2 (1134467), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Например, ион СНе+ перегруппировывается в ион ( О Интенсивность пика этого фрагмента будет зна- чительно выше по сравнению с тем случаем, если эту перегруппировку не учитывать. Появление большого числа различных фрагментов часго помогает установить структуру молекулы. Однако даже в этом случае необходимо соблюдать осторожность. Ион, образующийся в нонизационной камере, подвергается многим колебательным процессам; эти процессы могут сопровождаться перегруппировками с образованием связей, которых нет в исходном соединении (см., например, уравнение (10.14)3.
Образование новых ионов затрудняет установление химических процессов, которые приводят к появлению в масс-спектре различных пиков. Это в свою очередь создает труднасги для выяснения влияния прочности связи или других свойств молекулы на относителъные количества образующихся ионных фрагментов. Была предпринята попытка количественно рассмотреть масс-спекграметрическую фрагментацию на основании так называемой квизиривновегиой теории 110].
Внутреннюю энергию распределяют по всем возможным осцилляторам и ротаторам молекулы и рассчитывают скорости распада по различным направленикм. Каждому калебателъному уровню приписывается весовой фактор нли частотный фактор (т.е. энтропийный член). Для молекулы реального размера полный анализ сложен. Вводятся приближения, приводжцие Ионизанионные методы 323 к высокопараметризованному подходу [10!. В настоящее время квази- равновесная теория — в болыпей степени область исследования, нежели ценный метод спектрального анализа. Масс-спектрометрическое правило сдвига [11! широко используется при установлении структуры алкалоидов и иллюстрируез основную идею общей применимости. Часто можно определить местонахождение заместителя в молекуле, если существуют низкоэнергетические направления распада сложной молекулы и если на этот распад влияет заместитель.
Для этого находят фрагмент, молекулярная масса которого увеличилась на массу, соответствующую массе заместителя или характеристического фрагмента последнего. Разработан метод использования масс-спектрометрии для определения последовательности чередования пептидов с короткой цепью. Читателя, интересующегося этим вопросом, мы отсылаем к обзорной статье [12].
Низкая летучесть многих веществ затрудняет их анализ с помощью масс-спекгрометрии. Летучесть часто можно увеличить путем преобразования полярных групп в молекуле, например, карбоксильную группу можно превратить в метиловый эфир или триметилсилильный эфир. При исследовании низколетучих веществ очень удобен метод ионизации полем (см.
ниже). Сочетание масс-спектрометрии с газожидкостной хроматографией дает превосходный метод анализа смесей. В этом случае требуются очень небольшие количества вещества. Масс-спектрометр используется в качестве детектора в газожидкостной хроматографии, и многочисленные масс-спектры регистрируются по мере поступления компонентов из колонки. Частично разрешенные пики в хроматограмме легко идентифицируют по изменению во времени масс-спектра вещества, соответствующего этому пику. Многочисленные примеры и подробное рассмотрение факторов, приводящих к образованию стабильных ионов органических соединений, можно найти в монографиях, цитированных в списке литературы, и в работе [9]. В литературе обсуждаются и общие принципы прогнозирования перегруппировок образующихся ионных фрагментов. Если исходя из данной структуры можно объяснить появление в спектре пиков основных фрагментов и отнести эти пики к фрагментам, основываясь на разумных процессах фрагментации, то такое отнесение послужит важным доводом в пользу существования именно этой структуры.
16.5. ВЛИЯНИЕ ИЗОТОПОВ НА ХАРАКТЕР МАСС-СПЕКТРА Если исследовать вещество, в котором элемент имеет более чем один стабильный изотоп, достаточно распространенный в природе, то для каждого фрагмента, содержащего этот элемент, наблюдается более чем один пик. В спектре СНзВг наблюдаются два пика почти равной интенсивности при ен~'е=94 и 96, что соответствует в основном (СН,— 324 Глава !б 'вВг)+ и (СНз в'Вг)+. Изотопы гвВг и в'Вг содержатся в природе почти в равных количествах (50,54 и 49,46~/), поэтому два пика фрагментов, содержащих бром, имеют почти равную интенсивность и разделеньз двумя единицами лг/е.
Если во фрагмент входят два эквивалентных атома брома, то различные комбинации изотопов дают сигнал в виде триплега с отношением интенсивностей 1:2;1. Кроме этих пиков, в спектре появятся также «пичкихз обусловленные небольшим природным содержанием О н 'зС, что соответсгвует всем комбинациям масс 'гС, ' С, 13, Н, ~зВг и в'Вг. Результирующая группа пиков данного фрагмента имеет важное значение при их отнесении к фрагменту. Относительные интенсивности пиков зависят от относительного содержания в природе изотопов атомов фрагмента, например, СО может включать фрагменты с массовыми числами 28, 29, 30 н 31. Их относительные количества можно рассчитать с помощью простой теории вероятности 113, 141. Чтобы провести такие расчеты, созданы программы для ЭВМ 115, 16].
