离子阱用基座、离子阱及双曲面四极杆的加工方法与流程

本发明涉及质谱分析技术领域，特别是涉及一种离子阱用基座、离子阱及双曲面四极杆的加工方法。

背景技术：

质谱分析技术作为一种关键分析技术，具有高灵敏度、高准确度、普遍适用等特点，广泛应用于生物医药、食品安全、环境科学、国防安全等多个领域。双曲面线性离子阱是质谱仪的核心部件之一，而双曲面形极杆相较于圆柱形、平板形极杆，所形成的电场更接近理想电场，灵敏度和分辨率更高。

双曲面轮廓精度、表面粗糙度等直接影响离子阱质量分析器的分辨本领，从而影响质谱仪的灵敏度和分辨率，但双曲面高质量加工难度极高，严重制约了双曲面线性离子阱质量分析器的应用。目前双曲面线性离子阱质量分析器的制造方法一般是先单独加工4根极杆和基座，然后装配在一起。该方法对单个极杆加工质量、极杆一致性以及装配精度要求极高，装配难度极大，且装配中难以避免极杆表面损伤，使得离子阱质量分析器加工质量不高，成品率低、难以实现批量生产。同时现有技术中，出现了如申请号为201210401200.9的发明专利提供了一种双曲面四极杆及其加工方法和四极杆质谱仪，采用该方案中提供的技术方案，可一定程度解决在先的双曲面四极杆加工问题。

进一步优化现有双曲面线性离子阱的结构设计及加工工艺，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述提出的进一步优化现有双曲面线性离子阱的结构设计及加工工艺，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题，本发明提供了一种离子阱用基座、离子阱及双曲面四极杆的加工方法，以上离子阱的结构设计可使得四个双曲面极杆的单独加工变成一体化加工，可降低双曲面极杆加工难度、提高加工效率和产品成品率，同时可避免双曲面极杆加工过程以及装配过程中双曲面极杆与基座本体形成累计误差；以上加工方法为所述双曲面四极杆的加工方法，该加工方法工艺路线简单，可有效降低双曲面极杆加工难度、提高加工效率和产品成品率，同时可避免出现所述的累计误差。

本方案的技术手段如下，离子阱用基座，该基座用于双曲面线性离子阱，所述基座包括基座本体及设置在基座本体上的通孔，所述通孔为圆形孔；

还包括设置于所述通孔孔壁上的槽体，所述槽体的数量为四条，且槽体均为长度方向沿着所述通孔轴线方向的条形槽，且四条槽体环形均布于所述孔壁上；

各槽体均贯通基座本体的两端。

现有技术中，基座本体一般采用陶瓷材料制成，即基座本体一般为陶瓷环，双曲面极杆一般为金属杆。

本方案中，设置为所述基座本体上设置有为圆形孔的通孔，且通孔的孔壁上设置有槽体，这样便于实现：通过将作为双曲面极杆的原料插入所述通孔后固定，而后采用如线切割机床，以线切割的方式沿着圆柱的轴线分割圆柱，分割的过程中，通过控制线切割的切割路线，将所述圆柱等分为四等分且使得各等分的内侧面形状均为双曲面，即在切割时不仅将圆柱一分为四，同时分割与成型为一体化加工，切割完成后即得到四根双曲面极杆。

同时本方案中，在进行切割时，任意相邻的两双曲面极杆之间均具有一槽体，这样，在进行所述切割时，各槽体相当于均提供一个空间，用于避免切割过程中圆柱的边缘位置材料断开损伤基座本体，即以上孔壁上具有槽体的通孔方案不仅可用于实现圆柱在通孔中四等分切割得到四根双曲面极杆，同时在所述切割过程中，所述槽体发挥对基座本体的保护作用。

同时本方案在运用时，在进行所述切割之前需要完成圆柱与基座本体之间的定位，且进行所述定位时，圆柱与基座之间具有多个固定点，多个固定点使得在切割后，所得到的各双曲面极杆与基座本体之间均具有固定点，这样，可保证用于形成各双曲面极杆的材料相对于通孔，在完成分割后依然位于其在先所处的位置。

