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 av syntetiska polymerer via Matrix assisterad Laser Desorption jonisering tid för flygning (MALDI-TOF) masspektrometri

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

Summary

Ett protokoll för matrix-assisted laser desorption jonisering tiden för flygningen masspektrometri (MALDI-TOF MS) karakterisering av syntetiska polymerer beskrivs bland annat optimering av provberedning, spektrala förvärv och dataanalys.

Abstract

Det finns många metoder som kan användas i karakterisering av syntetiska homopolymerer, men få ger lika användbar information för slutet Gruppanalys som matris-assisted laser desorption jonisering tid av flygning masspektrometri (MALDI-TOF MS). Denna handledning visar metoder för optimering av provberedningen, spektrala förvärv, och dataanalys av syntetiska polymerer med MALDI-TOF MS. kritiska parametrar under provberedning inkluderar val av matrisen, identifiering av en lämplig cationization salt och trimma de relativa proportionerna av den matris, ering och analyt. Förvärv parametrarna, till exempel läge (linjär eller reflektor), polarisering (positiv eller negativ), acceleration spänning och fördröjningstiden, är också viktiga. Med tanke på vissa kunskaper i kemi inblandade att syntetisera polymeren och optimera parametrarna data förvärv såväl prov förberedelse villkoren, bör spectra uppnås med tillräcklig upplösning och massa noggrannhet för att aktivera den entydiga bestämning av slutet grupperna av de flesta homopolymerer (samlas under 10 000) förutom upprepa enheten massa och övergripande molekylvikt distribution. Men visat på en begränsad uppsättning polymerer, är dessa allmänna tekniker tillämpliga på ett mycket bredare utbud av syntetiska polymerer för att bestämma massutskick, men slutet gruppen bestämning är endast möjligt för homopolymerer med smala systemdispertionen.

Introduction

Med förbättringar i levande polymerisation tekniker, precision polymerer med kvantitativt functionalized slutet grupper är alltmer tillgängliga1. Den samtidiga utvecklingen av natriumazid-alkynen och thiolene Klicka kemier har aktiverat nästan kvantitativa kopplingen av makromolekyler till andra beståndsdelarna, som ger tillgång till ett utbud av hybrid material2,3,4 . Dock krävs exakta analystekniker för att karakterisera både start material och produkter av dessa polymer konjugation reaktioner. Matrix-assisted laser desorption/jonisering tid för flygning masspektrometri (MALDI-TOF MS) är en värdefull mjuk jonisering analytisk teknik för att karaktärisera polymerer eftersom det kan generera polymer joner i en enda laddning med minimal fragmentering5,6. MALDI-TOF MS har stora fördelar över andra konventionella metoder för polymer karakterisering eftersom den kan ge masspektra med upplösning av den enskilda n-mers inom polymer massdistribution. Som en följd kan sådan masspektra tillhandahålla exakt information om den genomsnittliga molekylvikten, upprepa massenhet, och molekylvikt systemdispertionen7, som i sin tur kan belysa konkurrerande polymerisation mekanismer såsom kedja överföring8 . MALDI-TOF MS är dock särskilt kraftfulla att ge information om polymer slutet grupper9,10, som kan användas för att bekräfta slutet grupp ändringar10,11 och andra transformationer12 såsom polymer cyclizations11,13. Lika viktigt, den relativt lilla mängden analyt (sub-mikrogram) krävs för massa spektrometriska analys gör denna teknik användbar för karakterisering när bara spår kvantiteter av material är tillgängliga.

MALDI-TOF MS analys av polymerer kan delas in i fyra olika steg: prov förberedelse, instrumentkalibrering, spektrala förvärv och dataanalys. Provberedning är det viktigaste steget för att skapa optimerade MALDI-TOF masspektra och sker innan provet introduceras till instrumentet14,15. Valet av en lämplig matris med liknande löslighet parametrar till polymer analyten är avgörande för att få hög kvalitet MALDI-TOF masspektra och riktlinjer för matrix urval har rapporterat någon annanstans14,15, 16,17. En databas av polymer MALDI ”recept” för provberedning har också varit publicerad online18. För romanen polymerer, kan matrix urval kontaktas genom första förstå lösligheten hos polymeren och välja en matris med liknande löslighet parametrar14,19. Polymerer med hög proton affinitet kan vara protonerade av de flesta matriser14 (som ofta innehåller karboxylsyra grupper), men för andra polymerer, är en cationization agent krävs14. Alkali joner addukt väl med syrehaltiga arter (t.ex. polyester och Polyetrar), medan omättade kolväten (t.ex. polystyren) addukt med övergången metaller såsom silver och koppar joner14, 19. eftersom de polymer proverna i detta experiment innehöll syreatomer i ryggraden, natrium eller kalium trifluoroacetate (TFA) användes som cationization agenten. När matrix och cationization agenter har valts, måste de relativa proportionerna av analyten, katjon agent och matrix optimeras noggrant för att säkerställa hög signal till brus. I den här proceduren, parametrar för provberedning har redan optimerats, men en empiriska exempel optimering procedur (steg 1.4.1., figur 1) som systematiskt varierar halterna av de tre komponenterna (analyten, Matrix och katjon) är effektivt för att snabbt fastställa deras optimala förhållanden.

