Skip to content · ⁨ข้ามไปยังเนื้อหา⁩

Analytical techniques · ⁨เทคนิคการวิเคราะห์⁩

A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩ · Topic 22 · ⁨หัวข้อ 22⁩

Video lesson for this topic · ⁨บทเรียนวิดีโอสำหรับหัวข้อนี้⁩ Open the video page · ⁨เปิดหน้าวิดีโอ⁩
8:45

เทคนิคการวิเคราะห์ (AS)

คุณเพิ่งสังเคราะห์สารประกอบใหม่它是一个透明液体在烧瓶中,没有标签,你无法看到单个分子。你怎么证明它是什么?你问…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ⁩

22.1

Infrared spectroscopy · ⁨สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. analyse an infrared spectrum of a simple molecule to identify functional groups (see the Data section for the functional groups required)
ไทย
  1. วิเคราะห์ สเปกตรัมอินฟราเรด ของโมเลกุล đơn giảnเพื่อระบุ กลุ่มฟังก์ชัน (ดูในส่วนของข้อมูลสำหรับกลุ่มฟังก์ชันที่ต้องการ)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English

Infrared spectroscopy 红外光谱 helps you find the functional group 官能团 in a molecule. Each kind of bond soaks up (absorbs) infrared radiation at its own range of frequencies. Where the bond shows strong absorption 吸收, the spectrum has a dip.

The position is measured in wavenumber 波数 (in $\text{cm}^{-1}$). You are given a data table, so you do not memorise the numbers. You just match the dips to bonds:

  • a broad dip around $3200$–$3650\ \text{cm}^{-1}$ → an O–H bond in an alcohol.
  • a dip around $1700\ \text{cm}^{-1}$ → a C=O bond (aldehyde, ketone, acid or ester).
  • a broad dip $2500$–$3000\ \text{cm}^{-1}$ together with a C=O dip → a carboxylic acid.

This is useful for checking a reaction. For example, if propene has been turned into propan-2-ol, the C=C dip should be gone and an O–H dip should appear.

ไทย

สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด ช่วยคุณหา หมู่ฟังก์ชัน ในโมเลกุล每种类型的键吸收红外辐射在其特定的频率范围内。当键显示强 absorption时,光谱中会出现一个凹陷。

เครื่องสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดบนโต๊ะทำงานในห้องปฏิบัติการ
เครื่องสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดส่องแสงอินฟราเรดผ่านตัวอย่างและบันทึกว่าพันธะต่างๆ ดูดกลืนเลขคลื่นใด

ตำแหน่งวัดในหน่วย เลขคลื่น (ใน $\text{cm}^{-1}$). คุณได้รับตารางข้อมูลมา ดังนั้นไม่จำเป็นต้องจำตัวเลข แต่ให้จับคู่จุดต่ำสุดกับพันธะ:

  • จุดต่ำสุดกว้างๆ รอบ $3200$–$3650\ \text{cm}^{-1}$ → พันธะ O–H ในแอลกอฮอล์
  • จุดต่ำสุดรอบ $1700\ \text{cm}^{-1}$ → พันธะ C=O (อัลดีไฮด์,คีโทน,กรด หรือเอสเทอร์)
  • จุดต่ำสุดกว้าง $2500$–$3000\ \text{cm}^{-1}$ ร่วมกับจุดต่ำสุด C=O → กรดคาร์บอกซิลิก

สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับการตรวจสอบปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น หากโพรพีนถูกเปลี่ยนเป็นโพรแพน-2-อล จุดต่ำสุด C=C ควรหายไป และมีจุดต่ำสุด O–H ปรากฏขึ้น

สเปกตรัมอินฟราเรดที่มี transmittance ลดลงที่แถบ O-H กว้างและ C=O ชarp
สเปกตรัมอินฟราเรด: แต่ละพันธะให้จุดต่ำสุดที่เลขคลื่นของมันเอง จุดต่ำสุด O–H กว้างร่วมกับจุดต่ำสุด C=O บ่งชี้ถึงกรดคาร์บอกซิลิก
Explore · ⁨สำรวจ⁩

