interpret-mass-spectrum
À propos
Cette compétence analyse les données de spectrométrie de masse pour déterminer les formules moléculaires, identifier les voies de fragmentation et proposer des caractéristiques structurales. Les développeurs peuvent l'utiliser pour confirmer des produits de synthèse, identifier des impuretés ou interpréter les motifs isotopiques d'éléments comme les halogènes. Elle évalue systématiquement les ions moléculaires, les pertes de fragments courantes et la pureté à partir des données SM fournies.
Installation rapide
Claude Code
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Documentation
Interpret Mass Spectrum
Analyze MS → mol ion, formula, fragmentation pathways, structural features.
Use When
- MW + formula of unknown
- Confirm synthetic product (mol ion + fragmentation)
- ID impurities / degradation products
- Propose structural features from characteristic frag losses
- Isotope patterns → halogens, S, metals
In
- Req: MS data (m/z + rel int, min full scan)
- Req: Ionization method (EI, ESI, MALDI, CI, APCI, APPI)
- Opt: HRMS exact mass (measured vs calc)
- Opt: Mol formula from other (EA, NMR)
- Opt: MS/MS data (frag of selected precursor)
- Opt: Chrom ctx (LC-MS / GC-MS tR, purity)
Do
Step 1: Ionization Method + Expected Ion Types
Determine what species present before peak assignment:
- Classify ionization:
| Method | Energy | Primary Ion | Fragmentation | Typical Use |
|---|---|---|---|---|
| EI (70 eV) | Hard | M+. (radical cation) | Extensive | Small volatile molecules, GC-MS |
| CI | Soft | [M+H]+, [M+NH4]+ | Minimal | Molecular weight confirmation |
| ESI | Soft | [M+H]+, [M+Na]+, [M-H]- | Minimal | Polar, biomolecules, LC-MS |
| MALDI | Soft | [M+H]+, [M+Na]+, [M+K]+ | Minimal | Large molecules, polymers, proteins |
| APCI | Soft | [M+H]+, [M-H]- | Some | Medium polarity, LC-MS |
- Polarity mode: +ve → cations; -ve → anions. ESI uses both commonly.
- Adducts + clusters: Soft ionization → [M+Na]+ (M+23), [M+K]+ (M+39), [2M+H]+, [2M+Na]+ besides [M+H]+. ID these before mol ion.
- Multiply charged: ESI → m/z = (M + nH) / n. Look for fractional m/z spacing (0.5 Da = z=2).
→ Method documented, expected ion types listed, adducts/clusters ID'd → true mol ion determinable.
If err: Method unknown → examine spectrum for clues: extensive frag → EI; adduct patterns → ESI; matrix peaks → MALDI. Check instrument log.
Step 2: Mol Ion + Mol Formula
ID mol ion peak + derive formula:
- Locate mol ion (M): EI → M+. highest m/z w/ reasonable isotope pattern (may be weak/absent for labile compounds). Soft → ID [M+H]+ / [M+Na]+ + subtract adduct → M.
- N rule: Odd MW → odd # N. Even MW → 0 or even # N.
- DBE: DBE = (2C + 2 + N - H - X) / 2, X = halogens. Ring / π bond = 1 DBE. Benzene = 4, carbonyl = 1.
- HRMS: Exact mass avail → calc formula using mass defect. Compare measured vs candidate formulas in accuracy window (typ < 5 ppm modern instruments).
- Cross-check isotope pattern: Observed must match proposed formula (Step 3).
→ Mol ion ID'd, MW determined, N rule applied, formula proposed (confirmed by HRMS if avail).
If err: No mol ion in EI (common thermally labile / highly branched) → try softer ionization. Ambiguous mol ion → check loss of common small frags from highest m/z (M-1, M-15, M-18 → help ID M).
Step 3: Isotope Patterns
Use isotopic signatures → detect elements:
- Monoisotopic elements: H, C, N, O, F, P, I have characteristic abundances. CHNO only → M+1 ≈ 1.1% per C.
- Halogen patterns:
| Element | Isotopes | M : M+2 Ratio | Visual Pattern |
|---|---|---|---|
| 35Cl / 37Cl | 35, 37 | 3 : 1 | Doublet, 2 Da apart |
| 79Br / 81Br | 79, 81 | 1 : 1 | Equal doublet, 2 Da apart |
| 2 Cl | -- | 9 : 6 : 1 | Triplet |
| 2 Br | -- | 1 : 2 : 1 | Triplet |
| 1 Cl + 1 Br | -- | 3 : 4 : 1 | Characteristic quartet-like |
- Sulfur: 34S → 4.4% at M+2. M+2 ≈ 4-5% rel M (after 13C2 correction) → ≈ 1 S.
- Silicon: 29Si (5.1%) + 30Si (3.4%) → distinctive M+1 + M+2 contributions.
