IChO 2003 · Theory problem 12
Mass spectrum of the SbHCl+ ion
Natural antimony consists of the following 2 stable isotopes: \(\ce{^{121}Sb}\), \(\ce{^{123}Sb}\). Natural chlorine consists of the following 2 stable isotopes: \(\ce{^{35}Cl}\), \(\ce{^{37}Cl}\). Natural hydrogen consists of the following 2 stable isotopes: \(\ce{^{1}H}\), \(\ce{^{2}H}\). How many peaks are expected in a low resolution mass spectrum for the ionic fragment \(\ce{SbHCl+}\)?
(a) 4 ( )
(b) 5 ( )
(c) 6 ( )
(d) 7 ( )
(e) 8 ( )
(f) 9 ( )
Official English text of the problem.
Answers
- 12. (c) 6 peaks, at nominal \(m/z = 157,\ 158,\ 159,\ 160,\ 161,\ 162\).
Solution
12. The fragment is the chloridohydridoantimony(1+) ion, \(\ce{SbHCl+}\), represented by SMILES [H][Sb+]Cl.
Each element has two isotopes, giving \[ 2\times2\times2=8 \] possible isotopic combinations. In a low resolution mass spectrum, combinations with the same nominal mass contribute to the same peak.
For this singly charged ion, the nominal \(m/z\) is obtained by adding the three isotope mass numbers. The eight combinations give:
| Antimony isotope | Chlorine isotope | Nominal \(m/z\) with \(\ce{^{1}H}\) | Nominal \(m/z\) with \(\ce{^{2}H}\) |
|---|---|---|---|
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 157 | 158 |
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 161 | 162 |
The tabulated mass-to-charge ratios are in \(\mathrm{Th}\), where \(1\,\mathrm{Th}=1\,\mathrm{u}/e\).
Replacing \(\ce{^{121}Sb}\) with \(\ce{^{123}Sb}\) or replacing \(\ce{^{35}Cl}\) with \(\ce{^{37}Cl}\) increases the nominal mass by the same amount, \(2\,\mathrm{u}\). Consequently, two combinations overlap at 159 and another two overlap at 160. Their small exact-mass differences are unresolved at low resolution.
Thus there are six distinct peaks, so the correct choice is (c). Isotope abundances determine their relative intensities.
The answers were checked against the official answers published by the organisers.
IChO 2003 · Theorieaufgabe 12
Massenspektrum des SbHCl+-Ions
Natürliches Antimon besteht aus den folgenden 2 stabilen Isotopen: \(\ce{^{121}Sb}\), \(\ce{^{123}Sb}\). Natürliches Chlor besteht aus den folgenden 2 stabilen Isotopen: \(\ce{^{35}Cl}\), \(\ce{^{37}Cl}\). Natürlicher Wasserstoff besteht aus den folgenden 2 stabilen Isotopen: \(\ce{^{1}H}\), \(\ce{^{2}H}\). Wie viele Peaks sind in einem Massenspektrum mit niedriger Auflösung für das Ionenfragment \(\ce{SbHCl+}\) zu erwarten?
(a) 4 ( )
(b) 5 ( )
(c) 6 ( )
(d) 7 ( )
(e) 8 ( )
(f) 9 ( )
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.
Antworten
- 12. (c) 6 Peaks, bei den nominalen Werten \(m/z = 157,\ 158,\ 159,\ 160,\ 161,\ 162\).
Lösung
12. Das Fragment ist das Chloridohydridoantimon(1+)-Ion, \(\ce{SbHCl+}\), dargestellt durch den SMILES-Code [H][Sb+]Cl.
Jedes Element besitzt zwei Isotope, sodass sich \[ 2\times2\times2=8 \] mögliche Isotopenkombinationen ergeben. In einem Massenspektrum mit niedriger Auflösung tragen Kombinationen mit derselben Nominalmasse zum selben Peak bei.
Für dieses einfach geladene Ion erhält man den nominalen Wert von \(m/z\) durch Addition der drei Massenzahlen der Isotope. Die acht Kombinationen ergeben:
| Antimonisotop | Chlorisotop | Nominaler Wert von \(m/z\) mit \(\ce{^{1}H}\) | Nominaler Wert von \(m/z\) mit \(\ce{^{2}H}\) |
|---|---|---|---|
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 157 | 158 |
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 161 | 162 |
Die tabellierten Masse-zu-Ladung-Verhältnisse sind in \(\mathrm{Th}\) angegeben, wobei \(1\,\mathrm{Th}=1\,\mathrm{u}/e\) gilt.
Der Austausch von \(\ce{^{121}Sb}\) durch \(\ce{^{123}Sb}\) oder von \(\ce{^{35}Cl}\) durch \(\ce{^{37}Cl}\) erhöht die Nominalmasse um denselben Betrag, \(2\,\mathrm{u}\). Folglich überlagern sich zwei Kombinationen bei 159 und zwei weitere bei 160. Ihre geringen Unterschiede in der exakten Masse werden bei niedriger Auflösung nicht aufgelöst.
