Калибровка прибора в диапазоне до 2 кДа
Готовится раствор иодида цезия в ацетоне (10 мг/мл) и соответствующей матрицы (DCTB, дитранол) в ацетоне с концентрацией 20 мг/мл. В пробирку для анализа помещается 5 мкл раствора матрицы и 2 мкл раствора иодида цезия. 1 мкл полученного раствора помещается на подложку для проведения анализа. Капля высушивается на воздухе и помещается в масс-спектрометр. Приготовленный таким образом стандарт для калибровки может использоваться как в режиме анализа положительных ионов, так и в режиме анализа анионов. Растворы матрицы и иодида цезия можно наносить на подложку последовательно. При этом сначала наносится 1 мкл раствора матрицы, высушивается на воздухе, после чего поверх матрицы наносится 1 мкл раствора соли.
Калибровка прибора по стандартам полиметилметакрилата
Узкодисперсные стандарты полиметилметакрилата (полиММА) могут быть успешно использованы для калибровки масс-спектрометра в диапазоне от 2 до 30 кДа и выше. Образцы полимера, используемые в качестве стандартов для калибровки должны отвечать следующим требованиям. Во-первых, одни должны быть узкодисперсными и не содержать посторонних примесей. Во-вторых, все макромолекулы, входящие в состав образца должны иметь одни и те же концевые группы, природа которых должна быть заранее известна. Для калибровки удобно применять специально производимые стандарты полиММА, которые используются и при калибровке гель-проникающих хроматографов. При калибровке прибора в области выше 2 кДа следует учитывать разрешающую способность масс-анализатора. Как было отмечено выше, в данном диапазоне невозможно разделить сигналы от отдельных макромолекул с разными изотопами. Соответствующие наблюдаемым в спектре сигналам значения m/z отвечают средним молекулярным массам макромолекул заданного состава.
Для калибровки масс-спектрометра готовят растворы стандартных образцов полиММА в ТГФ с концентрацией 10-3 моль/л, раствор матрицы (DCTB, дитранол) с концентрацией 20 мг/мл и ионизирующего агента (трифторацетат натрия, 5 мг/мл). В пробирке для приготовления пробы смешивают 5 мкл раствора матрицы, 3 мкл раствора соли и 1-2 мкл раствора полимера. Полученный раствор наносят на подложку из нержавеющей стали, высушивают на воздухе и проводят анализ. Приготовленные стандарты пригодны для калибровки прибора в режиме анализа положительных ионов.
Исследование низкомолекулярных соединений
Проведение анализа низкомолекулярных соединений может проводиться как с использованием матрицы, так без нее методом лазерной десорбции. Необходимость присутствия матрицы определяется свойствами анализируемого вещества, а именно его способностью поглощать излучение лазера. Наиболее часто используемой матрицей для анализа низкомолекулярных соединений является DCTB. Можно также использовать антрацен или дитранол.
Готовят раствор вещества в органическом растворителе с концентрацией 1 мг/мл и матрицы с концентрацией 20 мг/ мл. Полученные растворы смешивают в соотношении 1:1 в пробирке. 1 мкл полученного раствора наносят на подложку для проведения анализа, сушат на воздухе и анализируют в выбранном режиме.
В качестве матрицы для анализа низкомолекулярных веществ может быть использован графит. Его источником может служить обычный карандаш для черчения мягкого типа. Для проведения анализа область на подложке из нержавеющей стали натирают карандашом. Избыток и мелкие кусочки графита удаляют тампоном, ветошью или при продувке сжатым воздухом. На подготовленную таким образом поверхность наносят раствор анализируемого вещества в соответствующем растворителе, сушат на воздухе и анализируют.
Для веществ, способных поглощать лазерное излучение, масс-спектры хорошего разрешения могут быть зарегистрированы и в отсутствие матрицы. Пробоподготовка и анализ при этом осуществляется аналогичным образом, но без добавления раствора матрицы. В данном случае масс-спектры не содержат дополнительных сигналов, вызванных фрагментацией матрицы или образованием аддуктов молекул матрицы с молекулами анализируемого вещества.
Нерастворимые вещества, способные поглощать лазерное излучение, также могут быть проанализированы с использованием лазерной десорбции. Подготовку образцов для анализа готовят следующим образом. На подложку из стали помещают небольшое количество вещества (не более 1 мг), растирают шпателем по подложке. Перед помещением в прибор избыток вещества с подложки необходимо удалить ветошью, мягким тампоном или при помощи сжатого воздуха. При подготовке образца данным способом не допускается использовать мишени из полированной стали.
Анализ узкодисперсных образцов полимеров с молекулярной массой до 15 кДа
Методика проведения эксперимента не отличается от описанной выше методики калибровки прибора по полимерным стандартам и заключается в приготовлении раствора матрицы, ионизирующего агента и полимера, последующим их смешении и нанесении на подложку.
Перед проведением анализа методом МАЛДИ МС желательно охарактеризовать образец методом ГПХ для получения сведений о молекулярной массе и полидисперсности. Необходимо помнить, что хорошее совпадение значений молекулярной массы, определенных методами МАЛДИ и ГПХ, наблюдается только для образцов с полидисперсностью, не превышающей 1,3. Для более широкодисперсных образцов за счет дискриминации по массам наблюдается высокая интенсивность сигнала в низкомолекулярной области. Наличие в образце низкомолекулярных примесей также может приводить к интенсивному сигналу в области низких масс и слабоинтенсивному сигналу в целевой области. В таких ситуациях получить хорошо разрешимые спектры помогает предварительная очистка или фракционализация методом ГПХ.
Применение метода гель-проникающей хроматографии для фракционирования и очистки полимерных образцов
Гель-проникающая хроматография не только дает представление о молекулярно-массовом распределении полимеров, но и позволяет разделять полидисперсные образцы на фракции, пригодные к анализу методом МАЛДИ МС. Возможности метода ГПХ для разделения полимеров были описаны выше на страницах данного пособия. Для проведения анализа методом МАЛДИ МС требуются очень малые количества полимера, которые можно выделить даже с помощью аналитической колонки.
Перед проведением эксперимента по фракционированию проводят анализ молекулярно-массового распределения образца. На полученной хроматограмме выделяют области анализа, представляющие интерес, и определяют времена удержания для выделяемых фракций. Раствор полимера повторно загружают в хроматографическую систему. В заданные промежутки времени собирают элюент, выходящий из прибора, в отдельные пробирки. После этого проводят испарение растворителя. К высушенному полимеру добавляют растворы матрицы (5 мкл) и ионизирующего агента (2 мкл). Раствор наносят на подложку, сушат и проводят анализ.
Для проведения фракционирования можно использовать автоматические коллекторы фракций или специальные устройства, переключающие поток в заданный момент времени. Концентрация полимера в растворе для фракционирования составляет 30 мг/мл. Объем петли инжектора 20 мкл.
Аналогичным образом проводится и очистка полимера от низкомолекулярных примесей.
Очистка мишени после проведения анализа
Для очистки мишени после проведения анализа необходимо при помощи ватного тампона или куска материи, смоченного в соответствующем растворителе, очистить поверхность пластины. Для очистки, как правило, используется тот же растворитель, что и при пробоподготовке. При исследовании большинства синтетических полимеров целесообразно использовать тетрагидрофуран, для биомакромолекул – ацетонитрил или ацетон. После этого необходимо поместить мишень в стакан, налить в стакан тетрагидрофуран и поместить в ультразвуковую баню на 10 минут. Затем следует заменить растворитель на изопропиловый спирт и повторить процедуру. После этого промыть пластину в дистиллированной воде, поместить в стакан с дистиллированной водой и обработать в ультразвуковой бане в течение 10 минут. После этого пластину следует просушить, продув сжатым воздухом.
Литература
1. M. Karas, D. Bachmann, F. Hillenkamp Analytical Chemistry, 1985, V. 57, P. 2935-2939.
2. K. Tanaka, H. Waiki, Y. Ido, S. Akita, Y. Yoshida, T. Yoshida Rapid Communications in Mass Spectrometry, 1988, V.2, P. 151-153.
3. K. Linnemayr, P. Vana, G. Allmaier Rapid Commun. Mass Spectrom, 1998, V.12, P. 1344–1350.
4. G. Montaudo, M. S. Montaudo, C. Puglisi, F, Samperi Rapid Commun. Mass Spectrom, 1998, V.19, P. 1158-1163.
5. M. S. Montaudo, C. Puglisi, F. Samperi, G. Montaudo Rapid Commun. Mass Spectrom, 1998, V.12, P. 519–528.
6. И. Д. Гришин Масс-спектрометрия, 2012, Т.9, С. 189-196.
7. X. Dong, J. Cheng, J. Li, Y. Wang Anal. Chem., 2010, V. 82, P. 6208–6214.
8. S. Nitta, H. Kawasaki, T. Suganuma, Y. Shigeri, R. Arakawa J. Phys. Chem. C 2013, V. 117, P. 238−245
9. E. V. Baranov, G. K. Fukin, T.V. Balashova, A. P. Pushkarev, I D. Grishin, M. N. Bochkarev Dalton Transactions, 2013, V. 42, P. 15699-15705.
10. MALDI MS: A Practical Guide to Instrumentation Methods and Applications. Edited by F. Hillenkamp, J. Peter-Katalinic. Viley-VCH, 2007. 345 P.
11. MALDI Mass Spectrometry for synthetic polymer analysis. Edited by L. Li. Wiley 2010. 299 P.
12. C. G. Herbert, R. A.W. Johnstone. Mass spectrometry basics. CRC Press, New York 2003. 474 p.
13. В. Г. Заикин Масс-спектрометрия синтетических полимеров. М.: ВМСО. 2009. 332 с.
14. Н. С. Вулфсон, В. Г. Заикин, А. И. Микая. Масс-спектрометрия органических соединений. М.: Химия, 1986, 312 с.
15. E. De. Hoffman, J. Charette, V. Stroobant Mass Spectrometry. Principles and Applications. Chichester: John Wiley and Sons, 1996, 340 p.
ВРЕМЯПРОЛЕТНАЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ С МАТРИЧНО-АКТИВИРОВАННОЙ ЛАЗЕРНОЙ ДЕСОРБЦИЕЙ/ ИОНИЗАЦИЕЙ ДЛЯ АНАЛИЗА ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ И МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Иван Дмитриевич Гришин
Электронное учебно-методическое пособие
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Нижегородский государственный
университет им. Н.И. Лобачевского».
603950, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23
|
