Tìm hiểu về phương pháp phổ khối lượng

đặc biệt là lĩnh vực hóa học hữu cơ bởi vì hai thế mạnh rất đặc trưng là: - Với lượng mẫu nhỏ nhất có thể xác định được khối lượng tương đối của phân tử vàthậm chí thành phần các nguyên

MỤC LỤC

 Trang

Phần 1: Mở đầu ……… 2

Phần 2: Nội dung A Cơ sỏ lý thuyêt của phương pháp……… 3

I Nguyên tắc chung của phương pháp……….3

1 Sự xuất hiện phổ khối lượng……… 3

2 Nguyên tắc của sự phân ly phổ khối ……… 4

II Một số khái niệm trong phương pháp MS……… 5

1 Khái niệm pic, phân loại pic……… 5

2 Phân loại ion và ý nghĩa………6

III Sơ đồ và nguyên tắc hoạt động của máy khối phổ……… 7

1 Tóm tắt nguyên lý hoạt động của máy khối phổ……… 7

2 Các bộ phận của máy phổ khối……….7

3 Ghi nhận tín hiệu………9

4 Độ phân giải……… 10

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp phân tích phổ khối lượng và cách khắc phục……….10

V Các phương pháp phân tích phổ khối lượng ………11

1 Phương pháp phổ khối phân tích định lượng……… 11

2 Phương pháp phổ khối phân tích cấu trúc……….12

2.1 Cách xác định CTPT dựa vào khối lượng phân tử……….13

2.2 Quy tắc phân mảnh……….15

2.3 Qui trình giải đoán khối phổ ………17

VI Một vài ứng dụng của phương pháp……… 18

B Một số bài tập áp dụng……… 19

Phần 3: Kết luận……… 25

Tài liệu tham khảo……… 26

Phần 1: Mở đầu

I/ Lý do chọn đề tài

Phổ khối lượng (Mass Spectroscopy MS) – một phương pháp phân tích ra đờitương đối sớm (1910 Thomson đã tách được đồng vị Neon 20 và 22), song bước ngoặt đểphương pháp phổ khối lượng trở thành phương pháp phân tích quan trọng trong hóa họchữu cơ chỉ từ năm 1960

Phương pháp khối phổ là phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo chính xác khối lượng phân tử chất đó Chất nghiên cứu trước tiên được chuyển thành trạng thái hơi sau đó được đưa vào nghiên cứu trong bộ phận phân tích của máy khối phổ kế Người ta

có thể dùng phương pháp khối phổ để nghiên cứu tất cả các nguyên tố hay hợp chất có thểbiến thành dạng khí hay hơi

Phương pháp phổ khối lượng là phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi hiện nay trong Hóa học Đối với hợp chất vô cơ, phương pháp phân tích khối phổ thường đượcdùng để nghiên cứu thành phần đồng vị hoặc để xác định vết các chất nghiên cứu đặc biệt

là lĩnh vực hóa học hữu cơ bởi vì hai thế mạnh rất đặc trưng là:

- Với lượng mẫu nhỏ nhất có thể xác định được khối lượng tương đối của phân tử vàthậm chí thành phần các nguyên tố của một hợp chất

- Qua việc phân tích mảnh trong khối phổ có thể suy ra cấu trúc hoặc thông tin vềphân tử

Để tìm hiểu rõ hơn về phương pháp phân tích phổ khối lượng cũng như những ứngdụng quan trọng của phương pháp, trong khuôn khổ bài tiểu luận này, tôi xin chọn đề tài: “Tìm hiểu về phương pháp phổ khối lượng”

II Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Phương pháp phân tích phổ khối lượng

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích phổkhối lượng và ứng dụng quan trọng của phương pháp trong lĩnh vực phân tích cấu trúchợp chất hữu cơ

III Phương pháp nghiên cứu:

Phân tích, tổng hợp, tư duy logic, giải bài tập

Phần 2: NỘI DUNG

A CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP:

I NGUYÊN TẮC CHUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP

(chỉ xét phương pháp ion hóa va chạm electron)

1 Sự xuất hiện phổ khối lượng

Khi cho các phân tử trạng thái khí va chạm với một dạng electron có năng lượngcao thì từ các phân tử sẽ bật ra một hay hai electron và nó trở thành các ion có điện tích+1 (chiếm tỉ lệ lớn) và +2

Giả thiết phân tử chất nghiên cứu là ABC thì:

