Ở đây, các ion được tách ra dựa trên tỷ lệ khối lượng-điện tích của chúng. Chúng ta biết từ vật lý rằng sự lệch hướng của các hạt (ion) có điện từ quỹ đạo của chúng chỉ có thể theo tỷ lệ khối lượng với điện tích của chúng, vì sự hấp thụ của các hạt tỷ lệ thuận với điện tích trong khi quán tính (kháng thay đổi) tỷ lệ thuận với khối lượng của nó. Hệ thống tách bao gồm bốn thanh kim loại hình trụ, được thiết lập song song và cách ly với nhau; hai thanh đối diện được nạp điện thế giống nhau. Hình 4,2 minh họa sơ đồ bố trí các thanh và nguồn điện của chúng. Điện trường Φ bên trong hệ thống tách được tạo ra bằng cách chồng lên nhau điện áp DC và điện áp AC tần số cao:

r₀ = bán kính của xi lanh có thể được ghi bên trong hệ thống thanh. 

Tác động lên một ion có điện tích đơn di chuyển gần và song song với đường trung tâm bên trong hệ thống tách và vuông góc với chuyển động của nó là các lực:

Việc xử lý toán học các phương trình chuyển động này sử dụng các phương trình vi sai của Mathieu. Đường dẫn ion ổn định và không ổn định đã được chứng minh. Với các đường dẫn ổn định, khoảng cách của các ion từ đường trung tâm của hệ thống tách luôn nhỏ hơn ro (điều kiện đi qua). Với đường dẫn không ổn định, khoảng cách từ trục sẽ tăng lên cho đến khi ion cuối cùng va chạm với bề mặt thanh. Ion sẽ được xả (trung hòa), do đó sẽ không khả dụng cho máy dò (tình trạng chặn). 

Ngay cả khi không giải quyết phương trình vi sai, có thể đạt được giải thích hoàn toàn về hiện tượng học dẫn đến sự hiểu biết về các đặc điểm quan trọng nhất của hệ thống tách tứ cực. 

Nếu chúng ta tưởng tượng rằng chúng ta cắt mở hệ thống tách và quan sát độ lệch của một ion dương, được ion hóa đơn với số nguyên tử M, di chuyển trong hai mặt phẳng, vuông góc với nhau và mỗi mặt phẳng đi qua trung tâm của hai thanh đối diện. Chúng ta tiến hành từng bước một và trước tiên quan sát mặt phẳng xz (Hình 4,5, bên trái) và sau đó là mặt phẳng yz (Hình 4,5, bên phải):

1. Chỉ điện thế DC U tại các thanh:

Mặt phẳng xz (trái): Điện thế dương của +U tại thanh, có tác dụng chống lại ion, giữ ion ở trung tâm; nó đến được bộ thu (→ đường dẫn). 

Mặt phẳng yz (phải): Điện thế âm trên thanh -U, có nghĩa là ngay cả ở độ lệch nhỏ nhất so với trục trung tâm, ion sẽ được kéo về phía thanh gần nhất và trung hòa ở đó; nó không đến được bộ thu (→ chặn). 

2. Chồng lên nhau của độ tuổi điện áp tần số cao V · cos ω t: 

Mặt phẳng xz (trái): Điện thế thanh +U + V · cos ω t. Khi biên độ điện áp xoay chiều V tăng, ion sẽ được kích thích để thực hiện dao động ngang dễ thương với biên độ ngày càng lớn cho đến khi nó tiếp xúc với thanh và được trung hòa. Hệ thống tách vẫn bị chặn đối với các giá trị V rất lớn. 

Mặt phẳng yz (phải): Điện thế thanh -U -V · cos ω t. Một lần nữa, sự chồng chéo tạo ra một lực bổ sung để từ một giá trị nhất định cho V, biên độ của dao động ngang sẽ nhỏ hơn khoảng cách giữa các thanh và ion có thể đi qua bộ thu ở V rất lớn. 

3. Phát xạ ion i ⁺ = i ⁺ (V) cho khối lượng cố định M:

Mặt phẳng xz (trái): Đối với điện áp V < V _1, độ lệch dẫn đến sự leo thang của dao động nhỏ hơn V₁, tức là vẫn ở trong phạm vi "đạt". Trong trường hợp V > V₁1, độ lệch sẽ đủ để leo thang và do đó gây tắc nghẽn. 

Mặt phẳng yz (phải): Đối với các điện áp V < V _1, độ lệch dẫn đến giảm xóc nhỏ hơn V₁, tức là vẫn ở trong phạm vi "khối". Trong trường hợp V > V₁1, độ giảm xóc sẽ đủ để giải quyết dao động, cho phép đi qua. 

4. Luồng ion i+ = i+ (M) cho tỷ lệ cố định U / V:

Ở đây các mối quan hệ chính xác ngược lại với các mối quan hệ cho i ⁺ = i ⁺ (V) vì ảnh hưởng của V đến khối lượng nhẹ lớn hơn so với khối lượng nặng.  

Mặt phẳng xz: Đối với các khối lượng M < M₁1, độ lệch dẫn đến sự leo thang của dao động lớn hơn ở M₁, có nghĩa là các ion sẽ bị chặn. Ở M > M1, độ lệch không còn đủ để leo thang, do đó ion có thể đi qua. 

Mặt phẳng yz: Đối với các khối lượng M < M1, độ lệch dẫn đến giảm xóc lớn hơn ở M₁, nghĩa là ion sẽ đi qua. Ở M > M1, độ giảm không đủ để làm dịu hệ thống và do đó ion bị chặn. 

5. Kết hợp các mặt phẳng xz và yz.

Trong lớp phủ của dòng ion i ⁺ = i ⁺ (M) cho cả hai cặp thanh (U / V được cố định), có ba phạm vi quan trọng: 

Phạm vi I: Không có đường dẫn cho M do hành vi chặn của cặp thanh xz. 

Phạm vi II: Hệ số vượt qua của hệ thống thanh cho khối lượng M được xác định bởi tỷ lệ U/V (các ion khác sẽ không vượt qua). Chúng ta thấy rằng độ thẩm thấu cao (tương ứng với độ nhạy cao) được mua với giá chọn lọc thấp (= độ phân giải, xem Thông số kỹ thuật trong quang phổ khối lượng ). Do đó, điều chỉnh lý tưởng của hệ thống tách đòi hỏi sự thỏa hiệp giữa hai đặc tính này. Để đạt được độ phân giải không đổi, tỷ lệ U/V sẽ không đổi trong toàn bộ phạm vi đo. "Số nguyên tử" M ( xem trang về Ion hóa ) của các ion có thể đi qua hệ thống tách phải đáp ứng điều kiện này:

V = Biên độ tần số cao, 
r_O = bán kính ghi tứ cực 
f = Tần số cao 

Do sự phụ thuộc tuyến tính này, có một phổ khối lượng với li gần thang khối lượng do sự biến đổi đồng thời, tỷ lệ của U và V. 

Phạm vi III: M không thể vượt qua, do đặc tính chặn của cặp thanh yz.  

Sau khi rời khỏi hệ thống tách, các ion sẽ gặp bẫy ion hoặc máy dò, trong trường hợp đơn giản nhất, sẽ ở dạng lồng Faraday (cốc Faraday). Trong mọi trường hợp, các ion tác động lên máy dò sẽ bị trung hòa bởi các electron từ bẫy ion. Hiển thị, sau khi khuếch đại điện, vì chính tín hiệu đo là "dòng phát xạ ion" tương ứng. Để đạt được độ nhạy cao hơn, có thể sử dụng bộ thu số nhân điện tử thứ cấp (SEMP) thay cho cốc Faraday. 

Channeltrons hoặc Channelplates có thể được sử dụng làm SEMP. SEMP là các bộ khuếch đại gần như không có quán tính với độ khuếch đại ban đầu khoảng 10 ⁺⁶; điều này thực sự sẽ giảm trong giai đoạn sử dụng ban đầu nhưng sau đó sẽ gần như không đổi trong một khoảng thời gian dài. Hình 4,6 hiển thị ở bên trái cấu hình cơ bản của bẫy ion Faraday và ở bên phải là một phần thông qua Channeltron. Khi ghi quang phổ, khoảng thời gian quét trên mỗi đường khối t₀ và hằng số thời gian của bộ khuếch đại t phải đáp ứng điều kiện t₀ = 10 τ. Trong các thiết bị hiện đại như TRANSPECTOR, việc lựa chọn không giới hạn khoảng thời gian quét và hằng số thời gian bộ khuếch đại sẽ được giới hạn bởi điều khiển bộ vi xử lý đến các cặp giá trị logic.