Name: 基质辅助激光解吸电离飞行时间 (MALDI) 质谱法表征合成聚合物 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 56 s
Description: 学习使用MALDI-TOF质谱法表征合成聚合物，掌握样品制备、数据采集与分析方法。该技术可精确测定聚合物分子量、分散度及端基结构，适用于聚乳酸等材料的结构鉴定与杂质分析。

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作者感谢由美国国家科学基金会根据合作协定 IIA-1430280 资助的智能材料设计、分析与加工联盟（Smart MAterials Design, Analysis, and Processing consortium，SMATDAP）以及路易斯安那州立大学理事会提供的研究生奖学金（MEP）。本实验所用聚合物样品由 MilliporeSigma（Sigma-Aldrich）提供。&#160; 本文的开放获取出版由 MilliporeSigma 资助。

注意：所有反应均应在通风橱中进行。请阅读所用化学品的全部材料安全数据表（MSDS），并采取适当的预防措施。
1. 样品制备
<ol>
	<li>基质储备溶液的制备
	<ol>
		<li>将 20 mg 的 α-氰基-4-羟基肉桂酸（HCCA）溶解于 1 mL 未稳定化的四氢呋喃（THF）中，涡旋至完全溶解。</li>
		<li>将 20 mg 的 2,5-二羟基苯甲酸（DHB）溶解于 1 mL THF 中，涡旋至完全溶解。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>碱金属阳离子储备溶液的制备
	<ol>
		<li>将 2 mg 的三氟乙酸钠（NaTFA）溶解于 1 mL THF 中，涡旋至完全溶解。</li>
		<li>将 2 mg 的三氟乙酸钾（KTFA）溶解于 1 mL THF 中，涡旋至完全溶解。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>分析物储备溶液的制备
	<ol>
		<li>样品 1：将 2 mg 的聚乙二醇 2-氨乙基醚乙酸（Mn = 5000）溶解于 0.5 mL THF 中，涡旋至完全溶解。</li>
		<li>样品 2：将 2 mg 的双叠氮聚氧乙烯（Mn = 2000）溶解于 0.5 mL THF 中，涡旋至完全溶解。</li>
		<li>样品 3：将 2 mg 的硫醇封端聚（L-乳酸）（Mn = 2500）溶解于 0.5 mL THF 中，涡旋至完全溶解。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>用于分析的样品混合物的制备
	<ol>
		<li>通过混合基质、分析物和阳离子溶液，同时改变各组分的相对比例，制备一系列溶液，共制得九种不同的样品混合物。例如，保持加入的基质储备溶液体积恒定（例如，10 µL），将分析物溶液体积按三倍比例变化（例如，45、15 和 5 µL），同时将阳离子溶液体积也按三倍比例变化（例如，9、3 和 1 µL）。这些样品在二维坐标系中形成一个 3 × 3 的样品矩阵，两个浓度变量分别作为 x 轴和 y 轴（图 1）。</li>
		<li>以代表性示例为例，将 15 µL 的聚（L-乳酸）溶液、15 µL 的 DHB 溶液和 1 µL 的 NaTFA 溶液混合。</li>
		<li>用移液器将每种溶液混合物各取 1 μL，分别点样至 MALDI 靶板的各个样品孔中（图 2）。应分次逐步加入样品，避免样品溢出样品孔，并在每次加样后等待前一份样品完全干燥后再添加下一份。 
		注意：对于高沸点溶剂，可使用吹气装置加速溶剂挥发，但需注意避免加热样品靶板，以防靶板发生翘曲。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>校准用标准样品的制备
	<ol>
		<li>按照推荐供应商提供的操作流程制备校准标准品。 
		注意：本研究选用树枝状聚合物作为校准物，可提供纯品形式，或以优化比例预混基质、校准物和阳离子的混合物形式。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 数据采集优化
<ol>
	<li>启动数据采集
	<ol>
		<li>开放数据采集软件 &#34;FlexControl&#34;.</li>
		<li>按压以弹出平台，从而加载目标板 &#34;<img alt="公式 1" src="/files/ftp_upload/57174/57174eq1v2.jpg" />&#34; 按钮</li>
