Mass Spectrometry

นางสาวรุ�จาภัค ส�ทธิ�ว�เศษศกดิ์�� นางสาวรุ�จาภัค ส�ทธิ�ว�เศษศกดิ์�� เลขท�� เลขท�� 1010

นายวรุว�ทย� วรุพิ�พิฒน� เลขท�� นายวรุว�ทย� วรุพิ�พิฒน� เลขท�� 2121

มม . . 6/36/3

ประวั�ติ�เบื้�องติ�น

ในสมยก อนปี# คในสมยก อนปี# ค..ศศ . . 19501950 การุการุตรุวจสอบโครุงสรุ'างของสารุตรุวจสอบโครุงสรุ'างของสารุน(นนกเคม�ไดิ์'ใช้'ว�ธิ�การุทางน(นนกเคม�ไดิ์'ใช้'ว�ธิ�การุทางปีฏิ�ก�รุ�ยาเคม�เปี,นหลก เช้ นปีฏิ�ก�รุ�ยาเคม�เปี,นหลก เช้ น

-ในการหาหมู่��ฟั�งก�ชั�นก�ใชั�การติรวัจวั�ดเชั�งคุ ณภาพ เชั�น Benedict’s test เพ%อติรวัจสอบื้วั�าสารน��นมู่'หมู่��ฟั�งก�ชั�น Aldehyde อยู่��หรอไมู่�-การติรวัจสอบื้สารประเภท Alkene ก�ใชั�ปฏิ�ก�ร�ยู่า Halogenation (น,าไปฟัอกส'โบื้รมู่'นในท'%มู่ดเป.นติ�น)

-การติรวัจสอบื้สารประเภท Alkyne ก�ใชั�ปฏิ�ก�ร�ยู่า Ozonolysis เพ%อแติกโมู่เลก ลของ Alkyne ลงเป.นส�วันยู่�อยู่ๆแล�วัน,าไปวั�เคุราะห�

ประวั�ติ�เบื้�องติ�น

ประวั�ติ�เบื้�องติ�น

และหล�งจากการทดสอบื้ติ�างติ�างนานาก�จะได�โคุรงสร�างท'%เป.นไปได� จากน��นก�จะติ�องพ�ส�จน�วั�าสารน��นมู่'โคุรงสร�างอยู่�างท'%คุ�ดจร�งหรอไมู่�โดยู่อาจน,าสารติ�วัอยู่�างผ่�านปฏิ�ก�ร�ยู่าเคุมู่'บื้างอยู่�างเพ%อเปล'%ยู่น Unknown ให�เป.นโมู่เลก ลท'%เราร��จ�กก�นด' หรออาจพ�ส�จน�โดยู่สร�างสารน��นข4�นมู่าโดยู่ใชั�ปฏิ�ก�ร�ยู่าเคุมู่'ท'%มู่'อยู่��ในสมู่�ยู่น��นแล�วัจ4งน,ามู่าเปร'ยู่บื้เท'ยู่บื้ก�น

ประวั�ติ�เบื้�องติ�น

จะเห/นว ากรุะบวนการุตรุวจสอบสารุโดิ์ยใช้'ว�ธิ�จะเห/นว ากรุะบวนการุตรุวจสอบสารุโดิ์ยใช้'ว�ธิ�ทางปีฏิ�ก�รุ�ยาเคม�น(นย� งยากและใช้'เวลานานทางปีฏิ�ก�รุ�ยาเคม�น(นย� งยากและใช้'เวลานาน

หล�งจากเวัลาผ่�านไปการวั�เคุราะห�โคุรงสร�างของสารก�สามู่ารถท,าได�ง�ายู่ข4�นด�วัยู่วั�ธี'การทางฟั7ส�กส�โดยู่สามู่ารถมู่อง

เป.นภาพกวั�างๆได�ด�งน'�

ประวั�ติ�เบื้�องติ�น• Mass Spectrometry -> What size and

formula?• Infrared Spectroscopy -> What functional

groups are present?• Ultraviolet Spectroscopy->Is a conjugated

π electron system present?• Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy-

>What carbon-hydrogen framework is present?