Dataförvärv kräver också optimering av ett antal parametrar. De viktigaste parametrarna är positiv eller negativ jon funktionsläget av spektrometern, instrumentet funktionsläge (linjär kontra reflektor), acceleration spänningen och utvinning fördröjningstiden. Ett annat sätt att resolutionen kan ökas är genom utnyttjande av ”reflectron” läge20,21,22,23. Reflectron läge i huvudsak fördubblar flygbanan av joner till detektorn genom reflekterande jonerna i slutet av flygningen röret tillbaka mot en detektor nära källan medan fokusering joner med olika framfarter och därför öka upplösningen men minskar signalstyrkan. Dessutom kan högre upplösning spectra erhållas genom att minska den lasereffekt vilket minimerar signal-brus-förhållandet genom att minska antalet och energi av kollisioner och därför minska fragmenteringen och kinetiska inhomogeneities24. Genom att trimma alla dessa parametrar, kan jonerna inriktas för att minimera effekten av eventuella inhomogenitet i utgångsläget eller hastighet som uppstår under processen laser desorption. När förvärvet parametrarna optimeras, uppnås ofta isotopiska upplösning för joner med massorna som överstiger 10 000 Da, men detta är också beroende av längden på flyg röret och instrument design. De flesta organiska föreningar som innehåller minst en heteroatomen är benägna att komplexbildande med alkali katjoner såsom litium, natrium och kalium. Många av alkalimetaller är monoisotopes eller begränsad isotoper och därför inte bredda distributionen.

Medan parametrarna som instrument kan stämmas för att optimera data precision, uppnås datanoggrannhet endast med en lämplig kalibrering11. Proteiner och peptider användes ursprungligen som calibrants på grund av deras monodispersity och tillgänglighet, men lider av variabel stabilitet och förekomsten av föroreningar25. Mer kostnadseffektiv och stabil alternativ har inkluderat oorganiska kluster och polydisperse polymerer26,27,28,29. Tyvärr, dessa alternativ funktion skingra massorna, som komplicerar massa uppdrag, liksom mindre massorna sammantaget gör dem användbara endast för kalibreringar under 10.000 Da. Att bekämpa dessa problem, Grayson et al. 25 utvecklat en dendrimer-baserad, polyester MS kalibreringssystem som är monodisperse, och ståtar med både breda matris och lösningsmedel kompatibilitet, hållbarhet stabilitet (> 8 år) och lägre produktionskostnad. Baserat på styrkan i detta system, valdes det som standard för dessa experiment.

Det finns två huvudtyper av kalibrering: inre och yttre30. När kalibrera externt, placeras en standard med massor som hållare av Analytens på MALDI mål plattan i en olika provposition än analyten att generera separat masspektrum som en kalibrering fil kan genereras. Däremot, kan ökad precision ofta uppnås med en intern kalibrering, som innebär att blanda standard med analyten att erhålla en hybrid spektrum med både standard och analyt signaler. I proceduren som beskrivs nedan, genomfördes en extern kalibrering. Efter ordentlig kalibrering av massa skalan, kan korrekt Analytens massa data förvärvas. För att säkerställa den mest korrekt kalibreringen, är det viktigt att dataförvärvet inträffar strax efter kalibreringen.

Slutligen, när den optimerade, kalibrerad datauppsättningar förvärvades och data analyserades för att tillhandahålla strukturella om polymerprover. Avståndet mellan n-mers inom polymer fördelningen kan ge exakt mätning av upprepande enheten massa. De antal genomsnittlig molekylvikt (Mn) och andra mass distribution beräkningar (t.ex., Mw (vikt medelmolekylvikt) och Đ (systemdispertionen)) kan också bestämmas från signal distribution i den masspektra ( steg 4,2 för beräkningar). Kanske mest unikt, kan när det gäller homopolymerer, summan av slutet gruppen massorna bekräftas genom att bestämma förskjutningen av polymer fördelning med avseende på massan av upprepande enheterna ensam. De informationsrika MALDI-TOF masspektra tillhandahålla värdefulla karakterisering data som är komplement till mer traditionella polymer karakterisering tekniker såsom storlek utslagning kromatografi, Fourier-transform infraröd spektroskopi, och kärnmagnetisk resonans.

Protocol

Varning: Alla reaktioner kördes i dragskåp. Läs alla Material säkerhetsdatablad (MSDS) för kemikalie används och vidta lämpliga försiktighetsåtgärder.

1. provberedning

  1. Beredning av de matris stamlösningar
    1. Lös 20 mg α-cyano-4-hydroxycinnamic acid (HCCA) i 1 mL av tetrahydrofuran ostabiliserad (THF), vortex tills upplöst.
    2. Lös 20 mg 2,5-dihydroxybenzoic syra (DHB) i 1 mL THF och vortex tills upplöst.
  2. Beredning av alkali ering stamlösning
    1. Lös 2 mg natrium trifluoroacetate (NaTFA) i 1 mL THF och vortex tills upplöst.
    2. Lös 2 mg kalium trifluoroacetate (KTFA) i 1 mL THF och vortex tills upplöst.
  3. Beredning av analyten stamlösningar
    1. Prov 1: Lös upp 2 mg poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra (Mn = 5000) i 0,5 mL THF och vortex tills upplöst.
    2. Prov 2: Lös 2 mg polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) i 0,5 mL THF och vortex tills upplöst.
    3. Prov 3: Lös 2 mg poly(L-lactide), thiol avslutas (Mn = 2500) i 0,5 mL THF och vortex tills upplöst.
  4. Beredning av provet blandningar för analys
    1. Bered en serie av lösningar genom att blanda matris, analyten och katjon lösning medan varierande de relativa proportionerna av komponenter så att nio unika prover blandningar görs. Att till exempel hålla mängden tillsatt matrix stamlösning konstant (t.ex., 10 µL), variera mängden analyt lösning med en faktor tre (t.ex., 45, 15 och 5 µL), samtidigt också varierande mängden ering lösning med en faktor tre (t.ex. ., 9, 3 och 1 µL). Dessa prover effektivt ge ett 3 x 3 rutnät av prover med två olika koncentration variabler på x och y axlarna (figur 1).
    2. Representativt exempel kombinera 15 µL av den poly(L-lactide) lösningen, med 15 µL av DHB lösningen, och 1 µL NaTFA lösningen.
    3. Tillsätt 1 μL av varje lösning blandningen på ett enskilt prov väl på MALDI mål plattan (figur 2). Lägg till proverna stegvis i små portioner att förhindra provet från rinner ut ur provet brunnen, så att varje alikvot avdunsta till torrhet innan du lägger till ytterligare prov.
      Obs: För högre kokpunkt lösningsmedel, en luftpistol kan vara nödvändigt att påskynda lösningsmedel avdunstning, men försiktighet bör användas för att undvika värme prov plattan, vilket kan orsaka plattan till varp.
  5. Beredning av standardproven för kalibrering
    1. Förbereda de kalibrering standarder använda protokollet föreslagna leverantör.
      Obs: Dendrimer calibrants valdes ut för denna studie och finns som en ren tåååålamooooooood eller förblandade med matrix, standard och ering vid optimerade förhållanden.