综上，以上双曲面线性离子阱中基座的结构设计可使得四个双曲面极杆的单独加工变成一体化加工，相较于现有技术，由于不需要进行过多的预处理，故采用以上基座方案可降低双曲面极杆加工难度、提高加工效率和产品成品率，同时可避免双曲面极杆加工过程以及装配过程中双曲面极杆与基座本体形成累计误差。

作为以上所述的离子阱用基座进一步的技术方案：

现有技术中，考虑到双曲面线性离子阱的使用环境，在进行基座与双曲面极杆选材时，一般需使用膨胀系数近似或相同的材料，但实际在运用时，双曲面极杆的膨胀量一般大于基座的膨胀量，此情况下基座在使用时是受压的，作为一种通过避免应力集中以起到保护基座作用的技术方案，设置为：各槽体的槽面均为光滑面。

本发明还公开了一种离子阱，包括基座及固定于基座上的四根双曲面极杆，所述基座为以上所提供的任意一项基座，四根双曲面极杆环形均布于所述通孔中，且任意相邻的两双曲面极杆之间均具有一槽体；

各双曲面极杆的外侧面均为等径圆弧面，且四个等径圆弧面各自所对半径值相等。

本方案中，双曲面四极杆中设置为：各双曲面极杆的外侧面均为等径圆弧面、且任意相邻的两双曲面极杆之间均具有一槽体、四个等径圆弧面各自所对半径值相等，这样，即可利用以上所述的采用圆柱作为双曲面极杆的原料，通过切割的方式等分圆柱和成型双曲面极杆，获得最终的双曲面四极杆结构。

作为所述的离子阱进一步的技术方案：

各双曲面极杆的外侧面与通孔的孔壁之间均具有间隙，所述间隙的宽度值数值范围为：0.01～0.03mm。采用本方案，以上间隙宽度值数值范围不仅可实现圆柱与通孔的高精度配合，同时方便将圆柱插入所述通孔中；同时，如上所述，一般情况下由于双曲面四极杆在使用时，双曲面极杆的膨胀量大于基座的膨胀量，以上设置为两者之间具有0.01至0.03毫米的间隙宽度，可通过所述间隙让双曲面极杆产生一定的自由变形，这样，可有效避免基座在双曲面极杆的作用下遭到破坏。

作为双曲面极杆与基座本体的具体连接形式，各双曲面极杆均通过螺钉与基座本体固定连接。现有技术中，亦有采用定位胶实现双曲面极杆与基座本体连接的实现方案，采用该方案相较于采用定位胶，由于双曲面四极杆在工作时处于200℃左右的工作环境，采用以上螺钉连接，在双曲面四极杆工作时可有效避免因为定位胶挥分解等释放出气相，造成定位胶连接不可靠或影响双曲面四极杆性能的可靠性。

同时，本发明还公开了一种双曲面四极杆的加工方法，包括顺序进行的以下步骤：

s1、加工基座及获得圆柱；

s2、完成圆柱在基座上的装配；

s3、加工极杆双曲面；

在步骤s1中，加工基座为：在基座上加工为圆形孔的通孔，完成通孔加工后，在通孔的孔壁上加工四条槽体，所述槽体的数量为四条，且槽体均为长度方向沿着所述通孔轴线方向的条形槽，且四条槽体环形均布于所述孔壁上；

各槽体均贯通基座本体的两端；

所述获得圆柱为：获得能够插入所述通孔中的圆柱，且所述圆柱作为制作双曲面极杆的原料；

在步骤s2中，完成圆柱在基座上的装配为：将圆柱插入所述通孔中，同时完成基座与圆柱之间的固定；

所述步骤s3中，加工极杆双曲面为：沿着所述圆柱的轴线方向对所述圆柱进行切割，得到四根双曲面极杆，任意相邻两双曲面极杆之间均具有一槽体，且进行所述切割时，各槽体用于提供保护基座本体的空间；

在步骤s2中，圆柱与基座之间具有多个固定点，多个固定点使得在完成步骤s3后，所得到的各双曲面极杆与基座本体之间均具有固定点。本方案提供的加工方法相较于现有技术中的单杆预处理制备双曲面极杆，为一种一体化制备方法，采用本方法，双曲面极杆处理加工简单、加工要求低，装配简单、易操作，加工流程简单，效率高，成品率高，有效规避了单个极杆加工过程以及装配过程带来的累积误差。

