Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Karakterisering af syntetiske polymerer via Matrix Assisted Laser Desorption ionisering tid for flyvning (MALDI-TOF) massespektrometri

Published: June 10, 2018 doi: 10.3791/57174
Automatic Translation
1, 1
1Department of Chemistry, Tulane University

Summary

En protokol i matrix assisted laser desorption ionisering tid flyvning massespektrometri (MALDI-TOF MS) karakterisering af syntetiske polymerer er beskrevet herunder optimering af prøveforberedelse, spektrale erhvervelse og dataanalyse.

Abstract

Der er mange teknikker, som kan være ansat i karakterisering af syntetiske homopolymerer, men få giver så nyttige oplysninger for udgangen gruppe analyse som matrix assisted laser desorption ionisering tid for flyvning massespektrometri (MALDI-TOF MS). Denne tutorial viser metoder til optimering af prøveforberedelse, spektrale erhvervelse og dataanalyse af syntetiske polymerer bruger MALDI-TOF MS. kritiske parametre under prøveforberedelse omfatter udvælgelsen af matrixen, identifikation af en passende cationization salt, og tuning de forholdsvise mængder af matrix, kation og analysand. Erhvervelse parametre, såsom mode (lineær eller reflektor), polarisering (positive eller negative), acceleration spænding og forsinkelsestid, er også vigtige. Givet nogle viden om kemi involveret til at syntetisere polymeren og optimere både data erhvervelse parametre og prøve forberedelse betingelser, bør spectra opnås med tilstrækkelig opløsning og masse nøjagtighed for at aktivere den utvetydige bestemmelse af grupperne slutningen af de fleste homopolymerer (masserne under 10.000) ud over de gentagne enhed masse og den samlede molekylvægt fordeling. Selvom demonstreret på et begrænset sæt af polymerer, er disse generelle teknikker gældende for en langt bredere vifte af syntetiske polymerer til bestemmelse af massen distributioner, selvom slutningen gruppe bestemmelse er kun muligt for homopolymerer med smalle dispersity.

Introduction

Med forbedringer i levende polymerisering teknikker, præcision polymerer med kvantitativt functionalized ende grupper er stadig tilgængelig1. Den samtidige udvikling af indeholder-alkyn og thiolene Klik kemi har aktiveret den næsten kvantitative kobling af makromolekyler til andre fraspaltning, giver adgang til en række af hybrid materialer2,3,4 . Imidlertid skal præcis analytiske teknikker karakterisere både af råvarer og produkter af disse polymer konjugation reaktioner. Matrix assisted laser desorption/Ionisation tid for flyvning massespektrometri (MALDI-TOF MS) er en værdifuld bløde ionisering analytiske teknik til kendetegner polymerer, fordi det kan generere polymer ioner i en enkelt opladning stat med minimal fragmentering5,6. MALDI-TOF MS har store fordele i forhold til andre konventionelle metoder af polymer karakterisering, fordi det kan give massespektre med opløsning af den enkelte n-mers inden for polymer massedistribution. Som en konsekvens, kan sådan massespektre give præcise oplysninger om den gennemsnitlige molekylvægt, gentage masseenhed og Molekylær vægt dispersity7, som igen kan belyse konkurrerende polymerisering mekanismer såsom kæde overførsel8 . Men MALDI-TOF MS er særligt kraftige til at give oplysninger om polymer ende grupper9,10, som kan bruges til at bekræfte afslutningen gruppen ændringer10,11 og andre transformationer12 såsom polymer cyclizations11,13. Lige så vigtigt, de relativt små beløb af analysanden (sub-mikrogram) kræves til masse spektrometrisk analyse gør denne teknik nyttigt for karakterisering, når der kun spormængder materiale findes.

MALDI-TOF MS-analyse af polymerer kan opdeles i fire særskilte trin: prøve forberedelse, instrument kalibrering, spektrale erhvervelse og dataanalyse. Forberedelse af prøver er det mest afgørende skridt til at generere optimeret MALDI-TOF massespektre og opstår før prøven er indført i instrument14,15. Udvælgelsen af en passende matrix med lignende opløselighed parametre som polymer analysanden er afgørende for at opnå høj kvalitet MALDI-TOF massespektre og retningslinjer for matrix udvalg har været rapporteret et andet sted14,15, 16,17. En database med polymer MALDI "opskrifter" for prøveforberedelse har også været offentliggjort online18. For romanen polymerer, kan matrix udvalg gribes an ved første forståelse opløseligheden af polymeren og vælge en matrix med lignende opløselighed parametre14,19. Polymerer med høj proton affinitet kan være protonated af de fleste matricer14 (som ofte indeholder carboxylsyre grupper), men for andre polymerer, en cationization agent er påkrævet14. Alkali ioner addukt godt med ilt-holdige arter (fx. polyester og polyethers), mens umættede carbonhydrider (fx. polystyren) addukt med overgangen metaller såsom sølv og kobber ioner14, 19. da polymer prøver i dette eksperiment indeholdt iltatomer i rygraden, natrium eller kalium trifluoroacetate (TFA) blev brugt som cationization agent. Når matrix og cationization agenterne er blevet udvalgt, skal de forholdsvise mængder af analysand, kation agent og matrix optimeres omhyggeligt for at sikre høj signal til støj. I denne procedure, parametre for prøveforberedelse er allerede blevet optimeret, men en empirisk prøve optimering procedure (trin 1.4.1., figur 1), systematisk varierer koncentrationerne af de tre komponenter (analysand, matrix og kation) er effektiv til at hurtigt bestemme deres optimale forhold.

Dataindsamling kræver også optimering af en række parametre. De vigtigste parametre omfatter positive eller negative ion mode i spektrometeret, instrument operation tilstand (lineær versus reflektor), acceleration spænding og udvinding forsinkelsestiden. En anden måde, opløsning kan forhøjes er gennem udnyttelsen af "reflectron" tilstand20,21,22,23. Reflectron tilstand hovedsagelig fordobler flyvebane af ioner til detektoren ved afspejler ioner i slutningen af flyvningen tube tilbage mod en detektor nær kilde samtidig rette ioner med forskellige momentums, og derfor øge opløsningen selv faldende signalstyrke. Desuden kan højere opløsning spektre opnås ved at mindske den laser power, som minimerer signal til støjforhold med faldende antal og energi af kollisioner og derfor reducere fragmenteringen og kinetic inhomogeneities24. Tuning alle disse parametre, kan ioner være fokuseret for at minimere effekten af nogen uensartethed i udgangsstilling eller hastighed, der opstår under laser desorption proces. Når erhvervelse parametrene er optimeret, kan isotopiske opløsning ofte opnås for ioner med masserne over 10.000 Da, selv om dette er også afhængig af længden af flyvningen tube og instrument design. Mest organiske forbindelser, der indeholder mindst én betegnelse er tilbøjelige til kompleksbindende med alkali kationer såsom lithium, natrium og kalium. Mange af alkalimetaller er monoisotopes eller begrænset isotoper og derfor ikke udvider fordeling.

