JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0폴리머 분석 시스템 | 제품

기능

◆ 재생 버튼을 클릭하면 영상(약 4분)이 재생됩니다. ◆

폴리머 분석에 적합한 MALDI-TOFMS

JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0은 JEOL의 독점 SpiralTOF 이온 광학 시스템을 사용하는 초고질량 분해능과 고감도를 갖춘 매트릭스 지원 레이저 탈착/이온화 비행 시간형 질량 분석기(MALDI-TOFMS)입니다. 높은 질량 분해능, 높은 질량 정확도, 넓은 동적 범위로 인해 합성 폴리머 분석에 이상적입니다.
합성 폴리머는 다분산성으로 몰 질량 분포가 있습니다. 결과적으로 다양한 말단기를 가진 호모폴리머와 코폴리머는 매우 복잡한 혼합물입니다. 따라서 합성 폴리머를 분석하기 위해 광범위한 질량 범위에서 초고질량 분해능을 유지하는 것이 중요합니다. 또한 주요 성분과 기타 원치 않는 간섭에서 미량 성분을 분리하는 것도 중요합니다. 에너지 필터링 전기 섹터로 구성된 SpiralTOF™-plus 3.0 이온 광학은 사후 소스 붕괴(PSD)에서 파생된 화학적 노이즈를 제거하고 다른 샘플 성분에서 미량 성분을 분리합니다. 합성 폴리머 분석에는 광범위한 질량 범위와 낮은 화학적 노이즈를 가진 광범위한 동적 범위에서 높은 질량 분해능이 필요합니다. SpiralTOF™-plus 3.0은 두 가지 요구 사항을 모두 충족합니다. SpiralTOF™-plus 3.0으로 얻은 폴리머 질량 스펙트럼은 매우 복잡하고 많은 양의 정보를 포함하므로 수동으로 분석하는 것이 비현실적입니다. 해결책은 최첨단 폴리머 분석 소프트웨어인 msRepeatFinder입니다.

MALDI-TOFMS 성능의 새로운 기준 수립

ToF 질량 분석기의 질량 분해능과 질량 정확도를 향상시키려면 동일한 이온 그룹을 유지하면서 비행 거리를 확장해야 합니다. m / z (이온 패킷) 공간에서 발산합니다.
혁신적인 SpiralTOF 이온 광학 장치는 "완벽한 포커싱" 및 "멀티 턴" 원칙을 기반으로 JEOL에서 개발했습니다. 이온 패킷은 비행 중 모든 고정된 거리(즉, 각 XNUMX자 궤적)에서 공간에 다시 초점을 맞춥니다. 따라서 확장된 비행 거리 후에도 이온 패킷이 감지면에서 발산하지 않아 높은 질량 분해능, 높은 질량 정확도 및 높은 이온 투과율을 달성합니다.

펩타이드 표준 혼합물로 관찰된 질량 분해능.

매트릭스 크리스탈의 감소된 지형 효과

매트릭스 결정의 지형적 영향으로 인해 이온의 비행 시작 위치가 달라지고 결과적으로 비행 시간이 달라집니다. 기존 이온 광학 시스템에서는 이러한 시간 차이로 인해 질량 분해능이 저하되고 외부 질량 교정을 통해 얻은 질량 정확도도 저하됩니다. 확장된 비행 거리를 통해 JMS-S3000은 이러한 효과를 최소한으로 줄이고 외부 질량 교정을 통해 재현성이 높은 질량 분해능과 높은 질량 정확도를 달성합니다.

이것의 또 다른 결과는 고르지 않을 가능성이 있는 큰 표본 표면에 걸쳐 많은 수의 질량 스펙트럼이 획득되는 생물학적 표본의 영상 분석을 위해 높은 질량 분해능과 질량 정확도가 유지될 수 있다는 것입니다.

넓은 다이내믹 레인지 달성

스파이럴TOF^TM-plus 3.0은 TOF 신호 처리를 위해 14비트 ADC(아날로그-디지털 변환기)를 사용하여 넓은 동적 범위를 구현했습니다. 이를 통해 약 4자리 크기의 이온 강도 차이가 있는 피크를 동시에 감지할 수 있습니다. 또한 기존의 벌크 시료 측정에 더해 질량 분석 이미징 측정에서도 미량 성분 분석이 쉬워졌습니다. 아래는 폴리에틸렌옥사이드와 폴리프로필렌옥사이드를 1,000:1 비율로 혼합한 측정예입니다. 폴리머 분석의 경우 Kendrick Mass Defect(KMD) 분석과 결합하면 다른 방법으로는 검출하기 어려운 미량 성분을 분석하는 것이 가능합니다. 아래 예에서는 미량 성분인 PPO가 검출되었으며, 평균 분자량 등을 계산할 수 있었습니다.

폴리에틸렌 옥사이드와 폴리프로필렌 옥사이드의 비율이 1,000:1인 혼합물의 질량 스펙트럼.

나선형 모드의 확장된 질량 범위

새로운 SpiralTOF^TM-plus 3.0은 나선형 모드의 질량 범위를 m/z 30,000에서 m/z 50,000까지 확장하여 고분자량 폴리머에 대한 보다 정확한 분석이 가능해졌습니다.

나선형 모드, 폴리(스티렌)(PS) 10kDa, 20kDa 및 40kDa 혼합물에 대한 양이온 질량 스펙트럼

TOF-TOF 옵션 및 Linear TOF 옵션의 특징 및 용도

TOF-TOF 옵션

기능

최초의 MS로 SpiralTOF 이온 광학을 채택함으로써 높은 전구체 이온 선택성을 실현할 수 있습니다. 전구체 이온의 단동위원소 피크는 적절하게 선택할 수 있습니다.
고에너지 충돌 유도 해리(HE-CID)를 통해 구조 정보가 풍부한 제품 이온 질량 스펙트럼을 얻을 수 있습니다.
JEOL의 독점적인 오프셋 포물선 반사 기술을 사용하면 m/z 5부터 전구 이온까지 모든 생산 이온 정보를 수집하여 신뢰성 높은 구조 정보를 생성할 수 있습니다.

용법

유기화합물의 구조해석에서 HE-CID로 구한 구조정보 외에 부가이온을 결정함으로써 Spiral 모드에서 정확한 질량을 이용한 조성결정의 정확도를 높일 수 있다.
펩타이드의 아미노산 서열을 규명함에 있어 HE-CID의 특징으로 류신, 이소류신 등의 구조적 이성질체를 구별하는 것이 가능하다. Immonium 이온의 유무에 따라 펩타이드의 아미노산 유무를 확인하는 것도 가능합니다.
첨가제, 계면 활성제 및 지질의 분석을 위해서는 알킬 사슬의 구조 분석이 중요합니다. HE-CID를 사용하면 알킬 사슬 길이와 이중 결합의 위치를 추정할 수 있습니다.
고분자의 구조 분석을 위해서는 product ion 질량 스펙트럼을 통해 이온 종류(adduct ion)와 말단기의 질량을 확인할 수 있습니다. 이 정보를 나선형 모드의 원소 조성 정보와 함께 사용하면 구조 규명에 대한 정확도가 더욱 향상될 수 있습니다.

폴리(옥시프로필렌)의 생성물 이온 질량 스펙트럼

선형 TOF 옵션

기능

Linear TOF 옵션에서 이온은 영향을 받지 않고 이온 소스에서 검출기로 이동합니다.
이온이 비행 중에 PSD(포스트 소스 붕괴)를 겪을 때 생성된 조각 이온과 중성 이온은 조각화 전과 동일한 속도로 계속해서 비행합니다. 따라서 선형 모드 질량 스펙트럼에서는 조각화되지 않은 이온과 동일한 신호로 감지됩니다. 결과적으로, PSD를 받기 쉬운 고분자량 화합물은 선형 모드를 사용하여 고감도로 측정할 수 있습니다.
Spiral 및 Linear 모드의 조합은 측정할 수 있는 분석물의 범위를 더욱 확장합니다.

용법

폴리머의 분자량 분포 스크리닝에 유용합니다.
수천에서 수만까지 다양한 질량을 가진 고분자 시료의 분자량 분포 및 다분산도를 계산할 수 있습니다.
온전한 단백질 등 분자량이 10,000 Da 이상인 대용량 시료를 고감도로 측정할 수 있습니다.
단백질, 다당류 등 PSD가 발생하기 쉬운 시료의 고감도 측정이 가능합니다.

폴리(스티렌) 40K, 100K 및 200K의 질량 스펙트럼

JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0은 폴리머 분석에 이상적입니다.

말단기가 다른 폴리머 또는 코폴리머의 혼합물을 기반으로 하는 산업용 폴리머 재료에는 다양한 화합물이 포함되어 있습니다. 넓은 질량 범위에서 초고질량 분해능이 요구되는 전체 그림을 파악하려면 모든 구성 요소를 감지해야 합니다. 또한 고기능성을 위해 여러 종류의 폴리머와 미량 첨가제가 혼합되어 있기 때문에 모재뿐만 아니라 미량 성분까지 검출하는 것이 중요합니다.
넓은 동적 범위와 넓은 질량 범위에 걸친 초고 질량 분해능을 갖춘 SpiralTOF™-plus 3.0은 이러한 요구 사항을 충족하는 솔루션입니다.
SpiralTOF 이온 광학의 주요 기능인 사후 소스 붕괴(PSD) 파생 이온 제거도 명확한 질량 스펙트럼 분석에 크게 기여합니다.
고기능성과 재활용성으로 인해 최근 점점 복잡해지고 있는 고분자 분석을 위한 가장 효과적이고 독창적인 솔루션을 제공합니다.

폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 질량 스펙트럼(m / z 2,000 – 9,000)

고분자의 말단기 분석

JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0으로 측정한 질량 스펙트럼에 msRepeatFinder를 적용하면, 말단기가 다른 호모폴리머 혼합물을 분리하고 그룹화할 수 있습니다. 말단기의 구성을 지정하여 KMD 플롯의 점을 검색하고 그룹화할 수도 있습니다. 상대 이온 강도와 폴리머 지수 값은 표에 표시된 대로 그룹화된 시리즈에 대해 계산됩니다.
아래 예에서 KMD 플롯은 끝 그룹이 서로 다른 시리즈가 XNUMX개 이상 있음을 보여줍니다. KMR(Kendrick Mass Remainder) 플롯을 사용하여 실제로 XNUMX개의 계열이 있음을 확인할 수 있습니다.

말단 그룹이 다른 폴리에틸렌 옥사이드 혼합물의 MALDI 질량 스펙트럼, KMD 플롯 및 KMR 플롯

	강도의 합	강도의 합(%)	번호 평균 분자의 무게	체중 평균 분자의 무게	분산	단위체	그룹 종료 α	그룹 종료 ω	부가물 이온	요금	번호 평균 학위 중합	체중 평균 학위 중합	분산 (정도 중합)
1	826378	61.26	1092.769	1109.324	1.015	C2H4O	H	OH	Na	1	23.89	24.28	1.016
2	239802	17.78	1434.544	1453.005	1.013	C2H4O	C12H25	OH	Na	1	27.832	28.323	1.018
3	174958	12.97	1347.449	1365.068	1.013	C2H4O	C16H33	OH	Na	1	24.581	25.079	1.02
4	90119	6.68	1371.922	1387.459	1.011	C2H4O	C18H37	OH	Na	1	24.5	24.949	1.018
5	17689	1.31	1280.546	1291.183	1.008	C2H4O	C18H35	OH	Na	1	22.47	22.783	1.014

정확한 질량 측정 및 MS/MS 측정(생성 이온 질량 스펙트럼)을 통한 말단기 구조 규명

msRepeatFinder는 측정된 정확한 질량에서 이온의 원소 조성을 결정할 수 있습니다. ④족 말단족의 원소 조성에 대한 결과를 나타낸다. 4개의 후보는 동일한 원소 조성을 갖지만 중합도가 다릅니다. 생성 이온 질량 스펙트럼에서 얻은 정보는 후보를 좁히는 데 사용됩니다. 피크일 때 m / z 생성물 이온 질량 스펙트럼에서 도 23을 참조하면, 전구체 이온은 Na 부가 이온으로 인식된다. 특성 중립 손실은 한쪽 끝 그룹의 크기가 약 254u인 반면 다른 쪽 끝 그룹의 크기는 상대적으로 작다는 것을 나타냅니다. 결과적으로, 우리는 C의 말단기가 있는 폴리에틸렌 옥사이드라고 추정할 수 있었습니다.₁₈H₃₇/오.

그렇지 않습니다.	말단기 구성 공식	단위체	n	부가 이온	질량	DBE	질량 오류 (모듈러스; mDa)	질량 오류 (mDa)	질량 오류 (모듈러스; ppm)	질량 오류 (ppm)
1	C16H34	C2H4O	22	Na	1217.83200	-0.5	2.2767	-2.2767	1.8695	-1.8695
2	C18H38O	C2H4O	21	Na	1217.83200	-0.5	2.2767	-2.2767	1.8695	-1.8695
3	C20H42O2	C2H4O	20	Na	1217.83200	-0.5	2.2767	-2.2767	1.8695	-1.8695
4	C22H46O3	C2H4O	19	Na	1217.83200	-0.5	2.2767	-2.2767	1.8695	-1.8695

④ 그룹의 생성물-이온 질량 스펙트럼 및 RKM 플롯

공중 합체 분석

두 개 이상의 단량체 종으로 구성된 공중합체를 분석하려면 높은 질량 분해능을 사용하는 것이 중요합니다.JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0은 질량 스펙트럼에서 많은 등압 이온 피크(명목 질량은 같지만 정확한 질량은 다름)를 분리할 수 있습니다.공중합체의 질량 스펙트럼은 복잡하기 때문에 피크를 하나씩 할당하는 것은 실용적이지 않습니다.msRepeatFinder를 사용한 KMD 분석을 통해 중합체 종의 분포를 시각화할 수 있습니다.아래는 EO-PO 블록 공중합체의 분석 예입니다.확대된 질량 스펙트럼은 0.03u 미만 떨어진 피크가 높은 질량 분해능으로 명확하게 분리되었음을 보여줍니다.KMD 플롯(기본 단위: PO)을 사용하여 질량 스펙트럼을 시각화하면 수평축에 PO 분포, 대각선 방향에 EO 분포를 반영하는 격자가 보입니다.
또한 Fraction Base KMD 플롯은 기존 KMD 플롯보다 폴리머 계열을 더 명확하게 시각화합니다.

EO-PO 블록 공중합체의 질량 스펙트럼

KMD 플롯(왼쪽) / 분수 기준 KMD 플롯(오른쪽)

KMD 플롯의 패턴에서 이원 공중합체에 포함된 두 단량체의 비율 또는 공중합체의 합성 과정의 차이를 알 수 있습니다. 다음은 평균 분자량이 거의 동일한 두 EO-PO 공중합체의 질량 스펙트럼 및 KMD 플롯(기본 단위: PO)입니다. PO-EO-PO 블록 공중합체의 질량 스펙트럼 및 KMD 플롯에서 소량의 PO 단독 중합체가 검출되었습니다. 이는 무작위로 중합된 EO-PO 공중합체의 잔류 EO 또는 PO 단독 중합체가 공중합체 합성 과정을 고려할 때 있을 가능성이 거의 없기 때문에 이 샘플이 블록 공중합체라는 증거 중 하나로 간주됩니다.

한편, EO-PO 랜덤 공중합체의 경우, KMD 플롯은 EO 단량체의 수치 분포가 넓은 것을 보여준다. 또한 말단기를 지정하여 DP(중합도) 플롯을 생성할 수 있으며 EO와 PO의 몰비와 중량비를 계산할 수 있습니다. PO-EO-PO 블록 공중합체의 중량비는 발표된 값과 잘 일치합니다. EO/PO 비가 공개되지 않은 EO/PO 랜덤 공중합체의 EO/PO 조성비를 추정할 수 있다.

EO-PO 랜덤 공중합체 및 PO-EO-PO 블록 공중합체의 질량 스펙트럼

EO-PO 랜덤 공중합체와 PO-EO-PO 블록 공중합체의 중첩된 KMD 플롯

EO-PO 랜덤 공중합체의 DP 플롯

몰비 %		와이트 비율 %
EO	PO	EO	PO
79.8	20.2	75.0	25.0

EO-PO 블록 공중합체의 DP 플롯

몰비 %		와이트 비율 %
EO	PO	EO	PO
46.8	53.2	40.1	59.9

2개의 폴리머 샘플의 시차 분석

고분자 시료의 말단기 및 분자량 분포의 차등 분석은 시료의 분해, 생산 로트의 차이, 합성 공정의 차이를 확인하는데 매우 중요합니다. msRepeatFinder(옵션)는 두 샘플의 차등 분석을 수행할 수 있습니다. 다음은 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 분해 분석에 사용된 응용 예입니다. 왼쪽 하단은 분해 전후의 질량 스펙트럼을 보여줍니다. 분해 전에는 고리형 올리고머, 분해 후에는 COOH/COOH 말단기를 갖는 계열이 각각 주요 성분으로 관찰되었다. 미분 분석을 수행할 때 각 샘플은 세 번 측정되었습니다. 오른쪽 하단은 KMD 플롯에 표시된 미분 분석 결과입니다. 빨간색은 분해 전 더 강한 피크를 나타내고 녹색은 분해 후 더 강한 피크를 나타냅니다. 또한 두 표본 간에 통계적 유의성이 다른 성분을 확인하기 위해 화산 플롯을 생성할 수 있습니다.

분해 전후 PET 샘플의 질량 스펙트럼

미분 분석 결과의 KMD 플롯

미분 분석 결과의 화산 플롯

msRepeatFinder(옵션)

Kendrick Mass Defect(KMD) 플롯과 KMR(Kendrick Mass Remainder) 플롯은 복잡한 질량 스펙트럼에서 폴리머 재료에 포함된 폴리머 종과 말단기를 추정하고 이들의 정체를 명확히 하는 데 사용됩니다. 또한, 두 시료 간의 차분 분석 기능은 시료의 열화, 로트 간 차이, 합성 과정의 차이를 검증하는 데 효과적입니다.

msRepeatFinder 폴리머 분석 소프트웨어

진화하는 질량 영상 분석

MALDI MS 이미징은 처음에 단백질 및 펩티드와 같은 고분자량 화합물에 초점을 맞추기 위해 개발되었습니다. 그러나 MALDI MS 이미징의 적용이 확대되면서 지질, 의약품 및 의약품 대사 산물과 같은 더 작은 분자를 포함하도록 관심이 이동했습니다. 기존의 MALDI - 반사체 TOFMS는 매트릭스 신호와 소분자 신호를 구별하기 어렵습니다. MALDI MS 이미징의 경우 표본 표면에 있는 원치 않는 분자의 신호가 종종 표적 분석 물질의 신호를 방해합니다. 신뢰할 수 있는 표적 분석물 공간 분포를 얻으려면 높은 질량 분해능을 통한 높은 선택성이 필수적입니다. 또한 넓은 면적과 불균일한 시료 표면을 측정하는 경우에도 높은 질량 분해능과 질량 정확도를 장기간 유지하는 것이 중요합니다. SpiralTOF™-plus 3.0은 시료 표면의 불균일성으로 인한 질량 분해능 손실을 최소화하기 위해 초고질량 분해능과 긴 비행 거리로 이미징 요구 사항을 충족하는 유일한 MALDI-TOFMS입니다. 또한 고속 질량 이미징 분석도 지원합니다.

FINE-AI 필터: AI(머신러닝) 기술을 활용한 노이즈 필터링

당사의 최신 MS 이미징 데이터 처리 소프트웨어 msMicroImagerTM 버전 3(옵션)에는 AI(머신 러닝)를 사용한 노이즈 필터링 기술인 FINE-AI 필터가 탑재되었습니다. 이 새로운 FINE-AI 필터는 주사전자현미경(SEM)용으로 개발된 JEOL LIVE-AI(Live Image Visual Enhancer-AI) 기술에서 비롯되었습니다. 이 기술은 MS 이미징에 다시 최적화되어 구현되어 이미지 품질을 크게 향상시켰습니다. MS 이미지.

폴리머의 질량 분석 이미징

질량 분석 이미징은 폴리머에 적용될 수 있습니다. PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)에 Irgafos 168(BASF) 및 Irganox 1010(BASF)이라는 두 가지 항산화제를 추가하여 두 개의 스폿을 준비합니다. 자외선 조사는 올바른 지점에만 수행되었으며 그 열화는 질량 분석 이미징을 사용하여 시각화되었습니다. 폴리머의 경우 폴리머와 첨가제의 양적 변화를 시각화할 수 있습니다. 평균 분자량 및 다분산도의 변화를 포착하는 것도 가능합니다.

PMMA, Irgafos 168 및 Irganox 1010의 MS 이미징

JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0 질량 분석 이미징 시스템(옵션)

JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0 질량 분석 이미징 시스템

인터뷰

인터뷰 11
폴리머를 보이게 하고 싶습니다

사토 히로아키: 박사
국립산업과학기술원(AIST) 지속가능화학연구소 부소장

Sato 박사는 30년 동안 질량 분석기의 발전에 긴밀히 동행해 왔습니다. 그는 최첨단 질량 분석기를 최대한 활용하여 폴리머 세계에서 무슨 일이 일어나고 있는지 명확히 해왔습니다. 그의 지식과 평가 방법은 화학 산업에 새로운 힘을 줄 것입니다.

카탈로그 다운로드

MALDI: JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0 매트릭스 지원 레이저 탈착/이온화 ToF 질량 분석기

어플리케이션

더 많은 정보

JEOL 기기 기본 사항

메커니즘에 대한 쉬운 설명과
JEOL 제품의 응용