Massespektrometri

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Massespektrometri stammer fra 1898, og det første kendte massespektrometer blev bygget i 1918. I dag bruges massespektrometri, som en hjælp til struktur opklaring af organiske stoffer. Metoden ved massespektrometri(MS) er at det ukendte stof udsættes for et elektronbombardement, hvorved nogle af molekylerne spaltes til ioner. Disse ioner accelereres op og føres ind i et magnetfelt eller et elektrisk felt, som opdeler ionerne efter deres masse til ladning forhold (m/e). De ioner som ikke bliver afbøjet undervejs, men passerer hele vejen igennem feltet registreres af en detektor, som tæller antallet af ioner. Ved at ændre på feltets styrke, kan man detektere ioner med et andet (m/e) forhold, og på den måde kan man undersøge for alle ionmasser. Til sidst behandles dataene af en computer, og resultatet kommer ud i form af et massespektrum, hvor antallet af ioner er afbildet som funktion af (m/e). Et sådan massespektrum kan tydes vha. generelle regler om, hvordan forskellige stofklasser spaltes eller omlejrer, når de udsættes for et elektronbombardement. Molekylarionen, M ⁺, er et molekyle, som har mistet én elektron. Massen af molekylarionen kan sættes lig molekylmassen, da forskellen mellem dem kun er massen af en elektron. M ⁺ er oftest den top, som har den højeste (m/e) værdi i et spektrum, og er derfor en hjælp til at bestemme molekylmassen, som er et vigtigt trin i opklaringen af et ukendt stof.

Indholdsfortegnelse 1 Præcis masse og isotopforhold 2 Massespektret 3 Fragmenteringsregler 4 Se også

[redigér] Præcis masse og isotopforhold

Massespektrometeret måler på hvert enkelt molekyle i et stof, og skelner derfor mellem isotoper, dvs. at chlor både vil give en top ved 35 og 37 i massespektret, da chlor består af ³⁵Cl og ³⁷Cl. Massespektrometre med høje opløsninger kan måle molekylarmassen meget præcist (±0,005%). Hvert enkelt grundstof har en præcis masse, fx har oxygen: m(¹⁶O) = 15,9949, og derfor kan man bestemme et stofs molekylformel ud fra stoffets præcise masse, da der kun er én sammensætning, som giver netop den masse. Fx kan man vha. præcise masser skelne mellem CO og C₂H₄, som ved afrundede masser begge vejer 28 g/mol. I moderne massespektrometri anvendes denne metode ofte, da den er hurtig, men den kan dog ikke anvendes, hvis toppen for molekylarionen er svag eller usynlig.

Hver isotop har en præcis masse, og en relativ forekomst, fx har ¹³C en relativ forekomst på 1,08% i forhold til ¹²C, disse relative forekomster af isotoper kommer også til syne i massespektret. I en forbindelse som indeholder ét C-atom, vil der udover M ⁺ også være en top ved M+1 med mindst en intensitet på 1,08%, som skyldes ¹³C, de andre atomer i molekylet vil også bidrage til M+1 toppen og/eller M+2 toppen, alt afhængigt af hvilke atomer, og hvor mange der er. Chlor, brom og svovl har nogle karakteristiske isotopforhold, og det ses ofte tydeligt i massespektret, hvis stoffet indeholder en eller flere af de tre. ³⁷Cl har en relativ forekomst på 32,5% i forhold til ³⁵Cl, og i massespektret vil M⁺ og M+2 være i forholdet 1:3, hvis stoffet indeholder ét chloratom, og ingen brom eller svovl. For brom vil forholdet mellem M ⁺ og M+2 være ca. 1:1, og for svovl har ³⁴S en relativ forekomst på 4,40% i forhold til ³²S. Hvis der er flere chlor og/eller brom atomer i samme molekyle, så vil der forekomme specielle mønstre af M ⁺, M+2, M+4...osv., alt efter hvor mange der er. Disse mønstre kan bruges til at identificere antallet af chlor og brom atomer.

