EL-MO II Moleküle, Schulbuch

92 6 MOderne Trenn- und analYSenVerFaHren 10 20 30 40 50 50 100 Relative Intensität m/e 15 29 31 45 46 Relative Intensität m /e 20 30 40 50 50 100 60 70 80 90 100 H 3 C H C H OH 46 31 29 15 CH 3 CHOH 45 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 OH 83/85/87 15 35/37 Cl C H C H H H Cl 27/28 63/65 98/100 (102) GC MS Massenspektrum von Substanz 1 Massenspektrum von Substanz 2 Massenspektrum von Substanz 3 e – Trägergas Probe Abb. 92.1: Massenspektrum von Ethanol Abb. 92.2: Massenspektrum von 1,1-Dichlorethan Abb. 92.3: Gaschromatografie gekoppelt mit Massenspektrometrie 6.2 SPEKtROSKOPISchE MEthODEN Massenspektrografie • Infrarotspektroskopie • Kernresonanzspektroskopie • Röntgenstrukturanalyse Als Spektrum (lat.: Bild) bezeichnet man die Darstellung von Strahlung jeder Form (elektromagnetische Wellen, Teilchen) in Abhängigkeit von Wellenlänge, Frequenz, Masse oder anderen sinnvollen Ordnungsgrößen. Zur Untersuchung von Molekülen lässt man Strahlung in Wechselwirkung mit den Molekülen treten und analysiert die Strahlung danach. Absorption von Strahlung bei bestimmten Wellenlängen oder neu auftretende Strahlung werden in Zusammenhang mit dem Aufbau des Moleküls gebracht. Spektroskopische Methoden dienen in der organischen Chemie also nicht nur zum qualitativen und quantitativen Nachweis von Substanzen, sondern vor al- lem zur Aufklärung unbekannter Molekülstrukturen. Massenspektren Im Massenspektrografen werden die organischen Moleküle der Probe im Hochvaku- um einer energiereichen Elektronenstrahlung ausgesetzt. Dadurch werden aus den Hüllen der Atome Elektronen geschlagen. Das Molekül liegt nun als positives Ion vor. Meist zerfällt es dabei in Bruchstücke, die ebenfalls positiv geladen sind. Diese Mi- schung aus positiven Partikeln wird nun in einem elektrischen Feld beschleunigt. Durch ein Magnetfeld werden sie anschließend aus ihrer Bewegungsrichtung abge- lenkt. Je nach Verhältnis Masse/Ladung beschreiben die Teilchen nun engere oder weitere Bahnkurven. Da die meisten Teilchen nur einfach geladen sind, werden sie nach ihrer Masse sortiert. Sie treffen auf eine Registriereinrichtung, die die Intensität des Teilchenstrahls misst. Das Ergebnis ist ein nach der Masse geordnetes Spektrum von Molekülbruchstücken (Abb. 92.1). Diesen Massen kann man nun Molekülteile zuordnen. Stabile Gruppen wie die Methylgruppe treten häufiger auf, unwahrscheinliche Bruchteile seltener. Der Peak mit der größten Masse ist das gesamte, einfach ionisierte Molekül. Das Massenspekt- rum bestimmt also auch die Molekülmasse sehr genau. Immer treten nach intensiven Peaks sehr kleine mit einer Masseneinheit höher auf, so auch nach dem Peak für die Gesamtmasse. Diese Peaks können durch das Auf- treten von 13 C erklärt werden. 13 C macht 1 % des natürlichen Kohlenstoffes aus. Sol- che Isotopeneffekte sind besonders charakteristisch für Chlor. Natürliches Chlor besteht zu 3/4 aus Chlor 35 und zu 1/4 aus Chlor 37. Treten im Massenspektrum Li- nien mit dem Intensitätsverhältnis 3 : 1 im Abstand von 2 Masseneinheiten auf, so enthält das Molekül Chlor und die entsprechenden Bruchstücke auch (Abb. 92.2). Die Massenspektroskopie ist ein apparativ aufwändiges Verfahren. In größeren La- bors ist sie aber eine wertvolle Untersuchungsmethode und wird häufig in Kombi- nation mit der Gaschromatografie eingesetzt (GC-MS). Dabei wird der Ausgang der GC-Säule direkt an den Massenspektrografen angeschlossen (Abb. 92.3). Von jeder Substanz wird sofort ein Massenspektrum zur Identifizierung hergestellt. Computer, die die Massenspektren der zu erwartenden Substanzen (meist Tausende) gespei- Nur zu Prüfzweck n – Eigentum des V rlags öbv