Hier worden de ionen gescheiden op basis van hun massa-ladingsverhouding. Uit de natuurkunde weten we dat de afbuiging van elektrisch geladen deeltjes (ionen) van hun traject alleen mogelijk is in overeenstemming met hun verhouding van massa tot lading, aangezien de aantrekking van de deeltjes evenredig is aan de lading, terwijl de traagheid (die weerstand biedt tegen verandering) evenredig is aan de massa. Het scheidingssysteem bestaat uit vier parallel geplaatste en van elkaar geïsoleerde cilindrische metalen staven; de twee tegenover elkaar liggende staven zijn met identiek potentiaal geladen. Afb. 4,2 toont schematisch de opstelling van de staven en hun voeding. Het elektrische veld Φ in het scheidingssysteem wordt gegenereerd door de overlapping van een gelijkspanning en een hoogfrequente wisselspanning:

r₀ = radius van de cilinder die in het stangenstelsel kan worden ingeschreven. 

Het uitoefenen van een effect op een enkel geladen ion dat zich dicht bij en parallel aan de middellijn in het scheidingssysteem en loodrecht op zijn beweging beweegt, zijn de krachten:

Voor de wiskundige verwerking van deze bewegingsvergelijkingen worden de differentiële vergelijkingen van Mathieu gebruikt. Het is aangetoond dat er stabiele en instabiele ionenpaden zijn. Bij stabiele paden blijft de afstand van de ionen tot de middellijn van het scheidingssysteem altijd kleiner dan ro (doorgangstoestand). Bij instabiele paden zal de afstand van de as toenemen totdat het ion uiteindelijk in botsing komt met een staafoppervlak. Het ion wordt ontladen (geneutraliseerd) en is dus niet meer beschikbaar voor de detector (blokkeringstoestand). 

Zelfs zonder de differentiële vergelijking op te lossen, is het mogelijk om tot een zuiver fenomenologische verklaring te komen die leidt tot een inzicht in de belangrijkste kenmerken van het quadrupolaire scheidingssysteem. 

Als we ons voorstellen dat we het scheidingssysteem opensnijden en de doorbuiging observeren van een enkelvoudig geïoniseerd, positief ion met atoomnummer M, dat zich in twee vlakken beweegt, die loodrecht op elkaar staan en elk door de middens van twee tegenover elkaar liggende staven gaan. We gaan stap voor stap verder en observeren eerst het xz-vlak (Fig. 4,5, links) en vervolgens het yz-vlak (Fig.4,5, rechts):

1. Alleen DC-potentiaal U op de staven:

xz-vlak (links): Positief potentiaal van +U aan de staaf, met een afstotend effect op het ion, waardoor het gecentreerd blijft; het bereikt de collector (→ doorgang). 

yz-vlak (rechts): negatief potentiaal op de staaf -U, d.w.z. dat zelfs bij de kleinste afwijkingen van de middenas het ion naar de dichtstbijzijnde staaf wordt getrokken en daar wordt geneutraliseerd; het bereikt de collector niet (→ blokkerend). 

2. Overlapping hoogfrequente spanning leeftijd V · cos ⋅ t: 

xz-vlak (links): staafpotentiaal +U + V · cos ⋅ t. Bij toenemende AC-spanningsamplitude V wordt het ion bekrachtigd om schattige dwarse oscillaties met steeds grotere amplitudes uit te voeren totdat het contact maakt met een staaf en wordt geneutraliseerd. Scheidingssysteem blijft bij zeer grote waarden van V geblokkeerd. 

yz-vlak (rechts): staafpotentiaal -U -V · cos ⋅ t. Ook hier induceert overlapping een extra kracht zodat vanaf een bepaalde waarde voor V de amplitude van de dwarse oscillaties kleiner zal zijn dan de vrije ruimte tussen de staven en het ion bij een zeer grote V naar de collector kan passeren. 

