MolDraw › Химические инструменты › Калькулятор изотопного распределения

Калькулятор изотопного распределения (масс-спектрометрия)

Коротко: калькулятор изотопного распределения для масс-спектрометрии: введите молекулярную формулу или SMILES и тип иона и получите все изотопные пики с m/z и относительной интенсивностью, моноизотопную, среднюю и номинальную массу, центроидный или профильный график, эмпирические правила для M+1 и M+2 и сравнение с наблюдаемыми пиками. Бесплатно, работает в браузере и не требует загрузки.

Распределение рассчитывается точно по природным распространённостям изотопов каждого элемента, включая Cl, Br, S, Si и металлы, такие как Fe, Cu, Zn, Se, Sn, Pt, Ru, Pd, Ag и Hg. Для зарядов и аддуктов учитывается масса электрона.

Быстрый ответ: CH₂Cl₂ даёт M : M+2 : M+4 = 100 : 64 : 10 при m/z 84, 86 и 88 — из (0,7576 + 0,2424)². Бромбензол даёт M : M+2 ≈ 1 : 0,97. Кофеин C₈H₁₀N₄O₂ имеет моноизотопную массу 194,0804 и [M+H]⁺ при m/z 195,0877.

Тип ввода Тип иона

Формула или SMILES

Отображение Разрешающая способность (m/Δm)

Скрыть пики ниже (% от наибольшего)

Примеры

Сравнить с наблюдаемым спектром

Наблюдаемые пики (m/z и интенсивность, по одному в строке)

Допуск совпадения (Da)

Список пиков

Как пользоваться калькулятором изотопного распределения

Введите молекулярную формулу, например C6H5Br, Pt(NH3)2Cl2 или CuSO4·5H2O, или переключите тип ввода на SMILES. Соблюдайте регистр букв (Cl, а не CL).
Выберите тип иона: M+• для электронной ионизации, [M+H]⁺ или [M+Na]⁺ для положительного электрораспыления, [M−H]⁻ для отрицательного режима. Для заряженного комплекса, например [Pt(NH3)4]2+, выберите Ion as written (ион как записан).
Посмотрите моноизотопную, среднюю и номинальную массу, затем список пиков с m/z, относительной интенсивностью и % от M.
Выберите профиль и разрешающую способность, чтобы увидеть, как пики сливаются или расщепляются на вашем приборе.
Откройте Сравнить с наблюдаемым спектром и вставьте свои пики, чтобы проверить совпадение. Сохраните результат кнопкой Скачать SVG, Скачать PNG или Скачать CSV.

Как рассчитывается изотопное распределение

У большинства элементов больше одного стабильного изотопа. Углерод — это 98,93 % ¹²C и 1,07 % ¹³C; хлор — 75,76 % ³⁵Cl и 24,24 % ³⁷Cl. Поэтому молекула выглядит в масс-спектре как группа пиков — изотопное распределение.

Для одного элемента с распространённостями изотопов a и b n атомов дают члены разложения (a + b)ⁿ. Для всей формулы распределения всех элементов перемножаются. Это свёртка многочленов. Калькулятор выполняет её точно, со всеми изотопами всех элементов, и отбрасывает только члены меньше 10⁻¹² от наибольшего пика.

Cl₂: (0,7576 + 0,2424)² = 0,574 (M) + 0,367 (M+2) + 0,059 (M+4) → 100 : 64 : 10

Три разные массы

Моноизотопная масса: рассчитывается по самому распространённому изотопу каждого элемента (¹²C, ¹H, ¹⁴N, ¹⁶O, ³⁵Cl, ⁷⁹Br, ⁵⁶Fe, ¹⁹⁵Pt). Кофеин C₈H₁₀N₄O₂ = 194,0804.
Средняя масса: рассчитывается по стандартным атомным массам, как молярная масса. Кофеин = 194,19 g/mol.
Номинальная масса: целочисленная масса по самым распространённым изотопам. Кофеин = 194.

Для ионов учитывается масса удалённых или добавленных электронов (по 0,000549 Da), а m/z — это масса, делённая на |z|. Профильный спектр рисует каждый изотопный пик с шириной FWHM = m/R, где R — разрешающая способность.

Эмпирические правила для M+1 и M+2

Изотоп	Эффект	Быстрое правило
¹³C (1,07 %)	M+1	около 1,1 % от M на атом углерода: C₁₀ даёт M+1 ≈ 11 %
¹⁵N (0,36 %)	M+1	около 0,37 % на атом азота
¹⁸O (0,20 %)	M+2	около 0,2 % на атом кислорода
³⁴S (4,25 %)	M+2	около 4,4 % на атом серы
²⁹Si, ³⁰Si	M+1, M+2	около 5,1 % и 3,4 % на атом кремния
³⁷Cl (24,24 %)	M+2	M : M+2 ≈ 3 : 1 для одного Cl
⁸¹Br (49,31 %)	M+2	M : M+2 ≈ 1 : 1 для одного Br

Кластеры хлора и брома

Галогены	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

Разобранные примеры

CH₂Cl₂ (два атома хлора)

Ионы при m/z 84, 86 и 88 от ³⁵Cl₂, ³⁵Cl³⁷Cl и ³⁷Cl₂.

