H10.1 Massaspectrometrie

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

massaspectrometrie is een...

1. analysemethode om structuur te bepalen
2. analysemethode om massa te bepalen
3. analysemethode om concentratie te bepalen
4. vorm van chromatografie

In de MS worden atoombindingen in de moleculen van de onderzochte stoffen door een elektronenbombardement kapot gemaakt. Deze fragmenten worden gemeten.

In de MS worden atoombindingen in de moleculen van de onderzochte stoffen  door een elektronenbombardement kapot gemaakt. Deze fragmeten worden gemeten.

Werking van de massaspectrometer:

stap 1

welke lading hebben elektronen?

1. positief
2. negatief

elektronen bombardement

1. Een stof wordt in de vacuümkamer geïoniseerd door een elektronenbundel
2. elektronen schieten één elektron weg van een molecuul (M)
3. in reactievergelijking:     M  +  e-   →    M+  +  2 e-
   
4. Er ontstaan positieve ionen, M+ ("het molecuul-ion").
   
5. Deze ionen zijn onstabiel en vallen uiteen in fragmenten

Beeld denken: Borden en tennisballen

- Elektronen zijn de tennisballen

- Moleculen zijn de borden

een molecuul-ion dat ontstaat bij massa spectrometrie is altijd

1. positief
2. negatief

hoe scheid je al deze fragmenten?

stap 2

De geladen moleculen en fragmenten met een +-lading worden door een magnetisch veld allemaal op een andere manier afgebogen. De massa is traag... dus de grote (zware) deeltjes buigen anders af dan kleinere deeltjes.

een massaspectrometer scheidt deeltjes op basis van hun

1. massa
2. lading
3. grootte
4. lengte

Hoe meet je welke fragmenten aanwezig zijn?

stap 3

Dit gebeurt er allemaal met een monster (sample) als het de massaspectro-meter in gaat.

13.4 massaspectrometrie

1. elektronenkanon geeft plus-lading:

er ontstaan een molecuulion en fragmenten

2. Magneet buigt kleine, geladen deeltjes het sterkst af, hier vindt scheiding plaats op basis van massa.

3. Detector meet massa en lading en zet het om in een spectrum

samengevat

Massaspectrum

resultaat: een massaspectrum

massaspectrum van pentaan (C₅H₁₂)

• Op de x-as staat de m/z waarde; uitgaande van een ionlading z = 1+ komt dit overeen met de molecuulmassa in u. 
• De piek bij de grootste m/z waarde hoort bij het molecuul-ion. Dit is het complete molecuul waaruit slechts één elektron is weggeschoten. 
• De piek bij m/z = 72 komt dus van het ion C₅H₁₂+.

m/z

m/z staat voor

1. molecuulgewicht / lading
2. massa / lading
3. molecuulgewicht / volume
4. massa / volume

massaspectrum van pentaan (C₅H₁₂)

• op de y-as staat de relatieve intensiteit: de hoogste piek hoort bij het fragment dat het meest voorkomt en wordt altijd op 100 gezet
• de massa van de pieken zegt iets over de fragmentionen die zijn ontstaan. De piek bij m/z = 43 is van het ion C3H7+.
• de afstand tussen de pieken zegt iets over de fragmenten die zijn afgesplitst. Het verschil tussen m/z = 72 en m/z = 57 is 15 u. Dit komt overeen met het fragment -CH3

m/z

m/z

de hoogste piek in een MS spectrum ...

1. hoort bij het zwaarste molecuul
2. hoort bij het zwaarste fragment
3. hoort bij het meest geladen molecuul
4. hoort bij het meest voorkomende fragment

uit een spectrum haal je informatie over welke fragmenten zijn afgesplitst van het molecuul-ion.

Massaspectrometrie mbv Binas 39D

Hier kun je uithalen welke fragmenten zijn afgesplitst

Massaspectrometrie mbv Binas 39D

Hier kun je uithalen welke fragmenten in het spectrum staan (dus waarvan de m/z gemeten zijn)

bekijk dit spectrum van pentaan-3-on

voor de volgende vraag

Het gaat om het MS spectrum van pentaan-3-on.
Wat kan het fragment zijn dat van het molecuulion (m/z = 86) is afgesplitst, waardoor een fragment met m/z van 57 is ontstaan?

pentaan-3-on

tekenen helpt!

Teken de structuur van pentaan-3-on en bekijk welk fragment van 86-57 = ...? eraf kan zijn gesplitst?

spectrum

1. -CH₂ en -CH₃
2. -CH₂CH₃
3. -C=O en -H
4. -C-OH

86 - 57 = 29

dit komt overeen met de massa van het fragment

-CH2-CH3

dit fragment kan er in één keer af.

bekijk het massaspectrum van methoxyethaan

wat is de juiste structuur van methoxyethaan?

spectrum

1. 
2. 
3. 
4. 

bekijk het massaspectrum van methoxyethaan

Wat is waar?
I. gemeten m/z 60 staat voor het molecuul-ion
II. gemeten m/z 29 staat voor het CH₃-O- fragment

tip

gemeten m/z beteken dat dit fragment op de detector is gekomen. het is dus achtergebleven nadat er iets vanaf is 'geschoten'..

