Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Karakterisering van synthetische polymeren via Matrix bijgestaan Laser desorptie ionisatie tijd van de Spectrometrie van de massa van de vlucht (MALDI-TOF)

Published: June 10, 2018 doi: 10.3791/57174
Automatic Translation
1, 1
1Department of Chemistry, Tulane University

Summary

Een protocol voor de laser matrix-bijgewoonde desorptie ionisatie tijd van de vlucht de karakterisering van de Spectrometrie van de massa (MALDI-TOF MS) van synthetische polymeren wordt beschreven, met inbegrip van de optimalisering van de bereiding van de monsters, spectrale acquisitie en data-analyse.

Abstract

Er zijn vele technieken die kunnen worden ingezet in de karakterisering van synthetische homopolymeren, maar weinigen als nuttige informatie voor eind groep analyse als laser matrix-bijgewoonde desorptie ionisatie tijd van flight massaspectrometrie (MALDI-TOF MS). Deze tutorial toont methodes voor optimalisatie van de bereiding van de monsters, spectrale verwerving, en data-analyse van synthetische polymeren met behulp van MALDI-TOF MS. kritische parameters tijdens de bereiding omvatten de selectie van de matrix, identificatie van een passende cationization zout en het afstemmen van de relatieve verhoudingen van de matrix, kation en analyt. De overname-parameters, zoals de modus (lineaire of reflector), polarisatie (positief of negatief), spanning van de versnelling en vertraging, zijn ook belangrijk. Gegeven enige kennis van de betrokken voor het synthetiseren van het polymeer en het optimaliseren van de parameters van de overname gegevens zowel de sample voorbereiding voorwaarden chemie, moeten spectra worden verkregen met voldoende resolutie en massale nauwkeurigheid om de ondubbelzinnige bepaling van de eindgroepen van meeste homopolymeren (massa's onder 10.000) naast de Herhaal eenheid massa en de algehele molecuulgewichtsverdeling. Hoewel aangetoond op een beperkte set van polymeren, deze algemene technieken gelden voor een veel breder scala van synthetische polymeren voor de bepaling van de massa distributies, al eind groep bepaling alleen mogelijk voor homopolymeren met smalle dispersiteit is.

Introduction

Met verbeteringen in levende polymerisatie technieken, precisie polymeren met een kwantitatief matiemaatschappij eindgroepen zijn steeds beschikbaar1. De gelijktijdige ontwikkeling van azide-alkyn en thiolene Klik op Doorgaan in staat heeft gesteld de bijna kwantitatieve koppeling van macromoleculen naar andere wordt, biedt toegang tot een aantal hybride materialen2,3,4 . Echter precieze analytische technieken moeten karakteriseren van zowel de uitgangsstoffen en producten van deze polymeer vervoeging reacties. Laser matrix-bijgewoonde desorptie/ionisatie tijd van flight massaspectrometrie (MALDI-TOF MS) is een waardevolle zachte ionisatie analytische techniek voor de karakterisering van polymeren, omdat het polymeer ionen in een enkele lading staat met minimale genereren kan fragmentatie5,6. MALDI-TOF MS heeft grote voordelen ten opzichte van andere conventionele methoden van polymeer karakterisering van omdat het massaspectra in resolutie van de individuele n-mers binnen de verdeling van massa van polymeer voorzien kan. Dientengevolge, kan dergelijke massaspectra bieden nauwkeurige gegevens over de gemiddelde molecuulgewicht, herhaal massa-eenheid, en moleculair gewicht dispersiteit7, die kan op zijn beurt het verhelderen van concurrerende polymerisatiemechanismen zoals keten overdracht8 . MALDI-TOF MS is echter bijzonder krachtige op het verstrekken van informatie over polymeer einde groepen9,10, die kan worden gebruikt voor het bevestigen van eind groep wijzigingen10,11 en andere transformaties12 zoals polymeer cyclizations11,13. Even belangrijk, de relatief kleine hoeveelheid analyt (sub-microgram) vereist voor massa-spectrometrische analyse maakt deze techniek handig voor karakterisering, wanneer enige trace hoeveelheden materiaal beschikbaar zijn.

De MALDI-TOF MS-analyse van polymeren kan worden onderverdeeld in vier afzonderlijke stappen: proeven van voorbereiding, kalibreren van het instrument, spectrale acquisitie en data-analyse. Bereiding van de monsters is de meest essentiële stap voor het genereren van geoptimaliseerd MALDI-TOF massaspectra en treedt op voordat het monster wordt ingevoerd in het instrument14,15. De keuze van een geschikte matrix met soortgelijke oplosbaarheid parameters als de analyt polymeer is essentieel voor het verkrijgen van hoge kwaliteit MALDI-TOF massaspectra en richtsnoeren voor de selectie van de matrix zijn gemeld elders14,15, 16,17. Ook is een database van polymeer MALDI "recepten" voor monstervoorbereiding gepubliceerde online18. Voor roman polymeren, kan matrix selectie worden benaderd door eerste inzicht in de oplosbaarheid van het polymeer en het selecteren van een matrix met soortgelijke oplosbaarheid parameters-14,19. Polymeren met een hoog proton affiniteit kunnen geprotoneerd door meeste matrices14 (die vaak bevatten carbonzuur groepen), maar voor andere polymeren, een cationization-agent is vereist14. Alkali ionen adduct goed met zuurstof-bevattende soorten (bv. polyesters en polyethers), terwijl onverzadigde koolwaterstoffen (bijv. polystyreen) adduct met overgangsmetalen, zoals zilver en koper ionen14, 19. omdat de polymeer monsters in dit experiment opgenomen zuurstofatomen in de ruggengraat, natrium- of kaliumzouten trifluoroacetate (TFA) werden gebruikt als de agent cationization. Zodra de agenten matrix en cationization hebt geselecteerd, moeten de relatieve verhoudingen van de analyt, kation agent en matrix zorgvuldig worden geoptimaliseerd om ervoor te zorgen de hoge signaal-ruis. In deze procedure, de parameters voor de bereiding van de monsters zijn al geoptimaliseerd, maar een empirische voorbeeldprocedure optimalisatie (stap 1.4.1., Figuur 1) die systematisch varieert de concentraties van de drie onderdelen (analyt, matrix en catie) is effectief voor het snel bepalen hun optimale verhoudingen.

Data-acquisitie vereist ook de optimalisering van een aantal parameters. De belangrijkste parameters omvatten het positief of negatief ion-modus van de spectrometer, de bewerkingsmodus instrument (lineair ten opzichte van de reflector), de spanning van de versnelling en de vertragingstijd van extractie. Een andere manier dat de resolutie kan worden verhoogd is door het gebruik van "reflectron" modus20,21,22,23. Reflectron modus verdubbelt in wezen de vliegroute van de ionen naar de detector door als gevolg van de ionen aan het einde van de buis van de vlucht terug naar een detector in de buurt van de bron terwijl heroriëntatie ionen met verschillende momentums, en dus het verhogen van de resolutie wel afnemende sterkte van het signaal. Bovendien kunnen hogere resolutie spectra worden verkregen door de laser-macht die minimaliseert de signal-to-noise verhouding te verlagen met verminderend het aantal en de energie van botsingen en dus vermindering van de versnippering en kinetische inhomogeneities24. Door tuning al deze parameters, kunnen de ionen worden geconcentreerd om het minimaliseren van het effect van elke heterogeniteit in de oorspronkelijke positie of de snelheid die tijdens het desorptie laser optreedt. Wanneer de verwerving parameters worden geoptimaliseerd, kan isotopische resolutie vaak worden bereikt voor ionen met massa's meer dan 10.000 Da, maar dit ook afhankelijk van de lengte van de buis van de vlucht en het ontwerp van het instrument is. Meest organische stoffen die ten minste één heteroatoom bevatten zijn gevoelig voor complexvormers met alkali kationen zoals lithium, natrium en kalium. Veel van de alkalimetalen zijn monoisotopes of van beperkte isotopen en daarom geen uitbreiding inhouden van de verdeling.

