MALDI TOF 質(zhì)譜分析尼龍66時溶劑的影響

于博昊， 吳 婷， 奚一丹， 施佳妮， 杜一平(華東理工大學(xué) 分析測試中心，上海 200237)

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MALDI TOF 質(zhì)譜分析尼龍66時溶劑的影響

于博昊， 吳 婷， 奚一丹， 施佳妮， 杜一平
(華東理工大學(xué) 分析測試中心，上海 200237)

基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS)作為一種高效、精確的方法，已經(jīng)在聚合物分析中發(fā)揮了重要的作用。通過MALDI MS質(zhì)譜圖不僅能得到聚合物的各種相對分子質(zhì)量信息，同時能分析聚合物的重復(fù)單元和端基。為了在MALDI TOF 質(zhì)譜分析聚合物時得到更好的結(jié)果，研究了樣品制備中溶劑的選擇對質(zhì)譜分析結(jié)果的影響。選取溶解性較差的尼龍66作為分析物，從樣品和基質(zhì)的溶劑著手，選取甲酸和三氟代乙醇分別作為尼龍66的溶劑，以甲酸 (FA)，三氟代乙醇 (TFE) 和四氫呋喃 (THF) 分別作為基質(zhì)的溶劑，進行MALDI TOF質(zhì)譜分析，得到一系列的譜圖，分析不同溶劑在MALDI TOF質(zhì)譜分析聚合物時的影響。結(jié)果表明，使用溶解性越好的溶劑得到的譜圖越干凈，而且相對分子質(zhì)量也更大。同時，溶劑的惰性對分析結(jié)果也會產(chǎn)生一定的影響。

尼龍66； 基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜； 溶劑

0 引 言

基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS)作為一種高效、精確的分析方法，已經(jīng)在生物、化學(xué)、生命科學(xué)等很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。作為一種現(xiàn)代軟電離技術(shù)，MALDI TOF 質(zhì)譜可以使不易氣化、電離的樣品分子實現(xiàn)離子化，從最初的生物大分子的研究，已經(jīng)推廣到了合成聚合物分子的研究，成為聚合物結(jié)構(gòu)分析，相對分子質(zhì)量測定方面不可或缺的工具之一[1-7]，是其他傳統(tǒng)聚合物分析方法的重要補充。MALDI TOF 質(zhì)譜通過與組成成分有關(guān)的一組離子峰信息提供每種聚合物鏈的相對分子質(zhì)量信息。MALDI TOF質(zhì)譜除了能提供各種相對分子質(zhì)量數(shù)據(jù) (數(shù)均相對分子質(zhì)量，重均相對分子質(zhì)量，黏均相對分子質(zhì)量)，多分散性 (PDI)，還能提供重復(fù)單元、端基信息，這是核磁共振、紅外光譜等分析手段無法給出的信息。凝膠滲透色譜法 (GPC) 雖然也能給出相對分子質(zhì)量信息，但是非常耗時。自從首次報道MALDI-TOF-MS在聚合物分析中的應(yīng)用[8-9]以來，其在聚合物分析中的應(yīng)用越來越廣泛，包括類似聚合物的鑒別[10]、單體反應(yīng)比例的獲得[11]、聚合物端基的分析[12]、聚合物反應(yīng)機理的分析[13-14]。

MALDI TOF質(zhì)譜已經(jīng)證明是一種聚合物分析的有用技術(shù)，然而由于聚合物的多樣性，用MALDI TOF質(zhì)譜分析聚合物并不像分析蛋白質(zhì)和多肽一樣有統(tǒng)一的方法。研究表明，樣品制備過程嚴重影響著聚合物離子化效果，影響因素包括基質(zhì)的選擇，離子化試劑的選擇，基質(zhì)與樣品濃度的配比，激光能量，溶劑以及點樣方式等。溶劑的影響就有人研究過，如四氫呋喃在聚合物分析時若放置時間長會引起樣品的降解[15]。樣品和基質(zhì)的溶劑也會影響質(zhì)譜譜圖的質(zhì)量以及結(jié)果的準確性。本文選取尼龍66(見圖1)作為被分析聚合物，而2-(4-羥基苯唑) 苯甲酸 (HABA) 被選用作為尼龍66的基質(zhì)，從樣品和基質(zhì)的幾種不同溶劑選擇來探討溶劑在MALDI TOF質(zhì)譜分析聚合物時的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與藥品

(1) 實驗儀器。所有質(zhì)譜測定均在4 800 plus MALDI-TOF MS質(zhì)譜分析儀 (AB Sciex公司，美國) 上完成，Nd:YAG激光器 (發(fā)射波長355 nm, 頻率200 Hz) ，加速電壓20 kV，延遲時間450 ns。采集模式和處理模式均采用反射正離子模式，數(shù)據(jù)采集和處理軟件分別為4 000 Series Explorer 和 DATA Explorer。聚合物相對分子質(zhì)量分析采用Polymerix 軟件完成。

