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1、第五章：质谱法测定分子结构有机质谱原理及应用第五章：质谱法测定分子结构(II), 大分子1第五章：质谱法测定分子结构 方法：ESI和MALDI两种电离方法。 对象：带有官能团的可溶解高分子。1988年，Tanaka，最早报道聚乙烯醇(PEG)， 22,000。1992年， Danis， MALDI， 聚丙烯酸和聚苯乙烯磺酸，30,000。 M. Karas & F.Hillenkamp MALDI，聚苯乙烯 70ku， PEG 40ku。1996年，C. Fenselau，聚苯乙烯 1500ku。5.1 高聚物质谱分析高聚物质谱分析2第五章：质谱法测定分子结构一、质谱方法分析高聚物的特点一、质
2、谱方法分析高聚物的特点 1 1、人工合成高聚物的复杂性、人工合成高聚物的复杂性 合成高分子是混合物，分子量是一种分布。 不同的引发和终止反应所得的高分子有不同的端基。 在随机共聚物中，高分子链的组成呈现某种化学分布。 在嵌段共聚物中存在着不同的嵌段长度和顺序。 非线性高分子，如环状、支链和树枝状高聚物。 2 2、质谱分析高聚物的特色、质谱分析高聚物的特色样品用量少、耗时短、速度快。仪器分辨率高使单体分析和端基分析成为可能。直接测定绝对分子量，而不是相对分子量，精度高于光散射和膜渗透方法。测定分子量时，不需要标准品或Mark-Houwink常数。由分子量分布可获得聚合反应的链增长常数。3第五章：
3、质谱法测定分子结构二、二、MALDI-TOFMALDI-TOF方法测定高聚物影响因素方法测定高聚物影响因素 1 1、基质、基质 基质的作用：从激光脉冲中吸收能量。要求：基质对激光光源必须有很强的吸收。使被测分子分离成单分子状态。要求：基质和被测高分子具有很好的相容性，同时不能有强的分于间的相互作用。 使用不同种类的激光(IR，UV)电离，需要用不同类型的基质。 紫外激光解离的基质 蒽三酚和银盐的混合是分析聚苯乙烯的首选，但是这个混合物不稳定，见表格。 红外激光解离的基质 YAG激光(3.27m，相当于 3050 cm-1) 激发C-H的伸缩振动。应用于UV-MALDI的基质也可用于IR-MAL
4、DI。4第五章：质谱法测定分子结构 Matrices PolymersHydrophilic2,5-dihydroxybenzoic acidPolypropylene glycol-Cyano-hydroxycinnamic acidPolyvinyl acetateFerulic acid Polytetramethylene glycolIndoleacrylic acidPolymethylmethacrylateDithranolPolystyreneall trans-Retinoic acidPolybutadieneDiphenylbutadienePolydimethylsi
5、loxaneHydrophobic红外激光与紫外激光电离的比较： 红外激光有较强的穿透能力，一次红外激光照射能够解吸更多的样品，因此在一个样品点上获得的质谱图较少，要经常更换激光照射点。 红外激光的脉冲较长。一般在 1020 s，而通常的紫外激光的脉冲约在 35 s，这导致了IR-MALDI的分辨率较差。一般来讲，紫外激光器更适于分析合成高分子，红外激光器可用于一些卤代高分予的分析。基质的选取：极性相似原则！常见基质的极性比较5第五章：质谱法测定分子结构基质Mr /cm-1(at 337nm)PA(kJ/mol)2,5-DHB1540.79105-841866854 14854 16 -CHC
