단수질량
Monoisotopic mass모노이스토픽 질량mi(M)은 질량 분광법에 사용되는 여러 종류의 분자 질량 중 하나이다. 분자의 이론적 단수질량은 분자 내 각 원자의 가장 풍부한 자연발생 안정동위원소의 정확한 질량(질량결함 포함)의 합을 취함으로써 계산된다. 낮은 원자 번호 원소로 구성된 작은 분자의 경우 단수 질량은 질량 스펙트럼에서 동위원소 순수 피크로 관측할 수 있다. 이는 분자 내 각 원자의 1차 동위원소 질량 수의 합으로, 정수인 공칭 분자 질량과는 다르다.[1] 평균 질량의 일종인 어금니 질량과도 다르다. 탄소, 산소, 수소, 질소, 유황과 같은 일부 원자의 경우 이러한 원소의 Mmi는 가장 가벼운 자연 동위원소의 질량과 정확히 같다. 그러나 이것은 모든 원자에 대해 사실인 것은 아니다. 철의 가장 흔한 동위원소는 질량 수가 56인 반면, 철의 안정적인 동위원소는 질량 수가 54에서 58까지 다양하다. 모노이스토픽 질량은 일반적으로 달톤(Da), 통일 원자 질량 단위(u)라고도 한다.
공칭 질량 vs 단조질량
공칭 질량
공칭 질량은 고수준 질량 분광학 논의에 사용되는 용어로 질량 결함을 고려하지 않고 각 원자의 가장 풍부한 동위원소의 질량 수를 사용하여 계산할 수 있다. 예를 들어 질소(N2)와 에틸렌(C2H4) 분자의 공칭 질량을 계산할 때 다음과 같이 나온다.
N2
(2*14)=28 Da
C2H4
(2*12)+(4*1)=28 Da
즉, 4극 질량 분석기 또는 4극 이온 트랩처럼 "저해상도"의 동력원이 부족한 질량 분광기를 사용할 때, 이 두 분자는 이온화 후 구별할 수 없을 것이며, 이는 m/z 피크의 교차 래핑에 의해 나타날 것이다. 궤도선이나 이온 사이클로트론 공명 같은 고해상도 기구를 사용하면 이 두 분자를 구별할 수 있다.
단수질량
질량 결함을 포함한 원소의 일차 동위원소 질량을 사용하여 단수질량을 계산할 때:[2]
N2
(2*14.003)= 28.006 Da
C2H4
(2*12.000)+(4*1.008)=28.032 Da
두 개의 다른 분자가 질량 분광계를 통과한다는 것이 확실할 것이다. 사용되는 질량은 주기율표에 나와 있는 정수 질량 수치도 아니고, 3차 평균 표준 원자 무게도 아니라는 점에 유의한다.
단조시 질량은 공칭 질량을 사용해도 유사한 가중치를 가진 화합물이 구별되지 않기 때문에 작은 유기 화합물을 분석할 때 매우 유용하다. 예를 들어, CHNO의9113 분자 구조를 가진 티로신과 182.081 Da의 단수질량인 메티오닌 설폰 CHNOS를5114 비교할 때 2개의 다른 화합물인 메티오닌 설폰은 182.048 Da이다.
동위원소 풍부
분석할 질량 분광계에 철 조각을 넣으면 철 동위 원소인 Fe
, Fe
, Fe
, Fe
, Fe가 존재하기 때문에 철의 질량 스펙트럼 피크가 여러 개 생성된다.[3] Fe의 질량 스펙트럼은 각 원자에 대해 가장 풍부한 동위원소를 포함했음에도 불구하고 단일 원자의 질량이 스펙트럼에서 항상 가장 풍부한 동위원소 피크는 아니라는 것을 나타낸다. 분자 내 원자의 수가 증가함에 따라 분자가 적어도 하나의 무거운 동위원소 원자를 포함할 확률도 증가하기 때문이다. 분자에 100개의 탄소 원자 C가
있고 각 탄소가 중동위원소 C의
약 1%의 확률을 갖는다면, 전체 분자는 탄소-13의 적어도 하나의 무거운 동위원소 원자를 포함할 가능성이 높으며 가장 풍부한 동위원소 구성은 더 이상 단항피크와 같지 않을 것이다.
단조로운 봉우리는 때때로 두 가지 주요한 이유로 관찰할 수 없다. 첫째, 단조시 피크는 다른 동위원소 피크로 분해되지 않을 수 있다. 이 경우 평균 분자량만 관측할 수 있다. 고해상도 질량분광계 등 동위원소 피크가 해소된 경우에도 모노이스토픽 피크가 소음 수준 이하일 수 있고 동위원소가 완전히 지배할 수 있는 경우도 있다.
분광학에서 단조시 질량
단조시 질량은 다른 장이 서로 다른 동위원소 구성의 분자를 구별할 수 없기 때문에 질량 분광법 이외의 분야에서는 자주 사용되지 않는다. 이러한 이유로, 대부분 평균 분자 질량 또는 더 일반적으로 어금니 질량이 사용된다. 벌크 화학물질의 무게를 측정하는 것과 같은 대부분의 목적에서 어금니 질량만 관련이 있다. 왜냐하면 어떤 것이 다양한 동위원소 구성의 통계적 분포이기 때문이다.
이 개념은 개별 분자(또는 ICP-MS에서와 같이 원자)를 측정하기 때문에 질량 분광에 가장 유용하며, 통계 평균은 전체적으로 측정되지 않는다. 질량 분광법은 흔히 미량 수준의 화합물을 정량화하는 데 사용되기 때문에 보통 분석의 민감도를 극대화하는 것이 바람직하다. 분자의 가장 풍부한 동위원소 버전을 찾기로 선택함으로써, 분석은 가장 민감할 가능성이 높기 때문에 훨씬 더 적은 양의 표적 화합물을 정량화할 수 있다. 따라서, 이 개념은 식품이나 농산물의 농약 잔류물과 같은 유기 분자의 미량 수준의 잔류물을 찾는 분석가들에게 매우 유용하다.
동위원소 질량은 물리학에 중요한 역할을 할 수 있지만 물리학은 분자를 덜 다루는 경우가 많다. 동위원소에 의해 다른 분자들은 때때로 분자 분광학이나 관련 분야에서 서로 구별된다. 그러나 그것은 보통 전체 분자의 동위원소 구성보다는 더 큰 분자에 대한 단일 동위원소 변화다. 동위원소 치환법은 분자 내 다양한 결합의 진동수를 변화시켜, 운동동위원소 효과에 의한 화학반응도에 대한 관측 가능한 영향을 줄 수 있으며, 경우에 따라서는 생물학적 활동을 연장하여도 관찰할 수 있다.
참고 항목
참조
- ^ Monoisotopic mass spectrum. IUPAC Compendium of Chemical Terminology. 2009. doi:10.1351/goldbook.M04014. ISBN 978-0-9678550-9-7.
- ^ Yergey, James.; Heller, David.; Hansen, Gordon.; Cotter, Robert J.; Fenselau, Catherine. (February 1983). "Isotopic distributions in mass spectra of large molecules". Analytical Chemistry. 55 (2): 353–356. doi:10.1021/ac00253a037.
- ^ "Iron".
