CN110376323A - 一种毛细管色谱柱的加热装置及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毛细管色谱柱的加热装置及加热方法。所述加热装置包括柱温箱；柱温箱的底部设有加热片，加热片与温度传感器连接；加热片的两端与直流电源相连接；温度传感器与温度控制器相连接；柱温箱内于加热片的上方设有毛细管色谱柱固定装置。本发明由于采用温度传感器、温度控制器、高热陶瓷加热片串联连接模式，陶瓷加热片两端分别与直流电源及温度控制器对应接口连接，通过设置温控器温度就可改变流经陶瓷加热片的电流，即可调节柱温箱内毛细管内部的温度，因此本发明能够根据实际需要得到毛细管色谱柱所需温度，从而降低流经毛细管色谱柱流动相粘度，降低毛细管色谱仪反压。

Description

一种毛细管色谱柱的加热装置及加热方法

技术领域

本发明涉及一种毛细管色谱柱的加热装置及加热方法，属于分析化学、生物分析和蛋白质组学领域。

背景技术

毛细管高效液相色谱-质谱联用技术被广泛用于蛋白质组定性和定量分析领域。但由于生物样品中蛋白质种类繁多、蛋白鉴定数目巨大、动态分布范围宽，导致目前常用的长度约为15cm、装填3～5μm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和定量分析，最为关键的是与疾病相关的诊疗标志物通常都是丰度极低的蛋白，因此发展高效的色谱分离方法或高灵敏的质谱检测方法就迫切需要了，目前降低生物样品复杂度最有效的方法是采用高效液相色谱法去除高丰度蛋白/肽段干扰，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2μm反相色谱填料，但这种手段存在的主要问题是容易提升毛细管色谱柱柱压或毛细管色谱仪流路的反压，虽然现有商品化的毛细管色谱仪可以通过提供超高的输出压力来解决液相系统反压增大的问题，但是由于毛细管色谱仪中各个管路接口的耐压性有限，常导致接口因压力过大而脱落，造成样品损失并且大大影响了单次质谱中对蛋白的鉴定数目。2000年美国明尼苏达大学的研究人员，在研究高温快速分离时，考察了系统压力随着温度的变化情况，证实随着温度的升高，系统压力逐渐降低。对基于bottom up策略的蛋白质组学研究中，电喷雾离子源外的毛细管尖头色谱柱，可采用毛细管色谱仪自带的商业化柱温箱实现加热降压的目的，但商业化加热装置存在装卸困难、温度控制不准确、价格昂贵等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种毛细管色谱柱的加热装置及加热方法，所述加热装置可安装在电喷雾离子源内且操作简单，能够快速、准确、稳定控制毛细管色谱柱温度。

本发明所提供的毛细管色谱柱的加热装置，包括柱温箱；

所述柱温箱的底部设有加热片，所述加热片与温度传感器连接；

所述加热片的两端与直流电源相连接；

所述温度传感器与温度控制器相连接；

所述柱温箱内于所述加热片的上方设有毛细管色谱柱固定装置。

上述的加热装置中，所述柱温箱可采用铝合金材质；

所述加热片可为陶瓷加热片，如多层氧化铝陶瓷。

上述的加热装置中，所述温度传感器可为贴片式温度传感器，感温范围：-55℃～+125℃；

所述温度控制器输入为交流电，90V～264V连续可调；输出为直流电，3V，2.0A，所述温度控制器用于调节所述柱温箱的温度。

上述的加热装置中，所述加热片和所述温度传感器通过高温绝缘胶布固定于所述柱温箱的底部。

上述的加热装置中，所述加热片与所述毛细管色谱柱固定装置之间设有导热盖板，其作用是隔离所述加热片的同时完成所述柱温箱的整个腔体内的均匀导热。

上述的加热装置中，所述毛细管色谱柱固定装置为液相四通卡槽；

本发明加热装置能够达到的加热温度范围为室温～100℃。

基于所述加热装置，本发明还提供了一种毛细管高效液相色谱-质谱联用系统，包括毛细管高效液相色谱仪、质谱仪、毛细管色谱柱和所述加热装置；

所述毛细管色谱柱通过所述毛细管色谱柱固定装置固定于所述加热装置的所述柱温箱内；

所述毛细管色谱柱的平头端通过所述液相四通卡槽中的接头(如其PEEK接头) 与所述毛细管高效液相色谱仪的液相进样管路相连接，所述液相四通卡槽中的四通的另外两通道分别连接直流高压电源和废液排出管路；所述毛细管色谱柱的喷头端位于所述质谱仪的大气压进样接口的正上方，如2mm处。