IR spectroscopy lab · ⁨ห้องปฏิบัติการสเปกโทรสโกปี IR⁩

Match an absorption to the bond or functional group it reveals. · ⁨จับคู่การดูดกลืนกับพันธะหรือหมู่ฟังก์ชันที่เปิดเผย⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
infrared spectroscopy/ˌɪnfrəˈred spekˈtrɒskəpi/ สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด
functional group/ˈfʌŋkʃənl ɡruːp/ กลุ่มฟังก์ชัน
absorption/əbˈsɔːpʃn/ การดูดซับ
wavenumber/ˈweɪvnʌmbə/ จำนวนคลื่น
mass spectrometry/mæs spekˈtrɒmətri/ สเปกโทรเมทรีมวล
mass-to-charge ratio/mæs tə tʃɑːdʒ ˈreɪʃɪəʊ/ อัตราส่วนมวลต่อประจุ
Watch lesson · ⁨ดูบทเรียน⁩
22.2

Mass spectrometry · ⁨สเปกโทรสโกปีมวล⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. analyse mass spectra in terms of $m/e$ values and isotopic abundances (knowledge of the working of the mass spectrometer is not required)
  2. calculate the relative atomic mass of an element given the relative abundances of its isotopes, or its mass spectrum
  3. deduce the molecular mass of an organic molecule from the molecular ion peak in a mass spectrum
  4. suggest the identity of molecules formed by simple fragmentation in a given mass spectrum
  5. deduce the number of carbon atoms, $n$, in a compound using the $[M + 1]^+$ peak and the formula
    $$n = \frac{100 \times \text{abundance of } [M + 1]^+ \text{ ion}}{1.1 \times \text{abundance of } M^+ \text{ ion}}$$
  6. deduce the presence of bromine and chlorine atoms in a compound using the $[M + 2]^+$ peak
ไทย
  1. วิเคราะห์สเปกตรัมมวลใน terms of $m/e$ values และ ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทป (ไม่จำเป็นต้องรู้การทำงานของเครื่องสเปกโทรสโกปีมวล)
  2. คำนวณ มวลอะตอมสัมพัทธ์ ของธาตุหนึ่งเมื่อทราบความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของไอโซโทป หรือสเปกตรัมมวลของมัน
  3. สรุปมวลโมเลกุลของโมเลกุลอินทรีย์จาก พีคไอออนโมเลกุล ในสเปกตรัมมวล
  4. เสนอตัวตนของโมเลกุลที่เกิดจากการแตกหักอย่างง่ายในสเปกตรัมมวลที่กำหนดให้
  5. สรุปจำนวนอะตอมของคาร์บอน, $n$, ในสารโดยใช้ $[M + 1]^+$ พีคและสูตร
    $$n = \frac{100 \times \text{abundance of } [M + 1]^+ \text{ ion}}{1.1 \times \text{abundance of } M^+ \text{ ion}}$$
  6. สรุปการมีอยู่ของอะตอมบรูมและคลอรีนในสารโดยใช้ $[M + 2]^+$ พีค

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English

In mass spectrometry 质谱, a molecule is turned into ions and sorted by its mass-to-charge ratio 质荷比 ($m/e$). The spectrum is a set of peaks at different $m/e$ values.

Relative atomic mass from isotopes

An element's isotope 同位素 mixture gives several peaks. From the isotopic abundance 同位素丰度 (how common each isotope is) you can find the relative atomic mass 相对原子质量 — a weighted average:

$$A_r = \frac{\sum (\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{\sum \text{abundance}}$$

For example, chlorine is 75% $^{35}\text{Cl}$ and 25% $^{37}\text{Cl}$, giving $A_r = \dfrac{35 \times 75 + 37 \times 25}{100} = 35.5$.

The molecular ion and fragmentation

The peak at the highest $m/e$ (the molecular ion 分子离子 peak, or molecular ion peak 分子离子峰, $M^+$) gives the relative molecular mass of the whole molecule.

The molecule also breaks into smaller pieces — this is fragmentation 碎裂. The gap between two peaks tells you the mass of the lost piece, so you can suggest each fragment 碎片. For example, a loss of 15 means a $\text{CH}_3$ group was lost, and a loss of 29 means $\text{CHO}$ or $\text{C}_2\text{H}_5$.

The [M + 1] and [M + 2] peaks

  • a small [M + 1] peak comes from the $^{13}\text{C}$ isotope. The number of carbon atoms $n$ is:
$$n = \frac{100 \times \text{abundance of } [M + 1]^+}{1.1 \times \text{abundance of } M^+}$$
  • an [M + 2] peak shows chlorine or bromine. One chlorine gives an $[M + 2]$ peak about one third the height of $M^+$ (from $^{37}\text{Cl}$); one bromine gives an $[M + 2]$ peak about the same height as $M^+$ (from $^{81}\text{Br}$).

