MALDI-TOF-MS以及FT-ICR-MS在席夫堿鎳配合物的應用

林志為，丁冬冬，劉成勇，章 慧

（廈門大學化學化工學院化學系，福建 廈門 361005）

MALDI-TOF-MS以及FT-ICR-MS在席夫堿鎳配合物的應用

林志為，丁冬冬，劉成勇，章 慧

（廈門大學化學化工學院化學系，福建 廈門 361005）

本研究對基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜（MALDI-TOF-MS）的原理和應用做了簡要介紹，并概括了常用基質的應用特點和適用范圍。通過基質的選擇及測試條件的優(yōu)化，分別對3種席夫堿鎳配合物進行質譜分析，實驗結果表明，［M＋H］＋峰的分子質量以及同位素豐度都與理論計算值十分吻合。采用此法不僅能準確地測定席夫堿鎳配合物的分子質量，為席夫堿鎳配合物結構的鑒定奠定基礎，也是金屬有機化合物分子質量測定的有效方法，是快速分析金屬有機化合物的工具之一。為了進一步說明質譜在金屬配合物測定中的可靠性，輔以傅里葉變換離子回旋共振質譜儀（FT-ICR-MS）進行確證。

基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜（MALDI-TOF-MS）；席夫堿；金屬配合物；傅里葉變換離子回旋共振質譜儀（FT-ICR-MS）

20世紀80年代末發(fā)展起來的基質輔助激光解吸離子化飛行時間質譜（matrix-assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry，MALDI-TOF-MS），是激光電離技術和高速數(shù)據采集處理系統(tǒng)相結合的產物。它具有高靈敏度、高通量、快速、準確、易于實現(xiàn)自動化等特點，已成功應用于蛋白質、DNA/RNA、多糖等生物大分子的檢測，并獲得了2002年的諾貝爾化學獎。該儀器的原理是將微量樣品與過量小分子基體的混合液體點到樣品靶上，經加熱或者風吹干形成共結晶，放入離子源室內，達到一定真空后，激光照射靶上樣品，基質從激光中吸收能量，傳遞給樣品分子，使其瞬間汽化，并將質子轉移到樣品分子使其離子化，然后進入飛行時間質量分析器，根據它們各自的質荷比（m/z）進行檢測，處理數(shù)據后得到質譜圖。MALDI-TOF-MS有以下優(yōu)勢：1）除檢測問題以外，m/z范圍無限制；2）無需精選狹縫，不用掃描就能在同時間檢測整個m/z范圍的離子；3）離子傳送效率高。此外，MALDI是一種軟電離技術，在線性模式下不產生或者產生很少的碎片離子，可直接應用于混合物分析，也可用來檢測樣品中是否含有雜原子及雜質分子質量［1－5］。此法一般用于分析生物、糖類、聚合物等各類化合物［6－7］。由于含有金屬元素的有機化合物在其它質譜上檢測具有一定的局限性，而該儀器能耐受一定的鹽量［8］，因此本實驗擬重點對席夫堿進行質譜分析，并說明采用 MALDI-TOF-MS測定這類化合物精確分子質量的可行性。

席夫堿化合物是一類重要的、結構上可設計調控的含C＝N的化合物，不僅具有催化活性，而且在抑菌、抗菌、仿生載氧等方面具有優(yōu)異的性能［9－12］，多年來不斷有結構新穎的席夫堿被開發(fā)，尤其是一些由芳香醛和芳香胺衍生物縮合得到的席夫堿，其相應鎳配合物所表現(xiàn)出來的特殊催化行為引起人們對席夫堿鎳配合物的興趣。對于像席夫堿配合物這類金屬有機化合物一般通過元素分析、紅外光譜、核磁共振及X射線粉末衍射等測試手段進行表征。但是這些傳統(tǒng)的方法無法對多個性質和相對分子質量相近的組分進行確認，無法快速和準確地鑒別產物中是否存在相似化合物，而用質譜對席夫堿化合物研究的報道十分罕見。本研究通過基質的選擇及測定條件的優(yōu)化，對席夫堿鎳配合物的精確分子質量以及同位素分布進行測定分析，為此類金屬有機化合物的分子質量測定提供準確的數(shù)據，并為進一步的結構分析奠定基礎。為了進一步說明質譜在金屬配合物測定中的可靠性，輔以傅里葉變換離子回旋共振質譜儀（FT-ICR-MS）進行確證。

1 實驗儀器與試劑

MicroFlex MALDI-TOF-MS：美國 Bruker公司產品，配有96個樣品點的 Micro SCOUT Plate（MSP）樣品靶、理論分子質量計算、同位素分布軟件Isotope Pattern和數(shù)據處理系統(tǒng)；盒式N2激光器：激光波長337 nm，頻率60 Hz，反射正離子模式檢測；FT-ICR-MS：美國Bruker公司產品，配有7.0 T超導磁體和電噴霧離子化源。