[redigér] Massespektret

I et massespektrum svarer alle toppene til ladede partikler, da det kun er ladede fragmenter der accelereres op og detekteres. Molekylariontoppen er i de fleste tilfælde den top i spektret, som ses ved den mest intense af de højeste (m/e) værdier i spektret, en undtagelse er hvis molekylet indeholder chlor eller brom, så kan M+2, M+4 eller M+6...osv. være mere intens end M ⁺. Ligeledes kan M -1 toppen være mere intens end M ⁺ hvis molekylet stabiliseres ved at fraspalte et H-atom. Den mest intense top i spektret kaldes ”basepeak”, og sættes til intensitet 100. De andre toppes forekomst i spektret angives i procent i forhold til basepeaken. Intensiteten af M ⁺ afhænger af hvor stabil M ⁺ er. Hvis M ⁺ har en levetid på under 10 ^-6sek., så vil den fragmentere imens den stadig er i ioniseringskammeret, og M ⁺ vil derfor være usynlig, da det er fragmentionerne, der bliver accelereret op i fart og registreret af detektoren. Hvis M ⁺ har en levetid på minimum 10 ^-5sek., så vil den nå hen til detektoren uden at fragmentere, og M ⁺ vil kunne ses i spektret. De fleste forbindelser danner molekylarioner med forskellige levetider, så der både ses en top ved M ⁺ og ved forskellige fragmentioner. Generelt har aromatiske forbindelse en meget stabil M ⁺ og alkoholer en meget ustabil M ⁺. En meget brugbar regel i massespektrometri er nitrogenreglen, som siger, at hvis en forbindelse har en ulige molekylmasse, så er der et ulige antal nitrogenatomer i forbindelsen, og hvis forbindelsen har en lige molekylmasse, så er der enten nul eller et lige antal nitrogenatomer i forbindelsen.

[redigér] Fragmenteringsregler

Det elektron bombardementet som molekylerne udsættes for i ioniseringskammeret er så stærkt, at det udover at skyde en elektron ud af molekylerne også kan spalte nogle af bindingerne, og derved danne fragmentioner. Disse fragmentioner kan ses i massespektret som toppe ud for deres (m/e) værdier, som svarer til fragmentionernes masse.

De forskellige funktionelle grupper udviser forskellige nedbrydningsmønstre, og vha. nogle generelle regler om hvordan de enkelte grupper fragmenterer og molekylmassen, er det i de fleste tilfælde muligt at identificere en ukendt organisk forbindelse. Generelt vil den mest stabile fragmention blive dannet, eller der vil blive fraspaltet det mest stabile neutrale fragment. De fragmentioner der dannes er kationer, og de har egenskaber som carbokationer, hvor de tertiære er de mest stabile, og de primære er de mindst stabile. Forgrenede alifatiske molekyler fragmenterer derfor let, da der vil blive dannet en stabil carbokation, og den tilsvarende top i spektret vil være mere intens, end hvis der dannes en primær carbokation. Den mest almindelige form for fragmentering skyldes spaltning af én binding, hvor et molekyle med en lige M ⁺ spaltes til en fragmention med en ulige masse, og et molekyle med en ulige M ⁺ spaltes til en fragmention med en lige masse. Fragmenteringer, hvor der spaltes to bindinger, forekommer også ofte, hvorved der dannes en positiv fragmention og et neutralt molekyle med en lige masse, ofte H₂O, CH₂=CH₂, CO₂, CO, HCl eller HCN. I nogle tilfælde sker der ud over en spaltning af bindinger, også en omlejring inde i molekylet. Ved omlejringer, hvor molekylet har en lige M ⁺, dannes der en fragmention med en lige masse, og omvendt hvis M ⁺ er ulige, dannes der en fragmention med en ulige masse.

[redigér] Se også

• MALDI (Matrix-assisted laser desorption-ionization)da:Massespektrometri