ซึ่4%งวั�ธี'ด�งกล�าวัเหล�าน'�มู่'ข�อด'คุอใชั� ติ�วัอยู่�างสารน�อยู่ รวัดเร�วั มู่'คุวัามู่

ละเอ'ยู่ดแมู่�นยู่,ามู่าก

ปีรุะเภัทของ Mass SpectrometryMass Spectrometer มู่' 2 แบื้บื้คุอ

1. Low Resolution คุอ เคุร%องท'%สามู่ารถจ,าแนกคุ�า M ได�ละเอ'ยู่ดส�งส ด ประมู่าณ 1 ซึ่4%งมู่'ประโยู่ชัน�ส,าหร�บื้การวั�เคุราะห�โดยู่ท�%วัไป

2. High Resolution คุอ เคุร%องท'%สามู่ารถจ,าแนกคุ�า M ได�ละเอ'ยู่ดส�งส ดประมู่าณ 0.001 ซึ่4%งมู่'ประโยู่ชัน�น,ามู่าใชั�ในการใชั�วั�เคุราะห�สารท'%มู่'มู่วัลโมู่เลก ลใกล�เคุ'ยู่งก�นมู่ากๆ เชั�น C16H16O2 ->240.057 ก�บื้ C18H8O ->240.102 เป.นติ�น

หล�กการของ Mass Spectrometry

1. เปล'%ยู่นโมู่เลก ลของสารท'%เราติ�องการทดสอบื้ให�เป.น gas แล�วัท,าให�โมู่เลก ลมู่'ประจ เป.นบื้วักโดยู่การยู่�งด�วัยู่อ�เล�คุติรอนท'%มู่'พล�งงาน 70 eV (1 eVคุอหน�วัยู่ของพล�งงานมู่'คุ�าเท�าก�บื้การเร�ง e- ผ่�านคุวัามู่ติ�างศั�กยู่� 1 โวัลติ�) ซึ่4%งจากหล�กคุวัามู่น�าจะเป.นจะได�ประจ ส�วันมู่ากเป.น +1

หล�กการของ Mass Spectrometry

2. น,าไอออนของสารท'%ได�ไปเร�งด�วัยู่คุวัามู่ติ�างศั�กยู่�ด�งสมู่การ

0.5mv2=eV+0.5mu2

3.น,าไอออนของสารไปผ่�าน Velocity Selector ซึ่4%งเป.นบื้ร�เวัณท'%สนามู่แมู่�เหล�กก�บื้สนามู่ไฟัฟั:าติ��งฉากก�น โดยู่ไอออนท'%ผ่�าน Velocity Selector จะมู่'คุวัามู่เร�วัท'%มู่'

ขนาดและท�ศัทางติามู่ท'%เราติ�องการ v=E/B เมู่%อสนามู่เมู่%อสนามู่แมู่�เหล�กและสนามู่ไฟัฟั:า

มู่'ขนาด B และ E ติามู่ล,าด�บื้

หล�กการของ Mass Spectrometry

4. จากน��นก�น,าไปผ่�านบื้ร�เวัณท'%มู่'สนามู่แมู่�เหล�ก ซึ่4%งจะท,าให�ไอออนของสารเบื้นไปเป.น

ร�ศัมู่' R=mv/(qB0)

5. วั�ดปร�มู่าณของไอออนท'%ร�ศัมู่'Rติ�างๆก�นและวัาดกราฟัระหวั�าง ปร�มู่าณท'%พบื้ก�บื้คุ�า

M/Z

หล�กการของ Mass Spectrometry

ติ�วัอยู่�างกราฟัท'%ได�

หล�กการของ Mass Spectrometryจากกราฟัมู่'ส�วันประกอบื้ส,าคุ�ญด�งน'�

-Base Peak คุอเส�นท'%มู่'คุวัามู่ถ'%ส�งส ด-Parent Peak คุอเส�นท'%มู่'คุ�า M/Z เท�าก�บื้มู่วัลโมู่เลก ลของสารพอด' ซึ่4%งถ�าเราหาเส�นน'�ได�ก�หมู่ายู่ถ4งเราได�มู่วัลโมู่เลก ลของสารท'%เราติ�องการแล�วั แติ� Parent Peak ก�บื้ Base Peak อาจไมู่�อยู่��ติ,าแหน�งเด'ยู่วัก�นก�ได� หรอ เราอาจไมู่�เห�น Parent Peak เลยู่ก�เป.นได�-เส�นติ�างๆในกราฟัเป.นปร�มู่าณไอออนเท'ยู่บื้ก�บื้เท'ยู่บื้ก�บื้ปร�มู่าณไอออนของเส�นมู่ากส ด-เรามู่�กใชั� M แทนมู่วัลโมู่เลก ลของสาร

หล�กการของ Mass Spectrometry

จากกราฟัและทฤษฎี'ด�านบื้นพบื้คุวัามู่ผ่�ดปกติ�อะไรบื้�าง?