Mens instrument parametre kan indstilles for at optimere data præcision, opnås data nøjagtighed kun med en passende kalibrering11. Proteiner og peptider blev oprindeligt brugt som calibrants på grund af deres monodispersity og tilgængelighed, men lider af variable stabilitet og forekomsten af urenheder25. Mere omkostningseffektiv og stabil alternativer har inkluderet uorganiske klynger og polydisperse polymerer26,27,28,29. Desværre er disse alternativer funktion sprede masserne, der komplicerer masse tildelinger, såvel som mindre masserne samlet, hvilket gør dem nyttige kun for kalibreringer under 10.000 Da. At bekæmpe disse problemer, Grayson mfl. 25 udviklet en dendrimer-baseret, polyester MS kalibreringssystem, der er monodisperse, og kan prale med både brede matrix og solvent kompatibilitet, holdbarhed stabilitet (> 8 år), og lavere produktionsomkostninger. Baseret på de stærke sider ved dette system, blev det valgt som kalibratoren for disse eksperimenter.

Der er to hovedtyper af kalibrering: interne og eksterne30. Når kalibrering eksternt, placeres en standard med masserne, der beslag analysandens på MALDI target pladen i en anden prøve holdning end analysanden, der skal generere separat massespektrum hvorfra en kalibrering fil kan genereres. På den anden side kan øget nøjagtighed ofte opnås med en intern kalibrering, som involverer blanding af kalibratoren med analysanden, der skal opnå en hybrid spektrum med både kalibratoren og analysanden signaler. I nedenstående fremgangsmåde, blev en ekstern kalibrering gennemført. Efter korrekt kalibrering af den masse skala, kan nøjagtig analysand masse data erhverves. For at sikre den mest præcise kalibrering, er det vigtigt, at dataopsamling sker snart efter kalibrering.

Endelig, når den optimeret, kalibreret datasæt er anskaffet, og dataene blev analyseret for at give strukturelle oplysninger om polymer prøver. Afstanden mellem n-mers inden for polymer fordeling kan give nøjagtig måling af enhedens gentaget masse. Antal gennemsnitlig molekylvægt (Mn) og masse distribution beregninger (fxMw (vægten gennemsnitlig molekylvægt) og Đ (dispersity)) kan også bestemmes fra signal distribution hos massespektre ( trin 4.2 for beregninger). Måske mest unikt kan ved homopolymerer, summen af slutningen gruppe masserne bekræftes ved bestemmelse af forskydningen af polymer fordeling med hensyn til massen af de gentagne enheder alene. Informationsrige MALDI-TOF massespektre give værdifulde karakterisering data, der er komplementær til mere traditionelle polymer karakterisering teknikker såsom størrelse udstødelse kromatografi, Fouriertransformation infrarød spektroskopi, og Kernemagnetisk resonans.

Protocol

Advarsel: Alle reaktioner blev kørt i et stinkskab. Læs venligst alle materiale sikkerhedsdatablade (MSDS) for et kemikalie brugt og tage passende forholdsregler.

1. Prøvetilberedning

  1. Forberedelse af matrix stamopløsninger
    1. 20 mg af α-cyano-4-hydroxycinnamic syre (HCCA) opløses i 1 mL af tetrahydrofuran-unstabilized (THF), og vortex indtil opløst.
    2. 20 mg af 2,5-dihydroxybenzoic syre (DHB) opløses i 1 mL af THF og vortex indtil opløst.
  2. Forberedelse af alkali kation stamopløsningen
    1. 2 mg natrium trifluoroacetate (NaTFA) opløses i 1 mL af THF og vortex indtil opløst.
    2. 2 mg kalium trifluoroacetate (KTFA) opløses i 1 mL af THF og vortex indtil opløst.
  3. Forberedelse af analysand stamopløsninger
    1. Prøve 1: Opløs 2 mg poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre (Mn = 5000) i 0,5 mL af THF og vortex indtil opløst.
    2. Prøve 2: 2 mg polyoxyetylen bis(azide) opløses (Mn = 2000) i 0,5 mL af THF og vortex indtil opløst.
    3. Eksempel 3: 2 mg poly(L-lactide), thiol opsagt opløses (Mn = 2500) i 0,5 mL af THF og vortex indtil opløst.
  4. Forberedelse af prøven blandinger til analyse
    1. Forberede en række løsninger ved at blande matrix, analysanden og kation løsning samtidig varierer det relative forhold mellem komponenterne så ni unikke prøver blandinger er lavet. For eksempel, at holde mængden af tilsat matrix stamopløsning konstant (fx., 10 µL), varierer mængden af analysand løsning med en faktor på tre (fx., 45, 15 og 5 µL), mens også variere mængden af kation løsning med en faktor på tre (fx ., 9, 3 og 1 µL). Disse prøver effektivt udbytte en 3 x 3 gitter af prøver med to forskellige koncentration variabler på x- og y akser (figur 1).
    2. Repræsentativt eksempel, kan du kombinere 15 µL af opløsningen poly(L-lactide) med 15 µL af opløsningen DHB og 1 µL af opløsningen NaTFA.
    3. Tilsæt 1 μl af hver løsning blandingen på en individuel prøve godt på MALDI target plade (figur 2). Tilføje prøverne trinvist i små portioner til forhindrer prøven fra flyder ud af godt prøve at lade hver delprøve til inddampes til tørhed før du tilføjer ekstra prøve.
      Bemærk: For højere kogepunkt opløsningsmidler, en luftpistol kan være nødvendigt at fremskynde opløsningsmiddel fordampning, selvom forsigtighed bør bruges til at undgå opvarmning prøve plade, som kan forårsage plade til warp.
  5. Forberedelse af standardprøverne til kalibrering
    1. Forberede Kalibreringsstandarder ved hjælp af den foreslåede leverandør protokol.
      Bemærk: Dendrimer calibrants blev udvalgt til denne undersøgelse og er tilgængelig som en ren dendrimers eller forblandet med matrix, kalibratoren og kation på optimeret nøgletal.