2，5-二羥基苯甲酸（DHB）、α－氰基-4-羥基肉桂酸（CHCA）等基質由Bruker公司提供。基質用50%乙腈（含0.1%甲酸）配成飽和溶液。樣品配制成濃度10－6mol/L，取各1μL樣品和基質溶液，混合均勻后，取1μL混合液滴于樣品臺上，室溫干燥，放入質譜儀進行測定。

席夫堿鎳配合物：合成路線與結構表征已有報道［13］。

2 結果與分析

2.1 MALDI-TOF-MS中基質的作用與選擇

在 MALDI-TOF-MS中，基質是一種可通過其分子的光激發(fā)或光離子化作用而把質子轉移給分析物，從而加強分析物分子離子形成的物質，例如α－氰基-4羥基肉桂酸［14］。由于在不同樣品中基質發(fā)揮的效果不同，所以優(yōu)化基質是非常必要的，這樣可以改善結晶狀況，使樣品分布均勻并有效解吸電離，增強質譜信號，進而提高分析靈敏度、分辨率和重復性等。在MALDI中基質起到的作用主要如下：1）吸收激光能量并把能量轉移給分析物，這樣不僅可以把能量轉移給分析物使其形成分子離子，還可避免由于過量的能量使分析物裂解；2）包埋分析物，使分析物分子之間彼此隔離，避免分析物分子之間的締合，這種締合會導致質量的復雜化，以至無法進行解吸；3）適當?shù)幕|還會通過其分子的光激發(fā)或光離子化作用而把質子轉移給分析物，從而加強分析物分子離子的形成。

不同種類的基質的性質千差萬別，使用不同的基質往往得到不同的結果，因此基質的選取直接決定實驗的成敗。常用的基質有α－氰基-4-羥基肉桂酸（CHCA）、2，5-二羥基苯甲酸（DHB）、芥子酸（SA）、2，4，6-三羥基苯乙酮（THAP）、蒽三酚（DI）、3-吲哚丙烯酸（IAA），幾種常見基質的適用范圍列于表1?；|的配制也十分重要，并且與其濃度和溶劑也有極大關系，一般情況下，采用相似相溶的原則來選擇和配制基質。但實際實驗中，常使用復合的基質，尤其針對一類新的化合物時，需進行多種基質和多種方法的摸索方可獲得理想的譜圖。當樣品為難溶的有機物或者固體時，還需經過特殊制樣前處理。

本實驗在相同的參數(shù)與條件下，分別選用CHCA、2，5-DHB、DCTB、碳納米管等作為基質測定3種席夫堿鎳配合物，其結構圖示于圖1。實驗結果表明，以CHCA為基質時，3個樣品均能較好地解吸電離，且能清楚地區(qū)分各相鄰主峰［l1］。下面將以席夫堿鎳配合物1為例詳細說明。

表1 幾種常見基質的適用范圍Table 1 Application of some matrixes

圖1 3種席夫堿鎳配合物結構圖Fig.1 Structures of Schiff base nickel complexes

2.2 MALDI-TOF-MS質譜分析

分子質量是有機化合物基本的理化性質參數(shù)。分子質量是否匹配直接反映測定的有機化合物的結構［l2］正確與否。表2列出了3種席夫堿鎳配合物的MALDI-TOF-MS分析結果，3種物質的［M＋H］＋峰實測值與理論值都很吻合。自然界中大多數(shù)元素含有同位素，在解析質譜圖時，往往需要由質譜圖上的同位素豐度推導分子式。但由于化學及電子學噪聲等干擾，同位素豐度計算離子的元素組成時往往有高達10%的誤差。圖2a是使用布魯克公司的軟件Isotope Pattern計算的C30H26N2O6Ni［M＋H］＋峰，各同位素豐度分別為：m/z569.12（100%），m/z570.12（34%），m/z571.12（45%），m/z572.12（16%）。圖2b是實際測試的席夫堿鎳配合物1的質譜圖，可以看出，m/z569.14為C30H26N2O6Ni的［M＋H］峰，與理論值569.12僅相差0.02 u，35 ppm。該峰的同位素豐度的各比值大約為m/z569.14（100%），m/z570.14（36%），m/z571.14（47%），m/z572.14（17%），與理論值均十分接近。大多過渡金屬元素與Ni一樣具有典型的同位素特征峰，如 Cu、Ru、Zn、Ti、V、Cr、Mo、Ag、Cd等，這就決定了這些金屬有機化合物的分子質量具有各自典型的同位素峰形分布，通過獲取這些化合物的質譜圖，對跟蹤反應、修正合成設計思路及產物鑒定都有重要作用。

