Cómo un Espectrómetro de Masas Identifica a los Isótopos

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Por Arthur Winter

La espectrometría de masas proporciona información valiosa sobre la estructura de un compuesto molecular, incluidos sus isótopos. Debido a que la espectrometría de masas determina el peso de los fragmentos, los átomos que naturalmente tienen isótopos pesados se vuelven importantes.

Los isótopos son átomos que tienen el mismo número de protones y electrones, pero diferentes números de neutrones.

Los efectos de los isótopos se observan más fácilmente en los compuestos que contienen los halógenos cloro (Cl) y bromo (Br). En la naturaleza, el cloro consiste en alrededor del 75 por ciento del isótopo 35Cl y alrededor del 25 por ciento del isótopo 37Cl más pesado, en el que el cloro tiene dos neutrones adicionales. Esto significa que si se eligieran al azar 100 moléculas que contienen cloro, en promedio 75 de ellas contendrían el isótopo 35Cl, mientras que 25 de ellas pesarían dos unidades de masa más porque contienen el isótopo 37Cl más pesado. Debido a que la espectrometría de masas pesa moléculas, estos isótopos de masa más pesados se observarán en el espectro de masas.

De hecho, ambos isótopos se verán en el espectro de masas. Pero debido a que una muestra de una molécula que contiene cloro tiene tres veces más del isótopo 35Cl que el del isótopo 37Cl más pesado, el pico de iones moleculares (que corresponde a las moléculas que contienen el isótopo 35Cl) será tres veces más intenso que el pico de dos unidades de masa más pesadas que corresponde a las moléculas que contienen el isótopo más pesado. Debido a que este pico de isótopo pesado es dos unidades de masa más pesadas que el pico del ión molecular que contiene el isótopo 35Cl, se denomina ión M+2. (Si el isótopo pesado es más pesado por un neutrón, se llama pico de isótopo M+1; por dos neutrones, el pico M+2; por 3 neutrones, el M+3, y así sucesivamente.)

Estos efectos isotópicos le permiten detectar moléculas que contienen cloro, porque el espectro de una molécula que contiene cloro contendrá un pico que es dos unidades de masa más pesado que el ión molecular (M+) y que es un tercio más intenso que el pico M+ (ver la siguiente figura).

3H7Cl)»/>El espectro de masas para el 2-cloropropano (C3H7Cl).

El bromo natural consiste en una mezcla de isótopos que es de aproximadamente el 50 por ciento 79Br y el 50 por ciento 81Br. Por lo tanto, el bromo se puede detectar fácilmente en el espectro de masas observando un pico de intensidad aproximadamente igual a dos unidades de masa más alto que el pico de iones moleculares (como se puede ver en la siguiente figura).

2H5Br)»/>El espectro de masas para el bromuro de etilo (C2H5Br).

El yodo natural es virtualmente 100 por ciento 129I, así que a diferencia de los espectros de las moléculas que contienen cloro y bromo, las moléculas que contienen yodo no muestran picos isotópicos. Sin embargo, los compuestos de yodo a menudo pueden observarse observando el pico de yodo (I+) en el espectro de masas a m/z 129.

Otros átomos tienen isótopos que son menos abundantes. El carbono natural contiene alrededor del 1 por ciento del isótopo 13C. Debido a que una molécula que consiste en muchos carbonos tendrá una mayor probabilidad de tener un átomo 13C, las moléculas con muchos átomos de carbono tendrán un pico de isótopo 13C más grande en el espectro de masa que las moléculas que contienen menos átomos de carbono. (Debido a que 13C es una unidad de masa más pesada que 12C, el pico isotópico se denomina pico M+1.) Esto, de hecho, es una manera cruda de determinar el número de carbonos en la molécula, porque el tamaño del pico del isótopo M+1 en relación con el pico del ión molecular (M+) depende del número de carbonos en la molécula.

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