質譜（Mass spectrometry，MS）——樣品在離子源中電離、碎裂，形成不同質荷比(m/z)的離子，不同的質荷比在電場和磁場的作用下，按大小不同具有不同的運動方向，從而分離開，通過收集檢測離子來得到相應的質譜圖。質譜可用于蛋白質的鑒定，蛋白修飾鑒定，蛋白定量和蛋白定位，它是大規模蛋白質組學中較全面，用途較廣泛的工具。
質譜結構
質譜主要包括以下基本結構：1. 進樣系統；2. 離子源；3. 質量分析器；4. 檢測器。將樣品置于進樣系統，隨后進入離子源，樣品電離碎裂而離子化，再通過質量分析器。在質量分析器中，不同質荷比m/z的離子實現時空分離，最終在檢測器中檢測和記錄數據。
圖1 質譜儀器結構
離子化技術
蛋白質和肽是極性，非易失性和熱不穩定的物質，需要電離技術才能將分析物轉移到氣相中而不會發生大量降解。目前，有多種離子化技術已趨于成熟，包括電子轟擊離子化(electron bomb ionization，EI)、化學電離(chemical ionization，CI)、場電離(field ionization，FI)、場解吸(field desorption，FD)、快原子轟擊(fast atom bombandment，FAB)、大氣壓化學離子化(atmospheric pressure chemical ionization，APCI)、基質輔助激光解吸電離（matrix-assisted laser desorption ionization，MALDI）和電噴霧電離（electrosprayionization，ESI）。MALDI和ESI屬于軟電離方式，此類技術為現代臺式MS蛋白質組學鋪平了道路。下面將主要介紹這兩種軟電離方式。
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MALDI
MALDI基質吸收激光能量并將其轉移至酸化的分析物，而快速的激光加熱會導致基質和分析物的[M+H]+解吸電離到氣相中。MALDI電離需要數百次激光照射才能達到可接受的離子檢測信噪比。MALDI產生的離子主要是單電荷。這使得MALDI適用于脈沖分析儀器對高分子量蛋白質的自頂向下分析。缺點是每次重復的重復性低，并且對樣品制備方法的依賴性強。
圖2 基質輔助激光解吸電離
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ESI
與MALDI不同，ESI源從溶液中產生離子。電噴霧電離是由分離管線末端的發射器和分離管末端之間施加的高電壓（2–6 kV）驅動的。樣品形成霧狀的帶電微液滴，然后在加熱氣體的作用下去溶劑化，從而使得樣品離子在此過程中不斷碎裂。ESI技術的一項重要發展包括微米級和納米級ESI，流速降低至每分鐘納升，用以提高方法的靈敏度。納米級ESI能與毛細管反相（RP）色譜柱兼容，具有更高的靈敏度。ESI源通常與連續分析儀器耦合。
圖3 電噴霧電離
質量分析器
利用不同質量的離子在磁場中的運動軌跡不同而將其分離開。雙聚焦是在單聚焦基礎上的優化版本，據有能量聚焦、方向聚焦、分辨率高，但體積大的特點。
由四根棒狀電極形成四極場，當碎片離子的共振頻率與四支電極的頻率相同時，才能通過電極孔隙到達檢測器。通過改變掃描頻率即可使不同質荷比的離子分離開來。該分析器結構簡單、體積小，分析速度快，分辨率較高，可與其他的質量分析器串聯使用。
由一個雙曲面表面的中心圓環電極和上下兩個端電極構成的三維四極場。離子儲存在離子阱里，當改變端電極電壓時，不同質荷比的離子就能在其對應電壓條件下飛出阱到達檢測器，從而將離子分離開。該分析器性價比高，靈敏度高，質量范圍大，也可與其他的質量分析器串聯使用。
核心部分是一個無場的離子漂移管，在加速電壓作用下，不同質荷比的離子在真空室的漂移時間不同，因此依照不同順序到達檢測器。該分析器靈敏度高，掃描速度快，結構簡單，但其分辨率會隨著隨質荷比的增大而降低。也可與其他分析器串聯使用。
由超導磁體組成強磁場和置于磁場中的ICR分析室組成。進入分析室的離子，在快速掃頻電壓下，若離子的回旋頻率與電壓的頻率相同，則會發生共振。離子吸收射頻能量，運動軌道逐漸增大作回旋運動，產生可檢出信號。該分析器超高分辨率和質量準確度，靈敏度高，掃描速度快，可與分析器串聯使用。
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磁分析器（Magnetic Sector)（包括單聚焦和雙聚焦）
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四極桿分析器(Quadrupole, Q)
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離子阱分析器(Ion Trap, IT)
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飛行時間分析器(Time-of-Flight, TOF)
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傅立葉變換離子回旋共振分析器（Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance, FT-ICR)
質譜儀
最常用的儀器可簡單分為兩類：單級質譜計和串聯質譜系統。
單級質譜儀，最有名的是基質輔助激光解吸電離(MALDI)飛行時間(TOF)儀器，在許多項目中使用肽質譜技術進行大規模的蛋白質鑒定。該方法對于基因組較小且完整測序的物種中蛋白質的鑒定特別成功。
串聯MS儀器，例如三重四極桿，離子阱和混合四極桿飛行時間（Q-TOF）等，通常用于LC-MS / MS或電噴霧電離（ESI）的納米噴霧實驗中，適用于通過序列數據庫搜索進行蛋白質鑒定的肽片段離子光譜。
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