Plot KMD asas pecahan untuk kopoliester poli (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) berat molekul tinggi berikutan degradasi alkali pada plat dan analisis SpiralTOF™ [Aplikasi MALDI]

Eksperimen

Poli(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV, 12 mol% 3HV, M_n=1.4×10⁵ g mol^-1, Đ_M=2.5) adalah daripada Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, Amerika Syarikat) manakala semua bahan kimia dan pelarut lain adalah daripada FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation melainkan dinyatakan sebaliknya. 1 μL PHBV (1 mg mL ^-1 dalam THF) telah dibuang pada plat sasaran MALDI pakai buang (Hudson Surface Technology, NJ, USA). 1 μL natrium hidroksida dalam metanol-d4 pada 10 mg mL^-1 selanjutnya diendapkan dan dibiarkan kering di udara. Reagen alkali yang berlebihan dibasuh dengan air suling. 1 μL 2,4,6-trihydroxyaceto-phenone (Protea Biosciences, WV, USA) dalam THF pada 20 mg mL ^-1 telah digunakan pada tempat sampel. Spektrum jisim telah direkodkan dengan spektrometer jisim JMS-S3000 SpiralTOF™. Plot telah dikira menggunakan msRepeatFinder 3.0 daripada senarai puncak yang dieksport menggunakan msTornado™.

MS dan analisis KMD biasa

Degradasi alkali pada plat PHBV mengeluarkan sehingga enam siri kopoliester pendek yang mudah dikesan dalam MALDI-MS [1]. (Rajah 1A). Dengan variasi kumpulan akhir, kandungan 3HB dan 3HV dalam satu siri tertentu dan corak isotop, tugasan puncak adalah bukan remeh baik daripada spektrum jisim mahupun plot KMD biasa [2] sebagai siri bertindih (Rajah 1B).

Rajah 1. (A) spektrum jisim MALDI spiralTOF™ bagi PHBV berat molekul tinggi berikutan degradasi pada platnya (inset: siri ion utama yang dikesan I-VI). (B) plot KMD biasa skala penuh (asas: C₄H₆O₂, 3HB).

Analisis KMD dipertingkatkan resolusi "Satu pukulan".

Bertentangan dengan plot KMD biasa yang terkondensasi, siri ion yang berbeza meliputi keseluruhan julat KMD (dari -0.5 hingga 0.5) dalam plot KMD asas pecahan yang dikira dengan 3HB/135 (Rajah 2) [3]. Dalam satu gugusan, titik berbeza mengikut kandungannya dalam 3HB (penjajaran mendatar, unit asas) dan dalam 3HV (penjajaran serong) manakala komposisi isotop berbeza daripada satu gugusan dengan yang lain (¹²C atau ¹³C_x, Rajah 2 dengan pengekodan warna). Semua puncak yang dikesan dalam spektrum jisim dengan itu diasingkan atau dikumpulkan secara berfaedah untuk tugasan pantas.

Rajah 2. Plot KMD "Fraction base" dengan unit asas pecahan 3HB/135 menggunakan msRepeatFinder.

Analisis KMD dipertingkatkan resolusi "Berjujukan" [4]

Siri I dan V hampir bertindih dalam plot KMD asas pecahan sebelumnya (Rajah 2) menghalang pemisahan/pengasingan mereka. Untuk mengelakkan isu ini, kelompok monoisotopik diekstrak (mod kumpulan, Rajah 3A) manakala titik lain disembunyikan untuk meningkatkan visualisasi (Rajah 3B). Dua siri ion monoisotopik dinyahbelitkan dengan menukar pecahan (3HB/117, Rajah 3C). Semua titik dipisahkan sepenuhnya, menjadi ko-oligomer monoisotopik (¹²C) dengan kandungan yang berbeza-beza dalam 3HB (penjajaran melintang) dan 3HV (penjajaran serong, struktur dalam inset).

Rajah 3. Analisis KMD "asas pecahan" berjujukan menggunakan msRepeatFinder.

Pemprosesan data alternatif: spektrum jisim nyahisotop (msTornado™)

Menggunakan set data penuh mengurangkan risiko kehilangan siri ion kecil tetapi isotop merumitkan pemprosesan data dengan beberapa kelompok untuk siri kopolimer tertentu (Rajah 2). Spektrum jisim mungkin akan dinyahisotop secara automatik menggunakan msTornado™ untuk memudahkan visualisasi. Walau bagaimanapun, dan walaupun penyahisotopan, plot KMD biasa masih gagal untuk memisahkan siri ion (Rajah 4A). Sebaliknya, plot KMD asas pecahan dikira dengan unit pecahan lain 3HB/92 (Rajah 4B) sangat memisahkan enam siri ion kopolimer dalam satu plot seterusnya membolehkan pemilihan/penetapan ko-oligomer pantas dengan kebolehlihatan yang tiada tandingan [1]. Asas pecahan berbeza daripada kes sebelumnya (135 atau 117 hingga 92) kerana keperluan untuk pengasingan adalah berbeza (kandungan dalam 3HB, 3HV dan kumpulan akhir sahaja, tiada isotop) [5].

Rajah 4. (A) plot KMD asas pecahan biasa dan (B) (3HB/92) daripada spektrum jisim nyahisotop menggunakan msRepeatFinder.

kesimpulan

Plot KMD yang berbeza dikira daripada spektrum jisim yang sama dengan mempelbagaikan pecahan untuk menghasilkan peta komposisi yang menguntungkan, bergantung kepada keperluan untuk visualisasi (cth. ¹³C isotop, kumpulan akhir, kandungan bersama monomerik, atau gabungannya). Menggunakan degradasi alkali pada plat (sampel pra-rawatan untuk sampel berat molekul tinggi) dan keupayaan penapisan msRepeatFinder (pemprosesan data), analisis "KMD asas pecahan" ialah alat yang sangat serba boleh sesuai untuk banyak set data kopolimer.

Penghargaan

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

Rujukan

[1] S. Nakamura, T. Fouquet, H. Sato. J. Am. Soc. Spektrom Jisim. 2019, 30, 355.
[2] H. Sato, S. Nakamura, K. Teramoto, T. Sato. J. Am. Soc. Spektrom Jisim. 2014, 25, 1346.
[3] T. Fouquet, H. Sato. Dubur. Chem. 2017, 89, 2682.
[4] Q. Zheng, M. Morimoto, H. Sato, T. Fouquet. Fuel 2019, 235, 944.
[5] S. Nakamura, RB Cody, H. Sato, T. Fouquet. Chem dubur. 10.1021/acs.analchem.8b04371