CN114464521B - 一种毛细管针及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种毛细管针及其制备方法，其针尖的冠长和针尖开口孔径比例为52~101，折弯部曲率为5.2×10^‑5‑8.2×10^‑2，通过多次高温拉伸制成，本发明的制备方法操作简单、成本相对低廉、重复性好，而且制备出的毛细管针尖具有断面整齐、喷雾对称性好、相对耐用、稳定性好、耐压能力强等优点，可以广泛应用于液相色谱质谱联用技术。

Description

一种毛细管针及其制备方法

技术领域

本发明属于分析化学领域，尤其适用于液质联用分析技术领域，具体涉及一种毛细管针及其制备方法。

背景技术

目前，液相色谱-高分辨质谱联用技术常用于物质的定性、定量分析，特别适用于蛋白质、修饰后蛋白、多肽等生物大分子的定性、定量测定，但是生物大分子一般都响应较低、信息量大，由此纳升液相逐渐进入人们的视线。研究表明，在纳升液相nL/min的流速下，极高的nESI气溶胶的表面积-体积比使离子能够有效地输送到气相，并且电离效率的提高导致了等摩尔响应的趋势，并减少了基质组分对离子的抑制，纳升喷雾在低流速情况下能显著增加离子化效率、并为高端质谱仪的扫描提供足够时间，捕获更多结构信息，大大地提高了检测器的灵敏度，因此纳升喷雾广泛应用于蛋白组学以及代谢组学的分析。

毛细管柱的毛细管针尖是连接液相色谱与质谱之间的重要组成部分，样品在进入质谱之前，先在喷针处以液体状态射流一段距离，再经高压作用电离、库伦爆炸，形成雾状带电粒子进入质谱仪，因此在分析过程中，毛细管针尖结构对于喷雾稳定性至关重要。此外，离子化效率受流速以及入口压力的影响，入口压力取决于孔径直径，因此不断优化毛细管针尖结构迫在眉睫。

目前市面上所售的毛细管针尖存在断面不整齐、稳定性差、重复性差、耐用性不强、易堵塞等问题，此外，市售的毛细管针尖价格较为昂贵，一旦针尖堵塞则不能继续使用，作为实验室耗材使用成本太高，因此有必要发明一种成本低、稳定耐用、重复性理想的毛细管针尖尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存着的缺陷，提供一种毛细管针，其针尖部具备断面齐整、相对耐用、喷雾端对称性好、耐压能力强、喷雾稳定性好的特点，并同时提供其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明一方面提供了一种毛细管针，其针尖的冠长和针尖开口孔径比例为52～101:1，折弯部曲率为5.2×10^-5-8.2×10^-2。

作为本发明的优选实施方案，所述针尖开口孔径为19±5.20μm。

作为本发明的优选实施方案，所述冠长为1348±72.05μm。

作为本发明的优选实施方案，所述毛细管内径为75-100μm。

作为本发明的优选实施方案，其材质为石英玻璃。

本发明的另一方面提供了一种上述毛细管针的制备方法，其包括如下步骤：

1)选取毛细管备用，选择非端部位置作为针尖加工部；

2)用热源灼烧毛细管所述针尖加工部，以去除毛细管外壁的高分子涂料；

3)将灼烧好的毛细管沿轴放平；

4)将所述针尖加工部放置于激光拉伸仪操作窗口，经过四次加热拉伸；

5)切割，即得。

作为本发明的一些优选实施方案，所述步骤4)中四次加热拉伸参数如下：

作为本发明的一些优选实施方案，所述步骤2)中灼烧温度为400-700℃。

作为本发明的一些优选实施方案，所述步骤5)中切割器为陶瓷片。

作为本发明的一些优选实施方案，所述步骤1)中的毛细管长度为40～50cm，内径为75-100μm。

技术术语解释

本发明中的折弯部曲率为从针尾到针尖之间首次出现折弯部的曲率，即图1中的P点处的曲率。

本发明中的针尖的冠长为折弯部到针尖端的长度，即图1中的线段L的长度。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1.本发明所提供的毛细管针的针尖断面整齐，有利于形成稳定的喷雾，在样品检测过程增加检测稳定性。

