بروتوكول لليزر ساعد مصفوفة الامتزاز التأين وقت الرحلة ويرد وصف الطيف الكتلي (TOF استخدام MS) البوليمرات الاصطناعية بما في ذلك التحسين من إعداد العينة واقتناء الطيفية، وتحليل البيانات.
هناك العديد من التقنيات التي يمكن استخدامها في وصف هوموبوليميرس الاصطناعية، ولكن قلة توفر مفيدة من المعلومات لتحليل مجموعة نهاية كالليزر ساعد مصفوفة الامتزاز التأين وقت الرحلة الطيف الكتلي (TOF استخدام MS). هذا البرنامج التعليمي يوضح أساليب لتحسين إعداد عينة، اقتناء الطيفية، وتشمل تحليل البيانات من البوليمرات الاصطناعية استخدام المعلمات حرجة السيدة TOF استخدام أثناء إعداد عينة مختارة المصفوفة، تحديد الهوية ملح كاتيونيزيشن مناسبة، وضبط الحصص النسبية للمصفوفة والموجبة، وأكثر. لبارامترات، مثل وضع (خطية أو عاكس)، الاستقطاب (الإيجابية أو السلبية)، والتعجيل بالجهد، وتأخير الوقت، أيضا هامة. ونظرا لبعض المعرفة بالكيمياء المعنية إلى توليف البوليمر، والاستفادة المثلى من المعلمات اقتناء البيانات وشروط إعداد عينة، أطياف ينبغي الحصول على مع القرار كافية ودقة الشامل لتمكين لا لبس فيه تحديد مجموعات نهاية معظم هوموبوليميرس (الجماهير أقل من 10 آلاف) بالإضافة إلى وحدة تكرار الإعلام وتوزيع الوزن الجزيئي عموما. على الرغم من تظاهر مجموعة محدودة من البوليمرات، هذه التقنيات العامة المطبقة على نطاق أوسع من البوليمرات الاصطناعية لتحديد التوزيع الشامل، على الرغم من إصرار الفريق نهاية ممكناً إلا هوموبوليميرس مع ديسبيرسيتي الضيقة.
مع تحسينات في معيشة تقنيات البلمرة، البوليمرات الدقة مع نهاية كمياً فونكتيوناليزيد مجموعات هي متاحة على نحو متزايد1. وقد مكن التنمية المتزامنة لكيمياء فوق أزيد-ألكاين وثيوليني اقتران الكمية تقريبا من الجزيئات الكبيرة إلى أخرى مويتيس، توفير إمكانية الوصول إلى طائفة من الهجين المواد2،3،4 . مع ذلك، تلزم التقنيات التحليلية الدقيقة لتوصيف كل انطلاق مواد ومنتجات هذه التفاعلات الاقتران البوليمر. الليزر ساعد مصفوفة الامتزاز/التأين وقت الرحلة الطيف الكتلي (TOF استخدام MS) أسلوب تحليلي تاين لينة قيماً لتميز البوليمرات نظراً لأنها يمكن أن تولد أيونات البوليمر في حالة اتهام واحد مع الحد الأدنى تجزئة5،6. TOF استخدام MS مزايا الرئيسية أكثر من سائر الأساليب التقليدية لتوصيف البوليمرات لأنها تقدم أطياف الشامل مع القرار من n-الصرف الفردية داخل البوليمر التوزيع الشامل. نتيجة لذلك، يمكن أن توفر معلومات دقيقة عن الوزن الجزيئي المتوسط هذه الأطياف الشامل، كرر وحدة الكتلة، والوزن الجزيئي ديسبيرسيتي7، والذي بدوره يمكن توضيح آليات البلمرة المتنافسة مثل سلسلة نقل8 . ومع ذلك، TOF استخدام MS خاصة قوية في توفير المعلومات حول البوليمر نهاية المجموعات9،10، التي يمكن استخدامها لتأكيد نهاية مجموعة تعديلات10،11 وغيرها التحولات12 مثل البوليمر سيكليزيشنز11،13. المثل الهامة، كمية صغيرة نسبيا من أكثر (sub-ميكروغرام) المطلوبة لكتلة والمطيافيه التحليل يجعل هذه التقنية مفيدة لتوصيف عندما تتوفر فقط تتبع كميات من المواد.
