MALDI-ToF MS Metoda charakterystyki polimerów syntetycznych o różnej dyspersyjności i grupach końcowych

Ashley V. Miles; Amman Nadeem; Mahi Ahmad; Brennan J. Curole; Scott M. Grayson

doi:10.3791/68455

Artykuł metodologiczny

MALDI-ToF MS Metoda charakterystyki polimerów syntetycznych o różnej dyspersyjności i grupach końcowych

DOI:

10.3791/68455

⸱

3 października 2025

Ashley V. Miles¹ , Amman Nadeem¹ , Mahi Ahmad¹ , Brennan J. Curole¹ , Scott M. Grayson¹

¹Department of Chemistry, Tulane University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokół ten zawiera szczegółowe instrukcje i przykłady dotyczące przygotowania próbki, akwizycji danych i analizy danych w celu scharakteryzowania polimerów syntetycznych o różnej dyspersji i grupach końcowych przy użyciu spektrometrii mas czasu przelotu z desorpcją/jonizacją laserową wspomaganą matrycą.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Spektrometria mas czasu przelotu z desorpcją/jonizacją laserową wspomaganą matrycą (MALDI-ToF MS) jest skutecznym narzędziem analitycznym do charakteryzowania polimerów syntetycznych, oferującym precyzyjne określanie masy cząsteczkowej i wgląd w strukturę, taki jak powtarzalne masy jednostkowe i identyfikacja grup końcowych. Protokół ten szczegółowo opisuje etapy analizy polimerów, w tym przygotowanie próbki z odpowiednim doborem matrycy i kationów, pozyskiwanie danych oraz metodę kalibracji w celu zapewnienia dokładnych pomiarów masy. Podkreśla wszechstronność MALDI-ToF MS w analizie polimerów, od materiałów monodyspersyjnych po wysoce zdyspersyjne, przy jednoczesnym zaobserwowaniu ograniczeń w rozdzielczości próbek o wysokiej dyspersji. Porównując masy teoretyczne i obserwowane, w tym wzorce izotopowe, metoda umożliwia pewne potwierdzenie powtarzających się jednostek i grup końcowych. Protokół wspiera nowych użytkowników, prezentując reprezentatywne dane dotyczące wyboru matrycy, interpretacji spektralnej w zakresach dyspersji oraz charakterystyki polimerów o unikalnych cechach izotopowych lub metastabilnych formacjach jonowych. Strategie rozwiązywania problemów obejmują rozwiązywanie problemów, takich jak zakłócenia matrycy i próbki, które jonizują bez dodatku kationu podczas przygotowywania próbki. Ogólnie rzecz biorąc, niniejszy przewodnik służy jako podstawa do stosowania MALDI-ToF MS jako szybkiej i niezawodnej techniki analizy polimerów.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Spektrometria mas czasu przelotu z desorpcją/jonizacją laserową wspomaganą matrycą (MALDI-ToF MS) jest wysoce skuteczną techniką analityczną do charakteryzowania polimerów syntetycznych 1,2,3,4. Wiele polimerów można scharakteryzować za pomocą magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) w celu potwierdzenia powtarzalnej struktury jednostkowej. Jednak większość grup końcowych stanowi ułamek powtarzających się pików jednostkowych, nawet w przypadku polimerów o niskiej masie cząsteczkowej, a wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej polimeru sygnały grupy końcowej wydają się trudne do ilościowego określenia w NMR⁵. Jednak dane MALDI-ToF MS potwierdzają, że są to grupy końcowe, nawet przy wyższych masach cząsteczkowych. Ta technika spektrometrii mas jest znana ze swojej zdolności do miękkiej jonizacji i generuje głównie pojedynczo naładowane jony polimerowe o bardzo minimalnej fragmentacji². Umożliwia to precyzyjne określanie masy cząsteczkowej i szczegółową analizę strukturalną, która zapewnia szybkie i dokładne wyniki, dostarczając cennych informacji, takich jak powtarzalne masy jednostkowe, identyfikacja grup końcowych oraz, w przypadku polimerów o niskiej dyspersyjności, oznaczanie średniej liczbowo masy cząsteczkowej (M_n), średniej wagowo masy cząsteczkowej (M_w) i dyspersji (Đ)⁶.

MALDI-ToF MS może analizować polimery o różnej dyspersji, ale ma ograniczenia przy wyższej dyspersji. W przypadku polimerów monodyspersyjnych, takich jak dendrymery, metoda ta jest idealna do potwierdzania ich masy i identyfikacji grup końcowych⁷. W przypadku polimerów o niskiej dyspersji (1,01-1,09) i niektórych polimerów o umiarkowanej dyspersji (Đ = 1,1-1,3), MALDI-ToF MS można również zastosować do określenia masy jednostkowej powtórzeń polimeru, masy grupy końcowej, Đ, M_n i M_w⁸. Jednak w przypadku wysoce zdyspergowanych polimerów (Đ = 1,3-10) staje się to wyzwaniem. W przypadku polimerów o dużej dyspersji niższe frakcje wykazują znacznie większą intensywność niż ich odpowiedniki o wyższej masie cząsteczkowej, co prowadzi do sztucznie niższej dyspersji niż w przypadku innych technik charakteryzacji, takich jak chromatografia wykluczania wielkości (SEC). Jest to określane jako "odchylenie niskiej masy". Średnią powtarzającą się masę jednostkową i grupy końcowe można potwierdzić na podstawie wyników o niższej masie cząsteczkowej, ale niemożliwe jest określenie prawdziwych_Mn, M_w i Đ dla polimerów o wysokiej dyspersji z MALDI-ToF MS⁹. W związku z tym SEC należy dodać jako technikę charakterystyki dla szeroko zdyspergowanych polimerów w celu określenia prawdziwych M_n, M_w i Đ.

Optymalizacja przygotowania próbki ma zasadnicze znaczenie dla uzyskania wysokiej jakości rozdzielczości pików w widmie masowym MALDI-ToF ^2,10. Pierwszym krokiem jest dobranie odpowiedniej matrycy w oparciu o polarność polimeru. W przypadku polimerów niepolarnych powszechnie stosuje się matryce, takie jak trans-2-[3-tert-butylofenylo)-2-metylo-2-propenyliden] (DCTB), wolny rodnik galwinoksylowy (GFR) i 9-nitroantracen (9-NA)¹¹. Polimery polarne lepiej nadają się do matryc takich jak kwas α-cyjano-4-hydroksycynamonowy (CHCA), ditranol, kwas 2-(4-hydroksyfenyloazo)benzoesowy (HABA) i kwas 2,5-dihydroksybenzoesowy (DHB)12,13,14. Do tego protokołu DCTB został wybrany jako matryca pierwotna ze względu na jego skuteczność z polimerami niepolarnymi, a CHCA został użyty do polimerów polarnych. Dobór kationów również odgrywa ważną rolę, ponieważ metale alkaliczne, takie jak sód i potas, skutecznie jonizują polimery zawierające tlen, podczas gdy metale przejściowe, takie jak srebro, lepiej nadają się do węglowodorów nienasyconych^10,14.

Po wybraniu matrycy i analitu określa się optymalne proporcje kation:analit:matryca dla mieszanin roztworów próbek. Mieszaninę roztworu próbki dodaje się do płytki wzorcowej w ilości 1 μl. Brak jednego lub więcej prawidłowych proporcji wyboru kation:analit:matryca może wpływać na czułość akwizycji danych MALDI-ToF MS. Dla poniższych reprezentatywnych danych przygotowanie próbki zostało zoptymalizowane pod kątem najlepszej rozdzielczości ^2,15.

Po przygotowaniu roztworu próbki i dodaniu go do płytki docelowej MALDI-ToF MS, próbkę tę wkłada się do instrumentu MALDI-ToF MS w celu rozpoczęcia akwizycji danych. W tym badaniu dane zebrano wyłącznie w trybie jonów dodatnich i wykorzystano nowszy spektrometr masowy MALDI-ToF, opierając się na wcześniejszych pracach Payne'a i ^wsp.16. Ważne parametry MS MALDI-ToF, takie jak moc lasera, średnica wiązki laserowej, wzmocnienie detektora i czas opóźnienia ekstrakcji impulsowej, można dostosować w celu zwiększenia rozdzielczości podczas akwizycji. Do akwizycji danych MALDI-ToF MS dostępne są dwa tryby: liniowy i reflektronowy¹⁷. Tryb reflektronowy jest preferowany w celu uzyskania wyższej rozdzielczości sygnału w porównaniu z trybem liniowym^18,19. W trybie liniowym przyspieszone jony przemieszczają się bezpośrednio przez rurkę przelotową do detektora. W przeciwieństwie do tego, tryb reflektronowy polega na jednokrotnym przejściu przez rurkę przelotową, a następnie odbiciu jonów z powrotem przez rurkę przelotową po raz drugi przed dotarciem do drugiego detektora, który w przybliżeniu podwaja ich tor lotu. Takie podejście umożliwia różnicowanie jonów o podobnych masach, ale zmiennych prędkościach^20,21. Moc lasera może być również czynnikiem zwiększającym stosunek sygnału do szumu lub zmniejszającym rozdrobnienie polimeru²². Najniższa możliwa moc lasera do ablacji próbki poprawi stosunek sygnału do szumu, a także zmniejszy możliwość fragmentacji²². Po zoptymalizowaniu rozdzielczości sygnału i maksymalizacji stosunku sygnału do szumu, akwizycja może dostarczyć wysokiej jakości danych dla wybranego analitu polimerowego.

Kalibracja jest niezbędna do dokładnego pomiaru masy w MALDI-ToF MS. Stosowane są dwie główne metody: kalibracja wewnętrzna i zewnętrzna, obie oparte na kalibrantach o znanych masach, które pokrywają oczekiwany zakres^{analitu 6}. Dla polimerów analizowanych w reprezentatywnych danych wybrano monodyspersyjne kalibranty dendrymerowe do kalibracji w szerokim zakresie mas²³. Kalibracja wewnętrzna, w której kalibr jest mieszany z kationem, analitem i matrycą, poprawia dokładność masy, ponieważ zarówno kalibr, jak i analit podlegają tym samym warunkom, a każde przesunięcie masy kalibracyjnej wpływa na nie w równym stopniu. Metoda ta może jednak prowadzić do nakładania się pików na wynikowe sygnały polimerowe, co komplikuje analizę²⁴. W przeciwieństwie do tego, kalibracja zewnętrzna, zastosowana w tym protokole, pozwala uniknąć nakładania się pików poprzez przygotowanie i wykrycie kation:calibrant:matrix oddzielnie od kation:analit:matrycy na płytce docelowej. Jednak niewielkie niedokładności masy mogą powstać z powodu niewielkich różnic w umieszczeniu próbki i lokalnej reakcji instrumentu, takich jak różnice w intensywności lasera lub skuteczności jonizacji na tarczy, tak że kaliberat i analit powinny znajdować się blisko siebie²⁴. W danych reprezentatywnych różnica masy zaobserwowana przy użyciu metody kalibracji zewnętrznej była mniejsza niż 0,100 Da od wartości teoretycznej.

Wreszcie, dla wszystkich polimerów, dane MALDI-ToF MS mogą być analizowane w celu określenia powtarzalnej masy jednostkowej i przeprowadzenia analizy grup końcowych polimerów. Masę w jednostce powtórzenia można potwierdzić, porównując teoretyczną masę w jednostce powtórzenia za pomocą narzędzi programowych z obserwowaną masą w jednostce powtórzenia w widmach masowych MALDI-ToF. Jeśli są zgodne, polimer prawdopodobnie ma oczekiwaną powtarzającą się strukturę jednostkową (lub izomer). Analiza grup końcowych MALDI-ToF MS dla polimerów rozpoczyna się od obliczenia teoretycznej masy analitu. Obejmuje to łączną masę powtórzonej jednostki, grup końcowych i wybranego kationu z przygotowania próbki. W przypadku makrocząsteczek monodyspersyjnych obliczenie obejmuje całkowitą masę jednego analitu wraz z masą wybranego kationu. W tych obliczeniach mogą pomóc narzędzia programowe do rysowania struktur chemicznych. Masa teoretyczna z oprogramowania jest następnie porównywana z masą obserwowaną z widmami masowymi MALDI-ToF w celu sprawdzenia, czy polimer pasuje do oczekiwanej struktury molekularnej. Jeśli jednak obserwowana masa powtórzeniowa jest w przybliżeniu zgodna z wartością teoretyczną, ale całkowita masa określonego n-meru, w tym grupy końcowe i kation, nie jest taka sama, rozbieżność może sugerować obecność nieoczekiwanych grup końcowych. Aby zidentyfikować nieznane grupy końcowe, warunki reakcji są poddawane przeglądowi w celu określenia alternatywnych cząsteczek lub odczynników, które mogły zareagować, tworząc obserwowane grupy końcowe. Ten etap ma kluczowe znaczenie dla dokładnego scharakteryzowania całej struktury polimeru.