2.本发明所提供的毛细管针的针尖形状对称，为形成稳定的喷雾奠定了基础，有利于提高样品测定稳定性，经验证，稳定性良好。

3.本发明所提供的毛细管针，经验证使用70天后，随机选取已测定样品，在扫描时间内，检测同一时间内基峰的响应信号，RSD值小于15％，表明耐用性良好。

4.本发明所提供的毛细管针，具备适宜的曲率，大大提高了离子化效率。其内填料可以替换为不同的吸附填料，而整个装置不用更换，重复利用率高，使用成本低。

5.本发明所提供的毛细管针的制备方法步骤简单，成本低、加工效率高，可作为实验室耗材使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例1制备的毛细管针的针尖显微图，其中A为4x低倍镜，B为10x高倍镜；

图2是本发明实施例1针尖加工部预处理步骤操作示意图，其中①为锡箔纸，②为毛细管③为酒精灯；

图3是本发明实施例1拉制步骤开始时的操作示意图，其中①为牵引力，②为毛细管，③为操作窗口，④为热源；

图4是本发明实施例1拉制步骤结束时的操作示意图；

图5是本发明实施例1切割步骤切割后的示意图；

图6是本发明实施例1制备的产品和现有产品的对比图，其中a为实施例1制备产品、b和c为其它同类型产品；

图7是本发明实施例1制备的毛细管针使用时离子源稳定的示意图；

图8是本发明制备步骤4)中不同拉制次数的影响分析图，其中A为对冠长的影响，B为对针尖孔径的影响，C为对基峰响应值的影响。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。

实施例1

如附图2-5所示，制备毛细管针的具体步骤如下：

S1激光拉伸准备：

打开MODEL P-2000，预热15分钟，然后设置拉制参数，如下表1。

表1 MODEL P-2000拉制参数

S2毛细管柱准备：

考虑到仪器中常用毛细管针长度约为20cm，每次拉制可得两根毛细管针，因此量取40cm毛细管柱，用75％乙醇擦净外壁，保持毛细管干净，选取正中部2cm长度范围作为针尖加工部。

S3针尖加工部预处理：

用中部留有2cm缺口的4cm锡箔纸包住毛细管待灼烧部分，如图2所示，点燃酒精灯，灼烧毛细管中间部分约2cm，至外皮碳化，停止加热，用棉花蘸取少量75％乙醇，擦去已碳化的毛细管外皮，至管壁通透。

S4拉制：

如图3所示，将处理后的毛细管沿轴放平，使已灼烧部分位于激光拉伸仪的操作窗口，点击PULL，进行加热、拉伸，如图4所示。

S5切割

用陶瓷片对拉伸后的毛细管的最细处进行切割，如图5所示，得到两个基本相同的毛细管针。

本实施例制备得到的毛细管针的形态见图1和图2，测量计算其曲率半径为2×10-2μm，冠长为1370μm，针尖的开口孔径为19μm。

本实施例1得到的毛细管针安装到仪器上，随机选取使用该方法拉制的色谱柱进行样品检测分析，使用70天后，随机选取已测定样品，在扫描时间内，检测同一时间内基峰的响应信号，见表2，RSD值小于15％，表明耐用性良好。在不同速下，基峰响应基本相同，如表3，RSD为12.89％，表明耐压能力强。如图7所示的离子源稳定性RSD为1.7％，表明稳定性理想。

