Студент бакалавриата
  1. Общая химия  1.1. Введение в Химию  1.2. Структура атома  1.2.1. Субатомные частицы  1.2.2. Атомная модель  1.2.3. Квантовые числа  1.2.4. Электронная конфигурация  1.2.5. Периодические тенденции  1.2.6. Изотопы и их применения  1.3. Химическая связь  1.3.1. Ионная связь  1.3.2. Ковалентные связи  1.3.3. Металлическая связь  1.3.4. Гибридизация  1.3.5. Молекулярная геометрия и теория ВЕСЗР  1.3.6. Полярность связи и дипольный момент  1.4. Стехиометрия  1.4.1. Понятие моль  1.4.2. Эмпирическая и молекулярная формула  1.4.3. Ограничивающий реагент и избыток реагента  1.4.4. Процентный выход и чистота  1.4.5. Расчет разведения  1.5. Состояния вещества  1.5.1. Газовые законы  1.5.2. Материя и межмолекулярные силы  1.5.3. Твёрдые тела и кристаллические структуры  1.5.4. Диаграмма фаз  1.5.5. Плазма и сверхкритическая жидкость  1.6. Химические реакции  1.6.1. Типы химических реакций  1.6.2. Балансировка химических уравнений  1.6.3. Термохимические реакции  1.6.4. Энергетические профили реакций  1.7. Растворы и смеси  1.7.1. Единицы измерения концентрации  1.7.2. Свойства синдрома  1.7.3. Растворимость и правила растворимости  1.7.4. Закон Генри и Закон Рауля  1.7.5. Partition coefficient  1.8. Химическое равновесие  1.8.1. Закон действия масс  1.8.2. Принцип Ле Шателье  1.8.3. Реакционный коэффициент  1.8.4. Чтобы воспользоваться этим онлайн-калькулятором для расчета константы равновесия, введите константу равновесия (Eq.) и нажмите кнопку расчета. Вот как можно объяснить расчет константы равновесия с заданными входными значениями -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Кислотно-щелочной баланс  1.9. Кислоты и основания  1.9.1. Определения Аррениуса, Брёнстеда–Лоури и Льюиса  1.9.2. pH и pOH  1.9.3. Титрование кислоты и основания  1.9.4. Буферный раствор  1.9.5. Кислотно-основной индикатор  1.9.6. Полипротные кислоты и основания  1.10. Электрохимия  1.10.1. Окислительно-восстановительные реакции  1.10.2. Гальванические и Электролитические Элементы  1.10.3. Уравнение Нернста  1.10.4. Электролиз  1.10.5. Законы электролиза Фарадея  1.11. Термодинамика  1.11.1. Законы термодинамики  1.11.2. Enthalpy, entropy and Gibbs free energy  1.11.3. Спонтанность реакций  1.11.4. Термодинамические циклы (закон Гесса, цикл Карно)  1.12. Кинетика  1.12.1. Закон скорости и порядок реакции  1.12.2. Энергия активации и катализаторы  1.12.3. Collision theory  1.12.4. Механизм реакции  1.12.5. Теория переходного состояния
  2. Органическая химия  2.1. Структура и взаимосвязь  2.1.1. Гибридизация в углеродных соединениях  2.1.2. Резонанс и ароматизация  2.1.3. Molecular orbitals  2.1.4. Индуктивные и мезомерные эффекты  2.2. Углеводороды  2.2.1. Углеводороды  2.2.2. Алкены  2.2.3. Алкины  2.2.4. Ароматические соединения  2.2.5. Циклоалканы и Конформация  2.3. Функциональная группа  2.3.1. Алкоголи и фенолы  2.3.2. Эфиры и эпоксиды  2.3.3. Альдегиды и кетоны  2.3.4. Карбоновые кислоты и их производные  2.3.5. Aмин  2.3.6. Сложные эфиры и амиды  2.3.7. Тиолы и сульфиды  2.4. Стереохимия  2.4.1. Изомерия в стереохимии  2.4.2. Хиральность и оптическая активность  2.4.3. Структурный анализ  2.4.4. Диастереомеры и энантиомеры  2.5.1. Реакции замещения  2.5.2. Реакции элиминирования  2.5.3. Реакции присоединения  2.5.4. Радикальные реакции  2.5.5. Реакции перегруппировки  2.5.6. Перицветные реакции  2.6. Спектроскопия и структурный анализ  2.6.1. Инфракрасная спектроскопия  2.6.2. Ядерный магнитный резонанс  2.6.3. Масс-спектрометрия  2.6.4. УФ-видимая спектроскопия  2.6.5. Рентгеновская кристаллография  2.7. Химия полимеров  2.7.1. Полимеры добавления и конденсации  2.7.2. Механизм полимеризации  2.7.3. Биоразлагаемый полимер  2.7.4. Проводящие и умные полимеры
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Лиганды и координационные соединения  3.1.2. Теория кристаллического поля  3.1.3. Теория молекулярных орбиталей в координационных соединениях  3.1.4. Искажение Яна–Тейлора  3.2. Main Group Chemistry  3.2.1. Щелочные и щелочноземельные металлы  3.2.2. Галогены и благородные газы  3.2.3. Переходные металлы и их комплексы  3.2.4. Лантаниды и актиниды  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Кристаллические решетки и элементарные ячейки  3.3.2. Дефекты в твердых телах  3.3.3. Электрические и магнитные свойства  3.3.4. Сверхпроводимость  3.4. Биоорганическая химия  3.4.1. Ионы металлов в биологии  3.4.2. Энзиматические реакции с металлами  3.4.3. Отравление металлами и детоксикация  3.4.4. Металлопротеины и Металлоэнзимы
  4. Физическая химия  4.1. Квантовая химия  4.1.1. Дуализм волны и частицы  4.1.2. Уравнение Шрёдингера  4.1.3. Квантовые числа и орбитали  4.1.4. Атомная и молекулярная спектроскопия  4.2. Statistical mechanics  4.2.1. Распределение Максвелла-Больцмана  4.2.2. Функции разложения  4.2.3. Статистика Бозе–Эйнштейна и Ферми–Дирака  4.3. Химическая термодинамика  4.3.1. Энергия Гиббса  4.3.2. Фазовый переход  4.3.3. Термодинамическая эффективность  4.4. Поверхностная химия  4.4.1. Абсорбция и катализ  4.4.2. Коллоиды и эмульсии
  5. Аналитическая химия  5.1. Classical methods  5.1.1. Гравиметрический анализ  5.1.2. титриметр  5.2. Инструментальные методы  5.2.1. Хроматография  5.2.2. Спектроскопия  5.2.3. Электроанализаторные методы  5.2.4. Рентгеновская дифракция
  6. Промышленная химия  6.1. Нефтехимия  6.2. Принципы химической инженерии  6.3. Зеленая химия  6.4. Фармацевтика и синтез лекарств
  7. Биохимия  7.1. Углеводы  7.2. Белки и ферменты  7.3. Липиды и мембраны  7.4. Нуклеиновые кислоты  7.5. Метаболизм и биоэнергетика  7.6. Кинетика и механизм ферментов