Loại ion ABC+ được gọi là ion gốc hay ion phân tử

Nếu các ion phân tử ABC+ tiếp tục va chạm với chùm electron có năng lượng caothì chúng sẽ bị phá vỡ thành nhiều mảnh ion, thành các gốc hoặc các phân tử trung hòakhác nhau Quá trình này được gọi là quá trình phân mảnh (gracmentation)

Năng lượng của quá trình phân mảnh chỉ vào khoảng 30-100eV, hơn nhiều so vớinăng lượng ion hóa của phân tử (8-15eV) Quá trình biến các phân tử trung hòa thành cácion được gọi là sự ion hóa

Trên đồ thị hình dưới đây:

ABC+ A+ + BCABC+ AB+ +C

A+ +B

.

.

Cho thấy: xác suất có mặt của các ion phụ thuộc vào năng lượng va chạm ở phân tử Nănglượng khoảng 15eV thì ion phân tử CH3COCH3+ đạt cực đại nhưng các mảnh ion

CH3CO+ tiếp tục tăng đến năng lượng∼70eV thì tăng chậm và đạt giá trị cực đại

Các ion có khối lượng ion và điện tích e Tỉ số m/e được gọi là số khối z Bằngcách nào đó, tách các ion có số khối khác nhau ra khỏi nhau và xác định được xác suất cómặt của chúng rồi vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa xác suất có mặt (hay cường độphổ khối lượng I) và số khối z, tức là: ( )

2 Nguyên tắc của sự phân ly phổ khối:

Động năng của một ion có khối lượng m và điện tích e được tăng tốc với thế Uđược biểu diễn theo phương trình:

V: là tốc độ chuyển động của ion

Khi ion chuyển động trong từ trường B0 thì lực tác dụng ở góc phải đối với hướngchuyển động buộc nó phải chuyển động theo một đường tròn bán kính r theo phươngtrình:

r

mv v e B

Thay (3) vào (1) ta có: 2 ( 0. . )2

2

12

1

m

r e B m mv

eU = = 

U

r B e

m

2

2

2 0

(Lực hướng tâm) (Lực li tâm)

(4) là phương trình cơ bản của phép đo MS Từ phương trình (4) có các cách khácnhau để thu được các số khối

e

m

Z = khác nhau:

- Giữ B0, r hằng định, thay đổi thế tăng tốc U

- Giữ B0, U hằng định, thay đổi r

- Giữ r, U hằng định, thay đổi từ trường B0

Trong 3 phương pháp này thì phương pháp giữ B0, r hằng định, thay đổi thế tăngtốc U là cách đơn giản nhất; trong thực tế, hay sử dụng phương pháp này để thu được các

Khối lượng các đồng vị của tất cả các nguyên tử đều tính theo amu

II MỘT SỐ KHÁI NIỆM TRONG PHƯƠNG PHÁP MS:

1 Khái niệm pic, phân loại pic:

* Pic: Mỗi dòng ion với số khối xác định được thể hiện trên phổ dưới dạng một tín

hiệu, được gọi là vạch phổ hay một pic.Vị trí của vạch phổ cho biết số khối của ion tươngứng Cường độ của pic, liên quan đến hàm lượng của các ion tương ứng, đáng nhẽ phảiđược hiểu là diện tích của pic nhưng đối với phổ khối lượng người ta thường coi đó làchiều cao (cường độ cực đại) của pic

* Phân loại pic:

+) Pic cơ sở: Pic có cường độ cực đại, được gọi là pic cơ sở Người ta qui ước coi

cường độ của pic cơ sở bằng 1 hay 100% cường độ của các pic khác định tính ra phầntrăm của pic cơ sở

+) Pic phân tử: Pic phân tử có số khối bằng số khối của phân tử cấu tạo từ các

đồng vị nhẹ và bền nhất Đối với benzen thì pic C6H6+(78)là pic phân tử Vị trí của picphân tử như vậy cho biết ngay số khối của phân tử cần xét số khối của pic phân tử thườngđược ký hiệu là M

+) Pic mảnh: Pic mảnh là pic của các mảnh ion, có số khối nhỏ hơn số khối của ion

