Kvantitativna masena spektrometrija je metoda određivanja i molekularne mase spoja i od onoga što je napravljen. Masena spektrometrija djeluje tako da se uzorak izlaže ekstremnim uvjetima topline i električne energije, uzrokujući da se razbije na nabijene molekularne fragmente. Analizira se sastav i brojnost tih fragmenata kako bi se otkrila masa i sastav.
Postoji mnogo vrsta kvantitativne masene spektrometrije, ali svaka metoda koristi isti skup procesa. Uzorak se prvo zagrijava da nastane para, a zatim se ionizira i ubrzava pomoću električnog polja. Svaki od iona ima jedan pozitivan naboj, a te nabijene čestice se odbijaju prolaskom kroz magnetsko polje. Lakši ioni se više odbijaju pod magnetskim poljem od težih iona, tako da variranje jačine polja kanališe ione različite mase u uređaj za detekciju.
Analiza metana, najjednostavnijeg ugljikovodika — ili spoja sastavljenog od vodika (H) i ugljika (C) — otkriva prisutnost fragmenata koji imaju atomsku masu od 1, 12, 13, 14, 15 i 16 jedinica atomske mase (amu ). Metan ima formulu CH4, a analiza uzorka metana otkriva prisutnost H+, C+, CH+, CH2+, CH3+ i CH4+. Mjeri se i brojnost ovih fragmenata, a najveća je na 16 amu, što odgovara masi nefragmentiranog iona. To je zato što je potrebna ekstremna količina energije za uklanjanje vodika iz središnjeg ugljika, što znači da će najzastupljeniji ion biti energetski najpovoljniji.
U spektru mase za metan postoji vrlo mala količina fragmenta težine 17 amu. Ovo očitanje je zbog prisutnosti izotopa ugljika ili vodika. Izotopi su elementi koji imaju ista kemijska svojstva, ali različite atomske težine jer imaju različit broj neutrona u svojim jezgrama. Jezgra ugljika-12 sadrži šest neutrona i šest protona, ali mnogo rjeđi izotop ugljik-13 sadrži sedam protona. Slično tome, mala količina prisutnog vodika bit će vodik-2, također nazvan deuterij, koji ima jezgru od jednog protona i jednog neutrona.
Osim analize sastava organskih spojeva i relativne količine izotopa u uzorku, kvantitativna masena spektrometrija također se koristi za razjašnjavanje sastava bioloških molekula kao što su proteini. Proteini se sastoje od lanca ili slijeda aminokiselina, a masena spektrometrija se može koristiti za određivanje slijeda u kojem se ti ostaci aminokiselina pojavljuju. Molekularna masa proteina također se može pronaći pomoću kvantitativne masene spektrometrije.