同位素分布
质谱同位素分布计算器
由化学式计算质谱同位素分布、单同位素质量与平均质量。
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功能简介
同位素分布计算器把化学式变成质谱仪上会出现的一组峰。它给出单同位素质量、平均质量，以及从 M+0 到所选质量偏移每个峰的相对强度 —— 这正是氯、溴指纹，硫的 M+2 或碳的 M+1 图形能被一眼认出的原因。它面向所有需要解读或预测质谱的人：归属分子离子、用观测到的同位素包络核对化学式，或选择质量窗口。
原理与公式
每种稳定同位素的天然丰度给出该元素单个原子的概率分布，以相对最轻同位素的标称质量偏移为坐标。把该分布取原子数次的幂，得到分子中该元素全部原子的分布；再把不同元素的分布逐项相乘（即卷积），就得到整个化学式的分布。每个峰携带概率加权的精确质量，因此给出的是真实 m/z 而非标称整数。单同位素质量是各元素最轻同位素质量之和，也就是高分辨仪器能分开的那个峰；平均质量是丰度加权之和，对应周期表原子量，也是低分辨测量的近似值。
演算示例
咖啡因 C₈H₁₀N₄O₂ 的单同位素质量为 194.0804，平均质量为 194.194。其 M+1 峰约为基峰的 10%，主要来自 8 个碳中的一个 ¹³C 和 4 个氮中的一个 ¹⁵N，这也是咖啡因常被用作质量校准标样的原因。二氯甲烷 CH₂Cl₂ 的 M+2 峰约为 M 峰的三分之二，这是两个氯原子各自以约三分之一概率贡献 ³⁷Cl 的典型特征。
适用场景
可在采集谱图前预测同位素包络，用观测到的图形核对候选化学式 —— 明显的 M+2 指向氯、溴或硫，而较大的 M+1 指向较多碳原子 —— 也可为精确质量工作挑选单同位素峰。数据表只收录常见元素，因此含表外元素的化学式仍会给出平均质量，但没有同位素分布，工具会说明哪些元素被排除。
常见问题
- 什么是单同位素质量？
- 指分子完全由各元素最轻稳定同位素组成时的质量 —— 碳-12、氢-1、氮-14、氧-16。高分辨质谱能分辨这个峰，因此它是精确质量与化学式归属所用的质量。
- 为什么主峰上方一个质量单位处会出现峰？
- 一小部分碳是碳-13、氮是氮-15，等等，因此有些分子会重一个单位。M+1 强度随碳原子数增加，大致为基峰的每碳约 1.1%，所以 M+1 与 M 的比值可以提示碳原子数。
- 明显的 M+2 峰说明什么？
- 高于 M 两个单位的显著峰，指向存在两种丰度较高、且相差两个质量单位的同位素的元素 —— 氯、溴或硫。两个氯给出的 M+2 约为 M 的三分之二，两个溴给出的约与 M 相当，这就是经典的卤素指纹。
- 支持哪些元素？
- 数据表覆盖常见元素：氢、锂、硼、碳、氮、氧、氟、钠、镁、硅、磷、硫、氯、钾、钙、铁、硒、溴、碘。含表外元素的化学式仍会给出平均质量，工具会列出哪些元素没有同位素数据。