在单聚焦质量分析器中，离子源产生的离子由于在被加速初始能量不同，即速度不同，即使质荷比相同的离子，最后不能全部聚焦在检测器上，致使仪器分辨率不高。为了提高分辨率，通常采用双聚焦质量分析器，即在磁分析器之前加一个静电分析器。静电分析器是将质量相同而速度不同的离子分离聚焦，即具有速度分离聚焦的作用。然后，经过狭缝进入磁分析器，再进行m/z方向聚焦。这种同时实现速度和方向双聚焦的分析器，称为双聚焦分析器。其原理如下。

在离子源的出口处设置一个加速电极，带正电荷的离子受到高压电场V（通常6000-8000V）加速进入电分析器，负离子则被排斥电位吸引而在后墙上消失，中性分子和自由基不被加速，由真空泵抽走，在质谱图中没有反应。因此，一般所谓质谱都是指形成的正离子质谱。

由高压电场V加速后的各种正离子在电场中的位能等于它完成加速后所具有的动能：

zV＝1/2mv2 (1)

式中z——正离子的电荷；

V——正离子的加速电压；

m——正离子的质量；

v——正离子运动的速度。

因为动能达数千电子伏特，故可以认为，这时各种带单位正电荷的离子都有近似相同的动能。加速后的正离子进入一个正电场E（电分析器），这时带电离子受电场作用发生偏转，偏转产生的离心力（mvZ/R）与静电力平衡，稳态时有：

zE＝mv2/R=2/R·1/2mymv2 (2)

式中R——离子在电分析器中作弧形运动的曲率半径。

在电分析器的后部出口有一个狭缝，通过狭缝的离子（R和E相同）将有非常相近的动能。可见，电分析器的功能是滤除由于初始条件有微小差别而导致的动能差别，挑出一束由不同的二和v组成的、具有几乎完全相同动能的离子。

将这束动能相同的离子送人磁分析器，使它受劳伦茨力的作用而发生偏转，不再按直线前进，而是沿着磁分析器的弧形轨道作弧形运动。此时由动能产生的离心力（mv2/R）和由磁场产生的向心力（Hzv）在稳态时是相等的：

Hzv=mv2/R (3)

式中H——磁场强度。

由式(3)可得v=HzR/m，，代人式（1)得：

m/v=H2R2/2V或R=√2V/H2·m/z (4)

m/z为质荷比。对于带单位正电荷的离子，z=1，这时质荷比就是质量数。

式（1)为磁质谱计的基本方程。它说明了离子在磁场中运动轨迹的曲率半径R是受V、H和m/z三种因素决定的。在仪器设计中，R是固定不变的，所以改变V或改变H可以只允许具有一种m/z值的离子通过收集器狭缝进入检测系统，而其他m/z值的离子则撞击在管道内壁上，并最后被真空泵抽出仪器。这样，我们只要连续改变H（磁场扫描）或连续改变V（电压扫描）就能够使m/z不同的正离子按M/Z值的大小顺序先后通过收集器狭缝，然后打到离子收集器片上，每一离子要从收集器片上得到一个电子以中和离子所带的正电荷，这样就在离子收集器线路上产生一电流，将此电流放大并记录下来，即可得到质谱。每通过收集器狭缝一种离子，在质谱上就出现一个峰，峰的高度取决于该种离子的数量。