CN217588843U - 一种四极杆质量分析器装配装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种四极杆质量分析器装配装置，属于质谱分析领域，多个限位座以及心轴固定于机架，多个限位座环绕心轴并相对心轴对称，每一限位座内安装至少一弹性限位结构，弹性限位结构包括弹性件以及压板，弹性件两端分别与弹性件以及压板抵触，弹性件向压板提供弹力使压板将电极杆抵压在心轴上，调节件安装于限位座，调节件抵触电极杆以调节电极杆的位置；通过上述设计，使四极场场圆精度完全取决于心轴加工精度，减少了尺寸链；降低了装配工艺难度，过程中的电极杆位置调节变得更简单；四极杆的场径比控制变得更精准，电极杆组杆径的公差带被放得更宽，降低了工艺难度，提高了良品率。

Description

一种四极杆质量分析器装配装置

技术领域

本实用新型涉及质谱分析领域，尤其是涉及一种四极杆质量分析器装配装置。

背景技术

四极杆质量分析器是四极杆质谱仪的核心部件，它是一种利用四极场筛选一定离子的质荷比的设备。四极杆质量分析器的机械结构极其简洁，一般仅由陶瓷支座和四根电极杆组成。然而如何将四根电极杆精确地装配在陶瓷支架上并保持尺寸稳定却是一个巨大难题。它的装配精度直接决定了质谱仪器的检测水平。

此外，完美的四极场需要由高精度的双曲面电极产生，但出于加工难度和成本考虑，目前商业四极杆多数采用圆柱电极代替双曲线电极来形成四极场。而圆柱形电极将产生除四极场之外的高极场，如十二极场、二十极场，这些高极场成分也会影响四极杆系统的质量分辨能力。研究结果表明，圆柱形电极的半径r和与之所合围而成的场半径r₀满足r/r₀＝1.128～1.130时，将给出满意的离子传输效率和质量分辨能力，该比值称为场径比。目前商业四极杆多数采用的是陶瓷环通过螺钉固定圆柱电极杆的结构形式，极杆紧贴在陶瓷内壁上，通过研磨陶瓷环内壁上与极杆的接触面控制极杆的装配位置。此种方法由于极杆的杆径已经确定，而陶瓷环在不断的修研中势必很难在保证装配精度的情况下同时保证接触面的内切圆尺寸，陶瓷环的内切圆误差最终将传递到四极杆内切圆尺寸误差，影响了离子传输效率和质量分辨能力。这种修研陶瓷的方法需要不断地测量和手工研磨，对工艺水平要求极高，这也是目前四极杆产量低价格高的原因之一。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种能够精确控制四极杆的装配位置，又能使场径比处于理想范围内的四极杆质量分析器装配装置。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

一种四极杆质量分析器装配装置，包括多个限位座、心轴、多个弹性限位结构以及多个调节件，多个所述限位座以及所述心轴固定于机架，多个所述限位座环绕所述心轴并相对所述心轴对称，每一所述限位座内安装至少一弹性限位结构，所述弹性限位结构包括弹性件以及压板，所述弹性件两端分别与所述弹性件以及所述压板抵触，所述弹性件向所述压板提供弹力使所述压板将电极杆抵压在所述心轴上，所述调节件安装于所述限位座，所述调节件抵触电极杆以调节电极杆的位置。

进一步地，每一所述限位座包括第一侧板、第二侧板以及第三侧板，所述第一侧板、所述第二侧板以及所述第三侧板围成一带开口的收容空间，所述开口朝向所述心轴，电极杆部分位于所述收容空间中并与所述心轴抵触。

进一步地，所述第一侧板与所述第三侧板平行，所述第二侧板两端分别与所述第一侧板以及所述第三侧板连接，所述第二侧板垂直于所述第一侧板，所述第一侧板以及所述第二侧板上分别安装有弹性限位结构，两所述弹性限位结构的压板相互垂直。

