四极杆组件制造技术

一种四极杆组件，包括多个导电杆、同轴地围绕所述杆的电绝缘环以及夹持系统。所述杆绕纵向轴线布置。所述杆和环的相应的表面在垂直于纵向轴线的横向平面中取向，这些表面与同样在横向平面中取向的夹紧系统的相应的表面相结合。

Quadrupole module

A quadrupole assembly comprises a plurality of conductive poles, an electric insulating ring coaxially surrounding the rod and a clamping system. The rod is arranged around the longitudinal axis. The corresponding surfaces of the rods and rings are orientated in the transverse plane perpendicular to the longitudinal axis, which are combined with the corresponding surface of the clamping system, which is also orientated in the horizontal plane.

【技术实现步骤摘要】
四极杆组件相关申请本申请要求享有2016年12月19日提交的标题为“QUADRUPOLERODASSEMBLY(四极杆组件)”的美国临时专利申请序列号No.62/436,409在35U.S.C.§119(e)下的优先权，该美国临时专利申请的内容以其整体通过引用并入本文。
本专利技术总体涉及线性(二维)多极杆组件，特别是四极杆组件，可用于控制离子或其它带电粒子的运动。
技术介绍
多极杆组件是这样的装置，其被操作用于通过在离子可以被传输到的装置的内部区域或空间中产生射频(RF)或复合的RF/直流(DC)电场来控制离子的运动。多极杆组件包括沿轴线方向延伸的一组杆(即，杆形电极)。这些杆绕一个中心纵向对称轴线布置，这些杆的每个都定位在离该中心纵向对称轴线一定的径向距离处。在与纵向轴线正交的横向平面中，这些杆沿周向彼此间隔开。这些杆因此同轴地围绕并限定了一个内部空间，离子可以被引入到该内部空间中，或者在一些情况下，如果与多极杆组件一起提供适当的电离装置，则会产生在该内部空间中产生离子。由于这种轴向几何结构，多极杆组件可以被称为“线性”或“二维”多极杆组件。通常，这些杆被布置为与公共纵向轴线平行，尽管在一些应用中可以从内部空间的入口到出口的方向朝向纵向轴线收敛或背离纵向轴线发散。多极杆组件通常包括偶数个杆。常见的示例包括四极杆组合体(四杆)、六极杆组合体(六杆)和八极杆组合体(八杆)，但是包含更多杆的高阶多极组合体是可能的。设置有多极杆组件的电子设备包括与诸单个杆和/或诸电互连杆组连通的一个以上电压源。施加到杆和/或在杆之间的电压被构造为在内部空间中至少产生二维的时变RF电场。该RF电场通常沿着杆的全长延伸并且因此沿着由杆围绕的内部空间的全长延伸。因此，通常在内部空间的任何位置处的离子将暴露于RF电场并受其影响。RF电场被构造(即，关于空间取向和能量分布)将内部空间中的离子的运动限制在纵向轴线附近。也就是说，RF电场将离子聚焦成纵向轴线上的离子束。RF场的操作参数(电压幅值和频率)确定给定质荷比(或m/z比，或更简单地“质量”)的离子的运动或轨迹在RF电场中是稳定的还是不稳定的。稳定的离子可以作为聚焦射束的一部分穿过多极杆组件的全长，并且离开多极杆组件。不稳定的离子将偏离聚焦射束，不会被RF电场充分地往回推向内部空间的中心(纵向轴线)，并且因此将冲击杆且由此被中和，或者通过一对相邻的杆之间的间距逸出内部空间。作为纯RF的离子导向器操作的多极杆组件可以潜在地传输宽范围的离子(具有宽范围的m/z比的离子)。在四极杆组件的特殊情况下，DC电压可以叠加在施加到杆的RF电压上，以在内部空间中产生复合RF/DC电场。在四极组合体情况下由公知的数学关系定义的复合RF/DC电场不仅将离子聚焦为纵向轴线上的离子束，而且还将m/z比通带应用于通过四极杆组件的离子传输上。m/z比通带的极限或端点(低质量截止点和高质量截止点)以及低质量截止点和高质量截止点之间的m/z比通带的宽度，是由复合RF/DC电场(RF电压幅值和频率，以及DC电压幅值)的操作参数决定。例如，m/z比通带可以被构造为仅通过具有特定m/z比(例如，m/z＝105)的离子或者落入窄m/z比范围(例如，m/z＝100至m/z＝110)内的离子。传输到四极杆组件中的m/z比落入m/z比通带的离子将具有稳定的轨迹，因此具有穿过多极杆组件的全长并且从其离开的高概率。另一方面，传输到四极杆组件中的m/z比落在m/z比通带外的离子将具有不稳定的轨道，并且因此将不能成功地穿过多极杆组件的全长并且从其离开，即，这样的离子将被四极杆组件废弃。