		<li>将装有校准品和待测样品的目标板轻轻放置在平台上的合适位置。</li>
		<li>使用采集软件，通过按压平台上的目标板进行进样 &#34;<img alt="公式 1" src="/files/ftp_upload/57174/57174eq1v2.jpg" />&#34; 再次按下按钮。</li>
		<li>选择合适的数据采集方法（正离子模式采集方法），通过按下 文件 | 选择方法. 
		注意：对于大多数聚合物样品，包括本实验的代表性分析物，预期通过与阳离子形成复合物实现电离，因此最适宜采用正离子模式进行采集。根据仪器型号，若分析质量范围较低（500–10,000 Da）或需要更高分辨率，应选择反射模式的方法文件；若样品分子量较高或需要更高的信号灵敏度，且可接受较低分辨率，则应选择线性模式的方法文件。</li>
		<li>在采集数据之前，请确保已选择合适的数据采集质量范围——理想情况下，该质量范围应包含预期分布中最低质量的一半以及预期分布中最高质量的两倍。可通过点击 检测 标签与查看 质量范围. 
		注意：这有助于确保样品中可能存在的低分子量降解片段或高分子量聚集体（二聚体）的信号被纳入数据集中。同时需注意，在大多数 MALDI-TOF 质谱图中，基质寡聚物常以高强度信号出现，产生高达 1,000 Da 的高强度噪声，从而干扰该质量范围以下的分析。尽管在获得最终数据集之前需要进行校准，但只有在使用针对特定分析物优化的相同采集参数时，才能获得准确的校准文件。因此，在校准之前需先对分析物质谱进行初步优化，随后重新采集经校准的分析物质谱。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>初步数据采集
	<ol>
		<li>从采集软件中选择目标板上与目标分析物相对应的位置。</li>
		<li>在移动激光靶以最大化信号的同时，开始采集数据。要启动数据采集，请按下 开始. 
		注意：激光在某一位点重复采样后可能会耗尽基质。</li>
		<li>使用相机窗口左侧的滑动条调节激光功率，使达到同位素分辨所需的最低功率。 
		注意：在分析多个样品以确定分析物、阳离子和基质的最佳比例时，应使用相同的激光功率检测每个分析物样品，以确定在该采集参数下哪个样品表现出最佳的信噪比。后续的采集参数优化应继续使用信噪比表现最佳的样品进行。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>数据采集优化
	<ol>
		<li>在感兴趣的质荷比范围中间位置，针对单个峰进行放大，通过调节加速电压差来优化分辨率（对于本研究中的仪器，这需要调节 &#34;IS2&#34; 值），该值位于 光谱仪 表。 
		注意：通过以较大幅度调整 IS2 值并观察哪个值能产生最佳分辨率，可最快实现优化（即，即半峰全宽最小），然后以更小的步长进一步优化IS2值。通常，低分子量聚合物的最优IS2值较高（更接近IS1），而高分子量聚合物的最优IS2值较低。</li>
		<li>如需提高分辨率，可使用反射模式。 
		注意：反射模式可用于补偿相同质荷比离子初始速度的差异 m/z 通过迫使相同物质中速度较高的离子 m/z 值进入探测器的更长路径。这种到探测器路径的增加使得具有相同 m/z 使离子同时到达检测器，从而实现离子聚焦以提高分辨率。尽管反射模式通常可改善信号分辨率，但对于信号强度较弱的样品，可能需要采用线性模式才能观察到数据。</li>
		<li>最后，通过将激光功率降低至尽可能低但仍能产生合理信噪比的水平，来优化激光功率。例如信噪比约为10。 
		注意：由于较高的激光功率通常会降低分辨率并可能引起碎片化，因此使用较低的激光功率配合更多的扫描次数可获得质量最佳的质谱。</li>
		<li>一旦采集参数优化完成，通过选择保存未校准的质谱图 文件 然后 将光谱保存为文件对于外部校准，必须在采用相同且已优化的参数下重新采集校准物的信号，然后才能开始新的采集，以获得待分析物的校准后质谱。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. MALDI 校准
<ol>
	<li>获取校准质谱
	<ol>
		<li>使用已为分析物优化的采集参数，采集质量标准品样品的优化质谱。 
		注意：理想情况下，校准标准品组合应包含一个高于目标范围、一个低于目标范围以及至少一个位于目标范围内的标准品。若两个样品的采集参数完全相同，则校准的准确性最佳。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>创建校准文件
	<ol>