表2同一毛细管色谱柱70天内基峰的响应信号及RSD值

表3不同流速下基峰响应值

实施例2

重复实施例1的拉制方法12次得到毛细管针，对实施例1和实施例2得到的13根毛细管针的冠长、曲率和开口孔径进行显微镜下测量计算，结果如下：

1.在显微镜下，计算大量毛细管针尖的曲率，得出毛细管针尖的曲率范围为：5.2×10^-5-8.2×10^-2。

2. 13根毛细管针的冠长的平均值为1348±72.05μm，RSD为5.34％，如表4。

表4毛细管色谱柱针尖冠长

经过四次拉制后的针尖，冠长长度适中，使得样品在电压下以稳定、高效的速度在针尖处形成喷雾。若冠长太长，则样品在较为狭窄的冠长部分停留时间长，单位时间内可形成稳定喷雾的样品量减少，效率低；若冠长太短，则大量样品快速通过针尖，离子化不充分，形成的喷雾效率低，此外，大量未形成雾滴的样品的快速通过，易造成仪器污染，缩短仪器寿命。因次，此拉制方法相比与传统方法具有十分显著的优点。

3. 13根毛细管针的针尖孔径：形成针尖孔径平均值为19±5.20μm，其RSD为12.24％，结果见表5。

表5毛细管色谱柱针尖孔径

待测样品在针尖处经电压喷雾化，针尖孔径需大小合适，与冠长长度需适中相同，针尖开口太小，单位时间内可形成稳定喷雾的样品量减少，效率低；针尖开口太大，待测样品雾化不充分，样品检测效率低，一些非待测大分子物质由于未离子化或去离子化，进而会进入检测器，对待测物质产生极大的干扰，污染仪器。

考察例1

本考察例对于加热拉伸的次数进行了考察，并且对加热拉伸中的温度和拉力继续了多种尝试，具体过程和结果如下：

加热拉伸次数为1次时，不能得出形状正常的毛细管针尖，此时毛细管针尖由于拉力不够，导致断面不平整，不能正常使用。

增加拉制次数为2次，并略降低温度，在第1次拉力基础上略减小第2次拉力，增加曲率，此外降低温度，防止温度过高，毛细管破裂。此次拉制后，能得出外表形状正常的毛细管针尖，经测量后，得出冠长为842±64.01μm，针尖孔径为67±11.29μm，此时冠长长度略短，针尖孔径偏大，离子化效率低，因此考虑继续增加拉制次数。

增加拉制次数为3次，并略降低温度，同时减小拉力，使毛细管针尖孔径降低，增加曲率。此次拉制后，能得出外表形状正常的毛细管针尖，经测量后，得出冠长为1033±28.16μm，针尖孔径为46±3.10μm，此时冠长长度有所增加，针尖孔径略减小，离子化效率有所增加。

增加拉制次数为4次，略降低温度，防止毛细管长时间在高温下破裂，其它条件不变，使毛细管针尖在第3次与第4次相同拉力下，形成断面平整的毛细管针尖，其冠长与针尖孔径见表4、5。

第2次开始，每次冠长与针尖孔径见表6a，6b；每次离子化效率见表7；并对冠长、针尖孔径、离子化效率进行ANOVA分析，其p值均小于0.05，有显著统计学差异，见图8。

表6a拉制不同次数对应的冠长

表6b拉制2次时对应的针尖孔径

表7不同拉制条件下的基峰强度

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种毛细管针，其特征在于，其针尖的冠长和针尖开口孔径比例为52~101：1，折弯部曲率为5.2×10^-5-8.2×10^-2µm^-1；

所述针尖开口孔径为19±5.20µm；

所述冠长为1348±72µm；

所述毛细管内径为75-100µm；

其通过如下步骤制备：

1）选取毛细管备用，选择非端部位置作为针尖加工部；

2）用热源灼烧毛细管所述针尖加工部，以去除毛细管外壁的高分子涂料；

3）将灼烧好的毛细管沿轴放平；

4）将所述针尖加工部放置于激光拉伸仪操作窗口，经过四次加热拉伸，所述四次加热拉伸参数如下：

5）切割，即得。

2.根据权利要求1所述的一种毛细管针，其特征在于，其材质为石英玻璃。

3.根据权利要求1或2所述的毛细管针，其特征在于，所述步骤2）中灼烧温度为400-700℃。

4.根据权利要求1或2所述的毛细管针，其特征在于，所述步骤5）中切割器为陶瓷片。

5.根据权利要求1或2所述的毛细管针，其特征在于，所述步骤1）中的毛细管长度为40~50cm，内径为75-100µm。