飞行时间质谱仪是通过离子在一定距离真空无场区内按不同质荷比以不同时间到达检测器，从而建立质谱图的质谱仪。经典线性飞行时间质谱仪包括离子源、飞行管、检测器及记录系统和真空系统。与常规使用的质谱仪相比，它具有结构简单、离子流通率高和质量范围不受限制等优点。只是在20世纪40年代，受仪器设计和电子技术的限制其分辨率只在100左右，50年代Wiley和Malarin设计了空间聚焦和延时聚焦(timelagfocus)离子源，分辨率提高至几百。70年代Mamyfin和Karataev设计了离子反射镜，进一步解决了离子能量分散问题，使飞行时间质谱仪进入高分辨仪器的行列。由于90年代电子技术的发展和延时聚焦技术的进一步运用，商售激光飞行时间质谱仪已达万以上的分辨率，应用范围也越益广泛。80年代末Kams和Hillenkamp发现了基体辅助激光解吸电离质谱法，实现了分析生物大分子的重大突破，使之成为生命科学研究的重要工具。到21世纪各类功能飞行时间质谱仪已相继问世，如电喷雾离子源、辉光放电离子源、气质联用、液质联用和毛细管电泳联用等，从而具备了常规四极或磁式质谱仪的主要功能。飞行时间质谱仪已被看作是一种很有前途的高性能质谱仪器。

　　飞行时间质谱仪的原理是测量离子从离子源到达检测器的时间。这个过程包括在离子源中产生离子束，然后加速并测量它们从离子源至检测器的时间。其间有一漂移管，通常长约2m，如图所示。所有离子在加速区接受相同的动能，但是它们的质量不同，因而速度有差异，通过漂移管到达检测器的时间(TOF)也就不同。因此有：

　　可见，较轻的离子具较高的速度，而较重的离子速度较慢。如果离子源至检测器的距离离L，则

　　显然，离子的m/z值克由其到达检测器的时间所确定。
　　飞行时间质谱仪的扫描速度快，记录一张质谱所需的时间以微秒计。这种仪器的质量范围宽，可以测定m/z10000以上的离子。

　　因为ATOFMS可以鉴别组成颗粒物的特殊化合物，因此它可以提供了新视角来考察粒子与周围气体以及其他颗粒物之间的动态化学过程。实时化学组分分析可以消除传统的滤膜或碰撞器气溶胶采样方法的固有问题，比如二次化学反应或者半挥发性化合物的损失。3800-ATOFMS的应用包括：
　　·气溶胶分析研究
　　·大气粒子表征、排放源识别
　　·半导体加工过程
　　·室内空气质量监测
　　·气溶胶－药物释放研究
　　·吸入毒理学研究
　　·药物强化样品分析
　　·化学和生物气溶胶检测
　　·发动机排放测量
　　·粉末生产质量以及过程控制等。

　　飞行时间质谱仪在环境监测中的应用主要包括以下几个方面：
　　颗粒分类：可以分别根据颗粒物质谱特征进行化学组成表征、颗粒物的窄气动力学直径对颗粒物进行分类；也可以同时对颗粒的大小与颗粒化学成分组合进行分类；建立主要化学成分和颗粒粒径之间的对应关系。
　　数浓度变化：分析颗粒物数浓度随时间的变化；可以分别分析在检测范围内，不同颗粒直径范围的数浓度随时间变化。
　　化学成分分析及随时间变化：分析某种化学成分随时间的变化，根据其变化趋势可以准确反映出某一时间内发生的特殊变化；特别重要的是可实现颗粒物巾重金属的实时在线分析，是当前不可替代的方法。
　　源解析：根据颗粒物的分类及时间变化，判断其可能的来源。
　　颗粒物的演变过程及机理研究：根据不同颗粒物随时间的演变趋势，以推断可能的形成机理。