2. data erhvervelse optimering

  1. Igangsættende dataopsamling
    1. Åbne data erhvervelse software "FlexControl".
    2. Skubbe platformen for at aktivere indlæsning af target pladen ved at trykke på den "Equation 1" knappen.
    3. Anbring forsigtigt target plade med indlæst kalibratoren og analysanden prøver på platformen i den relevante retning.
    4. Bruge erhvervelse software til at injicere target pladen på platformen ved at trykke på den "Equation 1" knappen igen.
    5. Vælg en passende data erhvervelse metode (positiv tilstand erhvervelse metode) ved at trykke på fil | Vælg metoden.
      Bemærk: For de fleste polymer prøver, herunder vores repræsentant analysander, ionisering forventes via kompleks med en kation og, derfor, en positiv tilstand erhvervelse metode er mest hensigtsmæssigt. Afhængigt af instrumentet, for lavere masse intervaller (500-10.000 Da) eller når højere opløsning ønskes, Vælg en reflektor mode metode filen. For højere molekylvægt prøver eller når højere signal følsomhed er nødvendige, og lavere opløsning er acceptabel, skal du vælge en lineær mode metode filen.
    6. Før du erhverve data, sikre en passende masseinterval for indsamling af data er valgt-ideelt til masseinterval vil omfatte halvdelen af den laveste masse i den forventede fordeling samt dobbelt højeste massen i den forventede fordeling. Kontrollere dette ved at klikke på fanen registrering og visning af Masse sortiment.
      Bemærk: Dette medvirker til at sikre, at signalet fra lavere molekylvægt nedbrydning fragmenter eller højere molekylvægt aggregater (dimer), der kan være til stede i prøven indgår i datasættet. Bemærk også, at matrix oligomerer ofte bemærket med højt signal intensiteter i de fleste MALDI-TOF massespektre, leverer høj intensitet støj med masserne så højt som 1000 Da, komplicerende analyse under denne masse. Selv om kalibrering skal før at have fået en endelige datasæt, kan en nøjagtig kalibrering fil være erhvervet, hvis der anvendes identiske erhvervelse parametre som dem, optimeret for den pågældende analysand. Derfor kræves en indledende optimering af analysandens masse spektrum før kalibrering, efterfulgt af genanskaffelse af massespektrum kalibreret analysand.
  2. Foreløbige data erhvervelse
    1. Køb software, Vælg position på target pladen, som svarer til den ønskede analysand.
    2. Indlede indsamle data mens du flytter laser target omkring prøve at maksimere signalet. Tryk på Startfor at starte indsamling af data.
      Bemærk: Laser kan udstødning matrix på en bestemt lokation efter gentagen prøvetagning.
    3. Ved hjælp af skyderen på den venstre side af vinduet kamera, justere laser magt, således at minimum magt nødvendige til at opnå isotopiske opløsning er opnået.
      Bemærk: Når du analyserer flere prøver for at bekræfte den optimale ratio af analysanden, kation og matrix, bruge den samme laser power på hver af analysand prøver for at bestemme hvilken prøve udstiller det bedste signal/støj forhold for disse parametre, erhvervelse. Fortsætte fremtidig erhvervelse optimering med den prøve, der synes at udstille de bedste signal / støjforhold.
  3. Data erhvervelse optimering
    1. Du zoomer ind på en individuel højdepunkt i midten af masseinterval af interesse, optimere løsningen ved at justere forskellen i acceleration spændinger (for instrumenter i denne undersøgelse, dette indebærer justere værdien "IS2"), som er i Spectrometer fane.
      Bemærk: Dette er mest hurtigt optimeres ved varierende IS2 værdi i store skridt, tage note som værdi genererer den bedste opløsning (dvs., de mindste fuld bredden i halv maksimalt signal intensitet), og derefter yderligere optimering i mindre trin af IS2 værdi. Typisk, den optimale IS2 værdi er højere (tættere på IS1) for lav masse polymerer, og lavere for høj masse polymerer.
    2. Hvis det ønskes, øge opløsning ved hjælp af reflectron tilstand.
      Bemærk: Reflectron mode giver mulighed for udligning af forskelle i indledende hastighed af ioner af den samme m/z ved at tvinge de højere hastighed ioner af samme m/z værdien i en længere vej til detektoren. Denne stigning i stien til detektoren giver mulighed for langsommere ioner af samme m/z værdi at ankomme på detektoren samtidigt, effektivt fokuserer ioner for øget opløsning. Selvom reflectron tilstand typisk forbedrer signal-opløsning for prøver med svagt signal intensitet, kan lineære tilstand kræves for at visualisere dataene.
    3. Endelig optimere laser strøm ved at reducere laser power så lavt som muligt samtidig med at stadig generere en rimelig signal til støjforhold (fx., signal til støjforhold i ca. 10).
      Bemærk: Fordi højere laser beføjelser generelt reducere opløsningen og kan fremkalde fragmentering, massespektre med bedste kvalitet er erhvervet ved hjælp af reducerede laser power, men en højere antal scanninger.
    4. Når erhvervelse parametrene er optimeret, skal du gemme de ikke-kalibrerede massespektre ved at markere filen og derefter Gemme spektrum til filen som. For eksterne kalibrering, skal der foretages en ny anskaffelse af kalibratoren under disse identiske, optimerede parametre før en ny anskaffelse er indledt for at generere analysandens kalibreret masse spektrum.

3. MALDI kalibrering

  1. Erhvervelse af kalibrering masse spektrum
    1. Hjælp af parametrene erhvervelse allerede optimeret for analysanden, erhverve en optimeret masse spektrum af stikprøven af masse standarder.
      Bemærk: Ideelt set kalibrering sæt bør omfatte én standard ovenover området af interesse, en nedenfor, og mindst én i rækken af interesse. Nøjagtigheden af kalibreringen er bedst hvis alle erhvervelse parametre er ens for begge prøver.
  2. Oprette en kalibrering fil
    1. Sørg for, at enhver eksisterende kalibrering er annulleret eller i stand til at blive overskrevet ved at trykke på Afkræfte kalibrering under spektrometer fanen.
    2. Ved hjælp af de samme erhvervelse parametre (fx., laser power, IS2 spænding), flytte laseren at prøve brønden indeholder kalibratoren (fx., dendrimer standard, peptid) ved at vælge den tilsvarende godt med markøren og erhverve en spektrum ved at trykke på Start.
  3. Når tilstrækkeligt signal er opnået, skal du trykke på Start til slut erhverve data.
  4. Når massespektrum af kalibratoren er opnået, skal du vælge Mass Control List dropdown menu i kalibrering fanen, der svarer til denne kalibreringsstandardens. Listen passende masse kontrol vil have referencemasse af kalibratoren valgt med den passende kation.
    Bemærk: Disse bør være tilgængelige fra kalibratoren leverandør, og sørg for at bruge de monoisotopic masse værdier, når isotopiske opløsning er opnået (fx., reflektor tilstand under m/z = 5000), og en gennemsnitlige masse værdier når isotopiske opløsning ikke kan opnås (fx, lineære tilstand over m/z = 5000),
  5. Før matcher de tilsvarende reference peak til hver valgte kalibratoren peak, sikre at en passende peak picking protokollen anvendes ved at vælge fanen behandling .
    Bemærk: Peak picking protokoller kan variere baseret på spektrale opløsning. For en masse gennemsnitsberegning, bør softwaren tage den masse gennemsnit på tværs af hele serien af isotopiske toppe. En monoisotopic masse beregning, bør der fastsættes softwaren til at beregne den nøjagtige masse af kun den første isotopiske peak.
  6. Anvende referencemassen fra listen masse kontrol til det tilsvarende signal til kalibratoren masse spektrum ved at vælge område til venstre for toppen af interesse og derefter klikke på den tilsvarende masse på listen kontrol gælde. Fortsætte processen for de resterende kalibratoren toppe.
    Bemærk: For de mest nøjagtige og præcise kalibrering, prøveemner de analysand og kalibratoren så tæt sammen som muligt på målet plade, fordi subtile variationer i target plade højde kan påvirke nøjagtigheden af kalibreringen.
  7. Generhverve analysandens spektrum, når den masse skala for optimeret erhvervelse parametre har været kalibreret.

