 |
Применение МАЛДИ для исследования лигнина
|
|
|
|
Введение
Масс-спектрометрия - метод исследования вещества, основанный на определении отношения массы к заряду ионов, образующихся при ионизации представляющих интерес компонентов пробы. Один из мощнейших способов качественной идентификации веществ, допускающий также и количественное определение. Можно сказать, что масс-спектрометрия — это «взвешивание» молекул, находящихся в пробе.
В настоящее время методом МАЛДИ успешно анализируются пептиды, белки, нуклеотиды, полисахариды, синтетические полимеры, гуминовые кислоты, фуллерены, органические комплексные соединения и другие натуральные продукты с молекулярными массами до нескольких сотен тысяч Дальтон. [1]
Методом МАЛДИ можно анализировать лигнин так как у него большая молекулярная масса, и этим методом его мало кто изучал.
Целью данной работы является выделение диоксанлигнина из различных видов растений, получение и характеристика масс-спектров диоксанлигнина.
Обзор литературы
МАЛДИ масс-спектрометрия
Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация-Метод заключается в облучении короткими лазерными импульсами образца, представляющего собой твердый раствор анализируемого соединения в органической матрице. Матрица выбирается таким образом, чтобы ее молекулы активно поглощали фотоны, эмитируемые УФ - или ИК - лазером. Над поверхностью образца создается плотная высокотемпературная плазма, в которой наряду с молекулами и ионами матрицы оказываются и молекулы анализируемого соединения. Ионизация последних путем поглощения энергии фотонов или в результате ионно - молекулярных реакций приводит к образованию положительных и отрицательных ионов, которые выталкиваются высоким потенциалом из области ионизации и направляются в анализатор.
|
|
|
простейшая конфигурация времяпролетного масс-спектрометра представлена на рисунке 1.
Рисунок1-схема простого масс-спектрометра
 |
Времяпролетный масс-спектрометр с рефлекторном представлен на рисунке 2.
Рисунок2-масс-спектрометр с рефлектроном
В рефлектроне при помощи электростатического поля ионы отражаются под небольшим углом в направлении детектора рефлектрона. Из группы ионов с одной массой частицы с большей кинетической энергией проникают глубже внутрь отражающего поля рефлектрона, тем самым, затрачивая больше времени на замедление и последующее ускорение. Первыми, достигая ионного зеркала, они последними покидают его и догоняют более медленные ионы в фокальной плоскости, в которой располагается детектор. Такой принцип приводит к значительному увеличению разрешения времяпролетных приборов с рефлектроном по сравнению с линейными спектрометрами и увеличивает точность определения масс. [2]
Преимущества МАЛДИ: мягкая ионизация с образованием преимущественно однозарядных ионов; широкий диапазон доступных для исследования молекулярных масс; возможность исследования сложных матриц, в том числе биологических тканей, без сложной пробоподготовки. Недостатком данного метода для изучения лигнина является низкая эффективность десорбции/ионизации, не дающая возможность получать качественные высокоинтенсивные спектры, пригодные для структурных исследований. Перспективным направлением, не реализованным до сих пор в этой области, является отказ от традиционных матриц в пользу ионной жидкостей, которые позволяют достичь высокой гомогенности исследуемого образца. В качестве объектов исследования были выбраны препараты диоксанлигнина, выделенные из различного древесного сырья методом Пеппера. [3]
|
|
|
Лигнин
ЛИГНИН - природный полимер входит в состав почти всех наземных растений и по распространенности среди природных высокомолекулярных соединений уступает только полисахаридам. Содержание лигнина в древесине хвойных и лиственных пород соответственно 23-38 и 14-25% по массе. Лигнин расположен в клеточных стенках и межклеточном пространстве растений и скрепляет целлюлозные волокна. Вместе с гемицеллюлозами он определяет механической прочность стволов и стеблей. Кроме того, лигнин снижает проницаемость клеточных стенок для воды и питательных веществ.
Лигнин - аморфное в-во от светло-кремового до темно-коричневого цвета (в зависимости от способа выделения); молекулярная масса от 1 до 150 тысяч дальтон плотность 1,25-1,45 г/см3.
Лигнин состоит из фенилпропановых звеньев С6-С3. В хвойном лигнине эти единицы являются производными пирокатехина (гваяцилпропановые единицы I), в лиственном лигнине кроме них содержатся производные пирогаллола (сирингилпропановые единицы II). Для лигнина не древесного растительного сырья входят единицы, не содержащие метоксильных групп (гидроксифенилпропановые единицы).[6] Показаны на рисунке3
Рисунок 3-Структурные единицы лигнина
применение МАЛДИ для исследования лигнина
Для исследования лигнина методом МАЛДИ были применены кристаллические матрицы α-циано-4-гидроксикоричной кислота, и 2,5-дигидроксибензойной кислоты, а также ионные жидкости. Интенсивность при использовании ионных жидкостей оказалась эффективнее, чем при использовании кристаллических матриц показаны на рисунке 4 [3] 
.Рисунок 4-Масс-спектры МАЛДИ диоксанлигнина Picea abies в диапазоне от 850 до 2000. Да при использовании в качестве матрицы DIEA FA (а) и FА (б).
Методическая часть
Оборудование
Представленные на исследование образцы диоксанлигнина проанализированы методом эксклюзионной высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием ВЭЖХ системы LC-20 Prominence (Shimadzu, Япония), состоящей из автосамплера SIL-20A, двухплунжерного насоса LC-20AD, вакуумного дегазатора DGU-A3, термостата колонок STO-20A и рефрактометрического детектора RID-10A. Разделение проводилось на колонке для анализа водорастворимых полимеров MCX 300х8 мм с размером пор 1000A (PSS, Германия).
|
|
|
На элементном анализаторе EvroEA 3000 (конфигурация [CNHS]) проанализированы пробы диоксанлигнина. Определение основано на высокотемпературном сжигании пробы в присутствии кислорода с последующим газохроматографическим разделением и детектированием продуктов сгорания при помощи высокочувствительного катарометрического детектора.
Температура печи 980 град. С, температура детектора 110 град.
На масс-спектрометре Axima Resonance были получены масс-спектры диоксанлигнина. Масс-спектрометр состоит из квадрупольной ионной ловушки (QIT) позволяет генерировать ионы на различных матрицах, контролировать процесс фрагментации МСn, проводить быструю смена режимов ионизации за секунды, дифференциально вакуумируемая ячейка соударительной диссоциации (CID) с возможностью варьирования энергии соударения, Высокостабильный производительный азотный лазер. [4]
Дополнительное оборудование: шаровая мельница, Сокслет, пористый и стеклянный фильтры, система упаривания под вакуумом, центрифуга, лиофильный шкаф, водяная баня, воронка Бохнера, две круглодонные колбы на 1 литр.
Реактивы и материалы
Перечень использовавшихся реактивов приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Перечень использовавшихся реактивов
| Название реактива | Степень чистоты |
| Ацетон | технический |
| Диоксан | ч.д.а |
| Соляная кислота | 35-38% |
| Диэтиловый эфир | ч.д.а |
| Гидрокарбонат натрия | ч.д.а |
Деионизованная вода, ионная жидкость- DIEA FA
|
|
|
