林志為，丁冬冬，劉成勇，章 慧

（廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)系，福建 廈門 361005）

MALDI-TOF-MS以及FT-ICR-MS在席夫堿鎳配合物的應(yīng)用

林志為，丁冬冬，劉成勇，章 慧

（廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)系，福建 廈門 361005）

本研究對(duì)基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）的原理和應(yīng)用做了簡(jiǎn)要介紹，并概括了常用基質(zhì)的應(yīng)用特點(diǎn)和適用范圍。通過(guò)基質(zhì)的選擇及測(cè)試條件的優(yōu)化，分別對(duì)3種席夫堿鎳配合物進(jìn)行質(zhì)譜分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，［M＋H］＋峰的分子質(zhì)量以及同位素豐度都與理論計(jì)算值十分吻合。采用此法不僅能準(zhǔn)確地測(cè)定席夫堿鎳配合物的分子質(zhì)量，為席夫堿鎳配合物結(jié)構(gòu)的鑒定奠定基礎(chǔ)，也是金屬有機(jī)化合物分子質(zhì)量測(cè)定的有效方法，是快速分析金屬有機(jī)化合物的工具之一。為了進(jìn)一步說(shuō)明質(zhì)譜在金屬配合物測(cè)定中的可靠性，輔以傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀（FT-ICR-MS）進(jìn)行確證。

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

20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來(lái)的基質(zhì)輔助激光解吸離子化飛行時(shí)間質(zhì)譜（matrix-assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry，MALDI-TOF-MS），是激光電離技術(shù)和高速數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。它具有高靈敏度、高通量、快速、準(zhǔn)確、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于蛋白質(zhì)、DNA/RNA、多糖等生物大分子的檢測(cè)，并獲得了2002年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。該儀器的原理是將微量樣品與過(guò)量小分子基體的混合液體點(diǎn)到樣品靶上，經(jīng)加熱或者風(fēng)吹干形成共結(jié)晶，放入離子源室內(nèi)，達(dá)到一定真空后，激光照射靶上樣品，基質(zhì)從激光中吸收能量，傳遞給樣品分子，使其瞬間汽化，并將質(zhì)子轉(zhuǎn)移到樣品分子使其離子化，然后進(jìn)入飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，根據(jù)它們各自的質(zhì)荷比（m/z）進(jìn)行檢測(cè)，處理數(shù)據(jù)后得到質(zhì)譜圖。MALDI-TOF-MS有以下優(yōu)勢(shì)：1）除檢測(cè)問(wèn)題以外，m/z范圍無(wú)限制；2）無(wú)需精選狹縫，不用掃描就能在同時(shí)間檢測(cè)整個(gè)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(shù)，在線性模式下不產(chǎn)生或者產(chǎn)生很少的碎片離子，可直接應(yīng)用于混合物分析，也可用來(lái)檢測(cè)樣品中是否含有雜原子及雜質(zhì)分子質(zhì)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(jī)化合物在其它質(zhì)譜上檢測(cè)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(shí)驗(yàn)擬重點(diǎn)對(duì)席夫堿進(jìn)行質(zhì)譜分析，并說(shuō)明采用 MALDI-TOF-MS測(cè)定這類化合物精確分子質(zhì)量的可行性。

席夫堿化合物是一類重要的、結(jié)構(gòu)上可設(shè)計(jì)調(diào)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(lái)不斷有結(jié)構(gòu)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(yīng)鎳配合物所表現(xiàn)出來(lái)的特殊催化行為引起人們對(duì)席夫堿鎳配合物的興趣。對(duì)于像席夫堿配合物這類金屬有機(jī)化合物一般通過(guò)元素分析、紅外光譜、核磁共振及X射線粉末衍射等測(cè)試手段進(jìn)行表征。但是這些傳統(tǒng)的方法無(wú)法對(duì)多個(gè)性質(zhì)和相對(duì)分子質(zhì)量相近的組分進(jìn)行確認(rèn)，無(wú)法快速和準(zhǔn)確地鑒別產(chǎn)物中是否存在相似化合物，而用質(zhì)譜對(duì)席夫堿化合物研究的報(bào)道十分罕見。本研究通過(guò)基質(zhì)的選擇及測(cè)定條件的優(yōu)化，對(duì)席夫堿鎳配合物的精確分子質(zhì)量以及同位素分布進(jìn)行測(cè)定分析，為此類金屬有機(jī)化合物的分子質(zhì)量測(cè)定提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，并為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)分析奠定基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步說(shuō)明質(zhì)譜在金屬配合物測(cè)定中的可靠性，輔以傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀（FT-ICR-MS）進(jìn)行確證。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

MicroFlex MALDI-TOF-MS：美國(guó) Bruker公司產(chǎn)品，配有96個(gè)樣品點(diǎn)的 Micro SCOUT Plate（MSP）樣品靶、理論分子質(zhì)量計(jì)算、同位素分布軟件Isotope Pattern和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；盒式N2激光器：激光波長(zhǎng)337 nm，頻率60 Hz，反射正離子模式檢測(cè)；FT-ICR-MS：美國(guó)Bruker公司產(chǎn)品，配有7.0 T超導(dǎo)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(zhì)由Bruker公司提供。基質(zhì)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(zhì)溶液，混合均勻后，取1μL混合液滴于樣品臺(tái)上，室溫干燥，放入質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)定。

