การรวม JMS-S3000

การวิเคราะห์มวลสารแบบ MALDI-TOFMS (Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight Ionization Ionization) สามารถตรวจจับไอออนที่มีประจุเดี่ยวในช่วงมวลที่กว้าง ทำให้เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการวิเคราะห์โครงสร้างของพอลิเมอร์ เช่น การยืนยันการกระจายตัวของมวลโมเลกุลและการประมาณองค์ประกอบของกลุ่มปลาย อย่างไรก็ตาม ในการวิเคราะห์พอลิเมอร์ที่มีการกระจายตัวของมวลสูง "การแยกมวล" เป็นปัญหาที่ความเข้มข้นของไอออนในช่วงมวลโมเลกุลสูงลดลงเนื่องจากปัจจัยต่างๆ ในทางกลับกัน โครมาโทกราฟีการแยกตามขนาด (SEC) สามารถแยกพอลิเมอร์ตามน้ำหนักโมเลกุลได้ แต่การระบุกลุ่มปลายนั้นเป็นเรื่องท้าทาย ดังนั้น จึงทราบกันดีว่าการแยกพอลิเมอร์ที่มีการกระจายตัวของมวลสูงตามการกระจายตัวของมวลโมเลกุลด้วย SEC การลดการกระจายตัวของมวล และการกำหนดลักษณะแต่ละเศษส่วนด้วย MALDI-TOFMS นั้นมีประสิทธิภาพ ในรายงานนี้ เราได้ดำเนินการวิเคราะห์กลุ่มปลายของตัวอย่างโพลิเมอร์ที่มีการกระจายตัวของสารจำนวนมากและน้ำหนักโมเลกุลน้อยกว่า 50,000 โดยการรวม SEC และ MALDI-TOFMS ประสิทธิภาพสูงเข้าด้วยกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราได้รายงานเกี่ยวกับ (i) การปรับปรุงประสิทธิภาพของการแยกส่วนด้วย SEC และการเตรียมล่วงหน้าสำหรับการวัด MALDI-TOFMS (ii) การปรับปรุงการแสดงภาพการเปลี่ยนแปลงของกลุ่มปลายในสเปกตรัมมวลของตัวอย่างที่แยกส่วนด้วย SEC ที่มีการกระจายตัวของสารที่ลดลง (iii) การวิเคราะห์กลุ่มปลายในบริเวณที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (น้ำหนักโมเลกุล 10,000 ถึง 20,000)

การเตรียมตัวอย่าง

เตรียมสารผสมโพลีคาโปรแลกโทน (PCL) สองชนิดที่มีกลุ่มปลายต่างกันเพื่อให้มีสารแต่ละชนิด 1.0 มก./มล. การแยกส่วนด้วย SEC ทำได้โดยการฉีดสารละลายตัวอย่าง 100 µL ภายใต้เงื่อนไขที่แสดงในตารางที่ 1 สารชะจาก SEC จะถูกแยกส่วนลงในถ้วยแก้วอีโค (Frontier Laboratories) โดยใช้ LC-CollectIR (ST Japan) ในระบบนี้ สารชะจะถูกพ่นด้วยก๊าซไนโตรเจนจากหัวฉีดที่อุณหภูมิ 100 °C และตัวทำละลายจะถูกระเหยในขณะแยกส่วน สำหรับ MALDI-TOFMS ปริมาณสารละลายตัวอย่างที่สามารถใช้ในหนึ่งการวัดคือประมาณ 10 µL หรือต่ำกว่า โดยการระเหยตัวทำละลายในระหว่างการแยกส่วน ไม่จำเป็นต้องทำให้สารชะเข้มข้นอีกต่อไป ทำให้สามารถลดเวลาในการเตรียมได้ นอกจากนี้ เนื่องจากตัวทำละลายจะระเหยในระหว่างการแยกส่วน จึงสามารถเพิ่มปริมาณตัวอย่างได้โดยการแยกส่วนหลายครั้ง ในกรณีนี้ การแยกส่วนจะดำเนินการสามครั้ง สำหรับการเตรียมตัวอย่างสำหรับการวัด MALDI-TOFMS จะมีการเติม THF 10 µL ลงในถ้วยอีโคเป็นสารละลายเศษส่วน สารละลายเศษส่วน 1 µL และสารละลายเมทริกซ์ 10 µL (ใช้ DCTB) ผสมกัน จากนั้นหยดส่วนผสม 1 µL ลงบนแผ่นเป้าหมายแล้วทำให้แห้ง หยดสารละลายตัวแทนการเคชั่น (NaTFA) ลงบนแผ่นแล้วทำให้แห้งก่อน หลังจากนั้น จะทำการวัดโดยใช้ JMS-S3000 ในโหมดไอออนบวกแบบเกลียว ส่วนที่เหลือของการวิเคราะห์สเปกตรัมมวลของ Kendrich Mass (RKM) จะดำเนินการโดยใช้ msRepeatFinder

