CN104569230A - 一种能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置及加热方法，其特征在于：它包括第一与第二毛细管、电阻丝和可调直流电源，电阻丝均匀绕设在第一毛细管的外壁上，电阻丝的两端分别与可调直流电源的正极和负极连接，缠绕有电阻丝的第一毛细管放置在第二毛细管中，第一毛细管与第二毛细管为同轴设置；加热方法包括：在第一毛细管的外表面缠绕镍铬电阻丝，将第二毛细管外套在缠绕有镍铬电阻丝的第一毛细管上并固定，将毛细管色谱柱的平头端穿过第一毛细管的内腔后通过一联通件与毛细管色谱仪连接，电阻丝的两端与可调直流电源的正、负极连接，通过改变可调直流电源的输出电压，调节第一毛细管内部的温度，对毛细管色谱柱进行加热。

Description

一种能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置及加热方法

技术领域

本发明涉及一种用于分析化学、生物分析和蛋白质组学领域的电加热装置及加热方法，特别是关于一种能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置及加热方法。

背景技术

毛细管高效液相色谱-质谱联用技术已经成为蛋白质、蛋白质组定性鉴定和定量分析的常用分析方法。由于生物样品中蛋白质种类繁多、动态范围宽，因此通常采用的长度约为20cm、装填3～5微米颗粒填料的毛细管色谱柱难于实现蛋白质组的深度覆盖，特别是难于实现对低丰度蛋白质的定性鉴定和定量分析。目前解决上述问题的重要手段之一是采用更长的毛细管色谱柱或采用亚2微米反相色谱柱。然而这种手段存在的主要问题是容易造成毛细管色谱柱柱压显著升高。虽然现在已有商品化的超高效微升和纳升级毛细管色谱仪能够有效解决毛细管色谱柱的高柱压问题，但是为了提高色谱的分离度和质谱的雾化效率，大多数液质联用分析时仍选用安装于电喷雾离子化源内的带直喷头的色谱柱，当装填亚2微米色谱填料的直喷毛细管色谱柱在超高压条件下运行时，在毛细管色谱柱施加喷雾电压的联通件(如四通、三通或二通等)处常出现漏液问题。因此，降低毛细管色谱柱的反向柱压成为目前采用毛细管高效液相色谱-质谱联用技术对蛋白质、蛋白质组进行定性鉴定和定量分析的主要问题。

为有效解决长毛细管色谱柱和装填亚2微米反相色谱填料毛细管色谱柱反向柱压太高的问题，可以提高毛细管色谱柱的温度。提高毛细管色谱柱的温度能够降低流动相的粘度，而流动相粘度的降低必然会降低毛细管色谱柱的柱压；而且流动相粘度的降低会增加溶质的传质阻力、增加溶质与固定相作用的几率，因而也会增加色谱柱的柱效。因此，提高色谱柱的温度可降低毛细管色谱柱柱压和增加柱效。然而，目前大多毛细管色谱仪自带的柱温箱只能对电喷雾离子化源外的毛细管色谱柱进行加热。还有的直接采用电喷雾离子化源内带加热套的直喷头毛细管色谱柱，但这种毛细管色谱柱是一次性的，不能重复使用，使用成本高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种安装在电喷雾离子化源内且制作简单的能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置及加热方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置，其特征在于：它包括第一与第二毛细管、电阻丝和可调直流电源，所述电阻丝均匀绕设在所述第一毛细管的外壁上，所述电阻丝的两端分别与所述可调直流电源的正极和负极连接，缠绕有所述电阻丝的所述第一毛细管放置在所述第二毛细管中，所述第一毛细管与第二毛细管为同轴设置。

