الكتلة الجزيئية

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الكتلة الجزيئية ( m ) هي كتلة جزيء معين ، وغالبًا ما تُقاس بوحدة دالتون (Da). [ 1 ] قد تمتلك جزيئات مختلفة من المركب نفسه كتلًا جزيئية مختلفة لاحتوائها على نظائر مختلفة من العنصر. أما الكتلة الجزيئية النسبية ، فهي النسبة غير البُعدية بين كتلة الجزيء وثابت الكتلة الذرية (الذي يساوي دالتونًا واحدًا). ​​[ 2 ]

الكتلة الجزيئية والكتلة الجزيئية النسبية مختلفتان عن الكتلة المولية ، لكنهما مرتبطتان بها . تُعرَّف الكتلة المولية بأنها كتلة مادة معينة مقسومة على كميتها ، وتُقاس بالجرام لكل مول (جم/مول). وهذا يجعل الكتلة المولية متوسطًا لكثير من الجسيمات أو الجزيئات (مرجحة بوفرة النظائر ) ، بينما الكتلة الجزيئية هي كتلة جسيم أو جزيء واحد محدد. عادةً ما تكون الكتلة المولية هي الكمية الأنسب عند التعامل مع كميات ماكروسكوبية (قابلة للوزن) من مادة ما.

يُعدّ تعريف الوزن الجزيئي مرادفًا للكتلة الجزيئية النسبية ، وهي قيمة لا بُعدية؛ إلا أن استخدام هذا المصطلح في الممارسة الشائعة يختلف اختلافًا كبيرًا. فعندما يُعطى الوزن الجزيئي بوحدة Da، فإنه غالبًا ما يكون متوسطًا مرجحًا (بحسب الوفرة) مشابهًا للكتلة المولية ولكن بوحدات مختلفة. في البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية ، يُشار إلى كتلة الجزيئات الكبيرة بوزنها الجزيئي، ويُعبّر عنها بالكيلوغرام.دالتون (كيلودالتون)، على الرغم من أن القيمة العددية غالباً ما تكون تقريبية وتمثل المتوسط.

يمكن استخدام مصطلحات "الكتلة الجزيئية" و"الوزن الجزيئي" و"الكتلة المولية" بشكل متبادل في السياقات غير الرسمية التي لا تتطلب دقة في الوحدات والكميات. تُستخدم الكتلة الجزيئية بشكل أكثر شيوعًا عند الإشارة إلى كتلة جزيء واحد أو جزيء محدد جيدًا، بينما يُستخدم الوزن الجزيئي بشكل أقل شيوعًا عند الإشارة إلى المتوسط ​​المرجح لعينة. قبل مراجعة النظام الدولي للوحدات (SI) عام 2019 ، كانت الكميات المُعبر عنها بالدالتون (Da) تُعادل عدديًا الكتلة المولية المُعبر عنها بوحدة غرام/مول، وبالتالي كانت قابلة للتبادل العددي تمامًا. بعد مراجعة عام 2019، أصبحت هذه العلاقة تقريبية فقط، ولكن لا يزال من الممكن افتراض التكافؤ لجميع الأغراض العملية.

يمكن استخدام الكتلة الجزيئية للجزيئات الصغيرة والمتوسطة الحجم، المقاسة بواسطة مطياف الكتلة، لتحديد تركيب العناصر في الجزيء. كما يمكن تحديد الكتل الجزيئية للجزيئات الكبيرة، مثل البروتينات، بواسطة مطياف الكتلة؛ ومع ذلك، تُستخدم أيضًا طرق تعتمد على اللزوجة وتشتت الضوء لتحديد الكتلة الجزيئية عندما لا تتوفر بيانات بلورية أو بيانات مطياف الكتلة.

حساب

تُحسب الكتل الجزيئية من الكتل الذرية لكل نويدة موجودة في الجزيء، بينما تُحسب الكتل المولية والكتل الجزيئية النسبية (الأوزان الجزيئية) من الأوزان الذرية القياسية [ 3 ] لكل عنصر . يأخذ الوزن الذري القياسي في الاعتبار التوزيع النظائري للعنصر في عينة معينة (يُفترض عادةً أنه "طبيعي"). على سبيل المثال، تبلغ الكتلة المولية للماء 18.0153(3) غ/مول، لكن جزيئات الماء الفردية لها كتل جزيئية تتراوح بين 18.010 و  564  و6863(15)  دالتون ( 1H ).2 16O) و 22.027 7364(9) Da (2H2 18O).