หล�กการของ Mass Spectrometry

1. M+11. M+1กบ กบ M+2 M+2 เก�ดิ์จากการุท��ธิาต�หน1�งๆม�เก�ดิ์จากการุท��ธิาต�หน1�งๆม�หลาย หลาย Isotope Isotope ดิ์งน(นจ1งท3าให'มวลโมเลก�ลของดิ์งน(นจ1งท3าให'มวลโมเลก�ลของ

สารุม�หลายๆค าจ1งท3าให'ในกรุาฟม�ท(ง สารุม�หลายๆค าจ1งท3าให'ในกรุาฟม�ท(ง M,M+1,M+2 … M,M+1,M+2 … ส��งท��ควรุรุ5 'ไว'ค6อ ธิาต� ส��งท��ควรุรุ5 'ไว'ค6อ ธิาต� H C N H C N O S Cl Br O S Cl Br ธิาต�เหล าน�(พิบไดิ์'หลาย ธิาต�เหล าน�(พิบไดิ์'หลาย Isotope Isotope แต แต F P I F P I มกพิบไดิ์' มกพิบไดิ์' IsotopeIsotopeเดิ์�ยว ดิ์งน(นห'ามน3ามวลเดิ์�ยว ดิ์งน(นห'ามน3ามวลโมเลก�ลตามตารุางธิาต�ท�วไปีมาค3านวณโดิ์ยเดิ์/ดิ์โมเลก�ลตามตารุางธิาต�ท�วไปีมาค3านวณโดิ์ยเดิ์/ดิ์

ขาดิ์ ขาดิ์ ((เพราะอะไรเพราะอะไร))

หล�กการของ Mass Spectrometry2.2. ม� ม� Peak Peak อ6�นๆ ท��ม�ค า อ6�นๆ ท��ม�ค า M/Z M/Z น'อยกว ามวลน'อยกว ามวลโมเลก�ลของสารุ ท��เปี,นเช้ นน�(เพิรุาะในข(นตอนแรุกโมเลก�ลของสารุ ท��เปี,นเช้ นน�(เพิรุาะในข(นตอนแรุกของ น(นใช้' ของ น(นใช้' e- e- พิลงงานส5งถึ1ง พิลงงานส5งถึ1ง 70 eV 70 eV ท3าให'ไม ท3าให'ไม เพิ�ยงแต เพิ�ยงแต e- e- เท าน(นท��หล�ดิ์ออกมา แต มนสามารุถึเท าน(นท��หล�ดิ์ออกมา แต มนสามารุถึท3าให'โมเลก�ลแตกออกไดิ์' ตามสมการุท3าให'โมเลก�ลแตกออกไดิ์' ตามสมการุ

เร'ยู่กวั�า Fragmentatio

n

หล�กการของ Mass Spectrometry

ซึ่1�งจะพิบว าจะไดิ์'สารุท��เปี,นปีรุะจ�บวกหรุ6อเปี,นกลางซึ่1�งจากซึ่1�งจะพิบว าจะไดิ์'สารุท��เปี,นปีรุะจ�บวกหรุ6อเปี,นกลางซึ่1�งจากหลกการุท3างานของจะไดิ์'ว าหลกการุท3างานของจะไดิ์'ว า

สารท'%มู่'ประจ บื้วักเท�าน��นท'%สามู่ารถน,าไปทดสอบื้ได� ด�งน��นส�วันของโมู่เลก ลท'%แติกออกแล�วัมู่'ประจ บื้วักน��นจะถ�กติรวัจจ�บื้โดยู่ Mass Spectrometer ได�เชั�นก�น ซึ่4%งจากกราฟัด�านบื้นพบื้วั�ามู่' Peak ท'%อยู่��ข�างๆ Parent Peak ซึ่4%งส�งกวั�า Parent Peak เส'ยู่อ'กซึ่4%งคุวัามู่ส�งของ Peak น��นข4�นอยู่��ก�บื้คุวัามู่เสถ'ยู่รของไอออนน��นๆเป.นหล�กซึ่4%งบื้างท'อาจส�งกวั�าไอออนของโมู่เลก ลน��นๆเส'ยู่อ'กถ�าโมู่เลก ลท'%น,ามู่าทดสอบื้มู่'คุวัามู่เสถ'ยู่รติ,%า แติ�เท�าน'�ยู่�งไมู่�พอ fragment ท'%ปรากฏิในกราฟัอาจจะเก�ดจากการท'% fragment อ%นๆมู่ารวัมู่ติ�วัก�นก�ได� ข�อด'ของการมู่' fragment มู่ากๆคุอ เราอาจสามู่ารถน,ากราฟัท'%ได�จาก Mass Spectrometer มู่าเป.น Fingerprint ของสารน��นๆได�

