Analisis Struktur Bahan Tambahan dan Sebatian Berkaitan dalam Vinyl Asetat dengan menggunakan Py-GC-HRTOFMS dan AI msFineAnalysis [Aplikasi GC-TOFMS]

Pengenalan

Pengionan elektron (EI) adalah salah satu kaedah pengionan yang paling popular digunakan dalam spektrometri jisim kromatografi gas (GC-MS). Akibatnya, sebatian biasanya dikenal pasti melalui carian pangkalan data spektrum jisim menggunakan spektrum jisim EI. Oleh kerana ion molekul selalunya lemah atau tiada dalam spektrum jisim 70 eV EI, pengecaman yang tidak diketahui boleh menjadi sukar oleh EI sahaja. Dalam kes ini, pengionan lembut (SI) boleh sangat membantu untuk menghasilkan dan mengenal pasti ion molekul. Baru-baru ini, JEOL mula membangunkan aliran kerja analisis kualitatif bersepadu yang secara automatik menggabungkan dan mentafsir maklumat daripada data EI dan SI. Kemudian pada tahun 2018, kami memperkenalkan perisian analisis kualitatif bersepadu kami "msFineAnalysis" yang menggunakan kedua-dua data EI dan SI untuk menambah baik pengenalan kompaun untuk aplikasi GC-MS.

Walaupun fakta bahawa msFineAnalysis secara automatik dapat menentukan formula molekul dan maklumat struktur separa daripada formula ion serpihan EI, formula struktur sebenar masih memerlukan analisis manual menggunakan komposisi kimia. Untuk menangani perkara ini, kami kemudiannya membangunkan pakej perisian analisis struktur automatik bertajuk "msFineAnalysis AI" yang menggunakan kecerdasan buatan (AI) untuk meramalkan spektrum jisim EI daripada struktur kimia. Kami telah menggunakan model AI kami yang baru dibangunkan untuk mencipta pangkalan data spektrum jisim EI yang diramalkan untuk sekitar 100 juta sebatian. Dalam kerja ini, kami memperkenalkan aplikasi bahan polimer yang menggunakan msFineAnalysis AI untuk analisis struktur.

Analisis Struktur AI

Rajah 1: Aliran kerja untuk analisis struktur yang tidak diketahui menggunakan msFineAnalysis

Aliran kerja analisis struktur AI ditunjukkan dalam Rajah 1. Dalam kaedah ini, kami menggunakan pembelajaran mendalam untuk membina model AI yang boleh meramalkan spektrum jisim EI daripada formula struktur. Kami kemudian menyerahkan kira-kira 100 juta formula struktur kompaun kepada model AI kami untuk menjana spektrum jisim EI yang diramalkan. Formula struktur dan ramalan spektrum jisim EI yang dikaitkan dengan setiap kompaun disertakan dengan perisian sebagai pangkalan data "perpustakaan AI" yang turut menyertakan fungsi carian pangkalan data berdasarkan corak spektrum jisim. Selain itu, msFineAnalysis AI menggunakan formula molekul yang ditentukan secara unik semasa analisis kualitatif bersepadu automatik untuk mengecilkan kemungkinan formula struktur calon.

Spektrum jisim EI yang diramalkan disempitkan oleh formula molekul dan spektrum jisim EI sebenar digunakan untuk kemudian mengira skor daripada kesamaan corak spektrumnya, dan formula struktur calon kemudiannya disenaraikan dalam susunan persamaan tinggi kepada persamaan rendah.

Eksperimen

Resin vinil asetat yang tersedia secara komersial digunakan sebagai sampel ujian dalam kajian ini. Kami melakukan pengukuran Py-GC-HRTOFMS menggunakan kedua-dua mod EI dan pengionan medan (FI) dengan gabungan sumber ion EI/FI. Pemprosesan data kualitatif dilakukan dengan msFineAnalysis AI (JEOL). Keadaan pengukuran ditunjukkan dalam Jadual 1.

