الكتلة أحادية النظائر
الكتلة أحادية النظائر (M<sub> mi</sub> ) هي أحد أنواع الكتل الجزيئية المستخدمة في قياس الطيف الكتلي . تُحسب الكتلة أحادية النظائر النظرية لجزيء ما بجمع الكتل الدقيقة (بما في ذلك نقص الكتلة ) للنظير المستقر الأكثر وفرة في الطبيعة لكل ذرة في الجزيء. وتُسمى أيضًا الكتلة الدقيقة (أو المحددة نظريًا) . [ 1 ] بالنسبة للجزيئات الصغيرة المكونة من عناصر ذات أعداد ذرية منخفضة، يمكن ملاحظة الكتلة أحادية النظائر كقمة نقية نظائريًا في طيف الكتلة . وهذا يختلف عن الكتلة الجزيئية الاسمية، وهي مجموع العدد الكتلي للنظير الأساسي لكل ذرة في الجزيء، وهي عدد صحيح . [ 2 ] كما أنها تختلف عن الكتلة المولية ، وهي نوع من أنواع متوسط الكتلة. بالنسبة لبعض الذرات مثل الكربون والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين والكبريت، فإن M<sub> mi</sub> لهذه العناصر هي نفسها تمامًا كتلة نظيرها الطبيعي، وهو أخفها. لكن هذا لا ينطبق على جميع الذرات. فالنظير الأكثر شيوعًا للحديد له عدد كتلي 56، بينما تتراوح الأعداد الكتلية للنظائر المستقرة للحديد بين 54 و58. وعادةً ما تُعبر الكتلة أحادية النظير بوحدة دالتون (Da)، والتي تُسمى أيضًا وحدات الكتلة الذرية الموحدة (u).
الكتلة الاسمية مقابل الكتلة أحادية النظائر
الكتلة الاسمية
الكتلة الاسمية مصطلح يُستخدم في مناقشات مطياف الكتلة المتقدمة، ويمكن حسابها باستخدام العدد الكتلي للنظير الأكثر وفرة لكل ذرة، دون مراعاة النقص الكتلي. على سبيل المثال، عند حساب الكتلة الاسمية لجزيء من النيتروجين (N₂ ) والإيثيلين (C₂H₄ ) ، تكون النتيجة كالتالي:
N 2
(2 × 14) = 28 دا
C 2 H 4
(2 × 12) + (4 × 1) = 28 دا
يعني هذا أنه عند استخدام مطياف كتلة ذي مصدر طاقة غير كافٍ (دقة منخفضة) مثل محلل الكتلة الرباعي أو مصيدة الأيونات الرباعية ، لن يكون من الممكن التمييز بين هذين الجزيئين بعد التأين ، وسيظهر ذلك من خلال تداخل قمم m/z . أما عند استخدام جهاز عالي الدقة مثل مصيدة الأيونات المدارية أو رنين السيكلوترون الأيوني ، فيمكن التمييز بين هذين الجزيئين.
الكتلة أحادية النظائر
عند حساب الكتل أحادية النظائر، باستخدام كتلة النظير الأساسي للعناصر بما في ذلك نقص الكتلة: [ 3 ]
N 2
(2 × 14.003) = 28.006 دا
C 2 H 4
(2*12.000)+(4*1.008)= 28.032 دا
حيث سيتضح أن جزيئين مختلفين يمران عبر مطياف الكتلة. تجدر الإشارة إلى أن الكتل المستخدمة ليست أعداد الكتل الصحيحة ولا الأوزان الذرية القياسية المتوسطة الموجودة في الجدول الدوري.
تُعدّ الكتلة أحادية النظائر مفيدة جدًا عند تحليل المركبات العضوية الصغيرة ، إذ لا يمكن التمييز بين المركبات ذات الأوزان المتقاربة باستخدام الكتلة الاسمية. على سبيل المثال، عند مقارنة التيروسين، الذي له بنية جزيئية C₉H₁₁NO₃ وكتلة أحادية النظائر تبلغ 182.081 دالتون ، مع ميثيونين سلفون C₅H₁₁NO₄S ، وهما مركبان مختلفان بوضوح، إلا أن كتلة ميثيونين سلفون تبلغ 182.048 دالتون .