6、A1890.79 105-841933 9766 8芥子酸(SA)2241.10 105-887894 13蒽三酚226-874 8IAA187-900 16HABA242-943766 8UV-MALDIUV-MALDI基质的理化性质基质的理化性质6第五章：质谱法测定分子结构2 2、盐效应、盐效应 高分子测定过程中的阳离子化不是质子转移反应，而是金属离子与高分子发生阳离子化反应，形成加合的高分子正离子。一般用Na+、K+等作为加合离子。有时不需要特别加入这些金属，亦可以得到加合的正离子，这是由于容器上的Na+或K+所致。具有杂原子的合成高分子，在加钠盐、钾盐后产生加合金属阳离子的正离子。聚醚
7、、聚酯、聚丙烯酸酯、聚酷胺等。没有杂原子的非极性合成高分子，如聚苯乙烯、聚丁二烯、聚异戊二烯在加入银盐或铜盐后能够成功的离子化，这些金属阳离于与高分子中的双键发生了作用。 没有杂原子和双键的合成高分子如聚乙烯和聚丙烯目前仍较难被MAIDI分析，因为它们的金属阳离子结合能极低。7第五章：质谱法测定分子结构3 3、样品制备、样品制备简单混合法： 在使用一个特定的样品制备方法时，必须先选择适用于基质、样品和阳离子化盐的溶剂，最理想的情况是使用一种溶剂这样可以减少样品在靶上结晶时分层的危险。然而，盐类几乎不溶于用于非极性合成高分子的有机溶剂。一般来讲，盐可以先溶于一个中间溶剂如丙醇中，然后再用用于基质
8、和样品的溶剂稀释。制备样品时，应选择适当的溶剂、合适的浓度及配比，才能获得较好的结果。电喷雾法 一个很有前途的样品制备方法是电喷雾沉积法，比起传统的干点甚或薄层法，电喷雾法的优点在于它可以形成小而均匀的结晶体。电喷雾沉积法制得样品的点点之间重复性好，并且信号强度较大，层式的电喷雾效果更好一些。 压片法 对于不溶的高分子样品，如聚氨酯和大的多环芳香化台物，发展了一砷新的制样方法压片法即将样品和基质按一定比例混合后用球磨机研磨均匀，压成薄片进行MALDI-TOF-MS分析。8第五章：质谱法测定分子结构三、三、MALDI-TOFMALDI-TOF方法测定高聚物的应用方法测定高聚物的应用1 1、分子量
9、的测定及分子量的分布、分子量的测定及分子量的分布 计算公式： 当分子量的分散度小于1.2时可获得符合Poisson分布的质谱图，与GPC的结果一致。Mn： 数均分子量Mw： 重均分子量PD： 分布常数ni： 第i个寡聚物的相对丰度Mi： 第i个寡聚物的质量PS 2800的MALDI-TOF质谱图PEG 2000的MALDI-TOF质谱图9第五章：质谱法测定分子结构PEG 3100的MALDI-TOF质谱图PS 29ku 的MALDI-TOF质谱图聚合物数均分子量Mn重均分子量Mw分子量分布PD测定方法PS4600046760473191.01MALDI-TOF42000435001.03GPC
10、PS7000073914745181.01MALDI-TOF66000675001.03GPCPEG1260012426124921.01MALDI-TOF11843123201.04GPCPEG23020022115221051.01MALDI-TOF20240212281.06GPCMALDI-TOF-MS方法与GPC方法所测分予量的比较10第五章：质谱法测定分子结构2 2、末端基分析、末端基分析含有联吡啶 的共轭高分子结构 聚合物的MALDI-TOF质谱(a) IAA为基质, (b) IAA为基质。并加入细AgTFA11第五章：质谱法测定分子结构高分子化合物3(n=5)，环状寡聚物的实验
11、结果(左)和理论同位素分布(右)(a): (C28H32N2S)5+H+ (b): (C28H32N2S)5+Ag+ 选取2142.1u的单同位素峰来计算端基的质量。重复单元的质量是428.2, 代入2142.1/428.25，即428.2 52141。这个峰的质荷比等于5个重复单元加1个质子比时带上的氢原子的质量，因此可以椎测这个系列的高分子为环状高分子没有端基。12第五章：质谱法测定分子结构35u + 158u + H + 237u 6 = 1616u35u + 140u + H + 237u 6 = 1598u17u + 140u + H + 237u 6 = 1580un=6q一种寡聚