		<li>确保通过点击 Spectrometer 选项卡下的 Invalidate Calibration，使任何现有的校准失效或处于可被覆盖的状态。</li>
		<li>使用相同的采集参数（e.g.，激光功率、IS2 电压），通过光标选中相应的孔位，将激光移至含有校准物（e.g.，树状聚合物标准品、肽）的样品孔中，并点击 Start 采集谱图。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>当获得足够信号后，点击 Start 结束数据采集。</li>
	<li>采集到校准物的质谱后，在 Calibration 选项卡中选择与该校准标准品对应的 Mass Control List 下拉菜单。合适的质量控制列表应包含所选校准物及其相应阳离子的参考质量。 
	注意：这些信息通常可从校准物供应商处获得；当实现同位素分辨时（e.g.，反射模式下 m/z &lt; 5000），应使用单一同位素质量值；当无法实现同位素分辨时（e.g.，线性模式下 m/z &gt; 5000），应使用平均质量值。</li>
	<li>在将每个选定的校准物峰与相应的参考峰匹配之前，通过选择 Processing 选项卡，确认使用了合适的峰提取方法。 
	注意：峰提取方法可能因谱图分辨率而异。对于平均质量计算，软件应计算整个同位素峰系列的质量平均值；对于单一同位素质量计算，软件应设置为仅计算第一个同位素峰的精确质量。</li>
	<li>通过点击目标峰左侧区域，然后点击控制列表中对应的参考质量，将质量控制列表中的参考质量匹配至校准物质谱中相应的信号峰。对剩余的校准物峰重复此过程。 
	注意：为获得最准确和精确的校准，应将分析物和校准物样品尽可能靠近地点样于靶板上，因为靶板高度的微小差异可能影响校准的准确性。</li>
	<li>在完成优化采集参数下的质量标度校准后，重新采集分析物的质谱。</li>
</ol>
4. 数据分析与解释
<ol>
	<li>峰挑选
	<ol>
		<li>在数据分析软件（FlexAnalysis）中打开分析物谱图。</li>
		<li>通过点击 Zoom in X-Range 按钮，放大某个峰，以判断是否已实现同位素分辨。</li>
		<li>按 Mass List | Find 选择峰。如果单一同位素峰已被分辨，则在同位素分布中选择该第一个峰，并使用单一同位素峰挑选方法确定其质量。如果单一同位素峰未被分辨，则使用平均质量峰挑选方法，确定整个同位素分布的平均质量。</li>
		<li>对聚合物分布中的每个 n-聚体重复上述峰挑选过程。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>聚合物表征与端基分析计算 
	注意：若使用得当，基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）可为聚合物质量分布计算提供有价值且准确的数据。需注意的是，只有当聚合物样品的分散度相对较低时（例如，约 Đ = 1.3 或更低），质量分布数据才准确。
	<ol>
		<li>使用以下公式计算数均分子量，即相对于各质量组分摩尔数的质量平均值： 
		<img alt="公式 2" src="/files/ftp_upload/57174/57174eq2v2.jpg" /> 
		其中 Ni = 特定分子量的分子数量，Mi = 这些分子的特定分子量。</li>
		<li>使用以下公式计算重均分子量，即相对于各质量组分质量的质量平均值： 
		<img alt="公式 3" src="/files/ftp_upload/57174/57174eq3v2.jpg" /> 
		其中 Ni = 特定分子量的分子数量，Mi = 这些分子的特定分子量。</li>
		<li>在计算出 Mw 和 Mn 后，通过比值 Mw/Mn 来量化分子量分布的宽度，该比值称为分散度（Đ）。</li>
		<li>基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）数据分析最独特且强大的功能之一是能够确定或确认均聚物的端基。通过重新整理质谱中 n-聚体观测质量（Mn-mer）的以下公式来确定端基： 
		Mn-mer = n(MRU) + MEG1 + MEG2 + Mion 
		其中 n = 聚合度， 
		MEG1 = α-端基的质量， 
		MEG2 = ω-端基的质量， 
		MRU = 聚合物重复单元的质量， 
		以及 Mion = 与聚合物形成复合物的离子质量。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