0.7576² : 2 × 0.7576 × 0.2424 : 0.2424²

M : M+2 : M+4 = 100 : 64 : 10

Бромбензол C₆H₅Br

⁷⁹Br и ⁸¹Br почти равны: 50,69 % и 49,31 %.

M (m/z 156) и M+2 (m/z 158) также содержат вклад ¹³C.

M : M+2 = 100 : 97,5, M+1 = 6,5 %

CHBr₃ (бромоформ)

Три атома Br дают распределение (1 + 1)³.

Пики при m/z 250, 252, 254 и 256.

34 : 100 : 97 : 32 (близко к 1 : 3 : 3 : 1)

C₆₀ (бакминстерфуллерен)

60 атомов углерода: M+1 ≈ 60 × 1,08 % от M.

Моноизотопная масса равна ровно 720,0000 (¹²C определяет единицу массы).

M : M+1 : M+2 = 100 : 65 : 21

Кофеин при положительной ESI

C₈H₁₀N₄O₂ + H⁺ = C₈H₁₁N₄O₂⁺.

194,0804 + 1,00728 (протон) = 195,0877.

[M+H]⁺ m/z 195,0877, M+1 = 10,3 %

Ванкомицин [M+H]⁺

C₆₆H₇₅Cl₂N₉O₂₄: 66 атомов углерода и 2 атома хлора.

¹³C делает M+1 ≈ 77 %, а два Cl делают M+2 почти таким же высоким, как M.

m/z 1448,4375; M : M+1 : M+2 = 100 : 77 : 98

Цисплатин Pt(NH₃)₂Cl₂

У платины ¹⁹⁴Pt 32,9 %, ¹⁹⁵Pt 33,8 %, ¹⁹⁶Pt 25,2 % и ¹⁹⁸Pt 7,4 %, что смешивается с распределением Cl₂.

Широкий кластер от m/z 296 до 306, максимум при 300

Частые ошибки

Путаница моноизотопной и средней массы. Масс-спектрометрия высокого разрешения измеряет моноизотопный m/z; молярная масса рассчитывается по средним атомным массам.
Ожидание, что моноизотопный пик самый высокий. Примерно выше 90 атомов углерода или при наличии Br, Pt, Sn или Hg самым интенсивным часто оказывается M+1, M+2 или выше.
Забытый аддукт. При электрораспылении сам M виден редко: ищите [M+H]⁺ (+1,00728), [M+Na]⁺ (+22,98922) или [M−H]⁻.
M+2 только как два атома ¹³C. Высокий M+2 (более 30 % от M) указывает скорее на Cl, Br или S, чем на углерод.
Игнорирование зарядового состояния. Для иона 2+ изотопные пики отстоят на 0,5 m/z, а не на 1.
Неверный регистр. CO — это монооксид углерода, Co — кобальт. Пишите Cl, Br и Si со второй строчной буквой.

Нужна структура, стоящая за формулой? Нарисуйте молекулу в MolDraw — бесплатном онлайн-редакторе химических структур — и скопируйте её формулу или SMILES в калькулятор.

Открыть редактор MolDraw

Часто задаваемые вопросы

Что такое пик M+2 и чем он вызван?

Пик M+2 находится на 2 единицы массы выше моноизотопного иона. Большие пики M+2 дают ³⁷Cl (около трети от M на каждый Cl), ⁸¹Br (примерно равен M на каждый Br) и ³⁴S (около 4,4 % на каждый S). Небольшие пики M+2 дают два атома ¹³C или ¹⁸O.

Почему CH₂Cl₂ даёт пики в соотношении 100 : 64 : 10?

Каждый атом хлора — это ³⁵Cl (75,76 %) или ³⁷Cl (24,24 %). Для двух атомов хлора соотношение равно 0,7576² : 2 × 0,7576 × 0,2424 : 0,2424², то есть 100 : 64 : 10 для M, M+2 и M+4.

Как оценить число атомов углерода по пику M+1?

Разделите интенсивность M+1 (в % от M) на 1,1. M+1 в 11 % соответствует примерно 10 атомам углерода. Азот добавляет около 0,37 % на атом, поэтому для молекул, богатых азотом, оценка приблизительна.

Чем моноизотопная масса отличается от средней?

Моноизотопная масса рассчитывается по самому распространённому изотопу каждого элемента; именно её измеряет масс-спектрометрия высокого разрешения. Средняя масса рассчитывается по стандартным атомным массам и используется для молярной массы. Для кофеина это 194,0804 и 194,19.

Почему у больших молекул моноизотопный пик не самый высокий?

Каждый атом углерода с вероятностью 1,07 % является ¹³C. Примерно при 90 и более атомах углерода вероятность того, что молекула содержит хотя бы один ¹³C, превышает вероятность, что не содержит ни одного, поэтому самым высоким становится пик M+1.

Как разрешение меняет изотопное распределение?

При низкой разрешающей способности пики с одной номинальной массой сливаются в один. При высокой разрешающей способности (выше примерно 50 000 около m/z 500) появляется тонкая структура: например, пики ¹³C₂ и ³⁴S при M+2 расходятся примерно на 0,011 Da.

Какие распространённости изотопов использует калькулятор?

Он использует представительные изотопные распространённости IUPAC и атомные массы всех стабильных изотопов каждого элемента, включая металлы Fe, Cu, Zn, Se, Sn, Pt, Ru, Pd, Ag и Hg.