Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья посвящена термину масс-спектрометрии. Для списка моноизотопных элементов см стабильный изотоп .

Моноизотопная масса (M mi ) - это один из нескольких типов молекулярных масс, используемых в масс-спектрометрии . Теоретическая моноизотопная масса молекулы вычисляется путем суммирования точных масс (включая дефект массы ) наиболее часто встречающегося 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 является суммой массового числа первичного изотопа каждого атома в молекуле и является целым числом . [1]Она также отличается от молярной массы , которая представляет собой тип средней массы. Для некоторых атомов, таких как углерод, кислород, водород, азот и сера, Mmi этих элементов в точности совпадает с массой его естественного изотопа, который является самым легким. Однако это верно не для всех атомов. Самый распространенный изотоп железа имеет массовое число 56, в то время как стабильные изотопы железа варьируются по массовому числу от 54 до 58. Моноизотопная масса обычно выражается в дальтонах (Да), также называемых унифицированными атомными единицами массы (u).

Номинальная масса против моноизотопной массы [ править ]

Масс-анализаторы Orbitrap

Номинальная масса [ править ]

Номинальная масса - это термин, используемый в масс-спектрометрических дискуссиях высокого уровня, ее можно вычислить, 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 ) она получается как.

(2 * 14) = 28 Да

(2 * 12) + (4 * 1) = 28 Да

Это означает, что при использовании масс-спектрометра с недостаточным источником питания «низкого разрешения», такого как квадрупольный масс-анализатор или квадрупольная ионная ловушка , эти две молекулы не будут различимы после ионизации , это будет показано крестиком притирка пиков m / z . Если использовать инструмент с высоким разрешением, такой как орбитальная ловушка или  ионный циклотронный резонанс , эти две молекулы можно различить.

Моноизотопная масса [ править ]

При расчете моноизотопных масс с использованием массы первичного изотопа элементов, включая дефект массы: [2]

(2 * 14,003) = 28,006 Да

(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 целочисленными массовыми числами, ни усредненными на Земле стандартными атомными весами, как в периодической таблице.

Моноизотопная масса очень полезна при анализе небольших органических соединений, поскольку соединения с аналогичной массой не будут различаться при использовании номинальной массы. Например, при сравнении тирозина, который имеет молекулярную структуру с моноизотопной массой 182,081 Да, и метионинсульфона, которые явно являются двумя разными соединениями, но сульфон метионина имеет 182,048 Да.

Изотопное изобилие [ править ]

Если кусок железа поместить в масс-спектрометр для анализа, масс-спектры железа (Fe) приведут к множественным масс-спектральным пикам из-за существования изотопов железа,54
Fe
, 56
Fe
, 57
Fe
, 58
Fe
. [3] Масс-спектр Fe показывает, что моноизотопная масса не всегда является наиболее распространенным изотопным пиком в спектре, несмотря на то, что он содержит наиболее распространенный изотоп для каждого атома. Это связано с тем, что по мере увеличения числа атомов в молекуле вероятность того, что молекула содержит хотя бы один атом тяжелого изотопа, также увеличивается. Если есть 100 атомов углерода12
C
 в молекуле, и каждый углерод с вероятностью примерно 1% является тяжелым изотопом 13
C
, весьма вероятно, что вся молекула будет содержать хотя бы один атом тяжелого изотопа углерода-13, и наиболее распространенный изотопный состав больше не будет таким же, как у моноизотопного пика.

Моноизотопный пик иногда не наблюдается по двум основным причинам. Во-первых, моноизотопный пик нельзя отделить от других изотопных пиков. В этом случае можно наблюдать только среднюю молекулярную массу. В некоторых случаях, даже когда изотопные пики разрешены, 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 [ править ]

Моноизотопная масса не часто используется в областях, помимо масс-спектрометрии, потому что другие области не могут различать молекулы с другим изотопным составом. По этой причине в основном используется средняя молекулярная масса или даже чаще молярная масса . Для большинства целей, таких как взвешивание нерасфасованных химикатов, важна только молярная масса, поскольку взвешиваемый продукт представляет собой статистическое распределение различных изотопных составов.

Эта концепция наиболее полезна в масс-спектрометрии, потому что измеряются отдельные молекулы (или атомы, как в ICP-MS), а не их среднее статистическое значение в целом. Поскольку масс-спектрометрия часто используется для количественного определения следовых количеств соединений, обычно требуется максимальная чувствительность анализа. Выбирая поиск наиболее распространенной изотопной версии молекулы, анализ, вероятно, будет наиболее чувствительным, что позволяет количественно определять даже меньшие количества целевых соединений. Таким образом, эта концепция очень полезна для аналитиков, которые ищут следовые количества остатков органических молекул, таких как остатки пестицидов в пищевых продуктах и ​​сельскохозяйственных продуктах.

Изотопные массы могут играть важную роль в физике, но физика реже имеет дело с молекулами. Молекулы, различающиеся изотопом, иногда отличаются друг от друга в молекулярной спектроскопии или связанных областях; однако обычно можно наблюдать изменение одного изотопа в более крупной молекуле, а не изотопный состав всей молекулы. Изотопное замещение изменяет частоты колебаний различных связей в молекуле, что может оказывать наблюдаемое влияние на химическую реактивность через кинетический изотопный эффект и даже в некоторых случаях за счет расширения биологической активности.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Моноизотопный масс-спектр . Сборник химической терминологии ИЮПАК . 2009. DOI : 10,1351 / goldbook.M04014 . ISBN 978-0-9678550-9-7.
  2. ^ Йергей, Джеймс .; Хеллер, Дэвид .; Хансен, Гордон .; Коттер, Роберт Дж .; Фенселау, Екатерина. (Февраль 1983 г.). «Изотопные распределения в масс-спектрах больших молекул». Аналитическая химия . 55 (2): 353–356. DOI : 10.1021 / ac00253a037 .
  3. ^ "Железо" .