高分子化合物の分析方法
【課題】 高分子化合物の部分構造の特徴を損なうことなく簡便に低分子化でき、かつ、低分子化したその低分子化物の分析により、比較的分子量の大きい高分子化合物であってもその分子構造を同定できる高分子化合物の分析方法を提供することを課題としている。
【解決手段】 高分子化合物を低分子化して質量分析する高分子化合物の分析方法であって、高分子化合物を溶解させた高分子化合物の溶液に超音波を照射する超音波照射工程を実施し、超音波を照射した前記溶液に含まれる低分子化物を質量分析する質量分析工程を実施する高分子化合物の分析方法を提供する。
【解決手段】 高分子化合物を低分子化して質量分析する高分子化合物の分析方法であって、高分子化合物を溶解させた高分子化合物の溶液に超音波を照射する超音波照射工程を実施し、超音波を照射した前記溶液に含まれる低分子化物を質量分析する質量分析工程を実施する高分子化合物の分析方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子化合物の分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高分子化合物の分子構造の同定を目的とする分析方法の１つとして、質量分析による分析方法が知られている。質量分析による分析方法としては、主に２つの方法が挙げられる。１つはマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析方法（以下、ＭＡＬＤＩ−ＭＳともいう）に代表される、比較的分子量の小さい高分子化合物の質量分析による分析方法であり、もう１つは比較的分子量の大きい高分子化合物を熱によって低分子化してから質量分析を行う熱分解ガスクロマトグラフ質量分析方法（以下、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳともいう）である。
【０００３】
ＭＡＬＤＩ−ＭＳでは、通常、分子量が５０００程度以下の高分子化合物の分析が可能である。ＭＡＬＤＩ−ＭＳでは、高分子化合物の詳細な分子構造の解析、同定ができるものの、分子量が５０００程度を超える高分子化合物については、その分析原理上の制限により分析自体が困難であるという問題がある。
他方、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳでは、分子量が５０００を超えるような比較的分子量の大きい高分子化合物であっても、通常、分析が可能である。例えば、特許文献１には、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳによって高分子化合物などの有機物を分析する方法が提案されている。
【０００４】
しかし、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳでは、高分子化合物を低分子化する手法として熱による分解を用いるため、熱分解以外に再結合、不均化といった副反応が起こりやすく、同定の難しい低分子化物が高分子化合物から生成し得る。また、熱分解により構成単位のモノマーにまで低分子化が進み得る。従って、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳでは、高分子化合物の分子構造の同定が比較的困難であるという問題がある。さらに、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳでは、熱で解重合を起こしやすいビニル系の高分子化合物の分析は比較的容易であるものの、重縮合により得られるポリエステル、ポリアミド、ポリイミドなどの高分子化合物に関しては、熱による分解が起こりにくく、分析が困難となり得る。熱分解が起こりにくい高分子化合物の分析方法としては、例えば、酸またはアルカリ触媒存在下で加水分解を行い、溶媒抽出などにより分別精製を行い、その後誘導体化するなどの前処理により低分子化を行ってから質量分析する等の方法が挙げられる。しかし、そのような高分子化合物の分析方法には、複雑な前処理が必要とされ、操作が煩雑になるという問題がある。
【０００５】
ところで、熱分解以外に高分子化合物を低分子化する方法としては、光酸化分解、オゾン分解、超音波分解等が知られている。しかし、光酸化分解、オゾン分解などの低分子化方法では、必要とされる装置が比較的高価となり、しかも、高分子化合物をその構成単位にまで分解してしまうおそれがある。光酸化分解、オゾン分解などによって低分子化された低分子化物は、構成単位にまで分解された場合、揮発しやすくなり、捕捉することが困難となり得る。
【０００６】
このように、従来の高分子化合物の分析方法では、例えば、分子量５０００程度を超えるような比較的分子量の大きい高分子化合物を低分子化することなく質量分析することは困難となり得る。一方、高分子化合物を低分子化してから質量分析を行う従来の分析方法では、加水分解や誘導体化といった前処理をする必要があり、分析方法が非常に煩雑になるという問題がある。また、例えば、熱分解などにより高分子化合物を低分子化してから質量分析を行う従来の分析方法では、操作が簡便である反面、熱によって分解のみならず副反応等が併発するため、高分子化合物の部分構造の特徴が損なわれた低分子化物が生じたり、熱によって高分子化合物がその構成単位にまで分解されたりし得る。従って、高分子化合物の分子構造の同定が困難になり得るという問題がある。
【０００７】
そこで、高分子化合物の部分構造の特徴を損なわない方法で比較的分子量の大きい高分子化合物を簡便に低分子化し、その低分子化物を質量分析することにより、高分子化合物の分子構造の同定ができる高分子化合物の分析方法が要望されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３０００１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題点および要望に鑑み、高分子化合物の部分構造の特徴を損なうことなく簡便に低分子化でき、かつ、低分子化したその低分子化物の分析により、比較的分子量の大きい高分子化合物であってもその分子構造を同定できる高分子化合物の分析方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明に係る高分子化合物の分析方法は、高分子化合物を低分子化して質量分析する高分子化合物の分析方法であって、高分子化合物を溶解させた高分子化合物の溶液に超音波を照射する超音波照射工程を実施し、超音波を照射した前記溶液に含まれる低分子化物を質量分析する質量分析工程を実施することを特徴とする。
【００１１】
上記構成からなる高分子化合物の分析方法によれば、比較的分子量の大きい高分子化合物であっても、その分子構造の同定を目的とした分析が簡便に実施できる。また、高分子化合物の低分子化がその構成単位に至るまで進みにくく、高分子化合物の分子構造が部分的に保たれた低分子化物を質量分析に供することができるため、高分子化合物の分子構造に関する情報を得ることができる。
【００１２】
また、前記質量分析工程をマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析方法（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）により実施することが好ましい。前記質量分析工程をマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析方法（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）により実施することにより、広範囲の分子量を有する化合物に対してイオン化が可能で、分析の感度がより高いという利点がある。また、多価イオンが形成されないため、低分子化物の解析が比較的容易になり、分子量分布の変化も確認しやすくなるという利点もある。さらに、ソフトなイオン化であるため、低分子化物をイオン化する際に低分子化物の分解が起こりにくいという利点もある。
【００１３】
また、前記超音波照射工程を実施した後、前記質量分析工程を実施する前に、前記分解生成物をサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって分画する分画工程を実施し、かつ、前記質量分析工程をエレクトロスプレーイオン化質量分析方法（ＥＳＩ−ＭＳ）により実施することが好ましい。上記構成により、超音波照射によって高分子化合物から生じた低分子化物を分子量に応じて分画でき、分画された低分子化物ごとに低分子化物を分析できるという利点がある。また、エレクトロスプレーイオン化が大気圧下でイオン化できる方法であるため、サイズ排除クロマトグラフィー装置とエレクトロスプレーイオン化質量分析装置とをオンラインでつなげることができ、分析操作がより簡便になるという利点がある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る高分子化合物の分析方法は、高分子化合物の部分構造の特徴を損なうことなく簡便に低分子化でき、かつ、低分子化したその低分子化物の分析により、比較的分子量の大きい高分子化合物であってもその分子構造を同定できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る高分子化合物の分析方法の一実施態様について図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
本実施態様の高分子化合物の分析方法は、図１に示したフローで実施でき、以下に述べる各工程を実施する。即ち、高分子化合物を溶解させた高分子化合物の溶液に超音波を照射する超音波照射工程と、超音波を照射した前記溶液に含まれる低分子化物を質量分析する質量分析工程とを実施する。
【００１７】
以下、各工程で実施する内容について詳細を説明する。
【００１８】
前記超音波照射工程では、分析対象とする高分子化合物を適当な溶媒に溶解させて高分子化合物の溶液とし、その高分子化合物の溶液に超音波を照射する。
【００１９】
前記高分子化合物は、分析の対象とされるものであり、溶媒に溶解するものであれば特に限定されず、その分子量も特に限定されない。前記高分子化合物としては、例えば、タンパク質、多糖類、核酸高分子などの天然高分子、熱可塑性樹脂などの合成高分子等が挙げられる。前記熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリアクリル酸エステル、ポリ塩化ビニルなどのビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。
【００２０】
前記溶媒としては、分析対象とされる前記高分子化合物を溶解させ、その溶媒中で超音波照射によって高分子化合物が低分子化するものであれば、特に限定されない。なお、後述する質量分析の際のイオン化において、容易に揮発し得るという点で、沸点が１５０℃以下のものが好ましい。また、前記高分子化合物との化学的な反応性を実質的に有しない溶媒であることが好ましい。前記溶媒としては、例えば、水、アセトニトリル、トルエン、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン、アセトン、メタノールやエタノールなどの低級アルコール等を挙げることができる。
【００２１】
前記高分子化合物を前記溶媒に溶解した高分子化合物の溶液の濃度としては、特に限定されないが、通常、１〜５ｍｇ／ｍＬが例示される。溶液に含まれる低分子化物をそのまま用いて、後述する質量分析工程を実施し、操作をより簡便にするという点においては、高分子化合物の溶液の濃度は１〜２ｍｇ／ｍＬであることが好ましい。
【００２２】
前記超音波照射工程における好ましい超音波照射の条件として、照射時間１０分〜８時間、超音波の周波数２０〜５００ｋＨｚ、出力１０〜１００Ｗを挙げることができる。
照射時間が１０分以上であることにより、少なくとも高分子化合物の一部を低分子化することができるという利点がある。また、比較的短時間の操作で前記超音波照射工程を実施できるという点において、照射時間は、８時間以下であることが好ましい。
超音波の周波数が２０〜５００ｋＨｚの範囲であることにより、キャビテーションが起こりやすく、高分子化合物の低分子化が進みやすいという利点がある。
超音波の出力が１０Ｗ以上であることにより、高分子化合物がより短時間で低分子化され得るという利点がある。また、比較的低出力で前記超音波照射工程を実施できるという点において、超音波の出力は、１００Ｗ以下であることが好ましい。
前記超音波照射工程における超音波照射時の温度としては、高分子化合物を溶解している溶媒の凝固点を超え、沸点未満であれば特に限定されないが、通常、０〜２５℃が挙げられる。
【００２３】
前記超音波照射工程は、通常、市販の超音波発生装置を用いて実施することができる。
【００２４】
前記質量分析工程においては、通常、分析対象物質をイオン化し、イオン化された分析対象物質を質量／電荷比に基づいて分離し、分離された分析対象物質を検出し、検出された値を解析処理することにより質量分析を行う。このような一連の質量分析工程を実施するための装置は、通常、市販の質量分析装置に組み込まれており、そのような装置を用いることによって前記質量分析工程を行うことができる。
【００２５】
前記イオン化は、質量分析において一般的に知られている方法で行うことができる。例えば、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）、電解脱離イオン化法、プラズマディソープションイオン化法、高速粒子衝撃イオン化法等により行うことができる。なお、広範囲の分子量を有する化合物をソフトにイオン化できるという点で、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）で行うことが好ましく、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）で行うことがさらに好ましい。従って、前記質量分析工程は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）、エレクトロスプレーイオン化質量分析（ＥＳＩ−ＭＳ）で実施することが好ましく、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）で実施することがさらに好ましい。
【００２６】
前記マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）では、通常用いられるマトリックス、カチオン化剤等を用いることができる。
前記マトリックスとしては、シナピン酸（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシケイ皮酸）、α−シアノ−４−ヒドロキシケイ皮酸（ＣＨＣＡ）、フェルラ酸（ｔｒａｎｓ−４−ヒドロキシ−３−メトキシケイ皮酸）、ゲンチシン酸、２，５−ジヒドロキシ安息香酸（ＤＨＢ）、ＨＰＡ（３−ヒドロキシピコリン酸）、ジスラノール（１，８−ジヒドロキシ−９，１０−ジヒドロアントラセン−９−オン）などが挙げられる。
前記カチオン化剤としては、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、トリフルオロ酢酸銀（ＣＦ3ＣＯＯＡｇ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、酢酸アンモニウム（ＣＨ3ＣＯＯＮＨ4）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）、トリフルオロ酢酸（ＣＦ3ＣＯＯＨ）などが挙げられる。
【００２７】
前記エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）では、通常用いられるカチオン化剤、例えば、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、トリフルオロ酢酸銀（ＣＦ3ＣＯＯＡｇ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、酢酸アンモニウム（ＣＨ3ＣＯＯＮＨ4）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）、トリフルオロ酢酸（ＣＦ3ＣＯＯＨ）等を用いることができる。
【００２８】
前記質量分析工程では、分析対象物質を質量／電荷比に基づいて分離する方法を、例えば、飛行時間型（ＴＯＦ）、四重極型、イオントラップ型、セクター型、フーリエ変換型、およびこれらの複合型などの方法で行うことができる。なかでも、測定可能な質量範囲が広いという点で、飛行時間型（ＴＯＦ）で行うことが好ましい。従って、前記質量分析工程は、エレクトロスプレーイオン化飛行時間型質量分析（ＥＳＩ−ＴＯＦＭＳ）で実施することが好ましく、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ）で実施することがより好ましい。
【００２９】
次に、本発明の他の実施態様について、図２を参照しながら説明する。
【００３０】
他の実施態様の高分子化合物の分析方法は、図２に示すフローで実施でき、以下に述べる各工程を実施する。即ち、高分子化合物を溶解させた高分子化合物の溶液に超音波を照射する超音波照射工程と、超音波を照射した前記溶液に含まれる低分子化物をサイズ排除クロマトグラフィーで分画する分画工程と、分画された低分子化物を質量分析する質量分析工程とを実施する。
【００３１】
他の実施態様の前記超音波照射工程および前記質量分析工程は、既述した一実施態様の超音波照射工程および質量分析工程と同様にして実施することができる。
【００３２】
他の実施態様の前記質量分析工程においては、前記分画工程で分画された低分子化物が質量分析工程を実施するための質量分析装置へオンラインで移送でき、一連の高分子化合物の分析方法が簡便に行えるという点で、分析対象物質をイオンとするためのイオン化は、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）が好ましい。従って、前記質量分析工程をエレクトロスプレーイオン化質量分析（ＥＳＩ−ＭＳ）によって実施することが好ましい。また、エレクトロスプレーイオン化イオントラップ型質量分析（ＥＳＩ−ＩＴＭＳ）によって実施することが、詳細に解析できるという点で、より好ましい。
