Plot KMD asas pecahan untuk poliester poli(3-hidroksibutirat) berat molekul tinggi berikutan degradasi alkali pada plat dan analisis SpiralTOF™" [Aplikasi MALDI]

Pengenalan: latar belakang matematik

Polimer berat molekul tinggi selalunya senyap MS kerana keterserakan yang tinggi (Đ_M) atau dikesan dalam julat jisim tinggi dengan kuasa penyelesaian yang rendah. Oleh itu, degradasi alkali "atas plat" telah dibangunkan sebagai sampel pra-rawatan pada sasaran MALDI dengan persepuluh ng polimer untuk memotong rantai poliester industri yang panjang kepada oligomer pendek yang boleh diterima pakai oleh MALDI-HRMS [1]. Spektrum jisim rumit oligomer P3HB dianalisis oleh plot pecahan asas Kendrick mass defect (KMD) [2]. Analisis KMD asas pecahan telah dibangunkan daripada analisis KMD biasa untuk mengubah suai aspek dan keupayaan pemisahan plot KMD bergantung pada pembahagi (nota X) sebagai tambahan kepada unit asas (nota R) melalui asas pecahan R/X [3 ].

Eksperimen

Poli(3-hidroksibutirat) (P3HB, M_n = 2.6 × 10⁵ g mol^-1, Đ_M=2.7) berasal dari Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, AS). Semua bahan kimia dan pelarut lain adalah daripada FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation (Osaka, Jepun) melainkan dinyatakan sebaliknya. 1 μL P3HB dalam THF pada 1 mg mL^-1 telah dibuang pada plat sasaran MALDI pakai buang (Hudson Surface Technology, New Jersey, Amerika Syarikat) untuk membentuk lapisan nipis polimer. 1 μL natrium hidroksida dalam metanol (10 mg mL^-1) didepositkan pada lapisan sampel dan dibiarkan kering di udara selama 5 minit. Jumlah lebihan reagen alkali dicuci dengan air suling. Selepas pengeringan, 1 μL 2,4,6-trihydroxyacetophenone (THAP, Protea Biosciences, West Virginia, USA) dalam THF (20 mg mL^-1) telah digunakan pada tempat sampel sebagai matriks. Spektrum jisim telah direkodkan dengan spektrometer jisim JMS-S3000 SpiralTOF™. Plot telah dikira menggunakan msRepeatFinder 3.0 daripada senarai puncak yang dieksport menggunakan msTornado™.

Analisis jisim MALDI

Siri ion sengit oligomer P3HB diperhatikan dalam MALDI-MS (Rajah 1A). Enam siri utama yang berbeza mengikut kumpulan akhir mereka dikesan (Rajah 1B) tetapi memberikan dan menggambarkan semua congener kekal memakan masa dan kurang intuitif.

Rajah 1. (A) Spektrum jisim MALDI SpiralTOF bagi berat molekul tinggi P3HB berikutan degradasi pada platnya (inset: syot zum dengan tugasan). (B) Siri ion P3HB mencatatkan I-VI.

Plot KMD yang kerap dan dipertingkatkan resolusi

Plot KMD biasa yang dikira daripada spektrum jisim MALDI memaparkan awan titik dijajarkan secara mendatar (Rajah 2A). Zum masuk adalah wajib kerana titik dikelompokkan dalam bahagian terhad plot disebabkan oleh perubahan KMD yang sangat terhad dengan variasi isotop atau komposisi kumpulan akhir [4]. Dua kumpulan mata yang tidak diselesaikan dengan baik dilihat (Rajah 2B) manakala enam siri dijangka mengambil kira data spektrum jisim.

Rajah 2. Plot KMD biasa berskala penuh daripada spektrum jisim P3HB dengan C₄H₆O₂ sebagai unit asas menggunakan msRepeatFinder.

Mengaktifkan pilihan "KMD Asas Pecahan" dalam msRepeatFinder dan menurunkan nilai X daripada 86 (plot KMD biasa) kepada 85, plot KMD yang dipertingkatkan resolusi memisahkan enam siri P3HB pada skala penuh berkat variasi KMD yang lebih besar mengikut perubahan komposisi (Rajah 3A). Menurunkan X satu unit pada X=84, plot KMD yang dipertingkatkan resolusi juga menyelesaikan corak isotop (1^st baris: ¹²C, 2^nd baris: ¹³C₁, …) dan mendiskriminasi enam siri dengan lebih baik (Rajah 3B, X=84).

Rajah 3. Plot KMD asas pecahan skala penuh dikira dengan unit asas pecahan (A) 3HB/85 dan (B) 3HB/84 menggunakan msRepeatFinder.

Mod pengumpulan dengan plot KMD dipertingkatkan resolusi

"Mod kumpulan" dalam msRepeatFinder digabungkan dengan analisis KMD asas pecahan membolehkan setiap siri ion dilabelkan dalam spektrum jisim dan plot dengan pengekodan warna visual melalui pemilihan titik yang mudah (Rajah 4). Kuasa pemisah tinggi yang dicapai dengan 3HB/84 seterusnya membolehkan pemilihan puncak monoisotopik (¹²C, titik hijau muda) dari siri utama I (titik hijau gelap). Siri ion yang tidak dipilih juga boleh disembunyikan untuk membantu menggambarkan siri polimer dari puncak latar belakang.

Rajah 4. (A) Plot KMD asas pecahan dikira dengan unit asas pecahan 3HB/84 dalam mod kumpulan untuk melabelkan siri dalam spektrum jisim (B).

kesimpulan

Analisis KMD menjadi dinamik dengan pengenalan "KMD Asas Pecahan" bergantung pada metodologi yang dipertingkatkan resolusi. Ia adalah alat yang sangat serba boleh kerana penurunan atau peningkatan nilai pecahan membawa kepada banyak pemisahan yang menguntungkan bagi siri ion yang berbeza-beza mengikut komposisi isotop, kumpulan akhir atau ion yang ditambahkan. Ia boleh berjaya disesuaikan dengan mana-mana jenis homopolimer dan sebarang jenis data spektrum jisim dengan ketepatan sederhana hingga ultratinggi.

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. Kimia. 2017, 89, 2682.
[4] S. Nakamura, RB Cody, H. Sato, T. Fouquet. Kimia Dubur. 2019, 91, 2004.