Pola Isotop dalam Spektrometri Massa: Cara Membaca M+1, M+2, dan Klaster Halogen
Jawaban singkat: Pola isotop adalah klaster puncak yang dihasilkan sebuah molekul karena atom-atomnya memiliki beberapa isotop. Karbon menambah sekitar 1,1% dari M per karbon pada M+1. Satu klorin memberikan M : M+2 ≈ 3 : 1, satu bromin ≈ 1 : 1, dan belerang menambah 4,4% pada M+2. CH₂Cl₂ menunjukkan 100 : 64 : 10 pada m/z 84, 86, dan 88. Kalkulator pola isotop yang gratis menghitung pola eksak untuk rumus atau SMILES apa pun, lengkap dengan adduct, resolusi, dan perbandingan dengan spektrum Anda.
Istilah kunci dalam satu tempat
| Pola isotop | Klaster puncak yang dihasilkan sebuah molekul dalam spektrum massa karena atom-atomnya terdiri atas isotop yang berbeda. |
|---|---|
| M, M+1, M+2 | M adalah ion monoisotopik. M+1 dan M+2 lebih berat 1 dan 2 satuan massa. |
| Massa monoisotopik | Massa yang memakai isotop paling melimpah dari setiap unsur. Kafein C₈H₁₀N₄O₂: 194,0804. |
| Massa rata-rata | Massa yang memakai massa atom relatif standar. Kafein: 194,19 g/mol. |
| Massa nominal | Massa bilangan bulat dari isotop yang paling melimpah. Kafein: 194. |
| Daya pisah | R = m/Δm, dengan Δm adalah lebar puncak pada setengah tinggi (FWHM). |
Aturan praktis isotop
| Unsur | Isotop berat | Kelimpahan alami | Pengaruh pada pola |
|---|---|---|---|
| C | ¹³C | 1.07% | M+1 ≈ 1,1% dari M per karbon |
| N | ¹⁵N | 0.36% | M+1 ≈ 0,37% per nitrogen |
| O | ¹⁸O | 0.20% | M+2 ≈ 0,2% per oksigen |
| S | ³⁴S | 4.25% | M+2 ≈ 4,4% per belerang |
| Cl | ³⁷Cl | 24.24% | M : M+2 ≈ 3 : 1 per klorin |
| Br | ⁸¹Br | 49.31% | M : M+2 ≈ 1 : 1 per bromin |
| F, P, I, Na | tidak ada | 100% satu isotop | tidak ada puncak tambahan |
Dengan beberapa halogen, jabarkan binomialnya. Untuk n klorin polanya kira-kira (3 + 1)ⁿ. Dua Cl memberikan 100 : 64 : 10, tiga Cl memberikan 100 : 96 : 31 : 3, dua Br memberikan 51 : 100 : 49, dan tiga Br memberikan 34 : 100 : 97 : 32.
Cara menghitung pola isotop eksak
Setiap unsur menyumbang sebuah polinomial kecil: massa isotopnya beserta kelimpahannya. Untuk klorin, polinomialnya 0,7576 (massa 35) + 0,2424 (massa 37). Molekul dengan n atom klorin memangkatkannya dengan n. Polinomial semua unsur kemudian dikalikan bersama. Ini disebut konvolusi polinomial.
Kalkulator pola isotop melakukan ini secara eksak untuk setiap isotop stabil dari setiap unsur dan mempertahankan massa rata-rata setiap puncak. Kalkulator hanya membuang suku yang lebih kecil dari 10⁻¹² kali suku terbesar. Untuk spektrum profil, kalkulator juga mempertahankan struktur halusnya, sehingga puncak yang berbeda beberapa mDa dapat terpisah pada daya pisah tinggi.
Cara menggunakan kalkulator pola isotop
- Buka kalkulator pola isotop.