【００３３】
なお、より詳しく構造解析するために、前記質量分析工程においては、エレクトロスプレーイオン化タンデム質量分析（ＥＳＩ−ＭＳ／ＭＳ）を採用することもできる。この方法によれば、１つ目の検出器でとらえたイオンを壊して、２つ目の検出器で測定することでより詳細な分子構造に関する情報を得ることができる。
【００３４】
他の実施態様の前記分画工程は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）やゲル濾過クロマトグラフィー（ＧＦＣ）などのサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって実施することができる。サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）に限らず、他の液体クロマトグラフィー（ＬＣ）によっても実施することができるが、比較的分子量の大きい化合物でも分析できるという点でサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって実施することが好ましい。
【００３５】
他の実施態様の前記分画工程は、市販のサイズ排除クロマトグラフィー装置を用いることにより実施できる。なお、前記分画工程で用いるサイズ排除クロマトグラフィー装置と、前記質量分析工程で用いる質量分析装置とはオンラインでつなぐことにより、一連の分析方法をさらに簡便なものとすることができる。
【実施例】
【００３６】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
平均分子量が６０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を試料とした。これをアセトニトリル／水＝１／１（ｖ／ｖ）混合溶媒に溶解させて１．８ｍｇ／ｍＬ濃度とし、この溶液を１．５ｍＬとり、超音波発生装置「ＵＲ−２０Ｐ」（ＴＯＭＹ ＳＥＩＫＯ製）を用いて１５℃に保って照射し、超音波照射工程を実施した。超音波周波数は２８ｋＨｚ、超音波出力は２０Ｗとした。
次の質量分析工程の実施には、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ）［ＡＸＩＭＡ−ＣＦＲ（ＳＨＩＭＡＤＺＵ製 Ｋｒａｔｏｓ）］を用いた。超音波を照射した上記の溶液をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ装置に導入し、ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを得た。なお、ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルはリフレクトロン正イオンモード測定で得た。試料調製にはマトリックスとしてＣＨＣＡ（濃度１０ｍｇ／ｍＬ）を、カチオン化剤としてＮａＩ（濃度１．５ｍｇ／ｍＬ）を、溶媒としてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）／水＝１／１（ｖ／ｖ）を用いた。
【００３８】
図３は実施例１においてＰＥＧ（Ｍ．Ｗ．＝６０００）に超音波を０，２，４，８時間照射したときのＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを表す。
照射時間が０時間では、ｍ／ｚ ６０００に繰り返し間隔が４４ｕであるＰＥＧのイオン群が検出された。
照射時間が２時間になると、ＰＥＧの低分子化が起こりｍ／ｚ ６０００のイオン群の他に、ｍ／ｚ ５００〜３０００の範囲に超音波照射による低分子化物のイオン群（４４ｕ間隔）が観測された。
照射時間が４時間になると、ｍ／ｚ ３０００〜５０００にも超音波照射による低分子化物が観測されるようになった。これは超音波照射による低分子化物同士の再結合によるものと考えられる。
照射時間が８時間になると、ｍ／ｚ ６０００のピークは減少した。超音波照射８時間後には、超音波分解生成物の分子量は１０００程度に収束する傾向となった。超音波照射によるＰＥＧの低分子化物の分子構造は、ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを詳細に解析することによって決定した。
【００３９】
図４は、実施例１においてＰＥＧ（Ｍ．Ｗ．＝６０００）に超音波を８時間照射した後のＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルの拡大図を表す。このスペクトルから５種類のＮａ付加イオン（Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’，Ｃ）を確認した。
【００４０】
これら５種類のイオンの分子構造の詳細を以下に示す。
イオンＡｎ（ｎはＰＥＧの繰り返し単位数）は、末端がＯＨ基およびＨ基の
［HO-CH2CH2-(OCH2CH2)n-OH + Na］+ である。
イオンＡ’ｎは［CH2=CH-(OCH2CH2)-OH + Na］+ で、末端がビニル基とＯＨ基であるか、または環状構造である。
イオンＢｎは末端がエチル基とＯＨ基の［H-CH2CH2-(OCH2CH2)n-OH + Na］+ である。
イオンＢｎ’は［CHOCH2-(OCH2CH2)n-OH + Na］+ であり、末端がアルデヒド基とＯＨ基である。
イオンＣｎは［H-CH2CH2-(OCH2CH2)n-H + Na］+ で末端がエチル基とＨ基である。
【００４１】
低分子化物の末端構造から超音波切断プロセスが予想できる。それぞれのピークの生成過程は、図５に示すように、まず超音波により炭素−酸素結合で切断が起きてＸ・（ラジカル末端，〜ＣＨ2ＣＨ2・）とＹ・（〜ＣＨ2ＣＨ2Ｏ・）が生成する（I）。Ｘ・が溶媒もしくはポリマーの水素ラジカルを引き抜きＡになる（II）。また、Ｘラジカルが溶媒のヒドロキシラジカルになるか、もしくは他のポリマーに水素ラジカルを引き抜かれるとＡ’になる（III）。一方、Ｙの末端ラジカルが溶媒またはポリマーの水素ラジカルを引き抜くとＢに（IV）、水素ラジカルを引き抜かれるとＢ’になる（V）。
さらに（IV）のプロセスで生成したＢが超音波によって炭素−酸素間で切断が起きてＺが生成し、それが水素ラジカルを引き抜くと生成することになる（VI）。ここで注目すべきことは他の生成物は１段階で生成するが、Ｃは２回切断が起きなければできないことである。
【００４２】
以上のように、超音波照射による低分子化物の末端構造ならびに分子構造を解析し、同定することができる。この解析から、ＰＥＧの超音波照射による低分子化過程は炭素−酸素結合の切断が開始反応であることが明らかである。
【００４３】
また、ＰＥＧの構成単位であるオキシエチレン基が残存した状態でＰＥＧが低分子化されており、超音波照射によってもＰＥＧの基本分子構造が保たれていることが認識できる。本実施例では、高分子化合物の基本分子構造が残存するか否かを確認するために既知の高分子化合物であるＰＥＧを試料として用いたが、この結果より、未知の高分子化合物であっても、簡便に分子構造の解析、同定ができると考えられる。
【００４４】
（実施例２）
平均分子量２０００のＰＥＧを試料として用いて超音波を８時間照射した点以外は、実施例１と同様にして超音波照射工程と質量分析工程とを実施した。
【００４５】
（実施例３）
平均分子量２００００のＰＥＧを試料として用いて超音波を８時間照射した点以外は、実施例１と同様にして超音波照射工程と質量分析工程とを実施した。
【００４６】
（実施例４）
平均分子量２００００００のＰＥＧを試料として用いて超音波を８時間照射した点以外は、実施例１と同様にして超音波照射工程と質量分析工程とを実施した。
【００４７】
図６に実施例１〜４で得た各ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを示す。平均分子量の異なるＰＥＧで比較すると、各ピーク強度は異なるが、超音波照射によって生じた低分子化物の分子構造は同じであることが認識できる。また、低分子化なしでは質量分析をすることが通常不可能である、比較的分子量の大きい実施例３，４の場合のような高分子化合物であっても、高分子化合物の分子構造の解析、同定が可能であることが認識できる。
【００４８】
（実施例５）
重合度ｎ＝２９のポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡともいう）を試料とし、これをアセトニトリル／水＝１／１（ｖ／ｖ）混合溶媒に溶解させて０．７ｍｇ／ｍＬ濃度とし、この溶液１．５ｍＬに超音波照射を行い、超音波照射工程を実施した。超音波発生装置は「ＵＲ−２０Ｐ」（ＴＯＭＹ ＳＥＩＫＯ製）を用い、超音波照射条件は、周波数２８ｋＨｚ、出力２０Ｗ、温度１５℃とした。
質量分析工程においては、飛行時間型質量分析計ＡＸＩＭＡ−ＣＦＲｐｌｕｓ（ＳＨＩＭＡＤＺＵ製 Ｋｒａｔｏｓ）を用いて、ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルをリニア正イオンモードで得た。マトリックスには２，５−ジヒドロキシ安息香酸（ＤＨＢ）（濃度１０ｍｇ／ｍＬ）、カチオン化剤にはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）（濃度１．５ｍｇ／ｍＬ）、溶媒にはアセトニトリル／水＝１／１（ｖ／ｖ）混合溶媒を用いた。
【００４９】
図７は実施例５においてＰＭＭＡ溶液に超音波を照射した後のＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルの時間変化を表す。
超音波照射前には、末端にｔ−Ｃ4Ｈ9基をもつＰＭＭＡ（ｍ／ｚ ２９８２）のＮａ+付加分子のみを検出した。
超音波照射２０秒後には、ＰＭＭＡの低分子化が起こり、両末端基が水素分子であるＰＭＭＡのピーク群がｍ／ｚ １３００付近に検出された。ＰＭＭＡの切断はβ位で優先的に起こっていることが明らかである。また、末端がｔ−Ｃ4Ｈ9基であるＰＭＭＡの低分子化物が検出されていないことから、超音波照射によるＰＭＭＡの低分子化が、末端のｔ−Ｃ4Ｈ9基から起こっていることが示唆される。
超音波照射８時間後には、ｍ／ｚ １０００付近にピーク群がシフトし、その分子量分布は明確な正規分布に従うことが認識できる。また、その分子量分布は、超音波時間を長くすると狭くなることも認識できる。これは、超音波照射により高分子化合物の低分子化のみならず、高分子化合物の分子量分布を変えることができることを示すものである。
【００５０】
低分子化物の末端構造から超音波切断プロセスが予想できる。それぞれのピークの生成過程は、図８に示すように、まず超音波により高分子鎖の中央付近で炭素−炭素結合の切断が（I）で示したβ位の場所で起き、その結果、末端がＸ・（・ＣＨ2）とＹ・（Ｃ・）とのポリマーラジカルが生成する。続いてラジカルが生成後、水素原子を引き抜く反応が起きる(II)。
【００５１】
また、ＰＭＭＡの構成単位であるメタクリル酸メチル構造が残存した状態でＰＭＭＡが低分子化されており、超音波照射によってもＰＭＭＡの基本分子構造が保たれていることが認識できる。本実施例では、高分子化合物の基本分子構造が残存するか否かを確認するために既知の高分子化合物であるＰＭＭＡを試料として用いたが、この結果より、未知の高分子化合物であっても、簡便に分子構造の解析、同定ができると考えられる。
なお、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析方法（Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳ）においては、ＰＭＭＡが熱分解反応により構成単位レベルまで分解し得るが、本実施例ではＰＭＭＡの低分子化物の分子量が１０００程度より低くならない。しかも、本実施例ではＰＭＭＡ分子の部分構造の特徴に関する情報を得ることができる。
【００５２】
（実施例６）
平均分子量が６０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を試料とした。これを溶媒としての水に溶解させて１ｍｇ／ｍＬ濃度とし、この溶液を１．５ｍＬとり、超音波発生装置「ＵＲ−２０Ｐ」（ＴＯＭＹ ＳＥＩＫＯ製）を用いて１５℃に保って照射し、超音波照射工程を実施した。超音波周波数は２８ｋＨｚ、超音波出力は２０Ｗとした。
次の質量分析工程の実施には、ゲル浸透クロマトグラフィーエレクトロスプレーイオン化イオントラップ型質量分析（ＧＰＣ−ＥＳＩ−ＭＳ）を採用した。質量分析装置としては、「ＬＣＱ」（Ｆｉｎｎｉｇａｎ ＭＡＴ製）を用い、ＧＰＣ装置のＧＰＣカラムとしては、「ＯｌｉｇｏＰｏｒｅ３００ｘ７．５ｍｍ」（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ製）を用いた。超音波を照射した上記の溶液を、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶かして０．５ｍｇ／ｍＬ（ＴＨＦ：水＝１：１ｖ／ｖ）に調製し、上記のＧＰＣ−ＥＳＩ−ＭＳ装置に導入し、ＥＳＩ−ＭＳスペクトルを得た。なお、試料導入量は１０μＬで、ＥＳＩ−ＭＳスペクトルは正イオンモード測定で得た。ＧＰＣの移動相にはＴＨＦを２５０μＬ／ｍｉｎで用い、ＧＰＣではポストカラムとしてメタノールを５０μＬ／ｍｉｎの流速で用いた。即ち、移動相とポストカラムは５：１の体積割合で合流し、質量分析計に送られる。なお、カチオン化剤としてメタノール中に３６０μＭとなるように溶かしたＮａＩを用いた。
【００５３】
図９（ａ），（ｂ）は実施例６においてＰＥＧ（平均分子量６０００）に超音波をそれぞれ（ａ）０時間（照射なし）、（ｂ）８時間照射したときのトータルイオンクロマトグラム（ＴＩＣ）を表す。超音波照射時間が０時間では、保持時間１７〜２０分にＰＥＧのイオン群を表すイオンクロマトグラムが現れた。超音波照射時間が８時間になると、ＰＥＧの低分子化が起こり、保持時間１７〜２０分の他に、保持時間２０〜３０分の範囲に超音波照射による低分子化のイオン群を表すイオンクロマトグラムが現れた。
【００５４】
図１０は図９（ｂ）の保持時間２２〜２３分のＥＳＩ−ＭＳスペクトルを表す。ここでは、ＰＥＧが２価のイオンとして検出された。検出されたＰＥＧの分子量は２２００程度であった。従って、ＧＰＣ−ＥＳＩ−ＭＳでもＭＡＬＤＩ−ＭＳの場合と同様に、ＰＥＧに超音波照射すると低分子化物が生成し、しかも、その低分子化物はＰＥＧの構成単位にまでは低分子化されていないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の高分子化合物の分析方法は、比較的分子量の大きい高分子化合物の部分構造の特徴を損なうことなく、簡便に高分子化合物の低分子化を行うことができ、その低分子化された物質の分子構造に関する情報を得ることができる。従って、比較的分子量の大きい高分子化合物の分子構造の同定を目的とする簡便な分析方法として用いられることが、有機・高分子材料分野、環境分野、医薬分野等で期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】一実施態様の高分子化合物の分析方法のフローを表す模式図。
【図２】他の実施態様の高分子化合物の分析方法のフローを表す模式図。
【図３】実施例１における平均分子量６０００のＰＥＧを試料とした場合のＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを表す図。
【図４】実施例１における平均分子量６０００のＰＥＧを試料とした場合のＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルの拡大図。
【図５】ＰＥＧの低分子化物の分子構造ならびに予想される超音波切断プロセスを表す図。
【図６】実施例１〜４における、平均分子量の異なるＰＥＧを試料とした場合の各ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを表す図。
【図７】実施例５におけるＰＭＭＡを試料とした場合のＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを表す図。
【図８】ＰＭＭＡの低分子化物の分子構造ならびに予想される超音波切断プロセスを表す図。
【図９】実施例６における平均分子量６０００のＰＥＧを試料とした場合の、ＧＰＣによるトータルイオンクロマトグラムを表す図。
【図１０】実施例６における平均分子量６０００のＰＥＧを試料とした場合のＥＳＩ−ＭＳスペクトルを表す図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子化合物の分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高分子化合物の分子構造の同定を目的とする分析方法の１つとして、質量分析による分析方法が知られている。質量分析による分析方法としては、主に２つの方法が挙げられる。１つはマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析方法（以下、ＭＡＬＤＩ−ＭＳともいう）に代表される、比較的分子量の小さい高分子化合物の質量分析による分析方法であり、もう１つは比較的分子量の大きい高分子化合物を熱によって低分子化してから質量分析を行う熱分解ガスクロマトグラフ質量分析方法（以下、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳともいう）である。
【０００３】
ＭＡＬＤＩ−ＭＳでは、通常、分子量が５０００程度以下の高分子化合物の分析が可能である。ＭＡＬＤＩ−ＭＳでは、高分子化合物の詳細な分子構造の解析、同定ができるものの、分子量が５０００程度を超える高分子化合物については、その分析原理上の制限により分析自体が困難であるという問題がある。
他方、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳでは、分子量が５０００を超えるような比較的分子量の大きい高分子化合物であっても、通常、分析が可能である。例えば、特許文献１には、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳによって高分子化合物などの有機物を分析する方法が提案されている。
【０００４】
しかし、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳでは、高分子化合物を低分子化する手法として熱による分解を用いるため、熱分解以外に再結合、不均化といった副反応が起こりやすく、同定の難しい低分子化物が高分子化合物から生成し得る。また、熱分解により構成単位のモノマーにまで低分子化が進み得る。従って、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳでは、高分子化合物の分子構造の同定が比較的困難であるという問題がある。さらに、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳでは、熱で解重合を起こしやすいビニル系の高分子化合物の分析は比較的容易であるものの、重縮合により得られるポリエステル、ポリアミド、ポリイミドなどの高分子化合物に関しては、熱による分解が起こりにくく、分析が困難となり得る。熱分解が起こりにくい高分子化合物の分析方法としては、例えば、酸またはアルカリ触媒存在下で加水分解を行い、溶媒抽出などにより分別精製を行い、その後誘導体化するなどの前処理により低分子化を行ってから質量分析する等の方法が挙げられる。しかし、そのような高分子化合物の分析方法には、複雑な前処理が必要とされ、操作が煩雑になるという問題がある。
【０００５】
ところで、熱分解以外に高分子化合物を低分子化する方法としては、光酸化分解、オゾン分解、超音波分解等が知られている。しかし、光酸化分解、オゾン分解などの低分子化方法では、必要とされる装置が比較的高価となり、しかも、高分子化合物をその構成単位にまで分解してしまうおそれがある。光酸化分解、オゾン分解などによって低分子化された低分子化物は、構成単位にまで分解された場合、揮発しやすくなり、捕捉することが困難となり得る。
【０００６】
このように、従来の高分子化合物の分析方法では、例えば、分子量５０００程度を超えるような比較的分子量の大きい高分子化合物を低分子化することなく質量分析することは困難となり得る。一方、高分子化合物を低分子化してから質量分析を行う従来の分析方法では、加水分解や誘導体化といった前処理をする必要があり、分析方法が非常に煩雑になるという問題がある。また、例えば、熱分解などにより高分子化合物を低分子化してから質量分析を行う従来の分析方法では、操作が簡便である反面、熱によって分解のみならず副反応等が併発するため、高分子化合物の部分構造の特徴が損なわれた低分子化物が生じたり、熱によって高分子化合物がその構成単位にまで分解されたりし得る。従って、高分子化合物の分子構造の同定が困難になり得るという問題がある。
【０００７】
そこで、高分子化合物の部分構造の特徴を損なわない方法で比較的分子量の大きい高分子化合物を簡便に低分子化し、その低分子化物を質量分析することにより、高分子化合物の分子構造の同定ができる高分子化合物の分析方法が要望されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３０００１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題点および要望に鑑み、高分子化合物の部分構造の特徴を損なうことなく簡便に低分子化でき、かつ、低分子化したその低分子化物の分析により、比較的分子量の大きい高分子化合物であってもその分子構造を同定できる高分子化合物の分析方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明に係る高分子化合物の分析方法は、高分子化合物を低分子化して質量分析する高分子化合物の分析方法であって、高分子化合物を溶解させた高分子化合物の溶液に超音波を照射する超音波照射工程を実施し、超音波を照射した前記溶液に含まれる低分子化物を質量分析する質量分析工程を実施することを特徴とする。
【００１１】
上記構成からなる高分子化合物の分析方法によれば、比較的分子量の大きい高分子化合物であっても、その分子構造の同定を目的とした分析が簡便に実施できる。また、高分子化合物の低分子化がその構成単位に至るまで進みにくく、高分子化合物の分子構造が部分的に保たれた低分子化物を質量分析に供することができるため、高分子化合物の分子構造に関する情報を得ることができる。
【００１２】
また、前記質量分析工程をマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析方法（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）により実施することが好ましい。前記質量分析工程をマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析方法（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）により実施することにより、広範囲の分子量を有する化合物に対してイオン化が可能で、分析の感度がより高いという利点がある。また、多価イオンが形成されないため、低分子化物の解析が比較的容易になり、分子量分布の変化も確認しやすくなるという利点もある。さらに、ソフトなイオン化であるため、低分子化物をイオン化する際に低分子化物の分解が起こりにくいという利点もある。
【００１３】
また、前記超音波照射工程を実施した後、前記質量分析工程を実施する前に、前記分解生成物をサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって分画する分画工程を実施し、かつ、前記質量分析工程をエレクトロスプレーイオン化質量分析方法（ＥＳＩ−ＭＳ）により実施することが好ましい。上記構成により、超音波照射によって高分子化合物から生じた低分子化物を分子量に応じて分画でき、分画された低分子化物ごとに低分子化物を分析できるという利点がある。また、エレクトロスプレーイオン化が大気圧下でイオン化できる方法であるため、サイズ排除クロマトグラフィー装置とエレクトロスプレーイオン化質量分析装置とをオンラインでつなげることができ、分析操作がより簡便になるという利点がある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る高分子化合物の分析方法は、高分子化合物の部分構造の特徴を損なうことなく簡便に低分子化でき、かつ、低分子化したその低分子化物の分析により、比較的分子量の大きい高分子化合物であってもその分子構造を同定できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る高分子化合物の分析方法の一実施態様について図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
本実施態様の高分子化合物の分析方法は、図１に示したフローで実施でき、以下に述べる各工程を実施する。即ち、高分子化合物を溶解させた高分子化合物の溶液に超音波を照射する超音波照射工程と、超音波を照射した前記溶液に含まれる低分子化物を質量分析する質量分析工程とを実施する。
【００１７】
以下、各工程で実施する内容について詳細を説明する。
【００１８】
前記超音波照射工程では、分析対象とする高分子化合物を適当な溶媒に溶解させて高分子化合物の溶液とし、その高分子化合物の溶液に超音波を照射する。
【００１９】
前記高分子化合物は、分析の対象とされるものであり、溶媒に溶解するものであれば特に限定されず、その分子量も特に限定されない。前記高分子化合物としては、例えば、タンパク質、多糖類、核酸高分子などの天然高分子、熱可塑性樹脂などの合成高分子等が挙げられる。前記熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリアクリル酸エステル、ポリ塩化ビニルなどのビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。
【００２０】
前記溶媒としては、分析対象とされる前記高分子化合物を溶解させ、その溶媒中で超音波照射によって高分子化合物が低分子化するものであれば、特に限定されない。なお、後述する質量分析の際のイオン化において、容易に揮発し得るという点で、沸点が１５０℃以下のものが好ましい。また、前記高分子化合物との化学的な反応性を実質的に有しない溶媒であることが好ましい。前記溶媒としては、例えば、水、アセトニトリル、トルエン、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン、アセトン、メタノールやエタノールなどの低級アルコール等を挙げることができる。
【００２１】
前記高分子化合物を前記溶媒に溶解した高分子化合物の溶液の濃度としては、特に限定されないが、通常、１〜５ｍｇ／ｍＬが例示される。溶液に含まれる低分子化物をそのまま用いて、後述する質量分析工程を実施し、操作をより簡便にするという点においては、高分子化合物の溶液の濃度は１〜２ｍｇ／ｍＬであることが好ましい。
【００２２】
前記超音波照射工程における好ましい超音波照射の条件として、照射時間１０分〜８時間、超音波の周波数２０〜５００ｋＨｚ、出力１０〜１００Ｗを挙げることができる。
照射時間が１０分以上であることにより、少なくとも高分子化合物の一部を低分子化することができるという利点がある。また、比較的短時間の操作で前記超音波照射工程を実施できるという点において、照射時間は、８時間以下であることが好ましい。
超音波の周波数が２０〜５００ｋＨｚの範囲であることにより、キャビテーションが起こりやすく、高分子化合物の低分子化が進みやすいという利点がある。
超音波の出力が１０Ｗ以上であることにより、高分子化合物がより短時間で低分子化され得るという利点がある。また、比較的低出力で前記超音波照射工程を実施できるという点において、超音波の出力は、１００Ｗ以下であることが好ましい。
前記超音波照射工程における超音波照射時の温度としては、高分子化合物を溶解している溶媒の凝固点を超え、沸点未満であれば特に限定されないが、通常、０〜２５℃が挙げられる。
【００２３】
前記超音波照射工程は、通常、市販の超音波発生装置を用いて実施することができる。
【００２４】
前記質量分析工程においては、通常、分析対象物質をイオン化し、イオン化された分析対象物質を質量／電荷比に基づいて分離し、分離された分析対象物質を検出し、検出された値を解析処理することにより質量分析を行う。このような一連の質量分析工程を実施するための装置は、通常、市販の質量分析装置に組み込まれており、そのような装置を用いることによって前記質量分析工程を行うことができる。
【００２５】
前記イオン化は、質量分析において一般的に知られている方法で行うことができる。例えば、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）、電解脱離イオン化法、プラズマディソープションイオン化法、高速粒子衝撃イオン化法等により行うことができる。なお、広範囲の分子量を有する化合物をソフトにイオン化できるという点で、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）で行うことが好ましく、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）で行うことがさらに好ましい。従って、前記質量分析工程は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）、エレクトロスプレーイオン化質量分析（ＥＳＩ−ＭＳ）で実施することが好ましく、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）で実施することがさらに好ましい。
【００２６】
前記マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）では、通常用いられるマトリックス、カチオン化剤等を用いることができる。
前記マトリックスとしては、シナピン酸（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシケイ皮酸）、α−シアノ−４−ヒドロキシケイ皮酸（ＣＨＣＡ）、フェルラ酸（ｔｒａｎｓ−４−ヒドロキシ−３−メトキシケイ皮酸）、ゲンチシン酸、２，５−ジヒドロキシ安息香酸（ＤＨＢ）、ＨＰＡ（３−ヒドロキシピコリン酸）、ジスラノール（１，８−ジヒドロキシ−９，１０−ジヒドロアントラセン−９−オン）などが挙げられる。
前記カチオン化剤としては、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、トリフルオロ酢酸銀（ＣＦ3ＣＯＯＡｇ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、酢酸アンモニウム（ＣＨ3ＣＯＯＮＨ4）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）、トリフルオロ酢酸（ＣＦ3ＣＯＯＨ）などが挙げられる。
【００２７】
前記エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）では、通常用いられるカチオン化剤、例えば、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、トリフルオロ酢酸銀（ＣＦ3ＣＯＯＡｇ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、酢酸アンモニウム（ＣＨ3ＣＯＯＮＨ4）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）、トリフルオロ酢酸（ＣＦ3ＣＯＯＨ）等を用いることができる。
【００２８】
前記質量分析工程では、分析対象物質を質量／電荷比に基づいて分離する方法を、例えば、飛行時間型（ＴＯＦ）、四重極型、イオントラップ型、セクター型、フーリエ変換型、およびこれらの複合型などの方法で行うことができる。なかでも、測定可能な質量範囲が広いという点で、飛行時間型（ＴＯＦ）で行うことが好ましい。従って、前記質量分析工程は、エレクトロスプレーイオン化飛行時間型質量分析（ＥＳＩ−ＴＯＦＭＳ）で実施することが好ましく、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ）で実施することがより好ましい。
【００２９】
次に、本発明の他の実施態様について、図２を参照しながら説明する。
【００３０】
他の実施態様の高分子化合物の分析方法は、図２に示すフローで実施でき、以下に述べる各工程を実施する。即ち、高分子化合物を溶解させた高分子化合物の溶液に超音波を照射する超音波照射工程と、超音波を照射した前記溶液に含まれる低分子化物をサイズ排除クロマトグラフィーで分画する分画工程と、分画された低分子化物を質量分析する質量分析工程とを実施する。
【００３１】
他の実施態様の前記超音波照射工程および前記質量分析工程は、既述した一実施態様の超音波照射工程および質量分析工程と同様にして実施することができる。
【００３２】
他の実施態様の前記質量分析工程においては、前記分画工程で分画された低分子化物が質量分析工程を実施するための質量分析装置へオンラインで移送でき、一連の高分子化合物の分析方法が簡便に行えるという点で、分析対象物質をイオンとするためのイオン化は、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）が好ましい。従って、前記質量分析工程をエレクトロスプレーイオン化質量分析（ＥＳＩ−ＭＳ）によって実施することが好ましい。また、エレクトロスプレーイオン化イオントラップ型質量分析（ＥＳＩ−ＩＴＭＳ）によって実施することが、詳細に解析できるという点で、より好ましい。
【００３３】
なお、より詳しく構造解析するために、前記質量分析工程においては、エレクトロスプレーイオン化タンデム質量分析（ＥＳＩ−ＭＳ／ＭＳ）を採用することもできる。この方法によれば、１つ目の検出器でとらえたイオンを壊して、２つ目の検出器で測定することでより詳細な分子構造に関する情報を得ることができる。
【００３４】
他の実施態様の前記分画工程は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）やゲル濾過クロマトグラフィー（ＧＦＣ）などのサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって実施することができる。サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）に限らず、他の液体クロマトグラフィー（ＬＣ）によっても実施することができるが、比較的分子量の大きい化合物でも分析できるという点でサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって実施することが好ましい。
【００３５】
他の実施態様の前記分画工程は、市販のサイズ排除クロマトグラフィー装置を用いることにより実施できる。なお、前記分画工程で用いるサイズ排除クロマトグラフィー装置と、前記質量分析工程で用いる質量分析装置とはオンラインでつなぐことにより、一連の分析方法をさらに簡便なものとすることができる。
【実施例】
【００３６】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
平均分子量が６０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を試料とした。これをアセトニトリル／水＝１／１（ｖ／ｖ）混合溶媒に溶解させて１．８ｍｇ／ｍＬ濃度とし、この溶液を１．５ｍＬとり、超音波発生装置「ＵＲ−２０Ｐ」（ＴＯＭＹ ＳＥＩＫＯ製）を用いて１５℃に保って照射し、超音波照射工程を実施した。超音波周波数は２８ｋＨｚ、超音波出力は２０Ｗとした。
次の質量分析工程の実施には、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ）［ＡＸＩＭＡ−ＣＦＲ（ＳＨＩＭＡＤＺＵ製 Ｋｒａｔｏｓ）］を用いた。超音波を照射した上記の溶液をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ装置に導入し、ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを得た。なお、ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルはリフレクトロン正イオンモード測定で得た。試料調製にはマトリックスとしてＣＨＣＡ（濃度１０ｍｇ／ｍＬ）を、カチオン化剤としてＮａＩ（濃度１．５ｍｇ／ｍＬ）を、溶媒としてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）／水＝１／１（ｖ／ｖ）を用いた。
【００３８】
図３は実施例１においてＰＥＧ（Ｍ．Ｗ．＝６０００）に超音波を０，２，４，８時間照射したときのＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを表す。
照射時間が０時間では、ｍ／ｚ ６０００に繰り返し間隔が４４ｕであるＰＥＧのイオン群が検出された。
照射時間が２時間になると、ＰＥＧの低分子化が起こりｍ／ｚ ６０００のイオン群の他に、ｍ／ｚ ５００〜３０００の範囲に超音波照射による低分子化物のイオン群（４４ｕ間隔）が観測された。
照射時間が４時間になると、ｍ／ｚ ３０００〜５０００にも超音波照射による低分子化物が観測されるようになった。これは超音波照射による低分子化物同士の再結合によるものと考えられる。
照射時間が８時間になると、ｍ／ｚ ６０００のピークは減少した。超音波照射８時間後には、超音波分解生成物の分子量は１０００程度に収束する傾向となった。超音波照射によるＰＥＧの低分子化物の分子構造は、ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを詳細に解析することによって決定した。
【００３９】
図４は、実施例１においてＰＥＧ（Ｍ．Ｗ．＝６０００）に超音波を８時間照射した後のＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルの拡大図を表す。このスペクトルから５種類のＮａ付加イオン（Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’，Ｃ）を確認した。
【００４０】
これら５種類のイオンの分子構造の詳細を以下に示す。
イオンＡｎ（ｎはＰＥＧの繰り返し単位数）は、末端がＯＨ基およびＨ基の
［HO-CH2CH2-(OCH2CH2)n-OH + Na］+ である。
イオンＡ’ｎは［CH2=CH-(OCH2CH2)-OH + Na］+ で、末端がビニル基とＯＨ基であるか、または環状構造である。
イオンＢｎは末端がエチル基とＯＨ基の［H-CH2CH2-(OCH2CH2)n-OH + Na］+ である。
イオンＢｎ’は［CHOCH2-(OCH2CH2)n-OH + Na］+ であり、末端がアルデヒド基とＯＨ基である。
イオンＣｎは［H-CH2CH2-(OCH2CH2)n-H + Na］+ で末端がエチル基とＨ基である。
【００４１】
低分子化物の末端構造から超音波切断プロセスが予想できる。それぞれのピークの生成過程は、図５に示すように、まず超音波により炭素−酸素結合で切断が起きてＸ・（ラジカル末端，〜ＣＨ2ＣＨ2・）とＹ・（〜ＣＨ2ＣＨ2Ｏ・）が生成する（I）。Ｘ・が溶媒もしくはポリマーの水素ラジカルを引き抜きＡになる（II）。また、Ｘラジカルが溶媒のヒドロキシラジカルになるか、もしくは他のポリマーに水素ラジカルを引き抜かれるとＡ’になる（III）。一方、Ｙの末端ラジカルが溶媒またはポリマーの水素ラジカルを引き抜くとＢに（IV）、水素ラジカルを引き抜かれるとＢ’になる（V）。
さらに（IV）のプロセスで生成したＢが超音波によって炭素−酸素間で切断が起きてＺが生成し、それが水素ラジカルを引き抜くと生成することになる（VI）。ここで注目すべきことは他の生成物は１段階で生成するが、Ｃは２回切断が起きなければできないことである。
【００４２】
以上のように、超音波照射による低分子化物の末端構造ならびに分子構造を解析し、同定することができる。この解析から、ＰＥＧの超音波照射による低分子化過程は炭素−酸素結合の切断が開始反応であることが明らかである。
【００４３】
また、ＰＥＧの構成単位であるオキシエチレン基が残存した状態でＰＥＧが低分子化されており、超音波照射によってもＰＥＧの基本分子構造が保たれていることが認識できる。本実施例では、高分子化合物の基本分子構造が残存するか否かを確認するために既知の高分子化合物であるＰＥＧを試料として用いたが、この結果より、未知の高分子化合物であっても、簡便に分子構造の解析、同定ができると考えられる。
【００４４】
（実施例２）
平均分子量２０００のＰＥＧを試料として用いて超音波を８時間照射した点以外は、実施例１と同様にして超音波照射工程と質量分析工程とを実施した。
【００４５】
（実施例３）
平均分子量２００００のＰＥＧを試料として用いて超音波を８時間照射した点以外は、実施例１と同様にして超音波照射工程と質量分析工程とを実施した。
【００４６】
（実施例４）
平均分子量２００００００のＰＥＧを試料として用いて超音波を８時間照射した点以外は、実施例１と同様にして超音波照射工程と質量分析工程とを実施した。
【００４７】
図６に実施例１〜４で得た各ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを示す。平均分子量の異なるＰＥＧで比較すると、各ピーク強度は異なるが、超音波照射によって生じた低分子化物の分子構造は同じであることが認識できる。また、低分子化なしでは質量分析をすることが通常不可能である、比較的分子量の大きい実施例３，４の場合のような高分子化合物であっても、高分子化合物の分子構造の解析、同定が可能であることが認識できる。
【００４８】
（実施例５）
重合度ｎ＝２９のポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡともいう）を試料とし、これをアセトニトリル／水＝１／１（ｖ／ｖ）混合溶媒に溶解させて０．７ｍｇ／ｍＬ濃度とし、この溶液１．５ｍＬに超音波照射を行い、超音波照射工程を実施した。超音波発生装置は「ＵＲ−２０Ｐ」（ＴＯＭＹ ＳＥＩＫＯ製）を用い、超音波照射条件は、周波数２８ｋＨｚ、出力２０Ｗ、温度１５℃とした。
質量分析工程においては、飛行時間型質量分析計ＡＸＩＭＡ−ＣＦＲｐｌｕｓ（ＳＨＩＭＡＤＺＵ製 Ｋｒａｔｏｓ）を用いて、ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルをリニア正イオンモードで得た。マトリックスには２，５−ジヒドロキシ安息香酸（ＤＨＢ）（濃度１０ｍｇ／ｍＬ）、カチオン化剤にはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）（濃度１．５ｍｇ／ｍＬ）、溶媒にはアセトニトリル／水＝１／１（ｖ／ｖ）混合溶媒を用いた。
【００４９】
図７は実施例５においてＰＭＭＡ溶液に超音波を照射した後のＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルの時間変化を表す。
超音波照射前には、末端にｔ−Ｃ4Ｈ9基をもつＰＭＭＡ（ｍ／ｚ ２９８２）のＮａ+付加分子のみを検出した。
超音波照射２０秒後には、ＰＭＭＡの低分子化が起こり、両末端基が水素分子であるＰＭＭＡのピーク群がｍ／ｚ １３００付近に検出された。ＰＭＭＡの切断はβ位で優先的に起こっていることが明らかである。また、末端がｔ−Ｃ4Ｈ9基であるＰＭＭＡの低分子化物が検出されていないことから、超音波照射によるＰＭＭＡの低分子化が、末端のｔ−Ｃ4Ｈ9基から起こっていることが示唆される。
超音波照射８時間後には、ｍ／ｚ １０００付近にピーク群がシフトし、その分子量分布は明確な正規分布に従うことが認識できる。また、その分子量分布は、超音波時間を長くすると狭くなることも認識できる。これは、超音波照射により高分子化合物の低分子化のみならず、高分子化合物の分子量分布を変えることができることを示すものである。
【００５０】
低分子化物の末端構造から超音波切断プロセスが予想できる。それぞれのピークの生成過程は、図８に示すように、まず超音波により高分子鎖の中央付近で炭素−炭素結合の切断が（I）で示したβ位の場所で起き、その結果、末端がＸ・（・ＣＨ2）とＹ・（Ｃ・）とのポリマーラジカルが生成する。続いてラジカルが生成後、水素原子を引き抜く反応が起きる(II)。
【００５１】
また、ＰＭＭＡの構成単位であるメタクリル酸メチル構造が残存した状態でＰＭＭＡが低分子化されており、超音波照射によってもＰＭＭＡの基本分子構造が保たれていることが認識できる。本実施例では、高分子化合物の基本分子構造が残存するか否かを確認するために既知の高分子化合物であるＰＭＭＡを試料として用いたが、この結果より、未知の高分子化合物であっても、簡便に分子構造の解析、同定ができると考えられる。
なお、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析方法（Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳ）においては、ＰＭＭＡが熱分解反応により構成単位レベルまで分解し得るが、本実施例ではＰＭＭＡの低分子化物の分子量が１０００程度より低くならない。しかも、本実施例ではＰＭＭＡ分子の部分構造の特徴に関する情報を得ることができる。
【００５２】
（実施例６）
平均分子量が６０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を試料とした。これを溶媒としての水に溶解させて１ｍｇ／ｍＬ濃度とし、この溶液を１．５ｍＬとり、超音波発生装置「ＵＲ−２０Ｐ」（ＴＯＭＹ ＳＥＩＫＯ製）を用いて１５℃に保って照射し、超音波照射工程を実施した。超音波周波数は２８ｋＨｚ、超音波出力は２０Ｗとした。
次の質量分析工程の実施には、ゲル浸透クロマトグラフィーエレクトロスプレーイオン化イオントラップ型質量分析（ＧＰＣ−ＥＳＩ−ＭＳ）を採用した。質量分析装置としては、「ＬＣＱ」（Ｆｉｎｎｉｇａｎ ＭＡＴ製）を用い、ＧＰＣ装置のＧＰＣカラムとしては、「ＯｌｉｇｏＰｏｒｅ３００ｘ７．５ｍｍ」（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ製）を用いた。超音波を照射した上記の溶液を、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶かして０．５ｍｇ／ｍＬ（ＴＨＦ：水＝１：１ｖ／ｖ）に調製し、上記のＧＰＣ−ＥＳＩ−ＭＳ装置に導入し、ＥＳＩ−ＭＳスペクトルを得た。なお、試料導入量は１０μＬで、ＥＳＩ−ＭＳスペクトルは正イオンモード測定で得た。ＧＰＣの移動相にはＴＨＦを２５０μＬ／ｍｉｎで用い、ＧＰＣではポストカラムとしてメタノールを５０μＬ／ｍｉｎの流速で用いた。即ち、移動相とポストカラムは５：１の体積割合で合流し、質量分析計に送られる。なお、カチオン化剤としてメタノール中に３６０μＭとなるように溶かしたＮａＩを用いた。
【００５３】
図９（ａ），（ｂ）は実施例６においてＰＥＧ（平均分子量６０００）に超音波をそれぞれ（ａ）０時間（照射なし）、（ｂ）８時間照射したときのトータルイオンクロマトグラム（ＴＩＣ）を表す。超音波照射時間が０時間では、保持時間１７〜２０分にＰＥＧのイオン群を表すイオンクロマトグラムが現れた。超音波照射時間が８時間になると、ＰＥＧの低分子化が起こり、保持時間１７〜２０分の他に、保持時間２０〜３０分の範囲に超音波照射による低分子化のイオン群を表すイオンクロマトグラムが現れた。
【００５４】
図１０は図９（ｂ）の保持時間２２〜２３分のＥＳＩ−ＭＳスペクトルを表す。ここでは、ＰＥＧが２価のイオンとして検出された。検出されたＰＥＧの分子量は２２００程度であった。従って、ＧＰＣ−ＥＳＩ−ＭＳでもＭＡＬＤＩ−ＭＳの場合と同様に、ＰＥＧに超音波照射すると低分子化物が生成し、しかも、その低分子化物はＰＥＧの構成単位にまでは低分子化されていないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の高分子化合物の分析方法は、比較的分子量の大きい高分子化合物の部分構造の特徴を損なうことなく、簡便に高分子化合物の低分子化を行うことができ、その低分子化された物質の分子構造に関する情報を得ることができる。従って、比較的分子量の大きい高分子化合物の分子構造の同定を目的とする簡便な分析方法として用いられることが、有機・高分子材料分野、環境分野、医薬分野等で期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】一実施態様の高分子化合物の分析方法のフローを表す模式図。
【図２】他の実施態様の高分子化合物の分析方法のフローを表す模式図。
【図３】実施例１における平均分子量６０００のＰＥＧを試料とした場合のＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを表す図。
【図４】実施例１における平均分子量６０００のＰＥＧを試料とした場合のＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルの拡大図。
【図５】ＰＥＧの低分子化物の分子構造ならびに予想される超音波切断プロセスを表す図。
【図６】実施例１〜４における、平均分子量の異なるＰＥＧを試料とした場合の各ＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを表す図。
【図７】実施例５におけるＰＭＭＡを試料とした場合のＭＡＬＤＩ−ＭＳスペクトルを表す図。
【図８】ＰＭＭＡの低分子化物の分子構造ならびに予想される超音波切断プロセスを表す図。
【図９】実施例６における平均分子量６０００のＰＥＧを試料とした場合の、ＧＰＣによるトータルイオンクロマトグラムを表す図。
【図１０】実施例６における平均分子量６０００のＰＥＧを試料とした場合のＥＳＩ−ＭＳスペクトルを表す図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子化合物を低分子化して質量分析する高分子化合物の分析方法であって、高分子化合物を溶解させた高分子化合物の溶液に超音波を照射する超音波照射工程を実施し、超音波を照射した前記溶液に含まれる低分子化物を質量分析する質量分析工程を実施することを特徴とする高分子化合物の分析方法。
【請求項２】
前記質量分析工程をマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析方法（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）により実施する請求項１記載の高分子化合物の分析方法。
【請求項３】
前記超音波照射工程を実施した後、前記質量分析工程を実施する前に、前記分解生成物をサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって分画する分画工程を実施し、かつ、前記質量分析工程をエレクトロスプレーイオン化質量分析方法（ＥＳＩ−ＭＳ）により実施する請求項１記載の高分子化合物の分析方法。
【請求項１】
高分子化合物を低分子化して質量分析する高分子化合物の分析方法であって、高分子化合物を溶解させた高分子化合物の溶液に超音波を照射する超音波照射工程を実施し、超音波を照射した前記溶液に含まれる低分子化物を質量分析する質量分析工程を実施することを特徴とする高分子化合物の分析方法。
【請求項２】
前記質量分析工程をマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析方法（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）により実施する請求項１記載の高分子化合物の分析方法。
【請求項３】
前記超音波照射工程を実施した後、前記質量分析工程を実施する前に、前記分解生成物をサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって分画する分画工程を実施し、かつ、前記質量分析工程をエレクトロスプレーイオン化質量分析方法（ＥＳＩ−ＭＳ）により実施する請求項１記載の高分子化合物の分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１０３６３５（Ｐ２００９−１０３６３５Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７７２３０（Ｐ２００７−２７７２３０）
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔研究集会名〕第５６回高分子学会年次大会 〔主催者〕社団法人 高分子学会 〔開催日〕平成１９年５月２９〜３１日 〔刊行物名〕高分子学会年次大会予稿集 ５６巻１号（ＣＤ−ＲＯＭ） 〔発行年月日〕平成１９年５月１０日
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔研究集会名〕第５６回高分子学会年次大会 〔主催者〕社団法人 高分子学会 〔開催日〕平成１９年５月２９〜３１日 〔刊行物名〕高分子学会年次大会予稿集 ５６巻１号（ＣＤ−ＲＯＭ） 〔発行年月日〕平成１９年５月１０日
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【Ｆターム（参考）】
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