การวิเคราะห์โครงสร้างของโพลิเมอร์ไพโรไลเสตโดยไพโรไลซิส GC-TOFMS และ AI - กรณีศึกษาของคลัง AI ที่ประกอบด้วย ในซิลิโค ไพโรไลเซต
MSTips หมายเลข 498
บทนำ
เราได้พัฒนา msFineAnalysis AI ซึ่งมีวิธีการวิเคราะห์โครงสร้างอัตโนมัติ [1] (ต่อไปนี้จะเรียกว่าการวิเคราะห์โครงสร้าง AI) ซึ่งรวมข้อมูลจากเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลแบบ Time-of-flight (TOFMS), GC-MS ที่มีความละเอียดมวลสูง และการทำนายสเปกตรัมมวลโดยการเรียนรู้เชิงลึก เพื่อเป็นโซลูชันสำหรับการวิเคราะห์สารประกอบที่ไม่รู้จัก ซอฟต์แวร์นี้ประกอบด้วยฐานข้อมูล (DB) ของสูตรโครงสร้างและสเปกตรัมมวล EI ที่ทำนายไว้ของสารประกอบประมาณ 100 ล้านตัวที่ได้จาก PubChem DB (ต่อไปนี้จะเรียกว่าคลัง AI) โดยใช้ข้อมูลสูตรโมเลกุลที่กำหนดโดยการวิเคราะห์แบบบูรณาการ [2], สามารถประมาณสูตรโครงสร้างของสารประกอบที่ไม่รู้จักได้อย่างรวดเร็ว
วิธีไพโรไลซิส GC-MS เป็นเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์ตัวอย่างพอลิเมอร์แข็ง เช่น เรซิน ไพโรไลเซตจำนวนมากที่สังเกตพบในไพโรไลซิส GC-MS ยังไม่ได้ลงทะเบียนในฐานข้อมูลสเปกตรัมมวลของอิเล็กตรอนไอออไนเซชัน (EI) ที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ เราพยายามวิเคราะห์โดยใช้ไลบรารี AI และยืนยันแล้วว่าการวิเคราะห์โครงสร้างของสารประกอบที่ไม่รู้จักในเรซินอะคริลิกสามารถทำได้ด้วยความแม่นยำสูง (MStips ฉบับที่ 389) อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบโอลิโกเมอร์บางส่วน เช่น ไตรเมอร์ ขาดสูตรโครงสร้างที่ถูกต้องในคลัง AI ซึ่งอาจเกิดจากสูตรโครงสร้างจำนวนจำกัดที่ลงทะเบียนในฐานข้อมูล PubChem สำหรับโพลิเมอร์ไพโรไลเซต
ด้วยเหตุนี้ ห้องสมุด AI แบบใหม่จึงได้รับการพัฒนาขึ้น โดยครอบคลุมสเปกตรัมมวล EI ที่คาดการณ์ไว้ประมาณ 25 ล้านไพโรไลเซต ห้องสมุดนี้มาจากสูตรโครงสร้างไพโรไลเซตที่สร้างขึ้นอย่างครอบคลุมโดย in silico ในปี 2024 เราได้เปิดตัว msFineAnalysis AI เวอร์ชัน 2 พร้อมด้วยห้องสมุด AI ใหม่สำหรับสารประกอบ 120 ล้านรายการ รวมถึงไพโรไลเซตโพลิเมอร์
ใน MSTips นี้ เราได้รายงานกรณีศึกษาของการวิเคราะห์โดยใช้ไลบรารี AI รวมถึงไพโรไลเซตในซิลิโกที่ติดตั้ง msFineAnalysis AI เวอร์ชัน 2
การทดลอง
เรซินอะคริลิกที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ถูกใช้เป็นตัวอย่างการทดสอบ ระบบการเตรียมตัวอย่างล่วงหน้าคือไพโรไลเซอร์ EGA/PY-3030D (Frontier Labs Inc.) GC-MS ดำเนินการโดยใช้ JMS-T2000GC (JEOL Ltd.) และใช้แหล่งกำเนิดไอออนแบบผสม EI/FI ข้อมูลที่ได้มาถูกวิเคราะห์โดยใช้ msFineAnalysis AI เวอร์ชัน 2 (JEOL Ltd.) สำหรับรายละเอียดเกี่ยวกับเงื่อนไขการวัด โปรดดูที่ MStips ฉบับที่ 389.