Terwijl de instrument-parameters kunnen worden afgestemd om te optimaliseren gegevens precisie, wordt nauwkeurigheid van gegevens alleen bereikt met een juiste kalibratie-11. Eiwitten en peptiden werden oorspronkelijk gebruikt als kalibranten als gevolg van hun monodispersity en beschikbaarheid, maar lijden variabele stabiliteit en de prevalentie van onzuiverheden25. Meer rendabele en stabiele alternatieven hebben opgenomen anorganische clusters en polydisperse polymeren26,27,28,29. Helaas, de functie van deze alternatieven dispergeren massa, die bemoeilijken massa toewijzingen, evenals kleinere massa's over het algemeen, waardoor ze alleen nuttig voor kalibraties onder 10.000 Da. Ter bestrijding van deze problemen, Grayson et al. 25 een Dendrimeer gebaseerde, polyester MS kalibratie systeem ontwikkeld dat is monodispers, en biedt zowel brede matrix en oplosmiddel compatibiliteit, houdbaarheid stabiliteit (> 8 jaar) en lagere productiekosten. Gebaseerd op de sterke punten van dit systeem, werd het gekozen als de kalibrant voor deze experimenten.

Er zijn twee hoofdtypen van kalibratie: interne en externe30. Wanneer extern kalibreren, een standaard met massa's die beugel die van de analyt gebruikt worden geplaatst op de MALDI doel plaat verschillende monster ten opzichte van de analyt voor het genereren van een aparte massaspectrum waaruit een kalibratie-bestand kan worden gegenereerd. Aan de andere kant, kan verhoogde nauwkeurigheid vaak worden bereikt met een interne kalibratie, waarbij de kalibrant mengen met de analyt te verkrijgen van een hybride spectrum met kalibrant zowel analyt signalen. In de procedure hieronder beschreven, werd een externe kalibratie geïmplementeerd. Na de juiste kalibratie van de massale schaal wordt kan nauwkeurig analyt massa gegevens worden verkregen. Om ervoor te zorgen de meest nauwkeurige kalibrering, is het belangrijk dat de data-acquisitie spoedig na de kalibratie plaatsvindt.

Ten slotte, zodra de geoptimaliseerde, gekalibreerd datasets werden verworven, en de gegevens werden geanalyseerd om structurele informatie over de polymeer-monsters te verstrekken. De afstand tussen n-mers binnen de distributie van het polymeer kan bieden nauwkeurige meting van de herhalende eenheid massa. Het aantal gemiddelde molecuulgewicht (Mn) en andere massa distributie berekeningen (bvMw (gewicht gemiddeld molecuulgewicht) en Đ (dispersiteit)) kan ook worden bepaald uit het signaal distributie in de massaspectra ( stap 4.2 voor berekeningen). Misschien meest uniek, kan in het geval van homopolymeren, de som van de massa van de groep eind worden bevestigd door de verschuiving van de verdeling van de polymeer met betrekking tot de massa van de herhalende eenheden alleen vast te stellen. De informatie-rijke MALDI-TOF massaspectra bieden waardevolle karakterisering gegevens die vormen een aanvulling op de meer traditionele polymeer karakterisering technieken zoals grootte uitsluiting chromatografie, Fourier-transform infrarood spectroscopie, en nucleaire magnetische resonantie.

Protocol

Let op: Alle reacties zijn uitgevoerd in een zuurkast. Lees alle Material Safety Data Sheets (MSDS) voor elke chemische stof gebruikt en passende voorzorgsmaatregelen te nemen.

1. de monstervoorbereiding

  1. Voorbereiding van de voorraadoplossingen van matrix
    1. Los 20 mg van α-cyano-4-hydroxycinnamic zuur (HCCA) in 1 mL tetrahydrofuraan-unstabilized (THF) en vortex tot het is opgelost.
    2. Los 20 mg 2,5-dihydroxybenzoic zuur (DHB) in 1 mL THF en vortex tot het is opgelost.
  2. Bereiding van de stockoplossing van alkali catie
    1. Los 2 mg natrium trifluoroacetate (NaTFA) in 1 mL THF en vortex tot het is opgelost.
    2. Los 2 mg kalium trifluoroacetate (KTFA) in 1 mL THF en vortex tot het is opgelost.
  3. Voorbereiding van stamoplossingen van de analyt
    1. Voorbeeld 1: Los 2 mg poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur (M,n = 5000) in 0,5 mL THF en vortex tot het is opgelost.
    2. Voorbeeld 2: Los 2 mg polyoxyethyleen bis(azide) (M,n = 2000) in 0,5 mL THF en vortex tot het is opgelost.
    3. Voorbeeld 3: Los 2 mg poly(L-lactide), thiol beëindigd (M,n = 2500) in 0,5 mL THF en vortex tot het is opgelost.
  4. Voorbereiding van monster mengsels voor analyse
    1. Bereid een reeks van oplossingen door het mengen van matrix, analyt en catie oplossing terwijl variërend van het relatieve aandeel van de componenten zodanig dat negen unieke monsters mengsels zijn gemaakt. Bijvoorbeeld, het bijhouden van de hoeveelheid toegevoegde matrix stockoplossing constante (bv., 10 µL), variëren de hoeveelheid analyt oplossing met een factor drie (bv., 45, 15 en 5 µL), terwijl ook het variëren van de hoeveelheid catie oplossing met een factor drie (bijv. ., 9, 3 en 1 µL). Deze monsters effectief rendement een raster van 3 x 3 van monsters met de twee verschillende concentratie variabelen op de x- en y assen (Figuur 1).
    2. Combineer bijvoorbeeld de representatieve 15 µL van de poly(L-lactide) oplossing, met 15 µL van de oplossing van DHB, en 1 µL van de NaTFA oplossing.
    3. Pipetteer 1 μL van ieder mengsel van de oplossing op een individuele monster goed op de MALDI doel plaat (Figuur 2). De monsters incrementeel toevoegen in kleine porties om te voorkomen dat het monster stroomt uit het monster goed, waardoor elk aliquot aan damp deze volledig voordat u extra monster toevoegt.
      Opmerking: Voor hoger kookpunt oplosmiddelen, een lucht pistool kan noodzakelijk zijn voor het versnellen van de verdamping van het oplosmiddel, hoewel voorzichtigheid moet worden gebruikt om te voorkomen dat de verwarming van de monster-plaat, waardoor de plaat om te verdraaien.
  5. Bereiding van de standaard monsters voor kalibratie
    1. De normen van de kalibratie met behulp van het protocol van de voorgestelde leverancier voor te bereiden.
      Opmerking: De Dendrimeer kalibranten werden geselecteerd voor deze studie en zijn beschikbaar als de pure dendrimeren of vooraf gemengd met matrix, kalibrant en catie op geoptimaliseerde ratio's.