Worked example. A compound shows a molecular ion at $m/e = 108$ and a peak of almost equal height at $m/e = 110$. Its infrared spectrum shows no broad absorption near $3300\ \text{cm}^{-1}$. Deduce its identity. Two peaks two units apart with roughly equal heights are the $1:1$ signature of one bromine atom (from $^{79}\text{Br}$ and $^{81}\text{Br}$); one chlorine would have given a $3:1$ ratio instead. Take the bromine away from the molecular ion: $108 - 79 = 29$, which fits a $\text{C}_2\text{H}_5$ fragment. The absence of a broad peak near $3300\ \text{cm}^{-1}$ rules out an $\text{O-H}$, so there is no alcohol group. The compound is bromoethane, $\text{C}_2\text{H}_5\text{Br}$. Read the $[M+2]$ ratio rather than merely noting the peak: $1:1$ means bromine, $3:1$ means chlorine.

ไทย

ใน สเปกโทรสโกปีมวล โมเลกุลจะถูกแปลงเป็นไอออนและจัดเรียงตาม อัตราส่วนมวลต่อประจุ ($m/e$). สเปกตรัมเป็นชุดของยอดที่ค่า $m/e$ ต่างๆ

นักวิทยาศาสตร์ในห้องปฏิบัติการกำลังใส่ตัวอย่างขนาดเล็กเข้าไปในเครื่องสเปกโทรสโกปีมวลสมัยใหม่ขนาดใหญ่
เครื่องสเปกโทรสโกปีมวลสมัยใหม่: ใส่ตัวอย่างด้านหน้า จากนั้นเครื่องจะสร้างไอออนและจัดเรียงไอออนตามอัตราส่วนมวลต่อประจุเพื่อให้ได้สเปกตรัม

มวลอะตอมสัมพัทธ์จากไอโซโทป

ส่วนผสมของ ไอโซโทป ของธาตุหนึ่งให้ยอดหลายยอด จาก ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทป (ความถี่ของแต่ละไอโซโทป) คุณสามารถหา มวลอะตอมสัมพัทธ์ — ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก:

$$A_r = \frac{\sum (\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{\sum \text{abundance}}$$

ตัวอย่างเช่น คลอรีนมี 75% $^{35}\text{Cl}$ และ 25% $^{37}\text{Cl}$, ให้ค่า $A_r = \dfrac{35 \times 75 + 37 \times 25}{100} = 35.5$

ไอออนโมเลกุลและการแตกหัก

ยอดที่ $m/e$ สูงสุด (ยอด ไอออนโมเลกุล, หรือ molecular ion peak, $M^+$) ให้มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของโมเลกุลทั้งโมเลกุล

โมเลกุลยังแตกเป็นชิ้นย่อย — นี่คือ fragmentation. ช่องว่างระหว่างยอดสองยอดบอกมวลของส่วนที่หายไป ดังนั้นคุณสามารถเสนอ fragment แต่ละชนิดได้ ตัวอย่างเช่น การสูญเสีย 15 หมายความว่ามีการสูญเสียกลุ่ม $\text{CH}_3$ และการสูญเสีย 29 หมายความว่า $\text{CHO}$ หรือ $\text{C}_2\text{H}_5$

สเปกตรัมมวลของเอทานอลที่มียอดที่ m/e หลายค่า โดยไอออนโมเลกุลที่ 46 แสดงด้วยและช่องว่าง 15 จาก 46 ถึง 31 ติดป้ายว่าเป็นการสูญเสียกลุ่มเมทิล *สเปกตรัมมวล: ยอดที่มี $m/e$ สูงสุดคือไอออนโมเลกุล ($M^+$, คือ $M_r$); ช่องว่างระหว่างยอดให้มวลของ fragments ที่หายไป

ยอด [M + 1] และ [M + 2]

  • ยอด [M + 1] เล็กๆ มาจากไอโซโทป $^{13}\text{C}$ จำนวนอะตอมคาร์บอน $n$ คือ:
$$n = \frac{100 \times \text{abundance of } [M + 1]^+}{1.1 \times \text{abundance of } M^+}$$
  • ยอด [M + 2] แสดงคลอรีนหรือบโรมีน คลอรีนหนึ่งตัวให้ยอด $[M + 2]$ สูงประมาณหนึ่งในสามของ $M^+$ (มาจาก $^{37}\text{Cl}$); บโรมีนหนึ่งตัวให้ยอด $[M + 2]$ สูง เท่ากัน กับ $M^+$ (มาจาก $^{81}\text{Br}$)
คู่ยอดสเปกตรัมมวลสองคู่ห่างกันสองหน่วย: คู่คลอรีนในอัตราส่วน 3 ต่อ 1 และคู่บโรมีนในอัตราส่วน 1 ต่อ 1
ยอด $[M+2]$ สูงกว่า $M^+$ สองหน่วยมวลแสดงว่ามีฮาโลเจน: คลอรีนหนึ่งตัวให้ $3:1$ อัตราส่วน, บโรมีนหนึ่งตัวให้ $1:1$ อัตรา

