联用技术将分离方法（色谱法或电泳）与光谱或质谱检测器相结合，在单次分析运行中提供分离能力和结构鉴定。 毛细管电泳 与质谱 (CE-MS) 相结合，将连字符概念扩展到电动分离，为代谢组学、蛋白质组学和药物分析中的带电分析物提供正交选择性。应用最广泛的联用平台是气相色谱-质谱联用仪 (GC-MS) 和液相色谱-质谱联用仪 (LC-MS)，它们共同涵盖了挥发性和极性范围内的大多数有机分析物。

GC-MS 是挥发性和半挥发性有机化合物的首选方法。 GC 流出物通过加热的传输线进入质谱仪。 电子电离 (EI) 在 70 eV 下产生可重复的碎片模式（可在图书馆搜索的光谱）并产生许多化合物的分子离子，尽管分子离子可能很弱或不存在。 化学电离 (CI) 使用反应气（甲烷、氨）产生较软的电离，通常生成碎片最少的 [M+H]⁺ 离子，这有助于分子量测定。质量分析仪包括四极杆（稳健、单位质量分辨率）、离子阱（MSⁿ 功能）和飞行时间 (TOF)（高分辨率、精确质量）。采集模式包括全扫描（非靶向，50-500 m/z 范围）和选择离子监测 (SIM)（靶向，对已知分析物具有更高的灵敏度）。

LC-MS 可处理不适合 GC 的非挥发性、热不稳定和极性化合物。大气压电离接口占主导地位：电喷雾电离 (ESI) 为蛋白质和肽产生多电荷离子 [M+nH]ⁿ⁺，而 大气压化学电离 (APCI) 适用于极性较小、较小的分子。 MALDI（基质辅助激光解吸/电离）通常离线用于高质量生物分子。 ESI 和 APCI 可以在正离子或负离子模式下运行，具体取决于分析物的质子亲和力和酸/碱特性。

串联质谱 (MS/MS) 通过分离前体离子、使其碎裂并分析产物离子，提供了额外的选择性。 产物离子扫描 (MS²) 可识别选定前体的碎片，并用于结构表征。 前体离子扫描可检测产生特定片段的所有前体，可用于特定类别的筛选（例如，所有失去磷酸基团的化合物）。 多反应监测 (MRM) 监测特定的前体→产物转变，并为定量分析提供最高的灵敏度和选择性。 MRM 实验构成了数据依赖性采集 (DDA) 的支柱，其中自动选择调查扫描中最强的离子进行 MS/MS 碎片。

联用技术推动现代分析科学。 代谢组学依靠 LC-MS 和 GC-MS 来全面分析小分子代谢物。 蛋白质组学 使用 LC-MS/MS 进行肽测序和蛋白质鉴定。 法医毒理学 采用 GC-MS 进行药物筛选和确认，而 LC-MS/MS 提供复杂生物基质中痕量水平检测药物、农药和霉菌毒素所需的灵敏度。 环境分析使用这两个平台来监测水、土壤和空气中的持久性有机污染物、农药和新出现的污染物，使其符合监管限制。