Chemia organiczna

Spektrometria mas ma krytyczną rolę w chemii organicznej. Jej użyteczność w analizie chemicznej została omówiona wcześniej przy opisie odpowiednich technik eksperymentalnych. Te same techniki mogą być stosowane w określaniu struktury skomplikowanych cząsteczek, ale być może nawet większą wartość dla takiej pracy są pomiary o wysokiej rozdzielczości.

Wysokiej rozdzielczości spektrometr mas jest możliwe do przeprowadzenia pomiarów masy na jon molekularny (lub dowolny inny jon w widmie) z dokładnością do około jednej części na milion. Masa ta stanowi najlepszy wskaźnik do określania wzorów jonowych. Dokładne masy jonów C6H12+ i C4H4O2+ wynoszą, na przykład, odpowiednio 84,0939 i 84,0211, a jony te można łatwo rozróżnić wyłącznie na podstawie ich mas. Gdy wzór cząsteczkowy jest znany, można wywnioskować całkowitą liczbę pierścieni i wiązań podwójnych tworzących strukturę molekularną i zacząć spekulować na temat możliwych wzorów strukturalnych. Aby wywnioskować wzory strukturalne z wzorów molekularnych, konieczne jest zbadanie jonów fragmentacyjnych w widmie masowym. Wciąż nie jest możliwe ostateczne przewidzenie wzorów fragmentacji dla cząsteczek organicznych, ale znanych jest wiele półempirycznych reguł fragmentacji i zazwyczaj możliwe jest wyodrębnienie w widmie pików charakterystycznych dla poszczególnych grup chemicznych. Technika ta jest o tyle cenna, że na ogół nie trzeba znać żadnych szczegółów składu nieznanego związku, aby wydedukować jego pełną lub częściową strukturę. Tylko niewielka ilość związku, sto mikrogramów lub mniej, jest konieczne do analizy.

Używając komputera połączonego ze spektrometrem mas o wysokiej rozdzielczości, około 1,000 pików masowych na minutę może być wykreślone przy rozdzielczości do 20,000, dokładne pomiary mogą być wykonane na każdym piku, a wysokości pików i skład jonów mogą być drukowane w formie „mapy elementów”, aby pomóc w interpretacji widma. Jest również możliwe, aby komputer przeprowadził wiele logicznych kroków w redukcji danych, które prowadzą do wyjaśnienia struktury.

Ciągłe pobieranie próbek materiałów zawartych w naczyniu reakcyjnym, a następnie analiza spektrometrem mas, została wykorzystana do identyfikacji i pomiaru ilości gatunków pośrednich utworzonych podczas reakcji w funkcji czasu. Ten rodzaj analizy jest ważny, zarówno w sugerowaniu mechanizmu, przez który zachodzi ogólna reakcja, jak i w umożliwieniu rozwiązania szczegółowej kinetyki reakcji.

Wyznaczanie izotopowe jest szeroko stosowane w takich badaniach. Może wskazywać, które poszczególne atomy są zaangażowane w reakcji; w reakcjach rearanżacji może pokazać, czy wewnątrzcząsteczkowy lub międzycząsteczkowy proces jest zaangażowany; w reakcjach wymiany może pokazać, że poszczególne atomy, na przykład, wodoru są wymiany między reagujących gatunków. Znakowanie jest również szeroko stosowane w badaniach spektrometrii mas, aby dać informacje o reakcjach fragmentacji zachodzących w spektrometrze mas.

Dziedziny badań, które wykorzystują spektrometrię mas obejmują badania struktury białek, metabolizmu leków, smaku i zapachu, ropy naftowej i petrochemikaliów, skamielin organicznych, dziedzicznych chorób metabolicznych, atmosfery i gazów oddechowych, i wiele innych wysoce wyspecjalizowanych tematów.

.