12、物的MALDI-TOF质谱分析 两种单体：三嗪聚胺的MALDI-TOF的质谱13第五章：质谱法测定分子结构3 3、高分子混合物分析、高分子混合物分析 用MALDI分析不同种类的高分子混合物的文章很少也许是因为离子化效率的显著不同和其他一些歧视固素。例如二两种窄分布的标准品PS10200和和PMMA9200分别溶解在THF中，以几种体积比混合，接着以IAA为基质加甲酸钠或以蒽三酚为基质加三氟乙酸银。在第一套实验方案中，PS和PMMA的体积比从0:1增加到199:1，基质是IAA/Na，也就是对PMMA是最佳条件，试验结果十分令入惊奇，甚至PMMA是以0 5的不纯物存在干PS中，质谱图仍然是PMM
13、A的MNa+峰为主要峰。在第二套实验中，PS和PMMA的体积比从1:0到1:9，基质是蒽三酚/Ag也就是PS的最优化条件。在所有混合物实验中，PMMA是主要离子，而PS仅以相对干PMMA为10%的峰出现，质谱图上主要是PMMA的峰。当然，这种有利于PMMA的歧视效应也许可以用来检测PS中中痕量的PMMA但是从这些结果中也可看出，用MALDI分析高分子混合物还要走很远的一段路。14第五章：质谱法测定分子结构4 4、嵌段型高分子分析、嵌段型高分子分析 嵌段共聚物之中嵌段和组成分布对于聚合物的最终性能有重要的影响。MALDI-TOF-MS也可以成功地应用于嵌段型高分子的研究。Dams等人用MALDI
14、分析了-甲基苯乙烯和乙烯基吡啶的嵌段共聚物。 Wilezek-Vera等MALDI-TOF MS与1H NMR相结合，对苯乙烯/-甲基苯乙烯嵌段共聚物进行研究，测定了该共果物的组成分布和嵌段长度，我们研究组研究了荣乙二醇和聚苯乙烯的嵌段共聚物。用MALDI/TOF测得的分子量和以GPC测定的结果参见表。 从表中可以青出，对干这类窄分布的高分子化合物，MALDI/TOF所得结果与GPC法所得结果比较接近。但是MALDI/TOF法更加迅速、方便，具有显著的优越性。MnMwPD共聚物GPC357737561.05No.1MALDI/TOF320735601.11共聚物GPC571963481.11N
15、o.1MALDI/TOF614265281.06GPC法和 MALD/TOF MS法测得的分子量比较15第五章：质谱法测定分子结构5.2 药物的质谱分析药物的质谱分析一、生物活性物质分析一、生物活性物质分析1 1、天然产物分析、天然产物分析各种提取物的分析，HPLC/MS联用分析RootsRootsLeaves, BarkLeaves, Bark+ + SolventSolvent FilterFilter ConcentrateConcentrateLC-MSLC-MSn nWhere are there biologically active compounds ?Where are th
16、ere biologically active compounds ?16第五章：质谱法测定分子结构Methanolic 根部提取物024681012141618202224262830Time (min)0102030405060708090100Relative Abundance11.9411.088.703.172.0718.0213.4618.5414.0718.8316.9219.0015.1319.421.60 水 - 甲醇梯度 0.25 mL/min, C-18 Column 20 uL 进样LC-UV (215 nm)17第五章：质谱法测定分子结构LC-MS, 基峰离子流图2468101214161820Time (min)05101520253035404550556065707580859095100Relative Abundance9.494.814.5817.8811.896.7219.0819.553.1617.0114.3913.692.1415.408.1010.8720.026.257.975.093.5421.421.07Unknow 水-甲醇梯度