تُقاس الكتل الذرية والجزيئية عادةً بوحدة دالتون ، وهي وحدة تُعرَّف بدلالة كتلة نظير الكربون -12 (12C). مع ذلك، لا يزال مصطلح " وحدة الكتلة الذرية الموحدة" (u) شائع الاستخدام. الكتل الذرية والجزيئية النسبية، كما هي مُعرَّفة ، عديمة الأبعاد . أما الكتل المولية، عند التعبير عنها بوحدة غرام / مول، فلها قيم عددية متطابقة تقريبًا مع الكتل الذرية والجزيئية النسبية. على سبيل المثال، تُحسب الكتلة المولية والكتلة الجزيئية للميثان ، الذي صيغته الجزيئية CH₄ ، على النحو التالي:

الكتلة المولية لـ CH 4
الوزن الذري القياسيعدد الذراتالكتلة المولية الكلية (جم/مول) أو الوزن الجزيئي (بدون وحدة)
ج12.011112.011
ح1.00844.032
الفصل 416.043
الكتلة الجزيئية لـ 12 C 1 H 4
كتلة النظير (دالتون أو وحدة كتل ذرية)عدد الذراتالكتلة الجزيئية الكلية (دالتون أو وحدة كتل ذرية)
12 درجة مئوية12.0000112.0000
1 ساعة1.00782544.0313
الفصل 416.0313

يعكس عدم اليقين في الكتلة الجزيئية التباين (الخطأ) في القياس ، وليس التباين الطبيعي في وفرة النظائر على مستوى العالم. في مطيافية الكتلة عالية الدقة، تُلاحظ نظائر الكتلة 12C1H4 و 13 C1H4 كجزيئات منفصلة ، ​​بكتل جزيئية تبلغ حوالي 16.031 دالتون و17.035 دالتون على التوالي . تتناسب شدة قمم مطيافية الكتلة طرديًا مع وفرة النظائر في الأنواع الجزيئية. كما يمكن ملاحظة 12C2H1H3 بكتلة جزيئية تبلغ 17 دالتون .

عزيمة

مطياف الكتلة

في قياس الطيف الكتلي، تُعرف الكتلة الجزيئية لجزيء صغير عادةً بالكتلة أحادية النظير ، أي كتلة الجزيء الذي يحتوي فقط على النظير الأكثر شيوعًا لكل عنصر. ويختلف هذا أيضًا اختلافًا طفيفًا عن الكتلة الجزيئية، إذ إن اختيار النظائر محدد، وبالتالي فهي كتلة جزيئية واحدة من بين احتمالات متعددة (ربما كثيرة). توجد الكتل المستخدمة لحساب الكتلة الجزيئية أحادية النظير في جدول الكتل النظيرية، ولا توجد في الجدول الدوري التقليدي. غالبًا ما تُستخدم الكتلة الجزيئية المتوسطة للجزيئات الأكبر حجمًا، لأن الجزيئات التي تحتوي على العديد من الذرات من غير المرجح أن تتكون حصريًا من النظير الأكثر وفرة لكل عنصر. يمكن حساب متوسط ​​الكتلة الجزيئية نظريًا باستخدام الأوزان الذرية القياسية الموجودة في الجدول الدوري التقليدي. مع ذلك، قد يختلف متوسط ​​الكتلة الجزيئية لعينة صغيرة جدًا اختلافًا كبيرًا عن هذا المتوسط، لأن متوسط ​​عينة واحدة لا يُعادل متوسط ​​العديد من العينات الموزعة جغرافيًا.

قياس الطيف الكتلي

قياس الكتلة الضوئي (MP) هو طريقة سريعة، تُجرى في المحلول، ولا تتطلب استخدام علامات، للحصول على الكتلة الجزيئية للبروتينات والدهون والسكريات والأحماض النووية على مستوى الجزيء الواحد. تعتمد هذه التقنية على مجهر الضوء المتناثر التداخلي. [ 4 ] يتم الكشف عن التباين الناتج عن الضوء المتناثر بفعل حدث ارتباط واحد عند السطح الفاصل بين محلول البروتين والشريحة الزجاجية، ويتناسب هذا التباين خطيًا مع كتلة الجزيء. يمكن استخدام هذه التقنية أيضًا لقياس تجانس العينة، [ 5 ] والكشف عن حالات تجميع البروتينات ، وتحديد التجمعات الجزيئية الكبيرة المعقدة ( الريبوسومات ، GroEL ، AAV ) وتفاعلات البروتينات، مثل تفاعلات البروتين-بروتين. [ 6 ] يمكن لقياس الكتلة الضوئي قياس الكتلة الجزيئية بدقة ضمن نطاق واسع من الكتل الجزيئية (40 كيلو دالتون - 5 ميغا دالتون).

