V5 10.5 Massaspectrometrie

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

10.5 Massaspectrometrie

De werking van een massaspectrometer

Ionen en Radicalen als fragmenten

Massaspectrometrie: Kwalitatief én kwantitatief

Massaspectrometrie

• Wordt vooral gebruikt om moleculen te identificeren en isotoopverhoudingen te bepalen
• Moleculen krijgen een lading (ionisatie)
• Moleculen vallen uiteen in brokstukken (fragmentatie)
  
  
• Detector meet de massa én relatieve hoeveelheid van geladen deeltjes en geeft dit weer in een massaspectrum

Massaspectrometer

• Hoe werkt het?
• Een stof wordt in de vacuümkamer geïoniseerd door een elektronenbundel:
• M + e- -> M+ + 2 e-
• Er ontstaan positieve ionen, M+.
  
• Deze ionen zijn onstabiel en vallen uiteen in fragmenten

Radicalen

• Bij fragmentatie kunnen ook radicalen ontstaan, naast ionen.
• Radicalen zijn niet-geladen deeltjes en dus:
• Niet zichtbaar als een piek, maar
• Wel als een verschil tussen 2 pieken!

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)

Massaspectrum

• x-as: m/z (massa/lading): Lading is heel vaak 1, dus dan is m/z = m
• y-as: relatieve intensiteit: de hoogste piek wordt op 100% gesteld en de rest is relatief aan die piek.
• Intensiteit is een maat voor aantal deeltjes (MS is dus kwantitatief!)

Massaspectrum

• Molecuul-ionpiek: de laatste piek: massa van het totale molecuul
• Binas Tabel 39D
• Massaspectrum kan je vergelijken met referentiespectrum
• Gebruikt bij dopingonderzoek of aantonen van verboden stoffen in eten.

Kwalitatieve analyse

Isotopen

Binas 25

Isotopen zorgen voor pieken die een hogere of lagere m/z hebben.

Je kan de verhouding van isotopen aflezen in het spectrum en vergelijken met de waarden in tabel 25 van Binas

Vooral bij halogenen (Cl, Br en I) is dit belangrijk

Identificeren met MS

1. Wat is het molecuulion?

2. Zijn er karakteristieke pieken?

3. Is er een karakteristieke serie van pieken?

4. Wat zijn de (m/z) - verschillen tussen de pieken, zitten hier nog karakteristieke waarden tussen?

5. Zijn er isotopen-paren? (Br, Cl)

bekijk dit spectrum 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

bekijk dit spectrum van methoxyethaan

wat is de juiste structuur van methoxyethaan?

1. 
2. 
3. 
4. 

bedenk nu welke fragmenten de pieken bij 60, 45 en 29 kunnen verklaren

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

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!

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

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

Isomeren

Dit zijn beide spectra van C3H6O, maar 2 verschillende isomeren
(propanal en propanon!)

Verklaar deze spectra

Chloor en Broom.

Wat als je meerdere chloor of broom-atomen in je molecuul hebt?

1:1

3:1

1:2:1

9:6:1

Chloor en Broom.

Wat als je meerdere chloor of broom-atomen in je molecuul hebt?