所述第一毛细管采用玻璃毛细管，其内径大于所加热毛细管色谱柱的外径，所加热毛细管色谱柱比所述第一毛细管长。

所述电阻丝采用直径为0.1mm～0.2mm的镍铬电阻丝。

所述可调直流电源的输出电压为0V～300V连续可调。

一种采用所述能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置的加热方法，其包括以下步骤：1)选取一内径大于毛细管色谱柱外径的第一毛细管，在第一毛细管的外表面缠绕镍铬电阻丝；2)选取第二毛细管，将第二毛细管外套在缠绕有镍铬电阻丝的第一毛细管上并固定；3)将毛细管色谱柱的平头端穿过第一毛细管的内腔后通过一联通件与毛细管色谱仪连接；4)电阻丝的两端与可调直流电源的正、负极连接，可调直流电源的输出电压为小于或等于24V的情况下，通过改变可调直流电源的输出电流，调节第一毛细管内部的温度，对毛细管色谱柱进行加热。

所述步骤4)中，将毛细管色谱柱加热到温度保持在25℃～100℃。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在电喷雾离子化源内安装了第一和第二毛细管、电阻丝和可调直流电源，电阻丝均匀绕设在第一毛细管的外壁上，电阻丝的两端分别与可调直流电源的正极和负极连接，缠绕有电阻丝2的第一毛细管放置在第二毛细管中，第一毛细管与第二毛细管为同轴设置；只需将毛细管色谱柱放置在第一毛细管的内腔中，通过调节可调直流电源的输出电流就可以对毛细管色谱柱进行加热；因此本发明制作简单，能够方便地对毛细管色谱柱进行加热。2、本发明由于采用0V～300V连续可调的可调直流电源，电阻丝的两端分别与可调直流电源的正极和负极连接，通过改变流经电阻丝的电流，即可调节第一毛细管内部的温度，因此本发明能够根据实际需要得到不同温度的毛细管色谱柱，从而降低毛细管色谱柱的使用成本。3、本发明制作方法简单、成本低、使用安全、能够重复使用，并能够满足不同规格毛细管色谱柱的加温需求。基于以上优点，本发明可以广泛应用于毛细管色谱柱的加热过程中。

附图说明

图1是本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置的结构示意图；

图2是本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置、毛细管液相色谱仪以及通过电喷雾离子化源与质谱仪联用时的使用状态示意图；

图3是在本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置上施加的不同电流与毛细管色谱柱柱压关系图；其中，图(a)是在电流分别为0mA、80mA、100mA、120mA和150mA的条件下，毛细管色谱柱的柱压变化曲线图；图(b)是毛细管色谱柱的柱压随电流变化的关系图；

图4是不同电流下分析BSA酶切肽段混合物时毛细管色谱柱的柱压随时间的变化曲线；

图5是不同电流下液质联用系统鉴定到BSA酶切肽段混合物中的肽段数；

图6是不同电流下液质联用系统用于酵母蛋白酶切肽段混合物分析时毛细管色谱柱的柱压随时间的变化曲线；

图7是液质联用系统在0mA和100mA下鉴定到酵母蛋白酶切肽段混合物中的肽段数和蛋白数。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置包括第一毛细管1、电阻丝2、可调直流电源3和第二毛细管4。其中，第一毛细管1采用玻璃毛细管，其内径大于所加热毛细管色谱柱的外径，所加热毛细管色谱柱比第一毛细管1长。电阻丝2均匀绕设在第一毛细管1的外壁上，电阻丝2的两端分别与可调直流电源3的正极和负极连接，缠绕有电阻丝2的第一毛细管1放置在第二毛细管4中，第一毛细管1与第二毛细管4为同轴设置。

上述实施例中，电阻丝2采用直径为0.1mm～0.2mm的镍铬电阻丝。

上述实施例中，可调直流电源3的输出电压为0V～300V连续可调。

如图2所示，本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置设置在电喷雾离子化源5内，对毛细管色谱柱8进行加热，质谱仪6、毛细管色谱色谱仪7以及毛细管色谱柱8联用，实现对蛋白质样品的分离和离子化，其具体过程为：

首先，将质谱仪6、毛细管色谱色谱仪7以及毛细管色谱柱8进行连接，构成液质联用系统；

毛细管色谱柱8的喷头端正对质谱仪6的进样口。毛细管色谱柱8的平头端穿过第一毛细管1的内腔后通过一联通件9与毛细管色谱仪7连接。毛细管色谱色谱仪7提供的流动相通过联通件9进入毛细管色谱柱8。其中，联通件9可以采用二通件、三通件或四通件。

