质谱分析法(下)
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质谱分析法
离 子
C•+ D+
§7-3
质谱分析法应用
通过解析质谱图可以推断化合物的相对分子质量， 确定化学式和结构式。已知化合物的质谱解析较易， 而未知物的的解析比较困难。
根据质谱图上的分子离子峰的m/z可以准确地 确定该化合物的相对分子质量。除同位素峰外，分 子离子峰一定是质谱图上质量数最大的峰，位于质 谱图的最右端。但是若分子离子峰稳定性差、很弱 或不存在，无法识别分子离子峰。
(2)固定R，B，连续改变加速电压U，电场扫描法。
固定R，U，连续改变磁场强度B，磁场扫描法。
检测器和记录系统
检测器的作用原理：
有质量分析器出射的离子，具有一定的能量，轰击电 子倍增管发射出二次电子，电子在电场的作用下，多次撞 击倍增极，最后可以检测到10-17A的微弱电流，经放大器 放大后，用记录仪快速记录到光敏记录纸上，或用计算机 处理结果。
质量分析器
质量分析器的作用：
将离子源产生的离子按m/z的大小分离聚焦。
质量分析器的种类：
1.单聚焦质量分析器 2.双聚焦质量分析器
3.飞行时间质量分析器
4.四极质量分析器
质量分析器原理
正离子被电位差为800~8000V的负高压电场 加速，加速后离子的动能 :
1 m 2 zU 2
m:离子质量 :离子的速度 z:离子所带的电荷数 U:加速电压
检测器的种类：
电子倍增管、法拉第筒、照相板、闪烁计数器等
§7-2
质谱图和主要离子峰
一、质谱图与质谱表
以质荷比m/z为 横坐标，离子强 度为纵坐标来表 示质谱数据。以 质谱中最强峰的 高度为100%。最 强峰称为基峰。
质谱表是用表格形式表示质谱数据，准确给出m/z值和相对强度。
质谱分析法
9.1概述质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。
被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质谱，通过样品的质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。
从J.J. Thomson制成第一台质谱仪，到现在已有近90年了，早期的质谱仪主要是用来进行同位素测定和无机元素分析，二十世纪四十年代以后开始用于有机物分析，六十年代出现了气相色谱-质谱联用仪，使质谱仪的应用领域大大扩展，开始成为有机物分析的重要仪器。
计算机的应用又使质谱分析法发生了飞跃变化，使其技术更加成熟，使用更加方便。
八十年代以后又出现了一些新的质谱技术，如快原子轰击电离子源，基质辅助激光解吸电离源，电喷雾电离源，大气压化学电离源，以及随之而来的比较成熟的液相色谱-质谱联用仪，感应耦合等离子体质谱仪，富立叶变换质谱仪等。
这些新的电离技术和新的质谱仪使质谱分析又取得了长足进展。
目前质谱分析法已广泛地应用于化学、化工、材料、环境、地质、能源、药物、刑侦、生命科学、运动医学等各个领域。
质谱仪种类非常多，工作原理和应用范围也有很大的不同。
从应用角度，质谱仪可以分为下面几类：有机质谱仪：由于应用特点不同又分为：无机质谱仪，包括：同位素质谱仪。
气体分析质谱仪。
主要有呼气质谱仪，氦质谱检漏仪等。
以上的分类并不十分严谨。
因为有些仪器带有不同附件，具有不同功能。
例如，一台气相色谱-双聚焦质谱仪，如果改用快原子轰击电离源，就不再是气相色谱-质谱联用仪，而称为快原子轰击质谱仪（FAB MS）。
另外，有的质谱仪既可以和气相色谱相连，又可以和液相色谱相连，因此也不好归于某一类。
在以上各类质谱仪中，数量最多，用途最广的是有机质谱仪。
因此，本章主要介绍的是有机质谱分析方法。
除上述分类外，还可以从质谱仪所用的质量分析器的不同，把质谱仪分为双聚焦质谱仪，四极杆质谱仪，飞行时间质谱仪，离子阱质谱仪，傅立叶变换质谱仪等。
质谱分析2
例如：
1. α断裂（游离基中心引发的断裂） 断裂（游离基中心引发的断裂） • 在奇电子离子（OE）中，定域的自由位置（即游离 基中心）由于有强烈的电子配对倾向，它即提供了 孤电子与毗邻（α位）的原子形成新的键，导致 α-原子另一端的键断裂。这种断裂通常称为α断 裂。 • 该键断裂时，两个碎片各得一个电子，因此是均裂。 用“ ”表示，也产生一个偶电子离子和一 个自由基。 • 其通式可表达为：
6.2
质谱裂解表示法
6.2.1 分子离子的表示方法 分子离子（ 一、分子离子（Molecular ion）和分子离子峰： ）和分子离子峰： • 分子经电子轰击，失去一个价电子形成的带正电荷离子称为 分子离子或母离子，质谱中相应的峰称为分子离子峰或母离 子峰。 • 通式为：M+e → M++2e 其中：M+表示分子离子。 • 分子离子峰一般位于质荷比最高位置，它的质量数即是化合 物的相对分子质量。 二、分子离子正电荷 + • 在质谱中用“+”或“ ”表示正电荷，前者表示分子中有 ⋅ 偶数个电子（EE），后者表示有奇数个电子（OE）。 • 正电荷位置要尽可能在化学式中明确表示，这有利于判断以 后的开裂方向。
2.判断裂片离子含偶数个电子还是奇数个电子的方法 判断裂片离子含偶数个电子还是奇数个电子的方法 • 由C、H、O、N组成的离子，其中N为偶数（包括零） 个时，如果离子的质量数为偶数则必含奇数个电子； 如果离子的质量数为奇数则必含偶数个电子。 • 由C、H、O、N组成的离子，其中N为奇数个时，若 离子的质量数为偶数则必含偶数个电子，若离子的 质量数为奇数则必含奇数个电子。 • 如果知道离子的元素组成，若该离子元素组成的总 化合价为偶数时，减去一变奇数，该离子为奇电子 离子，总化合价为奇数时，减去1，变偶数，该离子 为偶电子离子。
质谱分析
T = L(m / 2eU )
T∝m
1/ 2
1/ 2
特点：扫描速度快；不需电场、磁场 分辨率低
23
5、离子回旋共振分析器Ion Cyclotron Resonance，ICR 分离原理：采用交变磁场--射频场供能 ，改变离子运动 半径。不同的离子所匹配的交变磁场频率不同。改变电场 频率的扫描，获得不同 离子的相应信息。
质谱仪的分辨率：
故不能满足要求。
32
四、质谱分析基础
33
4.1 基本术语 1、电子离子的表示方法：
2、氮律： 有机化合物分子中，含有偶数个氮原子的分子量为偶 数，含有奇数个氮原子分子量为奇数。
34
3、化学键断裂方式 半异裂：离子的化学键开裂 X------Y+ → X+ + Y• 异裂：一个键裂开后，电子归属于一个碎片 X------Y → X+ + Y• • 均裂：一个键裂开，每个碎片上各保留一个电子 X------Y → X• + Y•
27
记录系统----质谱图 离子流，经检测器检测变成电信号，放大后由计算机 采集和处理后，记录为质谱图或用示波器显示。 质谱图表示方法： 棒图：是以质荷比（m/e ）为横坐标，以各 离子的 相对强度（也称丰度）为纵坐标构成。 把原始图上最强的离子峰定为基峰，并定其为相对强 度100%，其他离子峰以对基峰的相对百分值表示。每一条 直线代表一个 离子的质谱峰。
9
（三）离子源 作用：离子源的作用使样品离子化，并使离子汇聚成具有 一定形状和能量的离子束。 是质谱仪的心脏。离子源的结构和性质对质谱仪的分辨 率、灵敏度影响很大。 离子源类型： 电子轰击，化学电离、火花电离、ICP离子源等。 最常用的是电子轰击离子源
MS-质谱的表示方法(4)
准分子离子：
[MH]+, [M-H]+
同位素离子： 非单一同位素的元素在电离过程中产生同
位素离子，同位素离子构成同位素峰簇。
2019/1/16 1
质谱分析法－质谱的主要离子峰的类型
质谱中的离子
分子离子: M+ · , M - e →M+ ·
z=1时， 其m/z等于天然丰度最大的同位素的原子量之和。
16
质谱分析法－质谱的主要离子峰的类型
在一般有机分子鉴定时，可以通过同位素峰统 计分布来确定其元素组成，分子离子的同位素 离子峰相对强度之比符合一定的统计规律。 例如，在CH4的质谱图中，有其分子离子峰 m/z =17、16，而其相对强度之比I17/I16=0.011。 而在丁烷中,出现一个13C的几率是甲烷的4倍， 则分子离子峰m/z = 59、58的强度之比I59/I58 = 4×0.011 ×13=0.044；同样，在丁烷中出现一个
质谱分析法－质谱的主要离子峰的类型
4、亚稳离子
离子在离子源的运动时间约106s数量级, 寿命小于 106 s 的离子在离子源内进一步裂解。离子从离子源到达检测器的时
间约为105s数量级，离子寿命大于105s，足以到达检测器。
寿命106～105 s的离子，从离子源出口到达检测器之
前裂解并被记录的离子称亚稳离子，以m*表示.