4. data analyse og fortolkning

  1. Peak plukning
    1. Åbn analysandens spektrum i data analyse software (FlexAnalysis).
    2. Zoome ind på en top at identificere hvis isotopiske opløsning er opnået ved at vælge knappen Zoom i X-området .
    3. Tryk på masse liste | Find at vælge toppe. Hvis monoisotopic peak er løst, skal du vælge denne første højdepunkt i den isotopiske distribution til at bestemme dens masse ved hjælp af en monoisotopic peak-picking protokol. Hvis monoisotopic peak ikke er løst, skal du bruge en gennemsnitlige masse peak picking protokol og bestemme den gennemsnitlige masse for hele isotopiske fordelingen.
    4. Fortsæt denne peak picking proces for hver n-mer i polymer distribution.
  2. Polymer karakterisering og slutningen gruppe analyse beregninger
    Bemærk: Når de anvendes korrekt, MALDI-TOF MS kan give værdifulde og nøjagtige data for massefordelingen af polymerer. Det skal bemærkes, at massedistribution data er kun præcis, når dispersity af polymer prøven er relativt lav (fx., ca Đ= 1,3 eller nedenfor).
    1. Beregn antal gennemsnitlig molekylvægt, masse gennemsnittet med hensyn til antallet af mol af hver massefraktionen, ved hjælp af formlen:
      Equation 2
      hvor Njeg = antal molekyler af et bestemt molekylvægt og Mjeg = den specifikke molekylvægt af disse molekyler.
    2. Beregn vægten gennemsnitlig molekylvægt, masse gennemsnittet med hensyn til vægten af hver massefraktionen, ved hjælp af formlen:
      Equation 3
      hvor N jeg = antal molekyler af et bestemt molekylvægt og M jeg = den specifikke molekylvægt af disse molekyler.
    3. Når både Mw og Mn er blevet beregnet, kvantificere bredden af molekylvægt distribution ved hjælp af forholdet Mw/mNielsen , der kaldes dispersity, Đ.
    4. Den mest unikke og kraftfulde indslag af MALDI-TOF MS dataanalyse er evnen til at fastslå eller bekræfte grupperne slutningen af homopolymerer. Bestemme gruppen ende ved at omarrangere den følgende formel for den konstaterede masse af en n-mer i den masse spektrum (Mn-mer):
      Mn-mer = n (MRU ) + MEG1 + MEG2 + Mion
      hvor n = graden af polymerisering,
      MEG1 = masse af gruppen α-udgangen
      MEG2 = masse af gruppen ω-udgangen
      MRU = massen af polymer, Gentag enhed
      og Mion = massen af ion at komplekser med polymer.

Representative Results

Prøve 1: Et udsnit af poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre (Mn = 5000) (figur 3) blev analyseret ved hjælp af kalium trifluoroacetate som en cationization agent med HCCA som matrix. Spektret udstillet den forventede K+ adukter samt de observeret fra resterende Na+.

MALDI-TOF MS bekræfter den smalle distribution (figur 3) poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre (Mn = 5000). Fordi monoisotopic peak (der omfatter udelukkende de mest rigelige elementært isotoper, nemlig 12C, 1H 16O og 14N) ikke er tilstrækkeligt løst hen til muliggøre dets identifikation, en pick Topper protokollen bruges som bestemmer den gennemsnitlige masse på tværs af hele isotopiske fordelingen for hvert n-mer peak. Ligeledes bestemmes alle teoretiske beregninger ved hjælp af gennemsnit, snarere end monoisotopic, masserne for hvert element. Ved hjælp af ligninger fra trin 4 analyse software blev brugt til at beregne de følgende egenskaber af polymer massedistribution: MøllerNielsen: 4700, Mw: 4710, Đ: 1,00.

For at bekræfte identiteten af grupperne ende, blev en individuel n-mer (104) udvalgt til videre analyse (figur 4). Som med af massefordelingen, blev fordi monoisotopic peak ikke kunne fortolkes, gennemsnitlige masse værdier brugt til efterfølgende beregninger. Den teoretiske masse værdi af 104-mer af poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre består af massen af de tilbagevendende enheder (44.0530 × 104) plus massen af α-Amin ende gruppe (+ 16.02300), og massen af ω-carboxyl ende gruppe (+ 59.0440) plus den massen af kalium kation (+ 39.09775), hvilket giver en total 104-mer massen af 4695.67675. Den observerede masse værdi for 104-mer + K+ er 4695.5, som svarer til den teoretiske værdi, givet gennemsnitlige masse beregningspræcisionen. Serien af mindre, offset toppe i spektrum modsvarer polymeren ioniserende med natrium hvor den teoretiske masse værdi af 104-mer består af massen af de tilbagevendende enheder (44.0530 × 104) plus massen af α-Amin ende gruppe (+ 16.02300) plus den massen af ω-carboxyl ende gruppe (+ 59.0440) plus en masse af natrium kation (+ 22.98922) giver en total 104-mer massen af 4679.56822. Den observerede masse værdi for 104-mer + Na+ er 4679.4, som kun er 0,2 Da forskellig fra den teoretiske værdi. Mere nøjagtige målinger end gruppe masse kan bestemmes ved at måle gennemsnitlige på tværs af flere toppe, og har været diskuteret andetsteds11.

Poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre (Mn = 5000) prøve fastholdt sin smalle distribution når selektivt functionalized ved reaktion (figur 5) med 2,4-dinitrofluorobenzene (DNFB) (figur 6). Spektrum udstillet natrium adukter og brugt HCCA som matrix.

MALDI-TOF MS bekræfter den smalle distribution (figur 6) poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre (Mn = 5000) når modificeret med DNFB. Ved hjælp af ligninger fra trin 4 analyse software blev brugt til at beregne de følgende egenskaber af polymer massedistribution: MøllerNielsen: 4940, Mw: 4950 Đ: 1,00.