表2 3種席夫堿鎳配合物的MALDI-TOF-MS分析結果Table 2 MALDI-TOF-MS results of three Schiff base nickel complexes

圖2 席夫堿配合物1的［M＋H］峰譜圖，（a）布魯克公司Isotope Pattern軟件計算所得；（b）采用CHCA基質的 MALDI-TOF-MS測試所得Fig.2 Mass spectrum of Schiff base nickel complex 1［M＋H］＋peak，（a）calculated by Isotope Pattern software from Bruker company；（b）tested with CHCA matrix by MALDI-TOF-MS

2.3 FT-ICR-MS的表征

傅里葉變換離子回旋共振質譜儀是一種具有超高分辨能力、高質量準確度、高掃描速度等性能的儀器［16］。樣品1的 FT-ICR-MS譜圖示于圖3。圖3a的m/z567.107 3為采用電噴霧離子源負離子模式下獲得的［M－H］-準分子離子峰，與理論值567.107 2僅相差0.000 1 u。選取此峰作為母離子進行二級質譜研究。碰撞能量設定為15 e V，二級譜圖示于圖3b，對應的碎片離子列于表3。采用軟件Isotope Pattern進行精確計算，例如，在二級質譜圖中出現(xiàn)的主要峰之一m/z549.095 9與準分子離子峰相比少了18.010 4 u，對應的中性碎片元素組成為H2O，將549.095 9輸入軟件中，并選擇奇偶兩者都出現(xiàn)的最大可能性，可容忍誤差設為5 ppm。元素限定一欄中，設定分子式C30H25N2O5Ni，搜索結果顯示，僅有這個分子式匹配，誤差為－0.000 9 u，即－1.6 ppm。以此類推，表3列出了主要的可能碎片分子式，實測值與理論分子質量的差值均在2.5 ppm之內。具體的裂解規(guī)律機理還有待進一步研究。

圖3 席夫堿配合物1的FT-ICR-MS譜圖，（a）［M－H］-準分子離子峰；（b）采用CID MS/MS碎片裂解圖Fig.3 Mass spectrum of Schiff base nickel complex 1 by FT-ICR-MS（a）the peak of［M－H］-；（b）tested by CID MS/MS

表3 鎳配合物1的FT-ICR-MS的碎片離子分析結果Table 3 FT-ICR-MS fragment ions results of nickel complex 1

3 結論

通過測定3種席夫堿鎳配合物的精確分子質量，并結合同位素豐度分布與理論值對比，說明MALDI-TOF-MS可以快速準確地獲得金屬配合物的分子質量信息，為金屬有機化合物測定提供了一種新方法。不同性質的化合物需要選擇不同的基質，基質是否合適決定了實驗的成敗，因此選擇最佳的基質和優(yōu)化實驗條件是實驗的關鍵。對于化合物裂解及價鍵穩(wěn)定性的研究，F(xiàn)T-ICR-MS雖然是一個強有力的工具，但是其維護成本高，測試費用相應也較高，因此在金屬化合物結構鑒定時，除了必要的元素分析、紅外光譜、核磁共振及X射線粉末衍射之外，MALDI-TOF-MS是獲得分子質量的首選。

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Application of MALDI-TOF-MS and FT-ICR-MS in Study on Schiff Base Nickel Complexes

LIN Zhi-wei，DING Dong-dong，LIU Cheng－yong，ZHANG Hui
（Department of Chemistry，College of Chemistry and Chemical Engineering，Xiamen University，Xiamen 361005，China）

The principle and applications of matrix-assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry（MALDI-TOF-MS）were briefly introduced.The characteristics and scope of the application of matrixes were summarized.Three Schiff base nickel complexes were respectively analyzed by MALDI-TOF-MS.The results showed that the molecular weight［M＋H］＋peak and the isotopic abundance were very consistent with the theoretical value.By this method not only the molecular weight of Schiff base complexes was accurately determined，providing important assistance for the structural identification，but also it would be an effective and rapid tool for identification of metal organic complexes，and supplemented by Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer（FTICR-MS）for confirmation.

book=289,ebook=400

matrix-assisted laser desorption-ionization time of flight mass spectrometry（MALDI-TOF-MS）；Schiff base；metal complexes；Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer（FT-ICR-MS）

O 657.63

A

1004-2997（2011）05-0288-05

2011-04-02；

2011-08-12

國家自然科學基金（20773098；20973136）資助

林志為（1977～），女（漢族），工程師，碩士，負責基質輔助激光解吸飛行時間質譜儀（MALDI-TOF-MS）與傅立葉變換離子回旋共振質譜儀（FT-ICR-MS）的維護管理工作。E-mail：zwlin123＠xmu.edu.cn