MALDI-TOF-MS以及FT-ICR-MS在席夫碱镍配合物的应用

林志为，丁冬冬，刘成勇，章 慧

（厦门大学化学化工学院化学系，福建 厦门 361005）

MALDI-TOF-MS以及FT-ICR-MS在席夫碱镍配合物的应用

林志为，丁冬冬，刘成勇，章 慧

（厦门大学化学化工学院化学系，福建 厦门 361005）

本研究对基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）的原理和应用做了简要介绍，并概括了常用基质的应用特点和适用范围。通过基质的选择及测试条件的优化，分别对3种席夫碱镍配合物进行质谱分析，实验结果表明，［M＋H］＋峰的分子质量以及同位素丰度都与理论计算值十分吻合。采用此法不仅能准确地测定席夫碱镍配合物的分子质量，为席夫碱镍配合物结构的鉴定奠定基础，也是金属有机化合物分子质量测定的有效方法，是快速分析金属有机化合物的工具之一。为了进一步说明质谱在金属配合物测定中的可靠性，辅以傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-ICR-MS）进行确证。

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）；席夫碱；金属配合物；傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-ICR-MS）

20世纪80年代末发展起来的基质辅助激光解吸离子化飞行时间质谱（matrix-assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry，MALDI-TOF-MS），是激光电离技术和高速数据采集处理系统相结合的产物。它具有高灵敏度、高通量、快速、准确、易于实现自动化等特点，已成功应用于蛋白质、DNA/RNA、多糖等生物大分子的检测，并获得了2002年的诺贝尔化学奖。该仪器的原理是将微量样品与过量小分子基体的混合液体点到样品靶上，经加热或者风吹干形成共结晶，放入离子源室内，达到一定真空后，激光照射靶上样品，基质从激光中吸收能量，传递给样品分子，使其瞬间汽化，并将质子转移到样品分子使其离子化，然后进入飞行时间质量分析器，根据它们各自的质荷比（m/z）进行检测，处理数据后得到质谱图。MALDI-TOF-MS有以下优势：1）除检测问题以外，m/z范围无限制；2）无需精选狭缝，不用扫描就能在同时间检测整个m/z范围的离子；3）离子传送效率高。此外，MALDI是一种软电离技术，在线性模式下不产生或者产生很少的碎片离子，可直接应用于混合物分析，也可用来检测样品中是否含有杂原子及杂质分子质量［1－5］。此法一般用于分析生物、糖类、聚合物等各类化合物［6－7］。由于含有金属元素的有机化合物在其它质谱上检测具有一定的局限性，而该仪器能耐受一定的盐量［8］，因此本实验拟重点对席夫碱进行质谱分析，并说明采用 MALDI-TOF-MS测定这类化合物精确分子质量的可行性。

席夫碱化合物是一类重要的、结构上可设计调控的含C＝N的化合物，不仅具有催化活性，而且在抑菌、抗菌、仿生载氧等方面具有优异的性能［9－12］，多年来不断有结构新颖的席夫碱被开发，尤其是一些由芳香醛和芳香胺衍生物缩合得到的席夫碱，其相应镍配合物所表现出来的特殊催化行为引起人们对席夫碱镍配合物的兴趣。对于像席夫碱配合物这类金属有机化合物一般通过元素分析、红外光谱、核磁共振及X射线粉末衍射等测试手段进行表征。但是这些传统的方法无法对多个性质和相对分子质量相近的组分进行确认，无法快速和准确地鉴别产物中是否存在相似化合物，而用质谱对席夫碱化合物研究的报道十分罕见。本研究通过基质的选择及测定条件的优化，对席夫碱镍配合物的精确分子质量以及同位素分布进行测定分析，为此类金属有机化合物的分子质量测定提供准确的数据，并为进一步的结构分析奠定基础。为了进一步说明质谱在金属配合物测定中的可靠性，辅以傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-ICR-MS）进行确证。

1 实验仪器与试剂

MicroFlex MALDI-TOF-MS：美国 Bruker公司产品，配有96个样品点的 Micro SCOUT Plate（MSP）样品靶、理论分子质量计算、同位素分布软件Isotope Pattern和数据处理系统；盒式N2激光器：激光波长337 nm，频率60 Hz，反射正离子模式检测；FT-ICR-MS：美国Bruker公司产品，配有7.0 T超导磁体和电喷雾离子化源。

2，5-二羟基苯甲酸（DHB）、α－氰基-4-羟基肉桂酸（CHCA）等基质由Bruker公司提供。基质用50%乙腈（含0.1%甲酸）配成饱和溶液。样品配制成浓度10－6mol/L，取各1μL样品和基质溶液，混合均匀后，取1μL混合液滴于样品台上，室温干燥，放入质谱仪进行测定。

席夫碱镍配合物：合成路线与结构表征已有报道［13］。

2 结果与分析

2.1 MALDI-TOF-MS中基质的作用与选择

在 MALDI-TOF-MS中，基质是一种可通过其分子的光激发或光离子化作用而把质子转移给分析物，从而加强分析物分子离子形成的物质，例如α－氰基-4羟基肉桂酸［14］。由于在不同样品中基质发挥的效果不同，所以优化基质是非常必要的，这样可以改善结晶状况，使样品分布均匀并有效解吸电离，增强质谱信号，进而提高分析灵敏度、分辨率和重复性等。在MALDI中基质起到的作用主要如下：1）吸收激光能量并把能量转移给分析物，这样不仅可以把能量转移给分析物使其形成分子离子，还可避免由于过量的能量使分析物裂解；2）包埋分析物，使分析物分子之间彼此隔离，避免分析物分子之间的缔合，这种缔合会导致质量的复杂化，以至无法进行解吸；3）适当的基质还会通过其分子的光激发或光离子化作用而把质子转移给分析物，从而加强分析物分子离子的形成。

不同种类的基质的性质千差万别，使用不同的基质往往得到不同的结果，因此基质的选取直接决定实验的成败。常用的基质有α－氰基-4-羟基肉桂酸（CHCA）、2，5-二羟基苯甲酸（DHB）、芥子酸（SA）、2，4，6-三羟基苯乙酮（THAP）、蒽三酚（DI）、3-吲哚丙烯酸（IAA），几种常见基质的适用范围列于表1。基质的配制也十分重要，并且与其浓度和溶剂也有极大关系，一般情况下，采用相似相溶的原则来选择和配制基质。但实际实验中，常使用复合的基质，尤其针对一类新的化合物时，需进行多种基质和多种方法的摸索方可获得理想的谱图。当样品为难溶的有机物或者固体时，还需经过特殊制样前处理。

本实验在相同的参数与条件下，分别选用CHCA、2，5-DHB、DCTB、碳纳米管等作为基质测定3种席夫碱镍配合物，其结构图示于图1。实验结果表明，以CHCA为基质时，3个样品均能较好地解吸电离，且能清楚地区分各相邻主峰［l1］。下面将以席夫碱镍配合物1为例详细说明。

表1 几种常见基质的适用范围Table 1 Application of some matrixes

图1 3种席夫碱镍配合物结构图Fig.1 Structures of Schiff base nickel complexes

2.2 MALDI-TOF-MS质谱分析

分子质量是有机化合物基本的理化性质参数。分子质量是否匹配直接反映测定的有机化合物的结构［l2］正确与否。表2列出了3种席夫碱镍配合物的MALDI-TOF-MS分析结果，3种物质的［M＋H］＋峰实测值与理论值都很吻合。自然界中大多数元素含有同位素，在解析质谱图时，往往需要由质谱图上的同位素丰度推导分子式。但由于化学及电子学噪声等干扰，同位素丰度计算离子的元素组成时往往有高达10%的误差。图2a是使用布鲁克公司的软件Isotope Pattern计算的C30H26N2O6Ni［M＋H］＋峰，各同位素丰度分别为：m/z569.12（100%），m/z570.12（34%），m/z571.12（45%），m/z572.12（16%）。图2b是实际测试的席夫碱镍配合物1的质谱图，可以看出，m/z569.14为C30H26N2O6Ni的［M＋H］峰，与理论值569.12仅相差0.02 u，35 ppm。该峰的同位素丰度的各比值大约为m/z569.14（100%），m/z570.14（36%），m/z571.14（47%），m/z572.14（17%），与理论值均十分接近。大多过渡金属元素与Ni一样具有典型的同位素特征峰，如 Cu、Ru、Zn、Ti、V、Cr、Mo、Ag、Cd等，这就决定了这些金属有机化合物的分子质量具有各自典型的同位素峰形分布，通过获取这些化合物的质谱图，对跟踪反应、修正合成设计思路及产物鉴定都有重要作用。

表2 3种席夫碱镍配合物的MALDI-TOF-MS分析结果Table 2 MALDI-TOF-MS results of three Schiff base nickel complexes

图2 席夫碱配合物1的［M＋H］峰谱图，（a）布鲁克公司Isotope Pattern软件计算所得；（b）采用CHCA基质的 MALDI-TOF-MS测试所得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

傅里叶变换离子回旋共振质谱仪是一种具有超高分辨能力、高质量准确度、高扫描速度等性能的仪器［16］。样品1的 FT-ICR-MS谱图示于图3。图3a的m/z567.107 3为采用电喷雾离子源负离子模式下获得的［M－H］-准分子离子峰，与理论值567.107 2仅相差0.000 1 u。选取此峰作为母离子进行二级质谱研究。碰撞能量设定为15 e V，二级谱图示于图3b，对应的碎片离子列于表3。采用软件Isotope Pattern进行精确计算，例如，在二级质谱图中出现的主要峰之一m/z549.095 9与准分子离子峰相比少了18.010 4 u，对应的中性碎片元素组成为H2O，将549.095 9输入软件中，并选择奇偶两者都出现的最大可能性，可容忍误差设为5 ppm。元素限定一栏中，设定分子式C30H25N2O5Ni，搜索结果显示，仅有这个分子式匹配，误差为－0.000 9 u，即－1.6 ppm。以此类推，表3列出了主要的可能碎片分子式，实测值与理论分子质量的差值均在2.5 ppm之内。具体的裂解规律机理还有待进一步研究。

图3 席夫碱配合物1的FT-ICR-MS谱图，（a）［M－H］-准分子离子峰；（b）采用CID MS/MS碎片裂解图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 镍配合物1的FT-ICR-MS的碎片离子分析结果Table 3 FT-ICR-MS fragment ions results of nickel complex 1

3 结论

通过测定3种席夫碱镍配合物的精确分子质量，并结合同位素丰度分布与理论值对比，说明MALDI-TOF-MS可以快速准确地获得金属配合物的分子质量信息，为金属有机化合物测定提供了一种新方法。不同性质的化合物需要选择不同的基质，基质是否合适决定了实验的成败，因此选择最佳的基质和优化实验条件是实验的关键。对于化合物裂解及价键稳定性的研究，FT-ICR-MS虽然是一个强有力的工具，但是其维护成本高，测试费用相应也较高，因此在金属化合物结构鉴定时，除了必要的元素分析、红外光谱、核磁共振及X射线粉末衍射之外，MALDI-TOF-MS是获得分子质量的首选。

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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

国家自然科学基金（20773098；20973136）资助

林志为（1977～），女（汉族），工程师，硕士，负责基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪（MALDI-TOF-MS）与傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-ICR-MS）的维护管理工作。E-mail：zwlin123＠xmu.edu.cn