进一步地，所述调节件为螺钉，所述螺钉转动安装于所述第三侧板并与电极杆抵触，所述螺钉相对所述第三侧板转动以调节电极杆的位置。

进一步地，所述四极杆质量分析器装配装置还包括抵触板，所述抵触板安装于所述螺钉端部，所述螺钉通过所述抵触板与电极杆抵触。

相比现有技术，本实用新型四极杆质量分析器装配装置具有以下有益效果：

(1)四极杆质量分析器装配装置使四极场场圆精度完全取决于心轴加工精度，减少了尺寸链。并且心轴比电极杆要短，材料选择范围宽泛，加工难度低，达到亚微米级易于实现。

(2)降低了装配工艺难度，过程中的电极杆位置调节变得更简单。传统四极杆在测量完杆间距后还需根据距离数据推断陶瓷环研磨的方向，并且陶瓷环为人工修研，异形曲面的精度极难掌控，工艺难度高。而本专利提出的装配装置，由于每根电极杆紧贴在心轴外表面，其活动的自由度就被减少了，可变参数只有角度。单参数的调节只需一个调节螺钉即可实现，简易且精确。

(3)四极杆的场径比控制变得更精准，电极杆组杆径的公差带被放得更宽，降低了工艺难度，提高了良品率。传统四极杆因为需要不断地测量尺寸并修研陶瓷环直至装配精度达标，过程中容易将陶瓷内径不易控制，导致四极杆外切圆半径R不易控制。极杆的加工需要保证圆柱度，杆径r也不易精确控制。而场圆半径r₀与他们两个参数耦合，r₀＝R-2r，整体使得场径比不好控制。本专利提出的方法可将场圆半径与杆径及四极杆外切圆直径两参数解耦，是一个定值，只取决于心轴的直径。

附图说明

图1为本实用新型四极杆质量分析器装配装置的一过程示意图；

图2为图1的四极杆质量分析器装配装置的位置调节示意图；

图3为图1的四极杆质量分析器装配装置的一粘接过程示意图；

图4为图1的四极杆质量分析器装配装置的另一粘接过程示意图。

图中：10、限位座；11、第一侧板；12、第二侧板；13、第三侧板；20、弹性限位结构；21、弹性件；22、压板；30、调节件；40、抵触板；50、心轴；200、电极杆；300、陶瓷环；400、固定柱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1至图4为四极杆质量分析器装配装置，四极杆质量分析器装配装置包括若干限位座10、若干弹性限位结构20、若干调节件30、若干抵触板40以及心轴50。

限位座10固定于机架。限位座10的数量为四个，心轴50位于四个限位座10中间，四个限位座10关于心轴50对称。具体的，每一限位座10包括第一侧板11、第二侧板12以及第三侧板13。第一侧板11与第三侧板13平行。第二侧板12两端分别与第一侧板11以及第三侧板13连接，第二侧板12与第一侧板11以及第三侧板13垂直。第一侧板11、第二侧板12以及第三侧板13形成U形结构。限位座10设有开口，开口朝向心轴50。四个限位座10十字形分布。

每一弹性限位结构20包括弹性件21以及压板22。弹性件21固定于限位座10的内壁，压板22固定于弹性件21的另一端。具体的，弹性件21为弹簧。每一限位座10的第一侧板11以及第二侧板12上均安装有弹性限位结构20。两弹性限位结构20的弹性件21提供的弹力相互垂直。

调节件30的数量与限位座10的数量相同。具体的，调节件30的数量为四个。每一调节件30安装于限位座10的第三侧板13上。具体的，调节件30为螺钉，螺钉转动安装于第三侧板13，螺钉通过转动，能够调节端部伸入限位座10的距离，即螺钉端部的位置，用于调节电极杆200的位置。

抵触板40安装于调节件30端部，抵触板40随着调节件30端部移动并抵触电极杆200表面。抵触板40能够调节电极杆200的位置并且避免碰伤电极杆200。

心轴50固定于机架，并且四个限位座10关于心轴50对称。

使用四极杆质量分析器装配装置时，心轴50与外界机架固定。首先将四根电极杆200围绕心轴50大体均匀放置，弹性件21与压板22将电极杆200持续压紧在心轴50上，弹性件21与压板22使电极杆200紧靠在抵触板40上，抵触板40位置依靠调节件30控制，4个限位座10固定在机架上，这样依靠4个调节螺钉就能控制4根电极杆200的位置。沿四极杆轴向，通过工具显微镜或图像尺寸测量仪测量各电极杆200的位置，如KEYENCE的LM系列图像尺寸测量仪，位置测量精度能够达到0.7μm，满足四极杆装配需求。可以采用在线的测量并根据结果实时手动进行相应的调节直至电极杆200位于理想的位置，如图2所示。每个电极杆200的精确位置调节完成后，在四极杆两端套入陶瓷环300，可以采用两种方式进行粘接，一种是陶瓷环300内径略大于四极杆外切圆，如图3所示，在电极杆200与陶瓷环300之间的间隙填充上环氧树脂胶。也可以在电极杆200上通过螺纹连接上固定柱400，固定柱400穿过陶瓷环300上的通孔，在陶瓷环300与固定柱400之间的间隙填充上环氧树脂胶，如图4所示。两种方式陶瓷环300都无需精确定位。