M=130 M (RA) 100 N 100 C3 C C C4 20 6 2 0.5 0.5 0.1 0.1 O C2 C C5 C4 O C4 O C6 C NH 2 C5COOCl 90 8 2 1 0.5 0.1
10
M=130
M (RA) 100
C7CHO C6COOH C8NH2 C8OH C7Cl
第九章质谱分析法(共156张PPT)
MW: 165
[M-58]
[M-17]
3 快原子轰击(fast atom bombardment FAB)
原理：快原子(Ar或Xe）轰击样品产生离子 特点：
1. 适用于极性强，难汽化，分子量大的化合物分析
2. 得准分子离子，如（M+H)+ （M+Na)+ 碎片离子很少
3. FAB一般用作磁式质谱的离子源
结构:
四根棒状电极，形成四极场 1，3棒： (Vdc +Vrf) 2，4棒：- (Vdc+ Vrf ) 原理：在一定的Vdc Vrf 下 ， 只有一定质量的离子可通过四极场， 到达检测器，其他质量的离子碰到四极杆被吸收，在另外的 Vdc Vrf 下可接收到另外质量的离子。在一定的Vdc/Vrf)下，连续改 变Vrf或Vdc可实现质量扫描. 特点：扫描速度快，灵敏度高.
检测器（detecter）
真空系统（Vacuum system）
9.2.1 有机质谱仪的构成
GC LC 直接进样探头
进样系统
四极质量分析器 Quadrupole 四极离子阱 IT 扇形场质谱量分析器 Sector 飞行时间质谱仪 TOF-MS 离子回旋共振质谱仪 ICR-MS
离子源
质量分析器
离子检测器
某化合物的组成式为C8H8O2，其质谱图如图，确定化合物结构式。
m* 亚稳离子
它们的存在从质谱图中很容易判别。
酯可以发生α-裂解丢失 或OR自由基产生m/z59＋n×14和29＋n×14的离子.
根据精密质量就可以将这些物质区别开来
1960年代：研究GC-MS联用技术
分子离子一般指由天然丰度最高的同位素组合的离子，相应的有相同元素的其他同位素组成的离子称为同位素离子，在质谱中称为同位素峰.
[M-58]
[M-17]
3 快原子轰击(fast atom bombardment FAB)
原理：快原子(Ar或Xe）轰击样品产生离子 特点：
1. 适用于极性强，难汽化，分子量大的化合物分析
2. 得准分子离子，如（M+H)+ （M+Na)+ 碎片离子很少
3. FAB一般用作磁式质谱的离子源
结构:
四根棒状电极，形成四极场 1，3棒： (Vdc +Vrf) 2，4棒：- (Vdc+ Vrf ) 原理：在一定的Vdc Vrf 下 ， 只有一定质量的离子可通过四极场， 到达检测器，其他质量的离子碰到四极杆被吸收，在另外的 Vdc Vrf 下可接收到另外质量的离子。在一定的Vdc/Vrf)下，连续改 变Vrf或Vdc可实现质量扫描. 特点：扫描速度快，灵敏度高.
检测器（detecter）
真空系统（Vacuum system）
9.2.1 有机质谱仪的构成
GC LC 直接进样探头
进样系统
四极质量分析器 Quadrupole 四极离子阱 IT 扇形场质谱量分析器 Sector 飞行时间质谱仪 TOF-MS 离子回旋共振质谱仪 ICR-MS
离子源
质量分析器
离子检测器
某化合物的组成式为C8H8O2，其质谱图如图，确定化合物结构式。
m* 亚稳离子
它们的存在从质谱图中很容易判别。
酯可以发生α-裂解丢失 或OR自由基产生m/z59＋n×14和29＋n×14的离子.
根据精密质量就可以将这些物质区别开来
1960年代：研究GC-MS联用技术
分子离子一般指由天然丰度最高的同位素组合的离子，相应的有相同元素的其他同位素组成的离子称为同位素离子，在质谱中称为同位素峰.
