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其中，e是一個電子的電荷。將該離子垂直射入扇形磁場中，在洛倫茲力作用下作圓周運動，如圖所示，所受到的向心力與離心力平衡。

離子在扇形磁場中的運動

所以，

B zeV= mv2 *1/r

其中，B為磁場強度，r為離子的運動軌道半徑。合并上述兩式可得

r=1/B（2mV/ze）1/2

這表明，不同質量的離子具有不同的軌道半徑，質量越大，其軌道半徑也越大。這意味著磁場具有質量色散能力，可單獨用作質量分析器。若改變加速電壓V(對應于離子動能的變化)，離子的運動軌道半徑也發生變化。磁場的這一能量色散能力是單聚焦質譜儀不能獲得高分辨的原因。

當儀器將離子的運動軌道半徑r固定后，可得

m/z=k B2/V

式中，k為一常數。這表明，離子的質荷比(m/z)與磁場強度的平方成正比，而與加速電壓成反比。若將加速電壓固定，掃描磁場則可檢出樣品分子生成的各種m/z值的離子。此式還表明，增加磁場強度使儀器的質量范圍增大；降低加速電壓也能達到相同目的，但儀器靈敏度有所下降。

二、四極分析器與離子肼

四極分析器由四根平行電極組成。理想的電極截圖是兩組對稱的雙曲線。在一堆電極上加電壓U+ coswt, 另一對上加電壓-（U+ coswt），其中U是直流電壓，coswt是射頻電壓，由此形成一個四極場，其中任意一點上的電位

當質荷比m/e的離子沿z軸方向射入四極場時，其運動方程為

令

則可以簡化為

這是典型的 Mathieu方程，其解十分復雜，所代表的物理意義可由以a,q為坐標的曲線表示。a,q值在穩定區內的離子產生穩定振蕩，順利通過四極場到達檢測器；a,q值在非穩定區的離子因產生不穩定振蕩而被電極中和。對于一臺四極質譜儀，其場半徑r為確定值，ω也選為定值。若以a/q=U/=常數對V進行掃描，可使一組不同質量的離子先后進入穩定區而被檢測。顯然，a/q值越大(掃描成的斜率越大)，在掃描線上穩定區內的質量范圍越窄，儀器的分辨率越高。由此也可看出、四極質量分析器實際上是一個質量過濾器。

四極分析器可以自身串聯，構成串聯質譜儀，還可以與其他質量分析器串接，構成雜化型串聯質譜儀，以綜合利用各種分析器的特點。

四級桿質量分析器

與四極質量分析器有些相似的四極離子阱既可用作普通質譜儀，又因其選擇并儲存離子的功能，可用于氣相離子分子反應研究。四極離子阱由三個特殊電極組成，一般上下兩端是兩個碟狀電極，中間為面包圈狀的環形電極。在碟狀電極上施加直流電壓，向環形電極加射頻電壓；適當的電壓可以形成一個勢能阱，離子可被拘禁其中。當向離子阱中引入氦氣，使其壓力達到一定時，離子的運動受到阻尼。這相當于一種聚焦作用，使儀器的分辨率和靈敏度均大為提高。

四極離子阱可直接在阱中使樣品電離，也可使用外部離子源。前者是在一個碟狀電極上置一微孔，燈絲發射的電子由此進入阱中使樣品分子電離；后者將在離子源中產生的離子注入阱中進行分析。使加在環狀電極上的射頻電壓的幅值逐漸增加，離子將按m/z值增加的順序離開離子阱，到達檢測器。

三、飛行時間質譜

 飛行時間質譜儀結構

飛行時間質譜儀結構示意圖如上，在檢測器前設置了一個電位選擇器網柵，與離子源控制柵極同步運行，使所選擇質量的離子進入檢測器。與入射離子成直角，配制滯阻電極的飛行時間質量分析器分辨率更高，并可消除中性離子和散射離子的影響。

四、傅里葉變換離子回旋共振

傅里葉變換離子回旋共振( FT-ICR)的分析室是一個置于均勻(超導)磁場中的立方空腔。離子沿平行于磁場的方向進入分析室，加在垂直于磁場的捕集電極上的低直流電壓形成一個靜電場將離子拘禁于室中。在磁場的作用下，離子在垂直于磁場的圓形軌道上作回旋運動；回旋頻率(w)僅與磁場強度(B)和離子的質荷比(m/z)有關，即

w=1.537×107× zB/m

式中各量的單位分別是，ω：赫茲(Hz)，B:特斯拉(T)，m:原子質量單位(u)。由于離子的回旋頻率與其速度無關，一組在不同空間位置上m/x值相同而速度不同的離子將以同一頻率運動，離子的速度只影響其軌道半徑。

通過發射電極向離子加一個射頻電場；若射頻電壓的頻率正好與離子回旋的頻率相同，離子將共振吸收能量，使其運動軌道半徑和運動速度逐漸穩步增大，但頻率仍然不變。當一組離子達到同步回旋之后，在接收電極上將產生鏡像電流。兩個接收電極通過一個電阻與地相接；當在其間回旋的離子離開**個電極而接近第二個電極時，外部電路中的電子受正離子的電場吸引而向第二個電極集中。在離子回旋的另半周，外電路的電子向反方向運動。這樣在電阻的兩端形成了一個很小的交變電流，其頻率與離子回旋的頻率相同。因此，根據鏡像電流的頻率*終可以計算出離子的質量。