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Isotopenmuster-Rechner (Massenspektrometrie)
Kurz gesagt: Isotopenmuster-Rechner für die Massenspektrometrie: Gib eine Summenformel oder SMILES und einen Ionentyp ein und erhalte jeden Isotopenpeak mit m/z und relativer Intensität, die monoisotopische, mittlere und nominelle Masse, ein Centroid- oder Profildiagramm, Faustregeln für M+1 und M+2 und einen Vergleich mit deinen gemessenen Peaks. Das Tool ist kostenlos, läuft im Webbrowser und braucht keinen Download.
Das Muster wird exakt aus den natürlichen Isotopenhäufigkeiten jedes Elements berechnet, einschließlich Cl, Br, S, Si und Metallen wie Fe, Cu, Zn, Se, Sn, Pt, Ru, Pd, Ag und Hg. Ladungen und Addukte berücksichtigen die Elektronenmasse.
Beispiele
Mit einem gemessenen Spektrum vergleichen
Peakliste
So verwendest du den Isotopenmuster-Rechner
- Tippe eine Summenformel wie
C6H5Br,Pt(NH3)2Cl2oderCuSO4·5H2Oein oder stelle die Art der Eingabe auf SMILES um. Achte auf korrekte Groß- und Kleinschreibung (Cl, nicht CL). - Wähle den Ionentyp: M+• für Elektronenstoßionisation, [M+H]⁺ oder [M+Na]⁺ für positives Elektrospray, [M−H]⁻ für den negativen Modus. Für einen geladenen Komplex wie
[Pt(NH3)4]2+wähle Ion as written (Ion wie geschrieben). - Lies die monoisotopische, mittlere und nominelle Masse ab, dann die Peakliste mit m/z, relativer Intensität und % von M.
- Wähle Profil und ein Auflösungsvermögen, um zu sehen, wie Peaks auf deinem Gerät verschmelzen oder sich aufspalten.
- Öffne Mit einem gemessenen Spektrum vergleichen und füge deine Peaks ein, um die Übereinstimmung zu prüfen. Speichere mit SVG herunterladen, PNG herunterladen oder CSV herunterladen.
So wird das Isotopenmuster berechnet
Die meisten Elemente haben mehr als ein stabiles Isotop. Kohlenstoff besteht zu 98,93 % aus ¹²C und zu 1,07 % aus ¹³C; Chlor zu 75,76 % aus ³⁵Cl und zu 24,24 % aus ³⁷Cl. Ein Molekül erscheint im Massenspektrum daher als Gruppe von Peaks: das Isotopenmuster.
Für ein Element mit den Isotopenhäufigkeiten a und b ergeben n Atome die Terme von (a + b)ⁿ. Für eine ganze Formel werden die Muster aller Elemente miteinander multipliziert. Das ist eine Polynomfaltung. Der Rechner führt sie exakt mit jedem Isotop jedes Elements durch und verwirft nur Terme unter 10⁻¹² des größten Peaks.
Cl₂: (0,7576 + 0,2424)² = 0,574 (M) + 0,367 (M+2) + 0,059 (M+4) → 100 : 64 : 10
Drei verschiedene Massen
- Monoisotopische Masse: verwendet das häufigste Isotop jedes Elements (¹²C, ¹H, ¹⁴N, ¹⁶O, ³⁵Cl, ⁷⁹Br, ⁵⁶Fe, ¹⁹⁵Pt). Koffein C₈H₁₀N₄O₂ = 194,0804.
- Mittlere Masse: verwendet Standard-Atomgewichte, wie die molare Masse. Koffein = 194,19 g/mol.
- Nominelle Masse: die ganzzahlige Masse aus den häufigsten Isotopen. Koffein = 194.
Bei Ionen wird die Masse der entfernten oder hinzugefügten Elektronen (je 0,000549 Da) berücksichtigt, und m/z ist die Masse geteilt durch |z|. Ein Profilspektrum zeichnet jeden Isotopenpeak mit der Breite FWHM = m/R, wobei R das Auflösungsvermögen ist.
Faustregeln für M+1 und M+2
| Isotop | Wirkung | Schnellregel |
|---|---|---|
| ¹³C (1,07 %) | M+1 | etwa 1,1 % von M pro Kohlenstoffatom: C₁₀ ergibt M+1 ≈ 11 % |
| ¹⁵N (0,36 %) | M+1 | etwa 0,37 % pro Stickstoffatom |
| ¹⁸O (0,20 %) | M+2 | etwa 0,2 % pro Sauerstoffatom |
| ³⁴S (4,25 %) | M+2 | etwa 4,4 % pro Schwefelatom |
| ²⁹Si, ³⁰Si | M+1, M+2 | etwa 5,1 % und 3,4 % pro Siliciumatom |
| ³⁷Cl (24,24 %) | M+2 | M : M+2 ≈ 3 : 1 bei einem Cl |
| ⁸¹Br (49,31 %) | M+2 | M : M+2 ≈ 1 : 1 bei einem Br |
Chlor- und Brom-Cluster
| Halogene | M : M+2 : M+4 : M+6 |
|---|---|
| Cl | 100 : 32 |
| Cl₂ | 100 : 64 : 10 |
| Cl₃ | 100 : 96 : 31 : 3 |
| Cl₄ | 78 : 100 : 48 : 10 : 1 |
| Br | 100 : 97 |
| Br₂ | 51 : 100 : 49 |
| Br₃ | 34 : 100 : 97 : 32 |
| ClBr | 77 : 100 : 24 |
Rechenbeispiele
CH₂Cl₂ (zwei Chloratome)
Ionen bei m/z 84, 86 und 88 aus ³⁵Cl₂, ³⁵Cl³⁷Cl und ³⁷Cl₂.
0.7576² : 2 × 0.7576 × 0.2424 : 0.2424²
M : M+2 : M+4 = 100 : 64 : 10
Brombenzol C₆H₅Br
⁷⁹Br und ⁸¹Br sind fast gleich häufig: 50,69 % und 49,31 %.
M (m/z 156) und M+2 (m/z 158) enthalten auch einen ¹³C-Anteil.
M : M+2 = 100 : 97,5, M+1 = 6,5 %
CHBr₃ (Bromoform)
Drei Br-Atome ergeben das Muster (1 + 1)³.
Peaks bei m/z 250, 252, 254 und 256.
34 : 100 : 97 : 32 (nahe 1 : 3 : 3 : 1)
C₆₀ (Buckminsterfulleren)
60 Kohlenstoffatome: M+1 ≈ 60 × 1,08 % von M.
Die monoisotopische Masse ist genau 720,0000 (¹²C definiert die Masseneinheit).
M : M+1 : M+2 = 100 : 65 : 21
Koffein im positiven ESI
C₈H₁₀N₄O₂ + H⁺ = C₈H₁₁N₄O₂⁺.
194,0804 + 1,00728 (Proton) = 195,0877.
[M+H]⁺ m/z 195,0877, M+1 = 10,3 %
Vancomycin [M+H]⁺
C₆₆H₇₅Cl₂N₉O₂₄: 66 Kohlenstoffatome und 2 Chloratome.
¹³C macht M+1 ≈ 77 %, und zwei Cl machen M+2 fast so hoch wie M.
m/z 1448,4375; M : M+1 : M+2 = 100 : 77 : 98
Cisplatin Pt(NH₃)₂Cl₂
Platin hat ¹⁹⁴Pt 32,9 %, ¹⁹⁵Pt 33,8 %, ¹⁹⁶Pt 25,2 % und ¹⁹⁸Pt 7,4 %, überlagert mit dem Cl₂-Muster.
Breiter Cluster von m/z 296 bis 306, am höchsten bei 300
Häufige Fehler
- Monoisotopische und mittlere Masse verwechseln. Die hochauflösende MS misst das monoisotopische m/z; die molare Masse verwendet mittlere Atomgewichte.
- Erwarten, dass der monoisotopische Peak der höchste ist. Ab etwa 90 Kohlenstoffatomen oder mit Br, Pt, Sn oder Hg ist der intensivste Peak oft M+1, M+2 oder höher.
- Das Addukt vergessen. Im Elektrospray sieht man M selbst selten: Suche nach [M+H]⁺ (+1,00728), [M+Na]⁺ (+22,98922) oder [M−H]⁻.
- M+2 nur als zwei ¹³C-Atome deuten. Ein hoher M+2-Peak (über 30 % von M) spricht eher für Cl, Br oder S als für Kohlenstoff.
- Den Ladungszustand ignorieren. Bei einem 2+-Ion liegen die Isotopenpeaks 0,5 m/z auseinander, nicht 1.
- Falsche Großschreibung. CO ist Kohlenstoffmonoxid, Co ist Cobalt. Schreibe Cl, Br und Si mit kleinem zweiten Buchstaben.
Du brauchst die Struktur zur Formel? Zeichne ein Molekül in MolDraw, einem kostenlosen Online-Editor für chemische Strukturen, und kopiere seine Summenformel oder seinen SMILES in den Rechner.
MolDraw-Editor öffnenHäufig gestellte Fragen
Was ist der M+2-Peak und wodurch entsteht er?
Der M+2-Peak liegt 2 Masseneinheiten über dem monoisotopischen Ion. Große M+2-Peaks stammen von ³⁷Cl (etwa ein Drittel von M pro Cl), ⁸¹Br (etwa gleich M pro Br) und ³⁴S (etwa 4,4 % pro S). Kleine M+2-Peaks stammen von zwei ¹³C-Atomen oder ¹⁸O.
Warum zeigt CH₂Cl₂ Peaks im Verhältnis 100 : 64 : 10?
Jedes Chloratom ist ³⁵Cl (75,76 %) oder ³⁷Cl (24,24 %). Für zwei Chloratome ist das Verhältnis 0,7576² : 2 × 0,7576 × 0,2424 : 0,2424², also 100 : 64 : 10 für M, M+2 und M+4.
Wie schätze ich die Zahl der Kohlenstoffatome aus dem M+1-Peak ab?
Teile die M+1-Intensität (in % von M) durch 1,1. Ein M+1 von 11 % spricht für etwa 10 Kohlenstoffatome. Stickstoff trägt etwa 0,37 % pro Atom bei, daher ist die Schätzung für N-reiche Moleküle grob.
Was ist der Unterschied zwischen monoisotopischer und mittlerer Masse?
Die monoisotopische Masse verwendet das häufigste Isotop jedes Elements und wird von der hochauflösenden MS gemessen. Die mittlere Masse verwendet Standard-Atomgewichte und dient für die molare Masse. Für Koffein betragen sie 194,0804 und 194,19.
Warum ist der monoisotopische Peak bei großen Molekülen nicht der höchste?
Jedes Kohlenstoffatom ist mit 1,07 % Wahrscheinlichkeit ¹³C. Ab etwa 90 Kohlenstoffatomen ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Molekül mindestens ein ¹³C enthält, größer als die, dass es keines enthält – dann wird M+1 der höchste Peak.
Wie verändert die Auflösung das Isotopenmuster?
Bei niedrigem Auflösungsvermögen verschmelzen Peaks gleicher nomineller Masse zu einem. Bei hohem Auflösungsvermögen (über etwa 50 000 bei m/z 500) erscheint eine Feinstruktur, zum Beispiel trennen sich die ¹³C₂- und ³⁴S-Peaks bei M+2 um etwa 0,011 Da.
Welche Isotopenhäufigkeiten verwendet der Rechner?
Er verwendet die repräsentativen Isotopenhäufigkeiten und Atommassen der IUPAC für alle stabilen Isotope jedes Elements, einschließlich der Metalle Fe, Cu, Zn, Se, Sn, Pt, Ru, Pd, Ag und Hg.
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