ตารางที่ 1 เงื่อนไขการวัด SEC

ชะล้าง	ทีเอชเอฟ
เครื่องตรวจจับ	เครื่องตรวจจับดัชนีหักเหแสงที่แตกต่างกัน
คอลัมน์	ทีเอสเคเจล จีเอ็มเอช_HR-N (30ซม.) × 2 (โตโซะ)
อัตราการไหล	1 mL / นาที

ผลสอบ

รูปที่ 1 และตารางที่ 2 แสดงผลการแยกส่วนส่วนผสม PCL ออกเป็น 1 ส่วนด้วย SEC เส้นสีดำในรูปที่ 1.1 คือโครมาโทแกรม SEC ก่อนการแยกส่วน จากนั้นจึงนำ XNUMX ส่วนที่ผ่านการแยกส่วนด้วย SEC ไปวัดด้วย SEC อีกครั้งเพื่อให้ได้น้ำหนักโพลิเมอร์ (μg) น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยตามจำนวน และน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยตามน้ำหนักสำหรับแต่ละส่วน พบว่าการกระจายตัวของโมเลกุล (D) ของแต่ละส่วนมีค่าน้อย โดยอยู่ที่ประมาณ XNUMX หรือต่ำกว่า

รูป 1

รูป 1 โครมาโทแกรม SEC ก่อนและหลังการแยกส่วน

ตารางที่ 2 ข้อมูลของ SEC เศษส่วน #1-6

เศษ จำนวน	ราคา (ไมโครกรัม)	Mn	Mw	D
1	6.4	48,233	50,457	1.05
2	74.4	24,438	26,100	1.07
3	107.4	12,722	13,477	1.06
4	46.3	6,691	7,019	1.05
5	8.9	3,439	3,612	1.05
6	1.5	559	624	1.12
รวม	245

รูปที่ 2 แสดงสเปกตรัมมวลของส่วนผสม PCL ก่อนการแยกส่วนด้วย SEC และสเปกตรัมมวลของเศษส่วน SEC หกส่วน จากสเปกตรัมมวลของเศษส่วนที่ 1 ถึง 6 ได้รับการยืนยันว่า PCL ถูกชะออกมาตามลำดับน้ำหนักโมเลกุลสูงไปจนถึงต่ำ ในเศษส่วนที่ 1 ส่วนประกอบที่อยู่เหนือ ม./ซ มีการสังเกตพบ 30,000 รายการ ซึ่งไม่ได้สังเกตก่อนการแยกส่วน และพบว่าผลของการแยกส่วนมวลลดลง นอกจากนี้ ยังมีการเปรียบเทียบระหว่างสเปกตรัมมวลที่ขยายใหญ่ขึ้นของเศษส่วน #2 ที่ประมาณ ม./ซ 15,000 และการจำลองรูปแบบไอโซโทป และพบว่าตรงกันดี การแยกรูปแบบไอโซโทปได้รับการยืนยันจนถึงประมาณ ม./ซ 20,000 ในทางกลับกัน แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงในการกระจายน้ำหนักโมเลกุลสามารถมองเห็นได้ง่ายโดยการจัดเรียงสเปกตรัมมวล แต่ก็ยากที่จะเข้าใจการเปลี่ยนแปลงในกลุ่มปลายเนื่องมาจากน้ำหนักโมเลกุล ดังนั้น สเปกตรัมมวลของเศษส่วนที่ 1 ถึง 6 จึงถูกแปลงเป็นพล็อต RKM (หน่วยฐาน 114.143u) (รูปที่ 3) ในกรณีนี้ ความเข้มของไอออนได้รับการทำให้เป็นมาตรฐานโดยใช้ข้อมูลน้ำหนักโพลิเมอร์สำหรับแต่ละเศษส่วนที่ได้จากผลการแยกส่วน SEC (ตารางที่ 1) เป็นผลให้เข้าใจได้ง่ายขึ้นว่าในบริเวณที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ โอลิโกเมอร์แบบวงแหวน (ซีรีส์ A) เป็นองค์ประกอบหลัก ในขณะที่เมื่อมวลเพิ่มขึ้น องค์ประกอบสององค์ประกอบที่มีองค์ประกอบธาตุรวมของทั้งสองกลุ่มปลายคือ C₄H₁₀O (ซีรีย์ B) และ C₄H₁₀O₃ (ซีรีส์ C) กลายเป็นส่วนประกอบหลัก โดยผลรวมของกลุ่มปลายทั้งสองของซีรีส์ B และซีรีส์ C ได้มาจากการตรวจวัดมวลที่แม่นยำใน ม./ซ ภาค 2000

รูป 2 สเปกตรัมมวลของ PCL ก่อนและหลังการแยกส่วนด้วย SEC

รูป 3 กราฟ RKM ของ SEC เศษส่วน #1-6

ในที่สุด เราได้ตรวจสอบว่าการวิเคราะห์กลุ่มปลายโดยใช้มวลที่แม่นยำนั้นเป็นไปได้หรือไม่ในช่วงน้ำหนักโมเลกุลที่มากกว่า 10,000 รูปที่ 4 แสดงให้เห็นถึงความแปรผันของข้อผิดพลาดของมวล (ppm) เมื่อทำการสอบเทียบด้วยตนเองโดยใช้ซีรีส์ B ที่ได้จากเศษส่วน #2 จุดสูงสุดที่มากที่สุดถูกใช้สำหรับการสอบเทียบ เนื่องจากไม่สามารถสังเกตเห็นจุดสูงสุดของโมโนไอโซโทปในบริเวณมวลนี้ได้ ข้อผิดพลาดของมวลในน้ำหนักโมเลกุลตั้งแต่ 12,000 ถึง 24,000 โดยทั่วไปจะอยู่ภายใน 10 ppm ซึ่งสอดคล้องกับข้อผิดพลาดของมวลประมาณ 20 ถึง XNUMX mDa ผลลัพธ์นี้ถือว่าสมเหตุสมผล เนื่องจากข้อผิดพลาดของมวลของเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลแบบเวลาบินนั้นไม่ขึ้นอยู่กับช่วงมวลเมื่อแสดงเป็นหน่วย ppm ต่อไปคือมุมมองขยายของพื้นที่โดยรอบ ม./ซ 15,000 แสดงอยู่ในรูปที่ 5 ซีรีส์ B และ C ถูกสังเกตส่วนใหญ่ในสเปกตรัมมวล และความแตกต่างของมวลของพวกมันสอดคล้องกับ O₂ข้อผิดพลาดของยอดที่มีมากที่สุดในสองชุดคือ 32.003 u, 31.990 u และ 31.991 u เมื่อเปรียบเทียบกับมวลที่แม่นยำของ O₂ (31.990 u) แสดงความถูกต้องของผลลัพธ์ในรูปที่ 4 ดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น เป็นการยากที่จะตรวจจับพีคโมโนไอโซโทปในช่วงมวลที่เกิน 10,000 มวลโมเลกุล ดังนั้นจึงใช้มวลที่แม่นยำของพีคและรูปแบบไอโซโทปที่มีมากที่สุด ขอแนะนำว่าสามารถประมาณโครงสร้างของกลุ่มปลายทางได้

สรุป

การเตรียมตัวอย่าง SEC-MALDI มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยใช้อุปกรณ์ที่แยกเศษส่วนจาก SEC ซ้ำๆ กันในขณะที่ระเหยตัวทำละลาย การผสม SEC กับ MALDI-TOFMS สามารถลดผลกระทบของการแยกมวลในบริเวณที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงได้ นอกจากนี้ สเปกตรัมมวลของแต่ละเศษส่วนยังแสดงในกราฟ RKM ซึ่งแสดงภาพการเปลี่ยนแปลงของกลุ่มปลายตามน้ำหนักโมเลกุล การใช้พีคที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดของรูปแบบไอโซโทปที่ได้จาก "SpiralTOF™-plus 3.0" ของ MALDI-TOFMS ความละเอียดสูง ยังแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการวิเคราะห์กลุ่มปลายในช่วงน้ำหนักโมเลกุล 10,000 ถึง 20,000 อีกด้วย