stringtranslate.com

Молекулярная масса

Молекулярная масса ( m ) — это масса данной молекулы . Часто используется единица дальтон (Да). [1] Различные молекулы одного и того же соединения могут иметь разные молекулярные массы, поскольку они содержат разные изотопы элемента. Производная величина относительной молекулярной массы — это безразмерное отношение массы молекулы к атомной массовой константе (которая равна одному дальтону). [2]

Молекулярная масса и относительная молекулярная масса отличаются от молярной массы , но связаны с ней . Молярная масса определяется как масса данного вещества, деленная на количество вещества , и выражается в граммах на моль (г/моль). Это делает молярную массу средним значением многих частиц или молекул (потенциально содержащих различные изотопы ), а молекулярную массу — массой одной конкретной частицы или молекулы. Молярная масса обычно является более подходящей величиной при работе с макроскопическими (взвешиваемыми) количествами вещества.

Определение молекулярной массы является наиболее авторитетным синонимом относительной молекулярной массы; однако в обычной практике использование этой терминологии весьма изменчиво. Когда молекулярная масса указывается с единицей Да, она часто является средневзвешенной, аналогичной молярной массе, но с другими единицами. В молекулярной биологии масса макромолекул называется их молекулярной массой и выражается в кДа, хотя численное значение часто является приблизительным и представляет собой среднее значение.

Термины «молекулярная масса», «молекулярный вес» и «молярная масса» могут использоваться взаимозаменяемо в менее формальных контекстах, где не требуется точность единиц и количества. Молекулярная масса чаще используется применительно к массе отдельной или конкретной четко определенной молекулы и реже, чем молекулярный вес, применительно к средневзвешенному значению образца. До пересмотра СИ 2019 года величины, выраженные в дальтонах (Да), по определению были численно эквивалентны молярной массе, выраженной в единицах г/моль, и, таким образом, были строго численно взаимозаменяемы. После пересмотра 2019 года это соотношение стало лишь почти эквивалентным, хотя разница незначительна для всех практических целей.

Молекулярная масса молекул малого и среднего размера, измеренная с помощью масс-спектрометрии, может быть использована для определения состава элементов в молекуле. Молекулярные массы макромолекул, таких как белки, также могут быть определены с помощью масс-спектрометрии; однако методы, основанные на вязкости и рассеянии света, также используются для определения молекулярной массы, когда кристаллографические или масс-спектрометрические данные недоступны.

Расчет

Молекулярные массы рассчитываются из атомных масс каждого нуклида , присутствующего в молекуле, в то время как молярные массы и относительные молекулярные массы (молекулярные веса) рассчитываются из стандартных атомных весов [3] каждого элемента . Стандартный атомный вес учитывает изотопное распределение элемента в данном образце (обычно предполагается, что оно «нормальное»). Например, вода имеет молярную массу 18,0153(3) г/моль, но отдельные молекулы воды имеют молекулярные массы, которые находятся в диапазоне 18,010 564 6863(15) Да ( 1 H
216 O) и 22,027 7364(9) Да ( 2 H
218 О).

Атомные и молекулярные массы обычно сообщаются в дальтонах , которые определяются через массу изотопа 12 C (углерод-12). Однако название унифицированная атомная единица массы (u) все еще используется в обычной практике. Относительные атомные и молекулярные массы, как определено, являются безразмерными . Молярные массы, выраженные в г / моль, имеют почти идентичные числовые значения, как относительные атомные и молекулярные массы. Например, молярная масса и молекулярная масса метана , молекулярная формула которого CH4 , рассчитываются соответственно следующим образом:

Неопределенность молекулярной массы отражает дисперсию (ошибку) измерения, а не естественную дисперсию изотопного содержания по всему миру. В масс-спектрометрии высокого разрешения массовые изотопомеры 12 C 1 H 4 и 13 C 1 H 4 наблюдаются как отдельные молекулы с молекулярными массами приблизительно 16,031 Да и 17,035 Да соответственно. Интенсивность пиков масс-спектрометрии пропорциональна изотопному содержанию в молекулярных видах. 12 C 2 H 1 H 3 также может наблюдаться с молекулярной массой 17 Да.

Определение

Масс-спектрометрия

В масс-спектрометрии молекулярная масса небольшой молекулы обычно сообщается как моноизотопная масса , то есть масса молекулы, содержащей только наиболее распространенный изотоп каждого элемента. Это также немного отличается от молекулярной массы тем, что выбор изотопов определен и, таким образом, является единственной конкретной молекулярной массой из многих возможностей. Массы, используемые для вычисления моноизотопной молекулярной массы, находятся в таблице изотопных масс и не находятся в типичной периодической таблице. Средняя молекулярная масса часто используется для более крупных молекул, поскольку молекулы с большим количеством атомов вряд ли будут состоять исключительно из наиболее распространенного изотопа каждого элемента. Теоретическая средняя молекулярная масса может быть рассчитана с использованием стандартных атомных весов, найденных в типичной периодической таблице, поскольку, вероятно, существует статистическое распределение атомов, представляющих изотопы по всей молекуле. Средняя молекулярная масса образца, однако, обычно существенно отличается от этого, поскольку среднее значение одного образца не совпадает со средним значением многих географически распределенных образцов.

