Hmotnostní spektrometrie (prozatímní učební text, srpen ... - EnviMod

Prvkové složení iontů
Izotopické zastoupení prvků v přírodě a molekulová hmotnost
Atomová hmotnost, izotopy
Každý atom každého prvku (s výjimkou 1 H) obsahuje v jádře protony a neutrony. Počet protonů
udává atomové číslo a definuje tak chemické vlastnosti atomu – chemický prvek. Všechny atomy
daného prvku mají tedy stejný počet protonů. Atomové číslo se uvádí ve formě dolního indexu před
chemickou značkou prvku, například 1H, 6C, 8O apod. Počty neutronů v atomech daného prvku se
mohou lišit. Atomy prvku, které se liší počtem neutronů, se nazývají izotopy. Součet protonů a
neutronů izotopu se nazývá nukleonové číslo a uvádí se ve formě horního indexu před značkou
příslušného prvku, například 1H, 12C, 13C, 16O, 32S apod.
Izotopy mohou být stabilní (poločas rozpadu delší než 1 x 10 10 roku) nebo nestabilní (tzv.
radioizotopy). Některé prvky nemají žádný stabilní izotop, jiné mají pouze jeden (monoizotopické
prvky 9 Be, 19 F, 23 Na, 27 Al, 31 P, 45 Sc, 55 Mn, 59 Co, 75 As, 89 Y, 93 Nb, 103 Rh, 127 I, 133 Cs, 197 Au, 209 Bi, pak také
některé lanthanoidy a aktinoidy). Tyto prvky jsou nazývány A nebo také X prvky.
Některé prvky se v přírodě vyskytují ve dvou izotopech. V hmotnostní spektrometrii se dělí
tyto prvky na dvě skupiny a to, u kterých je druhý izotop těžší o 1 u respektive 2 u než nejvíce
zastoupený izotop. Tyto prvky se pak označují se jako A+1 (nebo X+1 prvky) respektive A+2 (X+2)
prvky.
Mezi A+1 prvky se řadí například H, C či N. V případě H a velmi nízkému výskytu izotopu 2 H
(D) je tento prvek při nízkém počtu atomů vodíku ve sloučenině považován za monoizotopický, tedy
A či X prvek, a při vysokém (řádově stovky) za A+1 (X+1) prvek.
Do skupiny A+2 prvků patří Cl (se svými izotopy 35 Cl a 37 Cl), Br ( 79 Br a 81 Br), dále též kovy jako
Cu, Ga, Ag, In, Sb aj. Je-li v iontu přítomno velké množství atomů majících více izotopů (například O,
S či Si), je možné tyto prvky považovat za A+2 prvky.
Výjimečně se lze setkat i s prvky A-1, kde méně zastoupený izotop je o 1 u lehčí než ten
nejvíce zastoupený. Mezi tyto prvky patří například Li ( 6 Li a 7 Li), B ( 10 B a 11 B), V ( 50 V a 51 V) aj.
Většina prvků je na Zemi zastoupena více jak dvěma stabilními izotopy. V hmotnostních
spektrech se pak uvádí normalizované hodnoty, kdy výskyt nejvíce zastoupeného izotopu je roven
100 a zastoupení ostatních je k němu vztaženo.
Poměr jednotlivých izotopů každého prvku se často mírně liší dle materiálu, ve kterém jsou
měřeny. Pro každý prvek, který má dva či více izotopů může být relativní zastoupení izotopů různé
v různých vzorcích. Například u vodíku záleží na tom, zdali se jedná o ropu, methan, vodu či jiné
terestrické sloučeniny. Proto byly 10 prvkům (H, Li, B, C, N, O, Si, S, Cl a Tl) IUPAC přiřazeny intervaly,
ve kterých se toto zastoupení pohybuje. Výsledná hodnota relativní atomové hmotnosti uváděná
v periodických tabulkách je vypočtena jako součet součinů atomových hmotností a jim příslušných
zastoupení každého stabilního izotopu daného prvku.