作者与本研究中使用的SpheriCal校准品存在经济利益关系。

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF）是一种用于聚合物表征的极其重要的分析工具，因其能够产生单电荷态且几乎不发生碎片化的聚合物离子。这种软电离技术利用短脉冲激光，使嵌入基质化合物中的聚合物分析物固态样品脱附，从而在气相中生成聚合物离子。大分子通常通过与添加至基质中的阳离子形成复合物而实现离子化，从而使其能够通过质谱进行分析。这些大分子离子随后在提取电压作用下被加速，进入飞行管的无场区域，其质荷比（m/z）可根据离子源与检测器之间飞行时间的测定来确定5,32。
与其他聚合物表征技术相比，MALDI-TOF 质谱图的质量在很大程度上依赖于数据采集参数和样品制备方法。尽管样品制备没有固定的配方，但了解样品制备中各组分的作用有助于更快地进行经验性优化。MALDI 样品制备中最关键的因素是基质的选择，因为基质与聚合物分析物的相容性对于促使激发态基质产生单个脱附的大分子离子至关重要5,15,17,19。在选定合适的基质和阳离子化试剂后，必须确定分析物、基质和阳离子化试剂之间的正确比例。这可以通过在 MALDI-TOF 质谱靶板上（图2）构建一个二维样品阵列（图1）来经验性地实现，其中一个轴上基质浓度递增，另一个轴上阳离子化试剂浓度递增。
与MALDI样品制备类似，数据采集参数的设定并无固定公式，但应考虑某些趋势以加快谱图优化。反射模式可提高分辨率但降低总信号强度，通常用于较低质荷比范围（在本例中为4,000 Da以下），在此范围内可实现同位素分辨。在这些情况下，采用单一同位素质量计算和峰识别方法。对于质量高于4,000 Da的聚合物样品，则使用线性模式，并结合平均质量计算和峰识别方法。为提高信号分辨率，应以小幅度逐步调整离子源电压，总体趋势是质量较大的聚合物需要更大的电压差（IS1与IS2之间）。
尽管优化的样品制备和采集参数可以提高精确度，但只有通过有效的校准才能实现高质量准确性。对于给定质量的飞行时间会因不同的采集参数甚至靶板位置而发生细微变化，因此必须针对每组优化后的采集参数进行校准，以获得准确的质量测定结果5,30。在采集参数和样品制备条件优化完成后，应使用完全相同的条件对质谱图进行校准。
由于在优化后的聚合物MALDI-TOF质谱中观察到极高的分辨率和质量准确性，该技术已成为测定聚合物质量分布数据的一种重要补充工具。然而，与其他聚合物表征技术（如凝胶渗透色谱法（GPC）和核磁共振（NMR））相比，MALDI-TOF质谱在解析聚合物质量分布中各个重复单元方面具有独特优势，特别适用于端基分析。这对于确定端基官能化反应的保真度以及端基偶联反应的定量性质尤为有价值。本文已证明，该方法能够以高达小数点后两位的质量精度解析单个聚合物重复单元的质量，从而高置信度地确认端基修饰。随着近年来在精密聚合物合成领域取得的重大进展，MALDI-TOF质谱正日益成为确定大分子结构与功能的重要工具。

