Spettroscopia di massa

[Arianna Verri]

Ciao, scusate il disturbo. Ho bisogno di un aiuto per l'esame di metodi fisici in chimica organica. In uno spettro di massa come si giustifica l'intensità dei segnali di una molecola che contiene un atomo di Br e un atomo di Cl? So che se nel mio composto ho un atomo di Br (senza Cl) i due picchi (M e M+2) hanno intensità relativa di 1:1. Se ho un atomo di Cl (senza Br) i due picchi (M e M+2) hanno intensità relativa di 3:1. Il tutto deriva dalla % in natura dei due isotopi. Non riesco proprio a capire che ragionamento devo fare per una molecola che contiene entrambi. Grazie mille per il vostro aiuto

[Geber]

Se intendi l'effetto della presenza di atomi di bromo e di cloro in un composto organico, la questione è lunga. Si parla dei picchi M+2 che derivano appunto dalla presenza di atomi di bromo e cloro in una molecola organica.
Il caso più semplice è quando hai solo un atomo di cloro nella molecola. I picchi dello ione molecolare (M+ e M+2) contengono ognuno un atomo di cloro - ma il cloro possono essere entrambi i due isotopi del cloro, ³⁵Cl e ³⁷Cl.
Lo ione molecolare contenente l'isotopo ³⁵Cl ha una massa formula relativa di 78. L'altro contenente l'isotopo ³⁷Cl ha una massa formula relativa di 80 - quindi avrai due linee a m/z = 78 ed m/z = 80.
Nota che le altezze dei picchi stanno tra loro in un rapporto di 3:1. Questo riflette il fatto che il cloro contiene tre volte tanto dell'isotopo ³⁵Cl rispetto all'isotopo ³⁷Cl. Ciò significa che ci saranno tre volte più molecole contenenti l'isotopo più leggero rispetto a quello più pesante.
Così se guardi la regione dello ione molecolare, e trovi due picchi separati da 2 unità m/z e con un rapporto di 3:1 tra le altezze dei picchi, ciò ti dirà che la molecola contiene un atomo di cloro.
Se invece hai due atomo di cloro, le linee nella regione dello ione molecolare derivano dalle varie combinazioni degli isotopi del cloro che sono possibili:

35 + 35 = 70
35 + 37 = 72
37 + 37 = 74

Se uno fa i dovuti calcoli, vedrà che le probabilità con cui avvengono questi accoppiamenti sono in rapporto di 9:6:1 - e questo è il rapporto delle altezze dei picchi.
Così se hai 3 linee nella regione dello ione molecolare (M+, M+2 ed M+4) con intervalli di 2 unità m/z tra essi, e con altezze dei picchi in rapporto di 9:6:1, il composto conterrà 2 atomi di cloro.

Il bromo ha due isotopi, ⁷⁹Br e ⁸¹Br in un rapporto di approssimativamente 1:1 (50.7:49.3 per essere precisi). Ciò vuol dire che un composto contenente un atomo di bromo avrà due picchi nella regione dello ione molecolare, a seconda di quale isotopo del bromo lo ione molecolare contiene.
Diversamente dai composti contenenti il cloro, quindi, i due picchi saranno molto simili nell'altezza.

Un composto che contiene due atomi di cloro, o due atomi di bromo, o un atomo di cloro e un atomo di bromo mostrerà un piccolo distinto M+4, in aggiunta al picco M+2.
Per composti contenenti cloro e bromo, le abbondanze relative dei picchi isotopici possono essere calcolati tramite l'equazione seguente:

(a+b)ⁿ

a: quantità relativa dell'isotopo più pesante, b: quantità relativa dell'isotopo più legger, n: numero di alogeni nella molecola.

Ti consiglio di prendere un bel libro di analitica e studiarti bene questo argomento. Sono le basi per interpretare gli spettri di massa 

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Ovviamente, anche se poi magari non è ovvia la cosa, gli atomi di cloro e bromo sono attaccati ad altri atomi, carbonio per esser precisi, oltre ad atomi di idrogeno almeno. Quindi i calcoli vanno fatti considerando i frammenti che si formano dopo ionizzazione chimica o tramite elettrospray. Quindi quei valori di m/z per gli isotopi vanno sommati a quelli degli isotopi di carbonio e idrogeno (12 per ogni atomi di carbonio e 1 per ogni atomo di idrogeno, a meno di aver sostanze deuterate, il che è raro).
Diciamo che ci sono libri interi e monografie sull'argomento. Penso anche di averne alcuni a casa dei miei... Qua ho solo pdf.