质谱仪的来历
19世纪末，物理学家E.Goldstein在一次低压放电实验中发现了正电荷粒子，随后W.Wein观察到带电粒子束会在磁场中发生偏转，也就是物理学中电磁偏转问题的前身，这些观察结果为质谱提供了充足的准备。1912年，世界上第一台质谱仪由英国物理学家约瑟夫· 约翰·汤姆逊研制成功。后来质谱仪被广泛应用于各行各业，由于质谱仪种类非常多，工作原理和应用范围也有很大的不同。目前主要用于进行物质分析，尤其是生物质谱，已经成为现代科学前沿的热点之一。
质谱技术的原理
质谱技术是建立在原子、分子电离以及离子光学理论基础之上的应用技术，通过质谱分析可以获得无机、有机和生物分子的分子量和分子结构，能对多种复杂混合物的各种成分进行定量或者定性分析。
质谱技术其实就是高中物理课本上经典的“带电粒子在磁场中的运动”问题的应用。简单来说，就是把复杂的混合物放在质谱体系中，将其分解为原子、分子，然后将电离注入到电磁场中。由于不同的带电粒子的质量和电荷比例不同，偏转时间也不同，质谱仪可以将这些时间、位置信息转换为光学数据，以质谱图的形式展现出来，复杂混合物的各种组分就得以被直观地观察到。
气体原子和分子受阴极射线电子的激烈撞击后，会形成阳离子，几乎所有原子，甚至包括惰性气体，都可以利用低压放电方式变为气态阳离子，这些阳离子组成了阳射线。具有特定运动初速度的阳离子射线经两个狭缝进入电场中，不同速度的阳离子在电场中的偏转程度不同，速度小的偏转程度大，反之，速度大的偏转程度小;阳离子射出电场进入磁场后也会发生偏转，所以偏转程度由运动的阳离子的质量和电荷比共同决定，即质荷比。质荷比相同的阳离子聚集在照相底片上形成一条短直线影像，不同质荷比阳离子在底片的不同位置留下短直线影像，类似光谱线。又因为这些影像与它们的质量有关，所以被称为质谱，这种检测仪器就叫质谱仪。
质谱仪的用途
随着质谱技术的不断发展，如今功能更加强大的质谱仪已经是涉及数学、电子、光学、化学、纳米、物理、环境等十几门学科的综合仪器。
质谱仪之所以能在“蓝天保卫战”中大显身手，主要是它被用作环境监测领域的在线单颗粒气溶胶质谱仪，能够在几秒内测量出空气中的几百种污染物，几小时便可获得某监测点PM2.5中的汽车尾气占比。如果将这种质谱仪放在一辆车上进行巡航，就能快速绘制出城市污染情况的“地图”。
质谱仪的使用，为人类生活带来了积极的影响，并且随着该领域的不断发展进步，在不久的将来，质谱仪一定会进一步走入人们的视野，为人类做贡献。
本文由中国科学院物理研究所副研究员 罗会仟进行科学性把关。
