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1、质谱分析质谱分析一、一、质谱的解析质谱的解析二、二、仪器结构与原理仪器结构与原理三、三、联用仪器联用仪器m/z150200250%0100157159276质谱概念质谱概念(MS,mass spectroscopy)质谱法是将物质粒子（分子、原子）转化为带电荷的离子带电荷的离子（也就是离子化）（也就是离子化），然后利用电磁学原理，将产生的离子按照质荷比(m/z)（即离子质量和电荷的比值）的大小依次分离，并同时记录每一m/z的离子强度大小，获得样品的质谱谱图，从而对样品进行定性、定量分析的方法。优点：优点：(1)(1)它是唯一可以确定未知物相对分子质量的工具它是唯一可以确定未知物相对分子质量的工
2、具,高分辨率高分辨率质谱仪能够准确测定分子量，确定化合物的分子式。质谱仪能够准确测定分子量，确定化合物的分子式。(2)(2)质谱法的灵敏度超过其他方法质谱法的灵敏度超过其他方法,鉴定的最小量可达鉴定的最小量可达1010-10-10g,g,检出限可达检出限可达1010-14-14g g质谱仪概述质谱仪概述质谱仪概述质谱仪概述质谱仪概述质谱仪概述进样系统离子源质量分析器检测器质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-3 10-5 Pa）质量分析器（10-6 Pa）(1)大量氧会烧坏离子源的灯丝；(2)用作加速离子的几千伏高压会引起放电；(3)引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。真空系统
3、质谱图质谱图m/z150200250%0100157159276条图条图以质荷比m/z 为横坐标，离子流的(相对)强度为纵坐标.m/z303040404444454555555656575773737474相对相对强度强度13135757100100555520203030282841416969CH3-CH2-COOHC3H6O2MW 74表格表格丙酸丙酸两种表示方法两种表示方法离子化的方式离子化的方式离子化的方式硬电离硬电离：电子轰击离子源电子轰击离子源(Electron impact Ionization，EI)，离子化能量离子化能量高，伴有化学键的断裂，可得到分子碎裂的信息。高，伴有化
4、学键的断裂，可得到分子碎裂的信息。软电离软电离：离子化能量低，产生的碎片离子化能量低，产生的碎片 少，可得到准分子离子。如少，可得到准分子离子。如电喷雾源电喷雾源 (Electron spray Ionization，ESI)eMeM2质谱图的主要离子类型质谱图的主要离子类型质谱图的主要离子类型 分子离子峰，分子离子峰，碎片离子峰，碎片离子峰，同位素离子峰同位素离子峰 重排离子峰重排离子峰 亚稳离子峰。亚稳离子峰。以以EI源为例源为例 分子受电子束轰击后失去一个电子而形成的分子离子分子受电子束轰击后失去一个电子而形成的分子离子 所形成的峰称分子离子峰。所形成的峰称分子离子峰。分子分子 分子离子
5、分子离子 因此，分子离子峰的因此，分子离子峰的m/z值就是该化合物的相对分子质量值就是该化合物的相对分子质量（MW），是有机化合物的重要质谱数据。），是有机化合物的重要质谱数据。eMeM2MCH3-CH2-COOHC3H6O2MW 74M分子精确质量:元素同位素的精确质量就是该元素同位素的精确原子量，如：1H 1.007825、12C 12.000000、14N 14.003074、16O 15.994915 天然丰度最大的同位素组合的离子的精确原子量和天然丰度最大的同位素组合的离子的精确原子量和精确质量需要高分辨的质谱计来测定。CH4 M=16因为轰击电子的能量约为因为轰击电子的能量约为70
