3个多聚物体系

目的:从高度混合的电喷雾质谱(ESI-MS)混合物图谱中,分离出3个多聚物的纯谱。比和实际体系比较浓度。

实验条件:

溶剂:50%的水,50%的乙腈, 含有1毫摩尔/升的醋酸铵。
多聚物PEG400,PEG1000和PPG2000按照不同浓度比溶解在配好的溶剂中待用。总共配置了8个不同浓度的混合物溶液,每个混合物中都含有这个三个多聚物。每个混合物的浓度见下表。

8个多聚物混合物的配比方式,其中每个混合物都含有3个多聚物。

8个多聚物混合物的配比方式,其中每个混合物都含有3个多聚物。

然后,每一个混合物溶液,用注射泵按照恒定进样速率,慢慢的注射到电喷雾质谱中。质谱的模式是正离子检测。整个实验方式叫做:直接进样液相ESI+质谱模式(directly infusion ESI+ MS method)。实验所用的质谱仪是:WATERS Micromass Quattro Micro API, Tandem Quadrupole  MS。

对于每个样品,在每次采样过程中,总共850次扫描结果被综合起来,最后得到一个谱图。质谱的范围从250 – 1450 m/z,每个质谱图有17136个数据点。(大概每个m/z有14.26个数据点)。我们将三个“纯”多聚物做了实验,它们的“纯”谱图见下图。

三个”纯“多聚物的纯谱。上图:PPG200,0,中图:PEG1000,下图:PEG400。(图片来自实验仪器软件界面的截图)

三个”纯“多聚物的纯谱。上图:PPG200,0,中图:PEG1000,下图:PEG400。(图片来自实验仪器软件界面的截图)

8个混合物经过8次实验,得到8个不同混合物的ESI+质谱综合,它们的混合物3-D谱图显示在下面。其中的一个混合物的ESI+质谱也显示在下面。

8个多聚物混合物的3-D混合谱。每个混合谱都包含3种多聚物。

8个多聚物混合物ESI+质谱的3-D图。每个混合谱都包含3种多聚物。

其中的一个ESI+质谱。

其中的一个ESI+质谱。

 实验结果和讨论:

这个混合谱非常复杂。其实,”纯“PEG400和PEG1000都是一种多聚物混合物,只是多聚物的分子量的分布区间不同罢了。所以PEG400和PEG1000,有很多一样的聚合物分子,他们的谱图必然是完全重叠的。另外,由于在液相质谱中,大分子很容易含有多重电子。这导致了一个分子,可以有很多质谱的峰,这些峰只是由于带电荷的量不一样,导致了不同的质量电荷比(m/z)。PEG和PPG由于我们溶剂中铵根例子的作用,就我们观察,就有1+,2+,3+的多重电荷峰。所以导致整个体系的峰数目特别多。

这样的体系,非常考验各种重建谱图的算法。是否能将多重电荷的峰和单电荷的峰一起重建出来,是个问题。而且由于PEG400和PEG1000的有部分分子量分布是重合的,所以完全重叠的峰是否能够分开,也是大问题。

对这些8个混合谱,我们进行熵最小算法运算。熵最小方法非常成功的将3个”纯“多聚物从混合物中分离开了。该重建结果保持了多重电荷峰和单电荷峰的一致性,对于完全重叠的PEG多聚物也能分开。重建的纯谱如下:

3个重建出来的”纯“多聚物谱图。上图PEG400,中图PEG1000,下图PPG2000。

3个重建出来的”纯“多聚物谱图。上图:PEG400,中图:PEG1000,下图:PPG2000。

需要指出的是,在PEG400的重建纯谱中,有不少质谱峰不是属于PEG400的。这个结果和2个多聚物的体系比较,结果较差。这个现象不能肯定是熵最小算法的原因,有可能系统本来就是这样。主要的原因有多个。其中一个原因,正如上面所说,该体系非常复杂。

另外一个原因是各种多聚物的相互作用。由于这3个多聚物,有两种不同的多聚物(PEG和PPG),在混合状态下,分子之间的作用复杂,同时由于ESI+的电荷竞争关系,导致了3个多聚物在混合物中,每个多聚物的行为模式并不是独立的,而是和其他多聚物有联系。但是由于它们的联系不是主要的行为模式,而独立的行为模式占主要,所以我们的重建结果主要是各个”纯”多聚物,但是还有些其他的一些信息。而2个多聚物的体系中,由于都是PEG多聚物,所以作用比较单一,没有3个多聚物体系复杂,所以结果较好。

浓度比较:

我们将8个混合物的配置浓度,和重建得到的浓度比较,结果如下。

配置浓度和重建浓度的比较。左图:配置浓度;右图:重建浓度。

配置浓度和重建浓度的比较。左图:配置浓度;右图:重建浓度。

我们也将8个混合物的配置浓度比例,和重建得到的浓度比例做比较,结果如下。

配置浓度比例和重建浓度比例的比较。左图:配置浓度比例;右图:重建浓度比例。(1k/4h:PEG1000比PEG400;2k/4h:PPG2000比PEG400;2k/1h:PpG2000比PEG1000。)

配置浓度比例和重建浓度比例的比较。左图:配置浓度比例;右图:重建浓度比例。(1k/4h:PEG1000比PEG400;2k/4h:PPG2000比PEG400;2k/1h:PpG2000比PEG1000。)