ในซิลิโคไพโรไลเซต
สูตรโครงสร้างของ ในซิลิโค ไพโรไลเซตถูกเตรียมโดยขั้นตอนต่อไปนี้ ชนิดโฮโมพอลิเมอร์และโคพอลิเมอร์ที่เตรียมไว้สำหรับคลัง AI แสดงอยู่ในตารางที่ 1
（1）เลือกสารประกอบโมโนเมอร์ 49 ชนิด [3].
(2) สร้างสูตรโครงสร้างโซ่เชิงเส้นเฮกซาเมอร์ของโฮโมพอลิเมอร์ 49 ตัวและโคพอลิเมอร์ 18 ตัว
（3）สร้างสูตรโครงสร้างโดยการแบ่งพันธะเดี่ยวแบบสุ่ม 1 ถึง 5 พันธะในสูตรโครงสร้างของ (2)
（4）การเติมไฮโดรเจนหรือการแทนที่พันธะคู่ที่ตำแหน่งการแยกในสูตรโครงสร้างของ (3)
（5） ดำเนินการตามกระบวนการที่อธิบายไว้ใน (2) และ (3) สำหรับรูปแบบทั้งหมดเพื่อสร้างสูตรโครงสร้างไพโรไลเซต
หลังจากทำตามขั้นตอนทั้งหมดแล้ว เราก็ได้สูตรโครงสร้างของไพโรไลเซตประมาณ 25 ล้านสูตร ซึ่งสูตรเหล่านี้จะถูกนำไปใส่ในโมเดลการเรียนรู้เชิงลึกที่พัฒนาขึ้น และได้ทำนายสเปกตรัมมวล EI ของสารประกอบประมาณ 25 ล้านสูตร
ตารางที่ 1 รายการโพลิเมอร์ของสเปกตรัมมวล EI ที่คาดการณ์ไว้ DB สำหรับ 25 ล้าน ในซิลิโค ไพโรไลเซต
ผลลัพธ์และการอภิปราย
โครมาโทแกรม TIC ที่ได้จากการวัด GC-TOFMS แบบไพโรไลซิสแสดงอยู่ในรูปที่ 1 ในการศึกษานี้ มีการวิเคราะห์ส่วนประกอบ 48 รายการของเรซินอะคริลิกไพโรไลเซตที่สังเกตได้ ซึ่งตรวจพบในไตรเมอร์โดยมีระยะเวลาการกักเก็บ 14-20 นาที
รูปที่ 1 โครมาโทแกรม Py-GC-EI และ FI TIC สำหรับเรซินอะคริลิก
สารประกอบทั้งหมด 48 ชนิดถูกตรวจพบในบริเวณไตรเมอร์ อย่างไรก็ตาม มีเพียง 23 ชนิดเท่านั้นที่ลงทะเบียนในฐานข้อมูล NIST46 สารประกอบที่เหลืออีก 26 ชนิดได้รับการวิเคราะห์ในคลัง AI โดย 20 ชนิดมาจากฐานข้อมูล PubChem และ XNUMX ชนิดสอดคล้องกับ ในซิลิโค ไพโรไลเซตที่สร้างขึ้นในการศึกษานี้ สามารถอนุมานสูตรโครงสร้างของสารประกอบในบริเวณไตรเมอร์ประมาณ 40% จาก ในซิลิโค ข้อมูลไพโรไลเซต
