10.1 Massa spectrometrie

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Wat wordt bedoeld met een molecuul-ion?

1. Een positief ion dat gevormd is door verdwijnen van een elektronenpaar uit het molecuul
2. Een negatief ion dat gevormd is door verdwijnen van een elektronenpaar uit het molecuul
3. Een positief ion dat gevormd is na verdwijnen van een elektron uit het molecuul
4. Een positief ion van een molecuul wat nog niet gefragmenteerd is.

Een gaschromatograaf (GC) wordt vaak gecombineerd met een massaspectrometer (MS). De GC scheidt het mengsel en de stoffen worden één-voor-één geanalyseerd door de MS.

In de MS worden atoombindingen in de moleculen van de onderzochte stoffen  door een elektronenbombardement kapot gemaakt. Er ontstaan positief geladen fragmentionen.

In het massaspectrum van pentaan, C5H12, komt ook een piek voor bij een m/z waarde van 29. Door welk fragmention kan deze piek veroorzaakt zijn? Ga uit van een lading van fragmentionen van z = 1+.

1. CH3+
2. C2H5+
3. C4H9+
4. COH+

Analyse met een MS levert een massaspectrum. Langs de horizontale as staat de m/z waarde; uitgaande van een ionlading z = 1+ komt dit overeen met de molecuulmassa in u. De piek bij de hoogste m/z waarde hoort bij het moleculair ion. Dit is eigenlijk het complete molecuul waarin alle atoombindingen nog intact zijn, maar waar slechts één elektron is weggeschoten. De piek bij m/z = 72 komt dus van het ion C₅H₁₂⁺.

Atoombindingen in het molecuul C₅H₁₂ zijn in de MS kapot geschoten, resulterend in een mengsel van positief geladen fragmentionen met verschillende massa's. Het fragmention dat het meest voorkomt is hier C₃H₇⁺ met een massa van 43 u (ga maar na). Deze piek wordt op 100% relatieve intensiteit ingesteld. Een piek met een relatieve instensiteit van 50% wordt veroorzaakt door fragmentionen die maar half zo vaak voorkomen.

Hoe herken in je het spectrum een verbinding met 1 chloor atoom in het molecuul?

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...

1. alleen bij 79 en 81
2. bij 79, 81, 158 en 162
3. bij 79, 81, 158, 160, 162
4. ik heb geen idee

We gaan steeds uit van z = 1+ (tenzij anders vermeld). In de natuur komen twee broomisotopen voor: één met een massa van 79 u (in 50,7% van de gevallen) en één met een massa van 81 u (49,3%). Het massaspectrum van de stof broom, Br₂, vertoont dan ook vijf pieken: bij m/z is 79 (Br-79⁺ ion), 81 (Br-81⁺ ion), 158 (Br₂⁺ moleculair ion van twee Br-79 isotopen), 160 (Br₂⁺ moleculair ion van één Br-79 isotoop en één Br-81 isotoop) en 162 (Br₂⁺ moleculair ion van twee Br-81 isotopen). 

Propaan of ethanol? Hoe pak je dit aan? Stap 1: teken de structuurformules van de mogelijke stoffen. 

Stap 2: verbreek denkbeeldig (steeds meer) atoombindingen in de mogelijke stoffen en teken de structuurformules van de mogelijke fragmentionen die kunnen ontstaan. Stap 3: bereken de massa's (in u) van alle mogelijke fragmentionen. Stap 4: vergelijk je resultaten met de pieken in het massaspectrum.

Het massaspectrum van de vorige slide is van de stof ...
omdat ...

1. propaan, omdat een piek bij m/z = 29 duidt op een fragmention van propaan
2. ethanol, omdat een piek bij m/z = 29 duidt op een fragmention van ethanol
3. propaan, omdat een piek bij m/z = 31 duidt op een fragmention van propaan
4. ethanol, omdat een piek bij m/z = 31 duidt op een fragmention van ethanol