ويمكن تقسيم تحليل MS TOF استخدام البوليمرات في أربع خطوات متميزة: عينة إعداد ومعايرة الصك، اقتناء الطيفية، وتحليل البيانات. إعداد عينة هو الخطوة الأكثر أهمية لتوليد الأمثل الأطياف TOF استخدام أسلحة، ويحدث قبل أن يتم إدخال العينة في ال14،صك15. اختيار مصفوفة المناسبة مع معايير القابلية للذوبان مماثلة بوصفها أكثر البوليمر أمر حاسم للحصول على جودة عالية TOF استخدام الأطياف الشامل ومبادئ توجيهية لاختيار مصفوفة قد ذكرت في مكان آخر،،من1415 ،من 1617. قاعدة بيانات لاستخدام “وصفات” لإعداد عينة البوليمر كان أيضا18منشورة على الإنترنت. للبوليمرات الرواية، يمكن تناول مصفوفة اختيار بأول فهم قابلية ذوبان البوليمر، وتحديد مصفوفة مع معلمات الذوبان مماثلة14،19. يمكن البوليمرات مع بروتون عالية تقارب البروتونية بمعظم مصفوفات14 (والتي غالباً ما تحتوي على مجموعات حمض الكربوكسيلية)، ولكن للبوليمرات الأخرى، هو عامل كاتيونيزيشن المطلوب14. أيونات القلويات adduct جيدا مع المحتوية على الأكسجين الأنواع (على سبيل المثال. البوليستر البولستر وبوليثيرس)، بينما الهيدروكربونات غير المشبعة (مثلاً. البوليستيرين) أدوكت مع الفلزات الانتقالية مثل أيونات النحاس والفضة14، 19-للعينات البوليمر في هذه التجربة يحتوي على ذرات أكسجين في العمود الفقري، تريفلورواسيتاتي الصوديوم أو البوتاسيوم (تفا) استخدمت كعامل كاتيونيزيشن. مرة واحدة وقد تم اختيار عناصر المصفوفة وكاتيونيزيشن، يجب أن يكون الأمثل الارتفاع النسبي لأكثر، وعامل الموجبة، ومصفوفة بعناية لضمان إشارة عالية للضوضاء. في هذا الإجراء، المعلمات لإعداد نموذج الفعل تم الأمثل، لكن إجراء تحسين عينة تجريبية (الخطوة 1.4.1.، الشكل 1) التي تختلف بشكل منتظم تركيزات المكونات الثلاثة (أكثر، مصفوفة والايونات الموجبة) فعالة لسرعة تحديد النسب المثلى.
ويتطلب الحصول على البيانات أيضا الاستغلال الأمثل لعدد من المعلمات. وتشمل أهم البارامترات طريقة أيون إيجابية أو سلبية المطياف ووضع التشغيل الصك (الخطية مقابل عاكس) والجهد تسارع والوقت تأخير استخراج. وهناك طريقة أخرى أن القرار يمكن أن يزاد من خلال الاستفادة من “ريفليكترون” وضع20،21،،من2223. ريفليكترون الوضع الزوجي أساسا مسار الرحلة من الأيونات للكاشف بإبراز الأيونات في نهاية الأنبوب رحلة العودة نحو كاشف القرب من المصدر أثناء إعادة تركيز أيونات مع الزخم مختلفة، وزيادة ذلك القرار على الرغم انخفاض قوة الإشارة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن الحصول على أعلى القرار الأطياف بتقليل قوة الليزر الذي يقلل نسبة الإشارة إلى الضوضاء بتقليل عدد والطاقة من الاصطدامات وبالتالي الحد من تجزئة والحركية إينهوموجينيتيس24. بضبط كل من هذه المعايير، يمكن أن تركز الأيونات للتقليل من أثر أي إينهوموجينيتي في الموقف المبدئي أو السرعة التي تحدث أثناء عملية الامتزاز الليزر. عندما لبارامترات هي الأمثل، النظائر المشعة يمكن غالباً التوصل إلى حل للايونات مع الجماهير التي تتجاوز 10,000 دا، على الرغم من أن هذا أيضا تعتمد على طول أنبوب الطيران، وتصميم أداة. المركبات العضوية الأكثر التي تحتوي على هيتيرواتوم واحد على الأقل عرضه لالي مع الكاتيونات القلوية مثل الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم. مونويسوتوبيس كثير من الفلزات القلوية أو النظائر محدودة وذلك عدم توسيع نطاق التوزيع.