6、eV，超过分子离子电离电位，超过分子离子电离电位815eV所需的能量，因此可以使分子离子的化学键进一步断裂所需的能量，因此可以使分子离子的化学键进一步断裂或重排，产生质量数较低的碎片离子，在质谱图上相应的峰，或重排，产生质量数较低的碎片离子，在质谱图上相应的峰，称为碎片离子峰。称为碎片离子峰。H3CH2CCOHOp1p2p1H3CCH2COHOH3CH2CCOOHp2m/z 74m/z 45m/z 57CH3-CH2-COOHC3H6O2MW 74除除P、F、I外，组成有机化合物的常见元素外，组成有机化合物的常见元素C、H、O、N、S、Cl、Br等都有同位素，等都有同位素，比如比如C，存在，存
7、在12C和和13C两种同位素，丰度比两种同位素，丰度比1001.1。各元素的最轻同位素的天然丰度最大。各元素的最轻同位素的天然丰度最大。由于同位素的存在，可以看到比分子离子由于同位素的存在，可以看到比分子离子峰大一个质量单位的峰；有时还可以观察峰大一个质量单位的峰；有时还可以观察到到M+2，M+3例如：例如：CH4 M=1612C+1H4=164=16 M13C+1H4=17 4=17 M+1分子离子峰分子离子峰1615m/zRA13.1121.0133.9149.2158516100171.1m/z丰度比丰度比1000.021001.12同位素峰同位素峰1717只含只含 C,H,O,N 的的
8、 M+2 峰很弱，峰很弱，可忽略。可忽略。但含但含 Br,Cl,S 的的 M+2 却很强却很强 自然丰度大自然丰度大M/(M+2)Cl:3:1 Br:1:1 MM+1峰峰M+2峰峰2-氯丙烷氯丙烷2-溴丁烷溴丁烷m/z120130140150160170%0100157121129159M:M+23:1M:M+2:M+49:6:1M:M+2:M+4:M+6(a+b)4OOOHCl 分子离子在裂解成碎片时，某些原子或基团发生位置的转分子离子在裂解成碎片时，某些原子或基团发生位置的转移，涉及到两个（以上）化学键的断裂，重新排列而形成移，涉及到两个（以上）化学键的断裂，重新排列而形成的离子，称为重排
9、离子，质谱图上相应的峰为重排离子峰。的离子，称为重排离子，质谱图上相应的峰为重排离子峰。重排的类型很多，其中最重要的是麦氏重排。重排的类型很多，其中最重要的是麦氏重排。m/z=72 m/z=44 位上位上H转移到转移到O原子上，原子上，键断裂，生成一个中性分子键断裂，生成一个中性分子和一个自由基阳离子和一个自由基阳离子麦排条件：麦排条件：含有双键（含有双键（C=O，C=N，C=S及及C=C)与双键相连的链上有与双键相连的链上有 碳，并碳，并在在 碳上有碳上有H原子（原子（氢）氢）m/z230240250260270280%0100268251232253270271NOOClOHODMPO-1
10、57 加合物加合物的的MS图谱图谱M-H-m/z 268 m/z150175200225250275300325350375%0100270252272308292310M+H+m/z 270 MW 269A (ESI)MSB(ESI-)MSM+Na+m/z 292 M+K+m/z 308 m/z230240250260270280%0100268251232253270271 某些非常稳定的离子可以失去两个或两个以上的电子，这某些非常稳定的离子可以失去两个或两个以上的电子，这时在时在m/ze位置出现多电荷离子峰。位置出现多电荷离子峰。(ESI)MSM+2H2+M+nHn+分子离子或准分子离子
11、峰的判定分子离子或准分子离子峰的判定分子离子或准分子离子峰的判定分子离子或准分子离子峰的判定分子离子或准分子离子峰的判定分子离子或准分子离子峰的判定 假定分子离子峰:高质荷比区的最高质量数峰 判断其是否合理:与相邻碎片离子(m/z较小者)之间关系是否 合理 m1231516171820丢失HH2H2,HCH3OOHH2O NH2 m=4-14 通常认为是不合理丢失离子源类型（离子源类型（EIEI）判断其是否符合N律 不含N或含偶数N的有机分子,其分子量是偶数,分子离子峰的m/z为偶数。含奇数N的有机分子,其分子离子峰的m/z为奇数。分子离子峰的强度与电离方式、具体实验条件有关，也与分子结构有关