作为所述的双曲面四极杆的加工方法进一步的技术方案，在完成步骤s2后，圆柱与通孔之间具有间隙，所述间隙的宽度值数值范围为：0.01～0.03mm。采用本方案，以上间隙宽度值数值范围不仅可实现圆柱与通孔的高精度配合，同时方便将圆柱插入所述通孔中；同时，如上所述，一般情况下由于双曲面四极杆在使用时，双曲面极杆的膨胀量大于基座的膨胀量，以上设置为两者之间具有0.01至0.03毫米的间隙宽度，可通过所述间隙让双曲面极杆产生一定的自由变形，这样，可有效避免基座在双曲面极杆的作用下遭到破坏。

优选的，设置为：所述圆柱与通孔同轴。作为本领域技术人员，实际上双曲面四极杆在进行装配时，并不需要限定为：为等径圆弧面的各双曲面极杆外侧面所对应的圆心落在基座的轴线上，采用所述圆柱与通孔同轴的方案，便于在后续进行切割加工时，使得所得到的极杆双曲面尽可能沿着基座本体的轴线方向。

在步骤s2中，所述固定采用螺钉固定。如上所述，采用本方案，可有效保证双曲面极杆与基座连接的可靠性和利于双曲面四极杆的性能可靠性。

作为具体的切割形式，在步骤s3中，所述切割采用线切割。采用本方案，由于通过基座本体即实现了圆柱的定位，故本方案在切割时，起始于圆柱的任意一端即可，相较于现有技术中类似的线切割加工方式，不再需要对双曲面极杆原料的中部位置加工出极杆双曲面后再进行边缘直线段切割。同时，为保证双曲面极杆上极杆双曲面的加工精度，以上所提出的现有的对双曲面极杆原料中部位置加工出极杆双曲面还存在加工难度较大的问题，采用本方案直接由圆柱的端部进行线切割，可有效降低双曲面极杆加工难度、提高加工效率和保证加工精度。

为提升双曲面四极杆的加工精度，设置为：所述线切割在冷却介质中完成。作为本领域技术人员，以上冷却介质用于吸收线切割过程中所产生的热量，这样即可达到提升双曲面四极杆加工精度的目的。以上冷却介质可采用水。

作为本领域技术人员，为保证双曲面四极杆的性能，实际上四根双曲面极杆上各自所对应的极杆双曲面一致即可，故以上表达中所说明的“等分”实际上仅仅为一种具体运用的实例。而采用“等分”的方式获得双曲面极杆利于所述的为一致的极杆双曲面。

本发明具有以下有益效果：

本方案中，以上离子阱的结构设计可使得四个双曲面极杆的单独加工变成一体化加工，可降低双曲面极杆加工难度、提高加工效率和产品成品率，同时可避免双曲面极杆加工过程以及装配过程中双曲面极杆与基座本体形成累计误差；以上加工方法为所述双曲面四极杆的加工方法，该加工方法工艺路线简单，可有效降低双曲面极杆加工难度、提高加工效率和产品成品率，同时可避免出现所述的累计误差。

附图说明

图1是本发明所述的离子阱一个具体实施例的剖视图；

图2是本发明所述的离子阱一个具体实施例的主视图，该主视图为逆时针翻转90°后的视图。

图中的附图标记分别为：1、基座本体，2、双曲面极杆，3、槽体，4、通孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1所示，离子阱用基座，该基座用于双曲面线性离子阱，所述基座包括基座本体1及设置在基座本体1上的通孔4，所述通孔4为圆形孔；

还包括设置于所述通孔4孔壁上的槽体3，所述槽体3的数量为四条，且槽体3均为长度方向沿着所述通孔4轴线方向的条形槽，且四条槽体3环形均布于所述孔壁上；

各槽体3均贯通基座本体1的两端。

现有技术中，基座本体1一般采用陶瓷材料制成，即基座本体1一般为陶瓷环，双曲面极杆2一般为金属杆。

本方案中，设置为所述基座本体1上设置有为圆形孔的通孔4，且通孔4的孔壁上设置有槽体3，这样便于实现：通过将作为双曲面极杆2的原料插入所述通孔4后固定，而后采用如线切割机床，以线切割的方式沿着圆柱的轴线分割圆柱，分割的过程中，通过控制线切割的切割路线，将所述圆柱等分为四等分且使得各等分的内侧面形状均为双曲面，即在切割时不仅将圆柱一分为四，同时分割与成型为一体化加工，切割完成后即得到四根双曲面极杆2。

同时本方案中，在进行切割时，任意相邻的两双曲面极杆2之间均具有一槽体3，这样，在进行所述切割时，各槽体3相当于均提供一个空间，用于避免切割过程中圆柱的边缘位置材料断开损伤基座本体1，即以上孔壁上具有槽体3的通孔4方案不仅可用于实现圆柱在通孔4中四等分切割得到四根双曲面极杆2，同时在所述切割过程中，所述槽体3发挥对基座本体1的保护作用。

同时本方案在运用时，在进行所述切割之前需要完成圆柱与基座本体1之间的定位，且进行所述定位时，圆柱与基座之间具有多个固定点，多个固定点使得在切割后，所得到的各双曲面极杆2与基座本体1之间均具有固定点，这样，可保证用于形成各双曲面极杆2的材料相对于通孔4，在完成分割后依然位于其在先所处的位置。

综上，以上双曲面线性离子阱中基座的结构设计可使得四个双曲面极杆2的单独加工变成一体化加工，相较于现有技术，由于不需要进行过多的预处理，故采用以上基座方案可降低双曲面极杆2加工难度、提高加工效率和产品成品率，同时可避免双曲面极杆2加工过程与装配过程双曲面极杆2与基座本体1形成累计误差。

实施例2：

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：现有技术中，考虑到双曲面线性离子阱的使用环境，在进行基座与双曲面极杆2选材时，一般需使用膨胀系数近似或相同的材料，但实际在运用时，双曲面极杆2的膨胀量一般大于基座的膨胀量，此情况下基座在使用时是受压的，作为一种通过避免应力集中以起到保护基座作用的技术方案，设置为：各槽体3的槽面均为光滑面。

实施例3：

如图1和图2所示，本实施例公开了一种离子阱，包括基座及固定于基座上的四根双曲面极杆2，所述基座为以上所提供的任意一项基座，四根双曲面极杆2环形均布于所述通孔4中，且任意相邻的两双曲面极杆2之间均具有一槽体3；

各双曲面极杆2的外侧面均为等径圆弧面，且四个等径圆弧面各自所对半径值相等。

本方案中，双曲面四极杆中设置为：各双曲面极杆2的外侧面均为等径圆弧面、且任意相邻的两双曲面极杆2之间均具有一槽体3、四个等径圆弧面各自所对半径值相等，这样，即可利用以上所述的采用圆柱作为双曲面极杆2的原料，通过切割的方式等分圆柱和成型双曲面极杆2，获得最终的双曲面四极杆结构。

实施例4：

如图1和图2所示，本实施例在实施例3的基础上作进一步限定：

各双曲面极杆2的外侧面与通孔4的孔壁之间均具有间隙，所述间隙的宽度值数值范围为：0.01～0.03mm。采用本方案，以上间隙宽度值数值范围不仅可实现圆柱与通孔4的高精度配合，同时方便将圆柱插入所述通孔4中；同时，如上所述，一般情况下由于双曲面四极杆在使用时，双曲面极杆2的膨胀量大于基座的膨胀量，以上设置为两者之间具有0.01至0.03毫米的间隙宽度，可通过所述间隙让双曲面极杆2产生一定的自由变形，这样，可有效避免基座在双曲面极杆2的作用下遭到破坏。

作为双曲面极杆2与基座本体1的具体连接形式，各双曲面极杆2均通过螺钉与基座本体1固定连接。现有技术中，亦有采用定位胶实现双曲面极杆2与基座本体1连接的实现方案，采用该方案相较于采用定位胶，由于双曲面四极杆在工作时处于200℃左右的工作环境，采用以上螺钉连接，在双曲面四极杆工作时可有效避免因为定位胶挥分解等释放出气相，造成定位胶连接不可靠或影响双曲面四极杆性能的可靠性。