Protokół ten zapewnia krok po kroku metodę analizy MS MALDI-ToF polimerów syntetycznych, zaprojektowaną, aby pomóc użytkownikom, szczególnie początkującym, w przygotowaniu próbki, optymalizacji metody instrumentu, akwizycji danych i analizie danych. Reprezentatywne dane ilustrują dobór matrycy dla danego polimeru; widma i analiza polimerów o różnej dyspersji, w tym próbek monodyspersyjnych, umiarkowanie dyspersyjnych i wysoce dyspersyjnych; analiza grup końcowych polimerów, która obejmuje te o wyraźnych wzorcach rozdzielczości izotopowej (np. halogenowane) oraz te podatne na tworzenie jonów metastabilnych (np. zakończone azydkiem); analiza danych polimerów przy użyciu MALDI-ToF MS, która obejmuje porównanie mas obserwowanych i teoretycznych w celu potwierdzenia powtarzalnej masy jednostkowej i całkowitej masy polimeru, w tym grup końcowych i adduktów kationowych; oraz przykład rozwiązywania problemów związanych z interferencją matrycową polimerów o niskiej masie i polimerów samojonizujących.

Protokół ten nie tylko stanowi podstawę do charakterystyki polimerów MALDI-ToF MS, ale także oferuje wskazówki dotyczące przygotowania próbki, optymalizacji metody instrumentu krok po kroku (rysunek 1) oraz interpretacji widm zarówno dla nowo zsyntetyzowanych, jak i komercyjnych polimerów syntetycznych.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

UWAGA: Review karty charakterystyki (SDS) dla wszystkich chemikaliów przed użyciem. Wszystkie preparaty próbek i płytki MALDI-ToF MS należy wykonywać pod wyciągiem i nosić odpowiednie środki ochrony osobistej (PPE), w tym okulary ochronne, fartuch laboratoryjny i rękawice.

1. Przygotowanie próbki

Przygotowanie roztworu podstawowego matrycy, kationów, kalibrów i analitów
1. Przygotować roztwór podstawowy kationu alkalicznego, rozpuszczając 2 mg pożądanego kationu w 1 ml rozpuszczalnika wybranego ze względu na jego zgodność z analitem i kationem. Dla próbki 1 2 mg trifluorooctanu sodu rozpuszczono w 1 ml THF.
2. Przygotować roztwór podstawowy matrycy, rozpuszczając 20 mg pożądanej matrycy w 1 ml kompatybilnego rozpuszczalnika w oparciu o rozpuszczalność analitu. Przykład: Aby uzyskać reprezentatywne dane (próbka 1), rozpuścić 20 mg DCTB w 1 ml tetrahydrofuranu (THF).
3. Przygotuj roztwór podstawowy kalibru, postępując zgodnie z instrukcjami dostawcy.
4. Przygotować roztwór analitu, rozpuszczając 10 mg analitu w 1 ml odpowiedniego rozpuszczalnika. W przypadku próbki 1 10 mg analitu rozpuszcza się w 1 ml THF.
Przygotowanie tarczy celowniczej MALDI-ToF MS
1. Wyczyść tarczę celowniczą MALDI-ToF MS.
2. Przygotować próbkę do pobrania analitu i roztwór próbki kalibracyjnej. Dodać roztwory podstawowe kationów, analitów i matryc w stosunku 1:5:20 μl do probówki A i wirować. Do kalibracji zewnętrznej: Dodać roztwory podstawowe kationów, kalibrów i matryc w stosunku 1:5:20 μl do probówki B i wirować.
3. Dodać mieszaninę analitu i roztworu próbki kalibru do płytki docelowej MALDI-ToF MS. Odpipetować 0,5 μl mieszaniny roztworu próbki kation:analit:matryca (probówka A) na płytkę docelową MALDI-ToF MS metodą suchych kropel. Odpipetować 0,5 μl mieszaniny kation:kalibert:matryca (probówka B) na miejsce przylegające do analitu na płytce docelowej MALDI-ToF MS metodą suchych kropel. Zapisz dokładną lokalizację każdego miejsca (litera wiersza i numer kolumny), aby łatwo zlokalizować próbkę i kaliberat podczas zbierania danych.

2. Akwizycja danych

Włóż tabliczkę celowniczą MALDI-ToF MS i wybierz metodę akwizycji
1. Włóż tabliczkę celowniczą MALDI-ToF MS do przyrządu. Umieść tarczę celowniczą na uchwycie we właściwej orientacji i nie wciskaj płytki celowniczej MALDI-ToF MS zbyt głęboko.
2. Zadokuj tarczę celowniczą MALDI-ToF MS na przyrządzie za pomocą oprogramowania sterującego przyrządem.
3. Wybierz i otwórz plik metody w oprogramowaniu sterującym instrumentem. Wybierz metodę dodatnią reflektora (RP) lub liniową dodatnią (LP) w zakresie mas analitu.
4. Monitoruj oprogramowanie sterujące instrumentem, aby potwierdzić, że tabliczka celownicza została włożona, a konfiguracja metody została zakończona.
  UWAGA: Te reprezentatywne polimery zawierają tleny; Dlatego wybierany jest tryb dodatni (większość związków ma akwizycję zakończoną w trybie dodatnim). Dla reprezentatywnych danych wybrano metodę RP dla trybu reflektora na wszystkich próbkach.
Wstępne pozyskiwanie danych
1. W oprogramowaniu sterującym przyrządem zlokalizuj kamerę, w której wyświetlana jest tabliczka celownicza MALDI-ToF MS oraz schemat studni z wyświetlonymi literami kolumn i numerami wierszy. Kliknij na studzienkę MALDI-ToF MS zawierającą mieszaninę kation:analit:matryca , aby wybrać do akwizycji danych.
2. Dostosuj zakres wykrywania masy w oprogramowaniu sterującym przyrządu do szerokiego zakresu 500-20000 Da, aby upewnić się, że oczekiwana masa analitu jest w pełni uchwycona. Użyj kursora, aby dostosować zakres około 2x poniżej i powyżej oczekiwanej masy analitu po początkowej akwizycji.
3. Akwizycja danych
  1. Naciśnij przycisk Start w oprogramowaniu sterującym instrumentem, aby rozpocząć akwizycję danych MALDI-ToF MS.
  2. Naciśnij Stop lub zezwól na automatyczne zakończenie akwizycji MALDI-ToF MS.
  3. Kliknij przycisk Dodaj , aby dodać pojedyncze widmo MALDI-ToF MS do bufora widma sumarycznego.
    UWAGA: Bufor pojedynczego widma MALDI-ToF MS przechowuje indywidualne widmo masowe MALDI-ToF, a bufor widma sumy gromadzi dane z wielu akwizycji, zwiększając intensywność sygnału.
  4. Zmień położenie lasera MALDI-ToF MS, przeglądając obraz z kamery i kliknij w dowolnym miejscu w tym samym wybranym źródle , aby przesunąć laser do nowej pozycji.
  5. Powtórz akwizycje MALDI-ToF MS, aby dodać pojedyncze widma MALDI-ToF MS do bufora sumarycznego. Powtarzać kroki od 2.2.3.1 do 2.2.3.4, aż wyniki MALDI-ToF MS będą zadowalające.
  6. Oceń widmo masowe MALDI-ToF pod kątem rozdzielczości i szumu bazowego. Jeśli widmo MALDI-ToF MS wykazuje wysoką rozdzielczość i minimalny szum linii bazowej, przejdź do etapu kalibracji. Jeśli nie, rozważ optymalizację metody pozyskiwania danych (np. dostosowanie mocy lasera, wzmocnienia detektora lub ustawień ekstrakcji jonów impulsowych).
Optymalizacja akwizycji danych (patrz rysunek 1)
1. Dostosuj moc lasera MALDI-ToF MS, wzmocnienie detektora i impulsową ekstrakcję jonów pojedynczo, aby poprawić rozdzielczość i/lub zmniejszyć szum tła
2. Aby zduplikować metodę MALDI-ToF MS, skopiuj i wklej metodę MALDI-ToF MS LP lub RP pod nową nazwą. Otwórz wklejony plik metody MALDI-ToF MS, który został utworzony, i zmień nazwę pliku.
3. Uzyskaj początkowe widmo masowe MALDI-ToF, wykonując wszystkie kroki opisane w sekcji 2.2 dla początkowego pozyskiwania danych, w sekcji akwizycji danych. Powiększ zestaw szczytów MALDI-ToF MS o najwyższym natężeniu, aby ocenić rozdzielczość i podstawowy szum w oprogramowaniu sterującym instrumentem.
4. Optymalizacja akwizycji
  1. Dostosuj moc lasera MALDI-ToF MS
    1. Zacznij od niskiej mocy lasera MALDI-ToF MS wynoszącej ~ 4% i postępuj zgodnie z krokami 2.2.3.1 i 2.2.3.2 dla początkowej akwizycji danych, aby rozpocząć i zatrzymać akwizycję danych.
    2. Obserwuj i porównuj rozdzielczość i szum bazowy pojedynczego bufora MALDI-ToF MS z początkowym widmem w buforze sumarycznym.
    3. Zwiększ moc lasera MALDI-ToF MS w krokach co 2%-10%, aby zwiększyć jonizację. Wykonaj kroki 2.2.3.1 i 2.2.3.2, aby rozpocząć początkowe pobieranie danych i zatrzymać je po każdym inkrementacji.
    4. Wybierz najniższą moc lasera, która zapewni szczyty o wysokiej intensywności przy minimalnym poziomie szumów.
      UWAGA: Gdy moc lasera MALDI-ToF MS wynosi 50% i więcej, istnieje zwiększone prawdopodobieństwo fragmentacji próbki.
  2. Zoptymalizuj średnicę lasera MALDI-ToF MS
    1. W zakładce detektora dostosuj średnicę lasera MALDI-ToF MS, aby przetestować ustawienia średnie, duże i ultra. Wykonaj kroki 2.2.3.1 i 2.2.3.2, aby rozpocząć i zatrzymać początkowe pobieranie danych.
    2. Obserwuj i porównuj rozdzielczość i szum bazowy pojedynczego bufora MALDI-ToF MS z początkowym widmem w buforze sumarycznym.
    3. Wybierz średnicę lasera MALDI-ToF MS, która zapewnia optymalną rozdzielczość przy minimalnym poziomie szumów linii bazowej.
      UWAGA: Średnica lasera MALDI-ToF MS kontroluje średnicę wiązki laserowej.
  3. Dostosuj wzmocnienie detektora MS MALDI-ToF
    1. Małymi krokami zwiększaj lub zmniejszaj wzmocnienie detektora MALDI-ToF MS. Wykonaj kroki 2.2.3.1 i 2.2.3.2 dla początkowej akwizycji danych, aby rozpocząć i zatrzymać akwizycję danych dla każdego wzrostu lub spadku wzmocnienia detektora MS MALDI-ToF.
    2. Obserwuj intensywność sygnału widm masowych MALDI-ToF i rozdzielczość w oprogramowaniu sterującym przyrządu przy każdej regulacji pojedynczego bufora MALDI-ToF MS i początkowego widma w buforze sumy.
    3. Zachowaj wzmocnienie detektora MS MALDI-ToF, które zapewnia najlepszą intensywność i dobrą rozdzielczość sygnału.
  4. Zmodyfikuj pulsacyjną ekstrakcję jonów MALDI-ToF MS
    1. Dostosuj impulsową ekstrakcję jonów MALDI-ToF MS w krokach co 10 ns. Wykonaj kroki 2.2.3.1 i 2.2.3.2 dla początkowego pozyskiwania danych, aby rozpocząć i zatrzymać akwizycję danych dla każdego wzrostu lub spadku wzmocnienia detektora.
    2. Oceń, w jaki sposób zmiany w ekstrakcji jonów impulsowych poprawiają rozdzielczość sygnału MALDI-ToF MS.
      UWAGA: Impulsowa ekstrakcja jonów MALDI-ToF MS jest definiowana jako opóźnienie czasowe między jonizacją laserową. Zwiększając lub zmniejszając ekstrakcję jonów impulsowych, jony o różnych energiach pozostaną w polu elektrycznym przez krótszy lub dłuższy czas. Dłuższy czas może pozwolić analitom o tej samej masie i dodatnio naładowanym jonom, które ulegają ablacji w nieco innym czasie, na pełne przyspieszenie do tej samej prędkości co jony analitu o tej samej masie po przyłożeniu napięcia. Można to wykorzystać do zwiększenia rozdzielczości i zmniejszenia szumu tła sygnału²⁵.
5. Po osiągnięciu optymalnej rozdzielczości i najwyższego stosunku sygnału do szumu, zapisz zoptymalizowany plik metody MALDI-ToF MS do użytku zarówno obecnego, jak i przyszłego.
Kalibracja MALDI-ToF MS
1. Uzyskaj widmo masowe kalibracji MALDI-ToF, wybierając próbkę kalibracyjną na płytce docelowej i wykonując wszystkie kroki opisane w sekcji 2.2 w celu początkowego pozyskania danych
  1. Uzyskaj dostęp do punktów referencyjnych kalibracji. Przejdź do zakładki kalibracji w oprogramowaniu sterującym przyrządem. Otwórz odpowiednią listę kontroli masy odpowiadającą używanemu kalibrowi.
2. Dopasuj piki kalibracji widma mas MALDI-ToF do mas odniesienia na liście kontroli masy.
  1. Z listy kontroli masy wybierz masę odpowiadającą pierwszemu pikowi kalibracyjnemu w widmie masowym MALDI-ToF. Widmo masowe MALDI-ToF automatycznie powiększy się na wybranym piku kalibru.
  2. Ustaw szczyt odniesienia, klikając po lewej stronie sygnału kalibru. Szczyt zostanie wybrany.
  3. Wybierz opcję Zastosuj , aby ustawić sygnał kalibru jako masę odniesienia na liście kontroli masy.
  4. Powtórz ten proces dla wszystkich dodatkowych pików kalibracji. Wybierz Następną masę zainteresowania z listy kontrolnej masy, wyrównaj odpowiedni pik kalibru i zastosuj ustawienie odniesienia.
Skalibrowane pobieranie próbki analitu polimerowego
1. Zlokalizuj i wybierz studzienkę zawierającą studzienkę mieszaniny kation:analit:matryca w oprogramowaniu sterującym instrumentem.
2. Wykonaj akwizycję danych, wykonując wszystkie kroki opisane w sekcji 2.2 przy otwartej zoptymalizowanej i skalibrowanej metodzie.
3. Dodaj odpowiednią nazwę pliku i zapisz skalibrowane widmo masowe analitu MALDI-ToF do dalszej analizy.
Usuń tabliczkę celowniczą MALDI-ToF MS za pomocą oprogramowania sterującego instrumentem. Wyczyść tabliczkę celowniczą MALDI-ToF MS

