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Calcolatore di pattern isotopici (spettrometria di massa)
In breve: calcolatore di pattern isotopici per la spettrometria di massa: inserisci una formula molecolare o uno SMILES e un tipo di ione per ottenere ogni picco isotopico con m/z e intensità relativa, la massa monoisotopica, media e nominale, un grafico centroide o di profilo, le regole pratiche per M+1 e M+2 e un confronto con i picchi osservati. È gratuito, funziona nel browser e non richiede download.
Il pattern è calcolato esattamente dalle abbondanze isotopiche naturali di ogni elemento, compresi Cl, Br, S, Si e metalli come Fe, Cu, Zn, Se, Sn, Pt, Ru, Pd, Ag e Hg. Cariche e addotti includono la massa dell'elettrone.
Esempi
Confronta con uno spettro osservato
Elenco dei picchi
Come usare il calcolatore di pattern isotopici
- Scrivi una Formula molecolare come
C6H5Br,Pt(NH3)2Cl2oCuSO4·5H2O, oppure imposta Tipo di input su SMILES. Usa le maiuscole corrette (Cl, non CL). - Scegli il Tipo di ione: M+• per la ionizzazione elettronica, [M+H]⁺ o [M+Na]⁺ per l'electrospray positivo, [M−H]⁻ per la modalità negativa. Per un complesso carico come
[Pt(NH3)4]2+, scegli Ione come scritto. - Leggi la massa monoisotopica, media e nominale, poi l'elenco dei picchi con m/z, intensità relativa e % di M.
- Scegli Profilo e un Potere risolutivo per vedere come i picchi si fondono o si separano sul tuo strumento.
- Apri Confronta con uno spettro osservato e incolla i tuoi picchi per verificare la corrispondenza. Salva con Scarica SVG, Scarica PNG o Scarica CSV.
Come si calcola il pattern isotopico
La maggior parte degli elementi ha più di un isotopo stabile. Il carbonio è per il 98,93% ¹²C e per l'1,07% ¹³C; il cloro è per il 75,76% ³⁵Cl e per il 24,24% ³⁷Cl. Una molecola appare quindi in uno spettro di massa come un gruppo di picchi: il pattern isotopico.
Per un elemento con abbondanze isotopiche a e b, n atomi danno i termini di (a + b)ⁿ. Per una formula intera, i pattern di tutti gli elementi vengono moltiplicati tra loro. È una convoluzione polinomiale. Il calcolatore la esegue in modo esatto, con ogni isotopo di ogni elemento, e scarta solo i termini inferiori a 10⁻¹² del picco più alto.
Cl₂: (0,7576 + 0,2424)² = 0,574 (M) + 0,367 (M+2) + 0,059 (M+4) → 100 : 64 : 10
Tre masse diverse
- Massa monoisotopica: usa l'isotopo più abbondante di ogni elemento (¹²C, ¹H, ¹⁴N, ¹⁶O, ³⁵Cl, ⁷⁹Br, ⁵⁶Fe, ¹⁹⁵Pt). Caffeina C₈H₁₀N₄O₂ = 194,0804.
- Massa media: usa i pesi atomici standard, come nella massa molare. Caffeina = 194,19 g/mol.
- Massa nominale: la massa intera degli isotopi più abbondanti. Caffeina = 194.
Per gli ioni è inclusa la massa degli elettroni rimossi o aggiunti (0,000549 Da ciascuno), e m/z è la massa divisa per |z|. Uno spettro di profilo disegna ogni picco isotopico con una larghezza FWHM = m/R, dove R è il potere risolutivo.
Regole pratiche per M+1 e M+2
| Isotopo | Effetto | Regola rapida |
|---|---|---|
| ¹³C (1,07%) | M+1 | circa 1,1% di M per atomo di carbonio: C₁₀ dà M+1 ≈ 11% |
| ¹⁵N (0,36%) | M+1 | circa 0,37% per azoto |
| ¹⁸O (0,20%) | M+2 | circa 0,2% per ossigeno |
| ³⁴S (4,25%) | M+2 | circa 4,4% per zolfo |
| ²⁹Si, ³⁰Si | M+1, M+2 | circa 5,1% e 3,4% per silicio |
| ³⁷Cl (24,24%) | M+2 | M : M+2 ≈ 3 : 1 per un Cl |
| ⁸¹Br (49,31%) | M+2 | M : M+2 ≈ 1 : 1 per un Br |
Cluster di cloro e bromo
| Alogeni | 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 |
Esempi svolti
CH₂Cl₂ (due cloro)
Ioni a m/z 84, 86 e 88 da ³⁵Cl₂, ³⁵Cl³⁷Cl e ³⁷Cl₂.
0.7576² : 2 × 0.7576 × 0.2424 : 0.2424²
M : M+2 : M+4 = 100 : 64 : 10
Bromobenzene C₆H₅Br
⁷⁹Br e ⁸¹Br sono quasi uguali: 50,69% e 49,31%.
Anche M (m/z 156) e M+2 (m/z 158) includono un contributo di ¹³C.
M : M+2 = 100 : 97,5, M+1 = 6,5%
CHBr₃ (bromoformio)
Tre atomi di Br danno il pattern (1 + 1)³.
Picchi a m/z 250, 252, 254 e 256.
34 : 100 : 97 : 32 (vicino a 1 : 3 : 3 : 1)
C₆₀ (buckminsterfullerene)
60 carboni: M+1 ≈ 60 × 1,08% di M.
La massa monoisotopica è esattamente 720,0000 (il ¹²C definisce l'unità di massa).
M : M+1 : M+2 = 100 : 65 : 21
Caffeina in ESI positivo
C₈H₁₀N₄O₂ + H⁺ = C₈H₁₁N₄O₂⁺.
194,0804 + 1,00728 (protone) = 195,0877.
[M+H]⁺ m/z 195,0877, M+1 = 10,3%
Vancomicina [M+H]⁺
C₆₆H₇₅Cl₂N₉O₂₄: 66 carboni e 2 cloro.
Il ¹³C porta M+1 ≈ 77%, e i due Cl rendono M+2 alto quasi quanto M.
m/z 1448,4375; M : M+1 : M+2 = 100 : 77 : 98
Cisplatino Pt(NH₃)₂Cl₂
Il platino ha ¹⁹⁴Pt 32,9%, ¹⁹⁵Pt 33,8%, ¹⁹⁶Pt 25,2% e ¹⁹⁸Pt 7,4%, combinati con il pattern di Cl₂.
Cluster ampio da m/z 296 a 306, con il massimo a 300
Errori comuni
- Confondere massa monoisotopica e massa media. La MS ad alta risoluzione misura l'm/z monoisotopico; la massa molare usa i pesi atomici medi.
- Aspettarsi che il picco monoisotopico sia il più alto. Oltre circa 90 carboni, o con Br, Pt, Sn o Hg, il picco più intenso è spesso M+1, M+2 o superiore.
- Dimenticare l'addotto. In electrospray raramente si vede M: cerca [M+H]⁺ (+1,00728), [M+Na]⁺ (+22,98922) o [M−H]⁻.
- Attribuire M+2 solo a due atomi di ¹³C. Un M+2 alto (oltre il 30% di M) indica Cl, Br o S piuttosto che il carbonio.
- Ignorare lo stato di carica. Per uno ione 2+ i picchi isotopici distano 0,5 m/z, non 1.
- Maiuscole sbagliate. CO è il monossido di carbonio; Co è il cobalto. Scrivi Cl, Br e Si con la seconda lettera minuscola.
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Apri l'editor MolDrawDomande frequenti
Che cos'è il picco M+2 e da cosa dipende?
Il picco M+2 si trova 2 unità di massa sopra lo ione monoisotopico. Picchi M+2 intensi derivano da ³⁷Cl (circa un terzo di M per ogni Cl), ⁸¹Br (circa uguale a M per ogni Br) e ³⁴S (circa 4,4% per ogni S). Picchi M+2 piccoli derivano da due atomi di ¹³C o da ¹⁸O.
Perché CH₂Cl₂ mostra picchi in rapporto 100 : 64 : 10?
Ogni cloro è ³⁵Cl (75,76%) o ³⁷Cl (24,24%). Con due cloro il rapporto è 0,7576² : 2 × 0,7576 × 0,2424 : 0,2424², cioè 100 : 64 : 10 per M, M+2 e M+4.
Come stimo il numero di carboni dal picco M+1?
Dividi l'intensità di M+1 (in % di M) per 1,1. Un M+1 dell'11% indica circa 10 carboni. L'azoto aggiunge circa 0,37% per atomo, quindi la stima è approssimativa per molecole ricche di N.
Qual è la differenza tra massa monoisotopica e massa media?
La massa monoisotopica usa l'isotopo più abbondante di ogni elemento ed è quella misurata dalla MS ad alta risoluzione. La massa media usa i pesi atomici standard e serve per la massa molare. Per la caffeina valgono 194,0804 e 194,19.
Perché nelle molecole grandi il picco monoisotopico non è il più alto?
Ogni carbonio ha l'1,07% di probabilità di essere ¹³C. Con circa 90 o più carboni la probabilità che una molecola contenga almeno un ¹³C supera quella che non ne contenga nessuno, quindi M+1 diventa il picco più alto.
Come cambia il pattern isotopico con la risoluzione?
A basso potere risolutivo i picchi con la stessa massa nominale si fondono in uno solo. Ad alto potere risolutivo (oltre circa 50 000 vicino a m/z 500) compare la struttura fine: per esempio i picchi di ¹³C₂ e ³⁴S a M+2 si separano di circa 0,011 Da.
Quali abbondanze isotopiche usa il calcolatore?
Usa le abbondanze isotopiche rappresentative IUPAC e le masse atomiche di tutti gli isotopi stabili di ogni elemento, compresi i metalli Fe, Cu, Zn, Se, Sn, Pt, Ru, Pd, Ag e Hg.
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