Molekulare Masse - Molecular mass

Die Molekularmasse ( m ) ist die Masse eines bestimmten Moleküls: Sie wird in Dalton (Da oder u) gemessen . Unterschiedliche Moleküle derselben Verbindung können unterschiedliche Molekülmassen haben, da sie unterschiedliche Isotope eines Elements enthalten. Die relative Molekülmasse, wie sie von der IUPAC definiert wird , ist das Verhältnis der Masse eines Moleküls zur einheitlichen atomaren Masseneinheit (auch bekannt als Dalton) und ist einheitslos. Die Molekularmasse und die relative Molekularmasse sind von der Molmasse verschieden, aber auf diese bezogen . Die Molmasse ist definiert als die Masse eines bestimmten Stoffes geteilt durch die Menge eines Stoffesund wird in g/mol ausgedrückt. Bei makroskopischen (wägbaren) Stoffmengen ist in der Regel die Molmasse die passendere Größe.

Die Definition des Molekulargewichts ist am maßgeblichsten gleichbedeutend mit der relativen Molekülmasse; in der allgemeinen Praxis ist sie jedoch sehr variabel. Wenn das Molekulargewicht mit den Einheiten Da oder u verwendet wird, handelt es sich häufig um ein gewichtetes Mittel ähnlich der Molmasse, jedoch mit anderen Einheiten. In der Molekularbiologie wird die Masse von Makromolekülen als ihr Molekulargewicht bezeichnet und in kDa ausgedrückt, obwohl der Zahlenwert oft ungefähr und repräsentativ für einen Durchschnitt ist.

Die Begriffe Molekularmasse , Molekulargewicht und Molmasse werden in wissenschaftlichen Bereichen oft synonym verwendet, in denen eine Unterscheidung nicht hilfreich ist. In anderen Wissenschaftsbereichen ist die Unterscheidung entscheidend. Die Molekularmasse wird häufiger verwendet, wenn man sich auf die Masse eines einzelnen oder spezifischen wohldefinierten Moleküls bezieht, und weniger häufig als das Molekulargewicht, wenn man sich auf den gewichteten Durchschnitt einer Probe bezieht. Vor der Neudefinition der SI-Basiseinheiten im Jahr 2019 waren in Dalton (Da oder u) ausgedrückte Größen per Definition numerisch äquivalent zu ansonsten identischen Größen in den Einheiten g/mol und somit streng numerisch austauschbar. Nach der Neudefinition der Einheiten am 20. Mai 2019 ist dieses Verhältnis nur noch annähernd gleichwertig.

Die molekulare Masse kleiner bis mittelgroßer Moleküle, gemessen durch Massenspektrometrie, kann verwendet werden, um die Zusammensetzung der Elemente im Molekül zu bestimmen . Die Molekülmassen von Makromolekülen, wie Proteinen, können auch durch Massenspektrometrie bestimmt werden; es werden jedoch auch auf Viskosität und Lichtstreuung basierende Methoden zur Bestimmung der Molekülmasse verwendet, wenn keine kristallographischen oder massenspektrometrischen Daten verfügbar sind.

Berechnung

Die Molmassen werden aus den Atommassen jedes im Molekül vorhandenen Nuklids berechnet, während die Molmassen aus den Standardatomgewichten jedes Elements berechnet werden . Das Standardatomgewicht berücksichtigt die Isotopenverteilung des Elements in einer gegebenen Probe (normalerweise als "normal" angenommen). Zum Beispiel kann Wasser hat eine Molmasse von 18,0153 (3) , g / mol, aber einzelnen Wassermoleküle haben Molekularmassen , die zwischen 18.010 564 6863 (15) Da (Bereich 1 H
2
16 O) und 22.027 7364(9) Da ( 2 H
2
18 O).

Atom- und Molekülmassen werden normalerweise in Dalton angegeben, was relativ zur Masse des Isotops 12 C (Kohlenstoff 12) definiert ist, die per Definition gleich 12 Da ist. Zum Beispiel werden die Molmasse und die Molekularmasse von Methan , dessen Summenformel CH 4 ist , jeweils wie folgt berechnet:

Molmasse oder Molekulargewicht von CH 4
Standard-Atomgewicht Nummer Gesamtmolmasse (g/mol)
oder Molekulargewicht (Da oder g/mol)
C 12.011 1 12.011
h 1.008 4 4.032
CH 4 16.043
Molekulargewicht von 12 C 1 H 4
Nuklidmasse Nummer Gesamtmolekularmasse (Da oder u)
12 C 12.00 1 12.00
1 H 1.007825 4 4.0313
CH 4 16.0313

Der formaler definierte Begriff ist "relative Molekularmasse". Relative Atom- und Molekularmassenwerte wie definiert sind dimensionslos . In der Praxis wird jedoch die "Einheit" Dalton verwendet. Die Masse von 1 Mol Substanz wird als Molmasse bezeichnet . Die Molmasse hat definitionsgemäß die Einheit Gramm pro Mol .

