JMS-S3000 “SpiralTOF™-plus3.0”과 크기 배제 크로마토그래피를 결합하여 고분산성 합성 고분자의 말단군을 분석하고 말단군의 변화를 시각화
엠에스팁 495호
매트릭스 보조 레이저 탈착 이온화 비행 시간 질량 분석법(MALDI-TOFMS)은 넓은 질량 범위에서 단일 하전 이온을 검출할 수 있어 분자량 분포 확인 및 말단기 조성 추정과 같은 폴리머의 구조 분석에 강력한 도구가 됩니다. 그러나 높은 다분산도를 가진 폴리머의 분석에서는 다양한 요인으로 인해 고분자량 범위에서 이온 강도가 감소하는 "질량 판별"이 문제가 됩니다. 반면 크기 배제 크로마토그래피(SEC)는 분자량에 따라 폴리머를 분리할 수 있지만 말단기를 식별하는 것이 어렵습니다. 따라서 SEC로 분자량 분포에 따라 높은 다분산도를 가진 폴리머를 분획하고 다분산도를 줄인 다음 각 분획을 MALDI-TOFMS로 특성화하는 것이 효과적인 것으로 알려져 있습니다. 본 보고서에서는 SEC와 고성능 MALDI-TOFMS를 결합하여 높은 다분산도와 50,000 미만의 분자량을 가진 폴리머 샘플에 대한 말단기 분석을 수행했습니다. 특히, (i) SEC에 의한 분획 효율 개선 및 MALDI-TOFMS 측정을 위한 전처리, (ii) 다분산도가 감소한 SEC 분획 샘플의 질량 스펙트럼에서 말단기 변화 시각화 개선, (iii) 고분자량 영역(분자량 10,000~20,000)에서의 말단기 분석에 대해 보고합니다.
샘플 준비
다른 말단기를 갖는 두 종류의 폴리카프로락톤(PCL)의 혼합물을 각각 1.0 mg/mL이 포함되도록 제조하였다. SEC에 의한 분획은 표 100에 나타낸 조건에서 1 µL의 샘플 용액을 주입하여 수행하였다. SEC의 용출액을 LC-CollectIR(ST Japan)을 사용하여 유리 에코컵(Frontier Laboratories)에 분획하였다. 이 시스템에서, 용출액은 100 °C에서 노즐로부터 질소 가스로 분무되었고, 분획하는 동안 용매는 증발되었다. MALDI-TOFMS의 경우, 한 번의 측정에서 사용할 수 있는 샘플 용액의 양은 약 10 µL 이하이다. 분획하는 동안 용매를 증발시킴으로써, 용출액을 농축할 필요가 없어져, 조제 시간을 단축할 수 있다. 또한, 분획하는 동안 용매가 증발되므로, 여러 번 분획하여 샘플의 양을 늘릴 수 있다. 이 경우, 분획은 10번 수행되었다. MALDI-TOFMS 측정을 위한 샘플 준비를 위해 1 µL의 THF를 에코컵에 분획 용액으로 첨가했습니다. 분획 용액 10 µL와 매트릭스 용액(DCTB 사용) 1 µL를 혼합하고, 혼합물 3000 µL를 타겟 플레이트에 떨어뜨려 건조했습니다. 양이온화제(NaTFA) 용액을 플레이트에 떨어뜨려 미리 건조했습니다. 그 후 Spiral 양이온 모드에서 JMS-SXNUMX을 사용하여 측정을 수행했습니다. 질량 스펙트럼의 Kendrich Mass(RKM) 분석의 나머지는 msRepeatFinder를 사용하여 수행했습니다.
표 1 SEC 측정 조건
| 용리액 | THF |
|---|---|
| 탐지기 | 차등 굴절률 검출기 |
| 단 | TSK겔 GMHHR-N(30cm)×2 (토소) |
| 유속 | 1 mL / min |
결과
그림 1과 표 2는 PCL 혼합물을 SEC에 의해 1개의 분획으로 분획한 결과를 보여줍니다. 그림 1.1의 검은색 선은 분획하기 전 SEC 크로마토그램입니다. SEC에 의해 분획된 XNUMX개의 분획은 다시 SEC 측정을 거쳐 각 분획의 폴리머 무게(μg), 수평균 분자량 및 중량평균 분자량을 얻었습니다. 각 분획의 다분산도(D)는 약 XNUMX 이하로 작은 것으로 나타났습니다.