随着活性聚合技术的进步，带有定量官能化端基的精密聚合物正变得日益可得1。同时，叠氮-炔烃和硫醇-烯烃点击化学的发展实现了大分子与其他官能团之间近乎定量的偶联，从而能够获得多种杂化材料2，3，4。然而，要表征这些聚合物偶联反应的起始原料和产物，需要精确的分析技术。基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）是一种有价值的软电离分析技术，可用于聚合物表征，因其能够以单一电荷态生成聚合物离子，并产生极少的碎片5，6。相较于其他常规聚合物表征方法，MALDI-TOF MS 具有显著优势，能够提供聚合物质量分布中各个 n 聚体的分辨质谱。因此，此类质谱可提供关于数均分子量、重复单元质量及分子量分散度的精确信息7，进而揭示诸如链转移等竞争性聚合机理8。此外，MALDI-TOF MS 在提供聚合物端基信息方面尤为强大9，10，可用于确认端基修饰10，11及其他转化反应12，例如聚合物环化反应11，13。同样重要的是，质谱分析所需的样品量极小（亚微克级），使得该技术在仅有痕量材料可供使用时仍可用于表征。
聚合物的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）分析可分为四个明确步骤：样品制备、仪器校准、谱图采集和数据分析。样品制备是获得优化MALDI-TOF质谱图的最关键步骤，需在将样品引入仪器之前完成14,15。选择与聚合物分析物具有相似溶解度参数的合适基质，对于获得高质量的MALDI-TOF质谱图至关重要，有关基质选择的指导原则已有文献报道14,15,16,17。此外，已有在线发布的聚合物MALDI样品制备&#34;配方&#34;数据库18。对于新型聚合物，可通过首先了解其溶解性，并选择具有相似溶解度参数的基质来确定合适的基质14,19。具有高质子亲和力的聚合物可被大多数基质（通常含有羧酸基团）质子化14，但其他聚合物则需要使用阳离子化试剂14。碱金属离子易与含氧物种（例如聚酯和聚醚）形成加合物，而不饱和烃类（例如聚苯乙烯）则倾向于与银、铜等过渡金属离子形成加合物14,19。由于本实验中的聚合物样品主链含有氧原子，因此选用三氟乙酸钠或三氟乙酸钾（TFA）作为阳离子化试剂。在选定基质和阳离子化试剂后，必须仔细优化分析物、阳离子试剂与基质之间的相对比例，以确保获得高信噪比信号。本实验中样品制备的参数已经过优化，但采用一种经验性的样品优化方法（步骤1.4.1，图1），系统性地改变三种组分（分析物、基质和阳离子）的浓度，可有效快速确定其最佳比例。
数据采集还需要优化多个参数。最重要的参数包括质谱仪的正离子或负离子模式、仪器工作模式（线性模式与反射模式）、加速电压以及提取延迟时间。另一种提高分辨率的方法是采用&#34;反射式飞行时间&#34;模式20,21,22,23。反射式模式通过在飞行管末端将离子反射回靠近离子源的检测器，实质上使离子的飞行路径长度增加一倍，同时对具有不同动量的离子进行重新聚焦，从而提高分辨率，但会降低信号强度。此外，通过降低激光功率可以获得更高分辨率的谱图，因为较低的激光功率可减少碰撞的数量和能量，从而最小化信噪比，减少碎片化和动能不均一性24。通过调节所有这些参数，可以使离子聚焦，以最小化激光解吸过程中初始位置或速度不均一所带来的影响。当采集参数被优化后，通常可实现质量超过10,000 Da离子的同位素分辨，尽管这还取决于飞行管的长度和仪器设计。大多数含有至少一个杂原子的有机化合物容易与锂、钠和钾等碱金属阳离子形成配合物。许多碱金属为单一同位素或同位素种类有限，因此不会导致同位素分布变宽。
尽管可以通过调整仪器参数来优化数据的精密度，但只有通过适当的校准才能实现数据的准确性11。蛋白质和多肽最初被用作校准物，因其具有单一分散性和易得性，但其稳定性易变且常含有杂质25。更具成本效益且更稳定的替代物包括无机簇和多分散性聚合物26,27,28,29。然而，这些替代物存在质量分布较宽的问题，使质荷比归属变得复杂，且整体分子量较小，仅适用于10,000 Da以下的校准。为解决这些问题，Grayson et al.25 开发了一种基于树状大分子的聚酯质谱校准体系，该体系具有单一分散性，且具备广泛的基质和溶剂兼容性、长期储存稳定性（&#62; 8年）以及较低的生产成本。基于该体系的诸多优势，本实验选择其作为校准物。
校准主要有两种类型：内标法和外标法30。进行外标校准时，将质量范围涵盖待测物的标准品置于与待测物不同的样品位置上，点样于MALDI靶板，从而获得独立的质谱图，用于生成校准文件。相比之下，内标校准通常可实现更高的准确性，该方法是将校准物与待测物混合，获得同时包含校准物和待测物信号的混合谱图。在下述实验流程中，采用的是外标校准法。在完成质谱标度的正确校准后，即可获取准确的待测物质量数据。为确保校准结果尽可能准确，应在校准完成后尽快进行数据采集。
最后，获取经过优化和校准的数据集后，对数据进行分析以获得聚合物样品的结构信息。聚合物分布中n聚体之间的间距可提供重复单元质量的精确测量。数均分子量（Mn）以及其他质量分布计算（例如，Mw （重均分子量）和 Đ （分散度）也可以通过质谱信号分布来确定（计算方法见步骤4.2）。或许最为独特的是，对于均聚物，可通过测定聚合物分布相对于仅由重复单元质量推算出的质量偏移量，来确认端基总质量。信息丰富的MALDI-TOF质谱提供了有价值的表征数据，可与尺寸排阻色谱、傅里叶变换红外光谱和核磁共振等传统聚合物表征技术相互补充。