figure-protocol-1
Rysunek 1: Drzewo decyzyjne do optymalizacji metody instrumentalnej. Niniejszy poradnik ma na celu pomóc początkującym użytkownikom w systematycznej optymalizacji parametrów metody instrumentalnej. Zacznij od ustawień domyślnych lub początkowych i dostosowuj jeden parametr na raz, zwiększając lub zmniejszając w zależności od zaobserwowanych ulepszeń. Następnie kontynuuj w kierunku, który zwiększa (1) intensywność szczytu, (2) jakość bazową (niski poziom szumów) i (3) zapewnia wąską rozdzielczość piku i izotopu. Takie podejście pomaga określić optymalne warunki dla wiarygodnych i wysokiej jakości widm. Jeśli próbka polimeru nie jonizuje lub nie wytwarza użytecznego widma w trybie reflektora, przełącz się na tryb liniowy i użyj tego samego drzewa decyzyjnego do optymalizacji parametrów. Należy pamiętać, że tryb liniowy często skutkuje szerszymi pikami i ograniczoną rozdzielczością izotopową lub jej brakiem, ale może być skuteczny w przypadku polimerów o większej masie lub polimerów, które mogą tracić jonizację w trybie reflektorowym. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

3. Analiza i interpretacja danych

Otwórz oprogramowanie do analizy danych MALDI-ToF MS i załaduj widmo próbki analitu MALDI-ToF MS.
Wybierz właściwą metodę przetwarzania MALDI-ToF MS dla próbek analitu. W tym przypadku wszystkie próbki miały rozdzielczość izotopową, a pierwszy pik został wybrany dla wszystkich pików z wybraną metodą przetwarzania MALDI-ToF MS.
UWAGA: Parametry przetwarzania MALDI-ToF MS można dostosować do próbek polimerów syntetycznych. Na przykład metoda przetwarzania polimerów MALDI-ToF MS została opracowana podczas szkolenia technicznego prowadzonego przez technika przyrządów MALDI-ToF MS. Metoda średniego masowego przetwarzania MALDI-ToF MS została stworzona przez Payne'a i wsp. dla konkretnych zastosowań¹⁶. Skontaktuj się z zespołem technicznym producenta polimerów MALDI-ToF MS w celu uzyskania informacji i porad dotyczących edycji metody przetwarzania MALDI-ToF MS.
Znajdź piki za pomocą oprogramowania do analizy MS MALDI-ToF.
Porównanie teoretycznej i doświadczalnej masy polimeru
1. Zapisać teoretyczną masę polimeru. Narysuj oczekiwaną strukturę makrocząsteczek, w tym kation, w oprogramowaniu do rysowania chemicznego. Otwórz okno analizy w oprogramowaniu do rysowania chemicznego i zapisz masę teoretyczną.
  1. Makrocząsteczki monodyspersyjne: Zapisz dokładną masę i masę cząsteczkową makrocząsteczki, wybierając razem strukturę i kation.
  2. Polimery o niskiej, umiarkowanej i wysokiej dyspersji: W przypadku powtarzających się jednostek masy wybierz tylko szkielet polimeru, aby zarejestrować powtarzającą się masę jednostkową. Dla całkowitej masy określonego n-mera ustaw numer jednostki powtórzenia na masę w zakresie widma MALDI-ToF MS wyświetlanym w oprogramowaniu do analizy MALDI-ToF MS. Wybierz całą strukturę polimeru, w tym grupy kationów i końców, aby zarejestrować masę określonego n-meru.
2. Porównaj zarejestrowaną masę teoretyczną z masą obserwowaną z widma MALDI-ToF MS
  1. Aby obliczyć całkowitą masę makrocząsteczek monodyspersyjnych, wykonaj czynności opisane poniżej.
    1. Powiększ pik o największej intensywności w widmie MALDI-ToF MS, upewniając się, że widok obejmuje zakres mas co najmniej 2x poniżej i powyżej masy teoretycznej.
    2. Porównaj masę teoretyczną z masą obserwowaną w widmie masowym MALDI-ToF. Jeśli różnica jest mniejsza niż 0,100 Da, oczekiwana masa makrocząsteczki monodyspersji jest prawdopodobnie dokładna.
    3. Zbadaj widmo MS MALDI-ToF pod kątem dodatkowych pików, które mogłyby wskazywać na obecność nieoczekiwanych struktur.
    4. W przypadku wykrycia rozbieżności należy ocenić potencjalne różnice strukturalne. Przejrzyj schemat reakcji i oblicz masy alternatywnych struktur do porównania.
  2. Aby ponownie obliczyć masę jednostkową polimerów o niskiej, umiarkowanej i wysokiej dyspersji, należy postępować zgodnie z instrukcjami opisanymi poniżej.
    1. Wybierz i powiększ dwa piki oddzielone masą jednostkową powtórzeń w widmie MALDI-ToF MS, które wykazują największą intensywność.
    2. Dla każdej pary sąsiednich pików odejmij obserwowaną masę piku o wyższej masie od piku o niższej masie, aby obliczyć masę jednostkową powtórzenia. Powtórz ten proces dla następnego zestawu pików, aby potwierdzić spójność powtórzonej jednostki masy.
    3. Porównaj obliczoną masę w jednostce powtórzenia z teoretyczną masą w jednostce powtórzenia. Jeśli wartości obserwowane i teoretyczne zgadzają się i wykazują stałe różnice masy, masa jednostkowa powtórzeń polimeru jest prawdopodobnie prawidłowa.
  3. Aby uzyskać całkowitą masę określonego n-meru polimerów o niskiej, umiarkowanej i wysokiej dyspersji, wykonaj czynności opisane poniżej.
    1. Powiększ pik w widmie mas MALDI-ToF odpowiadający teoretycznej masie całkowitej, a także piki o jedną powtarzalną jednostkę powyżej i poniżej.
    2. Porównaj masę teoretyczną z masą obserwowaną w widmie masowym MALDI-ToF. Jeśli różnica jest mniejsza niż 0,100 Da, oczekiwane grupy końcowe są prawdopodobnie dokładne.
    3. Sprawdź widmo masowe MALDI-ToF pod kątem dodatkowych pików, które mogłyby sugerować nieoczekiwane struktury.
    4. W przypadku zidentyfikowania rozbieżności należy ocenić alternatywne grupy końcowe lub różnice strukturalne. Przejrzyj schemat reakcji i oblicz masy dla potencjalnych alternatywnych grup końcowych lub struktur cyklicznych.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Próbka 1: Tris monodyspersyjny[G1](OH)₆
Generacja 1 dendrymeru monodyspersyjnego składającego się z rdzenia 1,1,1-tris(hydroksymetylo)propanu z trzema chronionymi benzylidenem kwasem bis(hydroksymetylo)propionowym na obwodzie (Tris[G1]Bnz₃) poddano reakcji z gazem Pd / C i_H2 w 1:1 metanolu:chloroformie w celu usunięcia grup benzylidenowych i uzyskano dendrymer z 6 grupami hydroksylowymi, tworząc Tris[G1](OH)₆(Figura 2A).

Tris[G1](OH)₆analizowano przy użyciu NaTFA jako czynnika kationowego z CHCA jako matrycą. CHCA został użyty, ponieważ jest wysoce skuteczny w przypadku związków polarnych i oddziałuje z grupami hydroksylowymi Tris[G1](OH)₆ , zapewniając jednorodną warstwę na płytce docelowej. Przygotowanie próbki MALDI-ToF MS rozpoczęto od sporządzenia roztworów podstawowych NaTFA (1 mg/ml w THF), analitu (5 mg/ml w THF) i CHCA (5 mg/ml w THF). Po sporządzeniu tych roztworów 1 μl roztworu kationowego Na⁺ , 5 μl roztworu analitu i 20 μl roztworu matrycy połączono w probówce mikrowirówki i zawirowano (stosunek 1:25:100 kation:analit:matryca, co daje w sumie 26 ml). Następnie 1 μl tej mieszaniny wyjęto z probówki mikrowirówki i wysuszono na płytce docelowej MALDI-ToF MS. Próbka ta została przeanalizowana w trybie reflektorowym, a pik został potwierdzony w widmie MALDI-ToF MS poprzez porównanie wartości teoretycznych i obserwowanych (rysunek 2B, czerwony).

figure-results-1
Rysunek 2: (A) Schemat reakcji dla modyfikacji próbki 1 do Tris[G1](OH)₆. Grupy benzylidenowe usunięto w reakcji Pd/C i_H2 , tworząc Tris[G1](OH)₆. Do określenia zakończenia reakcji wykorzystano MALDI-ToF MS. (B) Widma masowe MALDI-ToF próbki 1, Tris[G1](OH)₆ i nałożone widmo ślepej matrycy, które obejmowało matrycę i sól ([CHCA + Na]⁺). Pełne widmo MALDI-ToF MS i zbliżenie Tris[G1](OH)₆pokazuje, że obserwowana wartość masy dla [Tris[G1](OH)₆+ Na⁺]⁺ wynosi 505,239 Da i ma różnicę +0,013 Da od masy teoretycznej wynoszącej 505,226 Da. Porównując ślepe widmo macierzy MALDI-ToF MS (czarne) z widmem Tris[G1](OH)₆ MALDI-ToF MS (czerwone), można pominąć wszystkie piki inne niż 505,26 Da. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Zaobserwowano addukt Na⁺ dla Tris[G1](OH)₆. Teoretyczna wartość masy [Tris[G1](OH)₆+ Na]⁺ składa się z masy monoizotopowego piku Tris[G1](OH)₆(482,2362 Da) plus masy kationu sodu (22,9892 Da), co daje całkowitą masę 505,226 Da. Obserwowana wartość masy dla [Tris[G1](OH)₆+ Na]⁺ wynosi 505,239 Da, co odpowiada wartości teoretycznej z różnicą +0,013 Da.

Aby zapewnić całkowite usunięcie wszystkich trzech grup benzylidenowych, widmo MALDI-ToF MS poddano dalszej analizie w zakresie 505-769 Da. Ten zakres mas pozwala na wykrycie wszelkich grup peryferyjnych, które nie zostały wykryte. Występowałby pik [Tris[G1]Bnz₂(OH)₂+ Na]⁺, który wskazywałby, że jeden benzyliden usunięty przy 681,289 Da ([Tris[G1]Bnz₃+ Na]⁺ 769,3194 Da - 88,0313 Da) i przy szczycie 593,257 Da ([Tris[G1]Bnz₃+ Na]⁺ 769,3194 Da -176,0626 Da) dla [Tris[G1]Bnz₁(OH)₄+ Na]⁺ , co wskazywałoby, że dwie grupy benzylidenowe zostały usunięte z Tris[G1]Bnz₃ (Rysunek 3). Te szczyty i Tris[G1]Bnz₃ nie są obecne; w związku z tym reakcja przeszła do zakończenia i zsyntetyzowano Tris[G1](OH)₆.

figure-results-2
Rysunek 3: Struktury i masy teoretyczne Tris[G1]Bnz₃, produktów pośrednich Tris[G1]Bnz₂(OH)₂, Tris[G1]Bnz₁(OH)₄ i próbki 1 Tris[G1](OH)_6.kropka oznacza produkt. Usunięto struktury i masy teoretyczne jednej i dwóch grup benzylidenowych oraz w pełni hydroksylowanego Tris[G1](OH)₆ Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

W obszarze o niskiej masie cząsteczkowej poniżej 900 występuje wiele pików, które nie pokrywają się z masą monodyspersyjną Tris[G1](OH)₆. Większość matryc ma niewielkie problemy z szumami poniżej 1000, więc dołączane jest puste widmo MALDI-ToF MS, aby potwierdzić, że Tris[G1](OH)₆jest czyste. Ślepa próbka matrycy zawierała roztwory podstawowe matrycy (CHCA) i kationu (Na⁺). Do mieszaniny próbek analizowanych użyto tych samych ilości kationu i stosunku stężenia matrycy z Tris[G1]OH₆ (1:100 mg/ml). Następnie 1 μl mieszaniny dodano do płytki z próbką i wysuszono do analizy.