采用本发明毛细管色谱柱加热装置进行加热时，可按照下述步骤进行：

1)将毛细管色谱柱放置于所述加热装置的所述柱温箱腔体内；

2)将所述毛细管色谱柱的平头端通过所述液相四通卡槽中的接头与所述毛细管高效液相色谱仪的液相进样管路相连接、直流高压电源和废液排出管路连接，喷头端设于所述质谱仪的大气压进样接口的正上方；

3)打开所述直流高压电源，调节所述温度控制器的温度，即实现对所述毛细管色谱柱的加热。

由于采取以上技术方案，本发明具有以下优点：

1、本发明由于配备有温度传感器与温度控制器，因此只需将毛细管色谱柱放置在柱温箱腔体中，通过设置温控器的温度就可实现对毛细管色谱柱流动相温度的智能精准控制，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、本发明由于采用温度传感器、温度控制器、高热陶瓷加热片串联连接模式，陶瓷加热片两端分别与直流电源及温度控制器对应接口连接，通过设置温控器温度就可改变流经陶瓷加热片的电流，即可调节柱温箱内毛细管内部的温度，因此本发明能够根据实际需要得到毛细管色谱柱所需温度，从而降低流经毛细管色谱柱流动相粘度，降低毛细管色谱仪反压。

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及不同型号电喷雾离子源对接的需求。

基于以上优点，本发明加热装置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是本发明毛细管色谱柱加热装置(与质谱仪和色谱仪配合)的结构示意图。

图2是本发明毛细管色谱柱加热装置(与质谱仪和色谱仪配合)的实物图。

图3是分析时间相同分析柱柱长不同对正常人尿液总蛋白质谱鉴定结果比较。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如图1所示，本发明毛细管色谱柱加热装置包括柱温箱1、陶瓷加热片2、温度传感器3、导热盖板4和液相四通卡槽5，其中柱温箱1为铝合金材质，尺寸为271mm×41.5 mm×27mm。陶瓷加热片2为多层氧化铝陶瓷，通过陶瓷加热片2的两极与可调直流电源及温度控制器11对应位置连接。温度传感器3为热敏电阻。陶瓷加热片2与温度传感器3通过高温绝缘胶布固定于柱温箱1腔体底部，通过导热盖板4与上层腔体隔离。液相四通卡槽5为聚苯硫醚材质3D打印制作的同轴正方体，放置于导热盖板4 正上方。

本实施例中，陶瓷加热片2采用电压/静态功率的5V3W-～V10W的多层氧化铝陶瓷；温度传感器3为测量范围-50℃-130℃的10K热敏电阻。

如图1所示，本发明加热装置设置在电喷雾离子源6内，对毛细管色谱柱7进行持续稳定加热，柱温箱1、电源及为温度控制器11、质谱仪10、毛细管色谱仪8以及毛细管色谱柱7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10、毛细管色谱仪8、柱温箱1及毛细管色谱柱7进行连接，构成液质联用系统；

毛细管色谱柱7的喷头端位于质谱仪10的大气压进样接口9正上方2mm处。毛细管色谱柱7的平头端通过液相四通卡槽5内的PEEK接头与质谱高压直流电源12 相连，另外两通分别连接毛细管色谱仪8的液相进样管路和废液排出管路13。

其次，利用本发明能够对毛细管色谱柱7进行持续稳定加热；

在温度控制器11中设置温度范围(室温-100℃)，对于30cm长的毛细管色谱柱 7设置温度通常在60±5℃范围内，色谱柱7温度的提高使得通过其管路的流动相的粘度降低，从而有效降低毛细管色谱仪8的系统反压并增加色谱柱7的柱效。

最后，质谱仪10的直流高压通过联通件给电喷雾离子化源6内的毛细管色谱柱7施加喷雾电压。毛细管色谱仪8中的流动相通过联通件进入毛细管色谱柱7中。流动相通过毛细管色谱柱7实现对蛋白质等分析物的分离和离子化；质谱仪10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