质谱分析法
2.化学电离源（Chemical Ionization, CI）
试样电离是由离子—分子反应产生的 以CH4为反应气，XH为试样 5—500eV能量 CH4+e-→CH4++ CH3++ CH2++ C++ H2++H+ CH4++ CH3+ 90% CH4++ CH4→CH5++· CH3 CH3++ CH4→C2H5++ H2 C2H5++XH→XH2++ CH4 C2H5++XH→XH2++ C2H4 C2H5++XH→X++ C2H6
参考 P 215
生成的正离子再分解 XH2+→X++ H2 XH2+→A++ C X+→B++ D 样品可以是有机物、无机物，反应气除 CH4 外，可用 H2 、 NH3 、 C3H8 。即使是 不稳定的有机化合物，也可以得到很强 的分子离子峰，谱图简化。
3．高频火花电离源
无挥发性的无机样品如金属、半导体、矿 物的离子化，利用 30KV 脉冲高频电压，进 行火花放电。 特点：电离效率高。能量分散大（使用双 聚焦分析器）。不必进行定量校正，进行 定性和半定量分析。
2．照相板
曝光量则由时间或电量控制。利用谱线的 位置与黑度，对元素进行定性和定量分析。 主要用于火花源双聚焦质谱仪中，不需 要记录离子流强度和电子设备，灵敏度高， 但精度低，要先抽真空。
3．电子倍增器
工作原理与光电倍增管相似。 多用于气相与有机质谱中。优点：灵敏度 高，测定速度快 但：增益会逐渐下降。
2-丁酮 气相色谱质谱
2-丁酮气相色谱质谱
2-丁酮的气相色谱质谱分析方法如下：
- 色谱柱：毛细管柱或填充柱。
- 检测器：氢火焰离子化检测器（FID）或质谱检测器（MSD）。
- 色谱条件：柱温、进样口温度、检测器温度、载气流量等参数根据实际情况进行优化。
- 质谱条件：电离方式、电离能量、扫描范围、溶剂延迟时间等参数根据实际情况进行优化。
- 样品处理：将待测样品溶解在适当的溶剂中，进行超声提取或其他前处理步骤，以确保样品完全溶解并被充分净化。
- 定性分析：根据保留时间、质谱碎片离子等信息，与标准物质的色谱图和质谱图进行比较，确定目标化合物的存在。
- 定量分析：采用内标法或外标法对目标化合物进行定量分析，以获得样品中目标化合物的准确含量。
气相色谱质谱联用技术是一种强大的分析工具，可以快速、准确地检测和定量各种有机化合物。
在实际应用中，需要根据具体情况对色谱条件和质谱条件进行优化，以获得最佳的分离效果和检测灵敏度。
如果你需要更详细的信息，建议咨询专业的色谱分析人员或查阅相关文献。
第10章-质谱分析法
分析本领由下面这些因素决定：
１、离子通道半径 ２、加速器和收集器的狭缝宽度 ３、离子源
1000以下为低分辨率
三、质谱仪的基本结构
质谱仪须有进样系统、电离系统 ( 离子源或电离室）、质量分析器和检测 系统。为了获得离子的良好分析，必 须避免离子损失，因此凡有样品分子 及离子存在和通过的地方，必须处于 真空状态。
有机化合物受高能作用时会产生各种形式的 分裂，一般强度最大的质谱峰相应于最稳定的碎 片离子，通过各种碎片离子相对峰高的分析，有 可能获得整个分子结构的信息。碎片离子并不是 只由M+一次碎裂产生，还可能会断裂或重排产生， 因此要准确地进行定性分析最好与标准图谱进行 比较。
有机化合物中，C－C键不如C－H键稳定， 因此烷烃的断裂一般发生在C－C键之间，且较 易发生在支链上。各类有机化合物分子离子的稳 定性次序为：芳香烃>共轭多烯烃>环状化合物> 羰基化合物>醚>酯>胺>醇>支链烷烃。
质谱过程
撞击
高速电子
气态分子
顺序谱图
按质荷比m/z
得到
阳离子
导 入
质量分析器
峰位置
峰强度
定性结构
定量分析
进样系统
1.直接进样 2.间接进样
离子源
质量分析器
1.电子轰击 2.化学电离 3.电喷雾电离 4.激光解吸
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.离子阱 5.四极杆
检测器
质量分析器
•
质谱仪的质量分析
I17/I16=0.011。而在丁烷中，出现一个13C的几率是 甲烷的4倍，则分子离子峰m/z=59、58的强度之比
I59/I58 =0.044。同样，在丁烷中出现M+2(m/z=60) 同位素峰的几率为0.00024，即I60/I58＝0.00O24， 非常小，故在丁烷质谱中一般看不到(M＋2)+峰。
１、离子通道半径 ２、加速器和收集器的狭缝宽度 ３、离子源
1000以下为低分辨率
三、质谱仪的基本结构
质谱仪须有进样系统、电离系统 ( 离子源或电离室）、质量分析器和检测 系统。为了获得离子的良好分析，必 须避免离子损失，因此凡有样品分子 及离子存在和通过的地方，必须处于 真空状态。