Эти характеристические участки спектра весьма полезны для его отнесения в случае молекул, в которых атом имеет более чем один распространенный изотоп. Молекулы, содержащие ионы переходных металлов, часто дают такие характеристические участки спектра.
Использование пиков ' С позволяет определить число атомов углерода во фрагменте. Преимушества масс-спехт рометрнн высокого разрешения можно продемонстрировать 1173 на примере некорректного отнесения пика с лг/е = 56 в спектре низкого разрешения Ге((СгНз)г)ЧСБгЗз к атому железа. В спектре высокого разрешения пнк должен находиться при вз/е= = 55,9500, но он не был обнаружен.
Вместо этого появился пнк при лг7в= 56,0350, который приписали фрагменту СзНв)ч. Другое важное применение масс-спектрометрни, основанное на использовании изотопов, состоит в исследовании обменных реакций с участием соединений, содержащих нерадноактивные изотопы. Для определения скорости обмена изучают во времени содержание изотопа в продукте превращения меченого исходного вещества. Продукт или исходное соединение можно разложить до газообразного вещества, содержащего метку, и из масс-спектра получить изотопное отношение. Эти вещества можно также исследовать непосредственно, и из анализа изменений в спектре различных фрагментов можно установить местонахождение и количество метки.
Определяя, какие пики в спектре изменяются при внедрении изотопа, можно выявить части молекулы, участвующие в обмене. С помощью метки н масс-спектрального анализа было показано, что эфирный кислород в продукте реакции метанола с бензойной кислотой принадлежит метанолу: С,Н,С(О) — ОН+СН, ОН -> С,Н,С(О)-"ОСН,+Н,О. Еше одно интересное применение можно продемонстрировать на примере следующих обменных реакций: ВГз + ВХз -~ ВХ,Г+ ВГ,Х, ЗКВХг+ 2ВГз в ЗКВГг+ 2ВХз (а также ВГ„Х ), ЗК,ВХ+ ВГ, — ЗК,ВГ+ ВХ, (а также ВГ„Х„), 325 11онизи ионные методы где К вЂ” алкил или винил, а Х- — хлор или бром. Были получены фрагменты, соответствующие продуктам, однако при попытке разделения последних выделили золько исходные вещества (181.
Для процесса обмена предполагалось существование четырехцевтрового промежуточно- К С! Г го продукта типа В В Для того чтобы определить, обмениг' " г' е' С! Г ваются или нет алкильные группы в ходе реакции 3КВХ, +2ВГ, — 3КВГ, + 2ВХ, (и ВХ„,Г„), трехфтористый бор был обогащен изотопом 'оВ.
Отсутствие повышенного содержания оВ во фрагментах, содержащих алкнльные илн винильные группы, позволило сделать вывод, что ни алкильные, ни вннильные группы не обмениваются при условиях, когда частица КВХ стабильна. Следует указать, что в рассмотренных вьппе применениях нет необходимости метить все молекулы соединения, поскольку вполне достаточно небольшого обогащения. !б.б.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАСС; МЕТОД ИОНИЗАЦИИ ПОЛЕМ Если молекулярный ион, который образовался в процессе, аналогичном процессу (1б.б), стабилен, то молекулярную массу вещества можно определить непосредственно из пика с наибольшим массовым числом, интенсивность которого не зависит от давления. Например, молекулярную массу Ге(СО)д(СГх — СГх — СНх — СГх) нельзя определить (193 обычными способами, однако из пика молекулярного иона в масс-спектре следует, что это вещество представляет собой мономер с молекулярной массой 368.
Для многих соединений молекулярный ион достаточно стабилен, чтобы пользоваться указанным методом определения молекулярной массы, но часто зто не так. Главная проблема состоит в определении пика молекулярного иона. Многие молекулы либо не обладают достаточной летучестью, либо недостаточно устойчивы по отношению к электронной бомбардировке, чтобы можно было определить молекулярную массу с помощью массспектрометрии, если только не применять метод ионизацни полем. Если молекулярные ионы нельзя зарегистрировать при температуре испарения вещества и бомбардировке электронами с энергией 70 эВ, то они обычно не наблюдаются и при более низкой энергии электронов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