(2) 實驗試劑。尼龍66 (由金發(fā)科技股份有限公司提供)；2-(4-羥基苯唑) 苯甲酸 (HABA) 購自Sigma公司; 甲酸 (FA)，三氟代乙醇 (TFE)，四氫呋喃 (THF), 三氟乙酸鈉 (NaTFA)均為分析純，購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實驗步驟

稱取樣品尼龍66，與合適的溶劑配成5 mg/mL的溶液；稱取基質(zhì)2-(4-羥基苯唑) 苯甲酸于合適的溶劑中配成15 mg/mL的溶液。本實驗全部采用將樣品、基質(zhì)混合后進行一步點樣法點樣。其中，尼龍66和基質(zhì)2-(4-羥基苯唑) 苯甲酸按一定體積比混合，輕微振蕩。取0.5 μL混合液點于384 鋼靶上，在空氣中自然風(fēng)干后將樣品靶送入靶倉進行MALDI TOF質(zhì)譜測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品與基質(zhì)的溶劑選擇

尼龍66因其溶解性較差，可選擇的溶劑有限，最后選擇甲酸和三氟代乙醇為溶劑，而基質(zhì)2-(4-羥基苯唑)苯甲酸(HABA)為配合待測樣品尼龍66的溶劑性，相應(yīng)地選擇了甲酸、三氟代乙醇以及溶解性極好的四氫呋喃為溶劑。3種溶劑的沸點及對樣品尼龍66與基質(zhì)的溶解性性質(zhì)見表1。

表1 三種溶劑的理化性質(zhì)

2.2 不同溶劑下的質(zhì)譜譜圖

將體積比分別為1∶1,1∶3,1∶5(樣品∶基質(zhì))的樣品進行MALDI TOF 質(zhì)譜分析。結(jié)果表明，當體積比為1∶3時得到的質(zhì)譜圖較好，因此在后續(xù)的實驗中都選用該比例。由于所選的兩種樣品溶劑對樣品的溶解性接近，而基質(zhì)溶劑對基質(zhì)的溶解性差異較大，接下來的實驗根據(jù)樣品的溶劑分為兩組進行探討。

(1) 甲酸。樣品溶劑為甲酸時，分別選取甲酸、三氟代乙醇和四氫呋喃為基質(zhì)的溶劑，對這三組溶劑制備的樣品進行MALDI TOF 質(zhì)譜分析。圖2為3種不同溶劑下得到的MALDI TOF 譜圖。將譜圖進行對比可以看出，當基質(zhì)溶劑選用溶解性不夠好的甲酸時，譜圖的背景噪音明顯增加以及有不明雜峰。從譜圖中可以看出，只在較低相對分子質(zhì)量段有少數(shù)幾個樣品峰能被分辨出來。當選用基質(zhì)溶解性很好的三氟乙醇和四氫呋喃做溶劑時，譜圖較甲酸做基質(zhì)溶劑時干凈許多，譜圖中尼龍66的峰明顯增加，但是低相對分子質(zhì)量端的背景噪聲依然存在。

(2) 三氟代乙醇。樣品溶劑為三氟代乙醇時，同樣分別選取甲酸、三氟代乙醇和四氫呋喃為基質(zhì)的溶劑，對這三組溶劑制備的樣品進行MALDI TOF 質(zhì)譜分析。圖3為3種不同溶劑下得到的MALDI TOF 譜圖。將這組譜圖進行對比可以看出，當基質(zhì)溶劑選用溶解性不夠好的甲酸時，譜圖出現(xiàn)明顯的背景噪音，但是較樣品和基質(zhì)溶劑均用甲酸時的譜圖有了明顯改善，能清晰地分辨出尼龍66的聚合物峰。 當選用溶解性很好的三氟乙醇和四氫呋喃時，譜圖非常干凈，譜圖中與尼龍66相關(guān)的峰顯著增多，相對分子質(zhì)量信息更加豐富。

將兩組不同樣品溶劑下的譜圖做對比，可以發(fā)現(xiàn)甲酸做樣品溶劑時得到的一組譜圖和三氟代乙醇做樣品溶劑時的一組譜圖相比，前者其信噪比明顯偏低，而且所得到的聚合物的最大相對分子質(zhì)量峰的相對分子質(zhì)量偏小。這可能是由于基質(zhì)HABA在甲酸中的溶解性不如三氟代乙醇中好所引起的。同時，利用這兩組譜圖對聚合物的結(jié)構(gòu)進行了簡單的分析，發(fā)現(xiàn)所有譜圖中都能明顯地找到環(huán)狀尼龍66的鈉離子峰(M=226n+23)，表明該尼龍66中大量的以環(huán)狀聚合物的形式存在。