有机化合物受高能作用时会产生各种形式的 分裂，一般强度最大的质谱峰相应于最稳定的碎 片离子，通过各种碎片离子相对峰高的分析，有 可能获得整个分子结构的信息。碎片离子并不是 只由M+一次碎裂产生，还可能会断裂或重排产生， 因此要准确地进行定性分析最好与标准图谱进行 比较。
有机化合物中，C－C键不如C－H键稳定， 因此烷烃的断裂一般发生在C－C键之间，且较 易发生在支链上。各类有机化合物分子离子的稳 定性次序为：芳香烃>共轭多烯烃>环状化合物> 羰基化合物>醚>酯>胺>醇>支链烷烃。
质谱过程
撞击
高速电子
气态分子
顺序谱图
按质荷比m/z
得到
阳离子
导 入
质量分析器
峰位置
峰强度
定性结构
定量分析
进样系统
1.直接进样 2.间接进样
离子源
质量分析器
1.电子轰击 2.化学电离 3.电喷雾电离 4.激光解吸
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.离子阱 5.四极杆
检测器
质量分析器
•
质谱仪的质量分析
I17/I16=0.011。而在丁烷中，出现一个13C的几率是 甲烷的4倍，则分子离子峰m/z=59、58的强度之比
I59/I58 =0.044。同样，在丁烷中出现M+2(m/z=60) 同位素峰的几率为0.00024，即I60/I58＝0.00O24， 非常小，故在丁烷质谱中一般看不到(M＋2)+峰。
第五章：质谱法测定分子结构(二)-大分子
➢ 电喷雾法
一个很有前途的样品制备方法是电喷雾沉积法，比起传统的干点甚或薄层法， 电喷雾法的优点在于它可以形成小而均匀的结晶体。电喷雾沉积法制得样品的点 点之间重复性好，并且信号强度较大，层式的电喷雾效果更好一些。
➢ 压片法
对于不溶的高分子样品，如聚氨酯和大的多环芳香化台物，发展了一砷新的 制样方法—压片法．即将样品和基质按一定比例混合后用球磨机研磨均匀，压成 薄片进行MALDI-TOF-MS分析。
NH2
OC2H5 NN
Cl [ N N
H
OC2H5 NN
Cl [ N N
H
OC2H5 NN
HO [ N N
H
OC2H5
HN N
N
]
n
N
Cl
OC2H5
HN N
N
]
n
N
OH
OC2H5
HN N
N ]n N
OH
3、高分子混合物分析
第五章：质谱法测定分子结构
用MALDI分析不同种类的高分子混合物的文章很少．也许是因为离 子化效率的显著不同和其他一些歧视固素。例如二两种窄分布的标准品 PS10200和和PMMA9200分别溶解在THF中，以几种体积比混合，接着以 IAA为基质加甲酸钠或以蒽三酚为基质加三氟乙酸银。在第一套实验方案 中，PS和PMMA的体积比从0:1增加到199:1，基质是IAA/Na，也就是对 PMMA是最佳条件，试验结果十分令入惊奇，甚至PMMA是以0 5％的不 纯物存在干PS中，质谱图仍然是PMMA的[M＋Na]+峰为主要峰。在第二套 实验中，PS和PMMA的体积比从1:0到1:9，基质是蒽三酚/Ag．也就是PS 的最优化条件。在所有混合物实验中，PMMA是主要离子，而PS仅以相对 干PMMA为10%的峰出现，质谱图上主要是PMMA的峰。
一个很有前途的样品制备方法是电喷雾沉积法，比起传统的干点甚或薄层法， 电喷雾法的优点在于它可以形成小而均匀的结晶体。电喷雾沉积法制得样品的点 点之间重复性好，并且信号强度较大，层式的电喷雾效果更好一些。
➢ 压片法
对于不溶的高分子样品，如聚氨酯和大的多环芳香化台物，发展了一砷新的 制样方法—压片法．即将样品和基质按一定比例混合后用球磨机研磨均匀，压成 薄片进行MALDI-TOF-MS分析。
NH2
OC2H5 NN
Cl [ N N
H
OC2H5 NN
Cl [ N N
H
OC2H5 NN
HO [ N N
H
OC2H5
HN N
N
]
n
N
Cl
OC2H5
HN N
N
]
n
N
OH
OC2H5
HN N
N ]n N
OH
3、高分子混合物分析
第五章：质谱法测定分子结构
用MALDI分析不同种类的高分子混合物的文章很少．也许是因为离 子化效率的显著不同和其他一些歧视固素。例如二两种窄分布的标准品 PS10200和和PMMA9200分别溶解在THF中，以几种体积比混合，接着以 IAA为基质加甲酸钠或以蒽三酚为基质加三氟乙酸银。在第一套实验方案 中，PS和PMMA的体积比从0:1增加到199:1，基质是IAA/Na，也就是对 PMMA是最佳条件，试验结果十分令入惊奇，甚至PMMA是以0 5％的不 纯物存在干PS中，质谱图仍然是PMMA的[M＋Na]+峰为主要峰。在第二套 实验中，PS和PMMA的体积比从1:0到1:9，基质是蒽三酚/Ag．也就是PS 的最优化条件。在所有混合物实验中，PMMA是主要离子，而PS仅以相对 干PMMA为10%的峰出现，质谱图上主要是PMMA的峰。
质谱分析法