2 Phân loại ion và ý nghĩa:

Trong kỹ thuật phổ khối, các ion được chia làm 3 loại:

a, Ion phân tử: là ion có số khối bằng khối lượng phân tử chất, được hình thành

do phân tử chất bắn phá mất đi 1 hay 2 electron

VD: CH3CHO−1e→CH3CHO+ (Ion phân tử)

b, Ion đồng vị: vì trong tự nhiên, các nguyên tố hóa học thường tồn tại ở 2,3 hoặc

một số đồng vị xác định Cho nên, bên cạnh vạch chính tương ứng của M+•còn có cácvạch (M +1)+•và (M +2)+•… với cường độ nhỏ hơn Chiều cao của vạch này tỷ lệ với sự

có mặt của các đồng vị trong phân tử Người ta dựa vào đặc điểm này để có thể tính đượccông thức cộng của các hợp chất nhờ phương pháp phổ khối

c, Mảnh ion: được tạo ra do bắn phá của chùm e có năng lượng lớn hơn vào ion

phân tử

* Cơ chế tạo mảnh ion:

Nếu năng lượng của các điện tử va chạm đủ lớn thì sẽ xảy ra hiện tượng phânmảnh của ion phân tử được hình thành trong quá trình ion hóa, năng lượng cần thiết tốithiểu để tạo thành các ion mảnh (ký hiệu là E A P) bằng tổng năng lượng ion hóa và nănglượng phân ly của liên kết bị phá vỡ E A P = EI + ED

Một ion phân tử có thể được ký hiệu là ABC+, trong đó A, B, C có thể là mộtnguyên tử hay một nhóm nguyên tử Sự phân mảnh có thể xảy ra theo các dạng sau đây:

Khi một mảnh ion không bền thì mảnh này lại có thể tiếp tục được phân mảnh.Phản ứng phân mảnh lần thứ hai này được gọi là phản ứng thứ cấp:

đồ khác phụ thuộc vào tương quan về độ bền của các mảnh

Vì số điện tích cũng như số điện tử được bảo toàn nên số điện tích cũng như sốđiện tử ở hai vế phải giống nhau Điều này cho phép ta kiểm tra tính chính xác của cácphản ứng phân mảnh Cũng do sự bảo toàn điện tích nên khi phân mảnh, một ion phân tửmang điện tích dương không thể cho một ion âm mà chỉ có thể cho một ion dương và mộthạt trung hòa

III SƠ ĐỒ MÁY KHỐI PHỔ

1 Tóm tắt nguyên lý hoạt động của máy khối phổ

Mẫu chất cần phân tích sẽ được chuyển thành trạng thái hơi sau đó mới bắt đầuquá trình đo khối phổ Để đo được đặc tính của các phân tử cụ thể, máy khối phổ sẽchuyển chúng thành các ion, từ đó có thể kiểm soát chuyển động của chúng bởi các điện

từ trường bên ngoài Bởi các ion rất dễ phản ứng và tuổi thọ ngắn, quá trình tạo ra vàkiểm soát chúng phải được thực hiện trong môi trường chân không Trong khi áp suất khíquyển vào khoảng 760 torr (mmHg), áp suất môi trường xử lý ion thường từ 10-5 đến 10-8

torr (thấp hơn một phần tỉ của áp suất khí quyển) Ion sau khi được tạo thành sẽ đượcphân tách bằng cách gia tốc và tập trung chúng thành một dòng tia mà sau đó sẽ bị uốncong bởi một từ trường ngoài Các ion sau đó sẽ được thu nhận bằng đầu dò điện tử vàthông tin tạo ra sẽ được phân tích và lưu trữ trong một máy vi tính Máy khối phổ hoạtđộng như vừa nêu được mô tả theo sơ đồ bên dưới:

2 Các bộ phận của máy phổ khối:

Khối phổ kế gồm 4 bộ phận chính

(1) Hóa khí mẫu: các chất rắn hay lỏng được đưa vào buồng mẫu có áp suất giảm

10-6 mmHg biến thành dạng khí Lượng mẫu cần 0,1-1mg

(2) Ion hóa: Mẫu sau khi đã hóa hơi được dẫn vào buồng ion hóa để biến các phân

tử trung hòa thành các ion sau đó dẫn dòng phân tử khí chạy qua một dòng electron cóhướng vuông góc với nó để ion hóa, rồi đi qua điện trường U để tăng tốc

Quá trình ion hóa này có thể thực hiện theo một số phương pháp khác nhau như:

- Phương pháp va chạm electron

- Phương pháp ion hóa hóa học

- Phương pháp ion hóa trường

- Phương pháp ion hóa photon

- Phương pháp bắn phá ion

(3) Tách ion theo khối lượng: Các ion hình thành có số khối m/z được phân tách

ra khỏi nhau bằng các thiết bị khác nhau như:

