동위원소 패턴 계산기 (질량 분석)
요약: 질량 분석용 동위원소 패턴 계산기입니다. 분자식이나 SMILES와 이온 유형을 입력하면 m/z와 상대 세기가 있는 모든 동위원소 피크, 단일 동위원소·평균·명목 질량, 센트로이드 또는 프로파일 그래프, M+1·M+2 어림 규칙, 관측 피크와의 비교를 얻을 수 있습니다. 무료이며 웹 브라우저에서 작동하고 다운로드가 필요 없습니다.
패턴은 Cl, Br, S, Si와 Fe, Cu, Zn, Se, Sn, Pt, Ru, Pd, Ag, Hg 같은 금속을 포함한 모든 원소의 천연 동위원소 존재비로부터 정확히 계산됩니다. 전하와 부가 이온에는 전자 질량이 반영됩니다.
예제
관측 스펙트럼과 비교
피크 목록
동위원소 패턴 계산기 사용법
C6H5Br,Pt(NH3)2Cl2,CuSO4·5H2O같은 분자식을 입력하거나 입력 유형을 SMILES로 바꾸세요. 대소문자를 정확히 쓰세요(CL이 아니라 Cl).- 이온 유형을 고르세요: 전자 이온화는 M+•, 양이온 전기분무는 [M+H]⁺ 또는 [M+Na]⁺, 음이온 모드는 [M−H]⁻.
[Pt(NH3)4]2+같은 하전 착물은 입력한 그대로의 이온을 선택하세요. - 단일 동위원소·평균·명목 질량을 확인한 뒤 m/z, 상대 세기, M 대비 %가 있는 피크 목록을 보세요.
- 프로파일과 분해능을 선택하면 기기에서 피크가 합쳐지거나 갈라지는 모습을 볼 수 있습니다.
- 관측 스펙트럼과 비교를 열고 피크를 붙여 넣어 일치 여부를 확인하세요. SVG 다운로드, PNG 다운로드, CSV 다운로드로 저장하세요.
동위원소 패턴 계산 방법
대부분의 원소에는 안정 동위원소가 둘 이상 있습니다. 탄소는 ¹²C 98.93%와 ¹³C 1.07%, 염소는 ³⁵Cl 75.76%와 ³⁷Cl 24.24%입니다. 따라서 분자는 질량 스펙트럼에서 피크 묶음, 즉 동위원소 패턴으로 나타납니다.
동위원소 존재비가 a와 b인 원소 하나에서 원자 n개는 (a + b)ⁿ의 각 항을 만듭니다. 분자식 전체에서는 모든 원소의 패턴을 곱합니다. 이것은 다항식 합성곱입니다. 계산기는 모든 원소의 모든 동위원소로 이를 정확히 계산하며, 최대 피크의 10⁻¹²보다 작은 항만 버립니다.
Cl₂: (0.7576 + 0.2424)² = 0.574 (M) + 0.367 (M+2) + 0.059 (M+4) → 100 : 64 : 10
세 가지 질량
- 단일 동위원소 질량: 각 원소의 가장 풍부한 동위원소(¹²C, ¹H, ¹⁴N, ¹⁶O, ³⁵Cl, ⁷⁹Br, ⁵⁶Fe, ¹⁹⁵Pt)를 사용합니다. 카페인 C₈H₁₀N₄O₂ = 194.0804.
- 평균 질량: 몰질량처럼 표준 원자량을 사용합니다. 카페인 = 194.19 g/mol.
- 명목 질량: 가장 풍부한 동위원소로 구한 정수 질량입니다. 카페인 = 194.
이온의 경우 빠지거나 더해진 전자의 질량(개당 0.000549 Da)이 포함되며, m/z는 질량을 |z|로 나눈 값입니다. 프로파일 스펙트럼은 각 동위원소 피크를 FWHM = m/R(R은 분해능) 폭으로 그립니다.
M+1과 M+2 어림 규칙
| 동위원소 | 효과 | 간단 규칙 |
|---|---|---|
| ¹³C (1.07%) | M+1 | 탄소 원자 하나당 M의 약 1.1%: C₁₀이면 M+1 ≈ 11% |
| ¹⁵N (0.36%) | M+1 | 질소 하나당 약 0.37% |
| ¹⁸O (0.20%) | M+2 | 산소 하나당 약 0.2% |
| ³⁴S (4.25%) | M+2 | 황 하나당 약 4.4% |
| ²⁹Si, ³⁰Si | M+1, M+2 | 규소 하나당 약 5.1%와 3.4% |
| ³⁷Cl (24.24%) | M+2 | Cl 하나일 때 M : M+2 ≈ 3 : 1 |
| ⁸¹Br (49.31%) | M+2 | Br 하나일 때 M : M+2 ≈ 1 : 1 |
염소와 브로민 클러스터
| 할로젠 | 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 |
풀이 예제
CH₂Cl₂ (염소 두 개)
³⁵Cl₂, ³⁵Cl³⁷Cl, ³⁷Cl₂에 의한 m/z 84, 86, 88의 이온.
0.7576² : 2 × 0.7576 × 0.2424 : 0.2424²
M : M+2 : M+4 = 100 : 64 : 10
브로모벤젠 C₆H₅Br
⁷⁹Br과 ⁸¹Br은 거의 같습니다: 50.69%와 49.31%.
M(m/z 156)과 M+2(m/z 158)에도 ¹³C 기여가 있습니다.
M : M+2 = 100 : 97.5, M+1 = 6.5%
CHBr₃ (브로모폼)
Br 원자 세 개가 (1 + 1)³ 패턴을 만듭니다.
m/z 250, 252, 254, 256의 피크.
34 : 100 : 97 : 32 (1 : 3 : 3 : 1에 가까움)
C₆₀ (버크민스터풀러렌)
탄소 60개: M+1 ≈ M의 60 × 1.08%.
단일 동위원소 질량은 정확히 720.0000입니다(¹²C가 질량 단위를 정의).
M : M+1 : M+2 = 100 : 65 : 21
양이온 ESI에서의 카페인
C₈H₁₀N₄O₂ + H⁺ = C₈H₁₁N₄O₂⁺.
194.0804 + 1.00728 (양성자) = 195.0877.
[M+H]⁺ m/z 195.0877, M+1 = 10.3%
반코마이신 [M+H]⁺
C₆₆H₇₅Cl₂N₉O₂₄: 탄소 66개와 염소 2개.
¹³C 때문에 M+1 ≈ 77%이고, Cl 두 개 때문에 M+2가 M과 거의 같은 높이입니다.
m/z 1448.4375; M : M+1 : M+2 = 100 : 77 : 98
시스플라틴 Pt(NH₃)₂Cl₂
백금은 ¹⁹⁴Pt 32.9%, ¹⁹⁵Pt 33.8%, ¹⁹⁶Pt 25.2%, ¹⁹⁸Pt 7.4%이며 Cl₂ 패턴과 섞입니다.
m/z 296–306의 넓은 클러스터, 300에서 가장 높음
흔한 실수
- 단일 동위원소 질량과 평균 질량을 혼동합니다. 고분해능 MS는 단일 동위원소 m/z를 측정하고, 몰질량은 평균 원자량을 사용합니다.
- 단일 동위원소 피크가 가장 높다고 기대합니다. 탄소가 약 90개를 넘거나 Br, Pt, Sn, Hg가 있으면 가장 강한 피크는 M+1, M+2 또는 그 이상인 경우가 많습니다.
- 부가 이온을 잊습니다. 전기분무에서는 M 자체가 거의 보이지 않습니다: [M+H]⁺(+1.00728), [M+Na]⁺(+22.98922), [M−H]⁻를 찾으세요.
- M+2를 ¹³C 두 개로만 해석합니다. 높은 M+2(M의 30% 이상)는 탄소보다 Cl, Br, S를 가리킵니다.
- 전하 상태를 무시합니다. 2+ 이온에서는 동위원소 피크 간격이 1이 아니라 0.5 m/z입니다.
- 대소문자 오류. CO는 일산화 탄소, Co는 코발트입니다. Cl, Br, Si의 두 번째 글자는 소문자로 쓰세요.
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MolDraw 편집기 열기자주 묻는 질문
M+2 피크란 무엇이며 왜 생기나요?
M+2 피크는 단일 동위원소 이온보다 질량이 2 큰 피크입니다. 큰 M+2 피크는 ³⁷Cl(Cl 하나당 M의 약 1/3), ⁸¹Br(Br 하나당 M과 비슷), ³⁴S(S 하나당 약 4.4%)에서 옵니다. 작은 M+2 피크는 ¹³C 두 개나 ¹⁸O에서 옵니다.
CH₂Cl₂는 왜 100 : 64 : 10 비율의 피크를 보이나요?
각 염소는 ³⁵Cl(75.76%) 또는 ³⁷Cl(24.24%)입니다. 염소가 둘이면 비율은 0.7576² : 2 × 0.7576 × 0.2424 : 0.2424²로, M, M+2, M+4가 100 : 64 : 10입니다.
M+1 피크로 탄소 수를 어떻게 추정하나요?
M+1 세기(M에 대한 %)를 1.1로 나누세요. M+1이 11%이면 탄소가 약 10개입니다. 질소는 원자당 약 0.37%를 더하므로 N이 많은 분자에서는 대략적인 추정입니다.
단일 동위원소 질량과 평균 질량은 어떻게 다른가요?
단일 동위원소 질량은 각 원소의 가장 풍부한 동위원소를 사용하며 고분해능 MS가 측정하는 값입니다. 평균 질량은 표준 원자량을 사용하며 몰질량에 씁니다. 카페인은 각각 194.0804와 194.19입니다.
큰 분자에서는 왜 단일 동위원소 피크가 가장 높지 않나요?
각 탄소가 ¹³C일 확률은 1.07%입니다. 탄소가 약 90개 이상이면 분자에 ¹³C가 하나 이상 있을 확률이 하나도 없을 확률보다 커져 M+1이 가장 높은 피크가 됩니다.
분해능은 동위원소 패턴을 어떻게 바꾸나요?
분해능이 낮으면 명목 질량이 같은 피크가 하나로 합쳐집니다. 분해능이 높으면(m/z 500 근처에서 약 50 000 이상) 미세 구조가 나타납니다. 예를 들어 M+2의 ¹³C₂와 ³⁴S 피크가 약 0.011 Da 차이로 분리됩니다.
계산기는 어떤 동위원소 존재비를 사용하나요?
금속 Fe, Cu, Zn, Se, Sn, Pt, Ru, Pd, Ag, Hg를 포함해 각 원소의 모든 안정 동위원소에 대해 IUPAC 대표 동위원소 존재비와 원자 질량을 사용합니다.
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