16 • Spectrométrie de masse
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Tableau 16.1 Masses atomiques des isotopes des principaux éléments rencontrés en chimie organique.
Elément
Masse nominale masse atomique (g) Nucléide (%) Masse (u)
Hydrogène
1
1,00794
1 H (99,985)
1,007825
2 H(0,015)
2,014102
Carbone
12,01112
12 C (98,90)
12,000000
13 C (1,10)
13,003355
Azote
14
14,00674
14 N (99,63)
14,003074
15 N (0,37)
15,000108
Oxygène
16
15,99940
16 O (99,76)
15,994915
17 O (0,04)
16,999131
18 O (0,20)
17,999160
Fluor
19
18,99840
19 F (100)
18,998403
Soufre
32
32,066
32 S (95,02)
31,972071
33 S (0,75)
32,971458
34 S (4,21)
33,967867
Chlore
35
35,45274
35 Cl (75,77)
34,968853
37 Cl (24,23)
36,965903
La masse nominale d’un élément est la masse entière de son isotope naturel et stable
le plus abondant. La masse nominale d’un ion est la somme des masses nominales des
atomes présents dans sa formule empirique (ex. HCl + = 36 u).
16.14.2 Méthode basée sur les abondances isotopiques
Cette autre méthode est exploitée pour trouver la formule empirique du composé analysé.
Un appareil dont le pouvoir de résolution est modeste suffit. Le principe repose sur la composition isotopique des éléments qui sont presque tous constitués de plusieurs isotopes.
Pour cette raison tout échantillon d’un composé moléculaire (constitué d’une immense population de molécules individuelles) donne en spectrométrie de masse plusieurs pics moléculaires (un amas isotopique à M, M + 1, M + 2, etc.), dont les intensités relatives sont
une signature pour chacun d’eux. Il s’agit donc de comparer l’aspect de cet ensemble de
signaux, présenté sous forme de bâtonnets et obtenu à partir du composé, avec tous les ensembles calculés a priori avec des formules empiriques différentes, en se limitant à celles
qui satisfont aux informations sur le composé pour éliminer les calculs inutiles.
Soit un échantillon de benzène C 6 H 6 (M = 78). Sachant que pour 100 atomes de carbone,
il y a environ un atome de
13 C, on peut prévoir qu’environ 6 % des molécules de benzène
posséderont un atome de
13 C dans leur squelette, et auront donc pour masse 79 (la contribution de 2H (ou D, 0,01 % est très faible). Le petit pic que l’on observe à m/z = 79
sur le spectre de masse de ce composé en est la conséquence. De même l’intensité du pic
m/z = 80 sera due à la présence des molécules qui comportent soit deux
13 C, soit deux D,
soit un
13 C et un D.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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Tableau 16.1 Masses atomiques des isotopes des principaux éléments rencontrés en chimie organique.
Elément
Masse nominale masse atomique (g) Nucléide (%) Masse (u)
Hydrogène
1
1,00794
1 H (99,985)
1,007825
2 H(0,015)
2,014102
Carbone
12,01112
12 C (98,90)
12,000000
13 C (1,10)
13,003355
Azote
14
14,00674
14 N (99,63)
14,003074
15 N (0,37)
15,000108
Oxygène
16
15,99940
16 O (99,76)
15,994915
17 O (0,04)
16,999131
18 O (0,20)
17,999160
Fluor
19
18,99840
19 F (100)
18,998403
Soufre
32
32,066
32 S (95,02)
31,972071
33 S (0,75)
32,971458
34 S (4,21)
33,967867
Chlore
35
35,45274
35 Cl (75,77)
34,968853
37 Cl (24,23)
36,965903
La masse nominale d’un élément est la masse entière de son isotope naturel et stable
le plus abondant. La masse nominale d’un ion est la somme des masses nominales des
atomes présents dans sa formule empirique (ex. HCl + = 36 u).
16.14.2 Méthode basée sur les abondances isotopiques
Cette autre méthode est exploitée pour trouver la formule empirique du composé analysé.
Un appareil dont le pouvoir de résolution est modeste suffit. Le principe repose sur la composition isotopique des éléments qui sont presque tous constitués de plusieurs isotopes.
Pour cette raison tout échantillon d’un composé moléculaire (constitué d’une immense population de molécules individuelles) donne en spectrométrie de masse plusieurs pics moléculaires (un amas isotopique à M, M + 1, M + 2, etc.), dont les intensités relatives sont
une signature pour chacun d’eux. Il s’agit donc de comparer l’aspect de cet ensemble de
signaux, présenté sous forme de bâtonnets et obtenu à partir du composé, avec tous les ensembles calculés a priori avec des formules empiriques différentes, en se limitant à celles
qui satisfont aux informations sur le composé pour éliminer les calculs inutiles.
Soit un échantillon de benzène C 6 H 6 (M = 78). Sachant que pour 100 atomes de carbone,
il y a environ un atome de
13 C, on peut prévoir qu’environ 6 % des molécules de benzène
posséderont un atome de
13 C dans leur squelette, et auront donc pour masse 79 (la contribution de 2H (ou D, 0,01 % est très faible). Le petit pic que l’on observe à m/z = 79
sur le spectre de masse de ce composé en est la conséquence. De même l’intensité du pic
m/z = 80 sera due à la présence des molécules qui comportent soit deux
13 C, soit deux D,
soit un
13 C et un D.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit