La masa monoisotópica (M mi ) es uno de los varios tipos de masas moleculares que se utilizan en la 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 en la molécula. Para moléculas pequeñas compuestas de 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 en la molécula y es un número entero . [1] 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, la M mi de estos elementos es exactamente la misma 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 másico de 56, mientras que los isótopos estables del hierro varían en número másico de 54 a 58. La masa monoisotópica normalmente se expresa en daltons (Da), también llamados unidades de masa atómica unificada (u).
La masa nominal es un término que se utiliza 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 ), el resultado es:
N.º 2
(2*14)= 28 Da
C2H4
(2*12)+(4*1)= 28 Da
Esto significa que, cuando se utiliza un espectrómetro de masas con una fuente de potencia insuficiente (de "baja resolución", como un analizador de masas cuadrupolar o una trampa de iones cuadrupolar) , no es posible distinguir estas dos moléculas después de la ionización , lo que se demuestra por el solapamiento cruzado de los picos m/z . Si se utiliza un instrumento de alta resolución, como un orbitrap o una resonancia ciclotrónica iónica , es posible distinguir estas dos moléculas.
Al calcular las masas monoisotópicas, utilizando la masa del isótopo primario de los elementos incluido el defecto de masa: [2]
N.º 2
(2*14.003)= 28.006 Da
C2H4
(2*12.000)+(4*1.008)= 28.032 Da
donde quedará claro que pasan por el espectrómetro de masas dos moléculas diferentes. Nótese que las masas utilizadas no son ni los números de masa enteros ni los pesos atómicos estándar promediados a nivel terrestre que 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, al comparar la tirosina que tiene una estructura molecular de C 9 H 11 NO 3 con una masa monoisotópica de 182,081 Da y la metionina sulfona C 5 H 11 NO 4 S que claramente son 2 compuestos diferentes pero la metionina sulfona tiene 182,048 Da.
Si se colocara un trozo de hierro en un espectrómetro de masas para analizarlo, los espectros de masas del hierro (Fe) darían como resultado múltiples picos espectrales de masas debido a la existencia de los isótopos de hierro,54
Fé
,56
Fé
,57
Fé
,58
Fé
. [3] El espectro de masas del 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 carbono12
do
en una molécula, y cada carbono tiene una probabilidad de aproximadamente el 1% de ser un isótopo pesado13
do
Es muy probable que toda la molécula 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, el pico monoisotópico puede no distinguirse de los otros picos isotópicos. En este caso, solo se puede observar la masa molecular promedio. En algunos casos, incluso cuando se distinguen 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.
La masa monoisotópica no se utiliza con frecuencia en campos distintos a la espectrometría de masas porque otros campos no pueden distinguir moléculas de diferente composición isotópica. Por este motivo, se utiliza 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 es relevante la masa molar, ya que lo que se pesa es una distribución estadística de composiciones isotópicas variables.
Este concepto es de gran utilidad en la espectrometría de masas porque se miden moléculas individuales (o átomos, como en la ICP-MS) y no su promedio estadístico en su conjunto. Dado que la espectrometría de masas se utiliza a menudo para cuantificar compuestos a nivel de trazas, normalmente se desea maximizar la sensibilidad del análisis. Si se opta por buscar la versión isotópica más abundante de una molécula, es probable que el análisis sea más sensible, lo que permite cuantificar cantidades incluso más pequeñas de los compuestos de interés. Por lo tanto, el concepto es muy útil para los analistas que buscan residuos a nivel de trazas de moléculas orgánicas, como residuos de pesticidas en alimentos y productos agrícolas.
Las masas isotópicas pueden desempeñar un papel importante en física, pero la física se ocupa menos a menudo de las moléculas. Las moléculas que difieren en un isótopo a veces se distinguen entre sí en espectroscopia molecular o campos relacionados; sin embargo, normalmente es un cambio de isótopo único en una molécula más grande lo que se puede observar en lugar de la composición isotópica de una molécula entera. La sustitución isotópica cambia las frecuencias vibracionales de varios enlaces en la molécula, lo que puede tener efectos observables en la reactividad química a través del efecto isotópico cinético e incluso, por extensión, en la actividad biológica en algunos casos.
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