<table><tbody><tr><td>聚氧乙烯双叠氮化物（Mn=2000）</td><td>MilliporeSigma (Aldrich)</td><td>689696</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/689696?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>聚乙二醇2-氨基乙基醚乙酸（Mn=5000）</td><td>MilliporeSigma (Aldrich)</td><td>757918</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/757918?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>聚(L-丙交酯)，硫醇封端（Mn=2500）</td><td>MilliporeSigma (Aldrich)</td><td>747386</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/747386?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>SpheriCal&amp;reg;&amp;nbsp;肽低浓度</td><td>MilliporeSigma (Sigma-Aldrich)</td><td>PFS20</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs20?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>SpheriCal&amp;reg;&amp;nbsp;肽中浓度</td><td>MilliporeSigma (Sigma-Aldrich)</td><td>PFS21</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs21?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>SpheriCal&amp;reg;&amp;nbsp;肽高浓度</td><td>MilliporeSigma (Sigma-Aldrich)</td><td>PFS22</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs22?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>2,4-二硝基氟苯</td><td>TCI</td><td>A5512</td><td></td></tr><tr><td>马来酰亚胺</td><td>MilliporeSigma (Aldrich)</td><td>129585</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/129585?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>1-乙炔基氟苯&amp;nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>766-98-3</td><td></td></tr><tr><td>三乙胺</td><td>MilliporeSigma (Sigma-Aldrich)</td><td>471283</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/471283?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>N,N,N',N&quot;,N&quot;-五甲基二亚乙基三胺</td><td>MilliporeSigma (Aldrich)</td><td>369497</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/369497?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>溴化亚铜(I)</td><td>MilliporeSigma (Aldrich)</td><td>254185</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/254185?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>冰醋酸</td><td>Fisher Scientific</td><td>A38212</td><td></td></tr><tr><td>亚硫酸氢钠</td><td>MilliporeSigma (Sigma-Aldrich)</td><td>13459</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/13459?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>三氟乙酸钾</td><td>MilliporeSigma (Aldrich)</td><td>281883</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/281883?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>反式-2-[3-(叔丁基苯基)-2-甲基-2-丙烯叉]丙二腈</td><td>MilliporeSigma (Aldrich)</td><td>727881</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/727881?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>α-氰基-4-羟基肉桂酸</td><td>MilliporeSigma (Sigma)</td><td>C8982</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/c8982?lang=en&amp;amp;region=US</td></tr><tr><td>四氢呋喃</td><td>Fisher Scientific</td><td>T425-1</td><td></td></tr><tr><td>二氯甲烷</td><td>VWR Analytical</td><td>BDH1113-4LG</td><td></td></tr></tbody></table>

通过基质辅助激光解吸电离飞行时间（maldi-tof）质谱法表征合成聚合物

Characterization of Synthetic Polymers via Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight (MALDI-TOF) Mass Spectrometry

表征合成均聚物的方法有多种，但很少有技术能像基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）那样为端基分析提供如此有用的信息。本教程演示了使用 MALDI-TOF MS 对合成聚合物进行样品制备、谱图采集和数据分析的优化方法。样品制备过程中的关键参数包括基质的选择、合适的阳离子化盐的确定，以及基质、阳离子和分析物相对比例的调节。采集参数同样重要，例如模式（线性或反射）、极性（正离子或负离子）、加速电压和延迟时间。若已知聚合物合成所涉及的化学反应，并对数据采集参数和样品制备条件进行优化，则应能获得具有足够分辨率和质量准确度的谱图，从而明确鉴定大多数均聚物（质量低于 10,000）的端基，同时确定其重复单元质量和整体分子量分布。尽管本教程仅以有限种类的聚合物为例进行演示，但这些通用技术可广泛应用于更多类型的合成聚合物以测定其质量分布；然而，端基鉴定仅适用于分散度较窄的均聚物。

本文描述了一种用于合成聚合物的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）表征的实验方案，包括样品制备、谱图采集和数据分析的优化。

