在连接了前面的离子源、离子传输后，质谱的质量分析器还可以空间或时间的方式进行串联分析（MS/MS或MSn）。此时，第一个质量分析器用于选择与分离母离子（Parent Ion，又称前体离子Precursor Ion），被选择的母离子碎裂后产生子离子（Daughter Ion，又称产物离子Product Ion）及中性碎片。子离子被传送到第二个质量分析器中分析获得MS2。离子阱和FTICR型串联质谱仪还可选择MS2谱图中的某个子离子，将其选择与分离后再次碎裂为MS3，甚至得到更多级的MSn。实际应用中仅靠空间串联一般只能获得MS2，而加入阱类（离子阱、FT-ICR）等时间串联分析器后可以获得MSn。当然多次碎裂后，离子的数目会快速递减，造成信号过低无法检测。本文举几例常见的串联质谱仪，篇幅较长分为上、中、下三篇。
三重四极杆质谱仪
三重四极杆质谱仪（串联四极杆质谱仪）是目前最广泛使用的空间串联质谱仪。最早的设计是采用三组四极杆（Q），但只有Q1和Q3具有质量分析功能，以组合射频和直流电位的方式进行质量选择；Q2用作碰撞室，仅以射频电位方式操作，让不同质量的离子均能通过，并实现离子的聚焦。在许多商品仪器中，Q2已不是四极杆，前面介绍的用于离子传输的Q0也有很多不是四极杆。
三重四极杆质谱仪示意图
Q2碰撞室一般充入氦气或氮气，气体压力约10-3 mbar，和分析物离子发生碰撞，碰撞能量数量级约在百电子伏特内。这种碰撞称为碰撞诱导解离（Collision-Induced Dissociation，CID），有时也称为碰撞活化解离（Collision-Activated Dissociation）。实验中可以选择碰撞能量，一般来说质荷比越大所需碰撞能量越高。所以在三重四极杆质谱做定量工作时，可以针对分析物不同的母离子来优化碰撞能量，找到比较适合的碰撞能量。
三重四极杆质谱仪之所以使用最为广泛，是由于它最适合于定量分析。根据目标物实现定量分析后，一般可以将方法普及为标准，就会有更多人使用。适合定量分析的原因有几点：首先，在所有的质量分析器中，只有磁质谱和四极杆适合于连续流分析，其它都是秒冲式传入离子。四极杆非常“忠实”于液相流入的连续流，没有在非脉冲的时间间隔里丢失离子。其次，四极杆可以精确地选择离子并传送到后面的四极杆或检测器，对于目标物分析来说非常可靠。第三，如果四极杆工作在SIM（选择离子监测）或MRM（多重反应监测）模式时，分析通量/速度非常高，而上述模式正是定量所需要的。第四，在液质联用中，基质比气质联用更为复杂，在Q1选择离子后，可以大幅降低基质背景的干扰，而当Q2也选择离子后，即以MRM方式采集信号时，去除了绝大部分背景，定量的灵敏度非常高。
时间串联质谱仪
串联质谱法可以在某些具有离子储存功能的质量分析器上进行，其离子在不同时间点，可分别进行母离子选择后储存、离子活化（激发、解离）、子离子分离、扫描后排除扽该模式，这类仪器包括离子阱（包括三维离子阱和线性离子阱）、FT-ICR，它们通常可进行MSn。离子阱和FT-ICR的不同在于，FT-ICR采用感应检测、离子不必送出ICR池，因此可以连续检测每一个阶段的子离子；而离子阱需要将离子送出阱检测，因此只能检测一次子离子。即如果要检测MS3，FT-ICR可以连续获得MS、MS2、MS3谱图，离子阱只能获得MS3谱图。
三维离子阱进行串联质谱分析的步骤主要包括预扫描和分析扫描，分析扫描包括：离子注入，选择隔离，活化碰撞碎裂，扫描推出检测。预扫描主要用以计算单位时间的离子流量，来推算离子注入的时间，以避免离子进入过多产生空间电荷效应，预扫描的程序称为自动增益控制（Auto Gain Control，AGC）。
离子阱串联质谱全谱图扫描的时间程序图
在定性鉴定时，我们常希望获得全扫描MS/MS谱图，这时离子阱质谱仪的灵敏度优于三重四极杆质谱仪。比如在各种多组学的应用中，离子阱更多被使用。然而离子阱分析器受限于低质量截止（Low Mass Cut-off，LMCO）效应，碎裂后的低质量碎片离子将无法稳定于离子阱内，使得串联质谱遗失部分结构信息。此外，离子阱中，母离子是被以本征频率相同的射频激发活化而产生碎裂，且解离后的碎片离子已冷却而无法再次碎裂；三重四极杆的碎片离子则可以持续遭遇碰撞活化而再次碎裂。比如，有时有些化合物容易形成脱水峰，即母离子脱水后的碎片为主要子离子，无法获得更进一步的分子结构信息。这时可用宽带激发（WideBand Activation）功能，使能量带宽涵盖母离子及子离子的共振激发频率，使子离子形成后再度被激发活化碎裂，获得丰富的结构信息。