Zakończono wstępną akwizycję danych, kalibrację i akwizycję danych w celu uzyskania ślepego widma matrycy MALDI-ToF MS. Na rysunku 2B () ślepą matrycę MALDI-ToF MS (czarną) i widmo próbki Tris[G1](OH)₆(czerwone) nałożono na analizę flexu w celu porównania i potwierdzenia, które piki nie są związane z produktem. Wszelkie piki zidentyfikowane w ślepym widmie matrycy MALDI-ToF MS i Tris[G1](OH)₆można zignorować, a zatem jedynym pikiem jest 505,226 Da, co odpowiada próbce 2. Na przykład piki 445,016 Da i 656,141 Da w widmie Tris[G1](OH)₆MALDI-ToF MS (rysunek 2B czerwony) znajdują się również w ślepym widmie matrycy MS MALDI-ToF (rysunek 2B ) przy 445,017 Da i 656,144 Da i mają różnicę odpowiednio +0,001 Da i +0,003 Da. Piki te nie zostaną uwzględnione w analizie, ponieważ są one zgodne i mają podobne różnice w stosunku do ślepej matrycy i widma MS Tris[G1](OH)₆MALDI-ToF. W związku z tym masa Tris[G1](OH)₆jest potwierdzana za pomocą MALDI-ToF MS, ale konieczne będą inne analizy, takie jak SEC i NMR, aby potwierdzić czystość próbki.

Próbka 2: Poli(2,2-dimetylopropanian) z chlorkiem i grupą końcową protonów
Kwas 3-chloro-2,2-dimetylopropanowy polimeryzowano przy użyciu węglanu potasu jako zasady (ryc. 4A). Próbkę poli(2,2-dimetylopropanianu) (PDMP) z chlorkiem na jednym końcu i protonem na drugim końcu (M_n= 980 Da) zjonizowano MALDI-ToF MS w celu określenia architektur polimerowych powstałych podczas reakcji i analizy różnych grup końcowych. Przygotowanie próbki MALDI-ToF MS rozpoczęto od sporządzenia roztworów podstawowych NaTFA (2 mg/ml w THF), analitu (5-7 mg/ml w THF) i DCTB (20 mg/ml w THF). Po sporządzeniu tych roztworów 5 μl roztworu kationowego Na⁺ , 5 μl roztworu analitu i 10 μl roztworu matrycy połączono w probówce mikrowirówkowej i zawirowano (stosunek 10:25:200 kation:analit:matryca, co daje łącznie 20 ml). Następnie 1 μl tej mieszaniny wyjęto z probówki mikrowirówki i wysuszono na płytce docelowej MALDI-ToF MS. Do matrycy wybrano DCTB, ponieważ współpracuje z wieloma innymi poliestrami, jednak wypróbowano inne matryce, takie jak CHCA, HABA, GFR i DHB. CHCA, HABA i GFR dobrze zjonizowały próbkę, jednak DHB okazał się nieudany. Jon NaTFA działał lepiej w porównaniu z trifluorooctanem potasu (KTFA), trifluorooctanem cezu (CsTFA), trifluorooctanem litu (LiTFA) i trifluorooctanem srebra (AgTFA), ponieważ lepiej oddziałuje z tlenami grup estrowych.

Widmo MALDI-ToF MS (ryc. 4B) potwierdziło rozkład masy cząsteczkowej PDMP z grupą końcową chlorków dla próbki 3 w zakresie od 600 Da do 1600 Da. Oznacza to, że próbka miała niską dyspersję, co doprowadziło do tego, że wartości M_n, M_w i Đ wynosiły odpowiednio 980 Da, 1070 Da i 1,09 przy użyciu oprogramowania do analizy MS MALDI-Tof. Pik monoizotopowy był wystarczająco rozdzielony w trybie reflektronowym, co umożliwiło zastosowanie dokładnej identyfikacji masy.

figure-results-3
Rysunek 4: Schemat reakcji i widmo masowe MALDI-ToF MS próbki 2. (A). Schemat reakcji syntezy PDMP przy użyciu kwasu 3-chloro-2,2-dimetylopropanowego. (B) Widmo masowe MALDI-ToF MS próbki 2. To pełne spektrum MALDI-ToF MS pokazuje ogólny rozkład próbki PDMP z chlorkową grupą końcową (M_n= 980 Da) zjonizowaną Na⁺. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Aby potwierdzić masę jednostkową powtórzeń polimeru, obliczono różnicę masy między dwoma sąsiednimi pikami. Powtarzająca się jednostka polimeru ma obserwowaną średnią masę cząsteczkową 100,056 Da, co zostało potwierdzone przez przyjęcie średniej masy ośmiu pików (rozkład główny) w zakresie od 600 Da do 1300 Da, czyli tylko +0,004 Da poniżej teoretycznej powtarzającej się jednostki PDMP (100,052 Da), a ponadto ma masę grupy końcowej odpowiadającą jednemu wodorowi (na froncie) i jednemu chlorkowi (na odwrocie koniec).

Widmo MALDI-ToF MS ujawniło trzy odrębne rozkłady, z których każdy odpowiada powstałemu polimerowi o różnych grupach końcowych. Te grupy końcowe zostały zidentyfikowane i potwierdzone poprzez obliczenie ich mas teoretycznych i porównanie ich z obserwowanymi masami w widmie MALDI-ToF MS. W celu dokładniejszej identyfikacji grup końcowych do analizy wybrano pojedynczą n-merę (ryc. 5).

Główny rozkład PDMP wykazał, że polimer ma jeden wodór (na przednim końcu) i jeden chlorek (na tylnym końcu; niebieski). Teoretyczna wartość masy 8-mera PDMP (rysunek 5) składa się z masy jednostek powtórzeniowych (100,0524 Da x 8) plus masa grupy końcowej Cl (+ 34,9689 Da) i masa grupy końcowej wodoru (+ 1,0078 Da) plus masa kationu sodu (+ 22,9892 Da), co daje całkowitą masę 8 merów 859,385 Da. Obserwowana wartość masy dla 8-merów [H-PDMP_8-Cl + Na]⁺ wynosi 859,426 Da, czyli tylko +0,041 Da różni się od wartości teoretycznej.

Następny rozkład (pomarańczowy) pokazał, że polimer zastępuje proton z przodu sodem i chlorkiem z tyłu. Teoretyczna wartość masy 8-mera zdeprotonowanego PDMP składa się z masy powtarzających się jednostek (100,0524 Da x 8) plus masa grupy końcowej Cl (+ 34,9689 Da) i masy dwóch grup sodowych (+ (22,9892 Da x 2)), co daje całkowitą masę 8-merową 881,367 Da. Obserwowana wartość masy dla 8-merów [Na-PDMP_8-Cl + Na]⁺ wynosi 881,413 Da, czyli tylko +0,046 Da różni się od wartości teoretycznej.

Wreszcie trzecie rozmieszczenie (zielone) PDMP potwierdziło obecność cyklicznych gatunków oligomerycznych. Teoretyczna wartość masy 8-mera cyklicznego PDMP składa się z masy powtarzających się jednostek (100,0524 Da × 8) plus masy jednej grupy sodowej (+ 22,9892 Da), co daje całkowitą masę 8-merową 823,409 Da. Obserwowana wartość masy dla cyklicznego 8-mera [PDMP8 + Na]+ wynosi 823,448 Da, czyli tylko +0,039 Da różni się od wartości teoretycznej.

Obecność halogenów na polimerze można zidentyfikować za pomocą MALDI-ToF MS. Grupa końcowa na liniowym polimerze ma jeden Cl, na co wskazuje stosunek pików [M⁺] i [M+2]⁺ w przybliżeniu 3:1. Różnicę między obserwowanymi a teoretycznymi pikami [M⁺] i [M+2]⁺ przedstawiono w tabeli 1. Teoretyczna i obserwowana procentowa liczebność drugiego piku przy 761,3 Da [M+2]⁺ wynosi odpowiednio 42,3 % i 42,2 % (przy czym pierwszy pik wynosi 100 %), co potwierdza obecność jednej grupy Cl w polimerowej grupie końcowej. Stwierdzono, że gatunki cykliczne znajdują się 36 Da poniżej liniowego związku sodowanego i 58 Da poniżej związku ododowanego. Ponadto ten cykliczny związek nie miał takiego stosunku 3:1, jaki ma gatunek monochlorowany. Chlorek ten mógł zostać usunięty poprzez atak S_N2 z karboksylanem na przeciwległym końcu, co doprowadziło do zamknięcia pierścienia.

figure-results-4
Rysunek 5: Widmo masowe MALDI-ToF MS pojedynczego powtórzenia próbki 2. To widmo MS MALDI-ToF pokazuje główny pik jako PDMP z grupami końcowymi_wodorui chlorku (M n = 980 Da) zjonizowanymi Na⁺. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Tabela 1: Porównanie obserwowanej i teoretycznej procentowej obfitości pików i szczytowej intensywności izotopowej pików [M⁺] i [M+2]⁺ (z [M⁺] = 100 %) liniowej grupy końcowej PDMP z wodorem i chlorkiem (M_n= 980 Da) z MALDI-ToF MS. Grupa końcowa na liniowym polimerze ma jeden Cl, który jest wskaźnikiem w przybliżeniu 3:1 pików [M⁺] i [M+2]⁺ . Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Próbka 3: Poli(2,2-dimetylopropanian) z czwartorzędowymi grupami końcowymi amonu i protonu.
Kwas 3-bromo-2,2-dimetylopropanowy polimeryzowano przy użyciu trietyloaminy (TEA) jako zasady, jednak ustalono, że TEA zastępowała Br w grupie końcowej (ryc. 6A). Próbkę PDMP z czwartorzędowym amoniem po jednej stronie i protonem po drugiej stronie (M_n= 1410 Da) wykorzystano do porównania rozkładu izotopów z tymi, które mają grupę końcową Cl. Przygotowanie próbki MALDI-ToF MS rozpoczęto od sporządzenia roztworów podstawowych KTFA (2 mg/ml w THF), analitu (5-7 mg/ml w THF) i DCTB (20 mg/ml w THF). Po sporządzeniu tych roztworów 5 μl roztworu kationowego K⁺ , 5 μl roztworu analitu i 10 μl roztworu matrycy połączono w probówce mikrowirówki i zawirowano (stosunek 10:25:200 kation:analit:matryca, co daje w sumie 20 ml). Następnie 1 μl tej mieszaniny wyjęto z probówki mikrowirówki i wysuszono na płytce docelowej MALDI-ToF MS. Do matrycy wybrano DCTB, ponieważ współpracuje z wieloma innymi poliestrami. Kation potasu dodano w celu potwierdzenia, czy próbka jest samojonizująca.

Polimer zawiera azot czwartorzędowy (naładowany dodatnio) w grupie końcowej, który może ulegać samojonizacji. Zostało to potwierdzone przez widma MALDI-ToF MS, ponieważ stosunek masy do ładunku (m/z) nie zmieniał się niezależnie od tego, czy w przygotowaniu próbki użyto K⁺ czy Na⁺ . Dodatkowo, widma MALDI-ToF MS potwierdziły obecność dodatnio naładowanego czwartorzędowego amoniaku w grupie końcowej, ponieważ Br jest dobrą grupą opuszczającą.

Widma MALDI-ToF MS potwierdziły rozkład masy cząsteczkowej PDMP z czwartorzędową grupą końcową amonu w zakresie od 600 Da do 2200 Da (Figura 6B). Oznacza to, że próbka miała niską dyspersję, co doprowadziło do tego, że wartości M_n, M_w i Đ wynosiły odpowiednio 1410 Da, 1540 Da i 1,08 przy użyciu oprogramowania do analizy MALDI-Tof MS.

figure-results-5
Rysunek 6: Schemat reakcji i widmo masowe MALDI-ToF MS próbki 3. (A) Schemat reakcji dla próbki 3. Schemat reakcji syntezy PDMP przy użyciu kwasu 3-bromo-2,2-dimetylopropanowego z trietyloaminą jako zasadą. (B) To pełne widmo MALDI-ToF MS pokazuje ogólny rozkład liniowego PDMP z czwartorzędową grupą końcową amonu (M_n= 1410 Da). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Aby potwierdzić, czy polimer ma tę samą jednostkę powtórzeń (monomer), obliczono różnicę między dwoma sąsiednimi pikami. Powtarzalna jednostka polimeru ma obserwowaną średnią masę cząsteczkową 100,0535 Da. Zostało to potwierdzone przez przyjrzenie się średniej dwunastu pików (rozkład główny), w zakresie od 900 Da do 2300 Da, czyli tylko +0,0011 Da powyżej teoretycznej jednostki powtórzeń (100,0524 Da).

Widmo MS MALDI-ToF wykazywało dwa różne rozkłady. Jeden z rozkładów wykazał, że polimer ma kwas karboksylowy i dodatnio naładowany czwartorzędowy amon jako grupy końcowe (), podczas gdy drugi rozkład (fioletowy) wykazał utratę protonu z kwasu karboksylowego i dodatek jonu potasu. W celu dalszej identyfikacji grup końcowych do analizy wybrano pojedynczą n-merę (ryc. 7).

Teoretyczna wartość masy 12-mera PDMP z czwartorzędową grupą końcową amonu składa się z masy jednostek powtórzeniowych (100,0524 x 12) plus masy czwartorzędowej grupy końcowej amonu (+ 101,1199) i masy grupy końcowej wodoru (+ 1,0078), co daje całkowitą masę 12 merów 1302,757 Da. Obserwowana wartość masy dla 12-mera [H-PDMP_12-TEA]⁺wynosi 1302,730 Da, czyli tylko -0,027 Da poniżej wartości teoretycznej.

Teoretyczna wartość masy 12-mera PDMP z czwartorzędową grupą końcową amonu po jednej stronie i zastąpieniem protonu innym jonem potasu składa się z masy powtarzających się jednostek (100,0524 × 12) plus masy czwartorzędowej grupy końcowej amoniu (+ 101,1199) i masy grupy końcowej potasu (+ 38,9637), co daje całkowitą masę 12 merów 1340,713 Da. Obserwowana wartość masy dla 12-mera [K-PDMP_12-TEA]⁺ wynosi 1340.700 Da, czyli tylko -0.013 Da poniżej wartości teoretycznej.

figure-results-6
Rysunek 7: Widmo masowe MALDI-ToF MS pojedynczego powtórzenia próbki 3. To widmo MALDI-ToF MS pokazuje pierwotny rozkład liniowego PDMP z czwartorzędową grupą końcową amonu (M_n= 1410 Da). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Próbka 4: Liniowy poli(bistylan etylenu)
Kolejną próbką polimeru charakteryzowaną przez MALDI-ToF MS jest liniowy poli(bistalian etylenu) (l-PEB). Zostało to zsyntetyzowane z makrocyklicznego monomeru bistylanu etylenu, który ma siedemnastoczłonowy pierścień zawierający dwie grupy estrowe (ryc. 8A). Aby zrozumieć grupę funkcyjną i zmiany architektoniczne w strukturze polimerowej, zbadano cztery różne techniki charakterystyki: MALDI-ToF MS, ¹H-NMR, SEC i spektroskopię w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR). ¹H-NMR, SEC i FTIR potwierdzają usunięcie cyklicznego diestru i powstanie α-propargyl-ω-hydroksy-PEB. Techniki te nie wykryły jednak żadnego rodzaju powstawania produktów ubocznych. Z drugiej strony, widmo MALDI-ToF MS (rysunek 8B) l-PEB wykazuje trzy różne rozkłady masy, które wskazują na tworzenie trzech różnych PEB: odpowiednio α-hydroksy-ω-hydroksy-PEB (1), α-propargyl-ω-propargyl-PEB (2) i α-propargyl-ω-hydroksy-PEB (3) (3).

figure-results-7
Rysunek 8: Widmo MALDI-TOF l-PEB z Na⁺. (A) Liniowe struktury z poli(bistalanu etylenu). (1) α-hydroksy-ω-hydroksy-PEB (2) α-propargyl-ω-propargyl-PEB (3) α-propargyl-ω-hydroksy-PEB. (B) Zidentyfikowano trzy dystrybucje, w tym α-hydroksy-ω-hydroksy-PEB (1), α-propargyl-ω-propargyl-PEB (2) i α-propargyl-ω-hydroksy-PEB (3). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Próbka l-PEB została przeanalizowana na MALDI-ToF MS przy użyciu DCTB jako matrycy dla polimerów niepolarnych. Przygotowanie próbki MALDI-ToF MS rozpoczęto od sporządzenia roztworów podstawowych NaTFA (1 mg/ml w THF), analitu (5 mg/ml w THF) i DCTB (20 mg/ml w THF). Po sporządzeniu tych roztworów 1 μl roztworu kationowego Na⁺ , 5 μl roztworu analitu i 20 μl (4) roztworu matrycy połączono w probówce mikrowirówki i zawirowano (stosunek 1:25:400 kation:analit:matryca, co daje w sumie 26 ml). Następnie 1 μl tej mieszaniny wyjęto z probówki mikrowirówki i wysuszono na płytce docelowej MALDI-ToF MS. Obserwowane MW dla każdego rozkładu mieściły się w granicach odchylenia 0,03 Da od dokładnych mas cząsteczkowych jonów [M + Na]⁺ .

Teoretyczna wartość masy dla 6-mera α-hydroksy-ω-hydroksy-PEB (1) składa się z masy powtarzających się jednostek (270,1831 Da x 6) plus masa 2-hydroksyetoksyowej grupy końcowej (+ 61,0290 Da), plus masa grupy końcowej wodoru (+ 1,008 Da), plus kation sodu (+ 22,9892 Da), co daje łącznie 1706,124 Da. Obserwowana wartość masy dla 6-mera α-hydroksy-ω-hydroksy-PEB (1) wynosi 1706,133 Da, czyli tylko +0,009 Da powyżej wartości teoretycznej.

Teoretyczna wartość masy dla 5-meru α-propargyl-ω-propargyl-PEB (2) składa się z masy powtarzających się jednostek (270,1831 Da x 5) plus masa bistalianu etylenu minus OCH₂CH₂O (+ 210,1620 Da), plus masa dwóch grup końcowych eteru propargylowego (+ 55,0184 Da x 2), plus kation sodu (+ 22,9892 Da), co daje łącznie 1694,103 Da. Obserwowana wartość masy dla 5-mera α-propargyl-ω-propargyl-PEB (2) wynosi 1694,127 Da, czyli tylko +0,024 Da powyżej wartości teoretycznej.

Teoretyczna wartość masy dla 6-meru α-propargyl-ω-hydroksy-PEB (3) składa się z masy powtarzających się jednostek (270,1831 Da x 6) plus masa grupy końcowej eteru propargylowego (+ 55,0184 Da), plus masa grupy końcowej wodoru (+ 1,008 Da), plus kation sodu (+ 22,9892 Da), co daje łącznie 1700,113 Da. Obserwowana wartość masy dla 6-mera α-propargyl-ω-hydroksy-PEB (3) wynosi 1700,139 Da, czyli tylko +0,026 powyżej wartości teoretycznej.

Próbka 5: Azydyfikowany liniowy poli(bistylan etylenu)
Ponadto I-PEB (próbka 6) funkcjonalizowano kwasem 6-azydoheksanowym poprzez estryfikację jego alkoholowych grup końcowych (ryc. 9), otrzymując azydowany l-PEB (próbka 7). Otrzymany produkt poddano również analizie na MALDI-ToF MS (ryc. 10) przy użyciu technik przygotowania próbki jako polimeru macierzystego (próbka 6). Obserwowane MW dla każdego rozkładu mieściły się w granicach odchylenia 0,04 Da od dokładnych mas cząsteczkowych jonów [M + Na]⁺. Po estryfikacji jony [M + Na]⁺ l-PEB z dwiema hydroksylowymi grupami końcowymi (1) wykazują przesunięcie masy z powodu ich konwersji z (1) do α-azydo-ω-azydo-PEB (4). Ponadto l-PEB z jedną grupą końcową hydroksylową i jedną grupą końcową propargylu (3) przekształcono w α-propargyl-ω-azydo-PEB (5). Jednak (2) pozostaje nieprzereagowany ze względu na obie alkinowe grupy końcowe.

figure-results-8
Rysunek 9: Estryfikacja liniowego poli(bistylanu etylenu) grupą końcową alkoholu za pomocą schematu reakcji kwasu 6-azydoheksanowego. α-hydroksy-ω-hydroksy-PEB (1) przekształca się w α-azydo-ω-azydo-PEB (4), a α-propargyl-ω-hydroksy-PEB przekształca się(3) w α-propargyl-ω-azydo-PEB (5). α-propargyl-ω-propargyl-PEB (2) pozostaje nieprzereagowany ze względu na alkinowe grupy końcowe, które nie ulegają reakcji estryfikacji. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Teoretyczna wartość masy dla 6-meru α-propargyl-ω-azydo-PEB (5) składa się z masy powtarzających się jednostek (270,1831 Da × 6) plus masa grupy końcowej eteru propargylowego (+ 55,0184 Da), plus masa grupy końcowej azydoheksanianu (+ 140,0824 Da), plus kation sodu (+ 22,9892 Da), co daje łącznie 1839,188 Da. Obserwowana wartość masy dla 6-mera α-propargyl-ω-azido-PEB (5) wynosi 1839,184 Da, czyli tylko -0,004 Da poniżej wartości teoretycznej. Co więcej, obecność pików jonów metastabilnych (5-N₂) dla (5) jest kolejną oznaką funkcjonalizacji azydku, ponieważ jony metastabilne powstaną tylko wtedy, gdy w cząsteczce znajduje się azydek.

Teoretyczna wartość masy dla 6-mera piku metastabilnego (5-N₂ + Na⁺) wynosi 1815,126 Da, co zostało określone za pomocą równania z wykresu różnicy mas piku metastabilnego i pików α-azydo-ω-hydroksy-PEG (rysunek 11). Obserwowana wartość masy dla 6-mera piku metastabilnego wynosi 1815,089 Da, czyli tylko -0,031 Da poniżej wartości teoretycznej. Wykres wskazuje, że w zakresie mas od 1000 do 2000 Da teoretyczna wartość masy piku metastabilnego jest o 24 do 24,1 Da mniejsza niż w (5).

Teoretyczna wartość masy dla 6-mera α-azydo-ω-azydo-PEB (4) składa się z masy jednostek powtórzeniowych (270,1831 Da × 6) plus masa grupy końcowej 6-azydoheksanianu (+ 140,0824 Da), plus masa grupy końcowej 2-oksyetylo-6-azydoheksanianu (+ 200,1035 Da) plus kation sodu (+ 22,9892 Da), co daje łącznie 1994,273 Da. Obserwowana wartość masy dla 6-mera α-azydo-ω-azydo-PEB (4) wynosi 1994,296 Da, czyli +0,023 Da powyżej wartości teoretycznej.

figure-results-9
Rysunek 10: Widmo MALDI-ToF azydowanych l-PEB z Na⁺. Należą do nich trzy rozkłady α-propargyl-ω-propargyl-PEB (2), α-azydo-ω-azydo-PEB (4) i α-propargyl-ω-azydo-PEB (5). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-10
Rysunek 11: Graficzna ilustracja różnicy mas między α-azydo-ω-hydroksy-PEG a jego metastabilnym związkiem w stosunku do masy α-azydo-ω-hydroksy-PEG (średnia masa 1700 Da). Ten wykres pochodzi z widma MALDI-ToF α-azido-ω-hydroxy-PEG. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Próbka 6: Szeroko zdyspergowany polimer grzebieniowy
Końcowy schemat reakcji to polimer grzebieniowy, który ma powtarzające się jednostki tioeteru z łańcuchami bocznymi poli(glikolu etylenowego)⁹. Próbka polimeru grzebieniowego wykonana z 400 M_n eteru metylowego-PEG-propargylu i 1,6-heksanodiolu (CP MeO-PEG-400 HDT; Rysunek 12A) analizowano przy użyciu NaTFA. Sód został wybrany jako przeciwjon, ponieważ etery i tioetery łatwiej jonizują sodem, litem i potasem niż metalami ziem alkalicznych, takimi jak cez. Próbki te przeprowadzono z matrycą niepolarną, DCTB, chociaż dodatkowe matryce (CHCA i DT) również zostały przetestowane ze słabymi wynikami. Przygotowanie próbki MALDI-ToF MS rozpoczęto od sporządzenia roztworów podstawowych NaTFA (1 mg/ml w THF), analitu (5 mg/ml w THF) i DCTB (20 mg/ml w THF). Po sporządzeniu tych roztworów 1 ml roztworu kationowego, 5 ml roztworu analitu i 20 ml roztworu matrycy połączono w probówce mikrowirówki i zawirowano (stosunek 1:25:400 kation:analit:matryca, co daje w sumie 26 ml). Następnie 1 ml tej mieszaniny wyjęto z probówki mikrowirówki i wysuszono na płytce docelowej MALDI-ToF MS. Ponieważ NaTFA został dodany do próbki jako przeciwjon, widmo masowe MALDI-ToF MS wykazało oczekiwane addukty Na⁺ znanej próbki. Dodatkowo, zaobserwowano również wzrosty o około 16 Da, 32 Da i 48 Da powyżej tych szczytów, które zostaną omówione w dalszej części tego artykułu.

