其中，e是一个电子的电荷。将该离子垂直射入扇形磁场中，在洛伦兹力作用下作圆周运动，如图所示，所受到的向心力与离心力平衡。

离子在扇形磁场中的运动

所以，

B zeV= mv2 *1/r

其中，B为磁场强度，r为离子的运动轨道半径。合并上述两式可得

r=1/B（2mV/ze）1/2

这表明，不同质量的离子具有不同的轨道半径，质量越大，其轨道半径也越大。这意味着磁场具有质量色散能力，可单独用作质量分析器。若改变加速电压V(对应于离子动能的变化)，离子的运动轨道半径也发生变化。磁场的这一能量色散能力是单聚焦质谱仪不能获得高分辨的原因。

当仪器将离子的运动轨道半径r固定后，可得

m/z=k B2/V

式中，k为一常数。这表明，离子的质荷比(m/z)与磁场强度的平方成正比，而与加速电压成反比。若将加速电压固定，扫描磁场则可检出样品分子生成的各种m/z值的离子。此式还表明，增加磁场强度使仪器的质量范围增大；降低加速电压也能达到相同目的，但仪器灵敏度有所下降。

二、四极分析器与离子肼

四极分析器由四根平行电极组成。理想的电极截图是两组对称的双曲线。在一堆电极上加电压U+ coswt, 另一对上加电压-（U+ coswt），其中U是直流电压，coswt是射频电压，由此形成一个四极场，其中任意一点上的电位

当质荷比m/e的离子沿z轴方向射入四极场时，其运动方程为

令

则可以简化为

这是典型的 Mathieu方程，其解十分复杂，所代表的物理意义可由以a,q为坐标的曲线表示。a,q值在稳定区内的离子产生稳定振荡，顺利通过四极场到达检测器；a,q值在非稳定区的离子因产生不稳定振荡而被电极中和。对于一台四极质谱仪，其场半径r为确定值，ω也选为定值。若以a/q=U/=常数对V进行扫描，可使一组不同质量的离子先后进入稳定区而被检测。显然，a/q值越大(扫描成的斜率越大)，在扫描线上稳定区内的质量范围越窄，仪器的分辨率越高。由此也可看出、四极质量分析器实际上是一个质量过滤器。

四极分析器可以自身串联，构成串联质谱仪，还可以与其他质量分析器串接，构成杂化型串联质谱仪，以综合利用各种分析器的特点。

四级杆质量分析器

与四极质量分析器有些相似的四极离子阱既可用作普通质谱仪，又因其选择并储存离子的功能，可用于气相离子分子反应研究。四极离子阱由三个特殊电极组成，一般上下两端是两个碟状电极，中间为面包圈状的环形电极。在碟状电极上施加直流电压，向环形电极加射频电压；适当的电压可以形成一个势能阱，离子可被拘禁其中。当向离子阱中引入氦气，使其压力达到一定时，离子的运动受到阻尼。这相当于一种聚焦作用，使仪器的分辨率和灵敏度均大为提高。

四极离子阱可直接在阱中使样品电离，也可使用外部离子源。前者是在一个碟状电极上置一微孔，灯丝发射的电子由此进入阱中使样品分子电离；后者将在离子源中产生的离子注入阱中进行分析。使加在环状电极上的射频电压的幅值逐渐增加，离子将按m/z值增加的顺序离开离子阱，到达检测器。

三、飞行时间质谱

 飞行时间质谱仪结构

飞行时间质谱仪结构示意图如上，在检测器前设置了一个电位选择器网栅，与离子源控制栅极同步运行，使所选择质量的离子进入检测器。与入射离子成直角，配制滞阻电极的飞行时间质量分析器分辨率更高，并可消除中性离子和散射离子的影响。

四、傅里叶变换离子回旋共振

傅里叶变换离子回旋共振( FT-ICR)的分析室是一个置于均匀(超导)磁场中的立方空腔。离子沿平行于磁场的方向进入分析室，加在垂直于磁场的捕集电极上的低直流电压形成一个静电场将离子拘禁于室中。在磁场的作用下，离子在垂直于磁场的圆形轨道上作回旋运动；回旋频率(w)仅与磁场强度(B)和离子的质荷比(m/z)有关，即

w=1.537×107× zB/m

式中各量的单位分别是，ω：赫兹(Hz)，B:特斯拉(T)，m:原子质量单位(u)。由于离子的回旋频率与其速度无关，一组在不同空间位置上m/x值相同而速度不同的离子将以同一频率运动，离子的速度只影响其轨道半径。

通过发射电极向离子加一个射频电场；若射频电压的频率正好与离子回旋的频率相同，离子将共振吸收能量，使其运动轨道半径和运动速度逐渐稳步增大，但频率仍然不变。当一组离子达到同步回旋之后，在接收电极上将产生镜像电流。两个接收电极通过一个电阻与地相接；当在其间回旋的离子离开**个电极而接近第二个电极时，外部电路中的电子受正离子的电场吸引而向第二个电极集中。在离子回旋的另半周，外电路的电子向反方向运动。这样在电阻的两端形成了一个很小的交变电流，其频率与离子回旋的频率相同。因此，根据镜像电流的频率*终可以计算出离子的质量。