Tìm hiểu phương pháp phổ khối lượng

Tìm hiểu phương pháp phổ khối lượng

Các phương pháp phân tích dụng cụ

 Đề tài: Tìm hiểu phương pháp phổ khối lượng

 Phương pháp phổ khối lượng được xây dựng dựa trên những luận điển khoa học

cơ sở nào? Hãy liên kết những luận điển khoa học đó để xây dựng lý thuyết về phổ khối lượng

 Nhóm 2

Bố cục trình bày:

 I.Sự hình thành phổ khối lượng

 II Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng

 III PHÂN LOẠI CÁC ION ( 4 LOẠI)

 IV Kĩ thuật thực nghiệm

 V Sơ đồ cấu tạo khối phổ kế

 VI Cơ chế phân mảnh ion

I Sự hình thành phổ khối lượng

khái quát về phương pháp phổ khối lượng

 Đây là phương pháp nghiêm cứu cấu trúc cuả các chất bằng cách đo chính xác khối lượng phân tử

của chất đó dựa trên nguyên tắc khối lượng phân tử của một chất sẽ bằng tổng khối lượng phân tứ của các mảng ion được tạo thành do quá trình phá vỡ phân tử

 Phương pháp phổ khối lượng là Phương pháp vât lý nghiên cứu cấu trúc phân tử của các hợp chất

trên cơ sở xác định chính xác khối lượng của các phần tử và toàn phân tử

 Hợp chất mẫu trước hêt phải được chuyển sang trạng thái khí và được ion hóa bằng các phương

pháp thích hợp Sau đó được tách thành các mảnh ion thu được theo1 quy luạt nhất định (như khối lương tăng dần hoặc giảm dần ) Mà từ đó ta xác định được hình ảnh của phân tử

Phương thức tiến hành:

 chuyển chất nghiên cứu thành trạng thái hơi và ion hóa bằng biện pháp thích

hợp phân tách các mảnh ion theo số khối tùy thuộc vào điên tích của mảnh ion, dựa vào đó người ta có máy phổ ion (+) hoặc ion (-) Đối với các hợp chất

vô cơ phổ khối chủ yếu dùng xác định chất đồng vị đối với các hợp chất hữu

cơ phổ khối chủ yếu xác định cấu trúc và quá trình đồng nhất

II Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng:

 Cho chất nghiên cứu ở trạng thái khí tương tác với dòng electron có năng

lượng cao , khi đó các phân tử ở trạng thái khí sẽ bật ra 1 hoặc 2 electron để trở thành ion phân tử mang điện tích và phá vỡ thành các mảnh ion, các phân

tử nhỏ hay các gốc tự do

 Phân tử có thể tiếp nhận el → ion âm.

 Xét toàn bộ quá trình:ABCD

 a.quá trình ion hóa :

 ABCD + e → ABCD+ +2e

 ABCD + ne → ABCDn+ +2ne

 ABCD + e →

ABCD- b quá trình bẻ gẫy các ion dương:

 ABCD+ → A+ +BCD˙ hoặc BCD+ + A˙

 ABCD+ → AB+ +CD˙ hoặc CD+ + AB˙

 AB+ → B˙ + A+ hoặc B+ + A˙

 c quá trình tạo ra các cặp ion :

 ABCD+ → AB+ + CD- + e

 d quá trình bắt cộng hưởng:

 ABCD + e →

ABCD- e quá trình phản ứng ion- phân tử:có nhiều trường hợp trên phổ có số khối

lớn hơn khối lượng của chất nghiên cứu :

 ABCD+ + BCD+ → ABCDCB+ + CD˙

Bản chất của quá trình.

 Ban đầu khi phân tủ mẫu ở dạng khí được đưa vào buồng ion hóa thì các e bắn ra từ

catot cách các phân tử khí một khoang cách nhỏ hơn 0,5A0 thì các e bắtđầu truyền năng lương cho phân tử khí, các phần tử khí nhận năng lượng bị kích thích làm cho các điện tử trong phân tử chuyển sang trạng thái năng lượng cao dẫn đến quá trình mất điện tử , quá trình này xảy ra trong thời gian rất ngắn 10-17 s vì vậy phân tử mẫu ở dạng khí chưa kịp biến đổi về mặt cấu trúc cũng như khối lượng mà chỉ bị mất điện tử tạo thành ion phân tử

 Khi năng lượng của dòng e tăng lên thì toàn bộ ion phân tử bị kích thích lan

truyền trong toàn bộ mặt ở vị trí nào liên kết yếu nhất cuả ion phân tử sẽ bị gãy liên kết phụ thuộc vào năng lượng của dòng electron độ bền liên kết và

độ ổn định của ion mảnh mới tạo thành

III- PHÂN LOẠI CÁC ION ( 4 LOẠI)

 3 Ion mảnh

 Các ion mảnh là do sự phá vỡ phân tử sinh ra khi va chạm với electron, tùy theo năng lượng va chạm lớn

hay nhỏ mà phân tử vỡ thành nhiều mảnh , thông thường năng lượng va chạm khoảng 70eV.

