Baki plot KM untuk polimer menggunakan msRepeatFinder: pemetaan komposisi pada julat jisim yang luas [Aplikasi MALDI]

Spektrometri Jisim (MS) dengan pengionan lembut seperti pengionan desorpsi laser berbantukan matriks (MALDI) membolehkan analisis komposisi polimer (unit berulang, penamatan rantai) dengan serakan rendah. Menggabungkan pecahan kromatografi pengecualian saiz (SEC) dengan analisis MALDI SpiralTOF™ MS resolusi tinggi membolehkan penilaian komposisi sampel polimer polydisperse pada julat jisim yang luas (ukuran jisim resolusi tinggi/kejituan tinggi dalam julat jisim rendah < 4 kDa, resolusi isotop dalam julat jisim yang lebih tinggi < 30kDa). Walau bagaimanapun, lebih tinggi resolusi semakin banyak puncak dikesan dalam spektrum jisim dengan satu spektrum setiap pecahan, menjadikan tafsiran data spektrum jisim sebagai langkah mengehadkan kadar bagi keseluruhan prosedur analisis. Analisis "baki jisim Kendrick" (RKM) dicadangkan sebagai pemprosesan data pasca pemerolehan pantas menggunakan peta visual daripada data julat jisim rendah/tinggi dan rendah/tinggi yang digabungkan.

Eksperimen

A 1 mg mL^-1 larutan poli(ε-kaprolakton) (PCL, Sumber Polimer, P1302-CL) dalam CHCl₃ telah dipecahkan oleh SEC (sistem HLC8220 GPC, Tosoh, lajur TSKgel multipore HXL-M, kadar aliran: 1 mL min^-1, 0.5 mL setiap pecahan). Spektrum jisim direkodkan dengan spektrometer jisim JMS-S3000 SpiralTOF™ ( matriks: DCTB, tiada garam ditambah). Plot telah dikira menggunakan msRepeatFinder 3.0.

SEC-MALDI-MS

Lima pecahan dikumpul daripada elusi SEC yang menukar sampel PCL kepada aliquot dengan serakan rendah (Rajah 1A). Taburan utama dalam pecahan terakhir (m/z 2000 hingga 5000, Rajah 1B) diperuntukkan kepada PCL (bulatan merah) dan (H, C) terlarut (H, OH) berakhir₃H₇O)-berakhir PCL (segitiga biru) memanfaatkan sepenuhnya resolusi tinggi penganalisis. Penganalisis SpiralTOF™ masih mampu menghasilkan spektrum jisim untuk empat pecahan lain bagi meningkatkan berat molekul sehingga 20000 Da dengan resolusi isotop yang kemas (Gamb. 2A). Spektrum jisim digabungkan menggunakan msRepeatFinder3.0 untuk memaparkan data spektrum jisim penuh dalam satu graf (Rajah 2B).

Rajah 1. (A) Kromatogram SEC. (B) Spektrum jisim pecahan 5

Rajah 2. (A) Spektrum jisim lima pecahan. (B) Spektrum jisim bercantum.

Plot kecacatan jisim Kendrick (KMD).

Plot KMD biasa daripada spektrum jisim bercantum hampir tidak memisahkan terlarut (H, OH)- dan (H, C₃H₇Oligomer berakhir O) dalam julat jisim terendah tetapi plot menjadi tidak dapat diselesaikan sambil meningkatkan panjang rantai (Rajah 3). Walaupun resolusi isotop dicapai oleh penganalisis SpiralTOF™, ketepatan jisim tidak cukup tinggi untuk analisis KMD biasa. Plot KMD dipertingkatkan resolusi menggunakan unit asas pecahan CL/113 (Rajah 4) berjaya memisahkan empat taburan utama (tersodiasi dan berpotassiat (H, OH)- dan (H, C₃H₇O)-oligomer berakhir) pada keseluruhan julat jisim. Kuasa pemisah bagaimanapun semakin berkurangan manakala berat molekul semakin meningkat dan plot menjadi kabur dengan kualiti penjajaran titik yang rendah.