بينما يمكن ضبطها المعلمات أداة لتحسين دقة البيانات، ودقة البيانات فقط يتحقق مع معايرة مناسبة11. الببتيدات والبروتينات واستخدمت أصلاً كاليبرانتس نظراً لأن مونوديسبيرسيتي وتوافرها، لكنها تعاني من متغير الاستقرار وانتشار الشوائب25. وشملت بدائل أكثر فعالية من حيث التكلفة ومستقرة بوليديسبيرسي البوليمرات26،27،،من2829ومجموعات غير العضوية. لسوء الحظ، هذه الميزة بدائل تفريق الجماهير، وتعقيد المهام الجماعية، فضلا عن الجماهير أصغر عموما، يجعلها مفيدة فقط للتحديدات أدناه 10,000 دا. لمكافحة هذه القضايا، غرايسون وآخرون. 25 وضعت على أساس ديندريمير، البوليستر نظام معايرة MS مونوديسبيرسي، ويضم كل مصفوفة واسعة والتوافق المذيبات، وصلاحية الاستقرار (> 8 سنوات)، وانخفاض تكلفة الإنتاج. استناداً إلى نقاط القوة في هذا النظام، قد اختيرت كاليبرانت لهذه التجارب.
هناك نوعان رئيسيان من المعايرة: الداخلية والخارجية30. عند معايرة خارجياً، توضع معياراً مع الجماهير التي قوس لأكثر على استخدام لوحة الهدف في وضع نماذج مختلفة من أكثر لتوليد طيف كتلة منفصلة يمكن من خلاله إنشاء ملف معايرة. من ناحية أخرى، زيادة الدقة وكثيراً ما يمكن أن يتحقق مع معايرة داخلية، الذي ينطوي على خلط في كاليبرانت مع أكثر للحصول على طائفة مختلطة مع إشارات كاليبرانت وأكثر. في الإجراء الموضح أدناه، تم تنفيذ معايرة خارجية. بعد معايرة المقياس الشامل السليم، يمكن الحصول على بيانات أكثر دقة الشامل. للتأكد من معايرة الأكثر دقة، من المهم أن يتم الحصول على البيانات قريبا بعد المعايرة.
وأخيراً، مجرد معايرة الأمثل، تم اقتناء مجموعات البيانات، وتم تحليل البيانات لتوفير المعلومات الهيكلية حول عينات البوليمر. التباعد بين n-الصرف ضمن توزيع البوليمر يمكن تقديم القياس الدقيق لوحدة مكرر الشامل. عدد متوسط الوزن الجزيئي (من) والآخر حسابات التوزيع الجماعي (مثلاً، مث (وزن متوسط الوزن الجزيئي) و Đ (ديسبيرسيتي)) يمكن أيضا تحديد من توزيع إشارة في (أطياف الشامل الخطوة 4.2 لحسابات). وربما آخر فريد، في حالة هوموبوليميرس، مجموع الجماهير الفريق نهاية يمكن تأكيدها بتحديد الإزاحة لتوزيع البوليمر فيما يتعلق بكتلة وحدات مكررة وحدها. الغنية بالمعلومات TOF استخدام الأطياف الشامل تقديم توصيف قيمة البيانات التي تعتبر مكملة لتقنيات توصيف البوليمر أكثر تقليدية مثل حجم الاستبعاد اللوني، تحويل فورييه مطيافية الأشعة تحت الحمراء، و الرنين المغناطيسي النووي.