2. data förvärv optimering

  1. Initiera Data Acquisition
    1. Öppna data förvärv programvara ”FlexControl”.
    2. Mata ut plattformen för att möjliggöra lastning av måltavlan genom att trycka på den ”Equation 1” knappen.
    3. Placera försiktigt målplatta med inlästa standard och analyt prover på plattformen i lämplig orientering.
    4. Använda programvaran förvärvet för att injicera mål plattan på plattformen genom att trycka på den ”Equation 1”-knappen igen.
    5. Välj en lämplig data förvärvsmetoden (positivt läge förvärvsmetoden) genom att trycka på fil | Välj metod för.
      Obs: För de flesta polymerprover, inklusive våra representativa analyter, förväntas jonisering via komplexbildning med en cation och därför ett positivt läge förvärvsmetoden är mest lämpligt. Beroende på instrumentet, för lägre massa spänner (500-10 000 Da) eller när högre upplösning önskas, Välj en reflektor mode metod fil. För högre molekylvikt prover eller när högre signal känslighet är nödvändig, och lägre upplösning är acceptabelt, Välj ett linjärt läge metod fil.
    6. Innan förvärva data, kontrollera att en lämplig massa intervall för insamling av data är markerad-idealiskt massa kommer att innehålla hälften av lägsta massan i den förvänta fördelningen samt dubbla högsta massan i den förvänta fördelningen. Kontrollera detta genom att klicka på fliken identifiering och visa Massa utbud.
      Obs: Detta hjälper till att säkerställa att signalen från lägre molekylvikt nedbrytning fragment eller högre molekylvikt aggregat (dimer) som kan förekomma i provet ingår i datauppsättningen. Observera också att matrix oligomerer är ofta märkt med hög signal stödnivåerna i de flesta MALDI-TOF masspektrum, som ger hög intensitet buller med massorna så hög som 1 000 Da, komplicerande analys under denna massa. Även om kalibreringen kommer att krävas innan att erhålla en slutlig datauppsättning, kan en korrekt kalibrering fil endast förvärvas om identiska förvärv parametrar används som de optimerade för en viss analyt. Därför krävs en preliminär optimering av den analyt masspektrum innan kalibrering, följt av återlåsning av kalibrerad analyten masspektrum.
  2. Preliminära dataförvärv
    1. Från förvärvet programmet, Välj position på den måltavla som motsvarar önskad analyten.
    2. Initiera samla data medan du flyttar laser målet runt provet att maximera signalen. Tryck på Startaför att initiera datainsamling.
      Obs: Lasern kan uttömma matris på en viss plats efter upprepad provtagning.
    3. Med hjälp av skjutreglaget på vänster sida av kamerafönstret, justera lasereffekten sådan att den minsta effekt krävs för att uppnå isotopiska upplösning uppnås.
      Obs: När man analyserar flera prover för att bekräfta det optimala förhållandet av analyten, ering och matris, Använd samma laser på varje analyt prov för att avgöra vilka prov uppvisar det bästa signal/brusförhållandet för dessa förvärv parametrar. Fortsätt framtida förvärv optimering med urvalet som verkar uppvisar den bästa signalen-brus-förhållande.
  3. Data förvärv optimering
    1. Zooma in på en enskild topp i mitten av massa intervallet av intresse, optimera upplösningen genom att justera skillnaden i acceleration spänningar (för instrument i denna studie, detta innebär att justera värdet ”IS2”), vilket är i spektrometer fliken.
      Obs: Detta är snabbast optimerad av varierande IS2 värdet i stora steg, noterar som genererar värde den bästa upplösningen (dvs., den minsta full toppbredden vid halva maximala signalintensitet), och sedan ytterligare optimera i mindre steg av IS2 värdet. Det optimala IS2-värdet är vanligtvis högre (närmare IS1) för låg massa polymerer, och lägre för hög massa polymerer.
    2. Om du vill öka upplösningen använder reflectron läge.
      Obs: Reflectron läge tillåter för kompensation av avvikelser i inledande hastighet av joner av samma m/z genom att tvinga de högsta hastighet-jonerna av samma m/z värde till en längre väg till detektorn. Denna ökning i väg till detektorn tillåter långsammare joner av samma m/z värde att anlända på detektorn samtidigt effektivt fokuserar jonerna för ökad upplösning. Även om reflectron läge vanligtvis förbättrar signal resolutionen, för prover med svag signalintensitet, kan linjärt läge krävas för att visualisera data.
    3. Slutligen, optimera lasereffekten genom att minska laser makt så låg som möjligt medan fortfarande generera en rimlig signal-brus-förhållande (t.ex., signal-brusförhållandet cirka 10).
      Obs: Eftersom högre laser befogenheter generellt minska upplösningen och kan inducera fragmentering, masspektra med bästa kvalitet förvärvas med lägre lasereffekt men ett högre antal skanningar.
    4. När förvärvet parametrarna optimeras, spara de okalibrerade masspektra genom att markera filen och sedan Spara spektrum till filen som. För extern kalibrering, måste ett nytt förvärv av standard under dessa identiska, optimerade parametrar utföras innan ett nytt förvärv initieras för att generera den kalibrerade masspektrum av analyten.

