Analisis Struktur Polimer Pirolisis oleh Pirolisis GC-TOFMS dan AI -A Kajian Kes Perpustakaan AI yang Mengandungi dalam silico Pirolisat
MSTips No. 498
Pengenalan
Kami telah membangunkan AI msFineAnalysis yang mempunyai kaedah analisis struktur automatik [1] (selepas ini dirujuk sebagai analisis struktur AI) yang menggabungkan data daripada spektrometer jisim masa penerbangan (TOFMS), GC-MS resolusi jisim tinggi dan ramalan spektrum jisim melalui pembelajaran mendalam, sebagai penyelesaian untuk analisis kompaun yang tidak diketahui. Perisian ini mengandungi pangkalan data (DB) formula struktur dan ramalan spektrum jisim EI kira-kira 100 juta sebatian yang diperoleh daripada PubChem DB (selepas ini dirujuk sebagai perpustakaan AI). Dengan menggunakan maklumat formula molekul yang ditentukan oleh analisis bersepadu [2], adalah mungkin untuk menganggarkan formula struktur sebatian yang tidak diketahui dengan cepat.
Kaedah pirolisis GC-MS ialah teknik yang digunakan secara meluas untuk analisis sampel polimer pepejal, seperti resin. Sebilangan besar pirolisat yang diperhatikan dalam pirolisis GC-MS belum didaftarkan dalam pangkalan data spektrum jisim pengionan elektron (EI) yang tersedia secara komersial. Kami mencuba analisis menggunakan perpustakaan AI dan mengesahkan bahawa analisis struktur sebatian yang tidak diketahui dalam resin akrilik boleh dilakukan dengan ketepatan yang tinggi (MSTips No.389). Walau bagaimanapun, beberapa komponen oligomer, seperti trimer, tidak mempunyai formula struktur yang betul dalam perpustakaan AI. Ini mungkin dikaitkan dengan bilangan terhad formula struktur yang didaftarkan dalam PubChem DB untuk pirolisis polimer.
Akibatnya, perpustakaan AI novel telah dibangunkan, merangkumi ramalan spektrum jisim EI kira-kira 25 juta pirolisis. Perpustakaan ini diperoleh daripada penjanaan lengkap formula struktur pirolisat oleh in silico. Pada tahun 2024, kami telah mengeluarkan msFineAnalysis AI ver. 2 dengan perpustakaan AI baharu untuk 120 juta sebatian, termasuk pirolisis polimer.
Dalam MSTips ini, kami melaporkan kajian kes analisis menggunakan perpustakaan AI termasuk dalam pirolisis siliko yang dilengkapi dengan msFineAnalysis AI ver. 2.
Eksperimen
Resin akrilik yang tersedia secara komersial digunakan sebagai sampel ujian. Sistem prarawatan sampel ialah pirolisis EGA/PY-3030D (Frontier Labs Inc.), GC-MS dilakukan menggunakan JMS-T2000GC (JEOL Ltd.), dan sumber ion gabungan EI/FI telah digunakan. Data yang diperolehi dianalisis menggunakan msFineAnalysis AI ver. 2 (JEOL Ltd.). Untuk butiran syarat ukuran, rujuk MSTips No.389.
dalam silico Pyrolyzate
Formula struktur untuk dalam silico pirolisat disediakan dengan prosedur berikut. Spesies homopolimer dan kopolimer yang disediakan untuk perpustakaan AI ditunjukkan dalam Jadual 1.
（1）49 sebatian monomer dipilih [3].
（2）Jana formula struktur rantai linear heksamer bagi 49 homopolimer dan 18 kopolimer.
（3）Jana formula struktur dengan membelah 1 hingga 5 ikatan tunggal secara rawak dalam formula struktur (2).
（4）Tambahan hidrogen atau penggantian ikatan berganda pada kedudukan belahan dalam formula struktur (3).
（5）Lakukan proses yang diterangkan dalam (2) dan (3) untuk semua corak untuk mencipta formula struktur pirolisis.
Selepas semua langkah, kami mendapat formula struktur untuk kira-kira 25 juta pirolisis. Ini dimasukkan ke dalam model pembelajaran mendalam yang dibangunkan, dan spektrum jisim EI kira-kira 25 juta sebatian telah diramalkan.
Jadual 1 Senarai polimer spektrum jisim EI yang diramalkan untuk 25 juta dalam silico pirolisis
Keputusan dan Perbincangan
Kromatogram TIC yang diperolehi daripada ukuran pirolisis GC-TOFMS ditunjukkan dalam Rajah 1. Dalam kajian ini, 48 komponen pirolisat resin akrilik yang diperhatikan telah dianalisis, yang dikesan dalam trimer dengan masa pengekalan 14-20 minit.
Rajah 1 Kromatogram Py-GC-EI dan FI TIC untuk resin akrilik.
Sebanyak 48 sebatian telah dikesan di kawasan trimer. Walau bagaimanapun, hanya dua daripada ini telah didaftarkan dalam NIST23 DB. Baki 46 sebatian telah dianalisis di perpustakaan AI, di mana 26 daripadanya adalah daripada PubChem DB dan 20 sepadan dengan dalam silico pirolisat yang dicipta dalam kajian ini. Adalah mungkin untuk menyimpulkan formula struktur kira-kira 40% daripada sebatian rantau trimer daripada dalam silico maklumat pirolisis.
Tetingkap hasil analisis dalam msFineAnalysis AI termasuk spektrum jisim dan anggaran formula struktur ID:045 yang diperhatikan pada 18.63 min ditunjukkan dalam Rajah 2. Komponen ini hampir tidak diperhatikan ion molekul oleh kaedah EI, tetapi dengan kaedah FI, m/z 300.15728, yang dianggap sebagai ion molekul, telah dikesan sebagai puncak asas. Formula molekul dianggarkan sebagai C15H24O6 dengan ketepatan jisim yang tinggi. Maklumat formula molekul digunakan sebagai penapis dalam analisis struktur AI untuk mengecilkan bilangan calon. Bilangan formula struktur calon telah dikurangkan dengan ketara daripada perpustakaan AI sebanyak kira-kira 120 juta sebatian. Formula struktur pemarkahan tertinggi dalam kalangan 7529 calon ialah dalam silico pirolisat yang boleh timbul daripada metil poliakrilat.
Rajah.2 msTetingkap keputusan AIAnalisis Halus,
ID: 045 spektrum jisim dan anggaran struktur oleh dalam silico pirolisis
Anggaran formula struktur bagi sebatian yang sepadan dengan dalam silico pirolisat ditunjukkan dalam Rajah 3. Kami dapat mengesahkan komponen trimer yang mencerminkan struktur resin akrilik yang diukur dalam kajian ini.
Rajah.3 Anggaran struktur untuk 20 sebatian di kawasan trimer
menggunakan analisis struktur AI dan dalam silico maklumat pirolisis
Kesimpulan
Dalam MSTips ini, kami memperkenalkan kajian kes analisis struktur dalam kawasan trimer resin akrilik, di mana kebanyakan komponen yang dikesan tidak didaftarkan dalam NIST DB. msFineAnalysis AI ver.2 baru-baru ini termasuk ramalan spektrum jisim EI sebanyak 25 juta pirolisat, membolehkan analisis kualitatif GC -MS pirolisis yang lebih tepat bagi sampel polimer pepejal. Ia dijangka akan digunakan untuk pelbagai aplikasi analisis kualitatif pirolisis GC-MS pada masa hadapan.
Rujukan
[1] A. Kubo et al, Spektrometri Jisim, 2023, 12, A0120.
[2] M. Ubukata et al, Spektrom Jisim Komuniti Pantas, 34 (2020 ). DOI: 10.1002/rcm.8820
[3] Shin Tsuge, Hajime Ohtani, Chuichi Watanabe (2011), Pirolisis - Buku Data GC/MS Polimer Sintetik, Elsevier
Rumusan berdasarkan bidang
Maklumat berkaitan
Kategori produk
Adakah anda seorang profesional perubatan atau kakitangan yang terlibat dalam penjagaan perubatan?
Tidak
Sila diingatkan bahawa halaman ini tidak bertujuan untuk memberikan maklumat tentang produk kepada orang ramai.