其次，利用本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置对毛细管色谱柱8进行加热；

在可调直流电源3的输出为小于或等于24V的情况下，通过改变可调直流电源3的输出电流，调节第一毛细管1内部的温度，使毛细管色谱柱8的温度保持在25℃～100℃内任一需要的温度，毛细管色谱柱8温度的提高使得流动相的粘度降低，从而降低毛细管色谱柱8的柱压并增加毛细管色谱柱8的柱效。第二毛细管4起到保温和安全的作用。

最后，质谱仪6的直流高压通过联通件9给电喷雾离子化源5内的毛细管色谱柱8施加喷雾电压。毛细管色谱仪7中的流动相通过联通件9进入毛细管色谱柱8中。流动相通过毛细管色谱柱8，实现对蛋白质等分析物的分离和离子化；质谱仪6对离子化的蛋白质等分析物样品进行分析。

实施例1：毛细管色谱柱的温度变化与其柱压之间的关系

采用规格为15cm×75μm带喷头的毛细管色谱柱8，所用毛细管色谱柱8的喷头内径为15μm，全多孔型反相色谱填料的粒径为3μm，孔径为10nm。

第一毛细管1的内径为530μm，外径为690μm；第二毛细管4的内径为1.1mm，外径为2.6mm。直径为0.1mm的镍铬电阻丝2均匀绕设在第一毛细管1外壁上。镍铬电阻丝2的电阻为200欧姆，其两端分别与可调直流电源3的正极和负极连接。

毛细管色谱柱8的喷头端正对质谱仪6的进样口设置，毛细管色谱柱8平头端穿过第一毛细管1的内腔后通过一四通件与毛细管色谱仪7连接。质谱仪6的直流高压通过四通件给电喷雾离子化源5内的毛细管色谱柱8施加喷雾电压。毛细管色谱仪7中的流动相通过四通件进入毛细管色谱柱8中。其中，毛细管色谱仪7中的流动相为流动相A和流动相B的混合，流动相A和流动相B各占50％，其流速为300nL/min。流动相A为5％乙腈和0.1％甲酸的水溶液，流动相B为95％乙腈和0.1％甲酸的水溶液。

根据焦耳定律Q＝I²Rt，在电阻R恒定的条件下，电流I越大，产生的热量Q越大；时间t越长，产生的热量Q越多。但毛细管色谱仪7中的流动相会带走产生的热量，达到一定的平衡。虽然毛细管色谱柱8的内部温度不易测定，但可以通过调整镍铬电阻丝2上的电流达到间接控制毛细管色谱柱内部温度的目的。

如附图3(a)所示，在电流分别为0mA、80mA、100mA、120mA和150mA条件下，毛细管色谱柱8的柱压有较大变化。如图3(b)所示，毛细管色谱柱8的柱压呈现非线性下降趋势，柱压随电流的变化趋势可表示为：y＝0.085x²-26.11x+4630，其中y表示柱压，单位为Psi(Pounds per square inch，磅/平方英尺)，x表示施加的电流，单位为mA。其中，电流为0mA时，毛细管色谱柱8的柱压为4627Psi；在加150mA电流的条件下，毛细管色谱柱8的柱压降到2639Psi，降幅达到46.9％。

实施例2：本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置的性能评价

虽然提高毛细管色谱柱8的温度可以降低柱压并提高柱效，但没有文献报道随着毛细管色谱柱8温度的提高，毛细管色谱柱8柱压降低的幅度以及柱效提高的程度如何，为此，采用实施例1中装填3微米粒径、反相色谱填料的带喷头的毛细管色谱柱8进行实验。在电流分别为0mA、60mA、80mA、100mA、120mA、140mA和160mA条件下对BSA(Bovine Serum Albumin，牛血清蛋白)酶切肽段混合物进行液质联用分析，并重复一次实验。