如图2所示，采用规格为30cm×150μm带喷头的毛细管色谱柱7，所用毛细管色谱柱7的喷头内径为150μm，全多孔型反相色谱填料的粒径为3μm，孔径为10nm。 30cm×150μm带喷头的毛细管色谱柱7通过四通件固定在毛细管柱温箱1内的液相四通卡槽5中。如图2a)所示，毛细管色谱柱7的喷头端正对质谱仪10的大气压进样口正上方2mm处，图2b)中可在电源及温度控制器11中设置柱温箱1所需温度，毛细管色谱柱7平头端通过液相四通卡槽5的PEEK接头与毛细管色谱仪8连接用于输送流动相，质谱仪10的直流高压通过联通件(为固定在四通PEEK接头内的铂金属电极)给电喷雾离子化源6内的毛细管色谱柱7施加电压，实现毛细管色谱柱7尖头端的液滴喷雾。其中，毛细管色谱仪8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600nL/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，毛细管色谱柱7置于柱温箱1 腔体中，通过腔体温度来实现对毛细管色谱柱7的持续加热。

如表1所示，在温度设置分别为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃和65℃条件下，毛细管色谱柱7的柱压有较大变化。毛细管色谱柱7的柱压随温度升高呈现非线性下降趋势，在加热温度达到60℃时，毛细管色谱柱8的柱压降到170bar，降幅达到62.9％。

表1 本发明加热装置不同使用温度下，色谱流路压力变化

实施例2、装有本发明加热装置的液质联用系统在复杂样本分析中的应用

为了对本发明加热装置的性能进行进一步的评价，将其应用到正常人尿蛋白质组表达谱的分析中。即将装有本发明加热装置的液质联用系统上，进行15cm和30cm毛细管色谱柱长条件下的尿液蛋白酶切物液质联用分析，并对实验重复一次。

从图3所示，在由于采用了超长的150min色谱梯度，对于柱长更长的30cm毛细管色谱柱，分离效能更明显，在100min后可以分离更多的肽段峰，有效提高谱图鉴定数，将液质联用分析得到的数据进行maxquant搜索引擎搜库，二次实验所得结果去冗余后的平均值如表2所示。从表2中可以看出，30cm毛细管色谱柱下进行分析时，2μg 正常人尿蛋白酶切肽段混合物中分离和鉴定到的肽段数从9730个增加到15860个，蛋白数从1875个增加到3120个，且压力显著降低1/3。

表2 不同柱长毛细管色谱柱对2μg正常人尿蛋白酶切肽段蛋白鉴定量

毛细管色谱柱长度(cm)	液相梯度时间(min)	蛋白鉴定数	肽段鉴定数
				15	150	1875	9730
30	150	3120	15860

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 (8)

1.一种毛细管色谱柱的加热装置，包括柱温箱；

所述柱温箱的底部设有加热片，所述加热片与温度传感器连接；

所述加热片的两端与直流电源相连接；

所述温度传感器与温度控制器相连接；

所述柱温箱内于所述加热片的上方设有毛细管色谱柱固定装置。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于：所述加热片为陶瓷加热片。

3.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于：所述温度传感器为贴片式温度传感器；

所述温度控制器输入为交流电，90V～264V连续可调；输出为直流电，3V，2.0A。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的加热装置，其特征在于：所述加热片和所述温度传感器通过绝缘胶布固定于所述柱温箱的底部。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的加热装置，其特征在于：所述加热片与所述毛细管色谱柱固定装置之间设有导热盖板。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的加热装置，其特征在于：所述毛细管色谱柱固定装置为液相四通卡槽。

7.一种毛细管高效液相色谱-质谱联用系统，包括毛细管高效液相色谱仪、质谱仪、毛细管色谱柱和权利要求1-6中任一项所述加热装置；

所述毛细管色谱柱通过所述毛细管色谱柱固定装置固定于所述加热装置的所述柱温箱内；

所述毛细管色谱柱的平头端通过所述液相四通卡槽内的接头与所述毛细管高效液相色谱仪的液相进样管路相连接，所述液相四通卡槽内的四通的另外两通分别连接直流高压电源和废液排出管路，喷头端位于所述质谱仪的大气压进样接口的正上方。

8.一种毛细管色谱柱的加热方法，包括如下步骤：

1)将毛细管色谱柱放置于权利要求1-6中任一项所述加热装置的所述柱温箱腔体内；

2)将所述毛细管色谱柱的平头端通过所述液相四通卡槽内的接头与所述细管高效液相色谱仪的液相进样管路相连接、直流高压电源和废液排出管路连接，喷头端设于所述质谱仪的大气压进样接口的正上方；

3)打开所述直流电源，调节所述温度控制器的温度，即实现对所述毛细管色谱柱的加热。