ตัวอย่างทำโจทย์. สารประกอบหนึ่งแสดงไอออนโมเลกุลที่ $m/e = 108$ และมีพีคที่มีความสูงเกือบเท่ากันที่ $m/e = 110$ สเปกตรัมอินฟราเรดของมันแสดง ไม่มี การดูดกลืนแบบกว้างใกล้ $3300\ \text{cm}^{-1}$ สรุป identitas ของมัน พีคสองอัน ห่างกันสองหน่วยด้วยความสูงประมาณเท่ากัน คือ $1:1$ บ่งชี้ถึง อะตอมบรอมินหนึ่งตัว (จาก $^{79}\text{Br}$ และ $^{81}\text{Br}$); หากเป็นคลอรีนจะทำให้เกิดอัตราส่วน $3:1$ แทน ให้ลบบรอมินออกจากไอออนโมเลกุล: $108 - 79 = 29$ ซึ่งตรงกับ fragment $\text{C}_2\text{H}_5$ การขาดพีคกว้างใกล้ $3300\ \text{cm}^{-1}$ ตัดความเป็น Possibility ของ $\text{O-H}$ ออกไป ดังนั้นไม่มีหมู่แอลกอฮอล์ สารนี้คือ บromoเอเทน, $\text{C}_2\text{H}_5\text{Br}$ อ่านค่า $[M+2]$ อัตราส่วน ไม่ใช่แค่สังเกตพีค: $1:1$ หมายถึงบรอมิน, $3:1$ หมายถึงคลอรีน

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Mass spectrometry route · ⁨เส้นทางแมสสเปกโตรเมทรี⁩

Follow a molecule through ionisation, separation and detection. · ⁨ติดตามโมเลกุลผ่านกระบวนการไอออนไนเซชัน การแยก และการตรวจวัด⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
isotope/ˈaɪsətəʊp/ ไอโซโทป
isotopic abundance/ˌaɪsəˈtɒpɪk əˈbʌndəns/ ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทป
relative atomic mass/ˈrelətɪv əˈtɒmɪk mæs/ มวลอะตอมสัมพัทธ์
molecular ion/məˈlekjʊlə ˈaɪɒn/ ไอออนมวล
molecular ion peak/məˈlekjʊlə ˈaɪɒn piːk/ พีคไอออนโมเลกุล
fragmentation/ˌfræɡmənˈteɪʃn/ การแตกหัก
fragment/ˈfræɡmənt/ фрагмент fragment
Watch lesson · ⁨ดูบทเรียน⁩
22.2

Exam tips · ⁨ข้อแนะนำสำหรับการสอบ⁩

English
  • On an IR spectrum quote the wavenumber and the bond (O-H broad $\sim 3200-3600$, C=O $\sim 1700$); use the data booklet.
  • The peak at the highest $m/z$ is the molecular ion $\text{M}^+$ and gives the $M_r$.
  • Explain fragmentation: the gap between peaks is the lost fragment (loss of 15 = $\text{CH}_3$, 29 = $\text{C}_2\text{H}_5$ or CHO).
  • Learn common isotope patterns (Cl gives M and M+2 in about 3:1; M+1 from $^{13}\text{C}$).
ไทย
  • ใน IR spectrum ระบุ เลขคลื่นและพันธะ (O-H กว้าง $\sim 3200-3600$, C=O $\sim 1700$); ใช้สมุดข้อมูล
  • ยอดที่ $m/z$ สูงสุด คือไอออนโมเลกุล $\text{M}^+$ และให้ $M_r$
  • อธิบาย fragmentation: ช่องว่างระหว่างยอดคือ fragment ที่หายไป (loss of 15 = $\text{CH}_3$, 29 = $\text{C}_2\text{H}_5$ หรือ CHO)
  • จำรูปแบบไอโซโทปทั่วไป (Cl ให้ M และ M+2 ในอัตราประมาณ 3:1; M+1 มาจาก $^{13}\text{C}$)

Interactive lessons on this topic · ⁨บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที⁩

Past Papers · ⁨ข้อสอบย้อนหลัง⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩ · ⁨หัวข้อเพิ่มเติมใน A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี⁩

IGCSE, A-Level & AP