浅析“相对丰度”问题

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文章编号:1005-6629(2010)09-0076-02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

人教版高中化学选修五《有机化学基础》[1]中的质谱图如下图。

图中的横坐标是质荷比,质荷比是带正电荷的分子离子和碎片离子的相对离子质量与其所带正电荷数的比值。图中的纵坐标是“相对丰度/%”,这“相对丰度”的含义是什么呢?高中《有机化学基础》并未对此明确说明。

在邢其毅主编的《基础有机化学》[2]中, 质谱图的横坐标是质荷比,质谱图的纵坐标是“相对强度/%”。该书对“相对强度/%”的解释是“图中最高的峰称为基峰,并人为的把它的高度定为100,其他峰的高度为该峰的相对百分比,称为相对强度。”关于“强度”的含义问题,该书在质谱仪的离子收集、定检系统中是这样说的:“各种不同质荷比的离子流到达该系统时产生信号,其强度和离子数成正比,用照相或电子方法记录所产生的信号,即得待测样的质谱。”在此, “强度”本身是质谱仪上所显示的各种正离子信号的强弱,这种强弱代表了正离子数的多少。质谱图上各个“峰”的高低就是各种正离子信号强弱的记录,这种记录代表了正离子数的多少。只是实际实验时,质谱仪并没有测定出各种正离子的具体数字,所以,才引入了“相对强度”的概念。“相对强度”就是各种正离子数相对多少的一种比较值。由于基峰的“相对强度”是100,所以质谱图上各个峰的总和是远远大于100的。

“丰度”是一个专用名词,丰度是指某一同位素在其所属的天然元素中占的原子数百分比。由丰度的定义可见,“丰度”本身就是一个相对量,此相对量是相对于某天然元素的总原子数而言的,同一元素的各种同位素的丰度之和为100%。

“相对丰度”的含义是什么呢?由丰度的含义可见 “相对丰度”是一种“相对的相对含量”,由于质谱图上的各个峰的高低表示的是正离子数的相对多少,所以,“相对丰度”的含义理应是“相对的正离子数的相对多少”。仔细体会这种“相对的相对含量”――“相对丰度”的含义,它和“相对强度”――“相对离子数”还真有相通之处。如果我们将氕的丰度99.98 %当成相对丰度100 %来看的话,就可以由氘的丰度0.016%折算出氘的相对丰度为0.016 %÷99.98 %≈0.016,自然界还有氚原子。这样算来,氢元素的各种原子在自然界的“相对丰度”也就大于100%了。由此看来,质谱图上借用丰度的含义,用“相对丰度”表示质谱图的纵坐标确实是有道理的。只是“相对丰度”的概念实在是让人费解,教师要真正给全体学生讲清楚“相对丰度”的含义是很困难的。

从“丰度”的含义及理解 “相对丰度”的难度来说,质谱图的纵坐标都不宜标为“相对丰度”。本人认为质谱图的纵坐标既可以象大学有机化学一样标为“相对强度”,又可以标为“相对正离子数”。

参考文献:

[1]人民教育出版社等单位编著.普通高中课程标准实验教科书・化学(选修五)・有机化学基础.第2版[S].北京:人民教育出版社,2007:21.

[2]邢其毅主编.基础有机化学. 第2版[M].北京:高等教育出版社,2000:上册512~513.

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