Моноизотопная масса - Monoisotopic mass

Эта статья о термине масс-спектрометрии. Список моноизотопных элементов см. стабильный изотоп.

Моноизотопная масса (M_ми) является одним из нескольких типов молекулярных масс, используемых в масс-спектрометрии. Теоретическая моноизотопная масса молекулы вычисляется путем суммирования точных масс первичных изотоп каждого атом в молекуле. Для небольших молекул, состоящих из элементов с низким атомным номером, моноизотопная масса наблюдается как изотопически чистый пик в масс-спектр. Это отличается от номинальной молекулярной массы, которая является суммой массовое число первичного изотопа каждого атома в молекуле и является целое число.^[1] Он также отличается от молярная масса, который 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 имеют массовое число от 54 до 58. Моноизотопная масса обычно выражается в дальтон (Да), также называемые едиными атомными единицами массы (u).

Номинальная масса против моноизотопной массы

Масс-анализаторы Orbitrap

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 (N2) и этилен (C2ЧАС4) получается как.

${\displaystyle {\ce {N2}}}$

(2 * 14) = 28 Да

${\displaystyle {\ce {C2H4}}}$

(2 * 12) + (4 * 1) = 28 Да

Это означает, что при использовании масс-спектрометра с недостаточным источником питания «низкое разрешение», например квадрупольный масс-анализатор или четырехполюсная ионная ловушка эти две молекулы нельзя будет различить после ионизация, это будет показано перекрестным притиркой м / з пики. Если инструмент с высоким разрешением, например орбитальная ловушка илиионный циклотронный резонанс используется, эти две молекулы можно различить. При расчете моноизотопных масс, используя массу первичного изотопа элементов, включая дефект массы:^[2]

${\displaystyle {\ce {N2}}}$

(2 * 14,003) = 28,006 Да

${\displaystyle {\ce {C2H4}}}$

(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 целыми массовые числа ни средний земной стандартные атомные веса как найдено в периодической таблице.

Моноизотопная масса очень полезна при анализе небольших органических соединений, поскольку соединения с аналогичным весом не будут различаться при использовании номинальной массы. Например, при сравнении тирозина, имеющего молекулярную структуру ${\displaystyle {\ce {C9H11NO3}}}$ с моноизотопной массой 182,081 Да и метионинсульфоном ${\displaystyle {\ce {C5H11NO4S}}}$ которые явно представляют собой 2 разных соединения, но метионинсульфон имеет 182,048 Да.

Изотопное изобилие

Если кусок утюг был помещен 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 количества атомов в молекуле вероятность того, что молекула содержит хотя бы один атом тяжелого изотопа, также увеличивается. Если есть 100 атомов углерода ¹²
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

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 средняя молекулярная масса или, что еще чаще, молярная масса используется. 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. Следовательно, 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 заметное влияние на химическую реакционную способность через кинетический изотопный эффект и даже, в некоторых случаях, за счет расширения биологической активности.

Смотрите также

• Масс (масс-спектрометрия)
• Молекулярная масса
• Дальтон (единица)
• Массовое число

Рекомендации

1. Моноизотопный масс-спектр. Сборник химической терминологии ИЮПАК. 2009. Дои:10.1351 / goldbook.M04014. ISBN  978-0-9678550-9-7.
2. Ергей, 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. Дои:10.1021 / ac00253a037.
3. "Утюг".