質子轉移反應質譜法（英語：Proton-transfer-reaction mass spectrometry，縮寫：PTR-MS），是一種使用氣相水合氫離子作為離子源試劑的分析化學方法。使用質子轉移反應質譜法進行分析的儀器稱為質子轉移反應質譜儀。
1995年，因斯布魯克大學粒子物理研究所的科學家們發明了這一分析方法。PTR-MS多用于環境空氣中的揮發性有機物的實時監測。質子轉移反應質譜儀通常由一個與漂移管直接連接的離子源以及分析系統共同組成（與選擇粒子流動管質譜儀SIFT-MS不同，SIFT-MS并不與濾質器直接連通）。質子轉移反應質譜儀通常使用四極桿質量選擇器或飛行時間質譜儀作為分析系統。商用的PTR-MS通常反應時間為100毫秒，并且可以達到兆分之一的靈敏度。PTR-MS的主要應用領域包括環境研究，食品與風味科學，生物研究，醫學研究等
工作原理:使用H3O+作為離子源的質子轉移過程可以描述如下，其中R指的是待測的痕量組分：
H3O++R→RH++H2O
上述反應受到質子間親和力的限制，僅可以在R的質子親和力比H2O 大的情況下進行，即R的質子親和力需要大于691 KJ/mol。空氣中的主要成分例如氮氣N2，氧氣O2，氬氣Ar和二氧化碳CO2等的質子親和力都要小于691 KJ/mol，因此可以認為H3O+只和其中的揮發性有機物進行反應，而空氣本身則起到緩沖氣體的作用。此外，由于待測物中的痕量組分含量很低，通常可以近似認為反應過程中的H3O+總數是維持不變的。