For at afgøre, om komplet functionalization poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre (Mn = 5000) havde fundet sted med DNFB, en individuel n-mer af fordelingen blev udvalgt til analyse (figur 7). Den teoretiske massen af den functionalized 104-mer af poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre reagerede med 2,4-dinitrofluorobenzene består af 44.0530 × 104 (massen af de tilbagevendende enheder) + 182.115 (masse af gruppen α-Amin reagerede med 2,4 - dinitrofluorobenzene) + 59.044 (masse af gruppen carboxyl) + 22.98922 (masse af natrium kation) = 4845.66022. Den observerede masse værdi for n = 104 er 4845.8, som er-0.1 Da forskellig fra den teoretiske værdi. Denne tætte aftale mellem de teoretiske og observerede værdier er vejledende for en fuldstændig ændring af råvaren til produktet, men mere væsentligt manglen signaler tilknyttet råvare, 4811.72722 og 4855.78022 for dette masseinterval eller enhver supplerende biprodukter bekræfter den kvantitative selektive functionalization af amin. Et andet højdepunkt er observeret ved 4823.8, som matcher 103-mer af den functionalized polymer, men med tab af proton på carboxylsyre ende gruppe at komplekser med en anden natrium ion med en teoretisk massen af 4823.58899, der er forskel på-0.2 Da.

Prøve 2: En prøve af polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) (figur 8) blev analyseret ved hjælp af natrium trifluoroacetate som en cationization agent og HCCA som matrix og kun udstillet den forventede Na+ adukter.

På grund af opløsning opnået i denne lavere masseinterval, monoisotopic toppe for hvert af n-mers kunne nemt løses, og så en monoisotopic peak picking protokol blev valgt (i gennemsnit kun masse signalet fra den første højdepunkt i den isotopiske distribution ) og alle tilsvarende beregninger udnyttet monoisotopic masserne af hvert element. MALDI-TOF MS bekræfter den smalle distribution (figur 8) af polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000). Ved hjælp af ligninger fra trin 4 analyse software blev brugt til at beregne de følgende egenskaber af polymer massedistribution: MøllerNielsen: 1940, Mw: 1950, Đ: 1,01.

For at bekræfte afslutningen gruppe functionalization, en individuel n-mer (42) blev valgt (figur 9). Som med den massive distributioner fastslået ovenfor, anvendtes monoisotopic masserne fordi monoisotopic toppe er godt løst i hvert n-mer isotopiske distribution. Den teoretiske masse værdi på 42-mer af polyoxyetylen bis(azide) svarer til 44.02621 × 42 (massen af de tilbagevendende enheder) + 42.00922 (masse af gruppen azido slutningen) + 70.04052 (masse af gruppen azidoethyl slutningen) + 22.98922 (masse af natrium kation) = 1984.13978. Den observerede masse værdi for n = 42 er 1983.95, som er 0,19 Da forskellig fra den teoretiske værdi. Det skal bemærkes, at især på højere laser beføjelser, indeholder funktionalitet kan udstille metastabile fragmenter; Det konstateredes imidlertid ikke i denne specifikke sag31.

Polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) prøve fastholdt sin smalle distribution når selektivt functionalized af en kobber katalyseret indeholder-alkyn cycloaddition reaktion (figur 10) med 1-ethynyl-4-fluorobenzene(EFB) ()Figur 11) til at give en 4-fluorophenyltriazolyl (FPT) gruppe. Spektre udstillet den forventede Na+ adukter fra ved hjælp af natrium trifluoroacetate som en cationization agent og HCCA som matrix.

MALDI-TOF MS bekræfter den smalle distribution ()Figur 11) af polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) efter functionalization med EFB. Ved hjælp af ligninger fra trin 4 analyse software blev brugt til at beregne følgende polymer karakteristika: MøllerNielsen: 2240, Mw: 2250, Đ: 1,00.

For at bekræfte komplet functionalization af prøven, blev monoisotopic masserne brugt til at analysere en valgte individuelle n-mer (42) (figur 12). Den teoretiske masse værdi af 42-mer af polyoxyetylen bis(azide) reagerede med 1-ethynyl-4-fluorobenzene svarer til 44.02621 × 42 (massen af de tilbagevendende enheder) + 162.04675 (masse af gruppen FPT slutningen) + 190.07805 (masse af den FPT ethyl ende gruppe med 1-ethynyl-4-fluorobenzene) + 22.98922 (masse af natrium kation) = 2224.21484. Den observerede masse værdi for n = 42 er 2224.16, som er 0,05 Da forskellig fra den teoretiske værdi.

Eksempel 3: Et udsnit af poly(L-lactide), thiol afsluttes (Mn = 2500) (Figur 13) blev analyseret ved hjælp af natrium trifluoroacetate som en cationization agent og kun udstillet den forventede Na+ adukter og DHB som matrix.

MALDI-TOF MS bekræfter den smalle fordeling af poly(L-lactide), thiol afsluttes (Mn = 2500) (Figur 13). Ved hjælp af ligninger fra trin 4, Programanalyse blev anvendt til at beregne følgende polymer karakteristika: MøllerNielsen: 2310, Mw: 2360, Đ: 1,02.

For at bekræfte komplet functionalization af prøven, blev monoisotopic masserne brugt til at analysere en valgte individuelle n-mer (26) (fig. 14). Den teoretiske masse værdi af 26-mer af poly(L-lactide), thiol afsluttes (Mn = 2500) svarer til 72.02113 × 26 (massen af de tilbagevendende enheder) + 17.00274 (masse hydroxylgruppe) + 61.0112 (massen af ω-thiol ende gruppe) + 22.98922 (masse af natrium kation) = 1973.55254. Den observerede masse værdi for n = 26 er 1973.62, som er-0.07 Da forskellig fra den teoretiske værdi. En mindre signal er observeret ved 2045.74, hvilket svarer til 72.02113 × 27 (massen af de tilbagevendende enheder) + 17.00274 (masse ende hydroxylgruppe) + 61.0112 (massen af ω-thiol ende gruppe) + 22.98922 (masse af natrium kation). Den teoretiske masse er 2045.57367, som er en 0,17 forskel fra den konstaterede masse. Denne lille intensitet, ulige gentage enhed er betegnende for omestring under ringen åbning polymerisering af mælkesyre. En tredje, er meget mindre peak observeret ved 2057.73. Dette er-0.14 Da anderledes end den teoretiske massen af en poly(L-lactide) med en carboxylsyre ende gruppe (snarere end gruppen thiol slutningen) med en teoretisk masse 72.02113 × 27 (massen af de tilbagevendende enheder) + 17.00274 (masse ende hydroxylgruppe) + 73.02895 (mass af carboxylsyre) + 22.98922 (masse af natrium kation) = 2057.59142. Denne yderligere mindre urenhed er sandsynlig konsekvens af indledningen fra vand under ringen åbning polymerisering af lactide monomer.

Poly(L-lactide), thiol afsluttes (Mn = 2500) prøve fastholdt sin smalle distribution når selektivt functionalized ved en thiol-en reaktion (Figur 15) med maleimide (Figur 16). Spektre udstillet den forventede Na+ adukter fra ved hjælp af natrium trifluoroacetate som en cationization agent og DHB som matrix.