此外，由于离子的稳定性取决于其m/z比以及复合RF/DC电场的操作参数，所以一个以上操作参数可以随时间变化，而产生连续扫描离子质量的效果。例如，可以扫描离子，使得m/z＝100的离子被传输(选择)，而所有其它离子被废弃，然后m/z＝101的离子被传输，而所有其它离子被废弃，然后m/z＝103的离子被传输，而所有其它离子被废弃，依此类推。产生这种复合RF/DC电场的四极杆组件因此可以用作质量选择装置，例如质量过滤器或质量分析仪。这种四极杆组件的一个常见应用是具有“三重四极杆”或“QqQ”构造的质谱(MS)系统。三重四极杆MS系统包括第一级质量过滤器或质量分析仪，其次是撞击单元，接着是第二级质量过滤器或质量分析仪。待分析材料的样品被离子化，并且所得到的分析物离子作为“前体”离子被传输到第一级质量过滤器或质量分析仪中。通常，第一级质量过滤器或质量分析仪选择具有一个选定m/z比的前体离子用于进一步传输到撞击单元中。撞击单元将这些前体离子碎裂成m/z比范围小于前体离子m/z比的产物(或碎片)离子，并且将这些产物离子传输到第二级质量过滤器或质量分析仪。第二级质量过滤器或质量分析仪然后通常根据扫描功能将产物离子传输到离子检测器。离子检测器将电信号输出到电子设备，根据需要进行信号处理，以生成代表样品特征的质谱。在这样的应用中，经常使用四极杆组件作为第一级质量过滤器或质量分析仪和/或第二级质量过滤器或质量分析仪。四极杆组件还可以被用作撞击单元中纯RF离子引导器(因此传统名称“三重四极杆”)，但是撞击单元更经常利用更高阶的多极杆组件(例如，六极杆或八极杆)。根据前述内容，显而易见的是，为了确保四极杆组件以准确、可预测和可重复的方式处理离子，由四极杆组件产生和维持的(一个以上)电场在四极杆组件的整个轴向长度上应尽可能单纯且均匀。这意味着例如可能由边缘效应、非线性和局部高阶场所表现的(一个以上)电场中的任何非预期的扰动或缺陷应该尽可能最小化。杆的物理几何结构，特别是其面向内部空间并且因此暴露于离子的表面以及杆的相对位置，对电场的纯度和均匀性有直接影响。因此，以精确的方式(具有极小的公差)制造和装配四极杆组件是至关重要的。每个杆面向内部空间的表面应精确地成形。每个杆的形状应该沿着杆的整个轴向长度是均匀的，并且应该尽可能地与其它杆的形状相同(即，具有最小公差)。每根杆与其它杆的距离沿着每根杆的整个轴向长度应尽可能均匀(即，具有最小公差)。而且，上述属性必须尽可能对温度不敏感，即，尽可能最小化热膨胀。四极杆组件中温度不敏感性最大化是一项持续的挑战。杆在空间中的位置的固定以及杆在仪器中的安装需要使用电绝缘部件和安装部件。用于导电杆的材料和用于电绝缘部件材料必然是不同的，因此具有不同的热膨胀系数。安装部件的材料成分也不同于杆和/或电绝缘部件。因此，由于在操作期间向杆施加电功率，杆、电绝缘部件和安装部件被加热并且经受不同程度的热膨胀，这会导致杆的几何结构和位置的变样，从而导致电场的不纯和不均匀性。通常，上述考虑也适用于高阶多极杆组件。然而，杆的定位精度和杆组件的温度不敏感性的期望水平可能是不太严格的，因为不利用更高阶的多极杆组件基于m/z比选择或扫描离子，与被用作质量选择装置的四极杆组件相比，更大程度的场不纯性和不均匀性是可以接受的。综上所述，一直需要提供一种具有改进的几何和位置精度以及温度不敏感性的四极杆组件，并引申到需要提供一种具有这种性质的高阶多极杆组件。
技术实现思路
为了全部或部分地解决上述问题和/或本领域技术人员可能已经观察到的其它问题，本专利技术提供了如在下面阐述的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四极杆组件，包括：至少四根沿着纵向轴线延伸的导电杆，所述杆在垂直于所述纵向轴线的横向平面中沿周向相互间隔开，并且定位在距所述纵向轴线半径R0处，每个杆包括在所述横向平面中的多个杆接触表面；电绝缘的第一环，所述第一环同轴地围绕所述杆并且与所述杆间隔开第一径向间隙，所述第一环包括在所述横向平面中的第一环端面和相反的第二环端面；电绝缘的第二环，所述第二环同轴地围绕所述杆并且与所述杆间隔开第二径向间隙，所述第二环包括在所述横向平面中的第三环端面和相反的第四环端面；第一夹持系统，所述第一夹持系统包括多个在所述横向平面中的第一夹持端面和多个在所述横向平面中的第二夹持端面，其中，每个第一夹持端面跨越所述径向间隙并且与所述第一环端面和相应的杆接触表面接触，每个第二夹持端面跨越所述径向间隙并且与所述第二环端面和相应的杆接触表面接触，并且所述第一环和所述杆被夹持在所述第一夹持端面和所述第二夹持端面之间，使得所述第一环和所述杆在空间上相对于彼此固定；以及第二夹持系统，所述第二夹持系统包括多个在所述横向平面中的第三夹持端面和多个在所述横向平面中的第四夹持端面，其中，每个第三夹持端面跨越所述径向间隙并且与所述第三环端面和相应的杆接触表面接触，每个第四夹持端面跨越所述径向间隙并且与所述第四环端面和相应的杆接触表面接触，并且所述第二环和所述杆被夹持在所述第三夹持端面和所述第四夹持端面之间，使得所述第二环和所述杆在空间上相对于彼此固定。...