Jadual 1: Keadaan pengukuran dan analisis

Keputusan dan perbincangan

Rajah 2 menunjukkan kromatogram TIC yang diperoleh daripada ukuran Py-GC-EI dan FI. Diethylene Glycol Dibenzoate yang digunakan sebagai plasticizer telah dikesan pada RT 8.45 min (ID [134]). Di samping itu, sebatian yang dianggap sebagai produk pirolisis Diethylene Glycol Dibenzoate telah dikesan dalam RT 5.02 min (ID [085]), RT 5.98 min (ID [108]) dan RT 6.98 min (ID [127]). Semua sebatian ini tidak didaftarkan dalam pangkalan data perpustakaan NIST. Oleh itu, kami melakukan analisis struktur AI ke atas ketiga-tiga komponen ini dan membandingkannya dengan formula struktur produk pirolisis yang dijangka akan dijana daripada Diethylene Glycol Dibenzoate.

Spektrum jisim EI yang diukur bagi ketiga-tiga komponen ini (atas, hitam) dan formula struktur yang diramalkan (sebelah kanan spektrum) dan spektrum jisim EI yang diramalkan (bawah, merah) ditunjukkan dalam Rajah 3. Mengenai Diethylene Glycol Dibenzoate, EI spektrum jisim yang didaftarkan dalam pangkalan data perpustakaan NIST dipaparkan dalam warna biru di bahagian bawah, bukan spektrum jisim EI yang diramalkan.

Rajah 2: Kromatogram Py-GC-EI dan FI TIC untuk Poli(vinil asetat)

Rajah 3: Mengukur spektrum jisim EI dan meramalkan spektrum jisim EI bagi formula struktur yang dicadangkan untuk ID[085], [108], [127], [134] dalam Rajah 2

Keputusan analisis struktur AI ditunjukkan dalam Jadual 2. Dalam jadual, "Skor AI" ialah skor (sehingga 999) yang dikira oleh msFineAnalysis AI yang mewakili persamaan kosinus antara spektrum jisim EI yang diukur dan diramalkan. "Kedudukan" menunjukkan kedudukan skor formula struktur yang disenaraikan dalam Rajah 3, dan "Jumlah" menunjukkan bilangan formula struktur calon. Ketiga-tiga komponen yang dianalisis dalam kajian ini memperoleh skor 850 atau lebih tinggi, menunjukkan tahap persamaan yang tinggi, dan ion serpihan yang diperhatikan dalam spektrum jisim yang diukur dan spektrum jisim yang diramalkan adalah dalam persetujuan yang baik. Bilangan formula struktur calon semuanya melebihi 2,000 bagi setiap komponen, formula struktur yang disangkakan diperoleh sebagai calon pertama atau kedua bagi ketiga-tiga komponen. 

Jadual 2: Keputusan analisis struktur AI

Kesimpulan

Dalam MSTips ini, kami memperkenalkan perisian msFineAnalysis AI kami yang baru dibangunkan, yang mengandungi fungsi analisis struktur AI untuk meningkatkan aliran kerja analisis kualitatif. Selain itu, aplikasi analisis struktur bahan tambahan dan sebatian berkaitan dalam vinil asetat menggunakan msFineAnalysis AI juga telah dibentangkan. 

Analisis struktur menggunakan AI telah dilakukan pada tiga komponen yang tidak didaftarkan dalam pangkalan data perpustakaan NIST, dan keputusan dibandingkan dengan struktur produk pirolisis yang dijangkakan daripada Diethylene Glycol Dibenzoate. Dalam perbandingan corak spektrum, semua skor persamaan kosinus melebihi 850, menunjukkan bahawa spektrum jisim yang diramalkan AI menunjukkan tahap persamaan yang tinggi dengan spektrum jisim yang diukur. Walaupun bilangan formula struktur calon melebihi 2,000 bagi setiap komponen, formula struktur yang dianggap telah diperolehi sebagai calon pertama atau kedua bagi ketiga-tiga komponen. Ramalan oleh AI menunjukkan ketepatan yang tinggi, menunjukkan bahawa kaedah itu berkesan untuk analisis struktur produk pirolisis dan bahan tambahan.

Analisis kualitatif data GC-MS boleh banyak dibantu dengan menggunakan data EI dan SI bersama-sama dengan msFineAnalysis AI, terutamanya apabila cuba mengenal pasti sebatian yang tidak diketahui dalam sampel kompleks.

Rumusan berdasarkan bidang

Kimia

Plastik / Polimer

Lebih Banyak Produk

JMS-T2000GC AccuTOF™ GC-Alpha Kromatografi Gas Berprestasi Tinggi - Spektrometer Jisim Masa-Penerbangan

msFineAnalysis Perisian Analisis Struktur Kompaun AI Tidak Diketahui