Презентация на тему: Методы анализа стабильных изотопов

Методы анализа стабильных изотопов
Методы анализа стабильных изотопов
Интерпретация масс-спектров в случае изотопного анализа
Изотопный анализ по пикам атомарных ионов
Изотопный анализ по пикам молекулярных ионов
Методы анализа стабильных изотопов
Методы анализа стабильных изотопов
Двухатомные молекулы
Методы анализа стабильных изотопов
В молекуле содержится более двух стабильных изотопов
Методы анализа стабильных изотопов
Многоатомные молекулы
Методы анализа стабильных изотопов
1/13
Средняя оценка: 4.7/5 (всего оценок: 78)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (158 Кб)
1

Первый слайд презентации: Методы анализа стабильных изотопов

Масс- спектрометрия включает в себя методы разделения в пространстве или времени ионов с различным отношением массы к заряду при прохождении ими электрического или магнитного полей в условиях высокого вакуума. Масс-спектр при любых, но определенных условиях ионизации, является молекулярной константой, которая может быть использована для идентификации химических соединений, для количественного и качественного анализа. Масс-спектрометрический анализ

Изображение слайда
2

Слайд 2

Классификация масс-спектрометров Система напуска Ионный источник Анализатор Регистратор Вакуумная система Натекатель По способу регистрации : масс-спектроскоп – регистрация при помощи осциллографа; масс- спектрограф – регистрация на фотопленку; масс-спектрометр – электрометрическая регистрация ионных токов. По типу анализатора : статические – рассеяние ионов происходит в постоянном магнитном и электрическом полях; динамические – используется фактор времени или переменные электрические поля. По типу натекания : химические (МХ) – реализован молекулярный режим натекания ( Q  )  >> d кап, Р СН = 0,01 – 0,1 мм рт. ст., V СН = 3 – 10 л. изотопные (МИ) – реализован вязкий режим натекания ( Q  1/  )   <d кап, Р СН = 100 – 300 мм рт. ст., V СН = 5 – 15 см 3.

Изображение слайда
3

Слайд 3: Интерпретация масс-спектров в случае изотопного анализа

Разрешающая способность масс-спектрометра m – атомная масса более тяжелого изотопа;  m – разница масс изотопов; l – расстояние между пиками;  l – ширина пика 199 201 199 202 203 204 205 I i I 199, k=1 I 199, k=10 l m i /e  l

Изображение слайда
4

Слайд 4: Изотопный анализ по пикам атомарных ионов

Метод часто используется для определения разрешающей способности масс-спектрометра. Ртуть имеет 7 изотопов с атомными массами: М=196, 198, 199, 200, 201, 202, 204. Если элемент имеет только 2 изотопа, то обычно определяют относительную интенсивность ионных токов (R). Пример: Литий имеет два изотопа – 6 Li и 7 Li.

Изображение слайда
5

Слайд 5: Изотопный анализ по пикам молекулярных ионов

Молекула содержит один атом определяемого элемента. Квазиатомарный случай Для многоатомных молекул полезно сначала теоретически определить распределение изотопов в молекулах. В большинстве случаев при этом принимается равновероятностное распределение. В качестве противоиона удобно выбирать моноизотопный элемент – F или I Пример 1. Определение изотопного состава германия ионам GeF 4 + F  A r = 19 Ge  Ar = 7 0, 72, 73, 74,76 GeF 4 +  М= 146, 148, 149, 150, 152.

Изображение слайда
6

Слайд 6

Пример 2. Определить изотопный состав углерода, используя аналитическую форму СО. Массовые числа 12 СО и 13 СО равны 28 и 29, тогда НО : В природе [ 16 O ] = 99,763 ат.%, [ 17 O ] = 0,037 ат.%, [ 18 O ] = 0,2 ат.%. Изотопная форма 12 С 16 О 13 С 16 О 12 С 17 О 13 С 17 О 12 С 18 О 13 С 18 О Молярная масса 28 29 30 31 Если для окисления углерода использовали природный кислород, то

Изображение слайда
7

Слайд 7

Можно ли наблюдать раздельно масс-спектрометрические пики 12 С 17 О и 13 С 16 О? масса электрона: m e = 5,485799  10 -4 а.е.м. масса протона: m p = 1,007276 а.е.м. масса нейтрона: m n = 1,008665 а.е.м. 12 С 17 О:  е = 6+8=14;  р = 6+8=14;  n = 6+ 9 =1 5 13 С 16 О:  е = 6+8=14;  р = 6+8=14;  n = 7+8=1 5  m = 0 Пики 12 С 17 О и 13 С 16 О разрешить нельзя !

