Spectrométrie de masse des éléments

Définir la spectrométrie de masse

Commençons par définir la spectrométrie de masse.

La plupart des spectromètres de masse utilisent une technique appelée ionisation par impact électronique (EI). Cette technique utilise un faisceau d'électrons pour enlever un électron (ou des électrons) d'une molécule, formant ainsi un cation radical . Ce cation radical est également appelé ion parent ou ion moléculaire.

Tu es curieux de savoir comment fonctionne un spectromètre de masse? Jetons un coup d'œil !

Supposons que tu aies un échantillon de méthane (_CH4). Tout d'abord, l'échantillon de gaz sera inséré dans le spectromètre. Ensuite, des électrons sont projetés sur les molécules de gaz, qui pourraient se briser en fragments et créer des cations radicaux. Ces particules chargées se déplacent vers un détecteur d'ions après avoir été déviées par un champ magnétique puissant qui sépare les ions en fonction de leur rapport masse/charge (m/z).

À mesure que le champ magnétique augmente, les ions des isotopes plus lourds se déplacent vers le détecteur d'ions. Ce détecteur d'ions est relié à un ordinateur, qui affiche le spectre de masse de l'échantillon. Le détecteur d'ions peut détecter leur rapport masse/charge (qui est leur masse atomique) et le nombre d'atomes qui arrivent au détecteur pour chaque valeur m/z.

Spectroscopie de masse atomique

Lorsque l'ordinateur lit les données recueillies par le détecteur d'ions, il crée un spectre de masse qui nous indique le nombre de composants dans l'échantillon, la masse moléculaire relative de chaque composant et leur abondance relative.

Examinons le spectre de masse du cuivre naturel. Ce spectre de masse nous montre l'existence de deux isotopes du cuivre. Plus précisément, il nous indique les abondances fractionnelles des deux isotopes. Ainsi, en regardant le spectre de masse, nous pouvons dire que le cuivre élémentaire est composé de 69,17 % de ^63Cuet de 30,83 % de ^65Cu.

Fig. 2 : Spectre de masse du cuivre (Cu), StudySmarter Originals.

Si tu ne sais toujours pas où tu en es, ne stresse pas ! Nous allons examiner d'autres exemples impliquant des graphiques de spectre de masse dans un instant.

Équation de la spectrométrie de masse

La spectrométrie de masse explique la relation entre le spectre de masse d'un élément et les masses des isotopes de cet élément. N'oublie pas que les éléments sont présents dans la nature sous forme de mélanges d'isotopes.

Nous pouvons utiliser les informations fournies par la spectroscopie de masse pour calculer la masse atomique relative d'un élément, à l'aide de l'équation ci-dessous :

$$A_{r}=\frac{\Sigma (masse de l'isotope\cdot isotope\abundance)}{100}$$.

Examinons le spectre de masse du néon. Tu remarqueras qu'il présente trois pics, ou trois isotopes du néon : ^20Ne(90,9 % d'abondance), ^21Ne(0,3 % d'abondance) et ^22Ne(8,8 % d'abondance).

Fig. 3 : Spectre de masse du néon (Ne), StudySmarter Original.

Nous pouvons utiliser l'équation ci-dessus pour trouver la masse atomique relative du néon.

$$A_{r}=\frac{\Sigma (masse de l'isotope\cdot isotope\abundance)}{100}$$.

$$A_{r}=\frac{(20\cdot 90,9)+(21\cdot 0,3)+(22\cdot 8,8)}{100}=20,2$$.

Spectroscopie de masse : Graphiques des éléments

Avant d'examiner quelques exemples de questions liées à la spectrométrie de masse que tu pourrais voir dans ton examen, regardons les graphiques (spectre de masse) de certains éléments !

Le fluor et l'iode n'ont qu'un seul pic sur leur spectre de masse. Ainsi, le ^19Fet le ^127Iont tous deux une abondance de 100 %. En revanche, le brome élémentaire présente deux pics, il est donc composé de 51 % de brome-79 et de 49 % de brome-81. Le spectre de masse du chlore présente également deux pics : 76 % de ^35Clet 24 % de ^37Cl.

Fig. 5 : Spectres de masse des halogènes, StudySmarter Original.

Le spectre de masse du sélénium est illustré ci-dessous. Peux-tu deviner combien d'isotopes de sélénium (Se) existent ? Si tu as répondu 5, tu as raison !

Fig. 6 : Spectre de masse du sélénium, StudySmarter Original.

Exemples de spectrométrie de masse

Maintenant que nous savons comment analyser un spectre de masse, voyons quelques exemples de questions d'examen.

Résolvons une autre question.