สารุปีรุะเภัทต างๆม�รุ5ปีแบบการุสารุปีรุะเภัทต างๆม�รุ5ปีแบบการุแตกตวต างๆกนแตกตวต างๆกน

Fragmentation Pattern

ส�%งท'%คุวัรร��

Fragmentation Pattern1. n-Alkane เชั�น n-heptane

Fragmentation Pattern

ลกษณะพิ�เศษ1.พิบว าเม6�อสายยาวข1(นเรุ6�อยๆ Parent Peak จะม�ค า ค อนข'างน'อย2.ตรุงปีลายสายจะแตกโดิ์ยท3าให'มวลโมเลก�ลเปีล��ยนไปี 15 [-CH3] หล�ดิ์ออกไปี เช้ น 72->57

3.บรุ�เวณอ6�นๆจะแตกโดิ์ยท3าให'มวลโมเลก�ลเปีล��ยนไปี 14 [-CH2-] หล�ดิ์ออกไปี เช้ น 57->43->29->15

1. n-Alkane เชั�น n-heptane

Fragmentation Pattern1. n-Alkane เชั�น n-heptane

4.เส'นท��อย5 ข'างเค�ยงเส'นท��ส5งเก�ดิ์จากการุแตกน(นบางครุ(งไฮโดิ์รุเจนไดิ์'ถึ5กท3าให'หล�ดิ์ออกไปีดิ์'วย5.เหต�ท�� Parent Peak ม�ค า Relative Abundance ต3�าเพิรุาะเม6�อโมเลก�ลแตกเล'วกลายเปี,น Primary Carbocation ซึ่1�งค อนข'างเสถึ�ยรุ6.Peak ท�� m/z=15 ม�ค า Relative Abundance ต3�าเพิรุาะเหต�ใดิ์

Fragmentation Pattern2.Branched-Alkane เชั�น 2,2-dimethyl pentane

Fragmentation Pattern2.Branched-Alkane เชั�น 2,2-dimethyl pentaneลกษณะพิ�เศษ1.Branched Alkane จะไม ค อยพิบ Parent Peak เพิรุาะสามารุถึแตกเปี,น Secondary Carbocation หรุ6อ ในบางกรุณ�อาจแตกเปี,น Tertiary Carbocation ซึ่1�งม�ความเสถึ�ยรุมาก2.สงเกตว ารุ5ปีแบบการุแตกครุ(งแรุกท3าให'มวลโมเลก�ลเปีล��ยนไปี 15 [-CH3] หล�ดิ์ออกไปีเช้ น 100->85 (ลองค�ดิ์ดิ์5ว าโครุงสรุ'างท�� m/z=85ควรุจะม�โครุงสรุ'างแบบใดิ์บ'างและแบบไหนมากกว าเพิรุาะเหต�ใดิ์)

2.Branched-Alkane เชั�น 2,2-dimethyl pentane

Fragmentation Pattern

3.รุ5ปีแบบการุแตกต อๆไปีจะเปี,น 14 หรุ6อ เปี,นจ3านวนเท าของ 14 ก/ไดิ์' ท(งน�(เน6�องจาก Tertiary Carbocation เสถึ�ยรุกว า Secondary Carbocation เช้ น

86->57 57->43->29->15 4.เส'นท��อย5 ข'างเค�ยงเส'นท��ส5งเก�ดิ์จากการุแตกน(นบางครุ(งไฮโดิ์รุเจนไดิ์'ถึ5กท3าให'หล�ดิ์ออกไปีดิ์'วย

Fragmentation Pattern

5.ย��งม�ก��งก'านสาขามากการุจะพิบ Parent Peak น(นยากมากเพิรุาะ โอกาสท��จะแตกเปี,น Tertiary Carbocation และ Secondary Carbocation จะส5งข1(นมาก6.ท�� m/z=57และm/z=43 ควรุม�โครุงสรุ'างเปี,นอย างไรุท3าไมจ1งพิบไดิ์'มาก

2.Branched-Alkane เชั�น 2,2-dimethyl pentane

ม�ค3าถึามม ;ยก ;บบ??

ขอบื้คุ นคุ�าาาาาา