TOF استخدام الطيف الكتلي أداة تحليلية لا تقدر بثمن لتوصيف البوليمرات بسبب قدرته على توليد أيونات البوليمر في الدولة مشحونة بصورة منفردة ومع الحد الأدنى من التجزؤ. يستخدم هذا الأسلوب التأين لينة نبضات ليزر قصيرة تمج العينات الصلبة من أكثر البوليمرات جزءا لا يتجزأ من مصفوفة مجمع لتوليد أيونات البوليمر في الطور الغازي. عادة يتم المتأين الجزيئات الكبيرة طريق complexation مع الكاتيونات التي يضيفها إلى المصفوفة لتمكين التحليل الطيف الكتلي. ثم هي تسارع هذه الأيونات الجزيئات بجهد استخراج لجعلها منطقة خالية من الميدان للأنبوب الرحلة التي يمكن أن تمكن بهم m/z يتحدد استناداً على الوقت الطيران بين مصدر أيون و كاشف5 , 32.
بالمقارنة مع غيرها من تقنيات توصيف البوليمر، TOF استخدام مرض التصلب العصبي المتعدد الأطياف الجودة تعتمد اعتماداً كبيرا على اقتناء بيانات المعلمات وإعداد نموذج. على الرغم من أن هناك لا توجد صيغة محددة لإعداد نموذج، فهم وظيفة كل مكون من مكونات إعداد نموذج يسمح للتحسين التجريبية أكثر سرعة. العامل الأكثر أهمية في استخدام نموذج إعداد مختارة المصفوفة نظراً لتوافق المصفوفة مع أكثر البوليمر أمر حاسم للسماح لمصفوفة متحمس لتوليد الجزيئات واحدة، ديسوربيد في دولة المتأين5، 15،،من1719. مرة واحدة وقد تم اختيار وكلاء كاتيونيزيشن ومصفوفة المناسبة، يجب أن تحدد نسبة عامل أكثر ومصفوفة كاتيونيزيشن الصحيح. ويمكن تحقيق ذلك تجريبيا عن طريق إنشاء شبكة ثنائية الأبعاد من العينات (الشكل 1) في لوحة الهدف TOF استخدام “مرض التصلب العصبي المتعدد” (الشكل 2) مع زيادة تركيز مصفوفة على محور واحد وزيادة تركيز وكيل كاتيونيزاتيون في الأخرى.
مشابه لاستخدام إعداد عينة، لا يوجد تعيين صيغة لتحديد معلمات اقتناء البيانات؛ ومع ذلك، ينبغي النظر اتجاهات معينة للإسراع بالتحسين الطيفي. عادة ما يتم اختيار وضع ريفليكترون، والذي يزيد من القرار ولكن يقلل من الإشارات العامة، لأقل من نطاقات الشامل (في هذه الأمثلة، فيما يلي 4,000 Da) حيث يمكن التوصل إلى حل النظائر. وفي هذه الحالات، استخدمت الحسابات الجماعية مونويسوتوبيك وذروة أساليب الانتقاء. لعينات البوليمر مع الجماهير أعلاه دا 4,000، تم استخدام النمط الخطي مع متوسط حسابات جماعية وأساليب الانتقاء بيكينج. تحسين القرار إشارة، ينبغي تعديل الفولتية المصدر أيون بزيادات صغيرة مع الاتجاه العام للبوليمرات الشامل أكبر بعد جهد أكبر تفاضلية (IS1 مقابل IS2).
الوقت الأمثل إعداد العينة واكتساب معلمات يمكن أن توفر الدقة، لا يمكن تحقيق الدقة الشامل من خلال معايرة فعالة. الوقت الرحلة لكتلة معينة يمكن أن تختلف مهارة فيما يتعلق بالمتغير لبارامترات بلايت حتى المواقف، ولذلك ينبغي أن يتم معايرة لكل مجموعة من معلمات اقتناء الأمثل بغية الحصول على وسائل دقيقة قرارات5،30. مرة واحدة وقد تم تحسين الحصول على المعلمات وإعداد نموذج، يجب معايرة الأطياف استخدام هذه الشروط نفس الدقيق.