2. data acquisitie optimalisatie

  1. Initiatiefnemende Data-acquisitie
    1. Open data-acquisitie software "FlexControl".
    2. Uitwerpen van het platform om te schakelen van het laden van de doelgroep plaat door te drukken op de "Equation 1" knop.
    3. Plaats de doel-plaat met de geladen kalibrant en analyt monsters zachtjes op het platform in de juiste richting.
    4. De acquisitie software gebruiken voor het injecteren van de doel-plaat op het platform door te drukken op de "Equation 1" knop weer.
    5. Selecteer een geschikte gegevens overname methode (de methode van de overname van de positieve modus) door te drukken op bestand | Selecteer de methode.
      Opmerking: Voor de meeste polymeer monsters, met inbegrip van onze vertegenwoordiger analyten, ionisatie verwachting via complexvorming met een catie en daarom een positieve modus overname methode is meest geschikte. Afhankelijk van het instrument, voor lagere massa bereiken (500-10.000 Da) of wanneer de hogere resolutie is gewenst, door een reflector modus methode bestand te selecteren. Voor hoger molecuulgewicht monsters of wanneer hogere signaal gevoeligheid is nodig, en lagere resolutie is aanvaardbaar, selecteert u een bestand van de methode lineair modus.
    6. Alvorens gegevens te verkrijgen, door ervoor te zorgen een passende massa bereik voor het verzamelen van gegevens is geselecteerd-idealiter dat de massa zal omvatten de helft van de laagste massa in de verwachte verdeling, alsmede dubbele de hoogste massa in de verwachte verdeling. Controleer dit door te klikken op het tabblad detectie en Massa bereikweergeven.
      Opmerking: Dit helpt om ervoor te zorgen dat signaal van lager molecuulgewicht afbraak fragmenten of hoger molecuulgewicht aggregaten (dimeer) die mogelijk aanwezig zijn in de steekproef zijn opgenomen in de gegevensset. Merk ook op dat de matrix oligomeren vaak zijn gemerkt met hoog signaal intensiteit in meeste MALDI-TOF massa spectra, hoge intensiteit lawaai te voorzien van massa's maar liefst 1.000 Da, complicerende analyse onder deze massa. Hoewel de kalibratie moet vóór het verkrijgen van een definitieve gegevensset, kan een nauwkeurige kalibrering bestand alleen worden verkregen als identiek overname parameters worden gebruikt als die geoptimaliseerd voor de bijzondere analyt. Daarom moet een voorontwerp optimalisatie van de analyt massaspectrum voordat de kalibratie, gevolgd door de reacquisition van een gekalibreerde analyt massaspectrum.
  2. Voorlopige data-acquisitie
    1. De acquisitie software, kies de positie op de doel-plaat die correspondeert met de gewenste analyt.
    2. Geïnitieerde verzamelen van gegevens tijdens het verplaatsen van de laser target rond het monster te maximaliseren van het signaal. Druk op Startom te beginnen van gegevensverzameling.
      Opmerking: De laser kan uitlaat matrix op een bepaalde locatie na herhaalde monstertrekking.
    3. Met behulp van de schuifbalk aan de linkerkant van het venster van de camera, stel de kracht van de laser zo in dat de minimale kracht nodig is om isotopische resolutie is bereikt.
      Opmerking: Bij het analyseren van meerdere monsters om te bevestigen de optimale verhouding van de analyt, kation en matrix, gebruik dezelfde laser macht op elk van de monsters van de analyt om te bepalen welke monster vertoont het beste signaal/ruis-verhouding voor de parameters van de overname. Blijven de toekomstige verwerving optimalisatie met het monster dat verschijnt om het beste signaal / ruisverhouding tentoon te stellen.
  3. Data acquisitie optimalisatie
    1. Inzoomen op een individuele peak in het midden van het massale bereik van belang, het optimaliseren van de resolutie door het verschil in versnelling spanningen aan te passen (voor de instrumenten in deze studie, betreft dit de "IS2" waarde aan te passen), die is in de Spectrometer tabblad.
      Opmerking: Dit is snelst geoptimaliseerd door het variëren van de waarde van de IS2 in grote stappen, neemt nota van die waarde de beste resolutie genereert (dwz., de kleinste volle piekbreedte op de helft maximaal signaal intensiteit), en vervolgens verder optimaliseren in kleinere stappen van de waarde van IS2. De optimale IS2 waarde is meestal hoger (dichter bij IS1) voor lage massa polymeren, en lager voor hoge massa polymeren.
    2. Indien gewenst, verhogen resolutie met behulp van reflectron-modus.
      Opmerking: Reflectron modus maakt het mogelijk voor de compensatie van verschillen in de beginsnelheid van ionen van de dezelfde m/z doordat de hogere velocity ionen van de dezelfde m/z -waarde in een langer pad naar de detector. Deze toename van het pad naar de detector zorgt voor langzamere ionen van de dezelfde m/z -waarde om te komen tot de detector gelijktijdig, effectief gericht de ionen voor verhoogde resolutie. Ofschoon reflectron modus meestal de resolutie signaal voor monsters met een zwak signaal intensiteit verbetert, kan lineair modus worden vereist voor het visualiseren van de gegevens.
    3. Tot slot, de kracht van de laser te optimaliseren door het verminderen van de laser macht zo laag mogelijk terwijl het nog steeds het genereren van een redelijke signaal / ruisverhouding (bv., signaal / ruisverhouding van ongeveer 10).
      Opmerking: Omdat hogere laser machten in het algemeen de resolutie verlaagt en fragmentatie kunnen veroorzaken, de massaspectra met beste kwaliteit worden verkregen met behulp van verminderde laser macht, maar een hoger aantal scans.
    4. Zodra de overname parameters worden geoptimaliseerd, sla de ongekalibreerde massaspectra door het selecteren bestand en vervolgens op Opslaan om het bestand als Spectrum. Voor externe kalibratie, moet een nieuwe aanwinst voor de kalibrant onder deze identiek, geoptimaliseerde parameters plaatsvinden voordat een nieuwe aanwinst voor het genereren van de gekalibreerde massa spectrum van de analyt wordt gestart.

3. MALDI kalibratie

  1. Verwerving van kalibratie massaspectrum
    1. Met behulp van de parameters van de overname al geoptimaliseerd voor de analyt, verwerven een geoptimaliseerde massaspectrum van het monster van massale normen.
      Opmerking: Idealiter de kalibratie moet bevat één standaard boven het bereik van belang, hieronder, en ten minste één in het bereik van belang. De nauwkeurigheid van de kalibratie werkt het beste als alle parameters van de overname identiek voor beide monsters zijn.
  2. Een kalibratie-bestand maken
    1. Zorg ervoor dat elke bestaande kalibratie is ongeldig of in een positie kunnen worden overschreven door op te drukken Ongeldig kalibratie onder de Spectrometer tabblad.
    2. Met behulp van dezelfde overname parameters (bv., macht, IS2 spanning laser), de laser overgaan naar de waterput van de steekproef met de kalibrant (bv., Dendrimeer standaard, peptide) door het selecteren van de overeenkomstige goed met de cursor en het verwerven van een spectrum door op te drukken Start.
  3. Zodra voldoende signaal heeft verkregen, druk je op Start tot finish het verwerven van gegevens.
  4. Zodra een massaspectrum van de kalibrant heeft verkregen, selecteer het Massa Control List dropdown menu in de kalibratie -tab die correspondeert met die ijkstandaard. De juiste mass control list moet de referentiemassa van het kalibrant geselecteerd met de juiste catie.
    Opmerking: Deze moeten worden van de kalibrant leverancier, en zorg ervoor dat u de exacte massa waarden wanneer isotopische resolutie wordt bereikt (bv., reflector modus onder m/z = 5000), en een gemiddelde massa waarden wanneer isotopische resolutie kan niet worden bereikt (bijvoorbeeld, lineaire mode boven m/z = 5000),
  5. Zorg ervoor dat een passende piek plukken protocol wordt gebruikt door te selecteren op het tabblad verwerking voordat matching de overeenkomstige piek van de verwijzing naar elke geselecteerde kalibrant piek.
    Opmerking: Peak plukken protocollen kunnen variëren op basis van spectrale resolutie. Voor de berekening van een gemiddelde massa moet de software de massa gemiddelde over de gehele reeks van isotopische pieken. Voor een exacte massa berekening, moet de software voor de berekening van de exacte massa van alleen de eerste isotopische piek worden ingesteld.
  6. Toepassing de referentiemassa van de massale control list op het corresponderende signaal voor de massaspectrum kalibrant door te selecteren het gebied aan de linkerkant van de piek van belang en vervolgens te klikken op de overeenkomstige massa in de control list toe te passen. Voortzetting van het proces voor de resterende kalibrant pieken.
    Opmerking: Voor de meest nauwkeurige en precieze kalibratie, leg de analyt en kalibrant monsters zo dicht bij elkaar mogelijk op de doel-plaat, omdat de subtiele variaties in doel plaat hoogte kunnen invloed hebben op de nauwkeurigheid van de kalibratie.
  7. Opnieuw het spectrum van de analyt ophalen zodra de massale schaal voor de geoptimaliseerde overname parameters hebben gekalibreerd.

4. data-analyse en interpretatie

  1. Piek plukken
    1. Open het spectrum van de analyt in de data-analysesoftware (FlexAnalysis).
    2. Zoom in op een piek te identificeren als isotopische resolutie is bereikt door op de knop zoomen in X-bereik .
    3. Druk op massa List | Vind om te selecteren van de pieken. Als de exacte piek opgelost is, schakelt u deze eerste piek in de isotopische distributie om te bepalen van de massa met een exacte piek-picking protocol. Als de exacte piek niet is opgelost, gebruikt u een gemiddelde massa piek plukken protocol en de gemiddelde massa van de gehele isotopische verdeling vast.
    4. Blijven deze piek plukken proces voor elke n-mer in de distributie van het polymeer.
  2. Polymeer karakterisering en eind groep analyse berekeningen
    Opmerking: Wanneer correct gebruikt, MALDI-TOF MS kan waardevolle, nauwkeurige gegevens leveren voor de berekening van de verdeling van massa van polymeren. Opgemerkt moet worden dat de massaverdeling gegevens alleen nauwkeurig zijn wanneer de dispersiteit van het polymeer monster relatief laag is (bijv., ongeveer Đ= 1.3 of lager).
    1. Bereken het aantal gemiddelde molecuulgewicht, de massale gemiddelde met betrekking tot het aantal mol van elke massafractie, met behulp van de formule:
      Equation 2
      waar Nik = aantal moleculen van een specifieke moleculaire gewicht en Mik = de specifieke moleculaire massa van deze moleculen.
    2. Bereken het gewicht gemiddeld molecuulgewicht, de massale gemiddelde met betrekking tot het gewicht van elke massafractie, met behulp van de formule:
      Equation 3
      waar N ik = aantal moleculen van een specifieke moleculaire gewicht en M ik = de specifieke moleculaire massa van deze moleculen.
    3. Zodra zowel de Mw en Mn zijn berekend, kwantificeren de breedte van de molecuulgewichtsverdeling met behulp van de verhouding Mw/mn die dispersiteit, Đ heet.
    4. De meest unieke en krachtige functie van MALDI-TOF MS data-analyse is de mogelijkheid om te bepalen of de eindgroepen van homopolymeren bevestigen. Bepaal de einde-groep door het herschikken van de volgende formule voor de geconstateerde massa van een n-mer in de massaspectrum (Mn-mer):
      M,n-mer = n (MRU ) MEG1 + MEG2 + Mion
      waar n = de mate van polymerisatie,
      MEG1 = massa van de groep van de α-end,
      MEG2 = massa van de groep van ω-end,
      MRU = de massa van de herhaling eenheid van het polymeer,
      en Mion = massa van het ion dat complexen met het polymeer.

Representative Results

Voorbeeld 1: Een steekproef van poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur (M,n = 5000) (Figuur 3) werd geanalyseerd met behulp van kalium trifluoroacetate als een agent van de cationization met HCCA als de matrix. Het spectrum tentoongesteld de verwachte K+ adducten alsook waargenomen van residuele nb+.

MALDI-TOF MS bevestigt de smalle distributie (Figuur 3) poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur (M,n = 5000). Omdat de piek van de exacte (bestaande uit uitsluitend een zaak van de overvloedigste elemental isotopen, namelijk 12C, 1H 16O en 14N) niet voldoende opgelost wordt om de identificatie, een pick piek protocol gebruikt dat de gemiddelde massa bepaalt over de gehele isotopische verdeling voor elke n-mer piek. Ook zijn alle theoretische berekeningen bepaald met behulp van gemiddelde, in plaats van exacte, massa's voor elk element. Met behulp van de vergelijkingen uit stap 4, analysesoftware werd gebruikt voor het berekenen van de volgende kenmerken van de verdeling van de massa polymeer: Mn: 4700, Mw: 4710, Đ: 1,00.

Ter bevestiging van de identiteit van de eindgroepen, werd een afzonderlijke n-mer (104) geselecteerd voor verdere analyse (Figuur 4). Als met de massaverdeling-berekeningen, werden omdat de exacte piek niet kan worden opgelost, gemiddelde massa gebruikt voor de volgende berekeningen. De theoretische massa waarde van de 104-mer poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur bestaat uit de massa van de herhaling eenheden (44.0530 × 104) vermeerderd met de massa van de α-einde aminegroep (+ 16.02300) en de massa van de ω-einde carboxylgroep (+ 59.0440) plus de massa van het kalium-catie (+ 39.09775) die resulteert in een totale 104-mer massa van 4695.67675. De waargenomen massa waarde voor de 104-mer + K+ is 4695.5 die overeenkomt met de theoretische waarde, gegeven de precisie van gemiddelde massa berekeningen. De reeks van kleinere, offset pieken in het spectrum komt overeen met het polymeer ioniserende met natrium waar de massa theoretische waarde van de 104-mer uit de massa van de herhaling eenheden (44.0530 × 104 bestaat) vermeerderd met de massa van de α-einde aminegroep (+ 16.02300) plus de massa van de ω-einde carboxylgroep (+ 59.0440) plus de massa van de natrium-catie (+ 22.98922) geven een totaal 104-mer massa van 4679.56822. De waargenomen massa waarde voor de 104-mer + nb+ is 4679.4 die slechts 0,2 Da afwijkt van de theoretische waarde. Nauwkeuriger analyse van eind groep massa kan worden bepaald door het meten van de gemiddelde over meerdere toppen, en is elders11besproken.

De poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur (M,n = 5000) monster de smalle distributie wanneer selectief matiemaatschappij door reactie (Figuur 5) onderhouden met 2,4-dinitrofluorobenzene (DNFB) (Figuur 6). Het spectrum tentoongesteld natrium adducten en HCCA gebruikt als de matrix.

MALDI-TOF MS bevestigt de smalle distributie (Figuur 6) van poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur (M,n = 5000) wanneer bewerkt met DNFB. Met behulp van de vergelijkingen uit stap 4, analysesoftware werd gebruikt voor het berekenen van de volgende kenmerken van de verdeling van de massa polymeer: Mn: 4940, Mw: 4950 Đ: 1,00.

Om te bepalen als volledige functionalization van de poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur (M,n = 5000) had plaatsgevonden met DNFB, een individuele n-mer van de verdeling werd geselecteerd voor analyse (Figuur 7). De theoretische massa van de functionalized 104-mer poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur reageerde met 2,4-dinitrofluorobenzene bestaat uit 44.0530 × 104 (de massa van de herhaling eenheden) + 182.115 (massa van de α-amine-groep reageerde met 2,4 - dinitrofluorobenzene) + 59.044 (massa van de carboxylgroep) + 22.98922 (massa van de natrium-catie) = 4845.66022. De waargenomen massa waarde voor n = 104 is 4845.8 oftewel -0,1 Da afwijkt van de theoretische waarde. Deze nauwe overeenkomst tussen de theoretische en de waargenomen waarden is een indicatie van een complete wijziging van de grondstof tot product, maar belangrijker, het ontbreken van signalen is gekoppeld van de grondstof, 4811.72722 en 4855.78022 voor dit massa bereik of eventuele extra bijproducten bevestigt de kwantitatieve selectieve functionalization van de amine. Een tweede piek is waargenomen bij 4823.8 die overeenkomt met de 103-mer van het functionalized polymeer, maar met het verlies van het proton op de carbonzuur eind groep die complexen met een natrium-ion met een theoretische massa van 4823.58899 die verschil -0,2 heeft Da.

Voorbeeld 2: Een steekproef van polyoxyethyleen bis(azide) (M,n = 2000) (Figuur 8) werd geanalyseerd met behulp van natrium trifluoroacetate als cationization agent en HCCA als de matrix en alleen tentoongesteld de verwachte nb+ adducten.

Vanwege de resolutie bereikt in deze lagere massa bereik, de exacte pieken voor elk van de n-mers gemakkelijk opgelost kon worden, en dus een piek van de exacte plukken protocol werd geselecteerd (gemiddeld slechts de massa signaal van de eerste piek in de isotopische distributie ) en alle bijbehorende berekeningen gebruikt de exacte massa's van elk element. MALDI-TOF MS bevestigt de smalle distributie (Figuur 8) van polyoxyethyleen bis(azide) (M,n = 2000). Met behulp van de vergelijkingen uit stap 4, analysesoftware werd gebruikt voor het berekenen van de volgende kenmerken van de verdeling van de massa polymeer: Mn: 1940, Mw: 1950, Đ: 1.01.

Om te bevestigen eind groep functionalization, een individuele n-mer (42) werd geselecteerd (Figuur 9). Net als bij de massale distributies bepaald boven, werden exacte massa's gebruikt, omdat de exacte toppen goed opgelost in elke n-mer isotopische distributie zijn. De theoretische massa waarde van de 42-mer van polyoxyethyleen bis(azide) komt overeen met 44.02621 × 42 (de massa van de herhaling eenheden) + 42.00922 (massa van de azido eind groep), 70.04052 (massa van de azidoethyl eind groep) + 22.98922 (massa van de natrium-catie) = 1984.13978. De waargenomen massa waarde voor n = 42 is 1983.95 oftewel 0,19 Da afwijkt van de theoretische waarde. Opgemerkt moet worden dat met name op de hogere machten van de laser, de azide functionaliteit metastabiele fragmenten vertonen kan; Dit werd echter niet waargenomen in dit specifieke geval31.

De polyoxyethyleen bis(azide) (M,n = 2000) monster gehandhaafd zijn smalle distributie wanneer selectief matiemaatschappij door een koperen gekatalyseerde azide-alkyn cycloadditie reactie (Figuur 10) met 1-ethynyl-4-Fluorbenzeen(EFB) ()Afbeelding 11) opbrengst van een 4-fluorophenyltriazolyl (FPT) groep. De spectra tentoongesteld de verwachte nb+ adducten natrium-trifluoroacetate te gebruiken als cationization agent en HCCA als de matrix.

MALDI-TOF MS bevestigt de smalle ()afbeelding 11) van polyoxyethyleen bis(azide)-distributie (M,n = 2000) na functionalization met EFB. Met behulp van de vergelijkingen uit stap 4, analysesoftware werd gebruikt voor het berekenen van de volgende kenmerken van de polymeer: Mn: 2240, Mw: 2250, Đ: 1,00.

Om te bevestigen de volledige functionalization van het monster, werden exacte massa's gebruikt voor het analyseren van een geselecteerde individuele n-mer (42) (Figuur 12). De theoretische massa waarde van de 42-mer van polyoxyethyleen bis(azide) reageerde met 1-ethynyl-4-Fluorbenzeen komt overeen met 44.02621 × 42 (de massa van de herhaling eenheden), 162.04675 (massa van de FPT eind groep) + 190.07805 (massa van de FPT ethyl eind groep met 1-ethynyl-4-Fluorbenzeen) + 22.98922 (massa van de natrium-catie) = 2224.21484. De waargenomen massa waarde voor n = 42 is 2224.16 oftewel 0,05 Da afwijkt van de theoretische waarde.

Voorbeeld 3: Een steekproef van poly(L-lactide), thiol beëindigd (M,n = 2500) (Figuur 13) werd geanalyseerd met behulp van natrium trifluoroacetate als cationization agent en alleen tentoongesteld de verwachte nb+ adducten en DHB als de matrix.

MALDI-TOF MS bevestigt de smalle verdeling van poly(L-lactide), thiol beëindigd (M,n = 2500) (Figuur 13). Met behulp van de vergelijkingen uit stap 4, de analyse van het programma werd gebruikt voor het berekenen van de volgende kenmerken van de polymeer: Mn: 2310, Mw: 2360, Đ: 1.02.

Om te bevestigen de volledige functionalization van het monster, werden exacte massa's gebruikt voor het analyseren van een geselecteerde individuele n-mer (26) (Figuur 14). De theoretische massa waarde van de 26-mer van poly(L-lactide), thiol beëindigd (M,n = 2500) correspondeert met 72.02113 × 26 (de massa van de herhaling eenheden) + 17.00274 (massa van de hydroxylgroep), 61.0112 (massa van ω-thiol eind groep) + 22.98922 (de massa van het natrium catie) = 1973.55254. De waargenomen massa waarde voor n = 26 is 1973.62 oftewel-0.07 Da afwijkt van de theoretische waarde. Een kleinere signaal is waargenomen bij 2045.74 die overeenkomt met 72.02113 × 27 (de massa van de herhaling eenheden) + 17.00274 (massa van de hydroxyl eind groep), 61.0112 (massa van ω-thiol eind groep) + 22.98922 (massa van de natrium-catie). De theoretische massa is 2045.57367 die een 0,17 verschil van de waargenomen massa. Deze kleine intensiteit, oneven Herhaal eenheid is een indicatie van verestering tijdens de opening van de polymerisatie van melkzuur ring. Een derde, is zeer kleine piek waargenomen bij 2057.73. Dit-0.14 is anders dan de theoretische massa van een poly(L-lactide) met een carbonzuur eind groep (in plaats van de thiol eind groep) met een theoretische massa van 72.02113 × 27 (de massa van de herhaling eenheden), 17.00274 (massa van de hydroxyl eind groep) + 73.02895 (massa Da van carbonzuur) + 22.98922 (massa van de natrium-catie) = 2057.59142. Deze extra kleine onreinheid is waarschijnlijk het gevolg van inleiding uit water tijdens de opening van de polymerisatie van het monomeer lactide ring.

