รูปแบบไอโซโทปในแมสสเปกโทรเมทรี: วิธีอ่าน M+1, M+2 และกลุ่มพีกของแฮโลเจน
คำตอบสั้น ๆ: รูปแบบไอโซโทปคือกลุ่มพีกที่โมเลกุลให้ เพราะอะตอมของมันมีหลายไอโซโทป คาร์บอนเพิ่มประมาณ 1.1% ของ M ต่อคาร์บอนหนึ่งอะตอมที่ M+1 คลอรีนหนึ่งอะตอมให้ M : M+2 ≈ 3 : 1 โบรมีนหนึ่งอะตอม ≈ 1 : 1 และกำมะถันเพิ่ม 4.4% ที่ M+2 CH₂Cl₂ แสดง 100 : 64 : 10 ที่ m/z 84, 86 และ 88 เครื่องคำนวณรูปแบบไอโซโทปที่ใช้ฟรีคำนวณรูปแบบแม่นตรงของสูตรหรือ SMILES ใดก็ได้ พร้อมแอดดักต์ ความละเอียด และการเปรียบเทียบกับสเปกตรัมของคุณ
คำศัพท์สำคัญในที่เดียว
| รูปแบบไอโซโทป | กลุ่มพีกที่โมเลกุลให้ในแมสสเปกตรัม เพราะอะตอมของมันมีหลายไอโซโทป |
|---|---|
| M, M+1, M+2 | M คือไอออนโมโนไอโซโทปิก M+1 และ M+2 หนักกว่า 1 และ 2 หน่วยมวล |
| มวลโมโนไอโซโทปิก | มวลที่ใช้ไอโซโทปที่พบมากที่สุดของแต่ละธาตุ คาเฟอีน C₈H₁₀N₄O₂: 194.0804 |
| มวลเฉลี่ย | มวลที่ใช้มวลอะตอมมาตรฐาน คาเฟอีน: 194.19 g/mol |
| มวลนอมินัล | มวลจำนวนเต็มจากไอโซโทปที่พบมากที่สุด คาเฟอีน: 194 |
| กำลังแยก | R = m/Δm โดย Δm คือความกว้างของพีกที่ครึ่งความสูง (FWHM) |
กฎคร่าว ๆ ของไอโซโทป
| องค์ประกอบ | ไอโซโทปหนัก | ความอุดมสมบูรณ์ในธรรมชาติ | ผลต่อรูปแบบ |
|---|---|---|---|
| C | ¹³C | 1.07% | M+1 ≈ 1.1% ของ M ต่อคาร์บอนหนึ่งอะตอม |
| N | ¹⁵N | 0.36% | M+1 ≈ 0.37% ต่อไนโตรเจนหนึ่งอะตอม |
| O | ¹⁸O | 0.20% | M+2 ≈ 0.2% ต่อออกซิเจนหนึ่งอะตอม |
| S | ³⁴S | 4.25% | M+2 ≈ 4.4% ต่อกำมะถันหนึ่งอะตอม |
| Cl | ³⁷Cl | 24.24% | M : M+2 ≈ 3 : 1 ต่อคลอรีนหนึ่งอะตอม |
| Br | ⁸¹Br | 49.31% | M : M+2 ≈ 1 : 1 ต่อโบรมีนหนึ่งอะตอม |
| F, P, I, Na | ไม่มี | ไอโซโทปเดียว 100% | ไม่มีพีกเพิ่ม |
เมื่อมีแฮโลเจนหลายอะตอม ให้กระจายทวินาม สำหรับคลอรีน n อะตอม รูปแบบประมาณ (3 + 1)ⁿ Cl สองอะตอมให้ 100 : 64 : 10 Cl สามอะตอมให้ 100 : 96 : 31 : 3 Br สองอะตอมให้ 51 : 100 : 49 และ Br สามอะตอมให้ 34 : 100 : 97 : 32
การคำนวณรูปแบบไอโซโทปแบบแม่นตรง
แต่ละธาตุมีพหุนามเล็ก ๆ ของตัวเอง: มวลไอโซโทปพร้อมความอุดมสมบูรณ์ สำหรับคลอรีนคือ 0.7576 (มวล 35) + 0.2424 (มวล 37) โมเลกุลที่มีคลอรีน n อะตอมจะยกกำลังพหุนามนี้ด้วย n แล้วนำพหุนามของทุกธาตุมาคูณกัน เรียกว่าการคอนโวลูชันของพหุนาม
เครื่องคำนวณรูปแบบไอโซโทปคำนวณแบบแม่นตรงสำหรับทุกไอโซโทปเสถียรของทุกธาตุ และเก็บมวลเฉลี่ยของแต่ละพีก ตัดทิ้งเฉพาะพจน์ที่เล็กกว่า 10⁻¹² ของพจน์ที่ใหญ่ที่สุด สำหรับสเปกตรัมแบบ profile ยังเก็บโครงสร้างละเอียดไว้ พีกที่ต่างกันไม่กี่ mDa จึงแยกออกได้ที่กำลังแยกสูง
วิธีใช้เครื่องคำนวณรูปแบบไอโซโทป
- เปิดเครื่องคำนวณรูปแบบไอโซโทป
- เลือก ชนิดอินพุต: สูตรโมเลกุล หรือ SMILES พิมพ์ใน สูตรหรือ SMILES เช่น
C6H5BrหรือPt(NH3)2Cl2 - เลือก ชนิดไอออน: M+• สำหรับ EI, [M+H]⁺, [M+Na]⁺ หรือ [M+K]⁺ สำหรับ ESI โหมดบวก, [M−H]⁻ หรือ [M+Cl]⁻ สำหรับโหมดลบ หรือ Ion as written สำหรับสูตรที่มีประจุ เช่น
[Pt(NH3)4]2+ - อ่านมวลโมโนไอโซโทปิก มวลเฉลี่ย และมวลนอมินัล พีกที่เข้มที่สุด และค่า M+1 และ M+2 พร้อมค่าประมาณตามกฎคร่าว ๆ
- ตั้ง การแสดงผล เป็น โปรไฟล์ (เลือกความละเอียด) แล้วพิมพ์ กำลังแยก (m/Δm) เพื่อดูรูปร่างบนเครื่องมือของคุณ
- เปิด เปรียบเทียบกับสเปกตรัมที่วัดได้ วางคู่ค่า m/z และความเข้มของคุณ แล้วอ่านผลการจับคู่ กด โหลดตัวอย่าง เพื่อทดลอง
- บันทึกด้วย ดาวน์โหลด SVG ดาวน์โหลด PNG หรือ ดาวน์โหลด CSV
ตัวอย่างโจทย์
1. ไดคลอโรมีเทน CH₂Cl₂
ไอออน ³⁵Cl₂, ³⁵Cl³⁷Cl และ ³⁷Cl₂ ปรากฏที่ m/z 84, 86 และ 88 อัตราส่วน = 0.7576² : 2 × 0.7576 × 0.2424 : 0.2424² = 100 : 64 : 10 M+1 เล็ก ๆ (1.1%) มาจากคาร์บอนหนึ่งอะตอม
2. โบรโมเบนซีน C₆H₅Br
M ที่ m/z 156 และ M+2 ที่ m/z 158 ในอัตราส่วน 100 : 97.5 เพราะ ⁷⁹Br และ ⁸¹Br มี 50.69% และ 49.31% M+1 เป็น 6.5% จากคาร์บอนหกอะตอม
3. คาเฟอีนในอิเล็กโทรสเปรย์โหมดบวก
C₈H₁₀N₄O₂ มีมวลโมโนไอโซโทปิก 194.0804 การเติมโปรตอน (1.00728) ให้ [M+H]⁺ ที่ m/z 195.0877 M+1 เป็น 10.3% ของ M: 8 × 1.08% จากคาร์บอน บวก 4 × 0.37% จากไนโตรเจน
4. ฟูลเลอรีน C₆₀
มวลโมโนไอโซโทปิก 720.0000 ด้วยคาร์บอน 60 อะตอม M+1 เป็น 65% และ M+2 เป็น 21% ของ M เมื่อเกินประมาณ 90 คาร์บอน M+1 จะสูงกว่า M
5. แวนโคมัยซิน C₆₆H₇₅Cl₂N₉O₂₄
[M+H]⁺ ที่ m/z 1448.4375 คาร์บอน 66 อะตอมทำให้ M+1 ประมาณ 77% และคลอรีนสองอะตอมดัน M+2 ไปประมาณ 98% M, M+1 และ M+2 จึงสูงเกือบเท่ากัน
6. ซิสพลาติน Pt(NH₃)₂Cl₂
แพลทินัมมีไอโซโทปหลักสี่ตัว (¹⁹⁴Pt 32.9%, ¹⁹⁵Pt 33.8%, ¹⁹⁶Pt 25.2%, ¹⁹⁸Pt 7.4%) เมื่อรวมกับ Cl₂ กลุ่มพีกกระจายตั้งแต่ m/z 296 ถึง 306 และพีกที่สูงที่สุดอยู่ที่ m/z 300 ไม่ใช่ที่พีกโมโนไอโซโทปิก 299
ตารางสรุป: รูปแบบบอกอะไรคุณ
| สิ่งที่เห็น | สาเหตุที่น่าจะเป็น |
|---|---|
| M+1 ≈ 1.1% × n ของ M | คาร์บอน n อะตอม |
| M+2 ≈ 33% ของ M | คลอรีนหนึ่งอะตอม |
| M+2 ≈ M | โบรมีนหนึ่งอะตอม |
| M : M+2 : M+4 ≈ 100 : 64 : 10 | คลอรีนสองอะตอม |
| M : M+2 : M+4 ≈ 1 : 2 : 1 | โบรมีนสองอะตอม |
| M+2 ≈ 4 ถึง 5% ของ M | กำมะถันหนึ่งอะตอม |
| พีกไอโซโทปห่างกัน 0.5 | ไอออนประจุ 2+ |
| กลุ่มพีกกว้างที่มีหลายพีก | โลหะที่มีหลายไอโซโทป (Sn, Pt, Hg, Ru, Pd) |
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย
- เปรียบเทียบพีก ESI กับมวลของโมเลกุลที่เป็นกลาง ให้บวกหรือลบแอดดักต์ก่อน
- ใช้มวลเฉลี่ยในงานความละเอียดสูง HRMS วัด m/z แบบโมโนไอโซโทปิก
- คิดว่า M เป็นพีกที่สูงที่สุดเสมอ โมเลกุลขนาดใหญ่และโลหะหลายชนิดมีพีกที่สูงที่สุดอยู่เหนือ M
- ลืมมวลอิเล็กตรอนสำหรับ m/z แม่นตรง มีค่า 0.000549 Da ต่อประจุ ซึ่งมีผลในระดับ ppm
- เขียน CO แทนโคบอลต์หรือ CL แทนคลอรีน ให้ใช้ Co และ Cl
เคล็ดลับการสอบ
- A-level และ IB: คู่พีก 3 : 1 ที่ห่างกันสองหน่วยหมายถึง Cl หนึ่งอะตอม คู่ 1 : 1 หมายถึง Br หนึ่งอะตอม สามพีก 1 : 2 : 1 หมายถึง Br สองอะตอม 9 : 6 : 1 หมายถึง Cl สองอะตอม
- A-level: จำนวนคาร์บอน ≈ (ความสูงของ M+1 / ความสูงของ M) × 100 / 1.1