圖2 樣品溶劑為甲酸時，不同基質(zhì)溶劑下得到的MALDI TOF 譜圖

圖3 樣品溶劑為三氟代乙醇時，不同基質(zhì)溶劑下得到的MALDI TOF 譜圖

2.3 相對分子質(zhì)量結(jié)果比較

將兩組不同樣品溶劑下得到的6個MALDI TOF質(zhì)譜譜圖進行相對分子質(zhì)量大小分析，通過Polymerix軟件進行其相對分子質(zhì)量的計算，結(jié)果見表2。結(jié)果表明，當選用樣品和基質(zhì)溶解性都好的溶劑組(三氟代乙醇/三氟代乙醇)時計算得到的相對分子質(zhì)量明顯大于樣品和基質(zhì)溶劑中有一種溶解性不好的組合(甲酸/甲酸，甲酸/三氟代乙醇，三氟代乙醇/甲酸，甲酸/四氫呋喃，三氟代乙醇/四氫呋喃)，且譜圖的雜峰明顯減弱，信噪比大大提高。且當基質(zhì)溶劑選用三氟代乙醇時得到的相對分子質(zhì)量相比其他兩種溶劑要大一些，這應(yīng)該和溶劑的溶解性能良好，且全氟代乙醇的化學(xué)惰性有關(guān)系。而基質(zhì)溶劑選用四氫呋喃時得到的相對分子質(zhì)量最小，這可能和四氫呋喃對聚合物樣品有一定的分解作用有關(guān)[15]。

表2 不同溶劑組合下得到的尼龍66的相對分子質(zhì)量(850～4 000)結(jié)果

注：Mn為數(shù)均相對分子質(zhì)量；Mw為重均相對分子質(zhì)量

3 結(jié) 語

本文用MALDI TOF質(zhì)譜對尼龍66進行了分析，主要從樣品制備中溶劑的選擇對MALDI TOF 質(zhì)譜分析中的影響進行了探討。通過選取難溶性的尼龍66樣品的兩種溶劑(甲酸和三氟代乙醇)，將質(zhì)譜分析分成了兩組，分別對兩組中選取不同基質(zhì)溶劑時的結(jié)果進行了比較。結(jié)果表明，當樣品和基質(zhì)的溶劑相同，且樣品和基質(zhì)在該溶劑中溶解性均較好的情況下(三氟代乙醇/三氟代乙醇)，得到的MALDI TOF質(zhì)譜圖質(zhì)量最好，具有最好的信噪比和相對分子質(zhì)量。當樣品和基質(zhì)溶劑相同，但樣品和基質(zhì)中有一方的溶解性欠佳時(甲酸/甲酸)，得到的質(zhì)譜圖信噪比明顯變差，相對分子質(zhì)量有明顯減小。當樣品和基質(zhì)的溶劑不同時，只要樣品和基質(zhì)在相應(yīng)的溶劑中溶解性良好，得到的質(zhì)譜圖比全溶溶劑稍差，相對分子質(zhì)量稍有降低，未[4] 齊玉華,許 祿. 羧酸類化合物的結(jié)構(gòu)和萃取性能的相關(guān)性[J]. 高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，2002,23(8):1489-1493.

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Solvent Effect on Analysis of Nylon 66 by MALDI TOF MS

YUBo-hao，WUTing，XIYi-dan，SHIJia-ni，DUYi-ping
(Research Centre of Analysis and Test, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)

Matrix-Assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry (MALDI TOF MS) is a powerful and promising technique for polymer analysis. Various molecular weights can be obtained from the spectra, also the repeat unit and end groups can be deduced to verify polymer’s structure. In order to obtain the better result in polymer MALDI TOF MS analysis, this paper studied the solvent effect in MALDI TOF MS analysis by choosing proper solvent of sample and matrix. Nylon 66 was chosen as a model polymer. A series of MALDI TOF MS spectra were obtained by using formic acid and trifluoroethanol as solvent for Nylon 66, and using formic acid, trifluoroethanol or tetrahydrofuran as solvent for the matrix. The results showed that the better the solubility, the cleaner the spectrogram and the bigger the molecular weight. It illustrates that the inertness of solvent also affected the analysis result. The research provides useful information for polymer MALDI TOF MS analysis.

Nylon 66; matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry; solvent effect

2014-08-01

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金(222201314039)；上海高校實驗技術(shù)隊伍建設(shè)計劃

于博昊( 1982- ) ，女，山東德州人，工程師，從事生物質(zhì)譜的分析測試工作。

Tel.：021-64252107；E-mail: yubh@ecust.edu.cn

吳 婷(1980-) ，女，湖南益陽人，工程師，從事生物質(zhì)譜的分析測試工作。

Tel.：021-64252107； E-mail: wu_ting@ecust.edu.cn

O 657.63

A

1006-7167(2015)02-0017-03