De poly(L-lactide), thiol beëindigd (M,n = 2500) monster gehandhaafd zijn smalle distributie wanneer selectief matiemaatschappij door een thiol-een reactie (Figuur 15) met maleimide (Figuur 16). De spectra tentoongesteld de verwachte nb+ adducten natrium-trifluoroacetate te gebruiken als cationization agent en DHB als de matrix.

MALDI-TOF MS bevestigt de smalle verdeling van de poly(L-lactide), thiol beëindigd (M,n = 2500) na een thiol-een reactie met maleimide (Figuur 16). Met behulp van de vergelijkingen uit stap 4, analysesoftware werd gebruikt voor het berekenen van de volgende kenmerken van de polymeer: Mn: 2310, Mw: 2340, Đ: 1.01. Opgemerkt moet worden dat de daling van M,n en Mw ten opzichte van de grondstof te wijten aan ionisatie bias (één van de tekortkomingen van de MALDI-TOF MS is). Wanneer de wijziging van de grondstof die relatief kleine (~ 97 Da in deze specifieke wijziging) en de dispersiteit vermindert na wijziging, MALDI-TOF MS berekeningen met gemiddeld molecuulgewicht minder nauwkeurig kunnen worden.

Om te bevestigen de volledige functionalization van de poly(L-lactide), thiol beëindigd (M,n = 2500) met maleimide via een thiol-een reactie, exacte massa's werden gebruikt voor het analyseren van een geselecteerde individuele n-mer (26) (Figuur 17). De theoretische massa waarde van de 26-mer van poly(L-lactide) thiol beëindigd komt overeen met 72.02113 × 26 (de massa van de herhaling eenheden) + 17.00274 (massa van de hydroxyl eind groep), 158.02757 (massa van ω-thiol eind groep gekoppeld aan maleimide) + 22.98922 (massa van de natrium catie) = 2070.56891. De waargenomen massa waarde voor n = 26 is 2070.54 oftewel 0.03 Da afwijkt van de theoretische waarde. Dezelfde soort ioniserende met kalium is ook waargenomen bij 2086.49, hetgeen overeenkomt met een 0,05 Da verschil vorm de theoretische massa. Een zeer kleine piek is waargenomen bij 2167.58 die overeenkomt met 72.02113 × 28 (de massa van de herhaling eenheden) + 17.00274 (massa van de hydroxyl eind groep) + 72.02168 (massa van carboxylaat anion) + 22.98922 (massa van de natrium-catie), 38.96371 (massa van kalium catie). De theoretische massa is 2167.56844 die een-0.01 verschil van de waargenomen massa en is een indicatie van de dezelfde trace onreinheid van water inleiding die werd waargenomen in de grondstof. Dit polymeer vertoont ionisatie met één equivalent van natrium, een van kalium, en verlies van een proton. Het verlies van het carbonzuur proton en complexvorming met twee kationen is een gemeenschappelijke manier van ionisatie voor eenwaardige zure matiemaatschappij polymeren. Het is belangrijk op te merken dat één werkperiode wordt gefabriceerd in massa die wordt waargenomen voor de thiol-Ono reactieproducten treedt niet op bij deze carbonzuur-beëindigd compound die verder aangeeft dat het ontbrak de thiol eind groep te ondergaan van de reactie van de functionalization.

Figure 1
Figuur 1:3 x 3 grid voor monster verhouding vastberadenheid. Met behulp van een raster van 3 x 3 van monsters, kunnen de relatieve concentraties van cationization agent-analyt-matrix systematisch worden gevarieerd om een geoptimaliseerde monstervoorbereiding empirisch te bepalen. Dit wordt meestal gedaan door een bedrijf van de drie variabelen constant (15 µL van de oplossing van de analyt) terwijl het verhogen van het bedrag van de andere twee (cationization agent (y-as) en matrix (x-as)) onderdelen door een set veelvoud (3-voudig in het afgebeelde voorbeeld). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: MALDI-TOF MS doelwit plaat. De MALDI-TOF MS doelwit plaat is een metalen plaat die de MALD-TOF MS monsters in individuele putten voor analyse houdt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3: MALDI-TOF massa spectrum van Sample 1. Dit volledige spectrum toont de algemene verdeling van poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur (M,n= 5000) geïoniseerd met zowel nb+ en K+. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4: MALDI-TOF massa spectrum van een individuele herhalen eenheid van Sample 1. Dit spectrum toont een individuele herhalen eenheid van poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur (M,n = 5000) voor eind groep analyse. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5: reactie regeling voor wijziging van de Sample 1. Om te bevestigen de eindgroepen van de grondstof, was poly(ethylene glycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur reageerde met 2,4-dinitrofluorobenzene (ook bekend als Sanger-reagens). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6: MALDI-TOF massa spectrum van Sample 1 wijziging. Dit volledige spectrum toont de algemene verdeling van poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur (M,n = 5000) matiemaatschappij met 2,4-dinitrofluorobenzene. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7: MALDI-TOF massa spectrum van een individuele herhalen eenheid van monster 1modification. Om te bevestigen eind groep functionalization, toont dit spectrum een individuele herhalen eenheid van poly (ethyleenglycol) 2-aminoethyl ether azijnzuur (M,n = 5000) na reactie met 2,4-dinitrofluorobenzene. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 8
Figuur 8: MALDI-TOF massa spectrum van monster 2. Dit volledige spectrum toont de algemene verdeling van polyoxyethyleen bis(azide) (M,n = 2000) geïoniseerd met nb+ adducten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 9
Figuur 9: MALDI-TOF massa spectrum van een individuele herhalen eenheid voor monster 2. Dit spectrum toont een Herhaal maateenheid polyoxyethyleen BIB-azide (M,n = 2000) om te bevestigen eindgroepen Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 10
Figuur 10: reactie regeling voor monster 2 wijziging. Om te bevestigen de eindgroepen van de startende materiaal, polyoxyethyleen BIB-azide (M,n = 2000) werd gereageerd met 1-ethynyl-4-Fluorbenzeen via een koper-gekatalyseerde azide-alkyn cycloadditie (CuAAC). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 11
Figuur 11: MALDI-TOF massa spectrum van monster 2 wijziging. Dit volledige spectrum toont de algemene verdeling van polyoxyethyleen bis(azide) (M,n = 2000) matiemaatschappij met 1-ethynyl-4-Fluorbenzeen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 12
Figuur 12: MALDI-TOF massa spectrum van een individuele herhalen eenheid van monster 2 wijziging. Dit spectrum toont een afzonderlijke herhalen artikeleenheid polyoxyethyleen bis(azide) (M,n = 2000) reageerde met 1-ethynyl-4-Fluorbenzeen via koper gekatalyseerde azide-alkyn cycloadditie te bevestigen eind groep functionalization. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 13
Figuur 13: MALDI-TOF massa spectrum van monster 3. Dit volledige spectrum toont de algemene verdeling van poly(L-lactide), thiol beëindigd (M,n = 2500). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 14
Figuur 14: MALDI-TOF massa spectrum van een individuele herhalen eenheid van monster 3. Het spectrum toont een individuele herhalen eenheid van poly(L-lactide), thiol beëindigd (M,n = 2500) om te bevestigen eindgroepen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 15
Figuur 15: reactie regeling voor wijziging van de monster 3. Om te bevestigen de eindgroepen van de grondstof, de poly(L-lactide), de thiol beëindigd (M,n = 2500) werd gereageerd met maleimide via een thiol-een koppeling. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 16
Figuur 16: MALDI-TOF massa spectrum van monster 3 modificatie. Dit volledige spectrum toont de algemene distributie van het product van de reactie tussen poly(L-lactide), thiol beëindigd (M,n = 2500) en maleimide. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 17
Figuur 17: MALDI-TOF massa spectrum van een individuele herhalen eenheid van monster 3 modificatie. Om te bevestigen eind groep functionalization, toont dit spectrum een individuele herhalen eenheid van poly(L-lactide), thiol beëindigd (M,n = 2500) na de thiol-een reactie met maleimide. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

