20世纪50年代，wolfgang Paul等人发明了四极质量过滤器（quadrupole mass filter)。

这个装置的主体是由四极截面呈现双曲面的电极组成，为了加工方便，这四根电极杆可用圆柱形电极代替，离子的质量分离是在电极形成的四极场中完成的。四极场由加在电极上的直流电压(U和与之相叠加的射频电压(V)产生。在X方向电极上施加U+V电压，而在Y方向上施加一(U+V)电压，而V=VOCOSWT,W为射频频率。电极间的相对距离为2r0，质量为m，电荷为z的离子从Z方向进入四极场，在电场的作用下。

离子运动轨迹可由式的解描述，数学分析表明，在a，q取某些数值时，运动方程有稳定的解，稳定解的图解形式通常用a，q参数的稳定三角形表示。

当离子的a，q值处于稳定三角形内部时，这些离子振幅是有限的，轨迹是稳定的，因而可以通过四极场达到检测器。如离子的a,q值处于稳定三角形之外，其振幅随时问增大，轨迹不稳定，这些离子将与电极碰撞消失。选择适当的a/q值(u／v0)值，使操作线通过稳定区，则操作线切割稳定区产生的A区对应的质量范围的离子，可以沿z方向到达检测器；而这一区域以外的其它离子，以不稳定振荡，与电极撞击而消失。这样保持u/v0值及w不变，而改变u和v0可以实现质量扫描。

这种变化可以是连续的，也可以是跳跃式的。所谓跳跃式扫描是只检测某些质量的离子，故称为选择离子监测(select ion momitoring，SIM)。当样品量很少，而且样品中特征离子已知时，可以采用选择离子监测。这种扫描方式灵敏度高，而且，通过选择适当的离子使干扰组分不被采集，可以消除组分问的干扰。SIM适合于定量分析，但因为这种扫描方式得到的质谱不是全谱，因此不能进行质谱库检索和定性分析。

四极质谱仪是基于离子在交变电磁场中的稳定路径而设计的。与其它质谱仪相比，这种质谱仪的另一个特点是可以在较低的真空度下工作，而且扫描速度较快(一般几十毫秒)，这些均有利于与色谱仪联用。因此，这种仪器应用较广，尤其是色谱一质谱联用系统。

在Paul等首次讨论四极滤质器的同时，也讨论了其三维类似物一离子阱(ion trap，)。此装置由3个电极组成，两个端盖电(end—cap)极，及这两上端盖之间的环电极(ring electrode)。通常端盖电极处在地电位，而环电极上加以射频电压，频率通常在兆赫范围(MHz)，从而产生一四极电场。

环电极和上下两端盖电极都是绕Z轴旋转的双曲面，并满足r20=2Z20(r0为环形电极的最小半径；Z0为两个端盖电极间的最短距离)。直流电压U和射频电压V加在环电极和端盖电极之间，两端盖电极都处于地电位。

与四极杆分析器类似，离子在离子阱内的运动也有类似四极杆分析器的稳定图。在稳定区内的离子，轨道振幅保持一定大小，可以长时间留在阱内，不稳定区的离子振幅很快增长，撞击到电极而消失。对于一定质量的离子，在一定的U和V下，可以处在稳定区。改变U或V的值，离子可能处于非稳定区。如果在引出电极上加负电压，可以将离子从阱内引出，由电子倍增器检测。因此，离子阱的质量扫描方式与四极杆类似，是在恒定的U／V下，扫描V获取质谱。

由于电极载面积为抛物线面难于制造，而且当时及此后一段时期内很少用作质量分析器而未广泛被人们所注意。但是离子阱曾用于贮存离子和研究其在分离状态下的性质，这种工作，在用离子阱捕获处于非常低的温度下的单个离子，从而建立了频率标准时，达到了全盛时期。华盛顿大学的Hans DehmeLt在此项工作中做出了巨大贡献，因而和Paul共享1989年诺贝尔物理奖。

到 20世纪80年代初期，Stafford等开发了“质量选择性轴向不稳定模式”(mass一se1ective axial instability mode)，从而使四极离子阱成为一种质谱仪而商品化。这种选择性离子排斥方法的前提条件是在动量散逸碰撞(monenturn—dissipating colllision)作用下将离子先驱赶至离子阱的中心。为此，可使用少量氦气以达到这一目的。

离子阱的特点是结构小巧，质量轻，灵敏度高，而且还有多级质谱功能。随后，离子阱广泛用于GC—MS和LC—MS，近来，也已用于MALDI—MS和LC—ESI—MS。

四极和离子阱质谱工作的基本理论采用了早在这两种四极装置发明之前100年就已经阐明了的马蒂厄(Mathieu)二次线性微分方程。Mathieu方程用于研究描述伸缩鼓膜稳定和不稳定区域的解。在四极装置中离子的运动轨道可用这些解和稳定及不稳定的概念来讨论。

离子在四极装置中的运动与离子在场区的直线运动及在扇形磁场中的弧形曲线运动差别很大。四极离子阱和四极质谱仪被称作动态仪器，因为离子在这些仪器中的运动轨道受一组与时间相关的作用力的影响，这些轨道与扇形场仪器相比较，在数学上比较难于预期，而扇形仪器称为静态装置，为了传送某一离子，其场强是恒定的。