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質譜儀以離子源、質量剖析器和離子檢測器為中心。離子源是使試樣分子在高真空條件下離子化的設備。電離后的分子因接受了過多的能量會進一步碎裂成較小質量的多種碎片離子和中性粒子。它們在加快電場效果下獲取具有相同能量的均勻動能而進入質量剖析器。質量剖析器是將一起進入其間的不同質量的離子，按質荷比m/e巨細別離的設備。別離后的離子依次進入離子檢測器，收集擴大離子信號，經計算機處理，繪制成質譜圖。離子源、質量剖析器和離子檢測器都各有多種類型。質譜儀按應用范圍分為同位素質譜儀、無機質譜儀和有機質譜儀；按分辯本領分為高分辯、中分辯和低分辯質譜儀；按工作原理分為靜態儀器和動態儀器。
質譜儀最重要的應用是別離同位素并測定它們的原子質量及相對豐度。測定原子質量的精度超越化學丈量辦法，大約2/3以上的原子的準確質量是用質譜辦法測定的。因為質量和能量的當量關系，由此可得到有關核結構與核結合能的常識。關于可通過礦石中提取的放射性衰變產物元素的剖析丈量，可斷定礦石的地質年代。質譜辦法還可用于有機化學剖析，特別是微量雜質剖析，丈量分子的分子量，為斷定化合物的分子式和分子結構供給牢靠的根據。因為化合物有著像指紋相同的獨特質譜，質譜儀在工業生產中也得到廣泛應用。
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