Массовая фотометрия

Масс-фотометрия (МП) — это быстрый, в растворе, безметковый метод получения молекулярной массы белков, липидов, сахаров и нуклеиновых кислот на уровне отдельных молекул. Метод основан на интерферометрической микроскопии рассеянного света. [4] Контраст от рассеянного света при единичном событии связывания на границе между раствором белка и предметным стеклом обнаруживается и линейно пропорционален массе молекулы. Этот метод также способен измерять однородность образца, [5] обнаруживать состояние олигомеризации белка , характеризовать сложные макромолекулярные сборки ( рибосомы , GroEL , AAV ) и взаимодействия белков, такие как взаимодействия белок-белок. [6] Масс-фотометрия может измерять молекулярную массу с точностью в широком диапазоне молекулярных масс (40 кДа – 5 МДа).

Гидродинамические методы

В первом приближении основой для определения молекулярной массы в соответствии с соотношениями Марка–Хаувинка [7] является тот факт, что характеристическая вязкость растворов (или суспензий ) макромолекул зависит от объемной доли диспергированных частиц в конкретном растворителе. В частности, гидродинамический размер по отношению к молекулярной массе зависит от коэффициента преобразования, описывающего форму конкретной молекулы. Это позволяет описывать кажущуюся молекулярную массу с помощью ряда методов, чувствительных к гидродинамическим эффектам, включая DLS , SEC ( также известную как GPC , когда элюентом является органический растворитель), вискозиметрию и диффузионно-упорядоченную ядерно-магнитную резонансную спектроскопию (DOSY). [8] Затем кажущийся гидродинамический размер можно использовать для аппроксимации молекулярной массы с использованием ряда стандартов, специфичных для макромолекул. [9] Поскольку это требует калибровки, его часто называют «относительным» методом определения молекулярной массы.

Статическое рассеяние света

Также возможно определить абсолютную молекулярную массу непосредственно из рассеяния света, традиционно используя метод Зимма . Это можно сделать либо с помощью классического статического рассеяния света , либо с помощью детекторов многоуглового рассеяния света . Молекулярные массы, определенные этим методом, не требуют калибровки, отсюда и термин «абсолютный». Единственное требуемое внешнее измерение — это приращение показателя преломления , которое описывает изменение показателя преломления с концентрацией.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Международная система единиц (PDF) (9-е изд.), Международное бюро мер и весов, декабрь 2022 г., стр. 145, ISBN 978-92-822-2272-0
  2. ^ ИЮПАК. Компендиум химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга»). Составители: А. Д. Макнот и А. Уилкинсон. Blackwell Scientific Publications, Оксфорд (1997). Онлайн-версия (2019-) создана: SJ Chalk. ISBN 0-9678550-9-8. https://doi.org/10.1351/goldbook.
  3. ^ "Атомные веса и изотопные составы всех элементов". NIST . Получено 14 октября 2007 г.
  4. ^ Young et al. (2018). Количественная визуализация отдельных биологических макромолекул. Science 360, 423-427. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aar5839
  5. ^ Sonn-Segev, A., Belacic, K., Bodrug, T. et al. Количественная оценка гетерогенности макромолекулярных машин методом масс-фотометрии. Nat Commun 11, 1772 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15642-w
  6. ^ Солтермман и др. Количественная оценка белок-белковых взаимодействий методом молекулярного подсчета с использованием масс-фотометрии. Angew. Chem Int Ed, 2020, 59(27), 10774-10779
  7. ^ Пол, Хименц К. и Лодж П. Тимоти. Полимерная химия. Второе издание. Бока-Ратон: CRC P, 2007. 336, 338–339.
  8. ^ Джонсон-младший, CS (1999). «Диффузионная упорядоченная ядерно-магнитная резонансная спектроскопия: принципы и приложения». Прогресс в ядерно-магнитной резонансной спектроскопии . 34 (3–4): 203–256. doi :10.1016/S0079-6565(99)00003-5.
  9. ^ Нойфельд, Р.; Сталке, Д. (2015). «Точное определение молекулярной массы малых молекул с помощью DOSY-ЯМР с использованием внешних калибровочных кривых с нормализованными коэффициентами диффузии» (PDF) . Chem. Sci. 6 (6): 3354–3364. doi : 10.1039/C5SC00670H . PMC 5656982 . PMID  29142693.  

Внешние ссылки