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同位体パターン計算ツール（質量分析）
概要：質量分析用の同位体パターン計算ツールです。分子式またはSMILESとイオンの種類を入力すると、m/zと相対強度付きのすべての同位体ピーク、モノアイソトピック・平均・ノミナル質量、セントロイドまたはプロファイルのグラフ、M+1とM+2の経験則、実測ピークとの比較が得られます。無料でWebブラウザ上で動作し、インストールは不要です。
パターンは、Cl、Br、S、Si、およびFe、Cu、Zn、Se、Sn、Pt、Ru、Pd、Ag、Hgなどの金属を含むすべての元素の天然同位体存在比から厳密に計算されます。電荷と付加イオンには電子の質量も含めています。
例
実測スペクトルと比較
ピーク一覧
同位体パターン計算ツールの使い方
C6H5Br、Pt(NH3)2Cl2、CuSO4·5H2Oのような分子式を入力するか、入力の種類をSMILESに切り替えます。大文字・小文字は正しく入力してください（CLではなくCl）。- イオンの種類を選びます：電子イオン化ならM+•、正イオンモードのエレクトロスプレーなら[M+H]⁺や[M+Na]⁺、負イオンモードなら[M−H]⁻です。
[Pt(NH3)4]2+のような荷電錯体には記載どおりのイオンを選びます。 - モノアイソトピック・平均・ノミナル質量を確認し、次にm/z、相対強度、Mに対する%を示したピーク一覧を読みます。
- プロファイルと分解能を選ぶと、お使いの装置でピークがどのようにまとまったり分かれたりするかがわかります。
- 実測スペクトルと比較を開いてピークを貼り付け、一致を確認します。SVGをダウンロード、PNGをダウンロード、CSVをダウンロードで保存できます。
同位体パターンの計算方法
ほとんどの元素には複数の安定同位体があります。炭素は¹²Cが98.93%、¹³Cが1.07%、塩素は³⁵Clが75.76%、³⁷Clが24.24%です。そのため分子はマススペクトル上でピークのクラスター、つまり同位体パターンとして現れます。
同位体存在比がaとbの元素1種類では、n個の原子で(a + b)ⁿの各項が得られます。分子式全体では、すべての元素のパターンを掛け合わせます。これは多項式の畳み込みです。この計算ツールはすべての元素のすべての同位体について厳密に計算し、最大ピークの10⁻¹²未満の項だけを切り捨てます。
Cl₂：(0.7576 + 0.2424)² = 0.574 (M) + 0.367 (M+2) + 0.059 (M+4) → 100 : 64 : 10
3種類の質量
- モノアイソトピック質量：各元素で最も存在比の高い同位体（¹²C、¹H、¹⁴N、¹⁶O、³⁵Cl、⁷⁹Br、⁵⁶Fe、¹⁹⁵Pt）を使います。カフェインC₈H₁₀N₄O₂ = 194.0804。
- 平均質量：モル質量と同様に標準原子量を使います。カフェイン = 194.19 g/mol。
- ノミナル質量：最も存在比の高い同位体から求めた整数質量。カフェイン = 194。
イオンでは、取り除かれた・加えられた電子の質量（1個あたり0.000549 Da）を含め、m/zは質量を|z|で割った値です。プロファイルスペクトルでは各同位体ピークを幅FWHM = m/R（Rは分解能）で描きます。
M+1とM+2の経験則
| 同位体 | 影響 | 簡易則 |
|---|---|---|
| ¹³C（1.07%） | M+1 | 炭素1原子につきMの約1.1%：C₁₀ではM+1 ≈ 11% |
| ¹⁵N（0.36%） | M+1 | 窒素1原子につき約0.37% |
| ¹⁸O（0.20%） | M+2 | 酸素1原子につき約0.2% |
| ³⁴S（4.25%） | M+2 | 硫黄1原子につき約4.4% |
| ²⁹Si、³⁰Si | M+1、M+2 | ケイ素1原子につき約5.1%と3.4% |
| ³⁷Cl（24.24%） | M+2 | Cl 1個でM : M+2 ≈ 3 : 1 |
| ⁸¹Br（49.31%） | M+2 | Br 1個でM : M+2 ≈ 1 : 1 |
塩素と臭素のクラスター
| ハロゲン | 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 |
例題
CH₂Cl₂（塩素2個）
³⁵Cl₂、³⁵Cl³⁷Cl、³⁷Cl₂によるm/z 84、86、88のイオン。
0.7576² : 2 × 0.7576 × 0.2424 : 0.2424²
M : M+2 : M+4 = 100 : 64 : 10
ブロモベンゼン C₆H₅Br
⁷⁹Brと⁸¹Brはほぼ等量：50.69%と49.31%。
M（m/z 156）とM+2（m/z 158）にも¹³Cの寄与があります。
M : M+2 = 100 : 97.5、M+1 = 6.5%
CHBr₃（ブロモホルム）
Br原子3個で(1 + 1)³のパターンになります。
m/z 250、252、254、256にピーク。
34 : 100 : 97 : 32（1 : 3 : 3 : 1に近い）
C₆₀（バックミンスターフラーレン）
炭素60個：M+1 ≈ Mの60 × 1.08%。
モノアイソトピック質量はちょうど720.0000です（¹²Cが質量単位を定義するため）。
M : M+1 : M+2 = 100 : 65 : 21
正イオンESIでのカフェイン
C₈H₁₀N₄O₂ + H⁺ = C₈H₁₁N₄O₂⁺。
194.0804 + 1.00728（プロトン）= 195.0877。
[M+H]⁺ m/z 195.0877、M+1 = 10.3%
バンコマイシン [M+H]⁺
C₆₆H₇₅Cl₂N₉O₂₄：炭素66個と塩素2個。
¹³CによりM+1 ≈ 77%となり、Cl 2個によりM+2はMとほぼ同じ高さになります。
m/z 1448.4375、M : M+1 : M+2 = 100 : 77 : 98
シスプラチン Pt(NH₃)₂Cl₂
白金は¹⁹⁴Pt 32.9%、¹⁹⁵Pt 33.8%、¹⁹⁶Pt 25.2%、¹⁹⁸Pt 7.4%で、これにCl₂のパターンが重なります。
m/z 296〜306にわたる幅広いクラスター、最大は300
よくある間違い
- モノアイソトピック質量と平均質量を混同する。高分解能MSはモノアイソトピックのm/zを測定し、モル質量は平均原子量を使います。
- モノアイソトピックピークが最も高いと思い込む。炭素がおよそ90個を超える場合や、Br、Pt、Sn、Hgを含む場合は、最も強いピークがM+1、M+2またはそれ以上になることがよくあります。
- 付加イオンを忘れる。エレクトロスプレーではM自体はほとんど見られません。[M+H]⁺（+1.00728）、[M+Na]⁺（+22.98922）、[M−H]⁻を探しましょう。
- M+2を¹³C 2個だけによるものと読む。M+2が高い（Mの30%超）場合は、炭素ではなくCl、Br、Sを示しています。
- 電荷状態を無視する。2+イオンでは同位体ピークの間隔は1ではなく0.5 m/zです。
- 大文字・小文字の誤り。COは一酸化炭素、Coはコバルトです。Cl、Br、Siは2文字目を小文字で書きます。
分子式の背後にある構造が必要ですか？無料のオンライン化学構造式エディタMolDrawで分子を描き、その分子式やSMILESを計算ツールにコピーしましょう。
MolDrawエディターを開くよくある質問
M+2ピークとは何で、何が原因ですか？
M+2ピークはモノアイソトピックイオンより質量が2大きいピークです。大きなM+2ピークは³⁷Cl（Cl 1個につきMの約3分の1）、⁸¹Br（Br 1個につきMとほぼ同じ）、³⁴S（S 1個につき約4.4%）に由来します。小さなM+2ピークは¹³C 2個や¹⁸Oによるものです。
CH₂Cl₂のピークが100 : 64 : 10の比になるのはなぜですか？
各塩素は³⁵Cl（75.76%）か³⁷Cl（24.24%）です。塩素2個では比は0.7576² : 2 × 0.7576 × 0.2424 : 0.2424²となり、M、M+2、M+4で100 : 64 : 10になります。
M+1ピークから炭素数を見積もるには？
M+1の強度（Mに対する%）を1.1で割ります。M+1が11%なら炭素は約10個です。窒素は1原子あたり約0.37%加わるので、Nの多い分子では大まかな見積もりになります。
モノアイソトピック質量と平均質量の違いは何ですか？
モノアイソトピック質量は各元素で最も存在比の高い同位体を使い、高分解能MSで測定される値です。平均質量は標準原子量を使い、モル質量に用いられます。カフェインではそれぞれ194.0804と194.19です。
大きな分子でモノアイソトピックピークが最も高くならないのはなぜですか？
各炭素が¹³Cである確率は1.07%です。炭素が約90個以上になると、分子が¹³Cを少なくとも1つ含む確率が1つも含まない確率を上回るため、M+1が最も高いピークになります。
分解能によって同位体パターンはどう変わりますか？
分解能が低いと、同じノミナル質量のピークは1本にまとまります。分解能が高いと（m/z 500付近で約50 000以上）微細構造が現れ、たとえばM+2の¹³C₂ピークと³⁴Sピークが約0.011 Da離れて分かれます。
計算ツールはどの同位体存在比を使っていますか？
各元素のすべての安定同位体について、IUPACの代表的な同位体存在比と原子質量を使っています。金属のFe、Cu、Zn、Se、Sn、Pt、Ru、Pd、Ag、Hgも含みます。
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