质量分析器(或称作滤质器)的主要功能是将离子按照其质荷比(m/z)分离，并通过测量其相应质量上同位素相对丰度的大小(即质谱)来实现离子的定性定量分析。质量分析器置于离子聚焦系统和检测器之间，用涡流分子泵保持真空度为133.3×10-6Pa。四极杆ICP-MS应用最早，已经是一种非常成熟的常规痕量分析仪器。目前，绝大多数ICP-MS都使用四极杆质量分析器。
四极杆质量分析器是由四根严格平行并与中心轴等间隔的圆柱形或双曲面柱状金属电极构成的正负两组电极(图9.7)。这些金属电极一般由不锈钢或钼制成，有时镀有一层抗腐蚀的陶瓷膜。长度一般为15～20cm，直径大约1cm，工作频率为2～3MHz。电极上施加直流和射频电压，产生一动态二维四级电场。精确控制四级电压变化，使一定质荷比的离子通过正负电极形成的动态电场到达检测器，对应于电压变化的每一个瞬间，只有一种质荷比的离子能通过。
图9.7 离子运动轨迹和四极杆电压示意图
被分析的离子沿轴向被引进四级杆装置的一端，其速度由它们的能量和质量决定。施加的射频电压使所有离子偏转进入一个振荡路径而通过极棒。若适当地选择射频和直流电压，则只有给定的m/z离子才能获得稳定的路径而通过极棒，从其另一端出射，其他离子将被过分偏转，与极棒碰撞，并在极棒上被中和而丢失。
在正极棒平面中，较轻的离子有被过分偏转并与极棒相撞的倾向，而感兴趣的离子和较重的离子则有稳定的路径，四级杆的作用相当于一个高质量过滤器。在负极棒平面中，较重的离子有优先被丢失的倾向，而感兴趣的离子和较轻的离子则有较稳定的路径，四级杆的作用又相当于一个低质量过滤器。当然，正、负极棒平面在物理上是叠合的。因此，在同一离子束中，这两种过滤作用同时发生。这种高低质量过滤作用的交叉重叠并列产生了这样一个结构，即只允许具有某特定m/z的感兴趣的离子被传输。(图9.8)
图9.8 四极杆的两组极棒间离子分离的平面侧视图
a—正极棒平面；b—负极棒平面
