Моноизотопная масса (M mi ) — один из нескольких типов молекулярных масс, используемых в масс-спектрометрии . Теоретическая моноизотопная масса молекулы вычисляется путем взятия суммы точных масс (включая дефект массы ) наиболее распространенного в природе стабильного изотопа каждого атома в молекуле. Для небольших молекул, состоящих из элементов с низким атомным числом, моноизотопная масса наблюдается как изотопно 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 является типом 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 не справедливо 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 (е.м.).
Номинальная масса — это термин, используемый в масс-спектрометрических дискуссиях высокого уровня, ее 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.
Н 2
(2*14)= 28 Да
С2Н4
(2*12)+(4*1)= 28 Да
Это означает, что при использовании масс-спектрометра с недостаточным источником мощности "низкого разрешения", например, квадрупольного масс-анализатора или квадрупольной ионной ловушки , эти две молекулы не будут различимы после ионизации , это будет видно по перекрестному наложению пиков m/z . Если используется прибор с высоким разрешением, например, орбитрап или ионно-циклотронный резонанс , эти две молекулы можно будет различить.
При расчете моноизотопных масс, используя массу первичного изотопа элементов, включая дефект массы: [2]
Н 2
(2*14,003)= 28,006 Да
С2Н4
(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 , которые находятся в периодической таблице.
Моноизотопная масса очень полезна при анализе небольших органических соединений, поскольку соединения с похожим весом не будут дифференцированы, если используется номинальная масса. Например, при сравнении тирозина , имеющего молекулярную структуру C 9 H 11 NO 3 с моноизотопной массой 182,081 Да, и метионинсульфона C 5 H 11 NO 4 S, которые, очевидно, являются двумя разными соединениями, но метионинсульфон имеет 182,048 Да.
Если кусок железа поместить в масс-спектрометр для анализа, то масс-спектры железа (Fe) приведут к появлению множественных масс-спектральных пиков из-за существования изотопов железа,54
Фе
,56
Фе
,57
Фе
,58
Фе
. [3] Масс-спектр Fe показывает, что моноизотопная масса не всегда является наиболее распространенным изотопным пиком в спектре, несмотря на то, что она содержит наиболее распространенный изотоп для каждого атома. Это происходит потому, что по мере увеличения числа атомов в молекуле вероятность того, что молекула содержит по крайней мере один атом тяжелого изотопа, также увеличивается. Если имеется 100 атомов углерода12
С
в молекуле, и каждый углерод имеет вероятность приблизительно 1% быть тяжелым изотопом13
С
, то вся молекула с большой вероятностью будет содержать по крайней мере один атом тяжелого изотопа углерода-13, а наиболее распространенный изотопный состав уже не будет соответствовать моноизотопному пику.
Моноизотопный пик иногда не наблюдается по двум основным причинам. Во-первых, моноизотопный пик может не быть разделен на другие изотопные пики. В этом случае может наблюдаться только средняя молекулярная масса. В некоторых случаях, даже когда изотопные пики разрешены, например, с помощью масс-спектрометра высокого разрешения, моноизотопный пик может быть ниже уровня шума, а более высокие изотопы могут полностью доминировать.
Моноизотопная масса нечасто используется в областях, не относящихся к масс-спектрометрии, поскольку другие области не могут различать молекулы с различным изотопным составом. По этой причине в основном используется средняя молекулярная масса или, что еще более распространено, молярная масса . Для большинства целей, таких как взвешивание объемных химикатов, важна только молярная масса, поскольку то, что взвешивается, представляет собой статистическое распределение различных изотопных составов.
Эта концепция наиболее полезна в масс-спектрометрии, поскольку измеряются отдельные молекулы (или атомы, как в ICP-MS), а не их статистическое среднее в целом. Поскольку масс-спектрометрия часто используется для количественной оценки следовых количеств соединений, обычно желательно максимально повысить чувствительность анализа. При выборе поиска наиболее распространенной изотопной версии молекулы анализ, скорее всего, будет наиболее чувствительным, что позволяет количественно определять даже меньшие количества целевых соединений. Поэтому эта концепция очень полезна для аналитиков, ищущих следовые количества органических молекул, такие как остатки пестицидов в пищевых продуктах и сельскохозяйственной продукции.
Изотопные массы могут играть важную роль в физике, но физика реже имеет дело с молекулами. Молекулы, отличающиеся изотопом, иногда различаются друг от друга в молекулярной спектроскопии или смежных областях; однако, обычно это единичное изменение изотопа в более крупной молекуле, которое можно наблюдать, а не изотопный состав всей молекулы. Изотопное замещение изменяет колебательные частоты различных связей в молекуле, что может иметь наблюдаемые эффекты на химическую реактивность через кинетический изотопный эффект , и даже, в некоторых случаях, на биологическую активность.
{{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь ) ; Отсутствует или пусто |title=( помощь )