Для того, чтобы масс-спектрометр показал хоть какие-то данные, необходимо, чтобы траектория ионов определялась только их отношением массы к заряду и приложенным полем. А значит они за время полёта внутри масс-спектрометра не должны сталкиваться с другими частицами.
Средняя длина свободного пробега молекул при атмосферном давлении порядка 70 нм. Если вы сможете построить масс-спектрометр таких размеров (а лучше раз в 10 меньше), то вакуумирование вам не понадобится.