Im obigen Beispiel beträgt das Standardatomgewicht von Kohlenstoff 12,011 g/mol, nicht 12,00 g/mol. Dies liegt daran, dass natürlich vorkommender Kohlenstoff eine Mischung der Isotope 12 C, 13 C und 14 C ist, die Massen von 12 Da, 13.003355 Da bzw. 14.003242 Da haben. Darüber hinaus variiert der Anteil der Isotope zwischen den Proben, sodass 12,011 g/mol ein Durchschnittswert über verschiedene Orte der Erde sind. Im Gegensatz dazu gibt es bei natürlich vorkommendem Wasserstoff weniger Schwankungen, sodass das Standardatomgewicht weniger Schwankungen aufweist. Die Genauigkeit der Molmasse wird begrenzt durch den höchsten Varianz Standardatomgewicht, in diesem Beispiel , dass der Kohlenstoff. Diese Unsicherheit ist nicht dasselbe wie die Unsicherheit der Molekülmasse, die die Varianz (Fehler) bei der Messung widerspiegelt und nicht die natürliche Varianz der Isotopenhäufigkeit auf der ganzen Welt. In der hochauflösenden Massenspektrometrie werden die Massenisotopomere 12 C 1 H 4 und 13 C 1 H 4 als unterschiedliche Moleküle mit Molekulargewichten von ungefähr 16.031 Da bzw. 17.035 Da beobachtet. Die Intensität der Massenspektrometrie-Peaks ist proportional zu den Isotopenhäufigkeiten in der molekularen Spezies. 12 C 2 H 1 H 3 kann auch mit einer Molekülmasse von 17 Da beobachtet werden.

Festlegung

Massenspektrometer

In der Massenspektrometrie wird die Molekülmasse eines kleinen Moleküls normalerweise als monoisotopische Masse angegeben , d. h. die Masse des Moleküls, das nur das am häufigsten vorkommende Isotop jedes Elements enthält. Beachten Sie, dass sich diese auch geringfügig von der Molekularmasse unterscheidet, da die Wahl der Isotope definiert ist und somit eine einzelne spezifische Molekularmasse der vielen Möglichkeiten ist. Die Massen, die zur Berechnung der monoisotopen Molekülmasse verwendet werden, sind in einer Tabelle der Isotopenmassen zu finden und werden in einem typischen Periodensystem nicht gefunden. Die durchschnittliche Molekülmasse wird oft für größere Moleküle verwendet, da Moleküle mit vielen Atomen wahrscheinlich nicht ausschließlich aus dem am häufigsten vorkommenden Isotop jedes Elements bestehen. Eine theoretische durchschnittliche Molekülmasse kann unter Verwendung der Standardatomgewichte berechnet werden, die in einem typischen Periodensystem gefunden werden, da es wahrscheinlich eine statistische Verteilung von Atomen gibt, die die Isotope im gesamten Molekül darstellen. Die durchschnittliche Molekularmasse einer Probe weicht jedoch in der Regel erheblich davon ab, da ein einzelner Probendurchschnitt nicht dem Durchschnitt vieler geografisch verteilter Proben entspricht.

Massenphotometrie

Die Massenphotometrie (MP) ist eine schnelle, markierungsfreie In-Lösung-Methode zur Bestimmung der Molekülmasse von Proteinen, Lipiden, Zuckern und Nukleinsäuren auf Einzelmolekülebene. Die Technik basiert auf interferometrischer Streulichtmikroskopie. Der Kontrast von Streulicht durch ein einzelnes Bindungsereignis an der Grenzfläche zwischen der Proteinlösung und dem Glasobjektträger wird detektiert und ist linear proportional zur Masse des Moleküls. Diese Technik ist auch in der Lage Probenhomogenität des Messens, Nachweis von Protein Oligomerisation Zustand, Charakterisierung von komplexen makromolekularen Anordnungen ( Ribosomen , GroEL , AAV ) und Protein - Wechselwirkungen, wie Protein-Protein - Wechselwirkungen. Die Massenphotometrie kann die Molekularmasse über einen weiten Bereich von Molekularmassen (40 kDa – 5 MDa) genau messen.

Hydrodynamische Methoden

In erster Näherung ist die Grundlage für die Bestimmung der Molekülmasse nach Mark-Houwink-Beziehungen die Tatsache, dass die Grenzviskosität von Lösungen (oder Suspensionen ) von Makromolekülen vom volumetrischen Anteil der dispergierten Partikel in einem bestimmten Lösungsmittel abhängt. Insbesondere hängt die hydrodynamische Größe in Bezug auf die Molekülmasse von einem Umrechnungsfaktor ab, der die Form eines bestimmten Moleküls beschreibt. Dies ermöglicht die Beschreibung der scheinbaren Molekülmasse aus einer Reihe von Techniken, die auf hydrodynamische Effekte empfindlich reagieren, darunter DLS , SEC (auch als GPC bekannt, wenn das Eluent ein organisches Lösungsmittel ist), Viskosimetrie und diffusionsgeordnete Kernspinresonanzspektroskopie (DOSY). Die scheinbare hydrodynamische Größe kann dann verwendet werden, um die Molekülmasse unter Verwendung einer Reihe von makromolekülspezifischen Standards anzunähern. Da dies eine Kalibrierung erfordert, wird es häufig als "relatives" Verfahren zur Bestimmung der Molekülmasse bezeichnet.

Statische Lichtstreuung

Es ist auch möglich, die absolute Molekülmasse direkt aus der Lichtstreuung zu bestimmen, traditionell nach der Zimm-Methode . Dies kann entweder über klassische statische Lichtstreuung oder über Mehrwinkel-Lichtstreuungsdetektoren erfolgen . Mit dieser Methode bestimmte Molekulargewichte erfordern keine Kalibrierung, daher der Begriff "absolut". Die einzige erforderliche externe Messung ist das Brechungsindexinkrement , das die Änderung des Brechungsindex mit der Konzentration beschreibt.

Siehe auch

Verweise

Externe Links