Моноизотопная масса в масс-спектрометрии: точный расчет молекулярной массы на основе наиболее распространенных изотопов. Отличие от номинальной и молярной массы.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Тип молекулярной массы, термин масс-спектрометрии.
Type of molecular mass
the mass spectrometry term
Моноизотопная масса (Mmi) – один из нескольких типов молекулярных масс, используемых в масс-спектрометрии. Теоретическая моноизотопная масса молекулы вычисляется как сумма точных масс (включая дефект массы) наиболее распространенного природного стабильного изотопа каждого атома в молекуле. Для небольших молекул, состоящих из элементов с низким атомным номером, моноизотопная масса проявляется как изотопно чистый пик в масс-спектре. Это отличается от номинальной молекулярной массы, которая представляет собой сумму массовых чисел основных изотопов каждого атома в молекуле и является целым числом. Она также отличается от молярной массы, которая является видом средней массы. Для некоторых атомов, таких как углерод, кислород, водород, азот и сера, моноизотопная масса этих элементов точно соответствует массе их природного изотопа, являющегося самым легким. Однако это не верно для всех атомов. Наиболее распространенный изотоп железа имеет массовое число 56, в то время как стабильные изотопы железа имеют массовые числа в диапазоне от 54 до 58. Моноизотопная масса обычно выражается в далтонах (Da), также называемых атомными единицами массы (u).
Monoisotopic mass (Mmi) is one of several types of molecular masses used in mass spectrometry. The theoretical monoisotopic mass of a molecule is computed by taking the sum of the accurate masses (including mass defect) of the most abundant naturally occurring stable isotope of each atom in the molecule. For small molecules made up of low atomic number elements the monoisotopic mass is observable as an isotopically pure peak in a mass spectrum. This differs from the nominal molecular mass, which is the sum of the mass number of the primary isotope of each atom in the molecule and is an integer. It also is different from the molar mass, which is a type of average mass. For some atoms like carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, and sulfur, the Mmi of these elements is exactly the same as the mass of its natural isotope, which is the lightest one. However, this does not hold true for all atoms. Iron's most common isotope has a mass number of 56, while the stable isotopes of iron vary in mass number from 54 to 58. Monoisotopic mass is typically expressed in daltons (Da), also called unified atomic mass units (u).
Изотопная изобилие
Если кусок железа поместить в масс-спектрометр для анализа, масс-спектры железа (Fe) покажут несколько пиков из-за существования изотопов железа Fe 54, Fe 56, Fe 57, Fe 58. Масс-спектр Fe демонстрирует, что моноизотопная масса не всегда является самым интенсивным изотопным пиком в спектре, несмотря на то, что содержит наиболее распространенный изотоп для каждого атома. Это происходит потому, что с увеличением числа атомов в молекуле возрастает вероятность наличия в ней хотя бы одного атома тяжелого изотопа. Если в молекуле содержится 100 атомов углерода C 12, и вероятность того, что каждый атом углерода является тяжелым изотопом C 13, составляет примерно 1%, то вся молекула с большой вероятностью будет содержать хотя бы один атом углерода 13, и наиболее распространенный изотопный состав перестанет совпадать с моноизотопным пиком. Моноизотопный пик иногда не удается обнаружить по двум основным причинам. Во-первых, моноизотопный пик может быть неразрешим по отношению к другим изотопным пикам. В этом случае наблюдается только средняя молекулярная масса. В некоторых случаях, даже если изотопные пики разрешены, например, при использовании масс-спектрометра высокого разрешения, моноизотопный пик может быть ниже уровня шума, и пики более тяжелых изотопов будут полностью доминировать.
If a piece of iron was put into a mass spectrometer to be analyzed, the mass spectra of iron (Fe) would result in multiple mass spectral peaks due to the existence of the iron isotopes, Fe 54, Fe 56, Fe 57, Fe 58. The mass spectrum of Fe represents that the monoisotopic mass is not always the most abundant isotopic peak in a spectrum despite it containing the most abundant isotope for each atom. This is because as the number of atoms in a molecule increases, the probability that the molecule contains at least one heavy isotope atom also increases. If there are 100 carbon atoms C 12 in a molecule, and each carbon has a probability of approximately 1% of being a heavy isotope C 13, the whole molecule is highly likely to contain at least one heavy isotope atom of carbon 13 and the most abundant isotopic composition will no longer be the same as the monoisotopic peak. The monoisotopic peak is sometimes not observable for two primary reasons. First, the monoisotopic peak may not be resolved from the other isotopic peaks. In this case, only the average molecular mass may be observed. In some cases, even when the isotopic peaks are resolved, such as with a high resolution mass spectrometer, the monoisotopic peak may be below the noise level and higher isotopes may dominate completely.
Моноизотопная масса в спектрометрии
Моноизотопная масса редко используется в областях, отличных от масс-спектрометрии, поскольку другие области не способны различать молекулы с различным изотопным составом. По этой причине чаще всего используется средняя молекулярная масса или, еще чаще, молярная масса. Для большинства задач, таких как взвешивание больших количеств химических веществ, релевантна только молярная масса, так как при взвешивании определяется статистическое распределение молекул с разными изотопными составами. Эта концепция наиболее полезна в масс-спектрометрии, где измеряются отдельные молекулы (или атомы, как в ICP MS), а не их статистическое среднее по совокупности. Поскольку масс-спектрометрия часто применяется для количественного определения соединений на уровне следов, обычно требуется максимизировать чувствительность анализа. Выбор наиболее распространенного изотопа молекулы повышает чувствительность анализа, позволяя количественно определять даже меньшие количества целевых соединений. Поэтому эта концепция особенно полезна для аналитиков, занимающихся поиском следовых количеств органических молекул, например, остатков пестицидов в продуктах питания и сельхозпродукции. Изотопные массы могут играть важную роль в физике, однако физика реже имеет дело с молекулами. Молекулы, различающиеся изотопами, иногда различаются в молекулярной спектроскопии и смежных областях, но обычно наблюдается изменение одного изотопа в крупной молекуле, а не изотопный состав всей молекулы. Изотопное замещение изменяет колебательные частоты различных связей в молекуле, что может оказывать наблюдаемое влияние на химическую реакционную способность посредством кинетического изотопного эффекта и даже, в некоторых случаях, на биологическую активность.
The monoisotopic mass is not used frequently in fields outside of mass spectrometry because other fields cannot distinguish molecules of different isotopic composition. For this reason, mostly the average molecular mass or even more commonly the molar mass is used. For most purposes such as weighing out bulk chemicals only the molar mass is relevant since what one is weighing is a statistical distribution of varying isotopic compositions. This concept is most helpful in mass spectrometry because individual molecules (or atoms, as in ICP MS) are measured, and not their statistical average as a whole. Since mass spectrometry is often used for quantifying trace level compounds, maximizing the sensitivity of the analysis is usually desired. By choosing to look for the most abundant isotopic version of a molecule, the analysis is likely to be most sensitive, which enables even smaller amounts of the target compounds to be quantified. Therefore, the concept is very useful to analysts looking for trace level residues of organic molecules, such as pesticide residue in foods and agricultural products. Isotopic masses can play an important role in physics but physics less often deals with molecules. Molecules differing by an isotope are sometimes distinguished from one another in molecular spectroscopy or related fields; however, it is usually a single isotope change on a larger molecule that can be observed rather than the isotopic composition of an entire molecule. The isotopic substitution changes the vibrational frequencies of various bonds in the molecule, which can have observable effects on the chemical reactivity via the kinetic isotope effect, and even by extension the biological activity in some cases.