Analyse von Polycarbonat mit einem Benchtop-MALDI-TOF-Massenspektrometer
In den letzten Jahren wurden zum Zwecke des globalen Umweltschutzes Recyclinggesetze in Kraft gesetzt, was wiederum die Menge an recycelten Kunststoffprodukten um uns herum erhöht hat. Dieser Trend bringt den Bedarf an schnellen und detaillierten Analysen von recycelten Produkten mit sich. In solchen Fällen können ausreichende Informationen erhalten werden, indem nicht die gesamten Polymere, sondern Oligomere analysiert werden. Konventionell werden Oligomere durch die Kombination einer groben Trennung mit der Auflösungs-/Fällungsmethode usw. und verschiedenen chromatographischen oder spektroskopischen Techniken analysiert.
Auf der anderen Seite werden in letzter Zeit MALDI-TOF-Massenspektrometer in großem Umfang für die Oligomeranalyse eingesetzt. Durch den Einsatz solcher Geräte kann die Information von Endgruppen und Monomereinheiten schnell erhalten werden.
Diese Applikation stellt ein Beispiel für die Analyse von Polycarbonat vor, die durch eine Kombination der groben Trennung von Oligomeren durch die Auflösungs-/Fällungsmethode und der Messung und Analyse mit dem MALDI-TOF-Massenspektrometer „MALDI-8020“ durchgeführt wurde.
Das MALDI-8020 (Abb. 1) ist ein MALDI-TOF-Massenspektrometer mit kompaktem Design und minimalem Platzbedarf, das ausschließlich im linearen Modus arbeitet. Seine Leistung im linearen Modus (positive Ionen) ist vergleichbar mit dem gleichen Modus eines herkömmlichen, am Boden stehenden MALDITOF-Massenspektrometers. Ausgestattet mit einem 200-Hz-Festkörperlaser und einem Schleusenkammermechanismus, der einen Zielplattenwechsel unter Beibehaltung des Vakuumgrades an der Messposition ermöglicht, gewährleistet das Gerät schnelle Messungen.
Messung der Molekulargewichtsverteilung von Polymeren
Als Polycarbonat (PC)-Proben wurden eine PC-Standardprobe und eine von einer Compact Disc extrahierte PC-Oligomerprobe zur Analyse verwendet (Abb. 2). In den Ergebnissen beider Proben ist zu erkennen, dass monoisotopische Peaks detektiert werden und dass sich PC-Monomereinheiten im Abstand von 254 u wiederholen (Einsätze in Abb. 2).
Abb. 2 Massenspektrum des PC-Oligomers (Oben: Standard, Unten: Compact Disc)
Analysebeispiel für Terminalgruppen
Die Massenspektren in Abb. 3 zeigen, dass drei Wiederholungen der 254 u Monomereinheit von PC. Da PC ein Endkappenreagenz verwendet, haben wir die folgenden drei chemischen Strukturen angenommen und mit der Software Polymerix (Sierra Analytics) analysiert. Drei Oligomerkomponenten werden jeweils dem beidseitig verschlossenen Typ, dem einseitig verschlossenen Typ und dem zyklischen Typ zugeordnet (Abb. 3).
Wir fanden heraus, dass die Oligomere, die von einer Compact Disc extrahiert werden, hauptsächlich vom beidseitig gekappten Typ sind. Es ist bekannt, dass die für optische Platten verwendeten Polymere eine hohe Qualität erfordern, so dass niedermolekulare Oligomere absichtlich entfernt werden.
Das Ergebnis der MALDI-TOF-Massenspektrometrie spiegelt diesen Herstellungsprozess wider. Im Gegensatz dazu sind im Falle von Oligomeren, die aus einem aus recyceltem PC hergestellten Schreibwarenartikel extrahiert wurden, die zyklischen Oligomere relativ hoch und diejenigen mit einseitigem OH ebenfalls hoch. Im Falle kommerziell erhältlicher Chips sind diejenigen mit einfach endständigem OH relativ hoch und diejenigen mit zyklischen Oligomeren niedrig. Dieser Trend wird aus ähnlichen Analysen unter Verwendung der MALDI-TOF-Massenspektrometrie berichtet. Wie oben angegeben, haben wir festgestellt, dass mit der Verwendung der MALDI-TOF-Massenspektrometrie und einer einfachen Präparationsmethode eine vergleichende Bewertung von recycelten Polymeren durchgeführt werden kann.
Abb. 3 Ergebnis der Endgruppenanalyse von PC-Oligomeren (Oben: Standard, Unten: Compact Disc)
Fazit
Diese Beispiele zeigen, dass das Benchtop-MALDITOF-Massenspektrometer „MALDI-8020“ zur Molekulargewichtsmessung und Endgruppenanalyse von Polymeren auf dem gleichen Niveau wie größere MALDI-TOF-Massenspektrometer eingesetzt werden kann.
In den letzten Jahren haben sich MALDI-TOF-Massenspektrometer zu hochspezifischen Geräten entwickelt und sind in Größe und Komplexität gestiegen. Infolgedessen sind die Geräte in der Regel für die meisten Routineanwendungen, die eine lineare Modenanalyse erfordern, überspezifiziert. Größe und Anfangs-/Betriebskosten können ein Hindernis für die Einführung des Instruments in einigen Labors darstellen.
Das MALDI-8020, die weltweit kleinste Klasse von kommerziell erhältlichen MALDI-TOF-Massenspektrometern, erfüllt die Anforderungen der Polymeranalyse im linearen Modus, und seine zukünftige Verbreitung und breitere Verwendung werden erwartet.