质谱解析入门-基本规律

mi 1 [M (i 1)M H ] /(i 1)
将MH=1代入以上两个公式，可以得出 i (mi 1 1) /(mi mi 1 ) 取1060和1131两个质荷比代入上式计算： i=(1060-1)/(1131-1060)=1059/71=14.9≈15 M=15×1131-15=16950。 该蛋白质为马心肌红蛋白除去血红素辅基后剩下的 肽链部分(153个氨基酸)。
某蛋白质的质谱图如上图，如何计算该蛋白质分子 量?
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蛋白质分子量计算过程
假设M代表分子量，i代表电荷数，mi代表带i个电荷 的离子的质荷比，MH代表质子的分子量，则有：
mi [M iM H ] / i
未知化合物的质谱解析
找到准分子离子峰和加合离子峰 推断出单同位素分子量 根据同位素丰度、氮规则等推断元素个数 根据环加双键值、碎片离子和其他已知信息推断结构 高分辨质谱、核磁共振确证
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寡核苷酸产生的离子的命名
磷酸二酯键的4种可能的裂解产生8种离子，含5’-OH的离子称an 、bn 、cn和dn而含3’OH的离子称wn 、xn 、yn和zn。下标n指示其裂解位置。碱基的进一步丢失用括号表示， 如a3-B3（A）表示键的开裂发生在3位的磷酸二酯基的核糖碳原子和氧原子之间并在同 一位置进一步丢失了腺苷碱基。
主成分质谱图
Inten. (x100,000) 6.0 289.10 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 m /z 327.05 352.15
311.10
目标峰质谱图中的m/z=289.10为[M+H]+，m/z=311.10为 [M+Na]+，m/z=327.05为[M+K]+，m/z=352.15为 [M+Na+CH3CN]+。
H H2C H R N H2C H R H N H3C H N CH2
+
R
如烃链较长，通过六元环的γ位氢重排为优势过程， 这是发生在偶电子离子上的Mclafferty重排
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R R
NH2 H N PH OH OR' COOH R'
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同位素丰度
Inten.(x1,000,000) 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 280.0 282.5 284.1 285.0 288.2 287.5 290.0 289.1
质谱解析 -基本的偶电子离子裂解反应
3、 环状离子断裂两个键，电荷保留
4、两个键的断裂，伴随着重排
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质谱解析 -基本的偶电子离子裂解反应
OH R C O H H R OH C OH
+
酯类经过类似的反应生成相当于质子化酸的碎片离子。
4、给出可能的分子式
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质谱解析入门－基本步骤
已知分子式化合物的定性确证
判断准分子离子峰：正离子模式[M+H]+；负离子模式[M-H] 判断加合离子峰：正离子模式加钠，加钾等；负离子模式加氯等 判断同位素丰度与理论值是否吻合
O S N O N C H O CH3 COOH
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样品的色谱图
样品的TIC图（ESI+）
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质谱解析入门－基本规律
奇电子离子和偶电子离子
奇电子离子：含有一个未成对电子的离子 偶电子离子：不含未成对电子(即电子全配对)的离子 奇电子离子碎裂可产生奇电子碎片离子或偶电子碎片离 子 偶电子离子碎裂产生偶电子碎片离子是有利的
通常大气压下电离产生的都是准分子离子，属于 偶电子离子。
生物分子质谱的解析
生物分子：肽、寡核苷酸和寡糖
生物分子的分子离子的裂解，遵循偶电子离子的裂 解规律 肽、糖和核苷酸离子具有其特定的裂解途径，产生 的碎片离子有其特定的命名
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肽产生的离子的命名
有利于质子 化（生成正 离子）
R2 R2 R2 R
R2 R2 R
PH3 SH C O
有利去质子 （生成负离 子）
SO3H R RPO3H 少数情况，偶电子离子产生奇电子离子， 巨大的π 系统离子
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质谱解析 -基本的偶电子离子裂解反应
1、单键裂解伴随电荷的迁移
CH3-CH2-OH2+ → CH3-CH2+ + H2O
2、键的裂解伴随环化及电荷的迁移
如果杂原子处于适当的位置，易于发生环化反应，则产物离 子的强度较高
H O H O H H O O H H O H
+ H2O
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质谱解析入门
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质谱解析入门－基本规律
质谱解析的基本规律
奇电子离子和偶电子离子 氮规则 环加双键值 同位素峰
