质谱技术，这项近100年前诞生的科学工具，如今已经渗透到各个领域，成为了科学研究中的不可或缺的工具。它在众多重大科学突破中发挥着关键作用，包括同位素的发现、原子质量的精确测定、元素的表征以及分子结构的解析。尽管在20世纪的许多领域中贡献卓越，质谱技术在受过教育的大众中却鲜为人知。

  质谱仪，这个看似复杂的工具，在研究太阳系天文学中扮演着重要角色。它们也在国际核设施的监测中起到关键作用，同时在研究表面现象方面也发挥着越来越重要的作用。在商业领域，质谱技术在石油、化工和制药等行业中长期以来一直发挥着关键作用，同时也在食品加工和电子工业等领域得到了应用。质谱技术也在毒理学、药物滥用诊断、污染监测以及生物和生物医学领域得到了越来越广泛的应用。

质谱仪通常被定义为通过产生质谱过程来分析物质的设备。自从诞生以来，质谱仪的设计种类不断增多，其中一种创新被称为飞行时间质谱法（Time-of-Flight Mass Spectrometry，TOFMS）。这种技术通过将离子加速到探测器，然后测量离子从离子源到达探测器所需的时间来确定物质的分子量。质荷比越大，离子在加速过程中速度越慢，从而可以更精确地测量质量。

  第一台质谱仪最初被称为拋物线光谱仪，是在1912年由著名科学家J.J.汤姆森构建的。他以在1897年发现电子而闻名，而通过质谱仪，他揭示了非放射性同位素存在的第一个证据。汤姆森的仪器基于对卡纳尔射线的研究，这是从阴极射线管中的残余气体形成的正离子流，最初发现是从阴极板上切割的通道中发射出来的。局部磁场和静电场根据离子的质量将其偏转，从而在照相底片上留下分散的轨迹。

汤姆森的学生弗朗西斯·阿斯顿设计了一台质谱仪，其中离子按照质量分散并聚焦于速度，这使得分辨率相比汤姆森的设备提高了一个数量级。随后，其他有益的创新不断涌现，但将TOFMS（Time-of-Flight Mass Spectrometry）作为分析工具的创新还需要数十年时间。这个概念首次在1946年的美国物理学会四月会议上被宾夕法尼亚大学的威廉·斯蒂芬斯提出。

第一台飞行时间质谱仪于1940年代末被设计和制造出来，底特律的Bendix公司成为首家商业化这类设备的公司。两位科学家，威廉·威利和I.H.麦克拉伦，设计了一种时间滞后聚焦方案，通过同时校正离子的初始空间和动能分布来提高质量分辨率。1974年，俄罗斯科学家鲍里斯·马米林的一个发明进一步改进了分辨率，这项发明被称为反射板，它可以校正离子的动能分布效应。

 随着科技的不断发展，人们对更高分辨率的追求也在继续。电喷雾离子化（ESI）和基质辅助激光解吸/电离（MALDI）是最近发展的两种技术。在ESI中，通过在电场中蒸发高度带电的液滴，产生的离子被吸入质谱仪进行分析。而MALDI则是一种激光解吸技术，通过激光将样品分子从含有高度紫外吸收物质的基质中解吸出来。

这些创新让飞行时间质谱法和其他形式的低成本质谱分析逐渐成为复杂生物医学分析中越来越有用的工具。这使得数百名无法获得复杂磁扇区仪器的研究人员也能够享受到这项技术带来的好处。当前的应用包括肽和蛋白质的测序和分析、DNA测序以及完整病毒的分析，为科学研究提供了更高的灵敏度、特异性和速度，同时成本更加可控。

结语

质谱技术的演进，从其谦逊的起源到如今的科学突破，见证了科技的发展和人类对于了解世界的不懈追求。作为一项既复杂又精密的工具，质谱技术在科研、工业和医学领域中都发挥着不可替代的作用。尽管它的重要性远远超出了普通大众的认知，但正是这项技术的不断创新和发展，为人类带来了更多关于自然界的新知。

资料来源：This Month in Physics History. (2001). April 1946: First Concept of Time-of-Flight Mass Spectrometer. APS News, 10(4). April 2001 (Volume 10, Number 4)：由博主翻译整理，原文链接；