Trong việc nhận dạng cỏc hợp chất, cú thể núi thụng tin quan trọng nhất là trọng lượng phõn tử. Phổ khối lượng là phương phỏp phõn tớch cung cấp cỏc thụng tin định tớnh và định lượng về thành phần, cấu trỳc của của cỏc hợp chất hoỏ học một cỏc chớnh xỏc.
Khi cho cỏc phõn tử ở trạng thỏi khớ va chạm với một dũng electron cú năng lượng cao (7 – 15 eV) thỡ quỏ trỡnh đầu tiờn là xảy ra sự ion hoỏ phõn tử:
a) M + e → [M]+. + 2e ; b) M + ze → [M]z+ + (z+1)e ; c) M + e → [M]-
Ở quỏ trỡnh a sự va đập với electron đó loại ra khỏi phõn tử một electron để tạo thành một cation gốc [M]+. gọi là ion phõn tử ( viết tắt là M+ ).
m m
1 2 2
Nếu cỏc ion phõn tử tiếp tục va chạm với dũng electron cú năng lượng lớn hơn (30 – 100 eV) thỡ chỳng sẽ bị phỏ vỡ thành nhiều mảnh ion, cỏc gốc hoặc cỏc phõn tử trung hoà.
Phõn loại cỏc ion:
- Ion phõn tử: là cỏc ion cú số khối lớn nhất và chớnh là khối lượng phõn tử của chất mẫu. Nếu khối lượng ion phõn tử là số chẵn chứng tỏ trong phõn tử khụng chứa hoặc chứa một số chẵn nguyờn tử nitơ, nếu là số lẻ thỡ chắc chắn phõn tử chứa một số lẻ nguyờn tử nitơ (quy tắc nitơ). Ngoài ra cường độ (I) của ion phõn tử tỉ lệ với nồng độ hợp phần trong hỗn hợp nờn cú thể dựa vào đú để phõn tớch định lượng chất.
- Ion đồng vị: trong thiờn nhiờn cỏc nguyờn tố hoỏ học đều tồn tại cỏc đồng vị với tỷ lệ khỏc nhau. Cỏc ion đồng vị sẽ cho cỏc vạch phổ cú chiều cao khỏc nhau và dựa vào đú ta cú thể tớnh được số nguyờn tử của cỏc nguyờn tố cú đồng vị trong phõn tử.
- Ion mảnh: cỏc ion mảnh là do sự phỏ vỡ phõn tử sinh ra khi va chạm với dũng electron cú mức năng lượng lớn. Tuỳ theo năng lượng va chạm lớn hay nhỏ mà phõn tử vỡ thành nhiều mảnh khỏc nhau.
- Ion metastabin: cỏc ion phải cú thời gian sống nhất định thỡ mới cú thể ghi lại được. Một số ion xuất hiện như bước trung gian giữa cỏc ion cú khối lượng m1 và m2
cú thời gian sống ngắn khụng ghi nhận được đầy đủ cường độ vạch phổ, nhưng cũng cú thể phỏt hiện được sự cú mặt của nú, được gọi là ion metastabin m* mà :
m* =
Nhờ m* ta cú thể khẳng định được m2 là do m1 sinh ra.
Một số đặc điểm trong phổ khối lượng của cỏc hợp chất cú thể dự đoỏn từ cỏc quy luật sau đõy:
- Xỏc xuất cắt mạch tại cỏc nguyờn tử C cú mạch nhỏnh: Cbậc 3>Cbậc 2>Cbậc 1. Điện tớch dương cú xu hướng bị giữ tại C mạch nhỏnh. Nếu phõn tử chứa liờn kết đụi thỡ sự cắt mạch thường xảy ra ở vị trớ β.
- Hợp chất vũng thường chứa cỏc số khối đặc trưng cho vũng.
- Một hợp chất cú pic mẹ mạnh thỡ phõn tử thường chứa vũng: vũng càng bền thỡ cường độ pic càng lớn, thường để tỡm vũng benzen.
- Cỏc vũng bóo hoà cắt mạch nhỏnh ở Cα, trong quỏ trỡnh vỡ vũng xỏc xuất mất đi 2 nguyờn tử C trong vũng lớn hơn rất nhiều so với mất đi một nguyờn tử.
- Nếu vũng cú nối đụi gắn với mạch nhỏnh thỡ sự cắt mạch xảy ra ở vị trớ β tớnh tới vũng.
- Ở hợp chất dị nguyờn tố thỡ sự cắt mạch xảy ra ở liờn kết β tớnh từ dị nguyờn tố đú.
- Ở hợp chất chứa nhúm cacbonyl (>C=O) thỡ sự góy thường xảy ra tại nhúm này và điện tớch thường ở phần cacbonyl.
Đối với cỏc phức chất, phương phỏp phổ khối lượng đó gúp phần tớch cực trong việc khảo sỏt thành phần và cấu trỳc của chỳng, đặc biệt là phức cú phối tử là cỏc hợp chất hữu cơ.
Một đặc điểm nổi bật trong phổ khối lượng của cỏc hợp chất phối trớ là cỏc cụm pic cú tỉ lệ đặc trưng cho sự cú mặt của cỏc kim loại trung tõm và cỏc phối tử. Dựa vào đặc điểm của cụm pic phõn tử và đặc điểm của cỏc pic mảnh cú thể phõn tớch được thành phần và cấu trỳc của phức chất.