3. Ionemissie i ⁺ = i ⁺ (V) voor een vaste massa van M:

xz-vlak (links): bij spanningen van V < V₁ is de doorbuiging, die tot een escalatie van de trillingen leidt, kleiner dan V₁, d.w.z. nog steeds in het 'pass'-bereik. Waar V > V₁1 is de doorbuiging voldoende om escalatie en dus blokkering te voorkomen. 

yz-vlak (rechts): Bij spanningen van V < V₁ is de doorbuiging die tot de demping van de trillingen leidt kleiner dan V₁, d.w.z. nog in het 'blok'-bereik. Bij V > V₁1 is de demping voldoende om de trillingen te vereffenen, waardoor doorgang mogelijk is. 

4. Ionenstroom i+ = i+ (M) bij een vaste verhouding van U / V:

Hier zijn de relaties precies tegenovergesteld aan die van i ⁺ = i ⁺ (V) Want de invloed van V op lichte massa's is groter dan op zware massa's.  

xz -vlak: Voor massa's van M < M₁1 is de doorbuiging die leidt tot escalatie van de oscillaties groter dan bij M₁, wat betekent dat de ionen worden geblokkeerd. Bij M > M1 is de doorbuiging niet meer voldoende voor escalatie, zodat het ion kan passeren. 

yz-vlak: voor massa's van M < M1 is de doorbuiging die resulteert in de demping van de trillingen groter dan bij M₁, wat betekent dat het ion zal passeren. Bij M > M1 is de demping niet voldoende om het systeem te kalmeren, waardoor het ion wordt geblokkeerd. 

5. Combinatie van xz- en yz-vlakken.

In de overlapping van de ionenstromen i ⁺ = i ⁺ (M) voor beide staafparen (U / V wordt vastgezet) zijn er drie belangrijke bereiken: 

Bereik I: geen doorgang voor M vanwege het blokkeergedrag van het xz-stangenpaar. 

Bereik II: de doorlaatfactor van de staafsystemen voor massa M wordt bepaald door de U/V-verhouding (andere ionen zullen niet doorlaten). We zien dat een hoge permeabiliteit (correspondeert met een hoge gevoeligheid) wordt gekocht tegen de prijs van een lage selectiviteit (= resolutie, zie Specificaties in massaspectrometrie). Een ideale afstelling van het scheidingssysteem vereist dus een compromis tussen deze twee eigenschappen. Om een constante resolutie te bereiken, blijft de U/V-verhouding constant over het gehele meetbereik. Het 'atomisch getal' M ( zie pagina over ionisatie ) van de ionen die door het scheidingssysteem kunnen passeren, moet aan deze voorwaarde voldoen:

V = Hoogfrequente amplitude, 
r_O = opgeschreven straal quadrupole 
f = hoogfrequent 

Als gevolg van deze lineaire afhankelijkheid ontstaat een massaspectrum met li dicht bij de massaschaal door gelijktijdige, proportionele wijziging van U en V. 

Bereik III: M kan niet passeren, vanwege de blokkerende eigenschappen van het yz-staafpaar.  

Zodra ze het scheidingssysteem hebben verlaten, ontmoeten de ionen de ionenvanger of detector, die in het eenvoudigste geval de vorm heeft van een Faraday-kooi (Faraday-beker). In ieder geval worden de ionen die op de detector inwerken, geneutraliseerd door elektronen uit de ionenval. Weergegeven na elektrische versterking, aangezien het meetsignaal zelf de overeenkomstige 'ionenemissiestroom' is. Voor een grotere gevoeligheid kan een secundaire elektronenvermenigvuldiger (SEMP) worden gebruikt in plaats van de Faraday-cup. 

Channeltrons of Channelplates kunnen als SEMP's worden gebruikt. SEMP's zijn nagenoeg traagheidsvrije versterkers met een versterking van ongeveer 10 ⁺⁶ in het begin; deze zal inderdaad afnemen tijdens de eerste gebruiksfase, maar zal dan na verloop van tijd nagenoeg constant worden. Afb. 4,6 toont links de basisconfiguratie van een Faraday-ionenval en rechts een doorsnede door een Channeltron. Bij het registreren van spectra moeten de scanperiode per massalijn t₀ en de tijdconstanten van de versterker t voldoen aan de voorwaarde dat t₀ = 10 τ. In moderne apparaten zoals de TRANSPECTOR wordt de anders onbeperkte selectie van de scanperiode en de versterkertijdconstanten beperkt door microprocessorbesturing tot logische waardeparen.