Somit gibt es sechs verschiedene Peaks, und die richtige Antwort ist daher (c). Die Isotopenhäufigkeiten bestimmen ihre relativen Intensitäten.
Die Ergebnisse wurden mit den von den Veranstaltern veröffentlichten offiziellen Ergebnissen abgeglichen.
IChO 2003 · Teori sorusu 12
SbHCl+ iyonunun kütle spektrumu
Doğal antimon şu 2 kararlı izotoptan oluşur: \(\ce{^{121}Sb}\), \(\ce{^{123}Sb}\). Doğal klor şu 2 kararlı izotoptan oluşur: \(\ce{^{35}Cl}\), \(\ce{^{37}Cl}\). Doğal hidrojen şu 2 kararlı izotoptan oluşur: \(\ce{^{1}H}\), \(\ce{^{2}H}\). \(\ce{SbHCl+}\) iyonik parçacığı için düşük çözünürlüklü bir kütle spektrumunda kaç pik beklenir?
(a) 4 ( )
(b) 5 ( )
(c) 6 ( )
(d) 7 ( )
(e) 8 ( )
(f) 9 ( )
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.
Cevaplar
- 12. (c) 6 pik, nominal \(m/z = 157,\ 158,\ 159,\ 160,\ 161,\ 162\) değerlerinde.
Çözüm
12. Bu parçacık, SMILES gösterimi [H][Sb+]Cl olan kloridohidridoantimon(1+) iyonudur, \(\ce{SbHCl+}\).
Her elementin iki izotopu vardır; bu da \[ 2\times2\times2=8 \] olası izotop bileşimi verir. Düşük çözünürlüklü bir kütle spektrumunda, aynı nominal kütleye sahip bileşimler aynı pike katkıda bulunur.
Bu tek yüklü iyon için nominal \(m/z\) değeri, üç izotopun kütle numaraları toplanarak elde edilir. Sekiz bileşim şu değerleri verir:
| Antimon izotopu | Klor izotopu | \(\ce{^{1}H}\) ile nominal \(m/z\) | \(\ce{^{2}H}\) ile nominal \(m/z\) |
|---|---|---|---|
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 157 | 158 |
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 161 | 162 |
Tabloda verilen kütle/yük oranları \(\mathrm{Th}\) birimindedir; burada \(1\,\mathrm{Th}=1\,\mathrm{u}/e\).
\(\ce{^{121}Sb}\) yerine \(\ce{^{123}Sb}\) veya \(\ce{^{35}Cl}\) yerine \(\ce{^{37}Cl}\) konulması, nominal kütleyi aynı miktarda, \(2\,\mathrm{u}\) kadar artırır. Dolayısıyla iki bileşim 159'da, diğer iki bileşim ise 160'ta çakışır. Bunların kesin kütleleri arasındaki küçük farklar düşük çözünürlükte ayırt edilemez.
Böylece altı ayrı pik vardır; dolayısıyla doğru seçenek (c)'dir. İzotop bollukları bu piklerin bağıl şiddetlerini belirler.
Sonuçlar, düzenleyicilerin yayımladığı resmi sonuçlarla karşılaştırılarak kontrol edildi.
IChO 2003 · Problema teórico 12
Espectro de masas del ion SbHCl+
El antimonio natural consta de los siguientes 2 isótopos estables: \(\ce{^{121}Sb}\), \(\ce{^{123}Sb}\). El cloro natural consta de los siguientes 2 isótopos estables: \(\ce{^{35}Cl}\), \(\ce{^{37}Cl}\). El hidrógeno natural consta de los siguientes 2 isótopos estables: \(\ce{^{1}H}\), \(\ce{^{2}H}\). ¿Cuántos picos se esperan en un espectro de masas de baja resolución para el fragmento iónico \(\ce{SbHCl+}\)?
(a) 4 ( )
(b) 5 ( )
(c) 6 ( )
(d) 7 ( )
(e) 8 ( )
(f) 9 ( )
Enunciado traducido del texto oficial en inglés.
Respuestas
- 12. (c) 6 picos, a valores nominales de \(m/z = 157,\ 158,\ 159,\ 160,\ 161,\ 162\).
Solución
12. El fragmento es el ion cloridohidruroantimonio(1+), \(\ce{SbHCl+}\), representado mediante el SMILES [H][Sb+]Cl.
Cada elemento tiene dos isótopos, lo que da \[ 2\times2\times2=8 \] combinaciones isotópicas posibles. En un espectro de masas de baja resolución, las combinaciones con la misma masa nominal contribuyen al mismo pico.