低分辨液质联用仪质谱图解析基本步骤
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实例二.蛋白质的分子量计算
Inten.(x10,000,000) 2.25 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 750 1000 1250 1500 1750 m/z 893 1542 943 1413 998 1060 1131 1211 1305
杂质的质谱图和推断
Inten. (x100,000) 366.15 2.0 303.10
1.5
325.10 341.10
1.0
0.5
0.0 100 150 200 250 300 350 400 450 m /z
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m/z=303.10为[M+H]+，m/z=325.10为[M+Na]+， m/z=341.10为[M+K]+，m/z=366.15为 [M+Na+CH3CN]+。杂质加合离子峰与主成分质谱图 类似，且比主成分多了14 amu，所以可能的分子式 为C12H18N2SO 5。 International Trading (Shanghai) Co. Limited Shimadzu
形成B、Y的机制
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形成A、X的机制
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黄酮苷产生的离子的命名
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质谱解析入门－基本规律
氮规则
不含氮的有机物：分子量为偶数 含氮的有机物
分子量(单同位素)含有奇数氮的有机物，其分子量为奇数； 含有偶数氮的有机物，其分子量为偶数。 奇电子离子：含有奇数氮的奇电子离子的质荷比为奇数；含 有偶数氮的奇电子离子的质荷比为偶数。 偶电子离子：含有奇数氮的偶电子离子的质荷比为偶数；含 有偶数氮的偶电子离子的质荷比为奇数。
质谱解析 -基本的偶电子离子裂解反应
常见的偶电子离子裂解反应： 邻近带电位点的键的裂解，伴随电荷转移并丢失 一稳定的小分子 偶电子离子裂解反应服从宇称规律，一个偶电子 离子产生另一偶电子离子及中性碎片
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寡糖产生的离子的命名
电荷保留在非还原端的碎片称A、B、C，而电荷保留在还原端的碎 片称X、Y、Z
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质谱解析实例
实例一.有机小分子的定性确证及杂质推断 实例二.蛋白质分子量的计算
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实例一.合成有机小分子化合物定性确证
已知样品主成分为氨基硫化合物，其分子 式C11H16N2SO5，分子量288.32，准确质量数 288.08，结构式如national Trading (Shanghai) Co. Limited
为了解释互补离子an-Bn和wn的形成，提出了几种裂解途径，例如：
上述裂解途径中首先通过1，2消除丢失碱基。这一消除可能是由于分子间的碱催 化产生的（3’磷酸酯基的带负电的氧原子）。然后，由这一中间体通过磷酸二酯 基的3’C-O键的开裂产生an-Bn和wn碎片。
邻近带电位点的键的裂解伴随电荷转移并丢失一稳定的小分子偶电子离子裂解反应服从宇称规律一个偶电子离子产生另一偶电子离子及中性碎质谱解析基本的偶电子离子裂解反质谱解析基本的偶电子离子裂解反应1单键裂解伴随电荷的迁移ch2键的裂解伴随环化及电荷的迁移如果杂原子处于适当的位置易于发生环化反应则产物离子的强度较高3环状离子断裂两个键电荷保留4两个键的断裂伴随着重排质谱解析基本的偶电子离子裂解反应rcohoh如烃链较长通过六元环的位氢重排为优势过程这是发生在偶电子离子上的mclafferty重排质谱解析基本的偶电子离子裂解反应有利于质子化生成正离子有利去质子生成负离子少数情况偶电子离子产生奇电子离子巨大的系统离子生物分子质谱的解析生物分子
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质谱解析入门－基本规律
环加双键值
分子中双键的数目和环数的总和就是该分子的环加双键 值，也称为不饱和度。 从分子式CxHyNzOn可计算出环加双键值（若有Si或P， 则Si的数目应加到C的数目x，P的数目应加到N的数目z ）。若该分子为全饱和而且无环，H的数目应为2x+2+z ，而实际H的数目为y，因此该分子的环加双键值应为： 环加双键值 = (2x+2+z-y)/2 根据环加双键值可推测化合物类型。
290.1 291.1 292.5 295.0 297.5 m/z
实际同位素丰度比100:14.94:6.91与理论同位 素丰度比100:13.81:6.43一致。说明分子式是 符合理论值的。
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质谱解析入门－基本规律
同位素峰
同位素丰度的分布可帮助判断峰的元素组成。对于大气压下电离，方法如下： 1、获取准分子离子峰 2、找到单同位素峰 3、推断元素个数 优先考虑A+2型元素存在的可能性，因A+2峰受A+1元素的影响较小，A+2 元素同位素的自然丰度也较高，容易判断，尤其是氯和溴。 然后再判断 A+1 元素，可根据其与 A峰的强度比，大致判断 A+1 元素的种 类和所含个数。