Trong việc xác nhận một hợp chất, có thể nói thông tin quan trọng nhất là trọng lợng phân tử. Phổ khối lợng là phơng pháp phân tích cung cấp thông tin này một cách chính xác. ở thế ion 9 - 14eV thì không có một ion nào có số khối lớn hơn ion phân tử đợc tạo thành. Vì vậy, khối lợng của ion nặng nhất, không kể đến sự đóng góp của đồng vị sẽ cho ta khối lợng phân tử quy tròn với máy khối phổ phân giải thấp và khối lợng phân tử chính xác với máy khối phổ phân giải cao. Nếu hợp
chất chỉ chứa C, H, O, N có khối lợng phân tử là lẻ thì số lợng nguyên tử N trong phân tử phải là lẻ. Nếu phân tử đợc tạo thành chỉ bởi liên kết cộng hoá trị thì có thể xác định tổng số vòng và liên kết đôi theo công thức (2a-b+c+2)/2 trong đó a, b, c là số nguyên tử C, H, N trong phân tử.
Phân loại các ion [11]
- Ion phân tử: Là các ion có số khối lớn nhất, và chính là khối lợng phân tử của chất. Kí hiệu ion phân tử là M+. Nếu ion phân tử là số chẵn chứng tỏ phân tử không chứa hoặc chứa một số chẵn nguyên tử N, nếu là số lẻ thì chắc chắn phân tử chứa một số lẻ nguyên tử nitơ.
- Ion đồng vị: trong thiên nhiên các nguyên tố hoá học đều tồn tại các đồng vị có tỉ lệ khác nhau.
Bảng 1.4. Số khối và tỉ lệ trong thiên nhiên của một số nguyên tố
Nguyên tố M M” Tỉ lệ thiên nhiên (M”/M)
C 12 13 0,011 H 1 2 0,0002 N 14 15 0,004 S 32 34 0,044 Ni 58 60 0,386 Xét ví dụ: C có đồng vị 13C so với 12C bằng 0,011. Do đó trong hợp chất hữu cơ có công thức CnH2n thì tỉ lệ giữa các phân tử là
n nH C 2 12 1 n n H CC 1 2 13 − 0,011xn
Tỉ lệ này thể hiện chiều cao vạch phổ. Ion M+ của 12CnH2n
có chiều cao h còn ion (M+1)+ của 13CCn 1H2n − có chiều cao là h, thì: h h n h h ì ⇒ ì = 011 , 0 1 011 , 0 , ,
Nh vậy, dựa vào chiều cao vạch phổ M+ và (M+1)+ có thể tính đợc số nguyên tử C trong phân tử. Tơng tự nh vậy, dựa vào chiều cao vạch phổ M+ và (M+2)+ có thể tính đợc số nguyên tử S, Ag, Ni trong phân tử.
- Ion mảnh: Các ion mảnh đợc sinh ra khi phân tử va chạm với electron và bị vỡ. Tuỳ theo năng lợng va chạm lớn hay nhỏ mà phân tử vỡ thành nhiều mảnh khác nhau, thông thờng năng lợng va chạm vào khoảng 70eV.
- Ion metastabin: Các ion phải có thời gian sống nhất định thì mới có thể ghi lại đợc. Một số ion xuất hiện nh bớc trung gian giữa các ion có khối lợng m1 và m2
có thời gian sống ngắn không ghi nhận đợc đầy đủ cờng độ vạch phổ.
1 2 2 * m m m =
Một số đặc điểm trong phổ khối lợng của các hợp chất có thể dự đoán từ các quy luật sau đây:
- Xác suất cắt mạch tại nguyên tử cacbon mạch nhánh: Cbậc3>Cbậc2>Cbậc1. Điện tích dơng xu hớng bị giữa tại C mạch nhánh(ion cacbonium). Nếu phân tử chứa liên kết đôi thì sự cắt mạch thờng xảy ra ở vị trí β.
- Hợp chất vòng thờng chứa các số khối đặc trng cho vòng
- Một hợp chất có pic mẹ mạnh thì phân tử thờng chứa vòng: Vòng càng bền thì cờng độ pic càng lớn. Thờng dùng để tìm vòng benzen.
- Các vòng bão hoà cắt mạch nhánh ở Cα. Trong quá trình phá vỡ vòng, xác suất của sự mất đi hai nguyên tử cacbon trong vòng lớn hơn rất nhiều so với xác suất mất đi một nguyên tử.
- Nếu vòng có nối đôi gắn với mạch nhánh thì sự cắt mạch xảy ra ở vị trí β
tính tới vòng.
- ở hợp chất dị nguyên tố thì sự cắt mạch xảy ra ở liên kết β tình từ dị nguyên tố đó.
- ở hợp chất chứa nhóm cacbonyl thì sự gãy thờng xảy ra tại nhóm này và điện tích thờng tồn tại ở phần cacbonyl.
Đối với phức chất, phơng pháp phổ khối lợng đã góp phần tích cực trong việc khảo sát thành phần cấu trúc của chúng, đặc biệt là những phức có phối tử là các hợp chất hữu cơ.
Một đặc điểm nổi bật trong phổ khối lợng của các hợp chất phối trí là các cụm pic đồng vị có tỉ lệ đặc trng cho sự có mặt của các kim loại trung tâm và các phối tử. Dựa vào đặc điểm của cum pic phân tử (số vạch và tỉ lệ các pic đồng vị) và đặc điểm của các pic mảnh chúng ta có thể phân tích đợc thành phần và cấu trúc của phức chất.