MALDI-TOF MS bekræfter den smalle fordeling af poly(L-lactide), thiol afsluttes (Mn = 2500) efter en thiol-en reaktion med maleimide (Figur 16). Ved hjælp af ligninger fra trin 4 analyse software blev brugt til at beregne følgende polymer karakteristika: MøllerNielsen: 2310, Mw: 2340, Đ: 1,01. Det skal bemærkes, at faldet i Mn og Mw i forhold til råvaren er ionisering bias (en af manglerne ved MALDI-TOF MS). Når ændringen af udgangsmaterialet er relativt lille (~ 97 Da i denne særlige ændring) og dispersity aftager efter ændring, MALDI-TOF MS beregninger af gennemsnitlig molekylevægt kan blive mindre nøjagtig.

For at bekræfte komplet functionalization af poly(L-lactide), afsluttes thiol (Mn = 2500) med maleimide via en thiol-en reaktion, monoisotopic masserne blev brugt til at analysere en valgte individuelle n-mer (26) (fig. 17). 26-mer af poly(L-lactide) thiol afsluttes teoretiske masse værdi svarer til 72.02113 × 26 (massen af de tilbagevendende enheder) + 17.00274 (masse ende hydroxylgruppe) + 158.02757 (massen af ω-thiol ende gruppe kædet sammen med maleimide) + 22.98922 (massen af den natrium kation) = 2070.56891. Den observerede masse værdi for n = 26 er 2070.54, som er 0,03 Da forskellig fra den teoretiske værdi. De samme arter ioniserende med kalium er også observeret ved 2086.49, hvilket svarer til en 0,05 Da forskellen form den teoretiske masse. En meget lille peak er observeret ved 2167.58, hvilket svarer til 72.02113 × 28 (massen af de tilbagevendende enheder) + 17.00274 (masse ende hydroxylgruppe) + 72.02168 (masse carboxylat anion) + 22.98922 (masse af natrium kation) + 38.96371 (massen af kalium kation). Den teoretiske masse er 2167.56844, som er en-0.01 forskel fra den konstaterede masse og er betegnende for den samme spor urenheder fra vandet indledning, der var observeret i udgangsmaterialet. Denne polymer udstiller ionisering med en tilsvarende af natrium, en af kalium, og tab af en proton. Tabet af carboxylsyre proton og kompleks med to kationer er en fælles tilstand af ioniserende stråling til monocarboxylsyrer syre functionalized polymerer. Det er vigtigt at bemærke, at den samme skift i masse, der er observeret for thiol-en reaktionsprodukter ikke sker for denne carboxylsyre-afsluttet sammensatte, hvilket yderligere tyder på at det manglede gruppen thiol slutningen for at gennemgå functionalization reaktionen.

Figure 1
Figur 1:3 x 3 gitter for prøven ratio bestemmelse. Bruger 3 x 3 gitter af prøver, kan de relative koncentrationer af cationization agent-analyt-matrix systematisk varieres Bestem empirisk en optimeret prøveforberedelse. Dette gøres typisk ved at holde en af de tre variabler konstant (15 µL af analysand løsning) samtidig øge mængden af de andre to (cationization agent (y-aksen) og matrix (x-aksen)) komponenter af et sæt multiple (3-fold i eksemplet afbildet). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: MALDI-TOF MS target plade. MALDI-TOF MS target plade er en metalplade, som besidder MALD-TOF MS prøver i individuelle brønde til analyse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: MALDI-TOF masse spektrum af prøve 1. Denne fulde spektrum viser den samlede fordeling af poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre (Mn= 5000) ioniseret med både Na+ og K+. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: MALDI-TOF masse spektrum af en individuel gentaget enhed af prøve 1. Dette spektrum viser en individuel gentage enhed poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre (Mn = 5000) til ende gruppe analyse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: reaktion ordningen for prøve 1 ændring. For at bekræfte afslutningen grupper af råvaren, blev poly(ethylene glycol) 2-aminoethyl ether eddikesyre reagerede med 2,4-dinitrofluorobenzene (også kendt som Sanger reagens). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: MALDI-TOF masse spektrum af prøve 1 ændring. Denne fulde spektrum viser den samlede fordeling af poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre (Mn = 5000) functionalized med 2,4-dinitrofluorobenzene. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7: MALDI-TOF masse spektrum af en individuel gentage enhed af prøven 1modification. For at bekræfte afslutningen gruppe functionalization, dette spektrum viser en individuel gentage enhed poly (etylenglykol) 2-aminoethyl ether eddikesyre (Mn = 5000) efter reaktion med 2,4-dinitrofluorobenzene. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 8
Figur 8: MALDI-TOF masse spektrum af prøve 2. Denne fulde spektrum viser den samlede fordeling af polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) ioniseret med Na+ adukter. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 9
Figur 9: MALDI-TOF masse spektrum af en individuel gentage enhed af prøve 2. Dette spektrum viser en gentaget enhed af polyoxyetylen bis-indeholder (Mn = 2000) for at bekræfte afslutningen grupper venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 10
Figur 10: reaktion ordningen for prøve 2 ændring. At bekræfte afslutningen grupper af den begyndende materiale, polyoxyetylen bis-indeholder (Mn = 2000) blev reageret med 1-ethynyl-4-fluorobenzene via en kobber-katalyseret indeholder-alkyn cycloaddition (CuAAC). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 11
Figur 11: MALDI-TOF masse spektrum af prøve 2 ændring. Denne fulde spektrum viser den samlede fordeling af polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) functionalized med 1-ethynyl-4-fluorobenzene. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 12
Figur 12: MALDI-TOF masse spektrum af en individuel gentage enhed af prøve 2 ændring. Dette spektrum viser en individuel gentage enhed af polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) reagerede med 1-ethynyl-4-fluorobenzene via kobber katalyseret indeholder-alkyn cycloaddition at bekræfte afslutningen gruppe functionalization. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 13
Figur 13: MALDI-TOF masse spektrum af prøve 3. Denne fulde spektrum viser den samlede fordeling af poly(L-lactide), thiol afsluttes (Mn = 2500). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 14
Figur 14: MALDI-TOF masse spektrum af en individuel gentage enhed af prøve 3. Spektret viser en individuel gentage enhed af poly(L-lactide), thiol afsluttes (Mn = 2500) at bekræfte afslutningen grupper. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 15
Figur 15: reaktion ordningen for eksempel 3 modifikation. At bekræfte afslutningen grupper af råvare, poly(L-lactide), thiol afsluttes (Mn = 2500) var reagerede med maleimide via en thiol-en kobling. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 16
Figur 16: MALDI-TOF masse spektrum af prøve 3 modifikation. Denne fulde spektrum viser den samlede fordeling af produktet af reaktionen mellem poly(L-lactide), thiol afsluttes (Mn = 2500) og maleimide. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 17
Figur 17: MALDI-TOF masse spektrum af en individuel gentage enhed af prøve 3 modifikation. For at bekræfte afslutningen gruppe functionalization, dette spektrum viser en individuel gentage enhed af poly(L-lactide), thiol afsluttes (Mn = 2500) efter thiol-en reaktion med maleimide. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

MALDI-TOF-massespektrometri er en uvurderlig analytisk værktøj for polymer karakterisering på grund af dens evne til at generere polymer ioner i tilstanden enkeltvis opladet og med minimal opsplitning. Denne bløde ionisering teknik anvender korte laser bælgsæd til at desorb solid-state prøver af polymer analysanden indkapslet i en matrix sammensatte at generere polymer ioner i gasfasen. Makromolekyler er typisk ioniseret af kompleks med kationer, der er føjet til matrixen til at aktivere deres analyse af massespektrometri. Disse makromolekylære ioner er derefter fremskyndet af en udvinding spænding at bringe dem i regionen felt-fri flyvning røret, som kan aktivere deres m/z bestemmes baseret på deres time-of-flight mellem ion kilde og detektor5 , 32.