解决办法： 加一静电场Ee，实现能量分散：
mv 2 2 EM Ee Re Re
2 EM Re Ee
对于动能不同的离子，通过调节电 场能，达到聚焦的目的。
双聚焦分析器的特点：分辨率高
3 四极杆分析器 (quadrupole analyzer) 由 4根 棒状电极 组成，电 极材料是 镀金陶瓷 或钼合金。
3 四极杆分析器 (quadrupole analyzer) 4 离子阱分析器 (Ion trap)
5 飞行时间分析器(time of flight）
6 傅立叶变换离子回旋共振
（Fourier tranform ion cyclotron resonance）
（1）单聚焦分析器（single focusing mass analyzer）
这些碎片可能是分子离子、同位素离子、碎片离子、 重排离子、多电子离子、亚稳离子、第二离子等，通 过这些碎片可以确定化合物的分子量，分子式和其结 构。
1、质谱仪的发展史 1912年:
40年代:
世界第一台质谱装置
质谱仪用于同位素测定
50年代： 分析石油 60年代： 研究GC-MS联用技术 70年代： 计算机引入 80年代： 研究LC-MS联用技术 90年代： 研究蛋白质分析技术
大气压化学电离源
(Atmospheric pressure chemical Ionization, APCI)
常压下通过电晕放电，使空气中某些中性 分子电离，产生H3O+、N2＋、O2＋和O＋ 离子，这些离子与样品分子发生离子－ 分子反应，产生分子离子。 特点： 质谱碎片少，主要是准分子离子，化合 物相对分子质量小于1000，适宜分析中 等极性化合物。
8.2 质谱分析基本原理
mv 2 2 EM Ee Re Re
2 EM Re Ee
对于动能不同的离子，通过调节电 场能，达到聚焦的目的。
双聚焦分析器的特点：分辨率高
3 四极杆分析器 (quadrupole analyzer) 由 4根 棒状电极 组成，电 极材料是 镀金陶瓷 或钼合金。
3 四极杆分析器 (quadrupole analyzer) 4 离子阱分析器 (Ion trap)
5 飞行时间分析器(time of flight）
6 傅立叶变换离子回旋共振
（Fourier tranform ion cyclotron resonance）
（1）单聚焦分析器（single focusing mass analyzer）
这些碎片可能是分子离子、同位素离子、碎片离子、 重排离子、多电子离子、亚稳离子、第二离子等，通 过这些碎片可以确定化合物的分子量，分子式和其结 构。
1、质谱仪的发展史 1912年:
40年代:
世界第一台质谱装置
质谱仪用于同位素测定
50年代： 分析石油 60年代： 研究GC-MS联用技术 70年代： 计算机引入 80年代： 研究LC-MS联用技术 90年代： 研究蛋白质分析技术
大气压化学电离源
(Atmospheric pressure chemical Ionization, APCI)
常压下通过电晕放电，使空气中某些中性 分子电离，产生H3O+、N2＋、O2＋和O＋ 离子，这些离子与样品分子发生离子－ 分子反应，产生分子离子。 特点： 质谱碎片少，主要是准分子离子，化合 物相对分子质量小于1000，适宜分析中 等极性化合物。
8.2 质谱分析基本原理
质谱分析法二
质谱分析法二质谱分析法(二)2010-04-18 17：195检测与记录质谱仪常用的检测器有法拉第杯(Faraday Cup)、电子倍增器及闪烁计数器、照相底片等。
Faraday杯是其中最简单的一种，其结构如图所示。
Faraday杯与质谱仪的其他部分保持一定电位差以便捕获离子，当离子经过一个或多个抑制栅极进入杯中时，将产生电流，经转换成电压后进行放大记录。
Faraday杯的优点是简单可靠，配以合适的放大器可以检测≈10-15A的离子流。
但Faraday杯只适用于加速电压<1kV的质谱仪，因为更高的加速电压使产生能量较大的离子流，这样离子流轰击入口狭缝或抑制栅极时会产生大量二次电子甚至二次离子，从而影响信号检测。
21-2质谱图及其应用(一)质谱图与质谱表质谱法的主要应用是鉴定复杂分子并阐明其结构、确定元素的同位素质量及分布等。
一般质谱给出的数据有两种形式：一是棒图及质谱图，另一个为表格即质谱表。
质谱图是以质荷比(m/z)为横坐标、相对强度为纵坐标构成，一般将原始质谱图上最强的离子峰定为基峰并定为相对强度1O0%，其他离子峰以对基峰的相对百分值表示。
质谱表是用表格形式表示的质谱数据，质谱表中有两项即质荷比及相对强度。
从质谱图上可以很直观地观察到整个分子的质谱全貌，而质谱表则可以准确地给出精确的m/z值及相对强度值，有助于进一步分析。
(二)分子离子峰、碎片离子峰、亚稳离子峰及其应用质谱信号十分丰富。
分子在离子源中可以产生各种电离，即同一种分子可以产生多种离子峰，其中比较主要的有分子离子峰、同位素离子峰、碎片离子峰、重排离子峰、亚稳离子峰等。
1.分子离子峰试样分子在高能电子撞击下产生正离子，即M+e→M++2e M+称为分子离子或母离子(parrent ion)。
分子离子的质量对应于中性分子的质量，这对解释本知质谱十分重要。
几乎所有的有机分子都可以产生可以辨认的分子离子峰，有些分子如芳香环分子可产生较大的分子离子峰，而高分子量的烃、脂肪醇、醚及胺等则产生较小的分子离子峰。
(完整版)质谱分析图谱解析全
■ 含硫的样品 32S : 33S : 34S = 100 : 0.8 :4.4
RI(M+1) / RI(M) ×100 = 1.1x + 0.37z+ 0.8S RI(M+2) / RI(M) ×100 = （1.1x）2 / 200 + 0.2w +4.4S
■ 含Si的化合物 28 Si : 29Si : 30Si = 100 : 5.1 : 3.4
9 24 22 8 1
即 M: (M+2): (M+4): (M+6): (M+8)＝9: 24: 22: 8: 1
如果两个离子分别含有1个溴和3个氯，虽然(M+2)峰的相对强 度差不多，但是(M+4)峰却有差别。在考虑(M+2)峰的相对强 度时，还必须考虑(M+1)峰对它的贡献。
DBE（或UN）的计算
同位素峰簇及其相对丰度
■ 对于C, H, N, O组成的化合物， 其通式：CxHyNzOw RI(M+1) / RI(M) ×100 = 1.1x + 0.37z ( 2H 0.016, 17O 0.04忽略 ) RI(M+2) / RI(M) ×100 = (1.1x）2 / 200 + 0.2w
设x = 5, w=1,
则 y =9, 可能的分子式 C5H9OBr, Ω =1 也合理
由碎片离子 可判断其为
C6H13Br
例 设 m/z 154为分子离子峰, 154-139=15, 合理 m/z 154 155 156 157 RI 100 9.8 5.1 0.5
分子中含有1个s x = (9.80.8)/1.18
例：化合物中含有2个氯和2个溴原子
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支链烷烃：1）分枝烷烃的分子离子峰强度较直链烷烃降低。 2）各峰簇顶点不再形成一平滑曲线，因在分枝处易 断裂，其离子强度增加。 3）在分枝处的断裂，伴随有失去单个氢原子的倾向， 产生较强的 Cn H2n 离子。 4）有 M－15 的峰。 环烷烃：1）由于环的存在，分子离子峰的强度相对增加。 2）常在环的支链处断开，给出 Cn H2n-1 峰， 也常伴随氢原子的失去，因此该 CnH2n-2 峰较强。 （41、55、56、69…） 3）环的碎化特征是失去 C2H4 （也可能失去 C2H5）。
H
O
+
.
OCH3
.
OCH3
15
m/z74 奇电子离子
� 乙酯和高级酯
RCOOR′: 当R′大于丁基时，M+• 很小。
第四章：质谱法测定分子结构
H
.+
O O
rH
.
H
+
O O
α
H +
+
O
.O
m/z60
.
H O
H
+
H
O
+
.
m/z56
+ O
O
.
rH
双氢重排
OH + HO
m/z47,61,75 特征离子系列
第四章：质谱法测定分子结构
质谱法（下）
Mass Spectrum
1
第四章：质谱法测定分子结构
常见各类化合物的质谱特征
诱导断裂是由正电荷诱导、吸引一对电子而发生的断裂， 其结果是正电荷的转移。诱导断裂常用i来表示。
2
一、烃类
随机重排倾向，氢原子和碳骨架都可能(饱和烃中最为严重)
第四章：质谱法测定分子结构
. CH R . 2 -R
+ + +
CH2
CH2
+
m/z91
+ m/z65
重排(R足够长时) 麦氏 麦氏重排
.
+
H
H
+
H
+ .
C2H4
m/z92
当α碳上有分枝时
CH3 R C CH3
+.
α
R
.
+ (CH3 )2C
re
+
+
7
C2 H4
+ C 7H 7
第四章：质谱法测定分子结构
8
二、醇类
第四章：质谱法测定分子结构
Relative Intensity
100 50
29
43
57
71
85 99 113 142
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 100110 110120 120130 130140 140150 3
M/Z
第四章：质谱法测定分子结构
+
i
m/z71, 59, 43,29
C3H7
rH
.
+
O
α
C3H7 +
H
+
O
m/z58
.
H
C3H7
.
H O
+
i
C3H7
.
