质谱法是分析化学中的一种仪器分析技术，用于测量气相离子的质荷比。它可用于鉴定化合物、测定分子质量、研究化学结构，以及对混合物中的物质进行定量分析。质谱仪将样品组分转化为离子，按照质荷比对其进行分析，并记录其信号。得到的质谱图提供的是所检测离子的信息，而不是对原始样品中的每一种中性分子进行直接测量。(broadinstitute.org)
测量原理
质谱法的核心测量量记作 m/z，表示离子的质量与其电荷数之间的关系。在常规质谱表示法中，其数值等于以统一原子质量单位表示的离子质量除以电荷数的绝对值。因此，质量近似相同的单电荷离子和双电荷离子会出现在不同的 m/z 位置。在根据质谱数据还原分子质量时，正确判定电荷态至关重要。(publications.iupac.org)
质谱图以 m/z 为横轴、离子信号强度为纵轴。谱峰可对应完整的分子离子、质子化或去质子化分子、加合离子或碎片离子。不同的同位素也会形成具有特征的峰群。峰强度描述的是检测到的离子信号，并不能直接等同于样品中相应物质的浓度。(publications.iupac.org)
质量准确度和分辨本领是两项重要的性能指标。质量准确度反映测量值与参考值的符合程度。分辨本领描述区分相邻信号的能力，通常表示为 (R=(m/z)/\Delta(m/z))，同时需注明所采用的峰宽判据。准确质量测量能够限定可能的元素组成，但未必能确定唯一的分子结构。(publications.iupac.org)
仪器组成与电离
质谱仪的主要组成部分包括离子源、质量分析器、检测器和数据处理系统。电离使样品组分带电，从而能够通过电场或磁场对其进行操控。质量分析器负责区分离子，检测系统则测量离子的信号。仪器配置会根据样品性质和所需的分析信息而有所不同。(broadinstitute.org)
电子电离（EI）使气相分子与高能电子相互作用，常用电子能量为70电子伏特。分子失去一个电子后形成正离子，并常常发生大量碎裂。EI尤其适用于挥发性较强、热稳定性较好的化合物。其碎裂模式具有良好的重现性，可通过与参考谱库比对来鉴定化合物。(thermofisher.com)
电喷雾电离（ESI）将溶液分散成带电液滴，并由此产生离子。它能够生成多电荷离子，使大型生物分子也能在仪器可用的 m/z 范围内得到分析。基质辅助激光解吸电离（MALDI）利用激光和能够吸收激光能量的基质，辅助待测物的释放与电离。这些较为温和的方法使完整蛋白质的测量成为现实，不过，“软”电离并不意味着完全没有碎裂。(nobelprize.org)
质量分析器与串联测量
常见的质量分析器类型包括四极杆、飞行时间分析器、离子阱、磁扇形分析器和轨道阱。它们在采集速度、质量范围、分辨本领和离子操控能力方面各有特点。混合型仪器将不同类型的分析器组合起来，以便在同一系统内完成互补的任务。(thermofisher.com)
四极杆质量分析器通过电场筛选离子，使选定 m/z 范围内的离子通过。飞行时间质谱分析根据离子通过分析器所需的时间来区分离子。离子阱储存离子，并允许在分析前对其进行受控操纵。分析器的选择既影响测量策略，也影响所能获得的结构信息或定量信息的类型。(publications.iupac.org)
在串联质谱法（MS/MS）中，先选择一种前体离子，诱导其碎裂，再分析所产生的产物离子。前体离子与产物离子之间的关系能够提供初始质谱图之外的信息。通过连续多个阶段的碎裂，可以研究分子的结构特征；针对特定前体离子—产物离子组合的测量，也能为定量分析提供选择性信号。(thermofisher.com)
分离与应用
质谱法经常与色谱法联用。气相色谱—质谱联用先分离适宜的挥发性化合物，再进行电离，通常采用EI。液相色谱—质谱联用则分析经过分离的溶液相组分，通常采用ESI。分离能够降低混合物的复杂程度，并在质谱证据之外提供保留信息。(thermofisher.com)
质谱法的应用包括环境污染物筛查、食品分析、法医鉴定以及工业化学品表征。蛋白质组学利用质谱法研究蛋白质及其组成肽段，而代谢组学则研究代谢物及相关小分子。参考谱库收录经实验评估的EI谱图和串联质谱图，为这些领域的化合物鉴定提供支持。(nist.gov)
定量分析与局限性
定量测量需要校准，因为不同化合物的电离效率和检测器响应可能不同。同位素稀释质谱法加入已知量的同位素标记类似物，并测量待测物与标记标准物之间的比值。在适当条件下，这种方法能够补偿样品处理过程中的损失。(nist.gov)
样品中的共存组分可能引起离子抑制，使离子信号在待测物浓度不变的情况下减弱。其他局限性包括干扰、分离不完全，以及结构判定的不确定性。内标可以补偿部分基质效应，但严重的离子抑制可能使信号过弱，无法进行可靠测量。(tsapps.nist.gov)
历史发展
早期的质谱摄影仪确立了质谱法作为研究同位素组成工具的地位。弗朗西斯·威廉·阿斯顿利用其质谱摄影仪发现了多种非放射性元素的同位素，并提出整数定则，因此获得1922年诺贝尔化学奖。(nobelprize.org)
20世纪80年代，电喷雾和软激光解吸技术的发展将质谱法的应用扩展到大型生物分子。约翰·B.芬恩和田中耕一因开发软解吸电离方法，共同获得2002年诺贝尔化学奖的一半奖金；另一半授予库尔特·维特里希，以表彰他在利用核磁共振方法研究生物大分子方面的工作。(nobelprize.org)