بسبب قرار استثنائي والشامل دقة الملاحظة في الأطياف الشامل TOF استخدام أمثل للبوليمرات، أصبحت هذه التقنية أداة مجانية قيمة لتحديد بيانات التوزيع الشامل البوليمر. بيد قدرته على حل وحدات تكرار الفردية داخل البوليمر التوزيع الشامل يوفر ميزة خاصة لنهاية المجموعة تحليل مقارنة بغيرها البوليمر تقنيات توصيف مثل هلام تخلل اللوني (المؤتمر الشعبي العام) والنووي الرنين المغناطيسي (الرنين المغناطيسي النووي). هذه قيمة خاصة لتحديد الدقة لنهاية المجموعة الروغان ردود الفعل وطبيعة التفاعلات الاقتران مجموعة نهاية الكمية. هذه المخطوطة وقد أثبتت قدرتها على حل كتلة البوليمر الفردية وحدات تكرار مع يصل إلى اثنين من نقاط عشرية من الدقة الشامل، مما يتيح تأكيد نهاية مجموعة تعديلات على مستوى عال من الثقة. مع التقدم الكبيرة التي تحققت مؤخرا في مجال الدقة البوليمر التوليف، أصبحت MS TOF استخدام أداة متزايدة أهمية لتحديد بنية الجزيئات والأداء الوظيفي.
The authors have nothing to disclose.
يعترف الكتاب الكونسورتيوم الذكية مواد التصميم والتحليل والمعالجة (سماتداب) الممول من “المؤسسة الوطنية للعلوم” تحت اتفاق تعاوني 1430280 معهد مراجعي الحسابات الداخليين، ومجلس لوس أنجليس للحكام لزمالة الدراسات عليا (الهندسة الكهربائية والميكانيكية). وقدمت عينات البوليمر لهذه التجارب ميليبوريسيجما (سيغما–Aldrich). وترعى ميليبوريسيجما المنشور الوصول المفتوح لهذه المادة.
polyoxyethylene bis(azide) (Mn=2000) | MilliporeSigma (Aldrich) | 689696 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/689696?lang=en®ion=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®ion=US |
poly(L-lactide), thiol terminated (Mn=2500) | MilliporeSigma (Aldrich) | 747386 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/747386?lang=en®ion=US |
SpheriCal® peptide low | MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) | PFS20 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs20?lang=en®ion=US |
SpheriCal® peptide medium | MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) | PFS21 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs21?lang=en®ion=US |
SpheriCal® peptide high | MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) | PFS22 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs22?lang=en®ion=US |
2,4 dinitrofluorobenzene | TCI | A5512 | |
maleimide | MilliporeSigma (Aldrich) | 129585 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/129585?lang=en®ion=US |
1-ethynylfluorobenzene | Fisher Scientific | 766-98-3 | |
triethylamine | MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) | 471283 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/471283?lang=en®ion=US |
N,N,N',N",N"-pentamethyldiethylenetriamine | MilliporeSigma (Aldrich) | 369497 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/369497?lang=en®ion=US |
Copper(I)Bromide | MilliporeSigma (Aldrich) | 254185 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/254185?lang=en®ion=US |
glacial acetic acid | Fisher Scientific | A38212 | |
sodium metabisulfite | MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) | 13459 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/13459?lang=en®ion=US |
potassium trifluoroacetate | MilliporeSigma (Aldrich) | 281883 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/281883?lang=en®ion=US |
trans-2-[3-(tert-butylphenyl)-2-methyl-2-properylidene]malononitrile | MilliporeSigma (Aldrich) | 727881 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/727881?lang=en®ion=US |
a-cyano-4-hydroxycinnamic acid | MilliporeSigma (Sigma) | C8982 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/c8982?lang=en®ion=US |
tetrahydrofuran | Fisher Scientific | T425-1 | |
dichloromethane | VWR Analytical | BDH1113-4LG |