Масс-спектрометрия в органическом анализе

Масс-спектрометрия измеряет массы молекул и их фрагментов, предоставляя молекулярную формулу и картину фрагментации, которые служат структурным отпечатком.

Definition

Масс-спектрометрия — это аналитический метод, который ионизирует молекулы и разделяет образующиеся ионы по отношению массы к заряду, давая спектр масс ионов и их обилия, используемый для идентификации и характеристики органических соединений.

Scope

Эта тема охватывает методы ионизации, молекулярный ион и его связь с молекулярной массой и формулой, изотопные картины, пути фрагментации, включая перегруппировку МакЛафферти, а также использование масс-спектрометрии высокого разрешения для определения точных формул.

Core questions

• Как молекулярный ион раскрывает молекулярную массу и, при высоком разрешении, молекулярную формулу?
• Что картины фрагментации говорят нам о структуре?
• Как изотопные картины указывают на присутствие таких элементов, как хлор и бром?

Key theories

Молекулярный ион и фрагментация

Ионизация производит молекулярный ион, масса которого дает молекулярный вес; его предсказуемая фрагментация на более мелкие ионы предоставляет структурные подсказки из потерянных и сохраненных масс.

Изотопные картины и масс-спектрометрия высокого разрешения

Характерные изотопные отношения выявляют гетероатомы, такие как хлор и бром, в то время как измерение точной массы однозначно определяет молекулярную формулу.

Mechanisms

Источник ионизации (электронный удар, электроспрей или другие) генерирует ионы в газовой фазе, которые разделяются по отношению массы к заряду в анализаторе и детектируются. Радикал-катион, образующийся при электронном ударе, фрагментируется по путям, благоприятствуемым стабильностью образующихся ионов и нейтральных частиц; перегруппировка МакЛафферти, характерная фрагментация, переносит гамма-водород к карбонилу с потерей нейтрального алкена.

Clinical relevance

Масс-спектрометрия, часто в сочетании с хроматографией, играет центральную роль в исследованиях метаболизма лекарств, терапевтической и судебно-медицинской токсикологии, протеомике и клинической диагностике, где она идентифицирует и количественно определяет следовые аналиты с высокой специфичностью.

History

Ранний масс-спектрограф Астона утвердил масс-спектрометрию как аналитический метод; МакЛафферти систематизировал интерпретацию органической фрагментации, а разработка методов мягкой ионизации, таких как электроспрей Фенном, расширила применение метода на крупные биомолекулы, что было отмечено Нобелевской премией по химии 2002 года.

Key figures

• Francis William Aston
• Fred McLafferty
• John Fenn
• Koichi Tanaka

Seminal works

• silverstein2014
• mclafferty1993

Frequently asked questions

Что такое пик молекулярного иона?

Пик молекулярного иона соответствует неповрежденной ионизированной молекуле до фрагментации; его значение отношения массы к заряду дает молекулярный вес и, в приборах высокого разрешения, помогает установить молекулярную формулу.

Что такое перегруппировка МакЛафферти?

Это характерная фрагментация молекул, содержащих карбонильную группу, при которой атом водорода на гамма-углероде переносится к карбонильному кислороду, и выбрасывается нейтральный алкен, образуя диагностический, часто интенсивный фрагментный ион.