專利名稱：一種四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于質(zhì)量分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法。
背景技術(shù)：
質(zhì)譜儀在物質(zhì)分析及成分鑒定中具有很高的靈敏度和分辨率，其基本工作原理是首先把被檢測的物質(zhì)電離成離子，通過電場或磁場將離子按質(zhì)荷比(m/z)的大小進(jìn)行分離，然后通過離子檢測器檢測這些被分離的離子，從而得到質(zhì)譜圖。通過對質(zhì)譜圖的分析，即可獲得被檢測物質(zhì)的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)以及含量等信息。在質(zhì)譜儀中，將物質(zhì)電離的部件被稱為離子源，對離子進(jìn)行質(zhì)量分析的部件被稱為質(zhì)量分析器。離子源和離子質(zhì)量分析 器是組成質(zhì)譜儀的兩個關(guān)鍵部件。由于質(zhì)譜儀具有高靈敏度和高分辨率等特點(diǎn)，它已經(jīng)成為當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣泛的分析器之一，在環(huán)境檢測、食品安全、運(yùn)動員違禁藥物檢測、制藥、疾病診治、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)等熱點(diǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。不僅如此，質(zhì)譜儀的發(fā)展對一些基礎(chǔ)科學(xué)研究以及涉及國家安全的領(lǐng)域(如國防、航天、生物以及化學(xué)武器的檢測與維護(hù)等)具有重要的意義。目前，質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展已相當(dāng)成熟，各種新型的質(zhì)譜儀器不斷涌現(xiàn)。所有的質(zhì)譜儀的基本原理或者說要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)都是相同的，那就是實(shí)現(xiàn)中性物質(zhì)的電離，然后把離子按其質(zhì)荷比大小進(jìn)行分離。然而，不同種類的質(zhì)譜儀使用不同的質(zhì)量分析器，這些質(zhì)量分析器實(shí)現(xiàn)離子質(zhì)荷比分離的方式也不相同。按照質(zhì)量分析器的不同把質(zhì)譜儀主要分為以下幾種磁質(zhì)譜儀(使用磁質(zhì)量分析器，magnetic sector)、飛行時間質(zhì)譜儀(使用飛行時間質(zhì)量分析器，T0F)、四極桿質(zhì)譜儀(使用四極桿質(zhì)量分析器，QMF)、離子阱質(zhì)譜儀(使用離子阱質(zhì)量分析器，Ion trap)、傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀(使用傅里葉變換質(zhì)量分析器，F(xiàn)T-ICR)、軌道離子阱質(zhì)譜儀(使用軌道離子阱質(zhì)量分析器，Orbitrap)等。不同種類的質(zhì)譜儀具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。四極桿質(zhì)譜儀是目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的小型質(zhì)譜儀之一。在氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)和液相色譜-質(zhì)譜(LC/MS)聯(lián)用儀中，四極桿是最常用的質(zhì)量分析器之一。四極桿質(zhì)譜儀屬于動態(tài)質(zhì)譜，由于僅利用純電場工作，無需涉及磁場，重量較輕；僅要求離子入射能量小于某一上限，不要求入射離子實(shí)現(xiàn)能量聚焦，從而可引入結(jié)構(gòu)簡單、高靈敏度的離子源，并且適用于具有一定能量分散的離子，如二次離子；掃描速度快，可通過調(diào)節(jié)電參量實(shí)現(xiàn)儀器靈敏度和分辨本領(lǐng)的調(diào)整，同一臺儀器可滿足不同的分析要求。這些優(yōu)點(diǎn)使得四極桿從誕生開始就備受關(guān)注，并得到了迅速發(fā)展。目前四極桿質(zhì)譜技術(shù)已相當(dāng)成熟，四級桿質(zhì)譜儀作為一種結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、價格低廉的質(zhì)譜儀器，在物理學(xué)、分析化學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用。