seminar2
.pdf
Рис. 13.4. ГПХ-хроматограммы для набора стандартных образцов полистирола.
Цифры над каждым пиком соответствуют объему элюата и молекулярной массе (в скобках).
Рис. 3.15. Калибровочная кривая.
MALDI масс-спектроскопия
Если нужно точно знать, каково распределение по молекулярным массам, можно использовать лазерную десорбционно-ионизационной масс-спектроскопию с участием матрицы. Английская аббревиатура этого названия (matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectroscopy) звучит MALDI.
Сначала полимер растворяется в растворителе. В растворителе какого типа? Ну, это от многого зависит. Первые эксперименты по MALDI были выполнены с белками. А поскольку белки, или как их еще называют, протеины, склонны растворяться в воде, то сначала основным растворителем была вода. Было принято использовать смесь воды и ацетонитрила в соотношении 70:30. Так что выбор растворителя на самом деле зависит от того, какой из них сможет растворить изучаемый вами полимер.
Еще мы возьмем особую добавку. Этой особой добавкой является соединение типа транс- коричной (то есть В-фенилакриловой) кислоты или 2,5-диоксибензойной кислоты. Это тоже может меняться от полимера к полимеру, но важно то, что эта особая добавка должна поглощать ультрафиолетовый свет. Обычно мы добавляем примерно в 104 раз больше УФ-поглотителя, чем полимера.
Когда все эти компоненты перемешаны, образец помещают в вакуумную камеру на конце специального держателя (посмотрите на картинку внизу). Затем, при помощи вакуумного насоса мы откачиваем весь воздух (ну, или почти весь) из нашей вакуумной камеры. Когда же мы это сделали, растворитель испаряется, и у нас остается слой химического соединения, поглощающего ультрафиолет, с небольшой добавкой полимера. Полимер теперь рассредоточен в матрице из вещества, поглощающего ультрафиолет. Вот почему мы называем этот метод лазерной
11
десорбционно-ионизационной масс-спектрометрией с участием матрицы.
Теперь мы начинаем стрелять лазером по нашему образцу. Обычно используется ультрафиолетовый лазер длиной волны в диапазоне 330-360 нм. Наш образец полон материалом, поглощающим ультрафиолет. Он поглощает всю энергию лазера, при этом он передает часть энергии молекулам полимера.
Материал матрицы к тому же взаимодействует с полимерами таким образом, что полимеры становятся ионами. Никто на самом деле не знает точно, как это происходит. Тот факт, что полимеры становятся заряженными частицами, скоро будет очень важным.
Когда они поглощают всю эту энергию, то некоторые молекулы полимера начинают делать то, что полимеры почти никогда не делают. Они испаряются. Обычно макромолекулы слишком большие и тяжелые, чтобы испаряться, но при таких высоких температурах и низких давлениях они все-таки могут это сделать. Вот откуда происходит слово десорбция в названии нашего метода.
Теперь, когда вы получили полимеры, летающие вокруг в газообразном состоянии, самое время рассказать вам нечто важное о нашей вакуумной камере. В том конце камеры, в котором мы испаряем наши молекулы полимера, у нас есть два электрода, положительный катод и отрицательный анод. В зависимости от того, какой полимер и какой материал для матрицы вы используете, полимеры могут быть либо катионами, либо анионами. Для большей определенности нашего объяснения мы будем считать, что исследуемый нами полимер образует положительные катионы.
Теперь, когда мы испаряем наш полимер, мы делаем это непосредственно между этими двумя элктродами. Когда наш полимер образует катионы, то мы помещаем положительный катод сразу за образцом, а отрицательный анод - перед образцом. (Еще раз посмотрите на рисунок.) Конечно же, положительно заряженные полимеры будут двигаться в направлении анода, притягиваемые его отрицательным зарядом. Если мы все будем делать правильно, то мы можем использовать это ускорение, чтобы направлять полимеры на детектор в дальнем конце камеры.
В большинстве случаев на каждой молекуле полимера будет только один положительный заряд. Это означает, что к каждой макромолекуле, когда она ускоряется электрическим полем между электродами, приложена одна и та же электрическая сила. Но, как вы помните, молекулы полимера обладают разными массами и
F = ma
,то есть, сила равняется ускорению, умноженному на массу. Мы можем переписать это уравнение в виде:
При заданной одинаковой силе, действующей на молекулы, чем больше масса, тем меньше ускорение. Для нас это означает то, что большим и тяжелым макромолекулам потребуется больше
12
времени на то, чтобы достичь детектора в конце вакуумной камеры.
Поэтому полимеры попадут на детектор сначала меленькие, а потом большие. Они будут приходить туда в точности в порядке их масс. Все макромолекулы с одинаковой молекулярной массой будут попадать на детектор одновременно. Когда это происходит, детектор регистрирует всплеск. Амплитуда этого всплеска зависит от числа молекул, которые одновременно попадают на детектор. Так что, в конце концов, мы получаем серию всплесков, которая выглядит вот так:
Поскольку время, которое требуется молекуле, чтобы достичь детектора, возрастает с массой молекулы, то мы на самом деле получили график, на котором по оси x отложена молекулярная масса, а по оси y - число молекул, обладающих такой молекулярной массой. Так что мы получили распределение по молекулярным массам.
MALDI - спектр всегда напоминает гигантский спинной плавник диметредона, ископаемой рептилии, которая жила миллионы лет назад.
В отличие от гель-проникающей хроматографии MALDI измеряет массу более точно, поскольку этот метод ни с чем не сравнивает измеряемый вами образец. Он дает вам абсолютное измерение массы. Со временем MALDI, возможно, заменит ГПХ в большинстве лабораторий.
13