Phổ Khối Lượng (MS) và Công Thức Phân Tử (Hóa học 11)

Tóm tắt ngắn:

Bài học giới thiệu về phổ khối lượng (MS) và ứng dụng của nó trong việc xác định công thức phân tử của hợp chất hữu cơ.
Các điểm chính bao gồm: khái niệm công thức phân tử và công thức đơn giản nhất; phương pháp xác định công thức đơn giản nhất từ phần trăm khối lượng các nguyên tố; nguyên lý hoạt động của máy phổ khối lượng (Mass Spectrometer), quá trình ion hóa, phân mảnh và phân tích ion; cách xác định phân tử khối từ phổ khối lượng (đỉnh ion phân tử); và ứng dụng kết hợp phổ khối lượng với phổ hồng ngoại để xác định cấu trúc phân tử. Ví dụ cụ thể về axeton và các bài tập xác định công thức phân tử được trình bày.
Ứng dụng quan trọng là xác định chính xác công thức phân tử và cấu tạo của các hợp chất hữu cơ, thay thế các phương pháp thí nghiệm truyền thống phức tạp.
Quá trình phân tích phổ khối lượng, bao gồm ion hóa, phân mảnh và phân tích ion dựa trên tỷ số khối lượng/điện tích (m/z), được giải thích chi tiết.

Tóm tắt chi tiết:

Bài học được chia thành các phần chính sau:

Phần 1: Công thức phân tử và công thức đơn giản nhất: Phần này giới thiệu khái niệm công thức phân tử và công thức đơn giản nhất, minh họa bằng ví dụ lactic acid (C₃H₆O₃) và công thức đơn giản nhất CH₂O. Giảng viên nhấn mạnh việc xác định công thức đơn giản nhất từ phần trăm khối lượng các nguyên tố.

Phần 2: Phương pháp xác định công thức phân tử truyền thống và hiện đại: Giảng viên so sánh phương pháp xác định công thức phân tử truyền thống (đốt cháy, oxi hóa với CuO) với phương pháp hiện đại sử dụng máy phân tích nguyên tố (Element analyzer) và phổ khối lượng. Ông chỉ ra rằng các phương pháp truyền thống đã lỗi thời và không còn được sử dụng rộng rãi.

Phần 3: Nguyên lý hoạt động của máy phổ khối lượng (Mass Spectrometer): Phần này giải thích chi tiết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phổ khối lượng. Quá trình ion hóa, phân mảnh phân tử (ví dụ với axeton) và phân tích ion dựa trên tỷ số m/z được minh họa bằng hình ảnh và sơ đồ. Giảng viên giải thích sự khác biệt giữa ion phân tử (M⁺) và các ion mảnh. Khái niệm cường độ tương đối của các đỉnh trong phổ khối cũng được làm rõ.

Phần 4: Xác định phân tử khối từ phổ khối lượng: Phần này nhấn mạnh cách xác định phân tử khối từ phổ khối lượng bằng cách tìm đỉnh ion phân tử (đỉnh có giá trị m/z lớn nhất). Giảng viên giải thích tại sao ion nhẹ hơn bị lệch nhiều hơn trong từ trường của máy phổ khối.

Phần 5: Bài tập ứng dụng: Phần này bao gồm các bài tập minh họa cách sử dụng phổ khối lượng kết hợp với phổ hồng ngoại để xác định công thức phân tử và cấu tạo của các hợp chất hữu cơ (ví dụ với hai chất A và B). Giảng viên giải thích cách phân tích các đỉnh trong phổ khối và sử dụng thông tin từ phổ hồng ngoại để suy luận cấu trúc phân tử. Ông cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm tra lại kết quả với dữ liệu từ các nguồn đáng tin cậy (ví dụ cơ sở dữ liệu của viện Quốc gia Khoa học và Công nghệ kỹ thuật cao của Nhật Bản).

Phần 6: Phương pháp tính trực tiếp công thức phân tử: Phần cuối cùng trình bày một phương pháp tính trực tiếp công thức phân tử từ phần trăm khối lượng các nguyên tố mà không cần tìm công thức đơn giản nhất.

Tổng thể, bài học cung cấp một cái nhìn tổng quan về phổ khối lượng và ứng dụng của nó trong hóa học hữu cơ, nhấn mạnh sự chuyển đổi từ các phương pháp truyền thống sang các phương pháp hiện đại, chính xác hơn. Giảng viên sử dụng nhiều ví dụ cụ thể và giải thích chi tiết các khái niệm, giúp người học dễ dàng hiểu và nắm bắt kiến thức.