相比申请四极杆质量分析器装配装置具有以下有益效果：

(1)四极杆质量分析器装配方法使四极场场圆精度完全取决于心轴50的加工精度，减少了尺寸链。并且心轴50比电极杆200要短，材料选择范围宽泛，加工难度低，达到亚微米级易于实现。

(2)降低了装配工艺难度，过程中的电极杆200位置调节变得更简单。传统四极杆在测量完杆间距后还需根据距离数据推断陶瓷环300研磨的方向，并且陶瓷环300为人工修研，异形曲面的精度极难掌控，工艺难度高。而本专利提出的装配方法，由于每根电极杆200紧贴在心轴50外表面，其活动的自由度就被减少了，可变参数只有角度。单参数的调节只需一个调节螺钉即可实现，简易且精确。

(3)四极杆的场径比控制变得更精准，电极杆200的杆径的公差带被放得更宽，降低了工艺难度，提高了良品率。传统四极杆因为需要不断地测量尺寸并修研陶瓷环300直至装配精度达标，过程中容易使陶瓷环300内径不易控制，导致四极杆外切圆半径R不易控制。极杆的加工需要保证圆柱度，杆径r也不易精确控制。而场圆半径r₀与他们两个参数耦合，r₀＝R-2r，整体使得场径比不好控制。本专利提出的方法可将场圆半径与杆径及四极杆外切圆直径两参数解耦，是一个定值，只取决于心轴50的直径。

为方便作为对比，将采用外切圆或外切正方形控制电极杆200位置的装配方法作为对照组(上文中提到的方法，并且优于目前商业四极杆的装配方法)。以常用的9.4mm杆径为例，外切圆直径应设计为2R＝27.126mm，实际加工杆径公差带为e＝10μm时，场圆半径为r₀＝R-2r±e，为4.153-4.173之间，则场径比r/r₀将会在1.1257-1.1323之间，超出了理想范围。同样杆径公差的情况下，本专利方法设计的心轴50的半径即场圆半径为r₀＝4.163mm，装配的四极杆场径比在1.1284-1.1296之间，在理想范围之内。如上文中提到的，如采用本专利方法，场径比1.128-1.130相对应的实际容许的杆径加工公差带在16μm，极大拓宽了电极杆200杆径的可选范围，提高了电极杆200加工的良品率，节省了成本。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本实用新型实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种四极杆质量分析器装配装置，其特征在于：包括多个限位座、心轴、多个弹性限位结构以及多个调节件，多个所述限位座以及所述心轴固定于机架，多个所述限位座环绕所述心轴并相对所述心轴对称，每一所述限位座内安装至少一弹性限位结构，所述弹性限位结构包括弹性件以及压板，所述弹性件两端分别与所述弹性件以及所述压板抵触，所述弹性件向所述压板提供弹力使所述压板将电极杆抵压在所述心轴上，所述调节件安装于所述限位座，所述调节件抵触电极杆以调节电极杆的位置。

2.根据权利要求1所述的四极杆质量分析器装配装置，其特征在于：每一所述限位座包括第一侧板、第二侧板以及第三侧板，所述第一侧板、所述第二侧板以及所述第三侧板围成一带开口的收容空间，所述开口朝向所述心轴，电极杆部分位于所述收容空间中并与所述心轴抵触。

3.根据权利要求2所述的四极杆质量分析器装配装置，其特征在于：所述第一侧板与所述第三侧板平行，所述第二侧板两端分别与所述第一侧板以及所述第三侧板连接，所述第二侧板垂直于所述第一侧板，所述第一侧板以及所述第二侧板上分别安装有弹性限位结构，两所述弹性限位结构的压板相互垂直。

4.根据权利要求3所述的四极杆质量分析器装配装置，其特征在于：所述调节件为螺钉，所述螺钉转动安装于所述第三侧板并与电极杆抵触，所述螺钉相对所述第三侧板转动以调节电极杆的位置。

5.根据权利要求4所述的四极杆质量分析器装配装置，其特征在于：所述四极杆质量分析器装配装置还包括抵触板，所述抵触板安装于所述螺钉端部，所述螺钉通过所述抵触板与电极杆抵触。

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