MASS SPECTROMETRY FOR POLYMERS

Význam tématu

Masová spektrometrie (MS) představuje klíčový nástroj pro analýzu polymerů na molekulární úrovni. Umožňuje absolutní určení hmotnosti jednotlivých řetězců, odhalení rozdělení hmotností (MW distribuce) a detailní strukturní charakterizaci pomocí tandemové MS (MS/MS). Díky tomu lze přesně určit chemii opakujících se jednotek, koncové skupiny i uspořádání páteře polymeru, což je nezbytné pro optimalizaci vlastností materiálů a přechod k udržitelným zdrojům surovin.

Cíle a přehled studie

Whitepaper se zaměřuje na:

• Porovnání výhod a omezení MS a MS/MS metod při analýze polymerů.
• Popis instrumentálních režimů (MS, MS/MS, ion mobility).
• Předvedení praktických příkladů měření molekulových hmotnostních průměrů (Mn, Mw) a strukturního rozboru pomocí fragmentace.
• Ukázku separace složitých polymerních směsí pomocí iontové mobility.

Použitá metodika a instrumentace

Pro ionizaci polymerů byly využity:

• Elektrosprayová ionizace (ESI)
• Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI)

Spektrometry Waters® Xevo® a SYNAPT® QTof pracují ve dvou hlavních režimech:

• MS (jednostupňový): měření rozdělení iontů v rozsahu m/z.
• MS/MS (tandemová MS): výběr prekurzorového iontu v kvadrupólu, fragmentace v kolizní buňce a detekce fragmentů v analyzátoru ToF.

U přístroje SYNAPT je navíc integrována buňka iontové mobility, kde se ionty separují dle velikosti, tvaru a náboje pomocí driftu v plynné fázi.

Hlavní výsledky a diskuse

1. Určení molekulových hmotnostních průměrů:

• Teoretické modely ukazují, že Mn nestačí k popisu distribuce; doplňují se hodnoty Mw, Mz a polydisperzita.
• Příklad výpočtu pro dva vzorky polymeru zdůraznil nutnost vícero průměrů k rozlišení odlišných rozdělení.

2. Strukturní charakterizace pomocí MS/MS:

• Analýza polymethylmethakrylátu (PMMA) odhalila série fragmentů odpovídajících štěpení C–O vazeb, identifikaci α a ω koncových skupin.
• U polylaktidu (PLA) byla navržena fragmentační cesta vysvětlující vznik dvou řad iontů spojených s iniciátorem či terminátorem řetězce.

3. Iontová mobility pro složité směsi:

• Mobilitní mapy m/z vs. drift time umožnily oddělit polymethylmethakrylát a polyethylenglykol ve stejné analýze.
• Různé nábojové stavy a velikosti iontů se projeví v odlišném drift time, čímž se zjednodušuje interpretace spekter.

Přínosy a praktické využití metody

Masová spektrometrie přináší:

• Absolutní měření molekulových hmotností jednotlivých řetězců.
• Detailní ověření koncových skupin a opakujících se jednotek.
• Rychlé potvrzení úspěšnosti syntézy nových polymerů a kvality šarží.
• Možnost sledovat změny vlastností materiálů při úpravách chemické struktury.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další zvyšování rozlišovací schopnosti MS k analýze vysokomolekulárních polymerů (> m/z 4000).
• Integrace iontové mobility a dalších separačních technik pro řešení komplexních směsí.
• Rozvoj softwaru pro automatizovanou interpretaci a kvantifikaci polymerních distribucí.
• Využití MS technik v oblasti biologicky odbouratelných a obnovitelných polymerů.

Závěr

Masová spektrometrie společně s tandemovou MS a iontovou mobilitou poskytuje vysoce informační pohled na polymerní materiály. Kombinace absolutního určení hmotností, průměrných hmotnostních parametrů a detailní strukturní analýzy otevírá nové možnosti v syntéze, vývoji a kontrole kvality polymerů, zejména v kontextu udržitelné výroby.

Reference

Žádné externí literární zdroje nebyly ve studii výslovně uvedeny.