온플레이트 알칼리 분해 및 SpiralTOF™ 분석에 따른 고분자량 폴리(3-하이드록시부티레이트-co-3-하이드록시발레레이트) 코폴리에스터에 대한 분획 기본 KMD 플롯 [MALDI 응용 프로그램]
엠에스팁 No.284
개요
고분자량 폴리머는 고유한 높은 분산성으로 인해 종종 MS-silent입니다(ĐM) 또는 낮은 분해능으로 높은 질량 범위에서 검출됩니다. 고분해능 질량 분석법(HRMS)은 실제로 반복 단위 및/또는 말단기의 특성 또는 동중원소 화합물의 분리에 대한 명확한 평가를 위해 낮은 질량 범위(< 3000 Da)로 제한됩니다. 따라서 긴 산업용 폴리에스테르 사슬을 MALDI-HRMS에 적합한 짧은 올리고머로 절단하기 위해 폴리머의 1분의 XNUMXng로 MALDI 타겟에서 샘플 전처리로 "온플레이트" 알칼리성 분해가 개발되었습니다[XNUMX]. msRepeatFinder의 "fraction base" 옵션을 사용하여 구성 맵을 생성하는 적절한 분해능 강화 Kendrick 질량 결함(KMD) 분석을 통해 관련 질량 스펙트럼의 복잡성을 크게 줄일 수 있습니다.
실험
폴리(3-하이드록시부티레이트-co-3-하이드록시발레레이트)(PHBV, 12mol% 3HV, Mn= 1.4 × 105 g 몰-1, 디제이M=2.5)는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA) 제품이었고 다른 모든 화학 물질과 용매는 별도의 언급이 없는 한 FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation 제품이었습니다. PHBV 1μL(1mg/mL -1 in THF)를 일회용 MALDI 타겟 플레이트(Hudson Surface Technology, NJ, USA)에 드롭 캐스팅했습니다. 1 mg/mL의 메탄올-d4 중 수산화나트륨 10 μL-1 추가로 침전시키고 공기 건조시켰다. 과량의 알칼리 시약을 증류수로 세척하였다. 1 mg/mL의 THF에서 2,4,6-trihydroxyaceto-phenone(Protea Biosciences, WV, USA) 20 μL -1 샘플 현장에 적용되었습니다. JMS-S3000 SpiralTOF™ 질량 분석기로 질량 스펙트럼을 기록했습니다. 플롯은 msTornado™를 사용하여 내보낸 피크 목록에서 msRepeatFinder 3.0을 사용하여 계산되었습니다.
MS 및 일반 KMD 분석
PHBV의 알칼리성 온플레이트 분해는 MALDI-MS에서 쉽게 감지되는 최대 1개의 짧은 코폴리에스터 시리즈를 방출합니다[XNUMX]. (1A). 말단 그룹의 변화, 하나의 주어진 계열 내 3HB 및 3HV 함량 및 동위원소 패턴으로 인해 피크 지정은 질량 스펙트럼이나 일반 KMD 플롯[2]에서 계열 중첩으로 사소하지 않습니다(그림 1B).
그림 1. (A) 온플레이트 분해 후 고분자량 PHBV의 MALDI spiralTOF™ 질량 스펙트럼(삽입: 검출된 주 이온 계열 I-VI). (B) 전체 규모 일반 KMD 플롯(기준: C4H6O2, 3HB).
"원샷" 해상도 향상 KMD 분석
응축된 일반 KMD 플롯과 달리, 다른 이온 계열은 0.5HB/0.5로 계산된 fraction base KMD 플롯에서 KMD의 전체 범위(-3에서 135까지)를 포함합니다(Fig. 2) [삼]. 하나의 클러스터 내에서 포인트는 3HB(수평 정렬, 기본 단위) 및 3HV(사선 정렬)의 내용에 따라 다르며 동위 원소 구성은 클러스터마다 다릅니다(12C 또는 13Cx, Fig. 2 색상 코딩 포함). 따라서 질량 스펙트럼에서 검출된 모든 피크는 빠른 할당을 위해 유리하게 분리되거나 그룹화됩니다.
그림 2. msRepeatFinder를 사용하여 분수 기본 단위 3HB/135를 사용하는 "Fraction base" KMD 플롯.
"순차적" 해상도 향상 KMD 분석 [4]
계열 I과 V는 이전 분수 기준 KMD 플롯에서 거의 겹칩니다(Fig. 2) 그들의 분리/격리를 방지합니다. 이 문제를 피하기 위해 단일 동위원소 클러스터가 추출됩니다(그룹화 모드, 3A) 시각화를 향상시키기 위해 다른 점은 숨겨집니다(그림 3B). 3개의 단일 동위원소 이온 계열은 분수(117HB/XNUMX, 3C). 모든 점은 완전히 분리되어 단일동위원소 공올리고머(12C) 3HB(수평 정렬) 및 3HV(비스듬한 정렬, 삽입된 구조)에서 콘텐츠가 다양합니다.
그림 3. msRepeatFinder를 사용한 순차적 "분수 기반" KMD 분석.
대체 데이터 처리: 탈동위원소 질량 스펙트럼(msTornado™)
전체 데이터 세트를 사용하면 마이너 이온 계열이 누락될 위험이 줄어들지만 동위원소는 주어진 공중합 계열에 대해 여러 클러스터로 데이터 처리를 복잡하게 만듭니다.Fig. 2). 대신 시각화를 단순화하기 위해 msTornado™를 사용하여 질량 스펙트럼을 자동으로 탈동위원소화할 수 있습니다. 그러나 탈동위원소화에도 불구하고 일반 KMD 플롯은 여전히 이온 계열을 분리하지 못합니다(4A). 대신, 다른 분수 단위 3HB/92(그림 4B)는 단일 플롯에서 1개의 공중합 이온 계열을 크게 분리하여 탁월한 가시성으로 공동 올리고머를 신속하게 선택/할당할 수 있도록 합니다[135]. 분획 기준은 분리 필요성이 다르기 때문에 이전 사례(117 또는 92에서 3)와 다릅니다(3HB, 5HV 및 말단 그룹의 함량만, 동위원소 없음)[XNUMX].
그림 4. msRepeatFinder를 사용한 탈동위원소 질량 스펙트럼의 (A) 일반 및 (B) 분수 기본 KMD 플롯(3HB/92).
결론
다른 KMD 플롯은 시각화 요구 사항(예: 13C 동위원소, 말단기, 공동단량체 함량 또는 이들의 조합). 온플레이트 알칼리성 분해(고분자량 시료에 대한 시료 전처리) 및 msRepeatFinder 필터링 기능(데이터 처리)을 사용하는 "분획 기반 KMD" 분석은 수많은 공중 합체 데이터 세트에 적합한 매우 다양한 도구입니다.
감사의 글
이 애플리케이션 노트는 국립 산업 과학 기술 연구소(AIST) 지속 가능한 화학 연구소의 사야카 나카무라, 티에리 푸케, 사토 히로아키와의 공동 연구 프로젝트 결과를 기반으로 작성되었습니다.
참고자료
[1] S. 나카무라, T. Fouquet, H. Sato. 제이엠 사회 질량 스펙트럼. 2019, 30, 355.
[2] H. 사토, S. 나카무라, K. 테라모토, T. 사토. 제이엠 사회 질량 스펙트럼. 2014, 25, 1346.
[3] T. 푸케, H. 사토. 항문 화학. 2017, 89, 2682.
[4] Q. Zheng, M. Morimoto, H. Sato, T. Fouquet. 연료 2019, 235, 944.
[5] S. Nakamura, RB Cody, H. Sato, T. Fouquet. 항문 화학. 10.1021/acs.analchem.8b04371
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