- Compare calc vs observed: Use proposed formula → theoretical pattern → overlay observed → confirm/refute.
→ Pattern analyzed, Cl/Br/S/Si presence determined, consistent w/ proposed formula.
If err: Isotope res insufficient (low-res instrument) → M+2 unresolvable. Note limitation, rely on exact mass + other spectra for elemental comp.
Step 4: Fragmentation Losses + Key Frag Ions
Map pathways → structural info:
- Catalog major frags: All peaks > 5-10% rel int w/ m/z.
- Neutral losses from mol ion:
| Loss (Da) | Neutral Lost | Structural Implication |
|---|---|---|
| 1 | H. | Labile hydrogen |
| 15 | CH3. | Methyl group |
| 17 | OH. | Hydroxyl |
| 18 | H2O | Alcohol, carboxylic acid |
| 27 | HCN | Nitrogen heterocycle, amine |
| 28 | CO or C2H4 | Carbonyl or ethyl |
| 29 | CHO. or C2H5. | Aldehyde or ethyl |
| 31 | OCH3. or CH2OH. | Methoxy or hydroxymethyl |
| 32 | CH3OH | Methyl ester |
| 35/36 | Cl./HCl | Chlorinated compound |
| 44 | CO2 | Carboxylic acid, ester |
| 45 | OC2H5. | Ethoxy |
| 46 | NO2. | Nitro compound |
- Characteristic frag ions:
| m/z | Ion | Origin |
|---|---|---|
| 77 | C6H5+ | Phenyl cation |
| 91 | C7H7+ | Tropylium (benzyl rearrangement) |
| 105 | C6H5CO+ | Benzoyl cation |
| 43 | CH3CO+ or C3H7+ | Acetyl or propyl |
| 57 | C4H9+ or C3H5O+ | tert-Butyl or acrolein |
| 149 | Phthalate fragment | Plasticizer contaminant |
- Map frag pathways: Connect frag ions by successive losses → frag tree from M down to low mass.
- Rearrangement ions: McLafferty (γ-H transfer + β-cleavage) → even-electron ions from carbonyl compounds. Retro-Diels-Alder → characteristic cyclohexene.
→ All major frag ions assigned, neutral losses calc + correlated w/ structure, frag tree built.
If err: Frags don't correspond to simple losses → consider rearrangement. Unassigned frags → unexpected groups, impurities, matrix/BG peaks.
Step 5: Purity + Structure
Evaluate spectrum for purity + assemble proposal:
- Purity check: GC-MS / LC-MS → examine chrom for add'l peaks. Direct-infusion → look for unexpected ions not frags/adducts of analyte.
- BG + contaminant peaks: Common: phthalate plasticizers (m/z 149, 167, 279), column bleed (siloxanes 207, 281, 355, 429 in GC-MS), solvent clusters.
- Structure proposal: Combine formula (Step 2) + isotope (Step 3) + frag (Step 4) → structure / candidate set.
- Rank candidates: Frag tree → rank. Best = explains most frag ions w/ fewest ad hoc.
- Cross-validate: Compare vs NMR, IR, UV-Vis. MS alone rarely unambiguous for novel compounds.
→ Purity assessed, contaminants ID'd if present, structural proposal / ranked candidates consistent w/ all MS + cross-validated where poss.
If err: Multiple components w/o chrom sep → flag mixture, recommend LC-MS / GC-MS reanalysis. No satisfactory proposal → ID which add'l data (HRMS, MS/MS, NMR) would resolve.
Check
- Ionization method ID'd + expected ion types documented
- Mol ion located + distinguished from adducts, frags, clusters
- N rule applied + consistent w/ proposed formula
- DBE calc + accounted for in structure
- Isotope pattern matches formula
- Major frag ions assigned w/ neutral losses + structural rationale
- Frag tree built M → low mass
- Contaminant + BG peaks ID'd + excluded
- Proposal cross-validated w/ other spectra
Traps
- Mis-ID mol ion: EI → base peak often frag, not M. M = highest m/z w/ reasonable isotope pattern. ESI adducts ([M+Na]+, [2M+H]+) → mistaken for M.
- Ignore N rule: Odd-mass M → odd # N. Forget → impossible formulas.
- Confuse isobaric losses: Loss 28 = CO or C2H4; loss 29 = CHO or C2H5. HRMS / add'l frag → distinguish.
- Neglect multiply charged: ESI → 2+/3+ at half/third expected m/z. Non-integer spacing between isotope peaks → multi charge diagnostic.
- Over-interpret low-abundance: Peaks < 1-2% rel int → noise, isotope contribs, minor contaminants, not real frags.
- Assume pure: Many real spectra = mixtures. Check chrom purity + look for ions inconsistent w/ proposed structure.
→
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