Студент бакалавриата → Органическая химия → Спектроскопия и структурный анализ ↓


Масс-спектрометрия


Масс-спектрометрия — это мощная аналитическая техника, используемая для определения массы частиц, состава образца и структуры молекул. Она широко применяется в органической химии для структурного анализа и получения представления о молекулярной структуре органических соединений. Эта техника полезна для идентификации химических характеристик неизвестных веществ, и при сочетании с другими методами она предоставляет исчерпывающие данные о молекулярных и функциональных группах, присутствующих в соединении.

Основы масс-спектрометрии

Вкратце, масс-спектрометрия измеряет отношение массы к заряду (m/z) ионов. Масс-спектрометр ионизирует химические соединения для получения заряженных молекул или их фрагментов и измеряет эти ионы для определения их соотношения массы к заряду. Основные компоненты масс-спектрометра включают:

  1. Источник ионизации: Преобразует молекулы образца в ионы. Обычные методы включают электронный удар (EI), химическую ионизацию (CI) и матрично-активированную лазерную десорбционную ионизацию (MALDI).
  2. Масс-анализатор: Разделяет ионы на основе их отношения m/z. Типы включают аналайзеры времени пролета (TOF), квадрупольные и магнитные секторные анализаторы.
  3. Детектор: Регистрирует ионы и предоставляет сигнал, который обрабатывается для получения масс-спектра.
Источник ионов Масс-анализатор Детекторы

Методы ионизации

Выбор правильного метода ионизации важен, поскольку он влияет на эффективность ионизации образца и полученный масс-спектр. В органической химии используются три основных метода ионизации:

Электронный удар (EI)

В EI на образец направляется пучок высокоэнергетических электронов, которые выбивают электрон из молекулы образца, в результате чего образуется положительный ион ((M^+)). Этот процесс часто приводит к высокой фрагментации, что может быть полезно для выяснения структуры.

EI: M + e⁻ → M⁺ + 2e⁻

Химическая ионизация (CI)

CI использует реагентный газ (например, метан, изобутан или аммиак), который сначала ионизируется, и полученные ионы взаимодействуют с молекулами образца для их ионизации. CI является более мягким, чем EI, вызывая меньшую фрагментацию.

CI: MH⁺ + CH₄⁺ → M⁺ + CH₃ + H₂

Матрично-активированная лазерная десорбционная ионизация (MALDI)

MALDI включает встраивание образца в матрицу, которая поглощает энергию лазера, стимулируя ионизацию. Эта техника чрезвычайно полезна в изучении крупных биомолекул и полимеров.

Масс-анализатор

Масс-анализатор сортирует ионы, полученные в источнике ионизации, в зависимости от их соотношения массы к заряду. Существует несколько типов масс-анализаторов:

Аналайзер времени пролета (TOF)

В TOF анализаторе ионы ускоряются через разность потенциалов, и измеряется время их пролета до детектора. Ионы с разными отношениями m/z будут иметь разные скорости, что позволяет различать ионы.

Соотношение:

KE = 1/2 * mv² = z * V

Квадрупольный анализатор

Они используют осцилляющие электрические поля, чтобы обеспечить стабильные траектории для определенных значений m/z. Квадрупольные анализаторы часто используются благодаря своей точности и возможности быстро сканировать широкий диапазон масс.

Магнитный анализатор

Эти анализаторы используют магнитные поля для изогнутого прохождения ионов. Радиус кривизны пути иона зависит от его массы и заряда, что делает возможным разделение.

Понимание масс-спектров

Масс-спектр — это график, который представляет ионы по отношению массы к заряду на оси x и их относительной изобилии на оси y. Пики в спектре указывают на присутствие ионов с определёнными значениями m/z.

Вот простой пример масс-спектра метана (CH₄):

CH₄⁺ C⁺ CH₂⁺ m/z относительная интенсивность

Самый высокий пик, называемый базисным пиком, представляет самый обильный ион. Пик молекулярного иона (или главный пик) представляет собой молекулу в целом, что помогает определить молекулярную массу соединения.

Интерпретация масс-спектров

Процесс интерпретации масс-спектров включает анализ фрагментационных паттернов для вывода структуры материнской молекулы. Фрагментационные паттерны могут предоставлять ценные подсказки о функциональных группах и связях в молекуле. Ниже описаны общие стратегии интерпретации:

Использование фрагментационных пиков

В масс-спектре, помимо пика молекулярного иона, обычно наблюдается несколько более мелких пиков. Последние соответствуют фрагментированным ионам и могут помочь в предсказании структуры, предлагая способ фрагментации молекулы.

Анализ изотопных паттернов

Изотопное распределение элементов, таких как хлор и бром, предоставляет характерные паттерны. Хлор со своими изотопами ^{35}Cl и ^{37}Cl часто образует соотношение 3:1, в то время как бром показывает соотношение 1:1 благодаря ^{79}Br и ^{81}Br.

Применение в органической химии

Значимость масс-спектрометрии в органической химии невозможно переоценить. Она играет важную роль в идентификации неизвестных соединений, подтверждении синтезов и изучении сложных биомолекул. Основные применения включают:

Объяснение структуры

Анализируя фрагментационные паттерны, органические химики могут обнаружить соединения и функциональные группы в молекуле. Этот процесс дополняет ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и инфракрасную (ИК) спектроскопию, предоставляющие более полное анализ.

Определение молекулярной массы

Пик молекулярного иона в масс-спектре указывает на молекулярную массу соединения. Корректное определение этого пика необходимо для подтверждения того, что было синтезировано или изолировано нужное соединение.

Исследования в проготеомике и метаболомике

В биологии масс-спектрометрия взаимодействует с различными экспериментальными методами для изучения белков и метаболитов, помогая понять биологические пути, механизмы заболеваний и открыть биомаркеры.

Заключение

Масс-спектрометрия с её широким спектром методов и возможностей остается одним из важнейших инструментальных методов в органической химии. Её способность предоставлять детализированную молекулярную информацию преобразила и продвинула эту область, дав химикам возможность однозначно идентифицировать и характеризовать химические вещества. Интеграция этой техники с биологическими исследованиями ещё больше расширяет её полезность, подтверждая её роль как универсального и незаменимого инструмента в современных научных приложениях.


Студент бакалавриата → 2.6.3


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (2.6.2)
Ядерный магнитный резонанс
Следующий (2.6.4) →
УФ-видимая спектроскопия

Комментарии 



Масс-спектрометрия

https://www.chemistryelite.com/ug/2.6.3?ceal=ru