如图4所示，从不同电流下分析BSA酶切肽段时毛细管色谱柱的柱压随电流的变化曲线中可以看出，电流从0mA加到160mA时，毛细管色谱柱的柱压从1800Psi降到700Psi，降低幅度接近61％。将液质联用分析得到的数据进行Mascot(检索软件)搜索引擎搜库，统计不同电流下分离BSA酶切肽段的肽段数及覆盖率，将二次实验结果取平均值后作折线图，得到如图5所示不同电流下分离BSA酶切肽段的肽段数。

从图5中可以看出，电流从0mA升到100mA电流的过程中，肽段数基本维持在43个左右，比较稳定。而当电流增加到160mA时肽段数显著下降，只有20个。综上可以看出，利用本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置对BSA酶切肽段进行液质联用分析时，可以有效的降低毛细管色谱柱8的柱压，并在一定程度上提高其柱效。

实施例3：装有本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置的液质联用系统在复杂样本分析中的应用

为了对本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置的性能进行进一步的评价，将其应用到酵母蛋白质组表达谱的分析中。即将酵母细胞提取的蛋白酶切后，在装有本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置的液质联用系统上进行电流为0mA和100mA条件下的液质联用分析，并对实验重复一次。

从图6所示0mA和100mA电流条件下酵母蛋白酶切肽段混合物的柱压随时间变化曲线可以看出，电流为0mA条件下，毛细管色谱柱8的柱压约为2000Psi；电流为100mA条件下，毛细管色谱柱8的柱压约为1000Psi。相比0mA时的柱压，在100mA下进行分析时，毛细管色谱柱8的柱压降低了50％。将液质联用分析得到的数据进行Mascot搜索引擎搜库，二次实验所得结果去冗余后如图7所示。从图7中可以看出，在100mA下进行分析时，在酵母蛋白酶切肽段混合物中分离和鉴定到的肽段数从292个增加到310个，蛋白数从145个增加到154个，且压力显著降低，与分离标准蛋白BSA酶切肽段混合物时的结果一致，进一步证实了本发明能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置能够有效降低毛细管色谱柱8的柱压并提高毛细管色谱柱8的柱效。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和方法步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置，其特征在于：它包括第一与第二毛细管、电阻丝和可调直流电源，所述电阻丝均匀绕设在所述第一毛细管的外壁上，所述电阻丝的两端分别与所述可调直流电源的正极和负极连接，缠绕有所述电阻丝的所述第一毛细管放置在所述第二毛细管中，所述第一毛细管与第二毛细管为同轴设置。

2.如权利要1所述的一种能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置，其特征在于：所述第一毛细管采用玻璃毛细管，其内径大于所加热毛细管色谱柱的外径，所加热毛细管色谱柱比所述第一毛细管长。

3.如权利要1所述的一种能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置，其特征在于：所述电阻丝采用直径为0.1mm～0.2mm的镍铬电阻丝。

4.如权利要2所述的一种能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置，其特征在于：所述电阻丝采用直径为0.1mm～0.2mm的镍铬电阻丝。

5.如权利要1或2或3或4所述的一种能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置，其特征在于：所述可调直流电源的输出电压为0V～300V连续可调。

6.一种采用如权利要求1～5任一项所述的能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置的加热方法，其包括以下步骤：

1)选取一内径大于毛细管色谱柱外径的第一毛细管，在第一毛细管的外表面缠绕镍铬电阻丝；

2)选取第二毛细管，将第二毛细管外套在缠绕有镍铬电阻丝的第一毛细管上并固定；

3)将毛细管色谱柱的平头端穿过第一毛细管的内腔后通过一联通件与毛细管色谱仪连接；

4)电阻丝的两端与可调直流电源的正、负极连接，可调直流电源的输出电压为小于或等于24V的情况下，通过改变可调直流电源的输出电流，调节第一毛细管内部的温度，对毛细管色谱柱进行加热。

7.如权利要求5所述的一种能够提高毛细管色谱柱温度的电加热装置的加热方法，其特征在于：所述步骤4)中，将毛细管色谱柱加热到温度保持在25℃～100℃。