الوفرة النظائرية
إذا وُضعت قطعة من الحديد في مطياف الكتلة لتحليلها، فإن طيف كتلة الحديد (Fe) سينتج عنه قمم طيفية متعددة بسبب وجود نظائر الحديد، 54Fe , 56Fe , 57Fe , 58الحديد (Fe ) . [ 4 ] يُظهر طيف الكتلة للحديد أن الكتلة أحادية النظير ليست دائمًا هي ذروة النظير الأكثر وفرة في الطيف، على الرغم من احتوائها على النظير الأكثر وفرة لكل ذرة. وذلك لأنه مع ازدياد عدد الذرات في الجزيء، يزداد احتمال احتواء الجزيء على ذرة نظير ثقيل واحدة على الأقل. فإذا كان هناك 100 ذرة كربون، فإن 12الكربون في الجزيء، ولكل ذرة كربون احتمال بنسبة 1% تقريبًا أن تكون نظيرًا ثقيلًا 13ج ، من المرجح أن يحتوي الجزيء بأكمله على ذرة نظير ثقيلة واحدة على الأقل من الكربون-13 ولن يكون التركيب النظائري الأكثر وفرة هو نفسه ذروة النظائر الأحادية.
قد لا يُلاحظ أحيانًا وجود قمة أحادية النظير لسببين رئيسيين. أولًا، قد لا يمكن تمييز هذه القمة عن قمم النظائر الأخرى، وفي هذه الحالة، لا يُلاحظ سوى متوسط الكتلة الجزيئية. ثانيًا، في بعض الحالات، حتى عند تمييز قمم النظائر، كما هو الحال مع مطياف الكتلة عالي الدقة، قد تكون قمة أحادية النظير أقل من مستوى الضوضاء، وقد تطغى النظائر الأعلى بشكل كامل.
الكتلة أحادية النظائر في قياس الطيف
لا يُستخدم قياس الكتلة أحادية النظائر بكثرة في مجالات خارج نطاق مطياف الكتلة، لأن هذه المجالات لا تستطيع التمييز بين الجزيئات ذات التركيب النظائري المختلف. ولهذا السبب، يُستخدم في الغالب متوسط الكتلة الجزيئية، أو الكتلة المولية التي تُعدّ أكثر شيوعًا . في معظم الأغراض، مثل وزن المواد الكيميائية بكميات كبيرة، تكون الكتلة المولية هي المعيار الوحيد، لأن ما يتم وزنه هو توزيع إحصائي لتراكيب نظائرية متفاوتة.
يُعدّ هذا المفهوم مفيدًا للغاية في قياس الطيف الكتلي، حيث يتم قياس الجزيئات الفردية (أو الذرات، كما في مطياف الكتلة بالبلازما المقترنة حثيًا ICP-MS)، وليس متوسطها الإحصائي ككل. ونظرًا لأن قياس الطيف الكتلي يُستخدم غالبًا لتحديد كميات ضئيلة من المركبات، فإنّ تعظيم حساسية التحليل يُعدّ أمرًا مرغوبًا فيه عادةً. باختيار البحث عن النسخة النظيرية الأكثر وفرة من الجزيء، يُرجّح أن يكون التحليل أكثر حساسية، مما يُتيح تحديد كميات أصغر من المركبات المستهدفة. لذلك، يُعدّ هذا المفهوم مفيدًا جدًا للمحللين الذين يبحثون عن بقايا ضئيلة من الجزيئات العضوية، مثل بقايا المبيدات في الأغذية والمنتجات الزراعية.
تلعب الكتل النظيرية دورًا هامًا في الفيزياء، إلا أن الفيزياء نادرًا ما تتعامل مع الجزيئات. تُفرّق الجزيئات المختلفة بنظير واحد أحيانًا في التحليل الطيفي الجزيئي أو المجالات ذات الصلة؛ ومع ذلك، عادةً ما يُلاحظ تغير نظيري واحد في جزيء أكبر، وليس التركيب النظيري للجزيء بأكمله. يُغير الاستبدال النظيري الترددات الاهتزازية للروابط المختلفة في الجزيء، مما قد يكون له تأثيرات ملحوظة على التفاعل الكيميائي عبر التأثير النظيري الحركي ، بل وحتى على النشاط البيولوجي في بعض الحالات.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ ويسلز، إتش جيه سي تي؛ دي ألميدا، إن إم؛ كارتال، بي؛ كيلتجنس، جيه تي (2016). "سلاسل نقل الإلكترون البكتيرية المُهيأة بواسطة علم البروتينات". التطورات في أنظمة نقل الإلكترون البكتيرية وتنظيمها . التطورات في علم وظائف الأعضاء الميكروبية. المجلد 68. الصفحات 219-352 . doi : 10.1016/bs.ampbs.2016.02.006 . ISBN 978-0-12-804823-8PMID 27134025
- ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 - ) " طيف الكتلة أحادي النظائر ". doi : 10.1351/goldbook.M04014
- ↑ ييرجي، جيمس؛ هيلر، ديفيد؛ هانسن، جوردون؛ كوتر، روبرت جيه؛ فينسلاو، كاثرين. (فبراير 1983). "التوزيعات النظائرية في أطياف الكتلة للجزيئات الكبيرة". الكيمياء التحليلية . 55 (2): 353-356 . doi : 10.1021/ac00253a037 .
- ↑ "حديد" .
- مطياف الكتلة
- الخواص الكيميائية