1. alleen I
2. alleen II
3. beiden
4. geen van beiden

I=waar:

60 = molecuul-ion

II = onwaar

29 staat voor het afsplitsen van het CH₃-O- fragment (m=31) dus voor 60-31 = 29. M=29 blijft  over en dit wordt gemeten. Het fragment dat eraf gaat, is niet gemeten!

filmpje

nu volgt een filmpje in engels, waarbij het gebruik van een massa spectrometer bij isotopen onderzoek wordt gedaan.

Een isotoop is een element dat een verschillende massa's heeft,

bijvoorbeeld chloor-15 en chloor-17:

zelfde aantal protonen, maar ander aantal neutronen, 

dus andere massa.

Waar verwacht je pieken bij Cl2? Er bestaan Cl-35 en Cl-37 isotopen.

Massaspectrum van Cl2

• Cl-35 en Cl-37
• Voorkomen in natuur:
  75% en 25 %
• Komt overeen met dit spectrum
• 70: Cl-35 Cl-35
• 72: Cl-35 Cl-37 en Cl-37 en Cl-35
• 74: Cl-37 Cl-37

Dit is het massaspectrum van.....(zoek het molecuulion)

1. ethaan
2. ethanol
3. propaan
4. propanol

De piek bij m/z = 31 wordt veroorzaakt door....

1. C​2​​H​5​+​​
2. C​2​​H​7​+​​
3. CH​2​​OH​+​​
4. CH​2​​OH

Broomatomen komen in de natuur voor als verschillende isotopen (zie Binas 25A). Wanneer we enkele microliters van de stof broom in een massaspectrometer onderzoeken, kunnen we in het resulterende spectrum pieken verwachten bij m/z waarden van...(uitgaande van z = 1+)

1. alleen bij 79 en 81
2. bij 79, 81, 158 en 162
3. bij 79, 81, 158, 160, 162

Massaspectrum van Br2

• Br-79 en Br-81
• Voorkomen in natuur:
  50,7 en 49,3 %
• Komt overeen met dit spectrum
• 158: Br-79 Br-79
• 160: Br-79 Br-81 en Br-81 Br-79
• 162: Br-81 Br-81

Kwantitatieve analyse

• De piekhoogte is recht evenredig met de hoeveelheid van dat deeltje.
• Gebruik bij isotopen: Br-79 en Br-81 hebben verschillende massa, dus ook andere piek.

kennis even testen 

Het molecuul-ion is:

1. Negatief geladen
2. Positief geladen
3. Neutraal geladen
4. Kan zowel positief als negatief geladen zijn.

Het molecuul-ion valt in
fragmenten uiteen omdat...

1. het in een elektrische veld komt.
2. het in een magnetische veld komt.
3. het instabiel is geworden.
4. doordat het in de gasfase zit.

Het molecuul-ion ontstaat na...

1. beschieting met elektronen.
2. beschieting met protonen.
3. door het elektrische veld.
4. door het magnetische veld.

Het elektrisch veld...

1. zorgt voor dat er brokstukken ontstaan.
2. buigt de fragmenten af.
3. detecteert de fragmenten.
4. versnelt de fragmenten.

Het magnetisch veld...

1. zorgt voor dat er brokstukken ontstaan.
2. buigt de fragmenten af.
3. detecteert de fragmenten.
4. versnelt de fragmenten.

De detector registreert...

1. de massa van de brokstukken.
2. hoe vaak een bepaald brokstuk voorkomt.
3. hoe snel een brokstuk gaat.
4. de massa en hoe vaak een brokstuk voorkomt.

Massaspectrometrie
gebruiken we om...

1. te bepalen hoe zwaar een stof is.
2. te meten uit hoeveel fragmenten een stof bestaat.
3. de structuur van een stof te bepalen.
4. de molecuulformule van een stof te bepalen.

De hoogste piek in
een massaspectrum...

1. is het fragment dat het meest voorkomt.
2. is het fragment dat het zwaarst is.
3. is het molecuul-ion.
4. is alle drie voorgaande antwoorden.

Uit een massaspectrum kun je direct de structuur van een molecuul bepalen.

1. Ja, je telt gewoon alle fragmenten op.
2. Ja, daarvoor heb je BT 39D.
3. Nee, met behulp van de verschillende fragmenten moet je puzzelen.
4. Nee, daarvoor moet je super slim zijn.

Zelf oefenen 1:

1: geef de formule van het fragment van m/z = 46

2: hoe zie je in het spectrum dat een methylgroep niet gemakkelijk afsplitst?

3: bij fragmentatie ontstaat o.a. een aldehyde. Welk fragment kan mogelijk m/z = 29 veroorzaken?

Antwoorden

1: C₂H₆O⁺ (moleculair ion)

2: dan zou je een piek verwachten bij m/z = 46-15=31

3: CHO⁺

Zelf oefenen 2

Geef de fragmenten bij de pieken:

m/z = 98

m/z = 83

m/z = 55

m/z = 43

Antwoorden

m/z = 98 : C₆H₁₀O⁺ (moleculair ion)

m/z = 83 : C₅H₇O⁺ (CH₃ afgesplitst)

m/z = 55 : C₄H₇⁺ (rechter stukje keton afgesplitst)

m/z = 43 : C₂H₃O⁺ (rechter stukje keton)

Nu zelf

Maak H10.1 opgave 8, 9, 10 en 12