Para este ion de carga única, el valor nominal de \(m/z\) se obtiene sumando los números másicos de los tres isótopos. Las ocho combinaciones dan:
| Isótopo de antimonio | Isótopo de cloro | \(m/z\) nominal con \(\ce{^{1}H}\) | \(m/z\) nominal con \(\ce{^{2}H}\) |
|---|---|---|---|
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 157 | 158 |
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 161 | 162 |
Las relaciones masa/carga tabuladas se expresan en \(\mathrm{Th}\), donde \(1\,\mathrm{Th}=1\,\mathrm{u}/e\).
Sustituir \(\ce{^{121}Sb}\) por \(\ce{^{123}Sb}\) o sustituir \(\ce{^{35}Cl}\) por \(\ce{^{37}Cl}\) aumenta la masa nominal en la misma cantidad, \(2\,\mathrm{u}\). Por consiguiente, dos combinaciones se superponen en 159 y otras dos se superponen en 160. Sus pequeñas diferencias de masa exacta no se resuelven a baja resolución.
Por tanto, hay seis picos distintos, de modo que la opción correcta es (c). Las abundancias isotópicas determinan sus intensidades relativas.
Los resultados se comprobaron con los resultados oficiales publicados por los organizadores.
IChO 2003 · 理论题 12
SbHCl+ 离子的质谱
天然锑由以下 2 种稳定同位素组成:\(\ce{^{121}Sb}\)、\(\ce{^{123}Sb}\)。天然氯由以下 2 种稳定同位素组成:\(\ce{^{35}Cl}\)、\(\ce{^{37}Cl}\)。天然氢由以下 2 种稳定同位素组成:\(\ce{^{1}H}\)、\(\ce{^{2}H}\)。离子碎片 \(\ce{SbHCl+}\) 的低分辨率质谱中预计会出现多少个峰?
(a) 4 ( )
(b) 5 ( )
(c) 6 ( )
(d) 7 ( )
(e) 8 ( )
(f) 9 ( )
题目译自官方英文原文。
答案
- 12. (c) 6 个峰,对应的标称质荷比为 \(m/z = 157,\ 158,\ 159,\ 160,\ 161,\ 162\)。
解答
12. 该碎片为氯化氢化锑(1+)离子,\(\ce{SbHCl+}\),其 SMILES 表示为 [H][Sb+]Cl。
每种元素都有两种同位素,因此共有 \[ 2\times2\times2=8 \] 种可能的同位素组合。在低分辨率质谱中,具有相同标称质量的组合对同一个峰产生贡献。
对于这个单电荷离子,将三个同位素的质量数相加即可得到标称 \(m/z\)。八种组合的结果如下:
| 锑同位素 | 氯同位素 | 含 \(\ce{^{1}H}\) 时的标称 \(m/z\) | 含 \(\ce{^{2}H}\) 时的标称 \(m/z\) |
|---|---|---|---|
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 157 | 158 |
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 161 | 162 |
表中的质荷比以 \(\mathrm{Th}\) 为单位,其中 \(1\,\mathrm{Th}=1\,\mathrm{u}/e\)。
将 \(\ce{^{121}Sb}\) 替换为 \(\ce{^{123}Sb}\),或将 \(\ce{^{35}Cl}\) 替换为 \(\ce{^{37}Cl}\),都会使标称质量增加相同的量,即 \(2\,\mathrm{u}\)。因此,两种组合在 159 处重叠,另两种组合在 160 处重叠。它们之间微小的精确质量差异在低分辨率下无法分辨。
因此,共有六个不同的峰,正确选项为 (c)。同位素丰度决定了这些峰的相对强度。
结果已与主办方公布的官方答案核对。
IChO 2003 · Теоретическая задача 12
Масс-спектр иона SbHCl+
Природная сурьма состоит из следующих 2 стабильных изотопов: \(\ce{^{121}Sb}\), \(\ce{^{123}Sb}\). Природный хлор состоит из следующих 2 стабильных изотопов: \(\ce{^{35}Cl}\), \(\ce{^{37}Cl}\). Природный водород состоит из следующих 2 стабильных изотопов: \(\ce{^{1}H}\), \(\ce{^{2}H}\). Сколько пиков ожидается в масс-спектре низкого разрешения для ионного фрагмента \(\ce{SbHCl+}\)?
(a) 4 ( )
(b) 5 ( )
(c) 6 ( )
(d) 7 ( )
(e) 8 ( )
(f) 9 ( )
Условие переведено с официального английского текста.
Ответы
- 12. (c) 6 пиков, при номинальных значениях \(m/z = 157,\ 158,\ 159,\ 160,\ 161,\ 162\).
Решение
12. Фрагмент представляет собой ион хлоридогидридосурьмы(1+), \(\ce{SbHCl+}\), который записывается в нотации SMILES как [H][Sb+]Cl.