الأساليب الهيدروديناميكية

كتقريب أولي، يعتمد تحديد الكتلة الجزيئية وفقًا لعلاقات مارك-هووينك [ 7 ] على حقيقة أن اللزوجة الذاتية لمحاليل (أو معلقات ) الجزيئات الكبيرة تعتمد على النسبة الحجمية للجسيمات المنتشرة في مذيب معين. وبالتحديد، يعتمد الحجم الهيدروديناميكي، المرتبط بالكتلة الجزيئية، على معامل تحويل يصف شكل جزيء معين. وهذا يسمح بوصف الكتلة الجزيئية الظاهرية باستخدام مجموعة من التقنيات الحساسة للتأثيرات الهيدروديناميكية، بما في ذلك تشتت الضوء الديناميكي (DLS) ، وكروماتوغرافيا الاستبعاد الحجمي (SEC) (المعروفة أيضًا باسم كروماتوغرافيا الاستبعاد الحجمي GPC عندما يكون المذيب عضويًا)، وقياس اللزوجة ، وطيف الرنين المغناطيسي النووي المرتب بالانتشار (DOSY). [ 8 ] ويمكن بعد ذلك استخدام الحجم الهيدروديناميكي الظاهري لتقريب الكتلة الجزيئية باستخدام سلسلة من المعايير الخاصة بالجزيئات الكبيرة. [ 9 ] ونظرًا لأن هذا يتطلب معايرة، فإنه يُوصف غالبًا بأنه طريقة "نسبية" لتحديد الكتلة الجزيئية.

تشتت الضوء الساكن

من الممكن أيضًا تحديد الكتلة الجزيئية المطلقة مباشرةً من تشتت الضوء، باستخدام طريقة زيم التقليدية . ويمكن تحقيق ذلك إما عن طريق تشتت الضوء الساكن التقليدي أو باستخدام كواشف تشتت الضوء متعددة الزوايا . لا تتطلب الكتل الجزيئية المُحددة بهذه الطريقة معايرة، ومن هنا جاء مصطلح "مطلقة". القياس الخارجي الوحيد المطلوب هو زيادة معامل الانكسار ، الذي يصف تغير معامل الانكسار مع التركيز.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ النظام الدولي للوحدات (ملف PDF) ، الإصدار 4.01 (  الطبعة التاسعة)، المكتب الدولي للأوزان والمقاييس، يونيو 2026، صفحة  145، رقم ISBN 978-92-822-2272-0
  2. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC). موسوعة المصطلحات الكيميائية، الطبعة الثانية (الكتاب الذهبي). جمعها أ. د. ماكنوت وأ. ويلكنسون. منشورات بلاكويل العلمية، أكسفورد (1997). النسخة الإلكترونية (2019-) من إعداد س. ج. تشالك. رقم ISBN 0-9678550-9-8. https://doi.org/10.1351/goldbook
  3. ↑ "الأوزان الذرية والتركيبات النظائرية لجميع العناصر" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-10-2007 .
  4. ↑ يونغ وآخرون (2018). التصوير الكمي للجزيئات الحيوية الكبيرة المفردة. مجلة ساينس 360، 423-427. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aar5839
  5. ↑ سون-سيغيف، أ.، بيلاسيك، ك.، بودروغ، ت. وآخرون. قياس عدم تجانس الآلات الجزيئية الكبيرة باستخدام قياس الطيف الكتلي. نات كوميون 11، 1772 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15642-w
  6. ↑ سولترمان وآخرون. قياس تفاعلات البروتين-بروتين عن طريق العد الجزيئي باستخدام قياس الطيف الكتلي. Angew. Chem Int Ed، 2020، 59(27)، 10774-10779
  7. ↑ بول، هيمينز سي، ولودج بي تيموثي. كيمياء البوليمرات. الطبعة الثانية. بوكا راتون: سي آر سي بي، 2007. 336، 338-339.
  8. ↑ جونسون الابن، سي إس (1999). "مطيافية الرنين المغناطيسي النووي المرتب بالانتشار: المبادئ والتطبيقات". التقدم في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي . 34 ( 3-4 ): 203-256 . Bibcode : 1999PNMRS..34..203J . doi : 10.1016/S0079-6565(99)00003-5 .
  9. ↑ نيوفيلد، ر.؛ ستالك، د. (2015). "تحديد دقيق للوزن الجزيئي للجزيئات الصغيرة باستخدام تقنية الرنين النووي المغناطيسي ثنائي الأبعاد (DOSY-NMR) من خلال منحنيات معايرة خارجية بمعاملات انتشار مُعَيَّرة" ( ملف PDF) . مجلة العلوم الكيميائية 6 (6): 3354-3364 . doi : 10.1039/C5SC00670H . PMC 5656982. PMID 29142693 .