3. MALDI kalibrering

  1. Förvärv av kalibrering masspektrum
    1. Med förvärvet parametrar redan optimerad för analyten, förvärva en optimerad masspektrum urvalet av massa standarder.
      Obs: Helst kalibrering uppsättningen bör innehålla en standard ovanför spänna av intresse, en nedan, och minst en i spänna av intresse. Riktigheten av kalibreringen är bäst om alla förvärv parametrar är identiska för båda exemplaren.
  2. Skapa en kalibrering fil
    1. Kontrollera att eventuella befintliga kalibrering är annullerad eller i stånd att skrivas över genom att trycka på Ogiltigförklara kalibrering under spektrometern fliken.
    2. Med samma förvärv parametrar (t.ex., laser power, IS2 spänning), flytta lasern till provet brunnen som innehåller standard (t.ex., dendrimer standard, peptid) genom att välja motsvarande brunn med markören och skaffa sig en Spectrum genom att trycka på Starta.
  3. När tillräcklig signal har förvärvats, tryck Start till slut förvärva data.
  4. När masspektrum av standard har förvärvats, Välj menyn Massa kontrollista på fliken kalibrering som motsvarar den kalibreringen som standard. Listan lämplig massa kontroll måste referens samlas av den standard som valts med lämpliga cationen.
    Obs: Dessa bör vara tillgänglig från standard leverantören, och se till att använda monoisotopic massa värden när isotopiska upplösning uppnås (t.ex., reflektor läge nedanför m/z = 5000), och en genomsnittlig massa värden när isotopiska upplösning inte kan uppnås (t.ex., linjärt läge ovanför m/z = 5000),
  5. Innan matchning den motsvarande referens toppen varje vald standard topp, se till att en lämplig topp plocka protokollet används genom att välja fliken bearbetning .
    Obs: Peak plockning protokoll kan variera beroende på spektral upplösning. För en genomsnittlig beräkning, bör programvaran ta massa genomsnittet över hela serien av isotopiska toppar. För en monoisotopic massa beräkning, bör programvaran fastställas att beräkna exakta massan av endast den första isotopiska toppen.
  6. Gälla referensmassan från listan massa kontroll motsvarande signalen för den standard masspektrum genom att välja området till vänster om toppen av intresse och klicka på motsvarande massan i listan kontrollnamn gälla. Fortsätt med processen för de återstående standard topparna.
    Obs: För mest korrekt och exakt kalibrering, placera analyten och standard proverna så nära varandra som möjligt på target plattan, eftersom subtila variationer i målet höjd kan påverka riktigheten i kalibreringen.
  7. Hämta igen Analytens spektrum när massa skalan för parametrarna optimerad förvärv har kalibrerats.

4. data analys och tolkning

  1. Topp plockning
    1. Öppna Analytens spektrum i data analys programvara (FlexAnalysis).
    2. Zooma in på en topp att identifiera om isotopiska upplösning har uppnåtts genom att välja knappen Zooma in X-Range .
    3. Tryck på massa lista | Hitta att välja toppar. Om monoisotopic toppen är löst, Välj denna första toppen i den isotopiska distributionen att bestämma massan med ett monoisotopic peak-plockning protokoll. Om den monoisotopic toppen inte är löst, Använd en genomsnittlig massa topp plocka protokoll och bestämma den genomsnittliga massan för hela isotopiska fördelningen.
    4. Fortsätta denna topp plocka process för varje n-mer i polymer distributionen.
  2. Polymer karakterisering och slutet grupp analys beräkningar
    Obs: När det används korrekt, MALDI-TOF MS kan ge värdefull och korrekt data för massdistribution beräkningar av polymerer. Det bör noteras att massdistribution uppgifter endast är korrekta när systemdispertionen av polymer provet är relativt låg (t.ex., ca Đ= 1,3 eller nedan).
    1. Beräkna antalet genomsnittliga molekylvikten, massa genomsnittet när det gäller antalet mol av varje massfraktionen, med hjälp av formeln:
      Equation 2
      där Njag = antal molekyler av en specifik molekylvikt och Mjag = den specifika molekylära vikten av dessa molekyler.
    2. Beräkna vikt genomsnittliga molekylvikten, massa genomsnittet när det gäller vikten av varje massfraktionen, med hjälp av formeln:
      Equation 3
      där N jag = antal molekyler av en specifik molekylvikt och M jag = den specifika molekylära vikten av dessa molekyler.
    3. När både Mw och Mn har beräknats, kvantifiera bredden av den molekylvikt distribution via baserat Mw/mn som kallas systemdispertionen, Đ.
    4. Det mest unika och kraftfulla med MALDI-TOF MS dataanalys är möjligheten att fastställa eller bekräfta slutet grupperna av homopolymerer. Bestämma gruppen slutet genom omdisponering följande formel för observerade massan av en n-mer i massa spektrum (Mn-mer):
      Mn-mer = n (MRU ) + MEG1 + MEG2 + MJon
      där n = graden av polymerisation,
      MEG1 = massan av α-end-gruppen
      MEG2 = massan av gruppen ω-slutet
      MRU = massan av polymeren, upprepa enheten
      och MJon = massan av jonen som komplex med polymeren.

Representative Results

Exempel 1: Ett prov av poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra (Mn = 5000) (figur 3) analyserades med kalium trifluoroacetate som HCCA cationization agent som matrisen. Spektrumet uppvisade den förväntade K+ addukter samt de observerade från resterande Na+.

MALDI-TOF MS bekräftar den smala distributionen (figur 3) poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra (Mn = 5000). Eftersom den monoisotopic toppen (bestående av uteslutande de vanligast förekommande elementärt isotoperna, nämligen 12C, 1H 16O och 14N) inte är tillräckligt löst för att dess identifiering, en pick topp protokollet används som bestämmer den genomsnittliga massan över hela isotopiska fördelningen för varje n-mer topp. Likaså bestäms alla teoretiska beräkningar med hjälp av vanlig, snarare än monoisotopic, massorna för varje element. Med hjälp av ekvationer från steg 4, analysprogram användes för att beräkna följande egenskaper hos polymer massdistribution: Mn: 4700, Mw: 4710, Đ: 1,00.

För att bekräfta identiteten hos grupperna slutet, valdes en individuell n-mer (104) ut för vidare analys (figur 4). Som med massdistribution beräkningar användes eftersom den monoisotopic toppen inte kunde lösas, genomsnittliga värden för standardmassa för efterföljande beräkningar. Den 104-mer poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra teoretiska massa värde består av massan av de upprepa enheterna (44.0530 × 104) plus massa gruppen α-Amin slutet (+ 16.02300) och massan av gruppen ω-carboxyl slutet (+ 59.0440) plus den massan av kalium cationen (+ 39.09775) som ger en totalt 104-mer massa 4695.67675. Det observerade massa värdet för 104-mer + K+ är 4695.5 som matchar det teoretiska värdet, gett beräkningsprecisionen genomsnittliga massa. Serien av mindre, offset toppar i spektrumet motsvarar polymeren joniserande med natrium där den 104-mer teoretiska massa värde består av massan av de upprepa enheterna (44.0530 × 104) plus massan av den α-slutet amingrupp (+ 16.02300) plus den massan av gruppen ω-carboxyl slutet (+ 59.0440) plus massan av natrium cationen (+ 22.98922) som ger en totalt 104-mer massa 4679.56822. Det observerade massa värdet för 104-mer + Na+ är 4679.4 som bara är 0.2 Da skiljer sig från det teoretiska värdet. Noggrannare bestämningar av slutet grupp massan kan bestämmas genom att mäta genomsnittet över flera toppar, och har varit diskuterat någon annanstans11.

Poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra (Mn = 5000) prov underhöll dess smala distribution när selektivt functionalized genom reaktion (figur 5) med 2,4-dinitrofluorobenzene (DNFB) (figur 6). Spektrum som ställde ut natrium addukter och används HCCA som matrisen.

MALDI-TOF MS bekräftar den smala distributionen (figur 6) poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra (Mn = 5000) När modifierad med DNFB. Med hjälp av ekvationer från steg 4, analysprogram användes för att beräkna följande egenskaper hos polymer massdistribution: Mn: 4940, Mw: 4950 Đ: 1,00.

För att avgöra om komplett funktionalisering av poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra (Mn = 5000) hade skett med DNFB, en individuell n-mer Fördelningens valdes för analys (figur 7). Teoretiska massan av den functionalized 104-mer poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra reagerade med 2,4-dinitrofluorobenzene består av 44.0530 × 104 (massa upprepa enheterna) + 182.115 (massa gruppen α-Amin reagerade med 2,4 - dinitrofluorobenzene) + 59.044 (massa gruppen karboxylgrupp) + 22.98922 (massa natrium cationen) = 4845.66022. Det observerade massa värdet för n = 104 är 4845.8 vilket är -0,1 Da skiljer sig från det teoretiska värdet. Denna nära överenskommelse mellan teoretisk och observerade värden är vägledande för en fullständig ändring av utgångsmaterialet till produkt, men mer påtagligt, bristen på signaler förknippas med utgångsmaterialet, 4811.72722 och 4855.78022 för detta massa utbud eller eventuella ytterligare biprodukter bekräftar kvantitativa selektiva funktionalisering av aminen. En andra topp observeras vid 4823.8 som matchar den 103-mer av functionalized polymeren, men med förlusten av protonen på karboxylsyra slutet grupp som komplex med en annan natrium ion med en teoretisk massa 4823.58899 som har skillnaden av -0,2 Da.

Prov 2: Ett prov av polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) (figur 8) analyserades med natrium trifluoroacetate som en cationization agent och HCCA som matrisen och uppvisade endast den förväntade Na+ addukter.

På grund av resolutionen uppnåtts i detta lägre massa intervall, monoisotopic topparna för var och en av de n-mers kunde enkelt lösas, och så en monoisotopic topp plocka protokoll valdes (genomsnitt bara massa signalen av den första toppen i isotopiska fördelningen ) och alla motsvarande beräkningar utnyttjas monoisotopic massorna av varje element. MALDI-TOF MS bekräftar smala distribution (figur 8) av polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000). Med hjälp av ekvationer från steg 4, analysprogram användes för att beräkna följande egenskaper hos polymer massdistribution: Mn: 1940, Mw: 1950, Đ: 1,01.