离子阱质谱的宽带激发获得的MS/MS，上图仅看到较强的脱水峰，下图可得到丰富的结构信息
新一代的线性离子阱质谱仪是由两段相同的线性离子阱串联组成，前后两段离子阱的差异在于其在不同的气压环境下操作。离子阱中导入气体（如氦气）可以借由碰撞冷却来提升捕获效率，进而提升分辨率，同时作为碰撞气。在单段式线性离子阱中，各项离子操作及检测在同一空间进行，因此为兼顾各项操作的效率，需选择一个折衷的优化气压（2.0×10-3~3.0×10-3 Torr），在此气压下，离子捕获效率约为60%。两段式串接的线性离子阱中间以一片具有直径2.5mm小孔的隔板电极，分隔前后两端离子阱内部的气压。前端阱为高压阱（约5.0×10-3 Torr），可用于捕获、选择隔离、碰撞裂解离子，好处包括：（1）捕获效率可提升至90%以上，而捕获效率越高，填满离子阱所需时间越短，因此可大幅缩短扫描循环时间。（2）对于碰撞活化来说，在相同的碎裂效率下所需时间可从35毫秒缩短至10毫秒。（3）离子碎裂效率提升，因此可提高MSn的灵敏度。
第二段线性阱是低压阱（3.5×10-4 Torr），进行质量分析（母离子-子离子扫描、共振推出阱）操作，低压环境提供较快的扫描速度及较高的分辨率。在相同分辨率下，两段式线性阱的扫描速度约是单段阱的2倍。除此之外，前后两端可同时进行不同的程序，即后段阱扫描离子时，前段阱在准备下一个循环的离子捕获、激发、碎裂，因此两段式线性阱可大幅缩短扫描循环所需的时间。
两段式二维线性离子阱质谱仪示意图
四极杆-飞行时间质谱仪（Q-TOF MS）
在串联质谱仪中，如果不同种类的质量分析器串联，则称为杂合质谱仪（Hybrid Mass Spectrometer，或复合质谱仪）。四极杆-飞行时间质谱仪（Q-TOF MS）结合了四极杆和TOF的优势，1995年推出第一台商品化仪器后，很快成为受欢迎的杂合质谱仪。
四极杆-飞行时间杂合质谱仪（Q-TOF MS）示意图
Q-TOF质谱仪的Q1和Q2区类似三重四极杆的功能，母离子在Q2碰撞室碎裂后产生的子离子，进入TOF中完成MS/MS的串联分析。商品化的Q-TOF多采用脉冲式正交加速设计。Q-TOF还可弹性搭配MALDI或ESI源。
比较三重四极杆QqQ和Q-TOF质谱仪，在子离子全谱扫描分析时，QqQ的Q3四极杆扫描记录任何一个质荷比的工作周期（Duty Cycle）很低，甚至可低于0.1%，因此灵敏度低；而将Q3改为TOF来记录全谱图，因为离子是同时间记录，Duty Cycle高于QqQ，因此子离子扫描模式下，Q-TOF比QqQ灵敏度高。但当QqQ工作在SRM（选择反应监测）模式下时，对于被选择的质荷比的Duty Cycle可达100%，这时QqQ的灵敏度很高；而对于Q-TOF，即使采用SRM，灵敏度和子离子扫描也没有什么区别。
当然Q-TOF的Duty Cycle很难达到100%，因为一次脉冲推出后，必须等待所有离子抵达检测器后才会施加再一次的脉冲推出离子，相邻两次的脉冲均有时间间隔。大部分正交加速设计的Q-TOF的Duty Cycle约为5%~30%，取决于质荷比、扫描质量范围、仪器硬件参数等。较新的仪器设计，多以设置具有离子堆积功能的装置（Ion Gate）或具有离子储存功能的线性离子阱来提高Duty Cycle。比如，布鲁克的TimsTOF系列采用的离子淌度装置兼有储存离子的功能，SCIEX的ZenoTOF系列也采用了Zeno阱，Waters的SELECT Series，岛津的RF carpet trap均有类似设计。接下来会专门介绍离子淌度技术。
目前，商品化的Q-TOF质谱仪的TOF分辨率大概为20,000~80,000，Waters新推出的MRT系统，TOF利用了多反射的原理，可以达到优于20万的分辨率。
SELECT SERIES MRT质谱示意图，TOF中进行多次反射
接下来请见下篇：液质联用中的质谱：串联质谱（中）
目录：
前言：液质联用（LC-MS）简述
Chapter1、液质联用中的液相色谱
Chapter2、液质联用中的质谱
2.1离子源
2.2离子传输
2.3 质量分析器
2.4串联质谱（Tandem Mass Spectrometry，MS/MS）
2.5 检测器
2.6 真空系统
Chapter3、液质联用中的数据采集和分析
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