Masa monoisotópica - Monoisotopic mass
La masa monoisotópica (M mi ) es uno de los varios tipos de masas moleculares que se utilizan en espectrometría de masas . La masa monoisotópica teórica de una molécula se calcula tomando la suma de las masas precisas (incluido el defecto de masa ) del isótopo estable natural más abundante de cada átomo de la molécula. Para moléculas pequeñas compuestas por elementos de bajo número atómico, la masa monoisotópica se observa como un pico isotópicamente puro en un espectro de masas . Esto difiere de la masa molecular nominal, que es la suma del número de masa del isótopo primario de cada átomo de la molécula y es un número entero . También es diferente de la masa molar , que es un tipo de masa promedio. Para algunos átomos como el carbono, el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno y el azufre, el Mmi de estos elementos es exactamente el mismo que la masa de su isótopo natural, que es el más ligero. Sin embargo, esto no es válido para todos los átomos. El isótopo más común del hierro tiene un número de masa de 56, mientras que los isótopos estables del hierro varían en número de masa de 54 a 58. La masa monoisotópica se expresa típicamente en daltons (Da), también llamados unidades de masa atómica unificadas (u).
Masa nominal vs masa monoisotópica
Masa nominal
La masa nominal es un término utilizado en discusiones de espectrometría de masas de alto nivel, se puede calcular utilizando el número de masa del isótopo más abundante de cada átomo, sin tener en cuenta el defecto de masa. Por ejemplo, al calcular la masa nominal de una molécula de nitrógeno (N 2 ) y etileno (C 2 H 4 ), sale como.
(2 * 14) = 28 Da
(2 * 12) + (4 * 1) = 28 Da
Lo que esto significa, es que cuando se usa un espectrómetro de masas con una fuente de energía insuficiente "baja resolución" como un analizador de masas cuadrupolo o una trampa de iones cuadrupolar , estas dos moléculas no se podrán distinguir después de la ionización , esto se mostrará con la cruz. traslape de los picos m / z . Si se utiliza un instrumento de alta resolución como un orbitrap o una resonancia de ciclotrón de iones , estas dos moléculas se pueden distinguir.
Masa monoisotópica
Al calcular las masas monoisotópicas, utilizando la masa del isótopo primario de los elementos, incluido el defecto de masa:
(2 * 14,003) = 28,006 Da
(2 * 12.000) + (4 * 1.008) = 28.032 Da
donde quedará claro que dos moléculas diferentes están pasando por el espectrómetro de masas. Tenga en cuenta que las masas utilizadas no son los números de masa enteros ni los pesos atómicos estándar promediados terrestre como se encuentran en una tabla periódica.
La masa monoisotópica es muy útil cuando se analizan compuestos orgánicos pequeños ya que los compuestos con pesos similares no se diferenciarán si se utiliza la masa nominal. Por ejemplo, cuando se compara la tirosina que tiene una estructura molecular de con una masa monoisotópica de 182.081 Da y la metionina sulfona que claramente son 2 compuestos diferentes pero la metionina sulfona tiene un 182.048 Da.
Abundancia isotópica
Si se coloca un trozo de hierro en un espectrómetro de masas para analizarlo, los espectros de masas de hierro (Fe) darían como resultado múltiples picos espectrales de masas debido a la existencia de los isótopos de hierro, 54
Fe
, 56
Fe
, 57
Fe
, 58
Fe
. El espectro de masas de Fe representa que la masa monoisotópica no siempre es el pico isotópico más abundante en un espectro a pesar de que contiene el isótopo más abundante para cada átomo. Esto se debe a que a medida que aumenta el número de átomos en una molécula, también aumenta la probabilidad de que la molécula contenga al menos un átomo de isótopo pesado. Si hay 100 átomos de carbono 12
C
en una molécula, y cada carbono tiene una probabilidad de aproximadamente el 1% de ser un isótopo pesado 13
C
, es muy probable que la molécula completa contenga al menos un átomo de isótopo pesado de carbono-13 y la composición isotópica más abundante ya no será la misma que el pico monoisotópico.
El pico monoisotópico a veces no es observable por dos razones principales. En primer lugar, es posible que el pico monoisotópico no se resuelva de los otros picos isotópicos. En este caso, solo se puede observar la masa molecular promedio. En algunos casos, incluso cuando se resuelven los picos isotópicos, como con un espectrómetro de masas de alta resolución, el pico monoisotópico puede estar por debajo del nivel de ruido y los isótopos superiores pueden dominar por completo.
Masa monoisotópica en espectrometría
La masa monoisotópica no se usa con frecuencia en campos fuera de la espectrometría de masas porque otros campos no pueden distinguir moléculas de diferente composición isotópica. Por esta razón, se usa principalmente la masa molecular promedio o incluso más comúnmente la masa molar . Para la mayoría de los propósitos, como el pesaje de productos químicos a granel, solo la masa molar es relevante, ya que lo que se pesa es una distribución estadística de diferentes composiciones isotópicas.
Este concepto es más útil en espectrometría de masas porque se miden moléculas individuales (o átomos, como en ICP-MS), y no su promedio estadístico en su conjunto. Dado que la espectrometría de masas se usa a menudo para cuantificar compuestos a nivel de trazas, generalmente se desea maximizar la sensibilidad del análisis. Al optar por buscar la versión isotópica más abundante de una molécula, es probable que el análisis sea más sensible, lo que permite cuantificar cantidades aún más pequeñas de los compuestos diana. Por lo tanto, el concepto es muy útil para los analistas que buscan residuos a nivel de trazas de moléculas orgánicas, como residuos de plaguicidas en alimentos y productos agrícolas.
Las masas isotópicas pueden desempeñar un papel importante en la física, pero la física trata con menos frecuencia de moléculas. Las moléculas que se diferencian por un isótopo a veces se distinguen entre sí en espectroscopía molecular o campos relacionados; sin embargo, normalmente se puede observar un único cambio isotópico en una molécula más grande que la composición isotópica de una molécula completa. La sustitución isotópica cambia las frecuencias vibratorias de varios enlaces en la molécula, lo que puede tener efectos observables sobre la reactividad química a través del efecto isotópico cinético e incluso, por extensión, la actividad biológica en algunos casos.