+
O
+
13
m/z70
� 芳香酮
分子离子很强， α-断裂，m/z105, 苯酰离子 i-断裂 m/z77
.
+
第四章：质谱法测定分子结构
O C CH3 α C
.
+
O m/z105
+
CH3
38,39,50,51,52,63,64,65,75,76,77
离子式 CnH2n+1+ CnH 2n-1O + CnH 2n+2N+ CnH2n+1O + CnH2n-1O 2+ CnH2n-1S+ CnH2nCl+ CnH 2n-2HN + CnH2n-1+ CnHn+
4
第四章：在双键，电离势下降，能稳定M+• ，有显著的M+• 。
第四章：质谱法测定分子结构
…）系列离子峰较强，m/z 41往往是基峰。 83… 特点： CnH2n-1（m/z 41、55、69、83 + + •+ · CH2－CH=CHR 烯丙基断裂 R'－CH2－CH－CHR → R' + CH2=CHR 双键发生转移，不能区分顺反和位置异构体。 CnH2n+•可能是麦 氏重排产物 可能是麦氏
� 如脂肪胺类
特征： α断裂，强峰。 重排和置换重排。
H + . (CH3)2CHCH2CH2NH α CH2 C 4H9 CH2 NH +
rH
+ HCH2
NH + m/z44
23
八、酰胺类
� 如正十二烷酸酰胺
…… 86,…… 特征：失去烷基产生离子系列 m/z44, (58), 72, 86, CnH2n+1+ 和 CnH2n-1+ 存在但较弱 麦氏重排，特征离子。
第四章：质谱法测定分子结构
+
RC
O
CO
R
+
( C n H 2n+1 + )
Relative Abundance
琥珀酐
80 60 56 40 20 100 0 20 40 60 80 100 120
O
O
O 56
m/z
20
六、醚类
第四章：质谱法测定分子结构
醚类有较强的M+• ， 有时还有[M+1]+或 [M-1]+，可用于判断分子量。
特征： α断裂，麦氏重排。
第四章：质谱法测定分子结构
100 43
Relative Abundance
80 60 40 20
58
71 0 20 40 60 80
95 100
110 120
128 140
m/z
C3H7 H .+ O α α C6H15CO i H
+ +
CH3C
O
m/z43
i
C6H13
m/z85
R H . R' + rH R . H + R' α R + H R'
6
� 芳香烃
第四章：质谱法测定分子结构
M+• 强度较大，芳环上π电子 的共轭作用，对稳定电荷有好处，容易产生双电荷 或多电荷离子。 特点：苯环开环产生特征离子，m/z39(C3H3+), m.z50,51,52(C4H4+), m/z63, 64, 65(C5H5+), 66。 C6H5(CH2)n+，链上断裂裂的产物，苄基断裂最显著。
27
第四章：质谱法测定分子结构
A、低质量区离子系列
常见离子系列
m/z 15,29,43,57,71,…… 29,43,57,71,85,…… 30,44,58,72,86, …… 31,45,59,73,87, …… 45,59,73,87,101, …… 33,47,61,75,89, …… 35,49,63,77,91, …… 40,54,68,82,96, …… 27,41,55,69,83, ……
� 电离发生在氧的非键轨道上，从电离角度M+• 应稳定存在，但由于离子化的羟 基引发的分解更快，因此M+•很小。 � 醇类易发生离子-分子反应，生成[M+H]+或[M-H]+，从而补偿M+• 很弱的不 足，有利于判断分子量。 �所有的伯醇（甲醇除外）、高分子量的仲醇和叔醇易失去水，形成M-18的峰。 =31、45为特征离子（含氧系列离子） 。 � m/z m/z=31
m/z31
+
i i
+
m/z43
i i
C2H4
i
m/z71
+
21
第四章：质谱法测定分子结构
� 芳香醚
苯甲醚：[M－CH3]+ [M－CH3CO]+, [M－CH2]+ [M－OCH3]+。 特征的奇电子离子。 乙基或更高级烷基芳香醚：消去CnH2n，给出 ，给出特征的奇电子离子。 重排：
H . + O
第四章：质谱法测定分子结构
OH H.
+
CH2OH H.
+.
如有苄基碳，[M-H]+较强
CH3 对甲苯酚 七元环
+
苄醇
+.
H CH2
.+
OH rH CH2
.
H OH
CH2
i
邻位效应
H O
+
H2O
.+
C
.
O rH O
OCH3
H OCH3 C O
+
O
O C
+.
i
+
CH 11 3OH
三、醛类和酮类
第四章：质谱法测定分子结构
脱水：
C2H5 H
.+
OH rH
C2H5
+ . H OH
C2H5
i
-H2O
.
+
i
C2H5
.
+
+ C2H4
失水后的醇酷似相应烯烃的质谱图，产生CnH2n+1和 CnH2n+系列离子。