De Spectrometrie van de massa van de MALDI-TOF is een analytisch instrument van onschatbare waarde voor de karakterisering van het polymeer vanwege de mogelijkheid voor het genereren van polymeer ionen de afzonderlijk opgeladen en met minimale fragmentatie. Deze zachte ionisatie-techniek maakt gebruik van korte laserpulsen om solid-state monsters van de polymeer analyt ingesloten in een matrix voor het genereren van polymeer ionen in de gasfase samengestelde desorb. De macromoleculen zijn meestal geïoniseerd door complexvorming met kationen die zijn toegevoegd aan de matrix om hun analyse door massaspectrometrie. Deze macromoleculaire ionen zijn daarna versneld door de spanning van een extractie om hen te brengen in het veld-gebied van de vlucht-buis die kan hun m/z te bepalen op basis van hun time-of-flight tussen de ion-bron en de detector5 , 32.

Vergeleken met andere polymeer karakterisering technieken, is MALDI-TOF MS-spectra-kwaliteit sterk afhankelijk van de data acquisitie parameters en bereiding van de monsters. Hoewel er geen vaste formule voor de bereiding van de monsters is, zorgt inzicht in de functie van elke component van de bereiding van de monsters voor een snellere empirische optimalisatie. De belangrijkste factor in de bereiding van de monsters van de MALDI is selectie van de matrix, omdat de compatibiliteit van de matrix met de analyt polymeer is van cruciaal belang voor het toestaan van opgewonden matrix voor het genereren van één, gedesorbeerde macromoleculen in een geïoniseerd staat5, 15,17,19. Zodra de geschikte matrix en cationization agenten hebt geselecteerd, moet de juiste verhouding van de agent van de analyt, matrix, en cationization worden bepaald. Dit kan worden bereikt empirisch door het creëren van een tweedimensionaal raster van monsters (Figuur 1) op de MALDI-TOF MS doelwit plaat (Figuur 2) met toenemende matrix concentratie op één as en toenemende cationization agent concentratie op de andere.

Net als bij de bereiding van de monsters van de MALDI, er is geen vaste formule voor het bepalen van de data acquisitie parameters; echter, moeten bepaalde tendensen worden beschouwd voor het versnellen van de spectrale optimalisatie. Reflectron modus, die resolutie verhoogt maar totale signaal vermindert, wordt meestal gekozen voor lagere massa bereiken (in deze voorbeelden hieronder 4.000 Da) waar isotopische resolutie kan worden bereikt. In deze gevallen, werden exacte massa berekeningen en piek plukken methoden gebruikt. Voor de monsters van polymeer met massa's boven 4.000 Da, werd lineair modus gebruikt met gemiddelde massa berekeningen en piek plukken methoden. Ter verbetering van de resolutie van het signaal, de ion bron spanningen moeten worden aangepast in kleine stappen met de algemene tendens van grotere massa polymeren met een grotere spanning differentiële (IS1 versus IS2).

Tijdje geoptimaliseerd monstervoorbereiding en overname parameters kunnen precisie, massale nauwkeurigheid kan alleen worden bereikt door middel van effectieve kalibratie. De time-of-flight voor een bepaalde massa subtiel met betrekking tot de verwerving van de variabele parameters en zelfs plaat posities kan variëren, daarom een kalibratie moet worden uitgevoerd voor elke set van geoptimaliseerde overname parameters om de opbrengst van nauwkeurige massa vaststellingen5,30. Zodra de overname parameters en de bereiding van de monsters zijn geoptimaliseerd, moeten de spectra worden gekalibreerd met behulp van deze exacte dezelfde voorwaarden.

Vanwege de buitengewone resolutie en massale nauwkeurigheid waargenomen in de geoptimaliseerde MALDI-TOF massa spectra van polymeren, deze techniek uitgegroeid tot een waardevol gratis hulpmiddel voor het bepalen van polymeer massaverdeling gegevens. Haar vermogen om op te lossen van afzonderlijke herhalen eenheden binnen de verdeling van de massa polymeer biedt echter een bijzonder voordeel ten opzichte van andere polymeer p.a. eind groep karakterisering technieken zoals gelpermeatiechromatografie (GPC) en nucleaire magnetische resonantie (NMR). Dit is met name waardevol voor het bepalen van de trouw van eind groep functionalization reacties en de kwantitatieve aard van eind groep vervoegingen reacties. Dit manuscript is gebleken de mogelijkheid om op te lossen van de massa van individuele polymeer herhalen eenheden met maximaal twee decimalen punten van massale nauwkeurigheid, waardoor de bevestiging van einde groep wijzigingen met een hoge mate van vertrouwen. Met de aanzienlijke vooruitgang die onlangs zijn gedaan op het gebied van precisie polymeer synthese, MALDI-TOF MS wordt een steeds belangrijker instrument voor het bepalen van macromoleculaire structuur en functionaliteit.

Disclosures

De auteurs hebben financiële belang in verband met de sferische kalibranten gebruikt in deze studie.