Каждый элемент имеет два изотопа, что даёт \[ 2\times2\times2=8 \] возможных изотопных комбинаций. В масс-спектре низкого разрешения комбинации с одинаковой номинальной массой дают вклад в один и тот же пик.
Для этого однозарядного иона номинальное значение \(m/z\) получают сложением массовых чисел трёх изотопов. Восемь комбинаций дают:
| Изотоп сурьмы | Изотоп хлора | Номинальное значение \(m/z\) с \(\ce{^{1}H}\) | Номинальное значение \(m/z\) с \(\ce{^{2}H}\) |
|---|---|---|---|
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 157 | 158 |
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 161 | 162 |
Приведённые в таблице отношения массы к заряду выражены в \(\mathrm{Th}\), где \(1\,\mathrm{Th}=1\,\mathrm{u}/e\).
Замена \(\ce{^{121}Sb}\) на \(\ce{^{123}Sb}\) или замена \(\ce{^{35}Cl}\) на \(\ce{^{37}Cl}\) увеличивает номинальную массу на одну и ту же величину, \(2\,\mathrm{u}\). Следовательно, две комбинации дают совпадающие пики при 159, а ещё две — при 160. Небольшие различия в их точных массах не разрешаются при низком разрешении.
Таким образом, имеются шесть отдельных пиков, поэтому правильный вариант ответа — (c). Распространённость изотопов определяет их относительные интенсивности.
Ответы проверены по официальным ответам, опубликованным организаторами.
IChO 2003 · مسألة نظرية 12
طيف الكتلة لأيون SbHCl+
يتكون الأنتيمون الطبيعي من النظيرين المستقرين التاليين: \(\ce{^{121}Sb}\)، \(\ce{^{123}Sb}\). ويتكون الكلور الطبيعي من النظيرين المستقرين التاليين: \(\ce{^{35}Cl}\)، \(\ce{^{37}Cl}\). ويتكون الهيدروجين الطبيعي من النظيرين المستقرين التاليين: \(\ce{^{1}H}\)، \(\ce{^{2}H}\). كم قمة يُتوقع ظهورها في طيف كتلة منخفض الاستبانة للشظية الأيونية \(\ce{SbHCl+}\)؟
(a) 4 ( )
(b) 5 ( )
(c) 6 ( )
(d) 7 ( )
(e) 8 ( )
(f) 9 ( )
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.
الإجابات
- 12. (c) 6 قمم، عند القيم الاسمية \(m/z = 157,\ 158,\ 159,\ 160,\ 161,\ 162\).
الحل
12. الشظية هي أيون كلوريدوهيدريدوأنتيمون(1+)، \(\ce{SbHCl+}\)، المُمثَّل بترميز SMILES بالشكل [H][Sb+]Cl.
لكل عنصر نظيران، مما يعطي \[ 2\times2\times2=8 \] توليفات نظيرية ممكنة. في طيف كتلة منخفض الاستبانة، تسهم التوليفات ذات الكتلة الاسمية نفسها في القمة نفسها.
لهذا الأيون أحادي الشحنة، تُحسب القيمة الاسمية لـ \(m/z\) بجمع الأعداد الكتلية للنظائر الثلاثة. وتعطي التوليفات الثماني ما يلي:
| نظير الأنتيمون | نظير الكلور | القيمة الاسمية لـ \(m/z\) مع \(\ce{^{1}H}\) | القيمة الاسمية لـ \(m/z\) مع \(\ce{^{2}H}\) |
|---|---|---|---|
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 157 | 158 |
| \(\ce{^{121}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{35}Cl}\) | 159 | 160 |
| \(\ce{^{123}Sb}\) | \(\ce{^{37}Cl}\) | 161 | 162 |
نسب الكتلة إلى الشحنة الواردة في الجدول بوحدة \(\mathrm{Th}\)، حيث \(1\,\mathrm{Th}=1\,\mathrm{u}/e\).
يؤدي استبدال \(\ce{^{121}Sb}\) بـ \(\ce{^{123}Sb}\) أو استبدال \(\ce{^{35}Cl}\) بـ \(\ce{^{37}Cl}\) إلى زيادة الكتلة الاسمية بالمقدار نفسه، وهو \(2\,\mathrm{u}\). وبناءً على ذلك، تتراكب توليفتان عند 159، وتتراكب توليفتان أخريان عند 160. ولا يمكن تمييز الفروق الصغيرة بين كتلها الدقيقة عند الاستبانة المنخفضة.
إذن توجد ست قمم متميزة، ولذلك فالاختيار الصحيح هو (c). وتحدد الوفرة النظيرية شداتها النسبية.
تمت مراجعة النتائج بمقارنتها بالنتائج الرسمية التي نشرها المنظمون.