精密質量を使用したポリマーの末端基の元素組成推定 [MALDI-TOFMS Application]

末端基の組成推定例

ここでは末端基の異なるポリエチレンオキシドの混合物をmsRepeatFinder V5.0 (ポリマー組成推定機能はmsRepeatFinder V4より実装された) を用いて解析した手順を説明する。Figure 3はマススペクトル、KMD 、KMRであり、Base unitにC₂H₄Oを指定したのでKMDプロットで横軸に平行に並んでいるのがポリエチレンオキシドである。KMRプロットでは、末端基が同一のシリーズが1点に集約するので、この中マススペクトルには5個の末端基の異なるポリエチレンオキシドのシリーズが確認できた。各ポリマーシリーズはグループ化し色分けを行った。

Figure 3　KMD/KMR plot of the mixture of polyethylene oxides

Figure 3のKMRプロットで四角で囲んだ緑のシリーズを例に末端基の組成推定の手順を示す。まずピーク1, 2に重合度の1つ異なる1261.85633 Da, 1305.88291 Daを選択すると、2つのピークの質量差(Δm) 44.02658 Daは自動計算される (Figure 4の1)。この質量差からモノマー (価数0) の元素組成推定を行うが、設定条件は一般的なイオンの元素組成推定と同じく、誤差範囲、電子数、DBE、元素情報である。得られた組成推定結果からモノマー組成を1つを選択する (Figure 4の2)。これは前述の通り、ポリマーの観測質量 (ピーク1) からモノマーの計算質量を順次減算した残りの質量で末端基の元素組成推定を行うためである。末端基の元素組成推定の設定条件は、モノマー組成の選択以外に「末端基と付加イオンの質量範囲」を指定する点が一般的な組成推定条件と異なる。これは、前述のとおり精密質量から重合度を決定できないため、ピーク1の観測質量からモノマー計算質量を順次減算し、この質量範囲に入った場合にのみ組成推定を実施するためである。末端基の組成推定結果は、重合度、付加イオンとともに表示される (Figure 4の3)。末端基の組成推定結果を確認すると、4つの候補が表示されているが、これらはすべてポリマーの元素組成としては同一であり、重合度が異なるものである。

Figure 4. The GUI for elemental compositions estimation of end-groups in msRepeatFinder

末端基組成推定結果の履歴確認

msRepeatFinder V5では組成推定結果は履歴に保存することができる (Figure 5)。末端基の組成推定結果から1つ選択し、「履歴に保存」をクリックするとリストに組成推定結果が保存できる。保存した結果は「組成推定履歴」を表示することで、組成推定条件および組成推定結果を確認できる。さらに、「詳細」ボタンを押すと選択した組成推定結果以外の候補も記録されている。末端基組成の結果を変更したい場合は、その行を指定し、 「末端基組成式の変更」を押すことで組成推定履歴の内容を変更できる。

Figure 5 GUI for history of elemental composition estimations of polymers

まとめ

本報告では、精密質量を用いたポリマーの末端基の元素組成推定方法について説明した。ポリマーの一次構造は、モノマーと末端基の組み合わせで構成されていることから、ポリマーのイオンの質量が大きい場合でも、組成推定を行う対象は比較的質量の小さい部分構造となる。そのため元素情報がある程度確定していれば、構造の推定は行いやすい。一方で精密質量だけでは、重合度が確定できないこと、組成推定結果として得られるのは両末端基の合計のみが得られることから、末端基の構造、特に質量範囲が想定されていることが重要となる。