Model sentetik polimerlerin ve komplekslerinin gaz fazı karakteristiklerinin incelenmesi
Investigation of gas-phase characteristics of model synthetic polymers and their complexes
Yazar: MEHMET ATAKAY
Danışman: PROF. DR. BEKİR SALİH
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Kütle spektrometrisi, kovalent olmayan komplekslerin çözelti ve gaz fazlarındaki oluşum parametreleri ile ilgili faydalı bilginin yüksek doğruluk ve hassasiyetle elde edilmesi için en uygun tekniktir. İyon hareketliliği-kütle spektrometrisi (IM-MS) ise bunlara ek olarak analiz edilen moleküllerin konformasyonları ile ilgili detaylı veriler de sağlamaktadır. IM-MS analizlerinden elde edilen sürüklenme zamanı verilerinden iyonların ortalama momentum transfer etki alanları ile ilişkili bir boyut parametresi olan etkin çarpışma kesitleri (CCS) belirlenebilmektedir. Çalışmaların başlangıcında, poli-L-lizin (PLL) ve polistiren sülfonik asit (PSS) örnekleri, MALDI tandem uçuş zamanlı (ToF/ToF) kütle spektrometresi ile analiz edilmiştir. Bu türlerin zincir sonu grupları, MALDI kütle spektrumlarından alınan veriler değerlendirilerek belirlenebilmiştir. PLL ve PSS karışımları, farklı molar oranlarda hazırlanmış ve bunların kovalent olmayan komplekslerine ait sinyaller, negatif moddaki MALDI-MS analizi ile gözlenebilmiştir. Kovalent olmayan PLL-PSS kompleksleri için önerilen stokiyometri oranları, alınan MALDI-MS/MS spektrumları ile doğrulanmıştır. Kovalent olmayan PLL-PSS kompleksleri, iyon hareketliliği analizi özelliğine sahip ESI-Q/ToF-MS cihazı ile pozitif ve negatif iyon modunda gözlenebilmiştir. İyon hareketliliğine göre ayırma özelliğinden yararlanılarak farklı yük ve stokiyometrilere sahip kompleksler kolaylıkla tayin edilebilmiştir. Pozitif ve negatif iyon modunda gözlenen kovalent olmayan kompleks iyonlarının çoğu, cihazın transfer hücresinde gerçekleştirilen çarpışmayla aktifleştirilmiş parçalama ile daha küçük iyon birimlerine ayrılmıştır. Pozitif ve negatif iyon modlarında alınan ESI-MS/MS spektrumlarının kompleks stokiyometrileri ile uyumlu oldukları görülmüştür. Bir başka polianyon olan poli(akrilik asit) (PAA) örneği, tek başına analiz edilmiş ve bu örneğin farklı zincir sonu gruplarına sahip altı adet PAA iyon serisi içerdiği gözlenmiştir. Bazı serilerin PAA çözeltisinde kesin olarak bulunduğu, diğerlerinin ise muhtemelen kütle spektrometrik analiz sırasında gaz fazında oluştukları belirlenmiştir. Farklı PAA serileri içeren PLL-PAA kompleks iyonlarının sıkılıklarının kıyaslanması için CCS değerleri ayrı ayrı hesaplanmıştır. Alınan sonuçlar, her türün zincir sonu grubu büyüklüklerinin kovalent olmayan komplekslerinin gaz fazındaki konformasyonlarını etkilediklerini göstermiştir. Poli(L-glutamik asit) (PGA) polianyonu analiz edildiğinde örnek içerisinde doğrusal ve halkalı formlarının bulunduğu belirlenmiştir. PLL-PGA karışımı da bu polielektrolitlerin komplekslerinin gözlenmesi için analiz edilmiştir. Polielektrolit iyonlarının sıkılıklarının kıyaslanması için her birinin CCS değerleri ayrı ayrı hesaplanmıştır. Alınan verilere göre polielektrolitlerin gaz fazındaki konformasyonlarının tekrar eden birimleri üzerindeki fonksiyonel gruplara bağlı olduğu belirlenmiştir. Polielektrolit kompleks iyonlarının CCS değerleri de hesaplanmıştır. Komplekslerin CCS değerlerinin kıyaslanması, yüklü grupların itme kuvvetlerini azaltması veya daha geniş yapıların oluşması gibi durumların kompleks iyonlarının oluşumlarındaki farklılıkları meydana getirebildiklerini göstermiştir. Lizozim proteinin CSS değerinin komplekse katılan PSS zinciri sayısına göre değişimini belirlemek için lizozimin PSS oligomerleri ile oluşturdukları kovalent olmayan kompleksler de bu tez çalışmasında incelenmiştir.

Abstract:
Mass spectrometry is the most convenient technique for obtaining useful information about the formation parameters of noncovalent complexes in both solution and gas phases with high accuracy and sensitivity. Ion mobility-mass spectrometry (IM-MS) additionally gives conformational data about the analyzed molecules. From the drift time data obtained from the IM-MS analyses, the collision cross sections (CCS) of ions can be determined, which is a size parameter related to the averaged momentum transfer impact area of the ions. At the beginning of the studies, poly-L-lysine (PLL) and polystyrene sulfonic acid (PSS) were analyzed using MALDI tandem time-of-flight (ToF/ToF) mass spectrometer. The end groups of their chains could be determined by evaluating data obtained from MALDI mass spectra. Mixtures of PLL and PSS were prepared in various molar ratios and the signals of their noncovalent complexes could be detected in the negative ion mode MALDI-MS analysis. The MALDI-MS/MS spectra confirmed the proposed stoichiometries of the observed noncovalent complexes of PLL and PSS. Noncovalent complexes of PLL and PSS could also be detected in both positive and negative ion mode using ESI-Q/ToF-MS with ion mobility capabilities. Complexes with various charge states and stoichiometries could be identified easily utilizing ion mobility separation. Most of the noncovalent complex ions obtained in positive and negative ion modes were fragmented upon collisionally activated dissociation in the transfer cell unit of the instrument. ESI-MS/MS spectra obtained for both positive and negative ion modes correlated well with the stoichiometry of the complexes. Another polyanion, polyacrylic acid (PAA) sample was analyzed by itself in detail and six different types of PAA series with various end groups were detected in the sample. It was determined that some of the series must have been present in the PAA sample solution while the other series were probably generated in gas phase during the MS experiment. CCS of PLL-PAA complex ions with different PAA series were derived separately for comparison of their compactness. The results prove that the sizes of end groups of each species affect the conformation of the noncovalent complex in the gas phase. When the poly-L-glutamic acid (PGA) was analyzed, it was determined that its sample contains linear and cyclic forms of PGA. A mixture of PLL and PGA was also analyzed in order to monitor the complexes formed between these polyelectrolytes. The CCS of polyelectrolyte ions were derived individually for comparing their compactness. It was obtained that the gas-phase conformations of the polyelectrolytes depend on the nature of functional groups located in their repeating unit. The CCS values of polyelectrolyte complex ions were also derived. Comparison of the CCS values of the complexes indicated that differences in complex ion formation may be caused by reducing repulsion forces between charged groups or forming more extended structures. Noncovalent complexes of lysozyme formed with PSS oligomers were also examined in the dissertation to determine how the CCS of protein changed with the stoichiometry of the PSS chains in the complex.