Padrões isotópicos em espectrometria de massas: como ler M+1, M+2 e agrupamentos de halogênios
Resposta curta: um padrão isotópico é o agrupamento de picos que uma molécula gera porque seus átomos têm vários isótopos. O carbono acrescenta cerca de 1,1% de M por carbono em M+1. Um cloro dá M : M+2 ≈ 3 : 1, um bromo ≈ 1 : 1, e o enxofre acrescenta 4,4% em M+2. O CH₂Cl₂ mostra 100 : 64 : 10 em m/z 84, 86 e 88. A calculadora de padrão isotópico, gratuita, calcula o padrão exato de qualquer fórmula ou SMILES, com adutos, resolução e comparação com o seu espectro.
Termos-chave em um só lugar
| Padrão isotópico | O agrupamento de picos que uma molécula gera em um espectro de massas porque seus átomos existem em diferentes isótopos. |
|---|---|
| M, M+1, M+2 | M é o íon monoisotópico. M+1 e M+2 são 1 e 2 unidades de massa mais pesados. |
| Massa monoisotópica | Massa calculada com o isótopo mais abundante de cada elemento. Cafeína C₈H₁₀N₄O₂: 194,0804. |
| Massa média | Massa calculada com as massas atômicas padrão. Cafeína: 194,19 g/mol. |
| Massa nominal | Massa inteira obtida dos isótopos mais abundantes. Cafeína: 194. |
| Poder de resolução | R = m/Δm, em que Δm é a largura do pico a meia altura (FWHM). |
Regras práticas dos isótopos
| Elemento | Isótopo pesado | Abundância natural | Efeito no padrão |
|---|---|---|---|
| C | ¹³C | 1.07% | M+1 ≈ 1,1% de M por carbono |
| N | ¹⁵N | 0.36% | M+1 ≈ 0,37% por nitrogênio |
| O | ¹⁸O | 0.20% | M+2 ≈ 0,2% por oxigênio |
| S | ³⁴S | 4.25% | M+2 ≈ 4,4% por enxofre |
| Cl | ³⁷Cl | 24.24% | M : M+2 ≈ 3 : 1 por cloro |
| Br | ⁸¹Br | 49.31% | M : M+2 ≈ 1 : 1 por bromo |
| F, P, I, Na | nenhuma | 100% um único isótopo | nenhum pico extra |
Com vários halogênios, desenvolva o binômio. Para n cloros, o padrão é aproximadamente (3 + 1)ⁿ. Dois Cl dão 100 : 64 : 10, três Cl dão 100 : 96 : 31 : 3, dois Br dão 51 : 100 : 49 e três Br dão 34 : 100 : 97 : 32.
Como um padrão isotópico exato é calculado
Cada elemento contribui com um pequeno polinômio: as massas de seus isótopos com suas abundâncias. Para o cloro, é 0,7576 (massa 35) + 0,2424 (massa 37). Uma molécula com n átomos de cloro eleva esse polinômio à potência n. Os polinômios de todos os elementos são então multiplicados entre si. Isso se chama convolução polinomial.
A calculadora de padrão isotópico faz isso de forma exata para todos os isótopos estáveis de todos os elementos e guarda a massa média de cada pico. Ela descarta só termos menores que 10⁻¹² do maior. Para um espectro em perfil, também mantém a estrutura fina, então picos que diferem por poucos mDa podem se separar em alto poder de resolução.
Como usar a calculadora de padrão isotópico
- Abra a calculadora de padrão isotópico.
- Escolha o Tipo de entrada: Fórmula molecular ou SMILES. Digite em Fórmula ou SMILES, por exemplo
C6H5BrouPt(NH3)2Cl2. - Escolha o Tipo de íon: M+• para IE, [M+H]⁺, [M+Na]⁺ ou [M+K]⁺ para ESI positivo, [M−H]⁻ ou [M+Cl]⁻ para o modo negativo, ou Íon como escrito para uma fórmula carregada como
[Pt(NH3)4]2+. - Leia a massa monoisotópica, média e nominal, o pico mais intenso e os valores de M+1 e M+2 com suas estimativas pelas regras práticas.
- Defina Exibição como Perfil (escolha a resolução) e digite um Poder de resolução (m/Δm) para ver a forma no seu instrumento.
- Abra Comparar com um espectro observado, cole seus pares de m/z e intensidade e leia o veredito da comparação. Clique em Carregar um exemplo para testar.
- Salve com Baixar SVG, Baixar PNG ou Baixar CSV.
Exemplos resolvidos
1. Diclorometano, CH₂Cl₂
Os íons ³⁵Cl₂, ³⁵Cl³⁷Cl e ³⁷Cl₂ aparecem em m/z 84, 86 e 88. Proporção = 0,7576² : 2 × 0,7576 × 0,2424 : 0,2424² = 100 : 64 : 10. O pequeno M+1 (1,1%) vem do único carbono.
2. Bromobenzeno, C₆H₅Br
M em m/z 156 e M+2 em m/z 158 na proporção 100 : 97,5, porque o ⁷⁹Br e o ⁸¹Br são 50,69% e 49,31%. O M+1 é 6,5%, vindo de seis carbonos.
3. Cafeína em eletrospray positivo
C₈H₁₀N₄O₂ tem massa monoisotópica de 194,0804. Somar um próton (1,00728) dá o [M+H]⁺ em m/z 195,0877. O M+1 é 10,3% de M: 8 × 1,08% do carbono mais 4 × 0,37% do nitrogênio.
