四極桿質譜儀自20世紀50年代問世以來，目前已成為最主要的質量分析器之一，其體積小、結構簡單、造價低廉，且性能相對優秀。對于一般用途而言，其價值和性能都具有較為明顯的優勢。早期的四極桿質譜儀最大的限制在于其小的質量范圍，一般在幾百以內，但如今新一代儀器的質量分析范圍已經可以較為普遍地達到3000，甚至更高。
1.基本原理
四極桿質量分析器由四根相互平行并均勻安置的金屬桿構成，金屬桿的截面多為雙曲線，但也可以簡單地制作為圓形或其他形狀。圖1為一種雙曲線截面四極桿質量分析器的示意圖。相對的兩根極桿連接在一起，施加相同的電壓，兩組極桿電壓相反。施加的電壓由直流分量和交流分量疊加而成。從而，形成了一個在電極間對稱于z軸（垂直于x-y平面）的電場分布。離子束進入電場后，在交變電場作用下產生了振蕩，在一定的電場強度和頻率下，只有較窄質荷比范圍的離子能通過電場到達檢測器，其他離子則由于振幅增大而撞到極桿上。
圖1 四極桿質量分析器示意圖
2.三重四極桿
利用三重四極桿，可以實現多級質譜分析。第二個四極桿（現在多數為六極桿或八極桿）并不是用于離子的選擇和掃描的，而是作為一個含有氣體的碰撞池。利用這樣的裝置，就可以實現低能的CID碎裂。這種手段雖然能較為高效地產生碎片離子，但是儀器與儀器之間的重復性并不好。這是由于碰撞氣體的選擇、氣壓、碰撞能量以及其他相關參數都會較為嚴重地影響二級質譜譜圖。得到碎片離子后，離子進入第三個四極桿進行分析。三重四極桿最大的優勢在于能夠對母離子進行掃描并且篩選出其中某一個母離子進行碎裂分析檢測。
圖2 二維四極場的穩定區圖
（I 和Ⅱ代表第一和第二穩定區）
與扇形分析器類似，四極桿分析器非常適用于連續離子源，例如電噴霧離子源（ESI），并不太合適脈沖離子源，例如基質輔助激光解吸電離源（MALDI），但目前仍然有文章報道利用三重四極桿分析器檢測 MALDI離子源產生的樣品。四極桿質譜儀價格相對便宜，體積小，因此經常與液相色譜及氣相色譜聯用。