Rajah 3. Plot KMD biasa daripada spektrum jisim gabungan lima pecahan (unit asas: CL, C₆H₁₀O₂, 114.0681).

Rajah 4. Plot KMD asas pecahan daripada spektrum jisim gabungan lima pecahan (unit asas: CL/113).

Baki plot KM (RKM).

Plot RKM bagi spektrum jisim bercantum mendedahkan kehomogenan komposisi PCL yang hebat sepanjang julat jisim 20 kDa yang luas dengan (H, OH)- dan (H, C₃H₇O) rantai berakhir (tambahan natrium dan kalium, Rajah 5A). Siri ion kitaran tambahan diperhatikan dalam julat jisim terendah (pecahan #5, segi empat sama biru) tipikal laluan sintesis pembukaan cincin dan polikondensasi. Pengesanan oligomer berakhir (H, ONa) yang dilihat dalam pecahan #5 (persegi ungu) mengesahkan lagi kehadiran kumpulan akhir berasid COOH dan mengesahkan penetapan (H, OH). Berbanding dengan plot KMD yang tidak dapat diselesaikan atau kabur, titik diselaraskan dengan sempurna dalam plot RKM di seluruh julat jisim walaupun menggunakan kalibran luaran yang berbeza (satu setiap pecahan). Peralihan isotop (¹²C → ¹³C) jelas dilihat sambil meningkatkan panjang rantai (dari ¹²besar C ¹³C₁₆ untuk rantai terbesar, Rajah 5B). Kuasa pemisah yang tinggi bagi plot RKM membolehkan penapisan pantas siri ion tertentu (siri penuh atau komposisi isotop tetap) ke atas keseluruhan julat jisim menggunakan "Mod Pengumpulan" msRepeatFinder (Rajah 6, bar merah ditugaskan kepada (H, OH)-berakhir PCL daripada 2 kDa hingga 20 kDa).

Rajah 5. Plot RKM daripada spektrum jisim bercantum. (A) Plot penuh dengan tugasan kumpulan akhir. (B) Butiran siri ion terlarut (H, OH).

Rajah 6. Pemilihan segera bagi keseluruhan siri terlarut (H, OH)-PCL sepanjang julat jisim 20kDa (lima pecahan sekali gus) menggunakan "mod kumpulan" msRepeatFinder.

Prospek

Plot RKM serasi dengan data spektrum jisim ketepatan tinggi dan ketepatan rendah daripada penganalisis SpiralTOF™ (resolusi isotop) dan penganalisis TOF linear (resolusi oligomerik) spektrometer jisim JMS-S3000 [3]. Ia juga serasi dengan pelbagai pengecasan yang berpotensi diperhatikan dalam analisis MALDI-MS polimer berat molekul tinggi [4].

Pengiktirafan

Nota permohonan ini ditulis berdasarkan hasil projek penyelidikan bersama dengan Dr. Hiroaki Sato dan Dr. Thierry Fouquet di Institut Penyelidikan Kimia Lestari, Institut Sains dan Teknologi Industri Termaju Negara (AIST).

Rujukan

[1] H. Sato, S. Nakamura, K. Teramoto, T. Sato. J. Am. Soc. Spektrom Jisim. 2014, 25, 1346 1355-.
[2] T. Fouquet, H. Sato. dubur. Kimia. 2017, 89, 2682−2686.
[3] T. Fouquet, T. Satoh, H. Sato. dubur. Kimia. 2018, 90, 2404 2408-.
[4] T. Fouquet, RB Cody, Y. Ozeki, S. Kitagawa, H. Ohtani, H. Sato. J. Am. Soc. Spektrom Jisim. 2018, 29, 1611-1626.

Jika anda ingin melihat versi bercetak, sila klik fail PDF ini.

PDF 1.27MB