 4 Ion metastabin.

 Các ion phải có thơi gian sống nhất định thì mới có thể ghi lại được, thời gian tồn tại < 10^-5

 Kí hiệu : m*

 mA: khối lượng ban đầu của ion.

 mE: khối lượng ion cuối cùng.

IV Kĩ thuật thực nghiệm

 Khối phổ kế được : J.Thompson( người Anh) chế tạo đầu tiên năm 1912

 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo chung của khối phổ kế:

1 Hóa khí mẫu :

 Chuyển mẫu cần phân tích về dạng hơi bằng cách đưa toàn bộ mẫu vào trong

buồng hóa khí tới giảm áp xuất của buồng hóa khí tới 10-5-10-7 mmHg ở

nhiệt độ 300oC trong điều kiện đó tất cả các chất đều hóa khí

 Mẫu sau khi hóa khí được dẫn sang buồng ion hóa Cách tiến hành này được

gọi là phương pháp nạp mẫu gián tiếp, lượng mẫu dùng một lần từ 0,5- 100µg

2, ion hóa.

 Đây là quá trình quan trọng nhất quyết định độ nhạy độ chính xác của phương pháp.

 Có nhiều phương pháp ion hóa khác nhau:

 Phương pháp va chạm electron.

 Phương pháp ion hóa nhờ điện trường.

 Phương pháp ion hóa nhờ sự đốt nóng.

 Phương pháp ion hóa nhờ sự tương tác giữa các ion khác nhau.

 Trong thực tế người ta chỉ dùng phương pháp ion hóa nhờ các tia bức xạ hoặc các phân tử có năng lượng

cao như: ( dòng e; tia gama; tia bêta)

3 phân tách ion theo số khối

 Để tách ion sau khi ion hóa về ngyên tắc có hướng :

 dựa vào điện tích của các ion

 dựa vào khối lượng của các ion

 Các ion được hình thành có số khối(m/e) được thiết bị phân tách ra khỏi

nhau bằng các thiết bị khác nhau

4 Sơ đồ cấu tạo khối phổ kế

 Từ nguyên tắc chung của phương pháp ta chia khối phổ kế làm 4 bộ phận chính:

 1, hóa khí mẫu :các chất rắn hay lỏng , khí được đưa vào buồng mẫu có áp suát thấp

(10-6) và nhiệt độ thích hợp , mẫu biến thanh dạng khí (thương cho từ 0,1 ~1 mg)

 2, ion hóa :dẫn dòng phân tử khí 1 dòng e có hương vuông góc với nó rồi đi qua diện

trường u để tăng tốc

 3, tách các ion theo khối lượng

 4, bộ phận thu nhận va hiển thị kết quả

Sơ đồ khối :

VI Cơ chế phân mảnh ion :

1 Tách ankyl(E1):

 ankal →ankyl + gốc tư do

CnH2n+2 +1e → ( CnH2n+2 )+ + ׳ + 2 e ( CnH2n+2 )+׳ + → ( Cn-1H2n-1 )+ + CH3׳ +

 Nếu ankyl co nhom chức thì trước tiên sẽ tách nhóm chức

2.Tách olefin

3.tách allyl:

4 Tách ion tropylium (vòng thơm)

5 Tách Retro –diels – Alder:

6 chuyển vị Mclaferty:

 a.nhóm cacbonyl:

b.vòng thơm và anken

7 Chuyển vị tách gốc

Chú ý:

 khi viết cơ chế phân mảnh cần chú ý :

 các ion mảnh bao giờ cũng được hinh thành từ ion phân tử hoặc ion lớn ,

không bao giờ từ phân tử trung hòa

 bảo đảm cân bằng điện tích giữa hai vế của phương trình

 các ion hình thành luôn tồn tại ở dạng bền

Một số dạng phổ của một số chất