四極桿質(zhì)譜儀中使用的四極桿質(zhì)量分析器由兩對平行的圓柱形電極組成。離子束在與圓柱形電極平行的軸上聚焦，一個直流電壓(DC)和一個射頻電壓(RF)作用在兩對電極上，加載在兩對電極上的電壓信號幅度相同但相位相差180°。對于給定的直流和射頻電壓，只有特定質(zhì)荷比的離子才能在軸向方向穩(wěn)定運(yùn)動地通過，其他質(zhì)荷比的離子則與電極碰撞湮滅。將DC和RF以固定的斜率掃描，可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描功能。四極桿質(zhì)量分析器具有相對簡單的結(jié)構(gòu)，掃描速度較快，但是它的質(zhì)量分辨率和質(zhì)量范圍不高，而且四極桿的電極對精度的要求很高，因此加工和裝配難度大。四極桿裝置是四極桿質(zhì)量分析器質(zhì)譜儀所必備的核心部件，它的加工及組裝精度決定了整個儀器的檢測水平，而四極桿質(zhì)量分析器的組裝件的精度又是四極桿裝置精度的關(guān)鍵所在。四極桿質(zhì)量分析器組裝件的精度直接決定了整個儀器的質(zhì)量分辨以及儀器靈敏度等性能指標(biāo)。目前，四極桿質(zhì)量分析器裝置主要是通過四個具有精確定位的圓柱形定位面來定位四極桿的位置，然后用螺栓進(jìn)行安裝固定。整個裝置裝配調(diào)整的難度大，一次加工合格率低，對固定四極桿的絕緣材料的加工精度要求也非常高(需要達(dá)到Ium以下)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種簡單、高精度的四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法。本發(fā)明提供的一種四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法，所述四極桿質(zhì)量分析器包括四根電極桿、陶瓷環(huán)、第一精密圓球和第二精密圓球，所述第二精密圓球位于陶瓷環(huán)內(nèi)，且第二精密圓球與陶瓷環(huán)同軸布置，第二精密圓球與陶瓷環(huán)之間組成的圓環(huán)之間等間距分布有四根電極桿，電極桿通過定位銷固定于陶瓷環(huán)上，相鄰的電極桿之間設(shè)有第二精密圓球，第一精密圓球與相鄰的電極桿均相切；具體步驟如下
(1)在陶瓷環(huán)內(nèi)沿外圓周方向均勻開四個通孔，在四根電極桿上端分別設(shè)置定位銷，通孔和定位銷的大小、形狀相互匹配，使得定位銷插入通孔時精密配合，呈過盈連接；
(2)將四根電極桿插入陶瓷環(huán)內(nèi)，調(diào)整四根電極桿的位置，使其與陶瓷環(huán)內(nèi)壁均相切且均勻分布，通過位于電極桿上端的定位銷使四根電極桿初步定位于陶瓷環(huán)內(nèi)；
(3)在相鄰的電極桿之間放置第一精密圓球，同時在四根電極桿圍成的內(nèi)孔圓內(nèi)放置第二精密圓球，調(diào)整位置使得第一精密圓球分別與相鄰的電極桿均外切，第二精密圓球和四根電極桿均外切，同時四個第一精密圓球分別與相鄰的電極桿和位于電極桿內(nèi)的第二精密圓球相切配合，從而確定四根電極桿的相對位移，再將四根電極桿上端的定位銷與陶瓷環(huán)緊S固定；
(4)根據(jù)第一精密圓球和第二精密圓球的熱脹冷縮系數(shù)，把步驟(3)所得整個裝置放入常壓、與室溫溫差為45 50°C的環(huán)境內(nèi)，取出第一精密圓球和第二精密圓球，完成整個裝配過程。本發(fā)明中，所述的電極桿為圓柱形金屬桿或圓柱形非金屬鍍金桿。所述的陶瓷環(huán)為陶瓷材料加工的圓柱形結(jié)構(gòu)，所述的陶瓷環(huán)為2或2個以上，位于四根電極桿的中部或兩端。。本發(fā)明中，所述的電極桿的定位銷為金屬或非金屬表面鍍導(dǎo)電材料，其形狀為圓柱形，步驟(2)中定位銷與電極桿的連接不受限制，可以是整體加工或通過螺孔連接或焊接等中的任意一種，其定位銷具有電極桿導(dǎo)電引線的作用。本發(fā)明中，步驟(3)中所述的電極桿定位銷與陶瓷環(huán)固定采用強(qiáng)力固體膠固定或焊接的方式。本發(fā)明中，所述精密圓球為非金屬材質(zhì)或金屬材質(zhì)，其直徑大小是根據(jù)計算且與電極桿的直徑有一定的比例關(guān)系而決定。本發(fā)明中，所述第一精密圓球和第二精密圓球均為陶瓷材料。本發(fā)明中，步驟(3)中所述的與四根電極桿均相外切的精密圓球半徑跟電極桿的半徑比例范圍為(1.0(Tl. 15) :1。本發(fā)明中，取精密圓球時，先取出與四根電極桿均外切的第二精密圓球，再取出與相鄰兩根電極桿相切的第一精密圓球。本發(fā)明采用高精密圓球，根據(jù)相切原理來裝配整個四極桿裝置，通過精密調(diào)整整 個裝置而實(shí)現(xiàn)四極桿的精確裝配；其將陶瓷環(huán)定位四極桿的加工難度轉(zhuǎn)移到精密圓球或圓桿表面上；在精密調(diào)整定位后，將四極桿上端的定位銷焊接或強(qiáng)力固體膠固定在陶瓷環(huán)上，增加了防震能力，制作方便。同時利用定位銷方便了電極的導(dǎo)電引線，確保了四極質(zhì)量分析器的精密性能，解決了四極質(zhì)量分析器在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)難題。


圖I為本發(fā)明一種四極質(zhì)量分析器裝配方法的結(jié)構(gòu)剖切面示意圖2為四極質(zhì)量分析器裝配完成后的示意圖3為四極桿的結(jié)構(gòu)示意圖4為陶瓷環(huán)的結(jié)構(gòu)剖切面示意 圖中標(biāo)號101為電極桿；102為陶瓷環(huán)；103為第一精密圓球；104為第二精密圓球；202為定位銷；302為通孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例I
本發(fā)明公開了一種四極質(zhì)量分析器裝置的新型裝配方法。如圖廣4所示，裝配過程中使用四根圓柱形電極桿101、陶瓷環(huán)102、第一精密圓球103、第二精密圓球104等主要部件。具體裝配過程如下
首先在陶瓷環(huán)102的環(huán)壁上沿環(huán)周等間距開設(shè)4組通孔302，在四根電極桿101上端分別設(shè)置定位銷202，定位銷202為金屬材料，定位銷202為圓柱形，其尺寸大小與通孔302相匹配。接著將四根電級桿101穿過陶瓷環(huán)102，將電極桿201上端的定位銷202放入陶瓷環(huán)102外環(huán)壁上的通孔302內(nèi)，調(diào)節(jié)四級桿101位置使得四根電極桿101均與陶瓷環(huán)102內(nèi)壁相切，實(shí)現(xiàn)電極桿101與陶瓷環(huán)102的初步定位。然后在相鄰的電極桿101之間放入一個第一精密圓球103，調(diào)整相互間位置使得第一精密圓球103與相鄰的電極桿101均相切，再將其余3個第一精密圓球103依次放入四根電極桿101之間，調(diào)節(jié)使第一精密圓球103與相鄰的電極桿101均相切，之后再在4根電極桿101所圍成的內(nèi)孔圓中放入第二精密圓球104，通過精密調(diào)整每個第一精密圓球103與第二精密圓球104的位置，確保每個第一精密圓球103與相鄰的電極桿101相切，確保第二精密圓球104與四根電極桿101均相切。待精密調(diào)整定位裝配完成之后，將4根電極桿101的定位銷202與陶瓷環(huán)102的外環(huán)壁上的4個通孔302的連接處用強(qiáng)力固體膠密封或焊接，使得電極桿101與陶瓷環(huán)102在保證裝配精度的前提下有力的結(jié)合。等到強(qiáng)力固體膠完全密封或焊接好之后，整個四極質(zhì)量分析器完成精密定位和固定。其中第二精密圓球104的尺寸是根據(jù)電極桿101直徑按照一定的比例關(guān)系先確定，其比例關(guān)系r皿γ104=(Γ1. 15)I。第一精密圓球103尺寸的大小根據(jù)電極桿101的直徑與第二精密圓球104的直徑計算確定得到。為了方便描述實(shí)施內(nèi)容，舉一具體實(shí)例。電極桿101半徑記為r，第二精密圓球104半徑記為A，第一精密圓球103半徑記為η。取r與Γ(ι的比例為I. O計算。其中r= r0為
6.Omm,由于每個第一精密圓球103與相鄰電極桿101相切，及第二精密圓球104與每個電極桿101相切，第二精密圓球104、電極桿101、第一精密圓球103間組成一個等腰直角三角形。根據(jù)等腰直角三角形邊長公式可計算出2Γι =4. 97056mm，即第一精密圓球103的直徑 為4. 97056mm。在實(shí)際加工過程中，加工單一的圓球或圓桿,精度可以達(dá)到Ium以下。這樣根據(jù)上述的裝配方法，四極質(zhì)量分析器完全可以裝配到很高的精度。最后將整個四極質(zhì)量分析器裝置放入特定的環(huán)境內(nèi)，此環(huán)境的溫度和濕度及氣壓由第一精密圓球103、第二精密圓球104的材料的熱脹冷縮的系數(shù)決定，根據(jù)第一精密圓球103、第二精密圓球104的熱脹冷縮系數(shù)的大小，在合適的環(huán)境內(nèi)，在不影響整個四極質(zhì)量分析器裝配精度的情況下，第一精密圓球103、第二精密圓球104會收縮，取出第一精密圓球103、第二精密圓球104，即完成整個四極質(zhì)量分析器的精密組裝。根據(jù)陶瓷(氧化鋁99. 6%)的熱脹冷縮系數(shù)為6.8X10_6/°C、鋼的熱脹冷縮系數(shù)為14. 4-16. 0X10_6/°C。在常壓(自然大氣壓)下、溫度為_25°C (常溫為25°C)，體積型變量=熱脹冷縮系數(shù)X溫度差X材料的體積。所以在此環(huán)境中陶瓷的體積型變量Λ V=6. 8X10_6/°C X50°C XV陶瓷。拿出定位夾具后，再放入常溫常壓下，完成整個裝配。