figure-results-11
Rysunek 12: Schemat reakcji dla próbki 6 i widma masowego MALDI-ToF próbki 6 (A) Struktura chemiczna i warunki reakcji polimeru grzebieniowego na bazie ditiolinu z kilkoma przekładkami HDT i łańcuchami bocznymi 400 M_n PEG. (B) Widmo masowe MALDI-ToF próbki 6, CP MeO-PEG-400 HDT. Główna jednostka powtórzeniowa = 550,30 Da, Mała jednostka powtórzeniowa = 44,02 Da Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

MALDI-ToF MS potwierdził szeroki rozkład (dyspersja według SEC = 2,88; Rysunek 12B) CP MeO-PEG-400 HDT. Pipik monoizotopowy (obejmujący wyłącznie najliczniejsze izotopy pierwiastkowe, a mianowicie ¹²C, ¹H, ¹⁶O i ³²S) był wystarczająco rozdzielony, co umożliwiło zastosowanie dokładnej identyfikacji masy. Wszystkie teoretyczne obliczenia masy zostały wyznaczone przy użyciu mas monoizotopowych dla każdego pierwiastka. Ze względu na dużą dyspersyjność próbki (2,88 przez SEC), widmo masowe MALDI-ToF nie mogło być użyte do obliczenia M_n, M_w lub Đ. MALDI-ToF MS doskonale radzi sobie z charakteryzacją wąsko zdyspergowanych polimerów (Đ < 1,3), ale może mieć problemy z pełną charakterystyką polimerów szeroko zdyspergowanych. Opisując polimery o szerokich dyspersjach, tylko dolny koniec widma masowego o masie cząsteczkowej będzie dobrze rozdzielczy i widoczny za pomocą MALDI-ToF MS, z wyłączeniem wszelkich gatunków o wyższej masie cząsteczkowej. Zjawisko to jest określane jako odchylenie małej masy. Ze względu na to zjawisko, pełna charakterystyka polimerów grzebieniowych za pomocą samego MALDI-ToF MS jest nieosiągalna. Z tego powodu SEC został użyty w połączeniu z MALDI-ToF MS, aby uzyskać dokładne wartości M_n, M_w i Đ.

Aby potwierdzić obecność polimeru grzebieniowego, zastosowano podobne podejście dla standardowego polimeru liniowego lub cyklicznego. Każda powtarzająca się jednostka polimeru grzebieniowego zawiera wąski rozkład łańcuchów bocznych M_n = 400 PEG, dlatego zbadano powtarzające się jednostki polimeru grzebieniowego w celu określenia obecności zamierzonego produktu w każdym z nich. Dodatkowo w roztworze reakcyjnym (300-700 Da) pozostała niewielka ilość materiału wyjściowego z polimeryzacji, którą również scharakteryzowano.

W pełnym spektrum MS MALDI-ToF można zaobserwować niższe i wyższe MW dla 6 do 15 merów MeO-PEG-OH. Pierwotnie, w widmie MALDI-ToF MS materiału wyjściowego MeO-PEG-proprgil, te MeO-PEG-OH nie były widoczne (Figura 13; górne widmo). Pojawienie się tych pików wynika ze względnego stężenia MeO-PEG-propargylu w stosunku do MeO-PEG-OH. W miarę postępu reakcji polimeru grzebieniowego MeO-PEG-propargyl jest wprowadzany do produktu. Z tego powodu stosunek alkinowego materiału wyjściowego w porównaniu z MeO-PEG-OH zaczyna się zmniejszać, co pokazuje niefunkcjonalizowany MeO-PEG-OH w widmie MALDI-ToF MS (ryc. 13; dolne spektrum).

Jeśli chodzi o rozkład masy produktu, we wszystkich późniejszych obliczeniach stosowano dokładne wartości masy. Teoretyczna wartość masy jednej powtarzającej się jednostki materiału wyjściowego [MeO-(PEG₁₀)-CH₂CCH + Na]⁺ wynosi 44,0262 Da. Ta masa jednostki powtórzenia pomnożona przez liczbę jednostek powtórzeń, która będzie wynosić 10 dla każdego łańcucha bocznego, (44,0262 Da x 10) plus masa grupy końcowej α-metoksy (+ 31,0183 Da) i masa grupy końcowej ω-propargylowej (+ 39,0235 Da) plus masa kationu sodu (+ 22,9892 Da) daje całkowitą masę 10-merową 533,2932 Da. Obserwowana wartość masy dla 10-merowego PEG + Na⁺ wynosi 533,239 Da, czyli -0,054 Da poniżej wartości teoretycznej (rysunek 13). W pełnym widmie MS MALDI-ToF znajduje się 6 do 9 merów poniżej i 11 do 15 merów powyżej dla tej serii. Sekwencja mniejszych, przesuniętych pików w widmie o niskiej masie cząsteczkowej odpowiada niefunkcjonalizowanemu materiałowi wyjściowemu MeO-PEG-OH, gdzie teoretyczna wartość masy 11-mera składa się z masy jednostek powtórzeń (44,0262 Da x 11) plus masa grupy końcowej α-metoksy (+ 31,0184 Da) i masa grupy końcowej ω-wodoru (+ 1,008 Da) oraz masa kationu sodu (+ 22,9892 Da), co daje sumę 11-merowa masa 539.304. Obserwowana wartość masy dla 11-mer + Na⁺ wynosi 539,252 Da, czyli tylko -0,052 Da poniżej wartości teoretycznej.

figure-results-12
Rysunek 13: Widma masowe MALDI-ToF (powiększone od 530-615 Da) materiału wyjściowego (na górze) i gatunki o niskiej masie cząsteczkowej próbki 8 (na dole), CP MeO-PEG-400 HDT. Stosunek alkinowego materiału wyjściowego w porównaniu z MeO-PEG-OH (górne widmo i czerwony) zaczyna się zmniejszać, co pokazuje niefunkcjonalizowane MeO-PEG-OH (dolne widmo i niebieskie) w widmie masowym CP MeO-PEG-400 HDT MALDI-ToF (dolne widmo). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Jeśli chodzi o cykliczne polimery grzebieniowe, ich masy o różnym stopniu polimeryzacji można pomnożyć przez poszczególne części pożądanego n-meru. Teoretyczna wartość masy 2-mera [CP-MeO-PEG₁₆ HDT + Na]⁺ składa się z masy powtarzających się jednostek każdego łańcucha PEG, których jest w przybliżeniu 8 na łańcuch, (44,0262 Da x 16) plus masa końcowych grup metylowych każdego łańcucha PEG (+ 15,0235 Da x 2) plus masa atomów węgla, które kiedyś były grupą propargylową, a teraz reagują z tiolami (+ 41,0391 Da x 2) plus masa HDT, który przereagował z alkinami (+ 148,0380 Da x 2) i masa kationu sodu (+ 22,9892 Da), co daje całkowitą masę 2-merową 1167,599 Da. Obserwowana wartość masy dla 2-mera [CP-MeO-PEG₁₆ HDT + Na]⁺ wynosi 1167,626 Da, czyli +0,027 Da powyżej wartości teoretycznej (Rysunek 14). Chociaż zaobserwowano struktury cykliczne o mniejszej masie cząsteczkowej, nie można było zaobserwować związków liniowych z tiolami na obu końcach lub wiązaniami podwójnymi na obu końcach.

Te polimery zawierające tioetery mogą również ulegać utlenianiu, przekształcając tioetery w sulftlenki⁹. Odpowiada to dodaniu wielu tlenu (+ 15,9949 Da x n) w zależności od stopnia utlenienia; różni się to od adduktu K+, który jest różnicą +15,9739 Da od adduktu Na⁺. Dla pojedynczego utlenienia 2-mera [CP-MeO-PEG₁₆ HDT + Na]⁺ ^{teoretyczna wartość} masy wynosi 1183,594 Da, podczas gdy obserwowana wartość masy wynosiła 1183,620 Da przy wzroście jedynie o +0,026 Da w stosunku do wartości teoretycznej. Dla podwójnego utlenienia 2-mera [CP-MeO-PEG₁₆ HDT + Na]⁺ teoretyczna wartość masy wynosi 1199,590 Da, podczas gdy obserwowana wartość masy wynosiła 1199,613 Da przy wzroście tylko o +0,023 Da w stosunku do wartości teoretycznej. Wreszcie, dla potrójnego utlenienia 2-mera [CP-MeO-PEG16 HDT + Na]⁺, teoretyczna wartość masy wynosi 1215,585 Da, podczas gdy obserwowana wartość masy wyniosła 1215,617 Da przy wzroście tylko +0,032 Da od wartości teoretycznej.

figure-results-13
Rysunek 14: Widmo masowe MALDI-ToF próbki 8, CP MeO-PEG-400 HDT. Powiększenie od 1165-1254 Da pokazuje cykliczne produkty z 2-merowego polimeru grzebieniowego z dołączonymi różnymi ilościami powtórzeń PEG i różnym stopniem utlenienia tioeteru. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Utlenianie można dodatkowo potwierdzić, wykonując badanie przeciwjonowe. Wiąże się to z użyciem innego kationu jonizującego, takiego jak K⁺, i porównaniem przesunięcia pików w widmach MALDI-ToF MS. Próbkę CP MeO-PEG-400 HDT przeprowadzono na MALDI-ToF MS przy użyciu KTFA, a nie NaTFA (ryc. 15). Powoduje to przesunięcie wszystkich mas pików w górę o +15,9739 Da ze względu na różnicę mas między Na⁺ i K⁺. Do analizy z addokiem K⁺ w widmach MS MALDI-ToF nie było obecnego nieutlenionego polimeru (1183.574 Da_Theo). Dla pojedynczego utlenienia 2-mera [CP-MeO-PEG₁₆ HDT + K]⁺ teoretyczna wartość masy wynosi 1199,569 Da, podczas gdy obserwowana wartość masy wynosi 1199,567 Da (tylko -0,002 Da), dla podwójnego utlenienia 2-mera [CP-MeO-PEG₁₆ HDT + K]⁺ teoretyczna wartość masy wynosi 1215,564 Da, podczas gdy obserwowana wartość masy wynosi 1215,572 Da obejmująca różnicę (tylko +0,008 Da), dla potrójnego utlenienia 2-mera [CP-MeO-PEG₁₆ HDT + K]⁺ teoretyczna wartość masy wynosi 1231,558 Da, podczas gdy obserwowana wartość masy wynosiła 1231,563 Da (tylko +0,005 Da), a dla nowo powstałego poczwórnego utlenienia 2-mera [CP-MeO-PEG₁₆ HDT + K]⁺ teoretyczna wartość masy wynosi 1247,553 Da, podczas gdy obserwowana wartość masy wynosiła 1247,551 Da (tylko -0,002 Da). Należy zauważyć, że polimery utleniały się dalej między adduktami Na⁺ i K⁺ , co spowodowało utratę nieutlenionego produktu i powstanie poczwórnego utleniania CP MeO-PEG-400 HDT. Można również zauważyć, że chociaż polimer rzeczywiście lata zarówno z adduktami Na⁺ , jak i K⁺ , stosunek sygnału do szumu jest znacznie wyższy w przypadku adduktów Na⁺ , co podkreśla możliwość użycia Na⁺ do podstawowej charakterystyki.

figure-results-14
Rysunek 15: Widmo masowe MALDI-ToF próbki 8, CP MeO-PEG-400 HDT. Zbliżenie z 1195-1254 Da pokazuje cykliczne produkty z 2-merowego polimeru grzebieniowego z dołączonymi różnymi ilościami jednostek powtórzeniowych PEG i różnym stopniem utlenienia tioeteru. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

MALDI-ToF MS to wysoce skuteczna technika charakteryzowania polimerów syntetycznych, oferująca precyzyjne pomiary przy minimalnej fragmentacji dzięki mechanizmowi miękkiej jonizacji. W tej metodzie matryca pochłania energię z lasera i przekazuje ją do analitu²⁶. Energia ta powoduje parowanie polimeru, jonizację poprzez interakcję ze środkiem kationizacyjnym i desorpcję do próżni. Zjonizowane anality przemieszczają się przez rurkę przelotową, gdzie są wykrywane na podstawie ich stosunku masy do ładunku (m/z)^26,27. Metoda ta jest odpowiednia do oznaczania masy cząsteczek monodyspersyjnych i jest równie skuteczna w przypadku polimerów umiarkowanie dyspersyjnych (Đ = 1,1-1,3) i wysoce zdyspersyjnych, w których można określić powtarzającą się masę jednostkową i grupy końcowe. W przypadku polimerów umiarkowanie dyspersyjnych MALDI-ToF MS zapewnia również dyspersję (Ð), średnią liczbową masę cząsteczkową (_{M n}) i średnią wagowo masę cząsteczkową (_{M w}).

Należy jednak zwrócić uwagę na kilka ograniczeń tej techniki. MALDI-ToF MS wykazuje odchylenie niskiej masy podczas analizy polimerów o wysokiej dyspersji (Đ > 1,3), co oznacza, że polimery o niższej masie w rozkładzie dominują w widmie, podczas gdy gatunki o większej masie mają piki o niskiej intensywności lub są nieobecne^28,29. Ponadto rozdzielczość znacznie spada w przypadku polimerów powyżej 10 000 Da, a polimery przekraczające 15 000 Da mogą być lepiej analizowane w trybie liniowym. Jednak tryb liniowy poświęca izotopową rozdzielczość pikową w porównaniu z trybem reflektorowym. Co więcej, MALDI-ToF MS opiera się na zdolności polimeru do skutecznej jonizacji. Polimery z układami sprzężonymi lub heteroatomami jonizują łatwiej niż węglowodory nasycone, takie jak polietylen lub polipropylen, które często wymagają modyfikacji chemicznych w celu jonizacji^30,31.

Przygotowanie próbki jest kluczowym krokiem do osiągnięcia pomyślnych wyników. Jednym z najważniejszych aspektów jest dobór odpowiedniej matrycy do analitu polimerowego^11,32. Na przykład matryce takie jak DCTB i GFR działają dobrze w przypadku polimerów niepolarnych, podczas gdy DHB i CHCA można porównać z polimerami polarnymi, aby określić, która matryca zapewnia najbardziej rozdzielcze piki. Dodatkowo dobór odpowiedniego rozpuszczalnika do rozpuszczenia zarówno matrycy, jak i analitu zapewnia prawidłową kokrystalizację, co usprawnia ablację laserową i poprawia rozdzielczość w otrzymanych widmach MALDI-ToF MS 33,34,35. Podobnie, wybór odpowiedniego środka kationizacyjnego jest niezbędny do maksymalizacji wydajności jonizacji i wytworzenia wyraźnych, wyróżniających się pików.

Po wybraniu matrycy i czynnika kationizacji można zoptymalizować stosunek matryca:analit:kation". Rozpocznij od przygotowania roztworów podstawowych wybranego kationu (1 mg / ml w THF), analitu (5 mg / ml w THF) i matrycy (20 mg / ml w THF). Zalecany jest początkowy stosunek objętości 1:5:20 μl (kation:analit:matryca), odpowiadający stosunkom stężeń około 1:25:400 mg/ml w całkowitej objętości 26 μl. Jeżeli ta początkowa mieszanina nie daje dobrze rozdzielczych widm, można przeprowadzić systematyczną optymalizację przy użyciu podejścia opartego na siatce (Tabela 2)^10,16. W tej konfiguracji objętość analitu jest stała, podczas gdy objętość macierzy jest stopniowo mnożona przez 4 w kolumnach, a objętość kationu jest mnożona przez 4 w górę wierszy. Ta siatka pozwala użytkownikom określić optymalny stosunek jonizacji i rozdzielczości. Jeśli jeden z warunków siatki zewnętrznej zapewnia lepszą wydajność, można wygenerować nową siatkę wyśrodkowaną na tym współczynniku, kontynuując wielokrotność 4 korekt w celu dalszego udoskonalenia. Dobrym punktem wyjścia jest ocena, czy widmo zawiera piki o wysokiej intensywności, niski szum bazowy i dobrze rozdzielczą rozdzielczość izotopową. Proces ten może być czasochłonny, szczególnie w przypadku nowych lub złożonych polimerów, które mogą wymagać przetestowania kilku matryc i kationów w siatce preparacji 3 x 3.

Tabela 2: Można stworzyć i przetestować systematyczną siatkę wskaźników eksperymentalnych. Stosunek 1:5:20 μl odpowiednio kationu, analitu i matrycy zostanie użyty do rozpoczęcia (1:25:400 mg/mL) kation:analit:matryca dla łącznej ilości 26 ml. Objętość analitu ustala się na 5 μl (25 mg/ml). Macierz i stosunek kationów są stopniowo mnożone przez 4 odpowiednio w kolumnach i w górę wierszy. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Po nałożeniu próbki na płytkę docelową MALDI-ToF MS, przy użyciu metody suszonej kropelki, płytka MALDI-ToF MS jest następnie ładowana do przyrządu MALDI-ToF MS. Parametry akwizycji danych MALDI-ToF MS, takie jak moc lasera, średnica wiązki laserowej, wzmocnienie detektora i ekstrakcja jonów impulsowych, można precyzyjnie dostroić w celu uzyskania wyższej rozdzielczości i wyraźniejszej separacji pików. Można je systematycznie zmieniać w celu określenia intensywności szczytowej, obniżenia szumu bazowego i poprawy rozdzielczości szczytowej (ilustracja 1).

Optymalizacja parametrów instrumentalnych i proporcji przygotowania próbek nie przebiega ściśle liniowo. Operatorzy mogą zacząć od preferowanej metody przygotowania próbki i przesiewać w trybie liniowym, aby ocenić, czy polimer jonizuje, lub mogą najpierw dostroić metodę przyrządu (np. moc lasera, ekstrakcję impulsową) przed modyfikacją proporcji mieszaniny próbki przy użyciu siatki przygotowania 3 x 3. Elastyczność w przepływie pracy jest często konieczna, zwłaszcza w przypadku analizowania nowych, nieznanych lub słabo scharakteryzowanych materiałów.

Po zakończeniu optymalizacji można ponownie wykorzystać protokół przygotowania próbki, chociaż nadal mogą wystąpić niewielkie różnice między operatorami lub między dniami. Przeprowadzenie kalibracji dla każdego przebiegu akwizycji minimalizuje zmienność, a różnice w masie piku zwykle utrzymują się poniżej 0,1 Da, gdy przestrzegane są spójne protokoły. W związku z tym odtwarzalność wśród użytkowników i dni jest możliwa do osiągnięcia, jeśli zarówno metoda urządzenia, jak i przygotowanie próbki pozostają takie same. Jeśli problemy będą się powtarzać, w tabeli 3 znajduje się tabela z typowymi problemami, które mogą wystąpić u użytkownika, oraz rozwiązaniami.

Tabela 3: Najczęstsze problemy i strategie rozwiązywania problemów oparte na praktycznym doświadczeniu. Tabela pomaga w rozwiązywaniu problemów napotkanych podczas przygotowywania próbek, pozyskiwania i analizy danych. W celu rozwiązywania problemów związanych z konkretnym przyrządem należy zapoznać się z instrukcją producenta MALDI-ToF MS lub z wykwalifikowanym technikiem. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Kalibracja jest krytycznym krokiem w celu zapewnienia dokładności pomiarów masy. Można zastosować zarówno kalibrację zewnętrzną, jak i wewnętrzną, ale ważne jest, aby stosowane kalibranty mieściły się w zakresie mas analitu polimerowego. Właściwa kalibracja zapewnia prawidłowe określenie masy analitu.

Analiza danych jest wykonywana tam, gdzie otwarte jest widmo masowe MALDI-ToF MS i można wybrać pobieranie pików do dalszej analizy. Masę makrocząsteczek monodyspersyjnych, a także polimerów o niskiej, umiarkowanej i wysokiej dyspersji określonego n-meru, można potwierdzić poprzez porównanie obserwowanej masy z wartościami teoretycznymi obliczonymi za pomocą oprogramowania do rysowania chemicznego. Porównania te pomagają zweryfikować całkowitą masę makrocząsteczki monodyspersyjnej lub, w przypadku polimerów o niskiej, umiarkowanej i wysokiej dyspersji określonego n-meru, identyfikuje się grupy końcowe i potwierdza masę jednostki powtórzenia.

Podsumowując, optymalizacja matrycy, warunków kationizacji i proporcji eksperymentalnych ma kluczowe znaczenie dla uzyskania danych MS MALDI-ToF o wysokiej rozdzielczości. Kalibracja zapewnia dokładne pomiary masy. Analiza danych z wykorzystaniem wybierania pików i teoretycznego porównania masy pozwala na dokładną charakterystykę polimeru, w tym identyfikację grup końcowych i powtarzającej się masy jednostkowej. Technika ta może być stosowana do makrocząsteczek monodyspersyjnych oraz polimerów syntetycznych o niskiej dyspersji, umiarkowanie dyspersji i wysokiej dyspersji. Przyszłe kierunki obejmują rozszerzenie charakterystyki złożonych architektur polimerów, takich jak cienkowarstwowe mieszanki polimerowe, polimery cykliczne i polimery hiperrozgałęzione za pomocą bezrozpuszczalnikowych metod przygotowania próbek i tandemowej spektrometrii mas (MS/MS)36,37,38. Kombinacje instrumentów, takie jak użycie chromatografii wykluczania wielkości (SEC) do frakcjonowania próbki, a następnie MALDI-ToF MS do analizy strukturalnej, mogą być wykorzystywane do identyfikacji struktur o małej masie, określania dyspersji frakcyjnej i charakteryzowania grup końcowych w wysoce rozproszonych próbkach polimerów 39,40,41. Ponadto nowe podejścia do analizy danych, w tym ręczne wprowadzanie danych lub wspomagane oprogramowaniem generowanie wykresów defektów masy Kendricka, umożliwiają konwersję widm masowych na dwuwymiarowe mapy, ułatwiając identyfikację wielu grup końcowych w próbce ^2,42.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy mają interesy finansowe w kalibrantach dendrytycznych użytych w tym badaniu.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dziękujemy za wsparcie ze strony ACS-Petroleum Research Fund 66398-ND7, profesury Boyera i Uniwersytetu Tulane. Dodatkowo otrzymaliśmy nowszy MALDI-ToF MS za pomocą 2319960 rezonansu magnetycznego NSF.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Chlorowodorek 1-(3-dimetyloaminopropylo)-3-etylokarbodimidu	Chemikalia TCI	Zobacz materiał D1601	https://www.tcichemicals.com/US/en/p/D1601
1,1,1-tris(hydroksymetylo)propan	Millipore Sigma	148083	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/148083?srsltid=AfmBOoqaMzcy1xravp1h2QE 0myfY5gjuEBfOIv2o882Wb _xcB4Ol4CMW
1,5,7-triazabicyklo[4.4.0]dec-5-en	Millipore Sigma	345571	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/345571?srsltid=AfmBOooLQXIhWaMnO63nE xu-Y5MJoJID6RJiby0NXyu DHOxXYjle_kMT
1,6-heksanedithiol 98% (HDT)	TCI (Certyfikat TCI)	H0334	https://www.tcichemicals.com/US/en/p/H0334
Kwas 2-(4-hydroksyfenyloazo)benzoesowy) (HABA)	Millipore Sigma	Zobacz materiał H5126	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/h5126
Kwas 2,2-bis(hydroksymetylo)propionowy	Millipore Sigma	106615	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/106615?srsltid=AfmBOopCRoa1N_UiDK 56NKhDKdlAN8feUrMxVYhul Muz2en6NYEGIh4b
2,2-dimetoksy-2-fenyloacetofenon 99% (DMPA)	Sigma-Aldrich	196118	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/196118?srsltid=AfmBOoqVTif6KNwIr6A -bIgnXbkrvWKIUNH6qOsc RseQLNVKi0DMWPb-
Kwas 2,5-dihydroksybenzoesowy (DHB)	Millipore Sigma	149357	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/149357
4-(dimetyloamino)pirydyna	Millipore Sigma	522821	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/search/522821?focus=products&page=1&perpage= 30& sort=trafność& term=522821 & type=produkt
Kwas 6-bromoheksanowy	Millipore Sigma	150452	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/search/6-bromohexanoic-acid?focus=products&page=1 & perpage=30& sort=trafność& term= 6-bromoheksanowy%20kwas& type=produkt
Acetal dimetylu benzaldehydu	Millipore Sigma	226076	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/226076?srsltid= AfmBOorbjP7zD9MO3g5Xk LL3rNZ02PhfkXoRfe3EjRK7 TrqJ-kEOrTCN
Kwas benzoesowy	Millipore Sigma	242381	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sial/242381?srsltid=AfmBOook_iIcMnwuB3e _j-KetQyyHJ6Qq86jSK8 ZVxC3BorQgkO8Xg5I
Bruker UltraFlextreme	Daltoniki Bruker		https://www.bruker.com/en/products-and-solutions/mass-spectrometry/maldi-tof/ultraflextreme.html
Chloroform	Fisher Naukowy	AA32614K7	https://www.fishersci.com/shop/products/chloroform-acs-99-8-thermo-scientific/AA32614K7 ?searchHijack=prawda& searchTerm= chloroform-acs-99-8-thermo-scientific & searchType=Szybki& dopasowanyNr Kota =AA32614M6
Dithranol, BP, 98,5-101% (DT)	Fisher Naukowy	18-602-270	https://www.fishersci.com/shop/products/dithranol-bp-98-5-101-spectrum-chemical/18602270
Biustonosz etylenowy	Millipore Sigma	W354309	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/w354309?utm_source=google&utm_medium= CPC& utm_campaign=8692675663& utm _content=86098110623& _source= 1& gclid=CjwKCAiApY-7BhBjEiwAQMr rEdJTcKN5TEFkP1uHvRlVign3lwg2cj5 _spBUCrfi6exZ3Ur5sJkARxoCfWsQ AvD_BwE
Galwinoksyl, wolny rodnik	Millipore Sigma	Silnik G307	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/g307?srsltid= AfmBOopoWGDMXtLk5Erf0rVyl 7j442uyg8rIWkfBjhHZ2z0dDktH3y8-
Metanol	Fisher Naukowy	Ciąg siodłowy A456	https://www.fishersci.com/shop/products/methanol-optima-lc-ms-grade-thermo-scientific/A4564
Pallad, 10% na węglu, typ 487, suchy	Fisher Naukowy	AAA1201206	https://www.fishersci.com/shop/products/palladium-10-carbon-type-487-dry-thermo-scientific-1/AAA1201206#?keyword=palladium%20on%20carbon
Poli(etylen eter monometylowy glikolu 350 Mn (MeO-PEG-OH 360)	Fisher Naukowy	AA4156022	https://www.fishersci.com/shop/products/polyethylene-glycol-monomethylether-350-thermo-scientific/AA4156022
Trifluorooctan potasu (KTFA)	Millipore Sigma	281883	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/281883
Alkohol propargylowy	Fisher Naukowy	A10295.0F	https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/A10295.0F?SID=srch-hj-A10295.0F
Bromek propargylu 97% (80% w/w toluenu stabilizowanego MgO)	Fisher Naukowy	AAL1059514	https://www.fishersci.com/shop/products/propargyl-bromide-97-80-w-w-toluene-stab-magnesium-oxide-thermo-scientific/AAL1059514#?keyword=Propargyl%20bromide%2097%%20(80%%20w/w%20in%20toluen%20stabilizowany%20z%20MgO)
Azydek sodu	Millipore Sigma	S2002	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sial/s2002
Wodorek sodu 60% dyspersja w oleju mineralnym	Millipore Sigma	452912	https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/452912?srsltid= AfmBOooZhbCm_qtgKU99922Y91zI qEOWONlEGxjZn0mdSJF2L5hW1uVn
Trifluorooctan sodu (NaTFA)	Oakwood	MFCD00013217	https://www.oakwoodchemical.com/ProductsList.aspx?CategoryID=-2&txt Szukaj=1549& ExtHyperLink=1
Zestaw sferycznego schludnego niskiego zasięgu (250 - 7,500 Da)	Fabryka polimerów	PFS-104 powiedział:	https://www.polymerfactory.com/product-page/spherical-low-range-kit-500-7-500-da
Tetrahydrofuran (THF)	Fisher Naukowy	Zobacz materiał T427	https://www.fishersci.com/shop/products/tetrahydrofuran-optima-fisher-chemical-3/T4274#?keyword=tetrahydrofuran%20optima
trans-2-[3-(4-tert-butylofenylo)-2-metylo-2-propenyliden]malonitryl (DCTB)	TCI (Certyfikat TCI)	Zobacz materiał B3635	https://www.tcichemicals.com/US/en/p/B3635
Kwas &alfa;-cyjano-4-hydroksycynamonowy (CHCA)	TCI (Certyfikat TCI)	Zobacz materiał C1768	https://www.tcichemicals.com/US/en/p/C1768