หน้าต่างผลการวิเคราะห์ใน msFineAnalysis AI ซึ่งรวมถึงสเปกตรัมมวลและสูตรโครงสร้างโดยประมาณของ ID:045 ที่สังเกตได้ในเวลา 18.63 นาที แสดงอยู่ในรูปที่ 2 ส่วนประกอบนี้แทบจะไม่สังเกตได้ด้วยไอออนโมเลกุลด้วยวิธี EI แต่ด้วยวิธี FI ม./ซ 300.15728 ซึ่งถือเป็นไอออนโมเลกุล ถูกตรวจพบว่าเป็นเบสพีค โดยประมาณสูตรโมเลกุลได้ว่า C15H24O6 ด้วยความแม่นยำของมวลสูง ข้อมูลสูตรโมเลกุลใช้เป็นตัวกรองในการวิเคราะห์โครงสร้าง AI เพื่อจำกัดจำนวนสารประกอบที่เป็นตัวเลือกลง จำนวนสูตรโครงสร้างที่เป็นตัวเลือกลดลงอย่างมากจากคลังข้อมูล AI ที่มีสารประกอบประมาณ 120 ล้านตัว สูตรโครงสร้างที่มีคะแนนสูงสุดจากสารประกอบที่เป็นตัวเลือก 7529 ตัวคือ ในซิลิโค ไพโรไลเซตที่สามารถเกิดขึ้นจากเมทิลโพลีอะคริเลต
รูปที่ 2 หน้าต่างผลลัพธ์ msFineAnalysis AI
ID: 045 สเปกตรัมมวลและโครงสร้างโดยประมาณโดย ในซิลิโค ไพโรไลเซต
สูตรโครงสร้างโดยประมาณของสารประกอบที่สอดคล้องกับ ในซิลิโค ไพโรไลเซตแสดงอยู่ในรูปที่ 3 เราสามารถยืนยันส่วนประกอบไตรเมอร์ที่สะท้อนถึงโครงสร้างของเรซินอะคริลิกที่วัดได้ในการศึกษาครั้งนี้
รูปที่ 3 โครงสร้างโดยประมาณของสารประกอบ 20 ชนิดในบริเวณไตรเมอร์
โดยใช้การวิเคราะห์โครงสร้าง AI และ ในซิลิโค ข้อมูลไพโรไลเซต
สรุป
ใน MSTips นี้ เราได้แนะนำกรณีศึกษาของการวิเคราะห์โครงสร้างในบริเวณไตรเมอร์ของเรซินอะคริลิก ซึ่งส่วนประกอบที่ตรวจพบส่วนใหญ่ไม่ได้ลงทะเบียนในฐานข้อมูล NIST msFineAnalysis AI เวอร์ชัน 2 ได้รวมสเปกตรัมมวล EI ที่คาดการณ์ไว้จำนวน 25 ล้านไพโรไลซิส ซึ่งช่วยให้วิเคราะห์ตัวอย่างพอลิเมอร์แข็งด้วย GC-MS เชิงคุณภาพได้แม่นยำยิ่งขึ้น คาดว่าจะนำไปใช้ในแอปพลิเคชันการวิเคราะห์เชิงคุณภาพด้วย GC-MS เชิงคุณภาพในอนาคต
อ้างอิง
[1] A. Kubo et al, สเปกโตรมิเตอร์มวล, 2023, 12, A0120.
[2] ม. อุบุคาตะ และคณะ สเปกตรัมมวลคอมมูนอย่างรวดเร็ว 34 (2020 ). DOI: 10.1002/rcm.8820
[3] Shin Tsuge, Hajime Ohtani, Chuichi Watanabe (2011), ไพโรไลซิส - สมุดข้อมูล GC/MS ของโพลีเมอร์สังเคราะห์, Elsevier
การแก้ปัญหาตามสาขา
ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง
หมวดหมู่สินค้า
คุณเป็นผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์หรือบุคลากรที่เกี่ยวข้องกับการรักษาพยาบาลหรือไม่?
โปรดทราบว่าหน้าเหล่านี้ไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์แก่ประชาชนทั่วไป