離子阱由于可以存貯所有從離子源產(chǎn)生進(jìn)入阱中的離子，因此靈敏度很高；另外，離子阱的特有功能是容易產(chǎn)生MSⁿ，對分子的結(jié)構(gòu)解析非常有用；離子阱質(zhì)譜還非常容易用軟件實(shí)現(xiàn)全自動控制，人機(jī)接口非常簡單。三維離子阱質(zhì)譜的分析器由一對環(huán)形電極和兩個(gè)呈雙曲面形的端蓋電極組成（見圖1）。

在環(huán)形電極上加基礎(chǔ)射頻電壓（Fundemental rf）和直流電壓；在端蓋電極上加交流補(bǔ)充電壓。由離子源產(chǎn)生的離子，通過脈沖離子門進(jìn)入離子阱，通過調(diào)節(jié)射頻電壓和直流電壓，離子可以穩(wěn)定地存貯在離子阱中。阱中離子的數(shù)目可通過自動增益控制（AGC）技術(shù)進(jìn)行有效控制。阱中離子數(shù)目太多，會引起空間電荷效應(yīng)，導(dǎo)致電場的扭曲和整體性能的下降。離子阱中一般充入1 mTorr的氦氣，它有兩個(gè)作用，一是碰撞“冷卻”降低初進(jìn)入離子的動能，有效地捕獲注入的離子；二是作為碰撞氣體，從而產(chǎn)生多級MS。一個(gè)離子是否可穩(wěn)定地存貯在阱中，取決于離子的荷質(zhì)比，離子阱的大小（r），fundamental rf的諧振頻率（w），和環(huán)電極上的電壓幅度（V）。離子行為的依賴性被描述為多維參數(shù)q_z

q_z＝4eV/mr²w²    公式

圖2顯示了阱中離子“穩(wěn)定區(qū)域圖”，一個(gè)給定質(zhì)荷比的離子將有一個(gè)q_z值，若落在穩(wěn)定區(qū)的邊界內(nèi)，離子就被穩(wěn)定捕獲。若q_z值落在邊界外，則該離子會撞在電極上湮滅。通過掃描射頻電壓值（即從低到高加射頻電壓值），可以使阱中離子的軌道依次變得不穩(wěn)定，因此可從低m/z到高m/z依次將離子甩出阱外檢測。對于高質(zhì)量數(shù)m/z的離子，用掃描射頻電壓無法使離子軌道不穩(wěn)定，這時(shí)在端蓋電極上加高幅的交流電壓，如果交流電壓頻率與離子振蕩頻率一致，將會產(chǎn)生共振，離子振蕩的振幅隨時(shí)間線性增加，當(dāng)振幅足夠大時(shí)，離子將甩出阱外。結(jié)合這兩種方式還可分離出特定m/z的離子，比如掃描范圍為50～1500 m/z，若想分離出m/z＝500的離子，則先掃描射頻電壓，使50～499 m/z被甩出阱；再依次改變交流電壓頻率，使501～1500 m/z被甩出阱，這樣就分離出m/z＝500的離子。若在端蓋電極上加低幅的交流電壓信號，將使被分離出的離子產(chǎn)生共振激發(fā)，與氦氣碰撞，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)碎片信息。以肽分析為例，這個(gè)過程將引起沿肽骨架的隨機(jī)斷裂，在質(zhì)譜上獲得豐富的氨基酸序列碎片。