通过基质辅助激光解吸电离飞行时间（MALDI-TOF）质谱法表征合成聚合物

可用于表征合成均聚物的技术有很多，但很少有方法能像端基分析一样提供如此有用的信息……

本MALDI-TOF质谱教程的总体目标是向用户介绍在利用MALDI-TOF质谱进行聚合物表征过程中，样品制备、数据采集和数据分析的相关知识。该方法有助于回答聚合物表征领域中的关键问题，例如聚合物的分子量、分散性以及端基结构。该技术的主要优势在于能够确定均聚物的端基结构。首先，通过混合预先配制的基质溶液、分析物溶液和阳离子溶液，并改变各组分的相对比例，制备一系列溶液，共制得九种不同的样品混合物。在本实验中，将15微升聚(L-丙交酯)溶液与15微升2,5-二羟基苯甲酸溶液及1微升三氯乙酸钠溶液混合。用移液器将1微升混合溶液加入MALDI靶板的单个样品孔中。分步逐次加入样品，每次加入小量，以防止样品溢出样品孔，并在每次添加新样品前，使前一份样品完全蒸发至干燥。开始数据采集时，首先打开数据采集软件 Flexcontrol。按下弹出按钮，将平台弹出，以便装载目标板。将含有校准品和待测物样本的目标板轻轻放置在平台上的合适位置。接下来，再次按下弹出按钮，使用采集软件将平台上的目标板注入。通过点击“文件”并选择“选择方法”来选定合适的数据采集方法。在采集数据之前，单击“检测”选项卡并查看“质量范围”，确保已选择合适的数据采集质量范围。在采集软件中，选择目标板上与目标分析物相对应的位置。按下“开始”以启动数据采集，并移动激光目标点在样品上扫描，以获得最大信号。通过调节相机窗口左侧的滑动条，调整激光功率，使达到同位素分辨所需的最低功率即可。在质谱分析范围中间的单个峰处放大，通过在“质谱仪”选项卡中调节IS2值来改变加速电压差，从而优化分辨率。最后，通过降低激光功率至仍能产生合理信噪比的最低水平，来优化激光功率。一旦采集参数优化完成，选择“文件”然后“另存方法”来保存方法。确保通过点击“质谱仪”选项卡下的“使校准失效”按钮，使任何现有的校准无效或处于可被覆盖的状态。使用相同的采集参数，通过光标选择含有校准物的样品孔，将激光移至该孔位，然后按下“开始”按钮采集谱图。当获得足够信号后，再次按下“开始”按钮以结束数据采集。成功采集校准物的质谱后，在“校准”选项卡中选择与该校准标准相对应的“质量控制列表”下拉菜单。在将每个选定的校准物峰与相应的参考峰匹配之前，通过选择“处理”选项卡，确保使用了适当的峰提取方法。通过选择目标峰左侧的区域，然后点击质量控制列表中相应的质量值，将质量控制列表中的参考质量应用于校准物质谱图中的对应信号。对剩余的校准物峰继续执行此操作。在针对优化后的采集参数完成质量标度校准后，重新采集分析物谱图。在数据分析软件中打开分析物谱图。通过点击“X轴范围放大”按钮，放大某个峰以确认是否实现了同位素分辨。现在，按下“质谱列表”并选择“查找”以选取峰。如果单一同位素峰能够分辨，则选择同位素分布中的第一个峰，通过单一同位素峰选取方法确定其质量。基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）证实了聚左旋乳酸硫醇封端产物的分子量分布较窄，并使用分析软件计算出此处所示的聚合物特性。26聚体的观测质量为1973.62，与理论值相差-0.07道尔顿。在乳酸的开环聚合过程中，2045.74处较小的信号表明发生了转酯化反应。2057.73处的小峰可能是乳酸单体开环聚合过程中由水引发所致。基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）证实了聚（L-丙交酯）硫醇在与马来酰亚胺发生硫醇-烯反应后具有较窄的分子量分布，并使用分析软件计算了此处所示的聚合物特性。聚（L-丙交酯）硫醇26聚体的理论分子量为2070.56891，与实测分子量相差仅0.03道尔顿。同时观察到同一物种与钾离子结合的质谱峰，其信号位于2086.49处。在 2167.58 处出现的小峰表明存在与起始原料中观察到的相同的由水引发产生的杂质。与巯基-烯烃反应产物中观察到的质量偏移不同，该峰未发生相应偏移，说明此羧酸封端化合物缺乏巯基末端基团，因而无法进行官能化反应。观看本视频后，您应能够充分理解如何优化样品制备和数据采集参数，以及如何分析由基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF）对聚合物表征所产生的数据。

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