实施例5：

本实施例还公开了一种双曲面四极杆的加工方法，包括顺序进行的以下步骤：

s1、加工基座及获得圆柱；

s2、完成圆柱在基座上的装配；

s3、加工极杆双曲面；

在步骤s1中，加工基座为：在基座上加工为圆形孔的通孔4，完成通孔4加工后，在通孔4的孔壁上加工四条槽体3，所述槽体3的数量为四条，且槽体3均为长度方向沿着所述通孔4轴线方向的条形槽，且四条槽体3环形均布于所述孔壁上；

各槽体3均贯通基座本体1的两端；

所述获得圆柱为：获得能够插入所述通孔4中的圆柱，且所述圆柱作为制作双曲面极杆2的原料；

在步骤s2中，完成圆柱在基座上的装配为：将圆柱插入所述通孔4中，同时完成基座与圆柱之间的固定；

所述步骤s3中，加工极杆双曲面为：沿着所述圆柱的轴线方向对所述圆柱进行切割，得到四根双曲面极杆2，任意相邻两双曲面极杆2之间均具有一槽体3，且进行所述切割时，各槽体3用于提供保护基座本体1的空间；

在步骤s2中，圆柱与基座之间具有多个固定点，多个固定点使得在完成步骤s3后，所得到的各双曲面极杆2与基座本体1之间均具有固定点。本方案提供的加工方法相较于现有技术中的单杆预处理制备双曲面极杆2，为一种一体化制备方法，采用本方法，双曲面极杆2处理加工简单、加工要求低，装配简单、易操作，加工流程简单，效率高，成品率高，有效规避了单个极杆加工过程以及装配过程带来的累积误差。

实施例6：

本实施例在实施例5的基础上作进一步限定，在完成步骤s2后，圆柱与通孔4之间具有间隙，所述间隙的宽度值数值范围为：0.01～0.03mm。采用本方案，以上间隙宽度值数值范围不仅可实现圆柱与通孔4的高精度配合，同时方便将圆柱插入所述通孔4中；同时，如上所述，一般情况下由于双曲面四极杆在使用时，双曲面极杆2的膨胀量大于基座的膨胀量，以上设置为两者之间具有0.01至0.03毫米的间隙宽度，可通过所述间隙让双曲面极杆2产生一定的自由变形，这样，可有效避免基座在双曲面极杆2的作用下遭到破坏。

优选的，设置为：所述圆柱与通孔4同轴。作为本领域技术人员，实际上双曲面四极杆在进行装配时，并不需要限定为：为等径圆弧面的各双曲面极杆2外侧面所对应的圆心落在基座的轴线上，采用所述圆柱与通孔4同轴的方案，便于在后续进行切割加工时，使得所得到的极杆双曲面尽可能沿着基座本体1的轴线方向。

在步骤s2中，所述固定采用螺钉固定。如上所述，采用本方案，可有效保证双曲面极杆2与基座连接的可靠性和利于双曲面四极杆的性能可靠性。

作为具体的切割形式，在步骤s3中，所述切割采用线切割。采用本方案，由于通过基座本体1即实现了圆柱的定位，故本方案在切割时，起始于圆柱的任意一端即可，相较于现有技术中类似的线切割加工方式，不再需要对双曲面极杆2原料的中部位置加工出极杆双曲面后再进行边缘直线段切割。同时，为保证双曲面极杆2上极杆双曲面的加工精度，以上所提出的现有的对双曲面极杆2原料中部位置加工出极杆双曲面还存在加工难度较大的问题，采用本方案直接由圆柱的端部进行线切割，可有效降低双曲面极杆2加工难度、提高加工效率和保证加工精度。

为提升双曲面四极杆的加工精度，设置为：所述线切割在冷却介质中完成。作为本领域技术人员，以上冷却介质用于吸收线切割过程中所产生的热量，这样即可达到提升双曲面四极杆加工精度的目的。以上冷却介质可采用水。

作为本领域技术人员，为保证双曲面四极杆的性能，实际上四根双曲面极杆2上各自所对应的极杆双曲面一致即可，故以上表达中所说明的“等分”实际上仅仅为一种具体运用的实例。而采用“等分”的方式获得双曲面极杆2利于所述的为一致的极杆双曲面。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在对应发明的保护范围内。