- Pilih Jenis masukan: Rumus molekul atau SMILES. Ketikkan di Rumus atau SMILES, misalnya
C6H5BratauPt(NH3)2Cl2. - Pilih Jenis ion: M+• untuk EI, [M+H]⁺, [M+Na]⁺, atau [M+K]⁺ untuk ESI positif, [M−H]⁻ atau [M+Cl]⁻ untuk mode negatif, atau Ion seperti ditulis untuk rumus bermuatan seperti
[Pt(NH3)4]2+. - Baca massa monoisotopik, massa rata-rata, dan massa nominal, puncak paling intens, serta nilai M+1 dan M+2 beserta perkiraan aturan praktisnya.
- Atur Tampilan ke Profil (pilih resolusi) dan ketik Daya pisah (m/Δm) untuk melihat bentuknya pada instrumen Anda.
- Buka Bandingkan dengan spektrum hasil pengamatan, tempel pasangan m/z dan intensitas Anda, lalu baca kesimpulan kecocokannya. Tekan Muat contoh untuk mencobanya.
- Simpan dengan Unduh SVG, Unduh PNG, atau Unduh CSV.
Contoh soal
1. Diklorometana, CH₂Cl₂
Ion ³⁵Cl₂, ³⁵Cl³⁷Cl, dan ³⁷Cl₂ muncul pada m/z 84, 86, dan 88. Rasio = 0,7576² : 2 × 0,7576 × 0,2424 : 0,2424² = 100 : 64 : 10. M+1 yang kecil (1,1%) berasal dari satu karbon.
2. Bromobenzena, C₆H₅Br
M pada m/z 156 dan M+2 pada m/z 158 dengan rasio 100 : 97,5, karena kelimpahan ⁷⁹Br dan ⁸¹Br adalah 50,69% dan 49,31%. M+1 sebesar 6,5% berasal dari enam karbon.
3. Kafein dalam elektrospray positif
C₈H₁₀N₄O₂ memiliki massa monoisotopik 194,0804. Penambahan satu proton (1,00728) menghasilkan [M+H]⁺ pada m/z 195,0877. M+1 sebesar 10,3% dari M: 8 × 1,08% dari karbon ditambah 4 × 0,37% dari nitrogen.
4. Fulerena C₆₀
Massa monoisotopik 720,0000. Dengan 60 karbon, M+1 sebesar 65% dan M+2 sebesar 21% dari M. Di atas sekitar 90 karbon, M+1 akan lebih tinggi daripada M.
5. Vankomisin, C₆₆H₇₅Cl₂N₉O₂₄
[M+H]⁺ pada m/z 1448,4375. Ke-66 karbon membuat M+1 sekitar 77% dan dua klorin mendorong M+2 menjadi sekitar 98%, sehingga M, M+1, dan M+2 hampir sama tinggi.
6. Sisplatin, Pt(NH₃)₂Cl₂
Platina memiliki empat isotop utama (¹⁹⁴Pt 32,9%, ¹⁹⁵Pt 33,8%, ¹⁹⁶Pt 25,2%, ¹⁹⁸Pt 7,4%). Bersama Cl₂, klasternya tersebar dari m/z 296 hingga 306 dan puncak tertingginya ada pada m/z 300, bukan pada puncak monoisotopik 299.
Tabel ringkasan: apa yang diberitahukan pola
| Yang Anda lihat | Kemungkinan penyebab |
|---|---|
| M+1 ≈ 1,1% × n dari M | n atom karbon |
| M+2 ≈ 33% dari M | satu klorin |
| M+2 ≈ M | satu bromin |
| M : M+2 : M+4 ≈ 100 : 64 : 10 | dua klorin |
| M : M+2 : M+4 ≈ 1 : 2 : 1 | dua bromin |
| M+2 ≈ 4 sampai 5% dari M | satu belerang |
| Puncak isotop berjarak 0,5 | ion 2+ |
| Klaster lebar dengan banyak puncak | logam dengan beberapa isotop (Sn, Pt, Hg, Ru, Pd) |
Kesalahan umum
- Membandingkan puncak ESI dengan massa netral. Tambahkan atau kurangi adduct terlebih dahulu.
- Memakai massa rata-rata untuk pekerjaan resolusi tinggi. HRMS mengukur m/z monoisotopik.
- Menganggap M selalu puncak tertinggi. Molekul besar dan banyak logam memiliki puncak tertinggi di atas M.
- Melupakan massa elektron untuk m/z eksak. Nilainya 0,000549 Da per muatan, yang berpengaruh pada tingkat ppm.
- Menulis CO untuk kobalt atau CL untuk klorin. Gunakan Co dan Cl.
Tips ujian
- A-level dan IB: pasangan 3 : 1 yang berjarak dua satuan berarti satu Cl; pasangan 1 : 1 berarti satu Br. Tiga puncak 1 : 2 : 1 berarti dua Br; 9 : 6 : 1 berarti dua Cl.
- A-level: jumlah karbon ≈ (tinggi M+1 / tinggi M) × 100 / 1,1.
- AP Chemistry: spektrum massa unsur langsung memberikan kelimpahan isotop. Massa atom rata-rata = Σ (massa isotop × fraksi).
- JEE dan NEET: latih perhitungan massa atom rata-rata dari data isotop, misalnya Cl: 0,7576 × 34,969 + 0,2424 × 36,966 = 35,45.
- Universitas: gunakan massa akurat (dalam 5 ppm) bersama pola isotop untuk memilih di antara rumus kandidat, dan gunakan puncak A+2 untuk menghitung S, Cl, dan Br.
Periksa rumus apa pun dengan kalkulator pola isotop, lalu bandingkan dengan spektrum Anda di penampil spektrum massa.
Tanya jawab
Apa itu pola isotop dalam spektrometri massa?
Pola isotop adalah kelompok puncak yang dihasilkan sebuah molekul karena atom-atomnya ada sebagai isotop yang berbeda. Tinggi relatif M, M+1, M+2, dan seterusnya bergantung pada unsur-unsurnya dan jumlah masing-masing unsur.
Bagaimana cara mengenali klorin dan bromin dalam spektrum massa?
Satu klorin memberikan M dan M+2 dengan rasio 3 : 1. Satu bromin memberikan M dan M+2 dengan rasio 1 : 1. Dua klorin memberikan 100 : 64 : 10, dan dua bromin memberikan sekitar 1 : 2 : 1.
Bagaimana cara menentukan jumlah atom karbon dari puncak M+1?
Bagi tinggi M+1 (sebagai persentase M) dengan 1,1. M+1 sebesar 11% berarti sekitar 10 karbon. Nitrogen menambah sekitar 0,37% per atom, jadi kurangi itu terlebih dahulu jika ada N.
Berapa massa monoisotopik kafein?
Kafein, C₈H₁₀N₄O₂, memiliki massa monoisotopik 194,0804 dan massa rata-rata 194,19. Ion [M+H]⁺-nya muncul pada m/z 195,0877.
Mengapa puncak tertinggi bukan puncak monoisotopik untuk molekul besar?
Setiap karbon memiliki peluang 1,07% untuk menjadi ¹³C. Dengan sekitar 90 karbon atau lebih, sebagian besar molekul mengandung setidaknya satu ¹³C, sehingga puncak M+1 menjadi lebih tinggi daripada M.
Apa perbedaan antara mode centroid dan mode profil?
Mode centroid menampilkan satu batang per puncak isotop. Mode profil menampilkan bentuk puncak sebenarnya dengan lebar yang ditentukan oleh daya pisah, FWHM = m/R, sehingga puncak yang berdekatan menyatu pada resolusi rendah dan terpisah pada resolusi tinggi.
Mengapa puncak isotop berjarak 0,5 untuk beberapa ion?
Jaraknya adalah 1/z. Ion bermuatan dua seperti [M+2H]²⁺ memiliki puncak isotop yang berjarak 0,5 m/z, dan ion bermuatan tiga memiliki puncak yang berjarak 0,33.