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mautjana, N. A., Pasch, H. Matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry of synthetic polymers. Macromol Symp. 313-314 (1), 157-161 (2012).
Bin Sun, A., Li, S., Kou, X. Applications of MALDI-TOF-MS in structural characterization of synthetic polymers. Anal Meth. 15 (7), 868-883 (2023).
Hanton, S. D. Mass spectrometry of polymers and polymer surfaces. Chem Rev. 101 (2), 527-569 (2001).
Weidner, S. M., Trimpin, S. Mass spectrometry of synthetic polymers. Anal Chem. 82 (12), 4811-4829 (2010).
Cortez, M. A., Grayson, S. M. Application of time-dependent MALDI-TOF mass spectral analysis to elucidate chain transfer mechanism during cationic polymerization of oxazoline monomers containing thioethers. Macromolecules. 44 (6), 10152-10156 (2011).
Li, Y., Hoskins, J. N., Sreerama, S. G., Grayson, M. A., Grayson, S. M. The identification of synthetic homopolymer end groups and verification of their transformations using MALDI-TOFmass spectrometry. J Mass Spectrom. 45 (6), 587-611 (2010).
Redding, M. J., Grayson, S. M., Charles, L. Mass spectrometry of dendrimers. Mass Spectrom Rev. , 1-33 (2024).
Montaudo, G., Montaudo, M. S., Puglisi, C., Samperi, F. Characterization of polymers by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry: Molecular weight estimates in samples of varying polydispersity. Rapid Comm Mass Spectrom. 9 (5), 453-460 (1995).
Curole, B. J., Broussard, W. J., Nadeem, A., Grayson, S. M. Dithiol-yne Polymerization: Comb Polymers with Poly(ethylene glycol) Side chains. ACS Polymers Au. 3 (1), 70-81 (2023).
Wang, Z., Zhang, Q., Shen, H., Yang, P., Zhou, X. Optimized MALDI-TOF MS Strategy for Characterizing Polymers. Front Chem. 9, 2296-2646 (2021).
Macha, S. F., Limbach, P. A., Savickas, P. J. Application of nonpolar matrices for the analysis of low molecular weight nonpolar synthetic polymers by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. J Am Soc Mass Spectrom. 11 (8), 731-737 (2000).
Wyatt, M. F., Stein, B. K., Brenton, A. G. Characterization of various analytes using matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry and 2-[(2E)-3-(4-tert- butylphenyl)-2-methylprop-2-enylidene]malononitrile matrix. Anal Chem. 78 (1), 199-206 (2006).
De Winter, J., et al. MALDI-ToF analysis of polythiophene: Use of trans-2-[3-(4-t-butyl-phenyl)- 2-methyl-2-propenylidene]malononitrile - DCTB - as matrix. J Mass Spectrom. 46 (3), 237-246 (2011).
Gabriel, S. J., et al. Improved analysis of ultra-high molecular mass polystyrenes in matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry using DCTB matrix and caesium salts. Rapid Comm Mass Spectrom. 29 (11), 1039-1046 (2015).
Schlosser, G., et al. Matrix/analyte ratio influencing polymer molecular weight distribution in matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. Rapid Comm Mass Spectrom. 23 (9), 1249-1254 (2009).
Payne, M. E., Grayson, S. M. Characterization of synthetic polymers via matrix assisted laser desorption ionization time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry. J Vis Exp. (136), e57174(2018).
Räder, H. J., Sclirepp, I. K. MALDI-TOF mass spectrometry in the analysis of synthetic polymers. Acta Polymerica. 49 (6), 253-318 (1998).
Mamyrin, B. A., Karataev, V. I., Shmikk, D. V., Zagulin, V. A. The mass-reflectron, a new nonmagnetic time-of-flight mass spectrometer with high resolution. Sov Phys JETP. 37 (1), 45-48 (1973).
Kaufmann, R., Spengler, B., Lützenkirchen, F. Mass spectrometric sequencing of linear peptides by product-ion analysis in a reflectron time-of-flight mass spectrometer using matrix-assisted laser desorption ionization. Rapid Comm Mass Spectrom. 7 (10), 902-910 (1993).
Hoskins, J. N., Grayson, S. M. Synthesis and Degradation Behavior of Cyclic Poly(ε-caprolactone). Macromolecules. 42 (17), 6406-6413 (2009).
Li, Y., Hoskins, J. N., Sreerama, S. G., Grayson, S. M. MALDI-TOF mass spectral characterization of polymers containing an azide group: Evidence of metastable ions. Macromolecules. 43 (14), 6225-6228 (2010).
Wetzel, S. J., Guttman, C. M., Girard, J. E. The influence of matrix and laser energy on the molecular mass distribution of synthetic polymers obtained by MALDI-TOF-MS. Int J Mass Spectrom. 238 (3 SPEC. ISS), 215-225 (2004).
Grayson, S. M., Myers, B. K., Bengtsson, J., Malkoch, M. Advantages of monodisperse and chemically robust “spherical” polyester dendrimers as a “universal MS Calibrant. J Am Soc Mass Spectrom. 25 (3), 303-309 (2014).
Xiang, B., Prado, M. An accurate and clean calibration method for MALDI-MS. J Biomol Tech. 21 (3), 116-119 (2010).
Kovtoun, S. V., Cotter, R. J. Mass-correlated pulsed extraction: Theoretical analysis and implementation with a linear matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometer. J Am Soc Mass Spectrom. 11 (10), 841-853 (2000).
Montaudo, G., Samperi, F., Montaudo, M. S. Characterization of synthetic polymers by MALDI-MS. Prog Poly Sci. 31 (3), 277-357 (2006).
Wesdemiotis, C., Williams-Pavlantos, K. N., Keating, A. R., McGee, A. S., Bochenek, C. Mass spectrometry of polymers: A tutorial review. Mass Spectrom Rev. 43 (3), 427-476 (2024).
Byrd, H. C. M., McEwen, C. N. The limitations of MALDI-TOF mass spectrometry in the analysis of wide polydisperse polymers. Anal Chem. 72 (19), 4568-4576 (2000).
McEwen, C. N., Jackson, C., Larsen, B. S. Instrumental effects in the analysis of polymers of wide polydispersity by MALDI mass spectrometry. Int J Mass Spectrom Ion Proc. 160 (1-3), 387-394 (1997).
Lin-Gibson, S., et al. Optimizing the covalent cationization method for the mass spectrometry of polyolefins. Macromolecules. 35 (18), 7149-7156 (2002).
Ji, H., et al. Characterization of polyisobutylene by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. Macromolecules. 35 (4), 1196-1199 (2002).
Meier, M. A. R., Adams, N., Schubert, U. S. Statistical approach to understand MALDI-TOFMS matrices: Discovery and evaluation of new MALDI matrices. Anal Chem. 79 (3), 863-869 (2007).
Wu, T., et al. Solvent effect in polymer analysis by MALDI-TOF mass spectrometry. Int J Poly Anal Characterizat. 22 (2), 160-168 (2017).
Chen, H., Guo, B. Use of Binary Solvent Systems in the MALDI-TOF Analysis of Poly(methyl methacrylate). Anal Chem. 69 (21), 4399-4404 (1997).
Yalcin, T., Dai, Y., Li, L. Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry for polymer analysis: Solvent effect in sample preparation. J Am Soc Mass Spectrom. 9 (12), 1303-1310 (1998).
Wang, S. F., Li, X., Agapov, R. L., Wesdemiotis, C., Foster, M. D. Probing surface concentration of cyclic/linear blend films using surface layer MALDI-TOF mass spectrometry. ACS Macro Lett. 1 (8), 1024-1027 (2012).
Hanton, S. D., Parees, D. M. Extending the solvent-free MALDI sample preparation method. J Am Soc Mass Spectrom. 16 (1), 90-93 (2005).
Williams-Pavlantos, K., Wesdemiotis, C. Advances in solvent-free sample preparation methods for matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-MS) of polymers and biomolecules. Adv Sample Prep. 7, 100088(2023).
Veloso, A., Leal, G. P., Agirre, A., Leiza, J. R. Combining SEC & MALDI for characterization of the continuous phase in dispersion polymerization. Eur Poly J. 105, 265-273 (2018).
Esser, E., Keil, C., Braun, D., Montag, P., Pasch, H. Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry of synthetic polymers. 4. Coupling of size exclusion chromatography and MALDI- TOF using a spray-deposition interface. Polymer. 41 (11), 4039-4046 (2000).
Crotty, S., Gerişlioğlu, S., Endres, K. J., Wesdemiotis, C., Schubert, U. S. Polymer architectures via mass spectrometry and hyphenated techniques: A review. Anal Chim Acta. 932, 1-21 (2016).
Fouquet, T., Sato, H. Extension of the Kendrick Mass Defect Analysis of Homopolymers to Low Resolution and High Mass Range Mass Spectra Using Fractional Base Units. Anal Chem. 89 (5), 2682-2686 (2017).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

MALDI ToF MS Synthetic Polymers Polymer Characterization Mass Spectrometry End Group Analysis Molecular Weight Determination Sample Preparation Matrix Selection Isotopic Patterns Polymer Dispersity

MALDI-ToF MS Metoda charakterystyki polimerów syntetycznych o różnej dyspersyjności i grupach końcowych

W tym artykule

Podsumowanie

Streszczenie

Wprowadzenie

Protokół

Wyniki

Dyskusja

Oświadczenia

Podziękowania

Materiały

Bibliografia

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Powiązane artykuły