- AP Chemistry: แมสสเปกตรัมของธาตุให้ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปโดยตรง มวลอะตอมเฉลี่ย = Σ (มวลไอโซโทป × สัดส่วน)
- JEE และ NEET: ฝึกคำนวณมวลอะตอมเฉลี่ยจากข้อมูลไอโซโทป เช่น Cl: 0.7576 × 34.969 + 0.2424 × 36.966 = 35.45
- ระดับมหาวิทยาลัย: ใช้มวลแม่นยำ (ภายใน 5 ppm) ร่วมกับรูปแบบไอโซโทปเพื่อเลือกระหว่างสูตรที่เป็นไปได้ และใช้พีก A+2 เพื่อนับ S, Cl และ Br
ตรวจสูตรใดก็ได้ด้วยเครื่องคำนวณรูปแบบไอโซโทป แล้วเปรียบเทียบกับสเปกตรัมของคุณในโปรแกรมดูแมสสเปกตรัม
คำถามและคำตอบ
รูปแบบไอโซโทปในแมสสเปกโทรเมทรีคืออะไร
คือกลุ่มพีกที่โมเลกุลให้ เพราะอะตอมของมันมีอยู่หลายไอโซโทป ความสูงสัมพัทธ์ของ M, M+1, M+2 และพีกถัดไปขึ้นกับชนิดธาตุและจำนวนของแต่ละธาตุ
จะสังเกตคลอรีนและโบรมีนในแมสสเปกตรัมได้อย่างไร
คลอรีนหนึ่งอะตอมให้ M และ M+2 ในอัตราส่วน 3 : 1 โบรมีนหนึ่งอะตอมให้ M และ M+2 ในอัตราส่วน 1 : 1 คลอรีนสองอะตอมให้ 100 : 64 : 10 และโบรมีนสองอะตอมให้ประมาณ 1 : 2 : 1
หาจำนวนอะตอมคาร์บอนจากพีก M+1 ได้อย่างไร
หารความสูงของ M+1 (เป็นร้อยละของ M) ด้วย 1.1 M+1 ที่ 11% หมายถึงคาร์บอนประมาณ 10 อะตอม ไนโตรเจนเพิ่มประมาณ 0.37% ต่ออะตอม จึงต้องลบส่วนนี้ออกก่อนหากมี N
มวลโมโนไอโซโทปิกของคาเฟอีนเป็นเท่าใด
คาเฟอีน C₈H₁₀N₄O₂ มีมวลโมโนไอโซโทปิก 194.0804 และมวลเฉลี่ย 194.19 ไอออน [M+H]⁺ ปรากฏที่ m/z 195.0877
ทำไมพีกที่สูงที่สุดจึงไม่ใช่พีกโมโนไอโซโทปิกในโมเลกุลขนาดใหญ่
คาร์บอนแต่ละอะตอมมีโอกาส 1.07% ที่จะเป็น ¹³C เมื่อมีคาร์บอนประมาณ 90 อะตอมขึ้นไป โมเลกุลส่วนใหญ่จะมี ¹³C อย่างน้อยหนึ่งอะตอม พีก M+1 จึงสูงกว่า M
โหมด centroid กับ profile ต่างกันอย่างไร
โหมด centroid แสดงหนึ่งแท่งต่อพีกไอโซโทปหนึ่งพีก โหมด profile แสดงรูปร่างพีกจริงที่มีความกว้างตามกำลังแยก FWHM = m/R พีกที่อยู่ใกล้กันจึงรวมกันที่ความละเอียดต่ำและแยกออกที่ความละเอียดสูง
ทำไมพีกไอโซโทปของบางไอออนจึงห่างกัน 0.5
ระยะห่างคือ 1/z ไอออนที่มีประจุสองอย่าง [M+2H]²⁺ มีพีกไอโซโทปห่างกัน 0.5 m/z และไอออนที่มีประจุสามมีพีกห่างกัน 0.33