12、。不稳定的分子、大分子，其分子离子峰较弱。稳定的分子、大共轭分子，其分子离子峰较强。一般情况，碳数较多，碳链较长和有支链的分子，分裂的可能性较大，分子离子的稳定性差；而有键的芳香族化合物和共轭链烯的分子离子稳定,分子离子峰大。大部分的有机分子都可以产生能辨认的分子离子峰分子离子峰。其相对强弱其相对强弱随化合物结构而变化，其强弱顺序一般为芳环随化合物结构而变化，其强弱顺序一般为芳环共轭多烯共轭多烯烯烯环状化环状化合物合物羰基化合物羰基化合物醚醚酯酯胺胺酸酸醇醇高度分支的烃类。高度分支的烃类。注意：羰基化合物(醛,酮,酸,酯,酰氯,酰胺)分子离子峰不出现或弱；而脂肪族醇类、胺类、硝基化合物等、分子
13、离子峰往往不出现。化合物结构的推测 适当降低电子轰击电压，分子离子裂解减少，分子离子峰强度应适当降低电子轰击电压，分子离子裂解减少，分子离子峰强度应增加，若不增加，说明不是分子离子峰。增加，若不增加，说明不是分子离子峰。逐步降低电子轰击电压，仔细观察逐步降低电子轰击电压，仔细观察m/z最大峰是否在所有离子峰中最大峰是否在所有离子峰中最后消失，若最后消失为分子离子峰。最后消失，若最后消失为分子离子峰。当化合物中含同位素峰丰度大的当化合物中含同位素峰丰度大的S、Br、Cl时，可利用同位时，可利用同位素峰素峰,M与与 M+2峰的比例来，确定分子离子峰。峰的比例来，确定分子离子峰。当分子离子峰中伴有加
14、合离子或二聚体峰，他们的存在有助当分子离子峰中伴有加合离子或二聚体峰，他们的存在有助 于分子离子峰的确定。于分子离子峰的确定。分子离子峰不出现怎么办分子离子峰不出现怎么办分子离子峰不出现怎么办?改用其它的软离解方式，如:CI、FAB、ESI等 离子源类型（ESI）。离子模式的选择：M+H+、M-H-高质量数区，丰度最高的，注意同位素峰、加合离子、二聚体峰（2M+H+）N规则NOOClOHOm/z150175200225250275300325350375%0100270252272308292310m/z230240250260270280%0100268251232253270271MW 2
15、69M+H+M-H-NOOClOHO有机物的结构解析有机物的结构解析有机物的结构解析OHOHHm/z 94m/z 94COm/z 66HHCOm/z 40HHm/z 65m/z 39HCOC2H2苯酚苯酚寻找特征离子利用高分辨质谱数据，推导分子式精确分子质量的测定与质谱的分辨率有关 m/z230240250260270280%0100268251232253270271NOOClOHOFTICR高分辨率质谱高分辨率质谱C12O4NH9Cl理论值理论值 268.03971H 1.007825 12C 12.00000014N 14.003074 16O 15.99491535Cl 35.9688
16、53C12O4NH9ClMW 269质谱的质谱的特征离子强度特征离子强度与与离子数目离子数目成正成正比，通过离子强度可进行定量分析。比，通过离子强度可进行定量分析。白酒产品白酒产品塑化剂检测塑化剂检测2.质谱仪的发展简史质谱仪的发展简史 1912年：年：世界第一台质谱装置世界第一台质谱装置 1940年代年代:质谱仪用于同位素测定质谱仪用于同位素测定 1950年代：分析石油年代：分析石油 1960年代：研究年代：研究GC-MS联用技术联用技术 1970年代：计算机引入年代：计算机引入3.质谱仪的分类质谱仪的分类 有机质谱仪：气质联用、液质联用、傅立叶有机质谱仪：气质联用、液质联用、傅立叶变变 换质谱仪、激光解吸质谱仪换质谱仪、激光解吸质谱仪 无机质谱仪：无机质谱仪：ICP-MS 同位素质谱仪：同位素质谱仪：
