Остатки графика КМ для полимеров с использованием msRepeatFinder: картирование состава в широком диапазоне масс [приложение MALDI]

Масс-спектрометрия (МС) с мягкой ионизацией, такой как ионизация с лазерной десорбцией с использованием матрицы (MALDI), позволяет проводить композиционный анализ полимеров (повторяющиеся звенья, обрывы цепей) с низкой дисперсностью. Сочетание эксклюзионной хроматографии (ЭХ) с МС-анализом высокого разрешения MALDI SpiralTOF™ позволяет оценить состав полидисперсных полимерных образцов в широком диапазоне масс (массовые измерения с высоким разрешением/высокой точностью в диапазоне малых масс < 4 кДа, изотопное разрешение в более высоком диапазоне масс <30 кДа). Однако чем выше разрешение, тем больше пиков обнаруживается в масс-спектре с одним спектром на фракцию, что делает интерпретацию данных масс-спектра ограничивающим этапом всей аналитической процедуры. Анализ «остатков массы Кендрика» (RKM) предлагается в качестве быстрой обработки данных после сбора данных с использованием визуальных карт из объединенных данных низкой/высокой точности и диапазона низких/высоких масс.

Экспериментальный

1 мг мл^-1 раствор поли(ε-капролактона) (PCL, Polymer Source, P1302-CL) в CHCl₃ фракционировали методом SEC (система ГПХ HLC8220, Tosoh, колонки TSKgel multipore HXL-M, скорость потока: 1 мл мин^-1, 0.5 мл на фракцию). Масс-спектры записывали с помощью масс-спектрометра JMS-S3000 SpiralTOF™ (матрица: DCTB, без добавления соли). Графики были рассчитаны с использованием msRepeatFinder 3.0.

SEC-МАЛДИ-МС

Из элюции SEC собирают пять фракций, превращая образец PCL в аликвоты с низкой дисперсностью (рис. 1A). Основные распределения в последней фракции (м / г от 2000 до 5000, рис. 1B) относятся к PCL с натриевыми концами (H, OH) (красные кружки) и (H, C₃H₇PCL с O)-концом (синий треугольник), использующий все преимущества высокого разрешения анализатора. Анализатор SpiralTOF™ по-прежнему способен формировать масс-спектры для четырех других фракций с возрастающей молекулярной массой до 20000 Да с чистым изотопным разрешением (рис. 2А). Масс-спектры объединяются с помощью msRepeatFinder3.0 для отображения полных данных масс-спектра на одном графике (рис. 2B).

Рис. 1. (A) SEC хроматограмма. (B) Масс-спектр фракции 5

Рис. 2. (A) Масс-спектры пяти фракций. (B) Объединенные масс-спектры.

Графики дефекта массы Кендрика (KMD)

Регулярный график КМД из объединенных масс-спектров едва разделяет натриевые (H, OH)- и (H, C₃H₇O)-концевые олигомеры в диапазоне самых низких масс, но график становится неразрешенным при увеличении длины цепи (рис. 3). Несмотря на изотопное разрешение, достигаемое анализатором SpiralTOF™, точность масс недостаточно высока для обычного анализа КМД. График KMD с улучшенным разрешением с использованием дробной базовой единицы CL / 113 (рис. 4) успешно разделяет четыре основных распределения (натрий и калий (H, OH) - и (H, C₃H₇О)-концевые олигомеры) во всем диапазоне масс. Разделяющая способность тем не менее снижается с увеличением молекулярной массы, и график становится нечетким с низким качеством совмещения точек.

Рис. 3. Регулярный график КМД из объединенных масс-спектров пяти фракций (базовая единица: CL, C₆H₁₀O₂, 114.0681).

Рис. 4. Базовый график KMD фракций из объединенных масс-спектров пяти фракций (базовая единица: CL/113).

Остатки участка КМ (РКМ)

График RKM объединенных масс-спектров показывает большую композиционную однородность PCL в широком диапазоне масс 20 кДа с (H, OH)- и (H, C₃H₇О)-концевые цепи (аддукция натрия и калия, рис. 5А). Дополнительный ряд циклических ионов наблюдается в диапазоне самых низких масс (фракция № 5, синий квадрат), типичном для путей синтеза с раскрытием кольца и поликонденсации. Обнаружение олигомеров с концами (H, ONa), наблюдаемое во фракции № 5 (фиолетовый квадрат), дополнительно подтверждает наличие кислотной концевой группы COOH и подтверждает принадлежность (H, OH). По сравнению с неразрешенными или нечеткими графиками KMD, точки на графике RKM идеально выровнены во всем диапазоне масс, несмотря на использование различных внешних калибрантов (по одному на фракцию). Изотопический сдвиг (¹²С → ¹³C) хорошо видно при увеличении длины цепи (от ¹²С до ¹³C₁₆ для самых крупных цепочек рис. 5Б). Высокая разделительная способность графика RKM позволяет быстро фильтровать заданный ряд ионов (полный ряд или фиксированный изотопный состав) во всем диапазоне масс с использованием «Режима группировки» msRepeatFinder (рис. 6, красные столбцы соответствуют (H, OH)-концы PCL от 2 кДа до 20 кДа).

Рис. 5. Графики РКМ из объединенных масс-спектров. (A) Полный сюжет с заданиями концевых групп. (B) Деталь ряда натриевых (H, OH) ионов.

Рис. 6. Мгновенная селекция всего ряда натриевых (H, OH)-PCL во всем диапазоне масс 20 кДа (сразу пять фракций) с использованием «режим группировки» msRepeatFinder.

Перспективы

Графики RKM совместимы с высокоточными и низкоточными масс-спектральными данными анализатора SpiralTOF™ (изотопное разрешение) и линейного TOF-анализатора (олигомерное разрешение) масс-спектрометра JMS-S3000 [3]. Он также совместим с множественной зарядкой, потенциально наблюдаемой при анализе MALDI-MS высокомолекулярных полимеров [4].

Подтверждение

Эта заметка по применению написана на основе результатов совместного исследовательского проекта с доктором Хироаки Сато и доктором Тьерри Фуке в Научно-исследовательском институте устойчивой химии Национального института передовых промышленных наук и технологий (AIST).

Рекомендации

[1] Х. Сато, С. Накамура, К. Терамото, Т. Сато. Варенье. соц. Масс-спектр. 2014, 25, 1346-1355.
[2] Т. Фуке, Х. Сато. Анальный. Химреагент 2017, 89, 2682−2686.
[3] Т. Фуке, Т. Сато, Х. Сато. Анальный. Химреагент 2018, 90 , 2404-2408.
[4] Т. Фуке, Р.Б. Коди, Ю. Озеки, С. Китагава, Х. Отани, Х. Сато. Дж. Являюсь. соц. Масс-спектр. 2018, 29, 1611-1626.

Если вы хотите увидеть печатную версию, щелкните этот файл PDF.

PDF 1.27 МБ