權(quán)利要求
1.一種四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法，其特征在于具體步驟如下 (1)在陶瓷環(huán)內(nèi)沿外圓周方向均勻開四個通孔，在四根電極桿上端分別設(shè)置定位銷，通孔和定位銷的大小、形狀相互匹配，使得定位銷插入通孔時精密配合，呈過盈連接； (2)將四根電極桿插入陶瓷環(huán)內(nèi)，調(diào)整四根電極桿的位置，使其與陶瓷環(huán)內(nèi)壁均相切且均勻分布，通過位于電極桿上端的定位銷使四根電極桿初步定位于陶瓷環(huán)內(nèi)； (3)在相鄰的電極桿之間放置第一精密圓球，同時在四根電極桿圍成的內(nèi)孔圓內(nèi)放置第二精密圓球，調(diào)整位置使得第一精密圓球分別與相鄰的電極桿均外切，第二精密圓球和四根電極桿均外切，同時四個第一精密圓球分別與相鄰的電極桿和位于電極桿內(nèi)的第二精密圓球相切配合，從而確定四根電極桿的相對位移，再將四根電極桿上端的定位銷與陶瓷環(huán)緊S固定； (4)根據(jù)第一精密圓球和第二精密圓球的熱脹冷縮系數(shù)，把步驟(3)所得整個裝置放入常壓、與室溫溫差為45 50°C的環(huán)境內(nèi)，取出第一精密圓球和第二精密圓球，完成整個裝配過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法，其特征在于所述的電極桿為圓柱形金屬桿或圓柱形非金屬鍍金桿；所述的陶瓷環(huán)為陶瓷材料加工的圓柱形結(jié)構(gòu)，所述的陶瓷環(huán)為2或2個以上，位于四根電極桿的中部或兩端。。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法，其特征在于所述的電極桿的定位銷為金屬或非金屬表面鍍導(dǎo)電材料，其形狀為圓柱形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法，其特征在于步驟(3)中所述的電極桿定位銷與陶瓷環(huán)固定采用強(qiáng)力固體膠固定或焊接的方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法，其特征在于所述精密圓球為非金屬材質(zhì)或金屬材質(zhì)，其直徑大小是根據(jù)計算且與電極桿的直徑有一定的比例關(guān)系而決定。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法，其特征在于所述第一精密圓球和第二精密圓球均為陶瓷材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法，其特征在于步驟(3)中所述的與四根電極桿均相外切的精密圓球半徑跟電極桿的半徑比例范圍為(I. 0(Tl. 15) :1。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法，其特征在于步驟(4)中取精密圓球時，先取出與四根電極桿均外切的第二精密圓球，再取出與相鄰兩根電極桿相切的第一精密圓球。
全文摘要
本發(fā)明屬于質(zhì)量分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種四極桿質(zhì)量分析器的裝配方法，裝配過程中主要使用電極桿、陶瓷環(huán)、精密圓球等部件。其步驟包括將四根電極桿穿過陶瓷環(huán)，并與陶瓷環(huán)的內(nèi)壁相切且均勻分布，然后通過調(diào)節(jié)精密圓球與四根電極桿的相切配合，確定四根電極桿的相對位移，再根據(jù)精密圓球材料的熱脹冷縮系數(shù)，把整個裝置放置于合適的環(huán)境中，取出精密圓球，完成整個裝置的裝配。本發(fā)明中采用了高精密圓球來定位四根電極桿的相對位移，并根據(jù)物理上圓圓相切和材料的熱脹冷縮原理來完成整個裝配過程，達(dá)到整個組裝的高精度要求，其制作過程簡單，加工難度系數(shù)降低，提高了整個四極質(zhì)量分析器合格率。
文檔編號H01J9/18GK102820190SQ20121030879
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者徐福興, 王亮, 汪源源, 丁傳凡 申請人:復(fù)旦大學(xué)