质谱仪最重要的应用是分离同位素并测定它们的原子质量及相对丰度。测定原子质量的精度超过化学丈量方法，大约2／3以上的原子的精确质量是用质谱方法测定的。
上世纪80年代的两项电离技术的发明：基质辅助激光解吸附（MALDI）和电喷雾（ESI）技术，促进了质谱仪器的巨大发展，包括新的质量分析器的研发和各种多级的复杂的仪器的设计和组合层出不穷，如混合型四极杆飞行时间质谱（Q-Q-ToF）、串联飞行时间质谱（ToF-ToF）、混合型离子阱傅利叶变换离子回旋共振质谱（IT-FTICR）、轨道回旋共振Orbitrap质谱等。
一、常见质谱仪对比分析
1.飞行时间（ToF）质谱仪
对于飞行时间分析器，分析物的质荷比是根据分析物在真空飞行管中的飞行时间推算出的。飞行时间质谱的质量分析器由调制区、加速区、无场飞行空间和检测器等部分组成。样品分子电离以后，将离子加速并通过一个无场区，不同质量的离子具有不同的能量，通过无场区的飞行时间是非不同，可以依次被收集检测出来。
早期的时间飞行质谱由于受飞行间隔的限制，分辨率很低，近年来采用了一些调节离子飞行间隔的离子光学系统和延迟技术，如各种离子反射透镜等，目前，飞行时间分析器的分辨率和质量精确度有了很大进步，一般的仪器的分辨率均可达到12000左右，质量正确度在经过严格的质量校正程序后可达到PPM级，而检测的离子质量范围达到几十万。
2.离子回旋共振（ICR）质谱仪
傅立叶变换离子回旋共振质谱(FTICRMS)是质谱中十分重要的一类仪器，它是根据离子在磁场中会进行回旋运动的特性设计的。FTICR是一种具有超高分辨率和质量正确度的质谱仪器，其核心部分是由超导磁体组成的强磁场，和置于磁场中的ICR盒组成。FTICR因有超导体存在，必须在液氦的温度和超高真空的真空系统下工作，因此对环境的要求非常高。
Obitrap质谱仪器是目前世界上质量精确度最高的仪器，可以达到亚PPM级，其核心部分是一个具有离子储存功能的C-Trap和质量分析器Obitrap。Obitap分析器由一个纺锤状电极组成。
3.离子阱质谱仪
离子阱质谱仪是一种串联质谱仪，在分析前先将离子聚集储存，离子阱是该仪器的核心部分，既可以作为碰撞室，又可以作为质量分析器。
传统的离子阱（三维离子阱，即3D离子阱）由三个双面电极围成一个离子捕集室（一个环形电极，两个端盖电极），在环形电极射频电压的作用下，离子聚集在捕集室中心运动，在端盖电极上加电压可以选择出不同共振频率的离子进进检测器，也可以选择只有一种离子留在捕集室中，再用高速惰性气体碰撞诱导解离产生子离子，进行串联分析。离子阱可以储存所有从离子源进进阱中的离子，因此灵敏度极高。
4.四极杆（Q）质谱仪
四极杆质谱仪的质量分析器是由四根棒状的电极组成，两对电极中间施加交变射频场，在一定射频电压与射频频率下，只答应一定质量的离子通过四极杆分析器而达到检测器。
四极杆质谱仪的突出优点是仪器结构简单，体积小，没有磁铁作分析器，所以没有磁滞效应，扫描响应速度快。其缺点是分辨率比较低。
5.混合型质谱仪 Q-ToF
是由四极杆质谱和飞行时间质谱组成的串联型质谱仪，因此无论是在MS或MS/MS模式下均具有较高的分辨率和质量精确度。
二、常用质谱仪质量分析器
质量分析器将带电离子根据其质荷比加以分离，用于纪录各种离子的质量数和丰度。质量分析器的两个主要技术参数是所能测定的质荷比的范围（质量范围）和分辨率。
TOF的原理是离子在电场作用下加速飞过飞行管道，根据到达检测器的飞行时间不同而被检测即测定离子的质荷比（M/Z）与离子的飞行时间成正比，检测离子。