- Thiết bị phân tách ion hội tụ đơn hoặc còn gọi là khối phổ hình quạt hay lệch từ( Single- Focusing Magnetic Deffection or Sector Mass Analyser)

- Thiết bị phân tách ion hội tụ kép (Double- Focusing Sector Spectrometer)

- Thiết bị phân tách ion tứ cực (Quadrupole)

- Thiết bị khối phổ TOF ( Californium -252 Plasma Desorption TOF MassSpectrometer)

- Thiết bị khối phổ thời gian bay ( Time-of-Flight Analyser)

(4) Nhận biết các ion bằng detector: Sau khi ion được hình thành và tách khỏinhau theo số khối, chúng cần phải được phát hiện và ghi nhận Bộ phận phát hiện ionđược gọi là đetectơ Có nhiều loại đetectơ như cốc Faraday, nhân electron thứ cấp, tấmkính ảnh nhạy ion, hệ thống đếm ion

*Theo phần trăm tổng (%∑): Lấy chiều cao mỗi vạch(h) chia cho tổng chiều cao các

IV CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHƯƠNG PHÁP PHỔ KHỐI LƯỢNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC:

- Việc đưa mẫu vào với lượng cực nhỏ từ áp suất thường vào buồng chân khôngcao mà không cần ngắt chân không (để tránh va chạm giữa các ion)

- Trạng thái của mẫu lỏng, khí, tinh thể sơn hoặc keo

- Nếu chất hữu cơ phân tích có lẫn một ít chất cô cơ hay tạp chất thì phương pháp

MS chỉ phân tích được chất hữu cơ

- Sử dụng điện tử bắn phá 70eV Nếu sử dụng điện tử bắn phá lớn hơn 300eV thìphân tử bị đứt mạch quá nhiều Tạo ra nhiều ion mảnh sẽ khó nhận ra được thông tin vềcấu trúc phân tử

- Yêu cầu đối với hệ thống lỗ nạp

+ Mẫu cần phải ở trong pha hơi trước khi bị ion hóa

+ Mẫu không bị phân hủy nhiệt trong suốt quá trình hóa hơi

+ Trong thời gian nạp mẫu, áp suất bên trong phổ kế khối lượng phải được giữ ởmức thấp

- Đối với các phân tử quá phức tạp, nhiều ion khối lượng thấp sẽ không có tínhthông tin về cấu trúc và thực tế có thể che giấu sự có mặt của hầu hết các ion quan trọng

Vì thế, người ta thường ghi phổ điện thế thấp

- Trong phương pháp phổ khối lượng khi ion hóa mẫu bằng phương pháp va chạmelectron thì có thể khó đo khối lượng phân tử đối với một số phân tử không phân biệtđược các đồng phân với nhau, một số hợp chất có thể bị phân hủy trước khi ion hóa hoặc

rất có thiên hướng phân mảnh sau khi ion hóa do nhiệt độ cao cần cho sự hóa hơi, một sốkhác rất khó bay hơi nên không có phổ.

Khi gặp những vấn đề đó ta phải nhờ tới các phương pháp lựa chọn ion hóa Người

ta thường dùng phương pháp lựa chọn khi sự phân tích bằng va chạm điện tử không phùhợp

Ion hóa hóa học; ion hóa trường; giải hấp trường; bắn phá nguyên tử nhanh

- Thường rất khó nhận diện ra được mũi ion phân tử trên khối phổ đồ bởi 2 trườnghợp sau:

+ Mũi ion phân tử không xuất hiện hoặc xuất hiện nhưng mũi rất yếu Giải pháp làtăng tín hiệu của phổ lên tối đa (và chấp nhận mất độ phân giải) và dùng lượng mẫu nhiềuhơn, như thế, đôi khi sẽ gia tăng thái quá mũi M+1 Nếu mũi vẫn không rõ, tìm kiếmthông tin ở những nguồn khác Loại hợp chất khảo sát và khối lượng phân tử có thể biếtđược nhờ suy đoán từ những mảnh ion Ví dụ các hợp chất ancol thường cho mũi ionphân tử rất yếu nhưng lại thường cho xuất hiện mũi rất rõ của phân tử mất bớt H2O (M-18) Có thể phải đo khối phổ lại với dẫn xuất phù hợp