席夫堿鎳配合物：合成路線與結(jié)構(gòu)表征已有報(bào)道［13］。

2 結(jié)果與分析

2.1 MALDI-TOF-MS中基質(zhì)的作用與選擇

在 MALDI-TOF-MS中，基質(zhì)是一種可通過(guò)其分子的光激發(fā)或光離子化作用而把質(zhì)子轉(zhuǎn)移給分析物，從而加強(qiáng)分析物分子離子形成的物質(zhì)，例如α－氰基-4羥基肉桂酸［14］。由于在不同樣品中基質(zhì)發(fā)揮的效果不同，所以優(yōu)化基質(zhì)是非常必要的，這樣可以改善結(jié)晶狀況，使樣品分布均勻并有效解吸電離，增強(qiáng)質(zhì)譜信號(hào)，進(jìn)而提高分析靈敏度、分辨率和重復(fù)性等。在MALDI中基質(zhì)起到的作用主要如下：1）吸收激光能量并把能量轉(zhuǎn)移給分析物，這樣不僅可以把能量轉(zhuǎn)移給分析物使其形成分子離子，還可避免由于過(guò)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(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的復(fù)雜化，以至無(wú)法進(jìn)行解吸；3）適當(dāng)?shù)幕|(zhì)還會(huì)通過(guò)其分子的光激發(fā)或光離子化作用而把質(zhì)子轉(zhuǎn)移給分析物，從而加強(qiáng)分析物分子離子的形成。

不同種類的基質(zhì)的性質(zhì)千差萬(wàn)別，使用不同的基質(zhì)往往得到不同的結(jié)果，因此基質(zhì)的選取直接決定實(shí)驗(yàn)的成敗。常用的基質(zhì)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(zhì)的適用范圍列于表1?；|(zhì)的配制也十分重要，并且與其濃度和溶劑也有極大關(guān)系，一般情況下，采用相似相溶的原則來(lái)選擇和配制基質(zhì)。但實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，常使用復(fù)合的基質(zhì)，尤其針對(duì)一類新的化合物時(shí)，需進(jìn)行多種基質(zhì)和多種方法的摸索方可獲得理想的譜圖。當(dāng)樣品為難溶的有機(jī)物或者固體時(shí)，還需經(jīng)過(guò)特殊制樣前處理。

本實(shí)驗(yàn)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(zhì)測(cè)定3種席夫堿鎳配合物，其結(jié)構(gòu)圖示于圖1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以CHCA為基質(zhì)時(shí)，3個(gè)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(xì)說(shuō)明。

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

圖1 3種席夫堿鎳配合物結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structures of Schiff base nickel complexes

2.2 MALDI-TOF-MS質(zhì)譜分析

分子質(zhì)量是有機(jī)化合物基本的理化性質(zhì)參數(shù)。分子質(zhì)量是否匹配直接反映測(cè)定的有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)［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(jié)果，3種物質(zhì)的［M＋H］＋峰實(shí)測(cè)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(zhì)譜圖時(shí)，往往需要由質(zhì)譜圖上的同位素豐度推導(dǎo)分子式。但由于化學(xué)及電子學(xué)噪聲等干擾，同位素豐度計(jì)算離子的元素組成時(shí)往往有高達(dá)10%的誤差。圖2a是使用布魯克公司的軟件Isotope Pattern計(jì)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(shí)際測(cè)試的席夫堿鎳配合物1的質(zhì)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(guò)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(jī)化合物的分子質(zhì)量具有各自典型的同位素峰形分布，通過(guò)獲取這些化合物的質(zhì)譜圖，對(duì)跟蹤反應(yīng)、修正合成設(shè)計(jì)思路及產(chǎn)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(jié)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(jì)算所得；（b）采用CHCA基質(zhì)的 MALDI-TOF-MS測(cè)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(zhì)譜儀是一種具有超高分辨能力、高質(zhì)量準(zhǔn)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(fù)離子模式下獲得的［M－H］-準(zhǔn)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(jìn)行二級(jí)質(zhì)譜研究。碰撞能量設(shè)定為15 e V，二級(jí)譜圖示于圖3b，對(duì)應(yīng)的碎片離子列于表3。采用軟件Isotope Pattern進(jìn)行精確計(jì)算，例如，在二級(jí)質(zhì)譜圖中出現(xiàn)的主要峰之一m/z549.095 9與準(zhǔn)分子離子峰相比少了18.010 4 u，對(duì)應(yīng)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(shè)為5 ppm。元素限定一欄中，設(shè)定分子式C30H25N2O5Ni，搜索結(jié)果顯示，僅有這個(gè)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(shí)測(cè)值與理論分子質(zhì)量的差值均在2.5 ppm之內(nèi)。具體的裂解規(guī)律機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

圖3 席夫堿配合物1的FT-ICR-MS譜圖，（a）［M－H］-準(zhǔn)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(jié)果Table 3 FT-ICR-MS fragment ions results of nickel complex 1

3 結(jié)論

通過(guò)測(cè)定3種席夫堿鎳配合物的精確分子質(zhì)量，并結(jié)合同位素豐度分布與理論值對(duì)比，說(shuō)明MALDI-TOF-MS可以快速準(zhǔn)確地獲得金屬配合物的分子質(zhì)量信息，為金屬有機(jī)化合物測(cè)定提供了一種新方法。不同性質(zhì)的化合物需要選擇不同的基質(zhì)，基質(zhì)是否合適決定了實(shí)驗(yàn)的成敗，因此選擇最佳的基質(zhì)和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。對(duì)于化合物裂解及價(jià)鍵穩(wěn)定性的研究，F(xiàn)T-ICR-MS雖然是一個(gè)強(qiáng)有力的工具，但是其維護(hù)成本高，測(cè)試費(fèi)用相應(yīng)也較高，因此在金屬化合物結(jié)構(gòu)鑒定時(shí)，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(zhì)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(guó)家自然科學(xué)基金（20773098；20973136）資助

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