Графики KMD основания фракции для высокомолекулярного сополиэфира поли(3-гидроксибутират-ко-3-гидроксивалерат) после его щелочной деградации на пластине и анализа SpiralTOF™ [приложение MALDI]

Экспериментальный

Поли(3-гидроксибутират-со-3-гидроксивалерат) (ПГБВ, 12 мол.% 3ГВ, М_n= 1.4 × 10⁵ г моль^-1, Д_M= 2.5) был получен от Sigma-Aldrich (Сент-Луис, штат Миссури, США), а все остальные химикаты и растворители были получены от FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation, если не указано иное. 1 мкл PHBV (1 мг мл ^-1 в ТГФ) отливали на одноразовую мишень MALDI (Hudson Surface Technology, Нью-Джерси, США). 1 мкл гидроксида натрия в метаноле-d4 при 10 мг мл^-1 был дополнительно депонирован и оставлен для высыхания на воздухе. Избыток щелочного реагента промывали дистиллированной водой. 1 мкл 2,4,6-тригидроксиацетофенона (Protea Biosciences, Западная Вирджиния, США) в ТГФ при 20 мг/мл ^-1 наносили на место образца. Масс-спектры регистрировали с помощью масс-спектрометра JMS-S3000 SpiralTOF™. Графики были рассчитаны с использованием msRepeatFinder 3.0 из списка пиков, экспортированного с помощью msTornado™.

MS и регулярные анализы KMD

Щелочное разложение PHBV на пластине приводит к высвобождению до шести коротких серий сополиэфиров, легко обнаруживаемых в MALDI-MS [1]. (Рис. 1A). При варьировании концевых групп, содержаний 3HB и 3HV в пределах одного заданного ряда и изотопных паттернов отнесение пиков не является тривиальным ни по масс-спектру, ни по регулярному графику КМД [2], поскольку серии перекрываются (1B).

Рис. 1. (A) Масс-спектр MALDI SpiralTOF™ высокомолекулярного PHBV после его деградации на планшете (вставка: обнаружен ряд основных ионов I-VI). (B) полномасштабный обычный график KMD (база: C₄H₆O₂, 3ХБ).

«Одноразовый» анализ KMD с повышенным разрешением

В отличие от сжатого регулярного графика KMD, различные серии ионов охватывают весь диапазон KMD (от -0.5 до 0.5) на графике KMD на основе дроби, рассчитанном с помощью 3HB/135 (Рис 2) [3]. В пределах одного кластера точки различаются по содержанию в 3HB (горизонтальное выравнивание, базовая единица) и 3HV (косое выравнивание), а изотопный состав отличается от одного кластера к другому (¹²С или ¹³C_x, Рис 2 с цветовой маркировкой). Таким образом, все пики, обнаруженные в масс-спектре, удобно отделять или группировать для быстрого определения.

Рис. 2. График KMD «Основа дроби» с единицей измерения дроби 3HB/135 с использованием msRepeatFinder.

«Последовательный» анализ KMD с повышенным разрешением [4]

Ряды I и V почти перекрываются на графике КМД предыдущей дроби (Рис 2), предотвращая их разделение/изоляцию. Чтобы обойти эту проблему, извлекается моноизотопный кластер (режим группировки, Рис. 3A), а остальные точки скрыты для улучшения визуализации (3B). Два ряда моноизотопных ионов деконволютируются путем изменения фракции (3HB/117, Рис. 3C). Все точки полностью разделены, являясь моноизотопными соолигомерами (¹²В) с различным содержанием в 3ГБ (горизонтальное расположение) и 3ГВ (косое расположение, структуры на вставках).

Рис. 3. Последовательный анализ КМД по «основе дроби» с помощью msRepeatFinder.

Альтернативная обработка данных: деизотопный масс-спектр (msTornado™)

Использование полного набора данных снижает риск пропуска минорных рядов ионов, но изотопы усложняют обработку данных с несколькими кластерами для заданного ряда сополимеров (Рис 2). Вместо этого масс-спектр может быть автоматически деизотопирован с помощью msTornado™ для упрощения визуализации. Однако, несмотря на деизотопирование, обычный график КМД по-прежнему не может разделить ионные серии (Рис. 4A). Вместо этого базовый график дроби KMD, рассчитанный с другой дробной единицей 3HB/92 (4B) значительно разделяет шесть рядов сополимерных ионов на одном графике, что дополнительно позволяет быстро выбирать / назначать соолигомеры с непревзойденной видимостью [1]. Основание фракции отличается от предыдущего случая (135 или 117 на 92), так как иная потребность в разделении (содержание только 3ГБ, 3ГВ и концевых групп, без изотопов) [5].

Рис. 4. (A) обычный и (B) фракционный график KMD (3HB/92) из ​​деизотопированного масс-спектра с использованием msRepeatFinder.

Выводы

Различные графики КМД рассчитываются из одного и того же массового спектра путем изменения фракций для получения благоприятных композиционных карт в зависимости от потребностей в визуализации (например, разделение по ¹³изотопы С, концевые группы, сомономерный состав или их комбинация). Используя щелочную деградацию на планшете (предварительная обработка образцов для образцов с высокой молекулярной массой) и возможности фильтрации msRepeatFinder (обработка данных), анализ «KMD на основе фракций» является очень универсальным инструментом, подходящим для многочисленных наборов данных сополимеров.

Благодарности

Эти указания по применению написаны на основе результатов совместного исследовательского проекта с Саякой Накамура, Тьерри Фуке и Хироаки Сато из Исследовательского института устойчивой химии Национального института передовых промышленных наук и технологий (AIST).

Рекомендации

[1] С. Накамура, Т. Фуке, Х. Сато. Варенье. соц. Масс-спектр. 2019, 30, 355.
[2] Х. Сато, С. Накамура, К. Терамото, Т. Сато. Варенье. соц. Масс-спектр. 2014, 25, 1346.
[3] Т. Фуке, Х. Сато. Анальный. Chem. 2017, 89, 2682.
[4] К. Чжэн, М. Моримото, Х. Сато, Т. Фуке. топливо 2019, 235, 944.
[5] С. Накамура, Р.Б. Коди, Х. Сато, Т. Фуке. Anal Chem. 10.1021/acs.analchem.8b04371