Lição
A teoria — Padrões isotópicos em espectrometria de massa
M é a molécula construída inteiramente com o isótopo mais leve de cada elemento; M+k é cada isotopólogo k unidades inteiras de massa mais pesado. Para n átomos de um elemento com um isótopo leve de abundância a₀ e um pesado de abundância a, a proporção com j átomos pesados é o binómio C(n, j) aʲ a₀ⁿ⁻ʲ. O maciço completo de uma fórmula é o produto de uma dessas distribuições por elemento, agrupado pela variação total de massa, o que constitui uma convolução. Os dois primeiros rácios têm uma forma fechada: M+1 / M = Σ nₑ a₊₁/a₀, uma vez que apenas um átomo pode ser trocado por um isótopo +1.
O que significa cada símbolo
M- o pico na massa mais leve possível da molécula, estando todos os átomos no seu isótopo mais leve
a₀, a₊₁, a₊₂- as abundâncias do isótopo mais leve de um elemento e dos isótopos uma e duas unidades de massa mais pesados
nₑ- o número de átomos do elemento e na fórmula
- Pressupõe
- Abundâncias naturais de acordo com os últimos valores únicos fornecidos pela CIAAW: ³⁵Cl 75,76%, ⁷⁹Br 50,69%, ¹³C 1,07%, ³⁴S 4,25%, mantendo-se o ²H, ¹⁵N, ¹⁷O e ¹⁸O com as suas. Desde 2013 que a CIAAW apresenta estes elementos como intervalos, dado que as amostras reais variam: o carbono-13 vai de 0,96% a 1,16% em material terrestre, o que desloca o M+1 do C₆₀ de 58% para 70% de M. Os picos são agrupados por unidades inteiras de massa, a molécula transporta uma carga, e não se fragmenta nem capta um hidrogénio ao entrar.
- Falha quando
- Em alta resolução, onde o ¹³C e o ²H já não coincidem no mesmo pico M+1 (diferem em 0,003 u), e onde o defeito de massa separa a massa nominal da verdadeira: o M da insulina é nominalmente 5.801 e, na realidade, 5.803,6377. Para iões portadores de várias cargas, os picos distanciam-se em 1/z no eixo m/z. E em amostras enriquecidas ou marcadas, cujas abundâncias não são naturais.
Problema resolvido na íntegra
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Nomear um composto a partir do seu maciço 4 passos
Um desconhecido origina um maciço de ião molecular em m/z 118, 120, 122 e 124 com as alturas 100 : 96 : 31 : 3,3, e um pequeno pico em 119 com cerca de 1,1% do de 118. Nada mais nesse maciço ultrapassa 1%. Quantos átomos de halogéneo tem, qual o halogéneo, quantos carbonos, e que composto é?
Abrir este problema na ferramenta
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Quatro picos separados por duas unidades significam três átomos em que cada um possui um isótopo +2. Entre os elementos comuns, isso indica cloro ou bromo.
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Para três cloros, as alturas são 1 : 3r : 3r² : r³ com r = 0,2424 / 0,7576. O que condiz. Três bromos colocariam M+2 acima de M, assim como qualquer mistura que contivesse bromo.
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M+1 conta o carbono: cada carbono acrescenta 1,0816% de M, cada hidrogénio 0,0115%. 1,1% equivale a um carbono.
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O que resta da massa após três ³⁵Cl e um ¹²C é hidrogénio.
Resposta
Três cloros, um carbono e um hidrogénio: CHCl₃, clorofórmio. Pressione Clorofórmio e a página devolve 100 : 95,99 : 30,71 : 3,28, com M+1 a 1,09%. Os candidatos mistos falham redondamente: dois cloros e um bromo dão 62,0 : 100 : 44,9 : 6,2; um e dois dão 44,1 : 100 : 69,2 : 13,4; três bromos 34,3 : 100 : 97,3 : 31,5.
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Referências (3)
- Every abundance on the page: the CIAAW's own record of the representative isotopic compositions it has recommended, element by element and year by year, each with the DOI of the report that set it: Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW, IUPAC), "Historical Isotopic Abundances" and its data table TICE-changes-all.csv (version 4, October 2024), compiled by J. Meija. ciaaw.org.
- The report that set chlorine's 75.76% and 24.24%, and nitrogen's and sulfur's abundances: J. K. Böhlke, J. R. de Laeter, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor, "Isotopic Compositions of the Elements, 2001." Journal of Physical and Chemical Reference Data 34(1), 2005, pp. 57-67. DOI 10.1063/1.1836764
- Why the CIAAW now gives these elements as ranges, and the ranges the page's values sit inside: J. Meija, T. B. Coplen, M. Berglund, W. A. Brand, P. De Bièvre, M. Gröning, N. E. Holden, J. Irrgeher, R. D. Loss, T. Walczyk and T. Prohaska, "Isotopic compositions of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)." Pure and Applied Chemistry 88(3), 2016, pp. 293-306. DOI 10.1515/pac-2015-0503