析的效率。