【技术特征摘要】
2016.12.19 US 62/436,409;2017.10.20 US 15/789,5051.一种四极杆组件，包括：至少四根沿着纵向轴线延伸的导电杆，所述杆在垂直于所述纵向轴线的横向平面中沿周向相互间隔开，并且定位在距所述纵向轴线半径R0处，每个杆包括在所述横向平面中的多个杆接触表面；电绝缘的第一环，所述第一环同轴地围绕所述杆并且与所述杆间隔开第一径向间隙，所述第一环包括在所述横向平面中的第一环端面和相反的第二环端面；电绝缘的第二环，所述第二环同轴地围绕所述杆并且与所述杆间隔开第二径向间隙，所述第二环包括在所述横向平面中的第三环端面和相反的第四环端面；第一夹持系统，所述第一夹持系统包括多个在所述横向平面中的第一夹持端面和多个在所述横向平面中的第二夹持端面，其中，每个第一夹持端面跨越所述径向间隙并且与所述第一环端面和相应的杆接触表面接触，每个第二夹持端面跨越所述径向间隙并且与所述第二环端面和相应的杆接触表面接触，并且所述第一环和所述杆被夹持在所述第一夹持端面和所述第二夹持端面之间，使得所述第一环和所述杆在空间上相对于彼此固定；以及第二夹持系统，所述第二夹持系统包括多个在所述横向平面中的第三夹持端面和多个在所述横向平面中的第四夹持端面，其中，每个第三夹持端面跨越所述径向间隙并且与所述第三环端面和相应的杆接触表面接触，每个第四夹持端面跨越所述径向间隙并且与所述第四环端面和相应的杆接触表面接触，并且所述第二环和所述杆被夹持在所述第三夹持端面和所述第四夹持端面之间，使得所述第二环和所述杆在空间上相对于彼此固定。2.根据权利要求1所述的四极杆组件，其中，所述杆同轴地围绕沿着所述纵向轴线伸长的内部空间，并且所述杆包括面向所述内部空间的相应弯曲的前表面。3.根据权利要求2所述的四极杆组件，其中，所述弯曲的前表面具有从由以下各项组成的组中选择的构造：所述弯曲的前表面具有限定所述半径R0的相应顶点；所述弯曲的前表面从所述横向平面的角度看是双曲线的；以及包括前述两者构造。4.根据权利要求2所述的四极杆组件，其中，所述杆具有从由以下各项组成的组中选择的构造：每个杆包括外表面，并且所述外表面包括所述弯曲的前表面和所述弯曲的前表面所过渡到的后表面，并且所述弯曲的前表面将所述后表面与所述内部空间遮挡开；每个杆包括外表面，并且所述外表面包括所述弯曲的前表面、后表面以及在所述前表面和所述后表面之间的两个侧向表面，其中所述弯曲的前表面分别经由两个底切部过渡到所述两个侧向表面，并且所述弯曲的前表面将所述两个底切部从所述内部空间遮挡开；每个杆还包括至少两个表面，所述至少两个表面被设置在朝向所述纵向轴线的直接视线之外，...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·M·罗伯茨，J·L·伯奇，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US