+ Mũi ion phân tử có hiện diện, nhưng nó là một trong nhiều mũi mà một số mũi

đó có cường độ tương đối cao Trong trường hợp này, cần xét đến độ tinh khiết của hợpchất khảo sát Nếu hợp chất được khẳng định là tinh chất, thì vấn đề kế tiếp là làm saophân biệt được mũi ion phân tử từ mũi M-1 có cường độ mạnh hơn Một phương án tốtnhất là làm giảm năng lượng của tia điện tử dùng để bắn phá mẫu, việc này có thể làmgiảm cường độ của tất cả các mũi nhưng gia tăng cường độ của mũi ion phân tử so vớicác mũi khác

Tuy vậy, do không thể trực tiếp điều khiển máy khối phổ nên những điều trên khó

có thể thực hiện được

Để nhận diện mũi ion phân tử trên khối phổ đồ, cần áp dụng qui tắc Nitrogen “Mộtphân tử với khối lượng phân tử là một con số chẵn thì phân tử đó phải: hoặc là khôngchứa các nguyên tử Nitrogen hoặc có chứa một số chẵn các nguyên tử Nitrogen (nghĩa là

có chứa 0,2,4,6 nguyên tử Nitrogen) Một mảnh ion có m/z là số lẻ, thì mảnh đó phải cóchứa só lẻ nguyên tử Nitrogen

Ngoài ra, còn một mệnh đề hữu ích khác nếu sự phân mảnh xảy ra tại một nối đơn:ion phân tử có khối lượng là số chẵn sẽ cho ra mảnh ion có khối lượng là số lẻ Còn ionphân tử có khối lượng là số lẻ sẽ cho ra mảnh ion có khối lượng là số chẵn Mệnh đề nàynghĩa là mảnh ion phải chứa tất cả các Nitrogen (nếu có) của ion phân tử

V CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ KHỐI LƯỢNG:

1/ Phương pháp phổ khối phân tích định lượng

*Phép phân tích định lượng dựa trên phương trình:

C K

Trong đó I MSlà cường độ phổ MS,

C là nồng độ chất nghiên cứu,

K là hệ số tỉ lệ

*Phương pháp phổ khối phân tích định lượng có một số yêu cầu sau:

- Mỗi hợp phần phải tồn tại ít nhất trên phổ một đỉnh m/z khác với đỉnh m/z củahợp phần khác

- Hàm lượng của mỗi hợp phần phải tỉ lệ tuyến tính với đỉnh m/z lựa chọn

- Độ nhạy ( dòng ion đối với một đơn vị áp suất riêng phần) cần phải lặp lạikhoảng 1%

- Chất chuẩn phù hợp để so sánh

Nguyên tắc của phương pháp phổ khối phân tích định lượng là dựa trên sự so sánhthực nghiệm với chất chuẩn Dưới điều kiện thích hợp, chiều cao của các đỉnh m/z tỉ lệtuyến tính với áp suất riêng của mỗi hợp phần Đối với hỗn hợp phức tạp hiếm khi tìmđược một đỉnh m/z phù hợp cho mỗi hợp phần Cần thiết phải xây dựng một hệ phươngtrình liên quan giữa dòng ion của mỗi hợp phần ở mỗi số khối khác nhau Sau đó so sánhvới các giá trị tương ứng của mẫu chuẩn để giải hệ phương trình trên Đây thực sự là côngviệc phức tạp Độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào mức độ phức tạp của hỗnhợp và bản chất của mỗi hợp phần, sai số tương đối trong giới hạn 2% đến 5% Mặc dùvậy phương pháp phổ khối định lượng đã được sử dụng phân tích hỗn hợp hidrocacbon

C3-C5, hidrocacbon bão hòa C6-C8, ancol, andehit, xeton C1-C5, dẫn xuất clo và iot C1-C4,khí ô nhiễm môi trường và nhiều chất khác Khi thực hiện ở nhiệt độ cao đã phân tíchđược các ancol, este thơm, steroit, flopoliphenyl, amit thẳng, halogen thơm và nitrinthơm Phương pháp phổ khối cũng được sử dụng để phân tích các polime phân tử lượngcao như enzym

2/ Phương pháp phổ khối phân tích cấu trúc

Phân tích phổ khối lượng là tìm mối liên quan giữa các số khối xuất hiện trên phổkhối lượng và cấu tạo phân tử dựa trên cơ chế phá vỡ phân tử Công việc này không phảilúc nào cũng giải quyết thuận lợi và trọn vẹn được, nó phụ thuộc vào từng trường hợp cụthể, nhìn chung có thể phân ra các trường hợp sau:

*Trường hợp thứ nhất, có công thức dự kiến cần dựa vào phổ khối lượng để xácminh công thức có đúng không Trường hợp này đơn giản nhất, trước tiên cần tìm trênphổ có số khối tương ứng với phân tử lượng, tuy nhiên có trường hợp xuất hiện trên phổnhưng có nhiều trường hợp vắng mặt do phân tử lớn dễ bị phá vỡ hay phân tử không bền

Trường hợp phân tử có chứa các nguyên tố Cl, Br, S có thể dựa vào chiều cao pic ionphân tử đồng vị để xác định Sau đó từ công thức phân tử, dựa vào cơ chế phá vỡ phân tửtìm khả năng các ion mảnh hình thành rồi tính số khối của ion, sau đó đối chiếu với cácgiá trị m/z trên phổ xem có trùng không Nếu số khối phân tử tìm được trên phổ và có sựtrùng lặp một số ion mảnh thì có thể xác nhận công thức cấu tạo dự kiến của chất là đúng.

*Trường hợp thứ hai, biết khối lượng phân tử và công thức cấu tạo phân tử phảidựa vào số khối m/z trên phổ và cấu tạo của các mảnh ion có số khối đó để lắp ghép lạithành phân tử

*Trường hợp thứ ba, biết khối lượng phân tử phân giải cao có thể dựa vào bảng tracứu tìm ra công thức phân tử, sau đó tiến hành như trường hợp trên

*Trường hợp thứ tư, biết khối lượng phân tử và các nguyên tố có mặt trong phân

tử, trước tiên nên dựa vào các đồng vị của Cl, Br, S nếu phân tử có chứa các nguyên tốnày và tỉ lệ đồng vị 13C/12C để xây dựng công thức phân tử, sau đó cũng dựa vào số khốim/z trên phổ để thiết lập công thức cấu tạo như trên

Để giải quyết được các vấn đế trên ta cần xét đến nguyên tắc phân mảnh và cáchxác định CTPT dựa vào khối lượng phân tử:

2.1 Cách xác định CTPT dựa vào khối lượng phân tử:

a, Đối với máy phổ khối có độ phân giải thấp:

Ta đã biết, hầu hết các nguyên tố trong tự nhiên đều tồn tại nhiều đồng vị với một

tỷ lệ nhất định nên khối lượng phân tử là con số thập phân Tuy nhiên, do có độ phân giảithấp nên các giá trị m/z được làm tròn Vì vậy, sẽ gặp khó khăn cho việc lập CTPT khibiết M Vì vậy, phải có cách xác định như sau:

Ví dụ: 12C: 100%; 13C :1,1% Nếu một hợp chất chỉ chứa 1 nguyên tử C như CH4

thì ion M+•có chiều cao là 100% (12CH4) thì ion (M +1)+• sẽ có chiều cao là 1,1% (13CH4)

Ở phân tử etan, có chứa 2 nguyên tử C nên M+•có chiều cao là 100% (12C2H6) thì ion(M +1)+• sẽ có chiều cao là 2 1,1% = 2,2% (13CH3 12CH3) Như vậy, nếu phân tử có nnguyên tử C thì chiều cao của (M +1)+•sẽ có tỷ lệ là: n.1,1% so với chiều cao của M+•

Đối với phân tử có nhiều C hơn thì bên cạnh (M +1)+•còn có (M +2)+•, (M +3)+•

… với tỷ lệ thấp hơn Nhưng bằng thực nghiệm đã chỉ ra một cách chắc chắn rằng từ ion phân tử (M+1)+•, người ta có thể tính toán được số nguyên tử C có mặt trong phân tử.

Ví dụ: khối phổ của một hợp chất hữu cơ chỉ ra ion phân tử ( )M +•có chiều cao là

92 mm và (M +1)+•có chiều cao là 12,5 mm; do đó tỷ lệ của ion (M +1)+•là 12,5/92=13,5.Nếu phân tử có 1 nguyên tử C thì tỷ lệ (M +1)+•là 1,1% Do đó, ở đây phân tử có xnguyên tử C thì: x = 13,5/1,1 ≈ 12

Một cách tổng quát có thể tính số nguyên tử C: