当时仅有磁场能够使离子旋转而达到囚禁离子的目的;但是磁场的体积大、能耗高,所以科学家们开始另寻出路。其中一种方法便是利用电场。带电粒子对静电场有确切已知的效应,即库仑定律,但无论吸引或是排斥离子都不能囚禁在特定区域内;能够建立自囚禁的最简单模型便是典型的弹簧恢复力,f = - k x,静电场的库仑力由于无法改变方向显然无法做到;而且通过将弹簧力的模型按照库仑力积分,我们可以得到电场的分布: U = k2 x2,这种电场显然在一维直线上也是达不到的,因为它不符合电场的Laplace分布(有源场)。但是为了能够实现上述弹簧恢复力的模型,我们可以在二维平面上部分达到f = -k x的模型并且符合静电场的性质——这样二维积分的结果便是静电四极场:U = k3 (y2-x2)——它至少在x方向满足了我们的模型。
但是y方向怎么办?离子在这个方向是f = k y—— 它会发散掉的。简单的想法是我们在离子还没有发散出去或撞到电极时改变k的符号,这样x方向会变为发散而y方向就满足弹簧的模型了。只要我们能搞像杂耍一样及时改变电场的方向,离子就会在x方向时而发散时而聚拢,而同时离子在y方向刚好相反,时而聚拢时而发散。请记住我们的目的——囚禁离子,只要我们能够把离子束缚在一定的区域内就可以了;而上述方法似乎已经看起来满足了我们的要求。
当我们有了好的想法之后,我们会通过建立严密的数学模型来精确计算我们的想法是否正确。通过建模我们发现不同质荷比的离子所需的变换频率、电压强度等参数是不一样的,这便是四极场后来用于分离、过滤不同质荷比离子的理论基础。后面我们会详细讲述这个理论,总体恶言,高频大强度的交变电压能够更好的囚禁离子,除非离子在一个周期之内已经跑到不知哪里去了(这便是 Lower mass cut-off,LCMO,离子肼的缺点就在这个参数上)