Изображение слайда
8

Слайд 8: Двухатомные молекулы

В молекуле содержится два стабильных изотопа Пример : Изотопный анализ азота по ионам N 2 + : У азота есть два стабильных изотопа 14 N и 15 N (в природе [ 15 N ]  0,36 ат.%). N 2  14 N 14 N (М=28), 14 N 15 N (М=29) и 15 N 15 N (М=30) В области малых концентраций [ 15 N] 0, то I 30  0

Изображение слайда
9

Слайд 9

Если для атомов азота справедливо равновероятностное распределение, для определения содержания изотопа достаточно измерять два пика вместо трех в любой области концентрации изотопов. Мол. доли N 14 N 14 N 14 N 15 N 15 N 15 1 1 0 100 ат. % 14 N 2 + 15 N 2  2 14 N 15 N, К  =4 Условия: Т  200 о С + катализатор Пусть [ 15 N ]=у, тогда [ 14 N ]=1-у. M=28 [ 14 N 14 N ] = (1-у) 2 ; M=29 [ 14 N 15 N ] = 2у (1-у); M=30 [ 15 N 15 N ] = у 2. Отношение I 28 / I 30 используется в случае, когда анализируют смесь N 2 и СО, т.к. пик I 29 складывается из молекул 12 С 17 О, 13 С 16 О и 14 N 15 N.

Изображение слайда
10

Слайд 10: В молекуле содержится более двух стабильных изотопов

Пример: Изотопный анализ кислорода по ионам О 2 + : В природе у кислорода 3 стабильных изотопа: 16 О, 17 О, 18 О: I 32 I 33 I 34 I 35 I 36 16 О 16 О 16 О 17 О 16 О 18 О+ 17 О 17 О 17 О 18 О 18 О 18 О где I 34 ’ – доля пика I 34 за счет молекул 16 О 18 О Т.к. ( 16 О- 18 О) > ( 16 О- 17 О) и [ 17 O ] прир =0,037 ат.% < [ 18 O ] прир =0,2 ат.%  [ 17 O 2 ] 0 В области малых концентраций 18 О

Изображение слайда
11

Слайд 11

При равновероятностном распределении изотопов расчет можно провести по трем пикам I 32, I 33, I 34. Обозначим [ 18 O ]= u, [ 17 O ]= v, [ 16 O ]=1- u - v. Для упрощения расчета обычно для изотопного анализа кислорода используют аналитическую форму СО.

Изображение слайда
12

Слайд 12: Многоатомные молекулы

При изотопном анализе многоатомных молекул, число измерений ионных токов всегда больше числа изотопов элемента Пример: Определение состава 37 Cl по анализируемой форме CCl 4 + Хлор имеет два стабильных изотопа – 35 Cl и 3 Cl, углерод – 12 C и 13 С. Для упрощения примем, что [ 13 С ] =0, тогда Изотопная форма 12 C 35 Cl 4 + 12 C 35 Cl 3 37 Cl + 12 C 35 Cl 2 37 Cl 2 + 12 C 35 Cl 37 Cl 3 + 12 C 37 Cl 4 + Масса иона 152 154 156 158 160 Полная формула:

Изображение слайда
13

Последний слайд презентации: Методы анализа стабильных изотопов

При равновероятностном распределении изотопов [ 37 Cl] = x; [ 35 Cl] = 1- x. I 152 = [C 35 Cl 4 ] = (1 – x) 4 ; I 154 = [C 35 Cl 3 37 Cl] = 4x(1 – x) 3 ; I 156 = [C 35 Cl 2 37 Cl 2 ] = 6x 2 (1 – x) 2 ; I 158 = [C 35 Cl 37 Cl 3 ] = 4x 3 (1 – x); I 160 = [C 37 Cl 4 ] = x 4 Далее из материального баланса [ 37 Cl] + [ 35 Cl] = 1, определяют нужную концентрацию.

Изображение слайда