För att bekräfta slutet gruppen funktionalisering, valdes en enskilda n-mer (42) (figur 9). Som med de massutskick som fastställs ovan, användes monoisotopic massorna eftersom monoisotopic topparna var väl löst i varje n-Mers isotopiska distribution. Den 42-mer av polyoxyetylen bis(azide) teoretiska massa värde motsvarar 44.02621 × 42 (massa upprepa enheterna) + 42.00922 (massa gruppen azid slutet) + 70.04052 (massa gruppen azidoethyl slutet) + 22.98922 (massa natrium cationen) = 1984.13978. Det observerade massa värdet för n = 42 är 1983.95 som är 0,19 Da skiljer sig från det teoretiska värdet. Det bör noteras att speciellt vid högre laser befogenheter, kan funktionen natriumazid uppvisar metastabilt fragment; Detta observerades dock inte i detta specifika fall31.

Den polyoxyetylen-bis(azide) (Mn = 2000) prov underhöll dess smala distribution när selektivt functionalized genom en koppar katalyseras natriumazid-alkynen cykloadditionen reaktion (figur 10) med 1-ethynyl-4-fluorobenzene(EFB) ()Figur 11) att ge en 4-fluorophenyltriazolyl (FPT) grupp. Spektra uppvisade den förväntade Na+ addukter från med natrium trifluoroacetate som en cationization agent och HCCA som matrisen.

MALDI-TOF MS bekräftar den smala distributionen ()figur 11) i polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) efter funktionalisering med EFB. Med hjälp av ekvationer från steg 4, analysprogram användes för att beräkna följande polymer egenskaper: Mn: 2240, Mw: 2250, Đ: 1,00.

För att bekräfta fullständig funktionalisering av provet, användes monoisotopic massorna att analysera en valda individuella n-mer (42) (figur 12). Den 42-mer av polyoxyetylen bis(azide) teoretiska massa värde reagerade med 1-ethynyl-4-fluorobenzene motsvarar 44.02621 × 42 (massa upprepa enheterna) + 162.04675 (massa gruppen FPT slutet) + 190.07805 (massa av den FPT etyl slutet grupp med 1-ethynyl-4-fluorobenzene) + 22.98922 (massa natrium cationen) = 2224.21484. Det observerade massa värdet för n = 42 är 2224.16 som är 0,05 Da skiljer sig från det teoretiska värdet.

Exempel 3: Ett prov av poly(L-lactide), thiol avslutas (Mn = 2500) (figur 13) analyserades med natrium trifluoroacetate som en cationization agent och uppvisade endast den förväntade Na+ addukter och DHB som matrisen.

MALDI-TOF MS bekräftar smala fördelningen av poly(L-lactide), thiol avslutas (Mn = 2500) (figur 13),. Med hjälp av ekvationer från steg 4, program analysen användes för att beräkna följande polymer egenskaper: Mn: 2310, Mw: 2360, Đ: 1,02.

För att bekräfta fullständig funktionalisering av provet, användes monoisotopic massorna att analysera en valda individuella n-mer (26) (figur 14). Den 26-mer av poly(L-lactide), thiol avslutas massa teoretiska värde (Mn = 2500) motsvarar 72.02113 × 26 (massa upprepa enheterna) + 17.00274 (massa hydroxylgruppen) + 61.0112 (massa ω-tiolgrupp med slutet) + 22.98922 (massa av natrium cering) = 1973.55254. Det observerade massa värdet för n = 26 är 1973.62 vilket är -0,07 Da skiljer sig från det teoretiska värdet. En mindre signal observeras vid 2045.74 som motsvarar 72.02113 × 27 (massa upprepa enheterna) + 17.00274 (massa slutet hydroxylgruppen) + 61.0112 (massa ω-tiolgrupp med slutet) + 22.98922 (massa natrium cationen). Teoretiska massan är 2045.57367 vilket är en 0.17 skillnad från observerade massan. Denna lilla intensitet, udda upprepa enheten är vägledande för transesterifiering under ringen öppning polymerisation av mjölksyra. En tredje, observeras mycket mindre peak vid 2057.73. Detta är -0,14 Da annorlunda än teoretiska massan av en poly(L-lactide) med en karboxylsyra slutet grupp (snarare än gruppen thiol slutet) med en teoretisk massa 72.02113 × 27 (massa upprepa enheterna) + 17.00274 (massa slutet hydroxylgruppen) + 73.02895 (mass av karboxylsyra) + 22.98922 (massa natrium cationen) = 2057.59142. Denna ytterligare mindre orenhet är sannolikt en följd av initiering från vatten under ringen öppning polymerisation av laktid monomeren.

Poly(L-lactide), thiol avslutas (Mn = 2500) prov underhöll dess smala distribution när selektivt functionalized genom en tiol-ene reaktion (figur 15) med maleimide (figur 16). Spektra uppvisade den förväntade Na+ addukter från med natrium trifluoroacetate som en cationization agent och DHB som matrisen.

MALDI-TOF MS bekräftar smala fördelningen av poly(L-lactide), thiol avslutas (Mn = 2500) efter en tiol-ene reaktion med maleimide (figur 16),. Med hjälp av ekvationer från steg 4, analysprogram användes för att beräkna följande polymer egenskaper: Mn: 2310, Mw: 2340, Đ: 1,01. Det bör noteras att minskningen av Mn och Mw i jämförelse med utgångsmaterialet är på grund av jonisering bias (en av bristerna i MALDI-TOF MS). När ändringen att utgångsmaterialet är relativt små (~ 97 Da detta viss modifiering) och systemdispertionen minskar efter modifiering, MALDI-TOF MS beräkningar av genomsnittlig molekylvikt kan bli mindre noggrann.

För att bekräfta fullständig funktionalisering av poly(L-lactide), avslutas tiol (Mn = 2500) med maleimide via en tiol-ene reaktion, monoisotopic massorna användes för att analysera en valda individuella n-mer (26) (figur 17). Den 26-mer av poly(L-lactide) thiol avslutas massa teoretiska värde motsvarar 72.02113 × 26 (massa upprepa enheterna) + 17.00274 (massa slutet hydroxylgruppen) + 158.02757 (massa ω-slutet tiolgrupp kopplad till maleimide) + 22.98922 (massa av den natrium katjon) = 2070.56891. Det observerade massa värdet för n = 26 är 2070.54 som är 0,03 Da skiljer sig från det teoretiska värdet. Samma art joniserande med kalium har också observerats vid 2086.49, vilket motsvarar en 0,05 Da skillnaden form teoretiska massan. En mycket liten topp observeras vid 2167.58 som motsvarar 72.02113 × 28 (massa upprepa enheterna) + 17.00274 (massa slutet hydroxylgruppen) + 72.02168 (massa bildas anjon) + 22.98922 (massa natrium cationen) + 38.96371 (massa av kalium kation). Den teoretiska massan är 2167.56844 som är en -0,01 skillnaden från den observerade massan och är vägledande i samma spår föroreningar från vatten inledande som observerades i utgångsmaterialet. Denna polymer uppvisar jonisering med en motsvarande natrium, en av kalium, och förlust av en proton. Förlusten av karboxylsyra proton och komplexbildning med två katjoner är ett gemensamt läge av jonisering för monokarboxylsyror syra functionalized polymerer. Det är viktigt att notera att samma förändring i massa som observeras för thiol-ene reaktionsprodukterna inte uppstår för denna karboxylsyra-avslutad förening vilket ytterligare indikerar att det saknade gruppen thiol slutet att genomgå funktionalisering reaktionen.

Figure 1
Figur 1:3 x 3 rutnät för prov baserat på beslutsamhet. Använder ett 3 x 3 rutnät av prover, varieras den relativa koncentrationen av cationization agent-analyt-matrix systematiskt för att empiriskt fastställa en optimerad provberedning. Detta görs vanligtvis genom att hålla en av konstanten tre variabler (15 µL av analyten lösning) medan öka mängden av de andra två (cationization agent (y-axeln) och matrix (x-axeln)) komponenter med en uppsättning multipel (3-faldig i exemplet avbildad). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: MALDI-TOF MS målplatta. MALDI-TOF MS mål plattan är en metallplatta som innehar MALDI-TOF MS proverna i enskilda brunnar för analys. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: MALDI-TOF masspektrum prov 1. Detta fullt spektrum visar övergripande fördelningen av poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra (Mn= 5000) joniserat med både Na+ och K+. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: MALDI-TOF masspektrum av en upprepad individenhet av prov 1. Detta spektrum visar en upprepa individenhet poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra (Mn = 5000) för slutet Gruppanalys. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5: reaktionsformel för prov 1 modifiering. För att bekräfta slutet grupperna av utgångsmaterialet, var poly(ethylene glycol) 2-aminoethyl eter ättiksyra reagerade med 2,4-dinitrofluorobenzene (även känd som Sanger Reagent). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6: MALDI-TOF masspektrum prov 1 modifiering. Detta fullt spektrum visar övergripande fördelningen av poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra (Mn = 5000) functionalized med 2,4-dinitrofluorobenzene. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7: MALDI-TOF masspektrum av en upprepad individenhet av provet 1modification. För att bekräfta slutet gruppen funktionalisering, detta spektrum visar en upprepa individenhet poly (etylenglykol) 2-aminoethyl eter ättiksyra (Mn = 5000) efter reaktion med 2,4-dinitrofluorobenzene. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8: MALDI-TOF masspektrum prov 2. Detta fullt spektrum visar övergripande fördelningen av polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) joniserat med Na+ addukter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 9
Figur 9: MALDI-TOF masspektrum av en upprepad individenhet av prov 2. Detta spektrum visar en upprepa måttenhet polyoxyetylen bis-natriumazid (Mn = 2000) för att bekräfta slutet grupper vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 10
Figur 10: reaktionsformel för prov 2 modifiering. Att bekräfta slutet grupperna av den Start material, polyoxyetylen bis-natriumazid (Mn = 2000) var reagerade med 1-ethynyl-4-fluorobenzene via en koppar-katalyseras natriumazid-alkynen cykloadditionen (CuAAC). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 11
Figur 11: MALDI-TOF masspektrum prov 2 modifiering. Detta fullt spektrum visar övergripande fördelningen av polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) functionalized med 1-ethynyl-4-fluorobenzene. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 12
Figur 12: MALDI-TOF masspektrum av en enskild upprepa enhet för prov 2 modifiering. Detta spektrum visar en upprepa individenhet av polyoxyetylen bis(azide) (Mn = 2000) reagerade med 1-ethynyl-4-fluorobenzene via koppar katalyseras natriumazid-alkynen cykloadditionen att bekräfta slutet gruppen funktionalisering. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 13
Figur 13: MALDI-TOF masspektrum prov 3. Detta fullt spektrum visar övergripande fördelningen av poly(L-lactide), thiol avslutas (Mn = 2500). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 14
Figur 14: MALDI-TOF masspektrum av en upprepad individenhet av prov 3. Spektrumet visar en upprepa individenhet av poly(L-lactide), thiol avslutas (Mn = 2500) att bekräfta slutet grupper. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 15
Figur 15: reaktionsformel för prov 3 modifiering. Att bekräfta slutet grupperna av utgångsmaterial, poly(L-lactide), thiol avslutas (Mn = 2500) var reagerat med maleimide via en tiol-ene-koppling. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 16
Figur 16: MALDI-TOF masspektrum prov 3 modifiering. Detta fullt spektrum visar den totala fördelningen av produkten av reaktionen mellan poly(L-lactide), thiol avslutas (Mn = 2500) och maleimide. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 17
Figur 17: MALDI-TOF masspektrum av en enskild upprepa enhet för prov 3 modifiering. För att bekräfta slutet gruppen funktionalisering, detta spektrum visar en upprepa individenhet av poly(L-lactide), thiol avslutas (Mn = 2500) efter thiol-ene reaktionen med maleimide. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

MALDI-TOF masspektrometri är en ovärderlig analytiska verktyg för polymer karakterisering på grund av dess förmåga att generera polymer joner i tillståndet ensamma laddade och med minimal fragmentering. Denna mjuka jonisering teknik använder tredjeparts korta laserpulser för att desorb solid-state prover av polymer analyten inbäddad i en matris som förening för att generera polymer joner i gasfas. Makromolekyler är vanligtvis joniserat genom komplexbildning med katjoner som läggs till matrix att aktivera deras analys av masspektrometri. Dessa makromolekylära joner accelereras sedan av en extraktion spänning att bringa dem i regionen fält-fri flygning röret som kan aktivera sina m/z skall bestämmas utifrån deras time-of-flight mellan ion källan och detektor5 , 32.

Jämfört med andra tekniker för karakterisering av polymer, är MALDI-TOF MS spectra kvalitet starkt beroende av data förvärv parametrar och provberedning. Även om det finns ingen set formel för provberedning, möjliggör förstå funktionen av varje komponent i provberedningen snabbare empiriska optimering. Den viktigaste faktorn i MALDI provberedning är urval av matrisen eftersom kompatibilitet matris med polymer analyten är kritisk för att låta upphetsad matris att generera enda, desorberat makromolekyler i en joniserad staten5, 15,17,19. När lämplig matris och cationization agenter har valts, måste det rätta förhållandet av analyten, matris och cationization agent bestämmas. Detta kan uppnås empiriskt genom att skapa ett tvådimensionellt rutnät av prover (figur 1) på MALDI-TOF MS mål plattan (figur 2) med ökande matrix koncentration på en axel och ökande cationization agent koncentration på den andra.

Liknar MALDI provberedning, det finns ingen set formel för att bestämma data förvärv parametrar; vissa trender bör dock anses påskynda spektrala optimering. Reflectron läge, vilket förbättrar upplösningen men minskar övergripande signal, väljs vanligen för lägre massa spänner (i de här exemplen nedan 4 000 Da) där isotopiska upplösning kan uppnås. I dessa fall användes monoisotopic massa beräkningar och peak Plockningsmetoder. För polymerprover med massorna över 4000 Da användes linjärt läge med genomsnittlig massa beräkningar och topp plocka metoder. För att förbättra signal upplösning, ion källa spänningar bör justeras i små steg med den allmänna trenden av större massa polymerer har en större spänning differential (IS1 kontra IS2).

Tag optimerad provberedning och förvärvet parametrar kan ge precision, massa noggrannhet kan endast uppnås genom effektivt kalibrering. Den time-of-flight för en given massa kan variera subtilt med avseende på variabeln förvärv parametrar och även plattan positioner, därför en kalibrering utföras för varje uppsättning optimerad förvärv parametrar för att ge korrekta mass bestämningar5,30. När förvärvet parametrar och provberedning har optimerats, bör spektra kalibreras med dessa exakt samma villkor.

På grund av enastående upplösning och massa noggrannhet observerades i de optimerade MALDI-TOF masspektra av polymerer, har denna teknik blivit en värdefull gratis verktyg för att bestämma polymer massdistribution data. Men dess förmåga att lösa enskilda upprepade enheter inom polymer massdistribution ger en viss fördel för slutet Gruppanalys i förhållande till andra polymer karakterisering tekniker såsom gel permeation chromatography (GPC) och kärnkraft kärnmagnetisk resonans (NMR). Detta är särskilt värdefullt för att fastställa trohet i slutet gruppen funktionalisering reaktioner och slutet gruppen konjugationer reaktioner kvantitativ karaktär. Detta manuskript har visat förmåga att lösa massa individuella polymer upprepade enheter med upp till två decimaler pekar av massa noggrannhet, aktivera bekräftelse av slutet grupp ändringar med en hög nivå av förtroende. Med de betydande framsteg som har gjorts nyligen inom precision polymersyntes, MALDI-TOF MS blir ett allt viktigare verktyg för bestämma makromolekylära struktur och funktionalitet.

Disclosures

Författarna har ekonomiskt intresse relaterade till den sfäriska calibrants som används i denna studie.

Acknowledgments

Författarna erkänner Smart materialdesign, analys och bearbetning konsortiet (SMATDAP) finansieras av National Science Foundation under samarbetsavtal IIA-1430280 och LA styrelse Regents för en graduate fellowship (MEP). Polymerprover för dessa experiment tillhandahölls av MilliporeSigma (Sigma-Aldrich).  Öppna Access publikation i denna artikel är sponsrad av 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 fråga 136 kemi polymer masspektrometri Polymeranalys polymer karakterisering slutet Gruppanalys tid av flygning dataanalys matrix-assisted laser desorption jonisering
Karakterisering av syntetiska polymerer via Matrix assisterad Laser Desorption jonisering tid för flygning (MALDI-TOF) masspektrometri
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