Моноизотопная масса
Моноизотопная масса (M mi ) — один из нескольких типов молекулярных масс, используемых в масс-спектрометрии . Теоретическая моноизотопная масса молекулы рассчитывается путем сложения точных масс (включая дефект массы ) наиболее распространенного в природе стабильного изотопа каждого атома в молекуле. Для небольших молекул, состоящих из элементов с низким атомным номером, моноизотопная масса наблюдается как изотопически чистый пик в масс-спектре . Это отличается от номинальной молекулярной массы, которая представляет собой сумму массового числа первичного изотопа каждого атома в молекуле и является целым числом . [1] Она также отличается от молярной массы , которая является разновидностью средней массы. Для некоторых атомов, таких как углерод, кислород, водород, азот и сера, M mi этих элементов точно такая же, как масса их природного изотопа, который является самым легким. Однако это справедливо не для всех атомов. Самый распространенный изотоп железа имеет массовое число 56, в то время как стабильные изотопы железа различаются по массовому числу от 54 до 58. Моноизотопная масса обычно выражается в дальтонах (Да), которые также называются едиными атомными единицами массы (u).
Номинальная масса по сравнению с моноизотопной массой
[ редактировать ]
Номинальная масса
[ редактировать ]Номинальная масса - это термин, используемый в дискуссиях по масс-спектрометрии высокого уровня. Его можно рассчитать, используя массовое число наиболее распространенного изотопа каждого атома, без учета дефекта массы. Например, при расчете номинальной массы молекулы азота (N 2 ) и этилена (C 2 H 4 ) получается как.
№ 2
(2*14)= 28 Да
С 2 Ч 4
(2*12)+(4*1)= 28 Да
Это означает, что при использовании масс-спектрометра с недостаточным источником энергии «низкого разрешения», такого как квадрупольный масс-анализатор или квадрупольная ионная ловушка , эти две молекулы невозможно будет различить после ионизации , это будет показано крестиком. притирка пиков m/z . инструмент высокого разрешения, такой как орбитальная ловушка или ионный циклотронный резонанс Если использовать , эти две молекулы можно различить.
Моноизотопная масса
[ редактировать ]При расчете моноизотопных масс используют массу первичного изотопа элемента с учетом дефекта массы: [2]
№ 2
(2*14,003)= 28,006 Да
С 2 Ч 4
(2*12,000)+(4*1,008)= 28,032 Да
где будет ясно, что через масс-спектрометр проходят две разные молекулы. Обратите внимание, что используемые массы не являются ни целыми массовыми числами , ни усредненными на Земле стандартными атомными весами , указанными в периодической таблице.
Моноизотопная масса очень полезна при анализе небольших органических соединений, поскольку соединения с одинаковым весом не будут дифференцированы, если использовать номинальную массу. Например, при сравнении тирозина , который имеет молекулярную структуру C 9 H 11 NO 3 с моноизотопной массой 182,081 Да, и метионинсульфона C 5 H 11 NO 4 S, которые явно представляют собой два разных соединения, но метионинсульфон имеет массу 182,048 Да.
Изотопное изобилие
[ редактировать ]Если бы кусок железа поместили в масс-спектрометр для анализа, масс-спектры железа (Fe) привели бы к множественным масс-спектральным пикам из-за существования изотопов железа. 54
Фе
, 56
Фе
, 57
Фе
, 58
Фе
. [3] Масс-спектр Fe показывает, что моноизотопная масса не всегда является самым распространенным изотопным пиком в спектре, несмотря на то, что она содержит наиболее распространенный изотоп для каждого атома. Это связано с тем, что с увеличением числа атомов в молекуле увеличивается и вероятность того, что молекула содержит хотя бы один атом тяжелого изотопа. Если атомов углерода 100 12
С
в молекуле, и каждый углерод имеет вероятность примерно 1% быть тяжелым изотопом. 13
С
, вся молекула с высокой вероятностью будет содержать по крайней мере один атом тяжелого изотопа углерода-13, и наиболее распространенный изотопный состав больше не будет таким же, как моноизотопный пик.
Моноизотопный пик иногда не наблюдается по двум основным причинам. Во-первых, моноизотопный пик не может быть отделен от других изотопных пиков. В этом случае можно наблюдать только среднюю молекулярную массу. В некоторых случаях, даже когда изотопные пики разрешаются, например, с помощью масс-спектрометра высокого разрешения, моноизотопный пик может быть ниже уровня шума, и более высокие изотопы могут полностью доминировать.
Моноизотопная масса в спектрометрии
[ редактировать ]Моноизотопная масса не часто используется в областях, выходящих за рамки масс-спектрометрии, поскольку другие поля не могут различать молекулы различного изотопного состава. средняя молекулярная масса или даже чаще молярная масса По этой причине чаще всего используется . Для большинства целей, таких как взвешивание сыпучих химикатов, важна только молярная масса, поскольку взвешивается статистическое распределение различных изотопных составов.
Эта концепция наиболее полезна в масс-спектрометрии, поскольку измеряются отдельные молекулы (или атомы, как в ИСП-МС), а не их статистическое среднее значение в целом. Поскольку масс-спектрометрия часто используется для количественного определения следовых количеств соединений, обычно желательно добиться максимальной чувствительности анализа. Если выбрать наиболее распространенную изотопную версию молекулы, анализ, вероятно, будет наиболее чувствительным, что позволит количественно определить даже меньшие количества целевых соединений. Таким образом, эта концепция очень полезна для аналитиков, ищущих следовые количества органических молекул, таких как остатки пестицидов в пищевых продуктах и сельскохозяйственной продукции.
Изотопные массы могут играть важную роль в физике, но физика реже занимается молекулами. Молекулы, различающиеся изотопом, иногда различают друг от друга в молекулярной спектроскопии или смежных областях; однако обычно можно наблюдать одно изменение изотопа в более крупной молекуле, а не изотопный состав всей молекулы. Изотопное замещение изменяет частоты колебаний различных связей в молекуле, что может оказывать заметное влияние на химическую реакционную способность посредством кинетического изотопного эффекта , а в некоторых случаях даже расширять биологическую активность.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Моноизотопный масс-спектр». 2009. doi : 10.1351/goldbook.M04014 . ISBN 978-0-9678550-9-7 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помощь ) ; Отсутствует или пусто|title=( помощь ) - ^ Ергей, Джеймс; Хеллер, Дэвид; Хансен, Гордон; Коттер, Роберт Дж.; Фензелау, Кэтрин. (февраль 1983 г.). «Изотопные распределения в масс-спектрах крупных молекул». Аналитическая химия . 55 (2): 353–356. дои : 10.1021/ac00253a037 .
- ^ "Железо" .
| Источник ионов | |
|---|---|
| Масс-анализатор | |
| Детектор | |
| Комбинация МС | |
| Фрагментация | |