4. Fulereno C₆₀
Massa monoisotópica de 720,0000. Com 60 carbonos, o M+1 é 65% e o M+2 é 21% de M. Acima de cerca de 90 carbonos, o M+1 ficaria mais alto que o M.
5. Vancomicina, C₆₆H₇₅Cl₂N₉O₂₄
[M+H]⁺ em m/z 1448,4375. Os 66 carbonos deixam o M+1 em cerca de 77%, e os dois cloros levam o M+2 a cerca de 98%, então M, M+1 e M+2 têm quase a mesma altura.
6. Cisplatina, Pt(NH₃)₂Cl₂
A platina tem quatro isótopos principais (¹⁹⁴Pt 32,9%, ¹⁹⁵Pt 33,8%, ¹⁹⁶Pt 25,2%, ¹⁹⁸Pt 7,4%). Combinado com o Cl₂, o agrupamento se espalha de m/z 296 a 306, e o pico mais alto fica em m/z 300, não no monoisotópico 299.
Tabela-resumo: o que o padrão diz
| O que você vê | Causa provável |
|---|---|
| M+1 ≈ 1,1% × n de M | n átomos de carbono |
| M+2 ≈ 33% de M | um cloro |
| M+2 ≈ M | um bromo |
| M : M+2 : M+4 ≈ 100 : 64 : 10 | dois cloros |
| M : M+2 : M+4 ≈ 1 : 2 : 1 | dois bromos |
| M+2 ≈ 4 a 5% de M | um enxofre |
| Picos isotópicos a 0,5 de distância | um íon 2+ |
| Agrupamento largo com muitos picos | um metal com vários isótopos (Sn, Pt, Hg, Ru, Pd) |
Erros comuns
- Comparar um pico de ESI com a massa neutra. Some ou subtraia o aduto antes.
- Usar a massa média em trabalhos de alta resolução. A EMAR mede o m/z monoisotópico.
- Supor que M é sempre o pico mais alto. Moléculas grandes e muitos metais têm o pico mais alto acima de M.
- Esquecer a massa do elétron no m/z exato. Ela é de 0,000549 Da por carga, o que importa no nível de ppm.
- Escrever CO para cobalto ou CL para cloro. Use Co e Cl.
Dicas para provas
- Ensino médio: um par 3 : 1 separado por duas unidades significa um Cl; um par 1 : 1 significa um Br. Três picos 1 : 2 : 1 significam dois Br; 9 : 6 : 1 significam dois Cl.
- Questões de espectrometria de massas: número de carbonos ≈ (altura de M+1 / altura de M) × 100 / 1,1.
- Questões sobre isótopos: espectros de massas de elementos dão as abundâncias isotópicas diretamente. Massa atômica média = Σ (massa do isótopo × fração).
- Vestibulares: pratique o cálculo da massa atômica média a partir de dados isotópicos, por exemplo Cl: 0,7576 × 34,969 + 0,2424 × 36,966 = 35,45.
- Graduação: use a massa exata (dentro de 5 ppm) junto com o padrão isotópico para escolher entre fórmulas candidatas, e use os picos A+2 para contar S, Cl e Br.
Confira qualquer fórmula com a calculadora de padrão isotópico e depois compare com o seu espectro no visualizador de espectros de massas.
Perguntas e respostas
O que é um padrão isotópico em espectrometria de massas?
É o grupo de picos que uma molécula gera porque seus átomos existem como diferentes isótopos. As alturas relativas de M, M+1, M+2 e assim por diante dependem dos elementos e de quantos átomos de cada há.
Como reconheço cloro e bromo em um espectro de massas?
Um cloro dá M e M+2 na proporção 3 : 1. Um bromo dá M e M+2 na proporção 1 : 1. Dois cloros dão 100 : 64 : 10, e dois bromos dão cerca de 1 : 2 : 1.
Como encontro o número de átomos de carbono pelo pico M+1?
Divida a altura de M+1 (como porcentagem de M) por 1,1. Um M+1 de 11% significa cerca de 10 carbonos. O nitrogênio acrescenta cerca de 0,37% por átomo, então subtraia isso antes se houver N.
Qual é a massa monoisotópica da cafeína?
A cafeína, C₈H₁₀N₄O₂, tem massa monoisotópica de 194,0804 e massa média de 194,19. Seu íon [M+H]⁺ aparece em m/z 195,0877.
Por que o pico mais alto não é o monoisotópico em moléculas grandes?
Cada carbono tem 1,07% de chance de ser ¹³C. Com cerca de 90 carbonos ou mais, a maioria das moléculas tem pelo menos um ¹³C, então o pico M+1 fica mais alto que o M.
Qual a diferença entre os modos centroide e perfil?
O modo centroide mostra uma barra por pico isotópico. O modo perfil mostra a forma real do pico, com largura definida pelo poder de resolução, FWHM = m/R, então picos próximos se fundem em baixa resolução e se separam em alta resolução.
Por que os picos isotópicos de alguns íons ficam a 0,5 de distância?
O espaçamento é 1/z. Um íon com carga dupla, como [M+2H]²⁺, tem picos isotópicos a 0,5 m/z de distância, e um íon com carga tripla tem picos a 0,33.