Sammenlignet med andre polymer karakterisering teknikker, er MALDI-TOF MS-spektre kvalitet stærkt afhængige af data erhvervelse parametre og forberedelse af prøver. Selv om der er ingen sæt formel for prøveforberedelse, forståelse funktion af hver bestanddel af prøveforberedelsen giver mulighed for hurtigere empiriske optimering. Den vigtigste faktor i MALDI prøveforberedelse er udvalg af matrixen, fordi kompatibilitet matrix med polymer analysanden er kritisk for at tillade ophidset matrix til at generere enkelt, desorberet makromolekyler i en ioniseret stat5, 15,17,19. Når passende matrix og cationization agenter er blevet udvalgt, bestemmes det korrekte forholdet mellem analysandens, matrix og cationization agent. Dette kan opnås empirisk ved at skabe et todimensionalt gitter af prøver (figur 1) på MALDI-TOF MS target plade (figur 2) med stigende matrix koncentration på en akse og stigende cationization agent koncentration på de andre.

Lig MALDI prøveforberedelse, der er ingen sæt formel til bestemmelse af data erhvervelse parametre; visse tendenser bør dog overvejes at fremskynde spektrale optimering. Reflectron tilstand, der øger beslutning, men nedsætter samlede signal, er typisk valgt for lavere masse intervaller (i disse eksempler, under 4.000 Da) hvor isotopiske beslutningen kan opnås. I disse tilfælde, blev monoisotopic masse beregninger og peak picking metoder anvendt. For polymer prøver med masserne over 4.000 Da, blev lineære tilstand brugt med gennemsnitlige masse beregninger og Topper picking metoder. For at forbedre signal opløsning, ion kilde spændinger skal justeres i små intervaller med den generelle tendens til større masse polymerer med en større spænding differential (IS1 versus IS2).

Mens optimeret prøveforberedelsen og erhvervelse parametre kan give præcision, masse nøjagtighed kan kun opnås gennem effektiv kalibrering. Time of flight for en given masse kan variere subtilt variable erhvervelse parametre og selv pladen positioner, derfor en kalibrering foretages for hvert sæt af optimeret erhvervelse parametre for at give nøjagtige masse bestemmelse5,30. Når erhvervelse parametre og forberedelse af prøver er blevet optimeret, bør spektrene kalibreres ved hjælp af disse nøjagtige samme betingelser.

På grund af ekstraordinære opløsning og masse nøjagtighed observeret i de optimerede MALDI-TOF massespektre af polymerer, er denne teknik blevet en værdifuld gratis værktøj til bestemmelse af polymer massedistribution data. Men dens evne til at løse individuelle gentage enheder inden for polymer massedistribution giver en særlig fordel for udgangen gruppe analyse i forhold til andre polymer karakterisering teknikker såsom gel gennemtrængning kromatografi (GPC) og nukleare Kernemagnetisk resonans (NMR). Dette er særligt værdifulde for bestemmelse af troskab i slutningen gruppe functionalization reaktioner og slutningen gruppe bøjninger reaktioner kvantitativ art. Dette manuskript har vist evne til at løse massen af individuelle polymer gentage enheder med op til to decimaler punkter af masse nøjagtighed, gør det muligt for bekræftelse af slutningen gruppen ændringer med en høj grad af tillid. Med de betydelige fremskridt, der er foretaget for nylig inden for precision polymer syntese, MALDI-TOF MS er ved at blive et stadigt vigtigere redskab til bestemme makromolekylære struktur og funktionalitet.

Disclosures

Forfatterne har finansielle interesser vedrører den sfæriske calibrants anvendes i denne undersøgelse.

Acknowledgments

Forfatterne anerkender den Smart materialedesign, analyse og behandling consortium (SMATDAP) finansieret af National Science Foundation under samarbejdsaftale IIA-1430280 og LA bestyrelse Regents for et graduate stipendium (MEP). Polymer prøver for disse eksperimenter blev leveret af MilliporeSigma (Sigma-Aldrich).  Åben adgang til offentliggørelsen af denne artikel er sponsoreret af MilliporeSigma.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
polyoxyethylene bis(azide) (Mn=2000) MilliporeSigma (Aldrich) 689696 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/689696?lang=en&region=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&region=US
poly(L-lactide), thiol terminated (Mn=2500) MilliporeSigma (Aldrich) 747386 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/747386?lang=en&region=US
SpheriCal®  peptide low MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) PFS20 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs20?lang=en&region=US
SpheriCal®  peptide medium MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) PFS21 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs21?lang=en&region=US
SpheriCal®  peptide high MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) PFS22 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/pfs22?lang=en&region=US
2,4 dinitrofluorobenzene TCI A5512
maleimide MilliporeSigma (Aldrich) 129585 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/129585?lang=en&region=US
1-ethynylfluorobenzene  Fisher Scientific 766-98-3
triethylamine MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) 471283 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/471283?lang=en&region=US
N,N,N',N",N"-pentamethyldiethylenetriamine MilliporeSigma (Aldrich) 369497 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/369497?lang=en&region=US
Copper(I)Bromide MilliporeSigma (Aldrich) 254185 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/254185?lang=en&region=US
glacial acetic acid Fisher Scientific A38212
sodium metabisulfite MilliporeSigma (Sigma-Aldrich) 13459 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/13459?lang=en&region=US
potassium trifluoroacetate MilliporeSigma (Aldrich) 281883 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/281883?lang=en&region=US
trans-2-[3-(tert-butylphenyl)-2-methyl-2-properylidene]malononitrile MilliporeSigma (Aldrich) 727881 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/727881?lang=en&region=US
a-cyano-4-hydroxycinnamic acid MilliporeSigma (Sigma) C8982 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/c8982?lang=en&region=US
tetrahydrofuran Fisher Scientific T425-1
dichloromethane VWR Analytical BDH1113-4LG

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wu, K. J., Odom, R. W. Peer Reviewed: Characterizing Synthetic Polymers by MALDI MS. Anal. Chem. 70, 456A-461A (1998).
  2. Lowe, A. B. Thiol-ene "click" reactions and recent applications in polymer and materials synthesis: a first update. Polym. Chem. 5, 4820-4870 (2014).
  3. Shi, Y., Cao, X., Gao, H. The use of azide-alkyne click chemistry in recent syntheses and applications of polytriazole-based nanostructured polymers. Nanoscale. 8, 4864-4881 (2016).
  4. Lutz, J. F. 1,3-dipolar cycloadditions of azides and alkynes: a universal ligation tool in polymer and materials science. Angew. Chem. Int. Ed. 46, 1018-1025 (2007).
  5. Montaudo, G., Samperi, F., Montaudo, M. S. Characterization of synthetic polymers by MALDI-MS. Prog. Polym. Sci. 31, 277-357 (2006).
  6. Weidner, S. M., Trimpin, S. Mass spectrometry of synthetic polymers. Anal. Chem. 80, 4349-4361 (2008).
  7. Zhu, H., Yalcin, T., Li, L. Analysis of the accuracy of determining average molecular weights of narrow polydispersity polymers by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. J. Am. Soc. Mass Spectr. 9, 275-281 (1998).
  8. Cortez, M. A., Grayson, S. M. Application of time-dependent MALDI-TOF mass spectral analysis to elucidate chain transfer mechanism during cationic polymerization of oxazoline monomers containing thioethers. Macromolecules. 43, 10152-10156 (2010).
  9. Liu, J., Loewe, R. S., McCullough, R. D. Employing MALDI-MS on poly(alkylthiophenes): analysis of molecular weights, molecular weight distributions, end-group structures, and end-group modifications. Macromolecules. 32, 5777-5785 (1999).
  10. Zhang, B., et al. Determination of polyethylene glycol end group functionalities by combination of selective reactions and characterization by matrix assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. Anal. Chim. Acta. 816, 28-40 (2014).
  11. Li, Y., Hoskins, J. N., Sreerama, S. G., Grayson, M. A., Grayson, S. M. The identification of synthetic homopolymer end groups and verification of their transformations using MALDI-TOF mass spectrometry. J. Mass Spectrom. 45, 587-611 (2010).
  12. Enjalbal, C., et al. MALDI-TOF MS analysis of soluble PEG based multi-step synthetic reaction mixtures with automated detection of reaction failure. J. Am. Soc. Mass Spectr. 16, 670-678 (2005).
  13. Laurent, B. A., Grayson, S. M. An efficient route to well-defined macrocyclic polymers via "click" cyclization. J. Am. Chem. Soc. 128, 4238-4239 (2006).
  14. Owens, K. G., Hanton, S. Conventional MALDI sample preparation. Maldi Mass Spectrometry for Synthetic Polymer Analysis. Li, L. , John Wiley & Sons, Inc. 129-158 (2009).
  15. Hanton, S. D. Mass spectrometry of polymers and polymer surfaces. Chem. Rev. 101, 527-570 (2001).
  16. Samperi, F., Montaudo, G., Montaudo, M. S. Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry of polymers (MALDI-MS). Mass Spectrometry of Polymers. Montaudo, G., Lattimer, R. P. , CRC Press. Ch. 10 419-500 (2001).
  17. Nielen, M. W. F. Maldi time-of-flight mass spectrometry of synthetic polymers. Mass Spectrom. Rev. 18, 309-344 (1999).
  18. NIST, Synthetic Polymer MALDI Recipes Search Form. , Available from: http://maldi.nist.gov/ (2014).
  19. Hanton, S. D., Owens, K. G. Polymer MALDI sample preparation. Mass Spectrometry in Polymer Chemisty. Barner-Kowollik, C., Gründling, T., Falkenhagen, J., Weidner, S. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. 119-147 (2011).
  20. Vestal, M. L., Juhasz, P., Martin, S. A. Delayed extraction matrix-assisted laser desorption time-of-flight mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 9, 1044-1050 (1995).
  21. Kaufmann, R., Spengler, B., Lutzenkirchen, F. Mass spectrometric sequencing of linear peptides by product-ion analysis in a reflectron time-of-flight mass spectrometer using matrix-assisted laser desorption ionization. Rapid Commun. Mass Sp. 7, 902-910 (1993).
  22. Mamyrin, B. A., Karataev, V. I., Shmikk, D. V., Zagulin, V. A. The mass-reflectron, a new nonmagnetic time-of-flight mass spectrometer with high resolution. Sov. Phys. JETP. 37, 45 (1973).
  23. Belu, A. M., DeSimone, J. M., Linton, R. W., Lange, G. W., Friedman, R. M. Evaluation of matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry for polymer characterization. J. Am. Soc. Mass Spectr. 7, 11-24 (1996).
  24. Kaufmann, R., Chaurand, P., Kirsch, D., Spengler, B. Post-source decay and delayed extraction in matrix-assisted laser desorption/ionization-reflectron time-of-flight mass spectrometry. Are there trade-offs? Rapid Commun. Mass Sp. 10, 1199-1208 (1996).
  25. Grayson, S. M., Myers, B. K., Bengtsson, J., Malkoch, M. Advantages of monodisperse and chemically robust "SpheriCal" polyester dendrimers as a "universal" MS calibrant. J. Am. Soc. Mass Spectr. 25, 303-309 (2014).
  26. McEwen, C. N., Larsen, R. S. Accurate mass measurement of proteins using electrospray ionization on a magnetic sector instrument. Rapid Commun. Mass Sp. 6, 173-178 (1992).
  27. Anacleto, J. F., Pleasance, S., Boyd, R. K. Calibration of ion spray mass spectra using cluster ions. J. Mass Spectrom. 27, 660-666 (1992).
  28. Fales, H. M. Calibration of mass ranges up to m/z 10,000 in electrospray mass spectrometers. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 10, 273-276 (1999).
  29. Hop, C. E. C. A. Generation of high molecular weight cluster ions by electrospray ionization; implications for mass calibration. J. Mass Spectrom. 31, 1314-1316 (1996).
  30. Xiang, B., Prado, M. An accurate and clean calibration method for MALDI-MS. J. Biomol. Tech. 21, 116-119 (2010).
  31. Li, Y., Hoskins, J. N., Sreerama, S. G., Grayson, S. M. MALDI−TOF mass spectral characterization of polymers containing an azide group: evidence of metastable ions. Macromolecules. 43, 6225-6228 (2010).
  32. Zenobi, R. Ionization processes and detection in MALDI-MS of polymers. MALDI Mass Spectrometry for Synthetic Polymer Analysis. Li, L. , John Wiley & Sons, Inc. 9-26 (2009).

Tags

Kemi sag 136 kemi polymer massespektrometri polymer analyse polymer karakterisering ende gruppe analyse tid for flyvning dataanalyse matrix assisted laser desorption ionisering
Karakterisering af syntetiske polymerer via Matrix Assisted Laser Desorption ionisering tid for flyvning (MALDI-TOF) massespektrometri
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Payne, M. E., Grayson, S. M.… More

Payne, M. E., Grayson, S. M. Characterization of Synthetic Polymers via Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight (MALDI-TOF) Mass Spectrometry. J. Vis. Exp. (136), e57174, doi:10.3791/57174 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter