Хорошо, давайте разберем информацию из предоставленного изображения.
Лабораторная работа № 4. Идентификация вещества по его масс-спектру.
Масс-спектрометрия является физико-химическим методом анализа, заключающимся в переводе молекул образца в ионизированную форму с последующим разделением и регистрацией образующихся при этом положительных или отрицательных ионов. Масс-спектр представляет собой зависимость интенсивности ионного тока от отношения массы иона к его заряду. Масс-спектр позволяет сделать выводы о молекулярной массе соединения, его составе и структуре. Масса самого тяжелого иона в спектре равна молекулярной массе анализируемого соединения. Принято представлять масс-спектр в виде графика или таблицы. В случае графического изображения по оси абсцисс откладывается масса ионов (точное величина отношения массы иона к его заряду), а по оси ординат - их интенсивности, т. е. относительное количество ионов данного вида. Принято выражать интенсивность в процентах к полному ионному току (суммарной интенсивности всех ионов в спектре) или к интенсивности максимального иона.
Расшифровка масс-спектра
Расшифровка масс-спектра начинается с анализа молекулярного иона и изотопных пиков. К сожалению, многие соединения под ЭУ не дают пика молекулярного иона; он не стабилен. В связи с этим необходимо научиться правильно определять пик \(M^+\) в спектре. Ион должен удовлетворять четырем необходимым, но не достаточным условиям, для того, чтобы считать пик молекулярным:
- иметь самую большую массу в спектре;
- быть нечетноэлектронным;
- быть способным образовать важнейшие ионы с большой массой за счет выброса реальных нейтральных частиц;
- включать все элементы, наличие которых в образце можно увидеть по фрагментным ионам.
Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, ион не молекулярный; если выполняются все четыре условия, ион может быть молекулярным.
Рассмотрим подробнее представленные условия
Первое положение очевидно, поскольку масса целой молекулы заведомо больше массы любого ее фрагмента.
Количество электронов в ионе
Количество электронов в ионе можно проверить, рассчитав степень его ненасыщенности:
\[R = x - \frac{1}{2}y + \frac{1}{2}z + 1\]
где \(R\) - степень ненасыщенности (число кратных связей и циклов в ионе); \(x\), \(y\) и \(z\) - индексы в брутто-формуле иона \(C_xH_yN_zO_n\). Понятно, что степень ненасыщенности можно определить только после установления элементного состава иона.
Если в состав входят другие элементы, индексы \(x\), \(y\), \(z\), \(n\) будут суммами атомов соответствующих валентностей (для \(C\) и \(Si\) 4 - \(x\), \(N\) и \(P\) 3 - \(z\), \(O\) и \(S\) 2 - \(n\), \(H\) и \(Hal\) 1 - \(y\)). Необходимо отметить, что если перечисленные элементы присутствуют в других степенях окисления, формула может привести к неправильному результату.
Определив \(R\), мы устанавливаем не только степень ненасыщенности иона, но и количество электронов в нем. Если \(R\) - целое число, ион нечетноэлектронный и, следовательно, может быть молекулярным; если \(R\) - дробь, ион четноэлектронный и молекулярным быть не может.
Альтернативный вариант расчета степени ненасыщенности
Альтернативным вариантом расчета степени ненасыщенности может служить способ замены гетероатомов углеводородными фрагментами. Все одновалентные элементы (за исключением водорода) заменяются группами \(CH_3\), двухвалентные - \(CH_2\), трехвалентные - \(CH\), четырехвалентные (за исключением самого углерода) - \(C\).
Полученная формула сравнивается с формулой алкана с таким же содержанием атомов углерода. Разность между числом атомов водорода в алкане \((2n + 2)\) и в образце, деленная на два, дает величину R.
Природная распространенность изотопов химических элементов
Ниже представлена таблица с данными о природной распространенности изотопов различных химических элементов. (Таблица приведена в предыдущем ответе).