그림 1 분획 전후의 SEC 크로마토그램
표 2 SEC 분수 #1-6 정보
| 분수 번호 |
금액 (μg) |
Mn | Mw | D |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 6.4 | 48,233 | 50,457 | 1.05 |
| 2 | 74.4 | 24,438 | 26,100 | 1.07 |
| 3 | 107.4 | 12,722 | 13,477 | 1.06 |
| 4 | 46.3 | 6,691 | 7,019 | 1.05 |
| 5 | 8.9 | 3,439 | 3,612 | 1.05 |
| 6 | 1.5 | 559 | 624 | 1.12 |
| 금액 | 245 |
그림 2는 SEC 분획 전 PCL 혼합물의 질량 스펙트럼과 1개의 SEC 분획의 질량 스펙트럼을 보여줍니다. 분획 #6~#1의 질량 스펙트럼에서 PCL이 분자량이 높은 것부터 낮은 것 순으로 용출되었음을 확인했습니다. 분획 #XNUMX에서는 위의 성분이 m / z 분획 전에는 관찰되지 않았던 30,000개가 관찰되었고, 질량 판별 효과가 감소된 것을 알 수 있었습니다. 또한, 약 2개의 분획 #XNUMX의 확대된 질량 스펙트럼과 m / z 15,000과 동위원소 패턴의 시뮬레이션을 수행한 결과, 잘 일치하는 것으로 확인되었습니다. 동위원소 패턴의 분리는 약 XNUMX까지 확인되었습니다. m / z 20,000. 반면 분자량 분포의 변화는 질량 스펙트럼을 정렬하면 쉽게 알 수 있지만, 분자량에 따른 말단기의 변화는 이해하기 어렵다. 따라서 Fraction #1~#6의 질량 스펙트럼을 RKM 플롯(기본 단위 114.143u)으로 변환하였다(그림 3). 이 경우 이온 강도는 SEC 분획 결과(표 1)에서 얻은 각 분획의 폴리머 중량 정보를 사용하여 정규화하였다. 그 결과 저분자량 영역에서는 고리형 올리고머(A 계열)가 주성분인 반면, 질량이 증가함에 따라 양쪽 말단기의 전체 원소 조성이 C인 두 성분이 더 쉽게 이해되었다.4H10O(B시리즈)와 C4H10O3 (시리즈 C)가 주요 구성 요소가 됩니다. 여기서 시리즈 B와 시리즈 C의 양쪽 끝 그룹의 합계는 정확한 질량 분석에서 얻었습니다. m / z 2000 지역.
그림 2 SEC 분획 전후의 PCL의 질량 스펙트럼.
그림 3 SEC 분획 #1-6의 RKM 플롯.
마지막으로, 분자량이 10,000을 넘는 범위에서 정확한 질량을 사용한 말단기 분석이 가능한지 살펴보았습니다. 그림 4는 분획 #2에서 얻은 시리즈 B를 사용하여 자체 교정을 수행했을 때 질량 오차(ppm)의 변화를 보여줍니다. 이 질량 영역에서는 단일 동위 원소 피크를 관찰할 수 없기 때문에 가장 풍부한 피크를 교정에 사용했습니다. 분자량이 12,000에서 24,000까지인 질량 오차는 일반적으로 10ppm 이내였으며, 이는 약 20~XNUMXmDa의 질량 오차에 해당합니다. 이 결과는 시간형 질량 분석기의 질량 오차가 ppm 단위로 표현될 때 질량 범위와 무관하기 때문에 타당한 것으로 간주됩니다. 다음으로, 주변 영역의 확대된 보기 m / z 그림 15,000에서는 5을 나타냈습니다. 시리즈 B와 C는 질량 스펙트럼에서 주로 관찰되었으며, 이들의 질량 차이는 O에 해당합니다.2. 두 시리즈의 가장 풍부한 피크의 오차는 32.003 u, 31.990 u, 그리고 31.991 u였습니다. O의 정확한 질량과 비교2 (31.990 u)는 Figure 4의 결과의 타당성을 보여준다. 위에서 설명한 바와 같이 분자량 10,000을 초과하는 질량 범위에서는 모노이소토픽 피크를 검출하기 어렵기 때문에 가장 풍부한 피크와 동위원소 패턴의 정확한 질량을 사용하였다. 이를 통해 말단 그룹 구조를 추정하는 것이 가능할 것으로 사료된다.
맺음말
SEC-MALDI 샘플 준비는 용매를 증발시키면서 SEC에서 분획을 반복적으로 분획하는 장치를 사용하여 더욱 효율적이었습니다. SEC를 MALDI-TOFMS와 결합하면 고분자량 영역에서 질량 판별 효과를 줄일 수 있습니다. 또한 각 분획의 질량 스펙트럼을 RKM 플롯에 표시하여 분자량에 따른 말단기의 변화를 시각화했습니다. 고해상도 MALDI-TOFMS "SpiralTOF™-plus 3.0"에서 얻은 동위원소 패턴의 가장 풍부한 피크를 사용하여 분자량 범위 10,000~20,000에서 말단기 분석의 가능성도 입증했습니다.
수신 통보
본 실험은 TOSOH분석연구센터 주식회사와 ST재팬 주식회사와의 공동실험을 통해 이루어졌습니다.
그림 4 시리즈 B에서 가장 풍부한 피크의 질량 오차
그림 5 시리즈 B와 C 사이의 질량 차이 m / z 15000.