Acknowledgments

De auteurs erkennen dat het slimme materialen ontwerp, analyse en verwerking consortium (SMATDAP) gefinancierd door de National Science Foundation onder samenwerkingsovereenkomst IIA-1430280 en de LA Raad van regenten voor een graduate fellowship (MEP). Polymeer monsters voor deze experimenten werden verstrekt door MilliporeSigma (Sigma-Aldrich).  Open Access publicatie van dit artikel wordt gesponsord door MilliporeSigma.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
polyoxyethylene bis(azide) (Mn=2000) MilliporeSigma (Aldrich) 689696 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/689696?lang=en&region=US
poly(ethylene glycol) 2-amino-ethyl ether acetic acid (Mn= 5000) MilliporeSigma (Aldrich) 757918 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/757918?lang=en&region=US
poly(L-lactide), thiol terminated (Mn=2500) MilliporeSigma (Aldrich) 747386 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/747386?lang=en&region=US
SpheriCal®  peptide low MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) PFS20 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs20?lang=en&region=US
SpheriCal®  peptide medium MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) PFS21 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs21?lang=en&region=US
SpheriCal®  peptide high MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) PFS22 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs22?lang=en&region=US
2,4 dinitrofluorobenzene TCI A5512
maleimide MilliporeSigma (Aldrich) 129585 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/129585?lang=en&region=US
1-ethynylfluorobenzene  Fisher Scientific 766-98-3
triethylamine MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) 471283 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/471283?lang=en&region=US
N,N,N',N",N"-pentamethyldiethylenetriamine MilliporeSigma (Aldrich) 369497 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/369497?lang=en&region=US
Copper(I)Bromide MilliporeSigma (Aldrich) 254185 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/254185?lang=en&region=US
glacial acetic acid Fisher Scientific A38212
sodium metabisulfite MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) 13459 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/13459?lang=en&region=US
potassium trifluoroacetate MilliporeSigma (Aldrich) 281883 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/281883?lang=en&region=US
trans-2-[3-(tert-butylphenyl)-2-methyl-2-properylidene]malononitrile MilliporeSigma (Aldrich) 727881 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/727881?lang=en&region=US
a-cyano-4-hydroxycinnamic acid MilliporeSigma (Sigma) C8982 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/c8982?lang=en&region=US
tetrahydrofuran Fisher Scientific T425-1
dichloromethane VWR Analytical BDH1113-4LG

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wu, K. J., Odom, R. W. Peer Reviewed: Characterizing Synthetic Polymers by MALDI MS. Anal. Chem. 70, 456A-461A (1998).
  2. Lowe, A. B. Thiol-ene "click" reactions and recent applications in polymer and materials synthesis: a first update. Polym. Chem. 5, 4820-4870 (2014).
  3. Shi, Y., Cao, X., Gao, H. The use of azide-alkyne click chemistry in recent syntheses and applications of polytriazole-based nanostructured polymers. Nanoscale. 8, 4864-4881 (2016).
  4. Lutz, J. F. 1,3-dipolar cycloadditions of azides and alkynes: a universal ligation tool in polymer and materials science. Angew. Chem. Int. Ed. 46, 1018-1025 (2007).
  5. Montaudo, G., Samperi, F., Montaudo, M. S. Characterization of synthetic polymers by MALDI-MS. Prog. Polym. Sci. 31, 277-357 (2006).
  6. Weidner, S. M., Trimpin, S. Mass spectrometry of synthetic polymers. Anal. Chem. 80, 4349-4361 (2008).
  7. Zhu, H., Yalcin, T., Li, L. Analysis of the accuracy of determining average molecular weights of narrow polydispersity polymers by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. J. Am. Soc. Mass Spectr. 9, 275-281 (1998).
  8. 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. 43, 10152-10156 (2010).
  9. Liu, J., Loewe, R. S., McCullough, R. D. Employing MALDI-MS on poly(alkylthiophenes): analysis of molecular weights, molecular weight distributions, end-group structures, and end-group modifications. Macromolecules. 32, 5777-5785 (1999).
  10. Zhang, B., et al. Determination of polyethylene glycol end group functionalities by combination of selective reactions and characterization by matrix assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. Anal. Chim. Acta. 816, 28-40 (2014).
  11. 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-TOF mass spectrometry. J. Mass Spectrom. 45, 587-611 (2010).
  12. Enjalbal, C., et al. MALDI-TOF MS analysis of soluble PEG based multi-step synthetic reaction mixtures with automated detection of reaction failure. J. Am. Soc. Mass Spectr. 16, 670-678 (2005).
  13. Laurent, B. A., Grayson, S. M. An efficient route to well-defined macrocyclic polymers via "click" cyclization. J. Am. Chem. Soc. 128, 4238-4239 (2006).
  14. Owens, K. G., Hanton, S. Conventional MALDI sample preparation. Maldi Mass Spectrometry for Synthetic Polymer Analysis. Li, L. , John Wiley & Sons, Inc. 129-158 (2009).
  15. Hanton, S. D. Mass spectrometry of polymers and polymer surfaces. Chem. Rev. 101, 527-570 (2001).
  16. Samperi, F., Montaudo, G., Montaudo, M. S. Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry of polymers (MALDI-MS). Mass Spectrometry of Polymers. Montaudo, G., Lattimer, R. P. , CRC Press. Ch. 10 419-500 (2001).
  17. Nielen, M. W. F. Maldi time-of-flight mass spectrometry of synthetic polymers. Mass Spectrom. Rev. 18, 309-344 (1999).
  18. NIST, Synthetic Polymer MALDI Recipes Search Form. , Available from: http://maldi.nist.gov/ (2014).
  19. Hanton, S. D., Owens, K. G. Polymer MALDI sample preparation. Mass Spectrometry in Polymer Chemisty. Barner-Kowollik, C., Gründling, T., Falkenhagen, J., Weidner, S. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. 119-147 (2011).
  20. Vestal, M. L., Juhasz, P., Martin, S. A. Delayed extraction matrix-assisted laser desorption time-of-flight mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 9, 1044-1050 (1995).
  21. Kaufmann, R., Spengler, B., Lutzenkirchen, 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 Commun. Mass Sp. 7, 902-910 (1993).
  22. 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, 45 (1973).
  23. Belu, A. M., DeSimone, J. M., Linton, R. W., Lange, G. W., Friedman, R. M. Evaluation of matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry for polymer characterization. J. Am. Soc. Mass Spectr. 7, 11-24 (1996).
  24. Kaufmann, R., Chaurand, P., Kirsch, D., Spengler, B. Post-source decay and delayed extraction in matrix-assisted laser desorption/ionization-reflectron time-of-flight mass spectrometry. Are there trade-offs? Rapid Commun. Mass Sp. 10, 1199-1208 (1996).
  25. 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 Spectr. 25, 303-309 (2014).
  26. McEwen, C. N., Larsen, R. S. Accurate mass measurement of proteins using electrospray ionization on a magnetic sector instrument. Rapid Commun. Mass Sp. 6, 173-178 (1992).
  27. Anacleto, J. F., Pleasance, S., Boyd, R. K. Calibration of ion spray mass spectra using cluster ions. J. Mass Spectrom. 27, 660-666 (1992).
  28. Fales, H. M. Calibration of mass ranges up to m/z 10,000 in electrospray mass spectrometers. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 10, 273-276 (1999).
  29. Hop, C. E. C. A. Generation of high molecular weight cluster ions by electrospray ionization; implications for mass calibration. J. Mass Spectrom. 31, 1314-1316 (1996).
  30. Xiang, B., Prado, M. An accurate and clean calibration method for MALDI-MS. J. Biomol. Tech. 21, 116-119 (2010).
  31. 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, 6225-6228 (2010).
  32. Zenobi, R. Ionization processes and detection in MALDI-MS of polymers. MALDI Mass Spectrometry for Synthetic Polymer Analysis. Li, L. , John Wiley & Sons, Inc. 9-26 (2009).

Tags

Chemie kwestie 136 chemie polymeer massaspectrometrie polymeer analyse polymeer karakterisering eind groep analyse tijd van de vlucht gegevensanalyse laser matrix-bijgewoonde desorptie ionisatie
Karakterisering van synthetische polymeren via Matrix bijgestaan Laser desorptie ionisatie tijd van de Spectrometrie van de massa van de vlucht (MALDI-TOF)
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Payne, M. E., Grayson, S. M.… More

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, doi:10.3791/57174 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter