온플레이트 알칼리 분해 및 SpiralTOF™ 분석에 따른 고분자량 폴리(3-하이드록시부티레이트) 폴리에스테르에 대한 분획 기본 KMD 플롯" [MALDI 응용 프로그램]

소개: 수학적 배경

고분자량 폴리머는 고유한 높은 분산성으로 인해 종종 MS-silent입니다(Đ_M) 또는 낮은 분해능으로 높은 질량 범위에서 감지됩니다. 따라서 "on-plate" 알칼리 분해는 1/3 ng의 폴리머로 MALDI 타겟에 대한 샘플 전처리로 개발되어 긴 산업용 폴리에스터 사슬을 MALDI-HRMS에 적합한 짧은 올리고머로 절단합니다[2]. P3HB 올리고머의 복잡한 질량 스펙트럼은 분획 기반 Kendrick 질량 결함(KMD) 플롯에 의해 분석되었습니다[XNUMX]. 분수 기본 KMD 분석은 분수 기본 R/X를 통해 기본 단위(R로 표시) 외에 제수(X로 표시)에 따라 KMD 플롯의 측면 및 분리 기능을 수정하기 위해 일반 KMD 분석에서 개발되었습니다. ].

실험

폴리(3-하이드록시부티레이트)(P3HB, M_n = 2.6 × 10⁵ g 몰^-1, Đ_M=2.7) Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)에서 가져온 것입니다. 다른 모든 화학 물질 및 용매는 달리 언급되지 않는 한 FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation(일본 오사카)에서 구입했습니다. 1 mg mL의 THF에서 3 μL의 P1HB^-1 폴리머 박막을 형성하기 위해 일회용 MALDI 타겟 플레이트(Hudson Surface Technology, New Jersey, USA)에 드롭 캐스팅되었습니다. 메탄올 중 수산화나트륨 1μL(10mg mL^-1)을 샘플 층에 증착하고 5분 동안 공기 건조시켰다. 과량의 알칼리 시약을 증류수로 세척하였다. 건조 후, THF(1 mg mL) 중 2,4,6 μL의 20-트리하이드록시아세토페논(THAP, Protea Biosciences, West Virginia, USA)^-1)을 샘플 스팟에 매트릭스로 적용했습니다. 질량 스펙트럼은 JMS-S3000 SpiralTOF™ 질량 분석기로 기록되었습니다. 플롯은 msTornado™를 사용하여 내보낸 피크 목록에서 msRepeatFinder 3.0을 사용하여 계산되었습니다.

MALDI 질량 분석

강력한 이온 계열의 P3HB 올리고머가 MALDI-MS에서 관찰됩니다(그림 1A). 최종 그룹에 따라 달라지는 1개의 주요 계열이 감지되지만(그림 XNUMXB) 모든 동족체를 할당하고 시각화하는 것은 시간이 많이 걸리고 직관적이지 않습니다.

그림 1. (A) 플레이트 상의 분해 후 고분자량 P3HB의 MALDI SpiralTOF 질량 스펙트럼(삽입: 할당이 있는 확대 사진). (B) P3HB 이온 시리즈는 I-VI로 표시됩니다.

일반 및 해상도가 향상된 KMD 플롯

MALDI 질량 스펙트럼에서 계산된 일반 KMD 플롯은 수평으로 정렬된 점 구름을 표시합니다(2A). 동위원소 또는 말단 그룹 구성의 변화와 함께 KMD의 매우 제한된 변화로 인해 점들이 플롯의 제한된 부분 내에 클러스터링되므로 확대는 필수입니다[4]. 두 개의 제대로 해결되지 않은 점 그룹이 표시됩니다(그림 2B) 질량 스펙트럼 데이터를 고려하면 XNUMX개의 시리즈가 예상됩니다.

그림 2. C가 있는 P3HB의 질량 스펙트럼에서 전체 규모의 일반 KMD 플롯₄H₆O₂ msRepeatFinder를 사용하여 기본 단위로.

msRepeatFinder에서 "Fraction Base KMD" 옵션을 활성화하고 X 값을 86(일반 KMD 플롯)에서 85로 줄이면 해상도가 향상된 KMD 플롯은 구성 변경(3A). X=84에서 X를 한 단위 감소시키면 분해능이 강화된 KMD 플롯이 동위원소 패턴을 추가로 분해합니다(1^st 행 : ¹²2 년^nd 행 : ¹³C₁, …) XNUMX개의 계열을 더 잘 구별합니다(그림 3B, X=84).

그림 3. msRepeatFinder를 사용하여 분수 기본 단위 (A) 3HB/85 및 (B) 3HB/84로 계산된 전체 스케일 분수 기본 KMD 플롯.

해상도가 향상된 KMD 플롯이 있는 그룹화 모드

분획 기반 KMD 분석과 결합된 msRepeatFinder의 "그룹화 모드"를 사용하면 각 이온 시리즈를 질량 스펙트럼 및 플롯에서 간단한 포인트 선택을 통해 시각적 색상 코딩으로 레이블링할 수 있습니다(Fig. 4). 3HB/84로 높은 분리력에 도달하여 단일 동위원소 피크를 추가로 선택할 수 있습니다(¹²C, 연녹색 점) 메인 시리즈 I(진한 녹색 점). 선택되지 않은 이온 시리즈는 배경 피크에서 폴리머 시리즈를 시각화하는 데 더 도움이 되도록 숨길 수도 있습니다.

그림 4. (A) 질량 스펙트럼(B)에서 계열에 레이블을 지정하기 위해 그룹화 모드에서 분수 기본 단위 3HB/84로 계산된 분수 기본 KMD 플롯.

결론

KMD 분석은 분해능 강화 방법론에 의존하는 "Fraction Base KMD"의 도입으로 역동적이 됩니다. 분획의 값을 줄이거나 늘리면 동위원소 구성, 말단기 또는 부가된 이온에 따라 다양한 이온 계열의 여러 유리한 분리가 이루어지기 때문에 매우 다용도 도구입니다. 모든 유형의 단독 중합체 및 중간에서 초고정확도의 모든 유형의 질량 스펙트럼 데이터에 성공적으로 적용할 수 있습니다.

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] S. Nakamura, RB Cody, H. Sato, T. Fouquet. 항문 화학. 2019, 91, 2004.