第六章 质谱
第六章 质谱4

(b) 化合物中若除 、H、O、N、F、I、P外还 化合物中若除C、 、 、 、 、 、 外还 含s个硫 个硫 时: CxHyOzNwSs则除了上述同 则除了上述同 位素外, 的贡献: 位素外,还要考虑33S、34S的贡献: 、 的贡献 以分子离子M的相对丰度为 以分子离子 的相对丰度为100时: 的相对丰度为 时 M+1相对丰度 相对丰度=1.1 × x + 0.37 × w + 0.8 × s 相对丰度 M+2的相对丰度 (1.1×x)2/200 + 0.20×z + 4.4×s 的相对丰度= 的相对丰度 × × ×
一些重同位素与最轻同位素天然丰度相对比值* 一些重同位素与最轻同位素天然丰度相对比值
重同 位素 轻同 位素
13C 2H 17O 18O 15N 33S 34S 37Cl 81Br 29S 30Si
i
12C 1H 16O 16O 14N 32S 32S 35Cl 79Br 28S 28Si
i
相对 1.11 0.015 0.04 0.20 0.37 0.80 4.4 32.5 98.0 5.1 3.4 忽略 忽略 丰度 %
在质谱中出现的质量最大处的主峰是分子 离子峰,还是碎片峰, 离子峰,还是碎片峰,可根据以下几点判断 : 1.注意质量数是否符合氮元素规则。 注意质量数是否符合氮元素规则。 注意质量数是否符合氮元素规则 2.与邻近峰之间的质量差是否合理。 .与邻近峰之间的质量差是否合理。 一般认为分子离子和碎片峰差4~14; 一般认为分子离子和碎片峰差 ; 21~25;37,38,50~53,65,66等是不合 ; , , , , 等是不合 理的丢失。 理的丢失。
之一, (c)化合物若含 、Br之一,它们对 )化合物若含Cl、 之一 它们对M+2、 、 M+4的贡献可按 的贡献可按(a+b)n的展开系数推算,若同 的展开系数推算, 的贡献可按 的展开系数推算 时含Cl、 ,可用(a+b)n •(c+d)m的展开系数 时含 、Br,可用 的展开系数 推算。 推算。
第六章 质谱分析法

现代件 • 3. 1 色谱条件:色谱柱: AB5MS(30m×0.25mm×0.25μm)弹性石英毛细管柱, 进样口温度250℃,柱温60℃,恒温1min,以20 ℃ /min 升温至220 ℃,保持1 min,再以5℃ /min 升温至280℃,保持4min。载气He,柱流速1.0mL /min,分流比10∶1,进样量0.5μL。 • 3. 2 质谱条件:EI 离子源,电子能源70eV,扫描 范围29~450 u,四极杆温度150 ℃,离子源温度 230℃,电子倍增器电压2300V,GC-MS 接口温度 280℃,标准质谱图库Wiley7n.L。
现代食品检测技术第一部分——质谱分析
通过改变仪器实验条件来检验:
1)降低电子流电压——增加分子离子峰强度 (当电子轰击电压降低,强度不增加的峰 不是分子离子峰)。 2)采用化学电离源、场离子或场解吸源等电 离方法; 3)制备易挥发的衍生物,如通过甲基化、乙 酰基化、甲酯化、三甲基硅醚化、水解氧 化或还原等方法将样品制备成适当的衍生 物后再测定。
现代食品检测技术第一部分——质谱分析
2. 样品预处理 • 2. 1 不含油的水性样品此类样品包括饮用 水、果汁、功能饮料、可乐等饮料。准确 移取样品5mL(可乐样品需先超声振荡20 min 去除二氧化碳,有固形物的饮料先离 心取上清液),加至10 mL 具塞刻度试管中, 准确加入正己烷2.0 mL,充分旋涡混合, 静置分层,取上清液进行GC-MS 分析。
现代食品检测技术第一部分——质谱分析
质谱是应用最为广泛的方法之一,它可以 为我们提供以下信息: a) 样品元素组成; b) 无机、有机及生物分析的结构——结构不同, 分子或原子碎片不同(质荷比不同) c) 复杂混合物的定性定量分析——与色谱方法 联用(GC-MS) 。
第六章 质谱-new

nC
nH M (12nC 16nO 14nN )
RA M RA M
2
100
0 .20
0 .006
n
C
nO
RA M 1 RA M
100
0 .36
1.1nC
nN
最后判断导出的分子式是否合理,合理的分子式,除该式的式量 等于相对分子质量外,还要看其是否符合氮律,不饱和度是否合 理,UN<0,不合理,UN过大而组成式子的原子数目过少,不符 合有机化合物的结构,也不合理。
C2H5 105
127
142
71
108110
29 27
C2H5B r
8193 79
95
Br
156158
51 77
表3 常 见 由 分 子 离 子 丢 失 的 碎 片 及 可 能 来 源
碎片离子
M-1,M-2
M-15 M-16 M-17,M-18 M-19,M-20
M-25 M-26 M-27 M-28 M-29 M-30 M-31 M-32 M-33 M-34
7、综合分析以上得到的全部信息,结合分子式及不饱和度,推导出化 合物的可能结构。
8、分析所推导的可能结构的裂解机理,看其是否与质谱图相符,确定 其结构,并进一步解释质谱,或与标准谱图比较,或与其他谱(1HNMR,IR)配合,确证结构。
某化合物的质谱图和质谱数据如下, 推化合物分子式
m/z RA m/z RA m/z RA m/z RA m/z RA
①N律
由C,H,O 组成的有机化合物,M 一定是偶数。 由C,H,O,N 组成的有机化合物,N 奇数,M 奇数。 由C,H,O,N 组成的有机化合物,N 偶数,M 偶数。 分子离子峰与相邻峰的质量差必须合理。
第六章 质谱2

R
H
-.R
CH 2CH 2CH3
NH 2 HC C H2
CH 2 CH 2
NH 3
CH
+
HC CH 2 CH 3
H 2C
CH 2
H 2C H 2CLeabharlann HO CH
第 1次 重 排 CH 2
C3H7
C HO C H2
CH 2 CH 2
第 2次 重 排
HO
+
CH 2
H 2C
CH 2
C H2
常见的麦氏重排离子(最低质量数)
m/z 101 ,10%
在简单开裂中,若失去的是一个自由 基,则一个奇电子离子开裂得到一个偶电 子离子,电子的奇偶性在反应前后不一致。 若失去一个中性分子,开裂前后电子奇偶 性相同。
2.重排开裂
在共价键断裂的同时,有氢原子的转 移。一般有二个键发生断裂,少数情况下 发生有碳骨架重排。一般重排开裂前后离 子电子奇偶性不发生变化(并不完全都是 这样)。
一个氢原子转移到杂原子上。发生一个电荷定 位引发的反应,即杂原子的一个键断裂形成 (MHYR)+· 离子或HYR+· 离子。
H H2C YR CHR (CH2)n HYR CHR (CH2)n
H2C
H2C
CHR +
HYR
(CH2)n ( 电 荷 保 留 )
H2C
HYR CHR (CH2)n
i-
H2C
综上所述,有机化合物在质谱中的分子 离子的稳定性(即分子离子峰的相对丰度) 有如下次序: 芳香类化合物>共轭多烯>烯烃>环状化合 物>羰基化合物>直链烷烃>醚>酯>胺> 酸>醇>高度分支的烷烃
第六章 质谱

Sample Introduction: Gas Chromatography-MS (GC-MS)
• GC output to mass spectrometer
• Sample already in gas phase
Sample+ He from GC
Sample He Vacuum pump
优点:可提供丰富的结构信息。
缺点:有些化合物的分子离子不出现或很弱
电子轰击电离
Electron Impact (EI)
+
+ +
+ +
(M-R2)+ (M-R1)+ M+ (M-R3)+
: R1 : R2 : R3 : R4 :e
Mass Spectrometer
化学电离
(Chemical Ionization,CI)
离子室内的反应气(甲烷等;10~100Pa, 样品的103~105倍),电子(100~240eV)轰击,产 生离子,再与试样分离碰撞,产生准分子离子。 最强峰为准分子离子; 最强峰为准分子离子; 谱图简单; 谱图简单; 不适用难挥发试样; 不适用难挥发试样;
气体分子
+ +
试样分子
准分子离子 电子 + (M+1)+;(M+17) +;(M+29) +;
发展史: 发展史:
1898 W. Wien 1910
J. J. Thompson
发现带正电荷的离子束在磁场中发生偏转。 使用简单的电场-磁场组合装置, 获得了抛 物线族的质谱, 证明了20Ne, 22Ne两种同位 素的存在(获Noble物理奖)。 采用电子轰击技术(EI)使分子离子化。 制得了第一台速度聚焦质谱仪。提出每种同 。 位素的质子和中子在结合成原子核时,具有特 定的质量亏损(并非整数值)(获Noble物理奖)。 商品MS出现, 用于石油精炼和橡胶工业。 Hens. G. Dohmelt和 W. Paul因离子阱 (Ion trap)的应用获诺贝尔物理奖。
第六章 质谱3讲解

(F表示碎片离子质量数)。
不要将络合离子峰误当作分子离子 峰。
CH3(CH2)3CN + CH3(CH2)3CN
M=83
M
CH3(CH2)3CNH (M+1)+ m/z 84
CH3(CH2)3CN M
CH3(CH2)3CN M
CH2CNH + H3C CH
第四节 质谱中离子的类型
阳离子一般有七种类型,即分 子离子、单纯裂解离子、重排离子、 络合离子、亚稳离子、同位素离子 和多电荷离子。
一、分子离子
1.有机分子失去一个电子所得的离子 叫分子离子,其质荷比是该化合物的 分子量,用“M+·”表示。
2.有机化合物分子离子都是奇电子 离子。经常的简写为M,而将正电 荷及单电子符号省略。
在分子中只含C,H,O,S,X元素时,分子 量M为偶数;
若分子中除上述元素外还含N,则含奇 数氮时分子量M为奇数,含偶数氮时分子 量M为偶数。
例如:CH4 C2H5OH H2NCH2CH2NH2 分子离子质量分别为16、46、60,
CH3NH2、C5H5N 分子离子质量分别为31、79
二.简单裂解离子
m*= (m2)2 m1
式中m*为亚稳离子的"表观质量"。
亚稳离子在质谱上的应用主要是用 以证明m1→m2这一裂分的"亲缘"关系。
如:在下列裂解中,会有表观质量56.5 的亚稳离子。
C
+ -CO O
C6H5+
m/Z 105
m/Z 77
m*=772/105=56.5
六.同位素离子
(新)有机化合物谱图解析-质谱图分析(一)

Analyte Ion (M+H)
+ + +
CH5 , C2H5 , C3H5 C4H9 NH4 NH4 F
+ +
(M+H) , (M+ C2H5) , (M+ C3H5)
+ + +
+
(M+H) , (M+ C4H9) (M+H) , (M+ NH4) (M+H)
+
+
+
+ -
CH3O
(M-H)
+
3)应用氮规则 当化合物不含氮或含偶数个氮时,其分子量为偶数; 当化合物含奇数个氮时,其分子量为奇数。
4)分子离子峰的强度和化合物的结构类型密切相关。 (1) 芳香化合物共轭多烯脂环化合物短直链烷烃 某些含硫化合物。通常给出较强的分子离子峰。 (2) 直链的酮、酯、醛、酰胺、醚、卤化物等通常显 示分子离子峰。 (3) 脂肪族且分子量较大的醇、胺、亚硝酸酯、硝酸 酯等化合物及高分支链的化合物通常没有分子离子峰。
-
(M-H)
(M+ C4H9)
+
CI(with isobutane as the reagent gas) and EI mass spectra of C6H5CH2CH2CH2CH2CH3
6.1.6 用低分辨质谱数据推测未知物元素组成
1)利用元素分析数据求元素组成 。 2)利用碳谱、氢谱数据。 3)利用同位素峰簇 有机化合物中的常见元素通常不只含一种同位素,因此 分子离子峰或碎片离子一般都以同位素峰簇的形式存在。 设某一元素有两种同位素,在某化合物中含有m个该元 素的原子,则分子离子同位素峰簇各峰的相对强度为:
第六章 质谱1

由于样品需溶解或分散在高沸点的基质材料中 (甘油、三乙醇胺、聚乙二醇),基质会产生 相应的峰,谱图中总是存在大量的基质离子峰, 特别在低质荷比端有 [G+H]+ 、[2G+H]+、[G +Na]+ 等基质形成的干扰离子,使得到的谱图 比较复杂,背景干扰较大 。
基质辅助激光解析电离
(Matrixassisted Laser DesorptionIonization, MALDI)
由于样品需溶解或分散在高沸点的基质材料中甘油三乙醇胺聚乙二醇基质会产生相应的峰谱图中总是存在大量的基质离子峰特别在低质荷比端有等基质形成的干扰离子使得到的谱图比较复杂背景干扰较大将样品分散于基质中形成共结晶薄膜用一定波长的脉冲式激光照射样品与基质基质分子从激光中吸收能量传递给样品分子使样品分子瞬间进入气相并电离
在离子源中引入大量的反应气体, 样品直接导入离子源并气化,在大量反 应气体的气氛中,灯丝发射的电子不是 直接轰击样品分子而首先与反应气体分 子发生作用产生反应离子,这些离子再 与样品分子发生离子-分子反应实现电离。 通常使用的反应气体有:甲烷、异丁烷、 氨等。
反应气体一般是甲烷、异丁烷、氨等, 生成 (M+H)+, (M-H)+, (M+NH4)+ 的准分子离子。
4、检测器:
接收离子束流的装置, 有:直接电检测器 电子倍增器 闪烁检测器 微通道板
5、计算机及打印机
由接口、计算机、软件构成 不仅用作数据采集、存储、处理、检索和 仪器的自动控制,而且还拓展了质谱仪的功 能。
二、质谱仪性能指标
1. 质量范围(mass range) 质谱仪所能测定的离子质荷比的范围。 四极质谱: 1000以内 离子阱质谱: ~ 6000 飞行时间质谱: 无上限
第六章 蛋白质定量和定性分析

5.0
5.0
摇匀,室温下放置10分钟
Folin-酚试剂乙/ml 0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
摇匀,在30℃保温(或室温下放置)30分钟
A 500nm
0
• 2.样品中蛋白的测定
•
取2支试管,分别加入0.2毫升样品(待测)稀
释液,再加入0.8毫升蒸馏水使样品体积达到1毫
升。
•
将样品的光吸收值在标准曲线上查出相应的
(2)测定快速,简洁,只需要加一种试剂.完成一个样品的测定,只 要5分钟左右 .由于染料与蛋白质结合的过程,大约只要2分 钟即可完成,其颜色可以在1小时内保持稳定,且在5分钟至20 分钟之间,颜色的稳定性最好.
三 氨的吸收
1 、蒸馏器洗净后,从G加入小瓷片数粒,开放水龙头和P3使 瓷片随水流入A,水放至A球颈处即可.
2 、取150ml锥形瓶,加入2%硼酸20ml(内加2~3滴混合指示 剂),将锥形瓶置于M下并使管口接触至硼酸溶液底层.
3 、准确吸取稀释消化液5ml,由漏斗D注入蒸馏器,少量蒸 馏水冲洗漏斗,加入30%NaOH约5ml,再用少量蒸馏水冲洗, 夹紧螺旋夹并水封,使氨气不会从漏斗处流失.
e.一般消化至透明后,继续消化30min即可,但对于含有 特别难以消化的氮化合物的样品,如赖氨酸、组氨 酸、色氨酸等时,需适当延长消化时间.有机物如分 解完全,消化液呈蓝色或浅绿色,但含铁量多时,呈较 深绿色.
f.硼酸吸收液的温度不应超过40℃,否则对氨的吸收作 用减弱而造成损失.
g.蒸馏完毕后,应先将冷凝管下端提离液面,再蒸2min 后关掉热源,否则可能造成吸收液倒吸。
第六章 蛋白质定量和定性分析
(Qualitative and quantitative analysis of protein)
有机波谱-习题-第六章:质谱法

第六章质谱法一、填空1.质谱仪按用途可分为________、________和________三种。
2.质谱图一般都采用“条图”,在图中横轴表示________,纵轴表示________(________),它是以________(________)的峰高作为100%,而以对它的________来表示其他离子峰的强度,峰越高表示________,即谱线的强度是与________成正比的。
3.典型的质谱仪一般由________、________、________和________组成,还包括________、________和________等辅助设备,其中,________是使离子按不同质荷比大小进行分离的装置,是质谱仪的核心。
4.不同离子源使样品分子分离的方式各不相同。
________源使用1具有一定能量的电子直接轰击样品而使样品分子分离,这种离子源能电离________、________和________,是质谱仪中广泛采用的一种离子源,该源要求固液样品________后在进入离子源,因此不适合________的样品。
5.在正电荷表示法中,“+”表示含有________个电子,“+”表示含有________的离子。
正电荷一般留在分子中________、________和________。
6共价键的断裂有________、________和________三种方式,在电子________________。
7.质谱裂解方式主要分为________、________、________和________。
8.在质谱中出现的阳离子一般有________离子、________离子、________离子、________离子、________离子、________离子和________离子。
9.根据离子的质量与电子奇偶性________。
质量奇偶性的变化与重排产生。
重排裂解前后母离子与子离子的电子奇偶性________。
第六章质谱分析法MSppt课件

eV 1 m v2 1 m( L )2
2
2t
m/e
2V L2
t2
V,L不变时, t由m/e决定 一般,1-30s
25
5 飞行时间分析器
26
5 飞行时间分析器
特点: ➢简单、耐用,无质量范围限制。 ➢取样速度快,适用于快速GC/MS;分析适用于脉冲离子化
3 四极杆分析器 (quadrupole mass analyzer) 四极滤质器, quadrupole mass filter 结构: 四根棒状电极,相对的两个电极相连,形成四极场 1,3棒:+(Vdc + Vrf) 2,4棒:- (Vdc+ Vrf )
特点:扫描速度快,灵敏度高。 适用于GC-MS。
数据系统:计算机 蛋白质库……
主要信息:准分子离子(单多级质谱);子离子;母离子; 中性丢失谱(多级质谱)
软电离,得到准分子离子。结构解析需MS-MS。一般不适用于非 极性化合物。
36
3 串联质谱 (tandem mass spectrometry,MS/MS, MSn)
mass separation-mass spectra characterization 串联方式: p318 Q-Q-Q(triple quadrupole mass spectrometer) Q-TOF(quadrupole-time-of-flight tandem instruments) MSn
ESI使蛋白质产生多个带多电荷离子
11
6.2 质谱仪器
6.2.2 离子源
4 介质辅助激光解吸电离源 (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization MALDI) 常用于 •Time-of-flight mass spectrometry 特点: 用于生物大分子,尤其是蛋白质的质量测定 主要产生 [M+ H]+ [M - H]+和加和离子
临床色谱质谱检验技术:第六章 色谱质谱技术的其他常见应用(一)

《临床色谱质谱检验技术》
色谱技术在临床实验室中的应用
回顾
什么是色谱分析? 色谱分析的分类有哪些? 常见样品制备技术有哪些?
回顾
色谱分析
色谱分析是一种分离技术 色谱分析的主要目的是对混合物中的目标物进行分离和定量
色谱技术在临床实验室中的应用
样品 采集
样品 制备
分析 测定
样品处理 方法建立
色谱方法 建立
数据 处理
信息及文 献检索
信息及文献检索
氨基酸:是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位,是构成
动物营养所需蛋白质的基本物质。 氨基酸含有一个碱性氨基和一个酸性羧基,氨基一般连在ɑ-碳 上。组成蛋白质的20种氨基酸除甘氨酸外,都有一个不对称碳 原子,即ɑ-碳原子。
柱前衍生化高效液相色谱法一般采用C18键合硅胶为固定相、极性溶剂/ 弱酸盐缓冲液为流动相。
HPLC中广泛使用的衍生化试剂主要有邻苯二甲醛(OPA)、9-芴基甲氧 基羰酰氯(FMOC)、异硫氰酸苯酯(PITC)、6-氨基喹啉-N-羟基琥珀酰 亚胺基氨基甲酸酯(AQC)、二甲氨基奈磺酰氯(dansyl-Cl)、2,4-二硝 基氟苯(FDNB)、等。
O
茚三酮
OH
R CH COOH
OH O
NH2
还原形茚三酮
O H
OH O
RCHO
O
O
O
OH
H
NH3
OH
HO
O
O
兰紫色化合物
N O
CO2 O O
NБайду номын сангаас3
伯 胺 型
第六章 质谱法

进样系统
离子源
质量分析器
检测器
1.直接进样 2.液相色谱 3.气相色谱
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.四极杆
仪器在高真空下工作:离子源(10-3 10-5 Pa);质量分析器(10-6 Pa )。 原因: (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,谱复杂化。
同样的运动曲率半径,才能顺利通过狭缝进
入磁分析器。 双聚焦质量分析器
31
四级杆质量分析器
m 0.136V 2 z r0 f
r0 场半径;f为频率;V为电压
只有质荷比满足要求的离子才能 通过四级杆到达检测器。其它离子则 撞到四级电极上而被“过滤”掉。
四极杆质谱结构简单,价廉,体积小,易操作,扫描速度快, 适合于GC-MS, LC-MS,但分辨率不高。
29
单聚焦磁场分析器
离子进入分析器后,由于磁场的作用,其运动轨道发生偏转改作圆周运 动。其运动轨道半径R可由下式表示:
1.44 10-2 m R V B z
上式中, m -离子质量 Z -离子电荷量 V -离子加速电压 B -磁感应强度 在一定的B、V下,不同m/z 的离子其R不同,由离子源 产生的离子,经过分析器后 可实现质量分离。
1 mv 2 zV 2
m 2 zV
2 zV 1/ 2 v( ) m
漂移时间 t L
34
傅立叶变换离子回旋共振质谱仪
(Fourier Transform ion cyclotron resonance Mass Spectrometer, FTICR-MS)
第六章 质谱

End!
(二)碎片离子(fragment ion)——分子 获得能量后,分子中的某化学键断裂而产生 碎片离子。
(三)同位素离子
定义:含有同位素的离子称为同位素离子。
(四)亚稳离子
• 在离子源生成的离子,如果在飞行中发生裂解, 生成子离子和中性碎片,则把这种在飞行中发 生裂解的母离子称为亚稳离子,由它形成的质 谱峰为亚稳峰。 • 亚稳峰的特点:
.
+
C H2 + C H3
.
+ +
C H3 C H2
C
H2 O
C H3 C H3 C H C
.
M-18
m /e 70
脱水碎片继续分裂
C H3 C H3 C H2 C C H2
+
.
C H3 C H3
+
C H2
.+
C H2
C
M-18-15 m /e 55
羰基化合物
醛、酮的分子离子 – 断裂 氧鎓离子 –CO
Beynon 贝农表
只有 C, H, O, N 的化合物:同位素峰强度比 与组成分子的元素间的关系编制
M, M+1, M+2 峰相对强度 分子式
J. H. Beynon, A. E. Williams ‘‘ Mass and Abundance Tables for use in Mass Spectrometry’’
新的正离子
+ C H3 C H2 C C H3 O
.
C H3
.+
C H3 C H2 C
O
+
m /e 57 CO
+
C H3 C H2 + m /e 29
第六章 质谱

同位素
15N/14N 33S/32S 37Cl/35Cl 81Br/79Br
丰度比% 0.36 0.80 32.5 98.0
同位素峰的强度:只含CHON化合物
在一般有机分子鉴定时,可以通过同位素峰的统计分布来确定 其元素组成,分子离子的同位素离子峰相对强度之比总是符合 统计规律的 CH4分子离子峰m/z = 17和16的相对强度之比为0.011 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和58的强度之比I59/I58 = 0.044,同样出现[M + 2](m/z = 60)同 位素峰的几率为0.0007,非常小,故在丁烷质谱中一般看不到 [M + 2]+峰 只含CHON化合物中,重同位素的丰度都较小,同位素峰很弱。 其相对强度可按经验公式粗略估算:
25
第二节
质谱图及其应用
例1: 在十六烷质谱中发现有几个亚稳离子峰,其质荷比分
别为32.8,29.5,28.8,25.7和21.7,其中29.5 ≈ 412/57,则 表示存在分裂: C4H9+ → C3H5+ + CH4 m/z = 57 m/z = 41 但并不是所有的分裂过程都会产生m*,因此没有m*峰并不
H2O
20
丢 失
Δ m = 4-14, 21-24, 37-38·· ·· ·通常认为是不合理丢失
合理碎片丢失
w
w w
a: 与最大离子相邻的离子差值为13,不合理。 b: 最大离子为122,最近离子106,合理 c: 最大离子84,最近离子69,合理
如何辩认分子离子峰
如图所示,只含有C、H、O、 N的化合物,最高质量端有两 个峰m/z = 57和58,若判断m/z = 57是分子离子峰,其分子式 为C3H7N,符合氮规律。m/z = 42可能是M-CH3 ,m/z = 41可 能是M-NH2 ,都是合理的丢失 ,但m/z = 43则是M-CH2 ,这 种丢失不合理 若判断m/z = 58是分子离子峰,分子式为C4H10符合氮规律, m/z = 43可能是M-CH3,m/z = 42可能是M-CH4,m/z = 41可 能是M-CH3-H2。则m/z = 58的峰与相邻峰的质量差都较合理 ,很可能是分子离子峰
MS

第六章质谱分析(MS)6.1 概述质谱分析法(Mass Spectrometry, MS)是在高真空系统中测定样品的分子离子及碎片离子质量,以确定样品相对分子质量及分子结构的方法。
化合物分子受到电子流冲击后,形成的带正电荷分子离子及碎片离子,按照其质量m和电荷z的比值m/z(质荷比)大小依次排列而被记录下来的图谱,称为质谱。
质谱分析法有如下特点:(1)应用范围广。
测定样品可以是无机物,也可以是有机物。
应用上可做化合物的结构分析、测定原子量与相对分子量、同位素分析、生产过程监测、环境监测、热力学与反应动力学、空间探测等。
被分析的样品可以是气体和液体,也可以是固体。
(2)灵敏度高,样品用量少。
目前有机质谱仪的绝对灵敏度可达50pg(pg为10−12g),无机质谱仪绝对灵敏度可达10−14 。
用微克级样品即可得到满意的分析结果。
(3)分析速度快,并可实现多组分同时测定。
(4)与其它仪器相比,仪器结构复杂,价格昂贵,使用及维修比较困难。
对样品有破坏性。
发展概况:从20世纪60年代开始,质谱就广泛应用于有机化合物分子结构的测定。
随着科学技术的发展,质谱仪已实现了与不同的分离仪器的联用。
例如,气相色谱与质谱联用、液相色谱与质谱联用、质谱和质谱的联用已成为一种用途很广的有机化合物分离、结构测定及定性定量分析的方法。
另外,质谱仪和电子计算机的结合使用,不仅简化了质谱仪的操作,又提高了质谱仪的效能。
特别是近年来从各种类型有机分子结构的研究中,找出了一些分子结构与质谱的规律,使质谱成为剖析有机物结构的强有力的工具之一。
在鉴定有机物的四大重要手段(NMR、MS、IR、UV)中,也是唯一可以确定分子式的方法(测定精度达10−4)。
6.2 质谱仪及基本原理6.2.1 质谱仪有机质谱仪包括离子源、质量分析器、检测器和真空系统。
现以扇形磁场单聚焦质谱仪为例,将质谱仪器各主要部分的作用原理讨论如下。
图6.1为单聚焦质谱仪的示意图。
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W 1.1% Y 0.37%
计算M+2峰贡献的公式为:
M 2 W 1.1%2 Z 0.2%
M
200
(2) Cl和Br元素的识别和数目计算
35Cl : 37Cl 100: 32.4 3 :1
79Br : 81Br 100: 98 1:1
若分子中含一个Cl或Br,则质谱中会出现M和M+2 离子峰,它们的强度必分别为1:3和1:1。
(1) C H N O元素数目的估计和计算
如分子式为CwHxNyOz时,计算M+1峰贡献的公式为:
M 1 M
W 13C 100 13C
X 2H 100 2H
Y 15N 100 15N
100
Z 17O 17O18O
W 13C Y 15N 100 13C 100 15N
提高分子离子峰强度的方法:
化学电离法(CI) 场致电离法(FI) 场解吸法(FD) 快原子轰击电离法(FAB) 电喷雾电离法(ESI)
分子离子峰的识别
分子离子峰应该是质谱中质量数最大的峰; 分子离子峰必须是一个奇电子离子; 凡不含氮原子或只含偶数个氮原子的有机分子,
例: 用高分辨率质谱计测得某未知物分子离 子峰的质量数为 167.0582,求它的分子式。
解:如果质谱的误差是±0.006,则小数部分可以是 0.0582±0.006, 即小数部分应在0.0522~0.0642之间。 查Beynon表,质量数整数是167,其小数部分在这个 范围内的式子有下列3个:
15 58
- CH3
CH3 CH2 N(CH3)2
CH2 N(CH3)2
6.4.2 裂解的类型 (1) 简单裂解
O
(1)-裂解 R C R'
O
(2)i-裂解 R C R'
R CH2 CR2
O R + C R'
O R+
C R'
R + CH2 CR2
(3)-裂解
CH2 C R
CH2 + CR
(a+b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3 =1 + 3 + 3 + 1 M M+2 M+4 M+6
相对强度: 33.3% 100% 100% 33.3%
问题:试问CH2Cl2中同位素的相对强度是多少?
例 对分子式为C7H7NO的化合物,求其M+1和 M+2峰的相对强度。
M 1 71.1% 1 0.37% 8.07%
将从未知物质谱中测量到的 (M+1)/M 和 (M+2)/M的 百分数,通过查阅Beynon表,结合氮原则、有机化学的 基本知识,删去不合理的元素组成之后,有可能得到未 知物的分子式。
例:某化合物质谱的分子离子区域数据如下:
M(151): 35%; M+1(152): 3.22%; M+2(153): 11.36%。求其分子式。
碎片离子 生成方式
简单裂解 重排裂解
氢重排裂解 骨架重排裂解
6.2.4 亚稳离子(m*)
离子在离子源的运动时间106s数量级, 寿命< 106 s 的 离子在离子源内进一步裂解。检测到子离子: M2
离子从离子源到达检测器的时间为105s数量级,离子寿命 >105s,足以到达检测器。检测到母离子: M1
(4)s-裂解 R S R'
X
(5)取代裂解 R
R + S R'
X R+
6.4.2 裂解的类型 (2) 重排裂解
(1)麦氏重排
H
Q
Z
(Mclafferty rearrangement) C
Y
R
X
H
Q
Z
C
Y
R
X
H
Q
Z
C
+ Y
R
X
(2)逆狄尔斯-阿尔德重排
+
(retro Diels-Alder )
z ---正离子的电荷;m ---正离子的质量; v ---正离子运动的速度; V ---正离子的加速电压; H ---磁场强度;R ---离子弧形运动的曲率半径。
6.1.6 质谱的表示
(1)质谱图
100
CH3
90
分子量=92
80
基峰
相对 丰度%
70
分子离子峰
60
(M•+)
50
40
30
20
M+1
10
6.3.1 高分辨率质谱法
高分辨率的质谱计可测至小数点后3~4位,误差 ±0.006。以12C = 12.000000位基准,1H的精确质量是 1.007825, 16O是15.994915。通过精确地测出分子离子 或碎片离子的 m/z 值,得到分子式或碎片离子地元素 组成式。
Beynon将C、H、O、N的各种可能组合式的精密 质量排列成表(贝农表),可供将实测到的精确分子 离子峰质量数与之进行核对,就可以推定分子式。
第六章 质谱 Mass Spectrometry
6.1 质谱的基本知识
6.1.1 什么是质谱?
紫外、红外和核磁共振谱是吸收光谱,以分子吸收 辐射能所引起的能量状态的变迁为基础的。质谱不是吸 收光谱,而是用一定能量的电子流轰击或其它适当的方 法打掉气态分子的一个电子(多余一个的情况少见)形 成带电的离子。这些正离子在电场和磁场的综合作用下, 按照其质荷比(m/z)的大小依次排列成谱,被记录下 来,成为质谱。
6.1.4 分子碎片的产生
高能电子束能量:50~70eV 一般有机物离解能:9~15eV 分子离子会进一步发生离解,生成许多不同的碎片:
正离子、中性分子、自由基和极少数负离子
M + e-
M- 不产生质谱信号
M + e-
M2+ + 3e- 概率小
ABC 气态分子
ABC+ 分子离子
A + BC+ AB + C+ A+ + BC
若分子中含几个Cl或Br,可根据二项式(a+b)n来计算 其M+2,M+4,M+6 ••••••同位素峰的强度。
式中,a和b分别为轻重同位素的相对丰度,n为分子 中含同位素原子的个数。由(a+b)n展开后得到的各项值即 为各同位素的相对强度。
例 计算CHBr3的同位素强度。
CHBr3中有三个Br,应出现M+2,M+4,M+6的同位素峰 因为79Br : 81Br =100:98 ≈ 1:1 在二项式中a=1,b=1,n=3
分子式 分子量
C6H7N4O2 167.0570 C8H9NO3 167.0583 C11H7N2 167.0610 其中,C6H7N4O2和C11H7N2含偶数个N, 分子量应为 偶数,与事实不符,可排除。所以该物质的分子式 只能是C8H9NO3。
6.3.2 同位素丰度法
低分辨率的质谱计所得到的分子离子的m/z 值只能 准确到整数位,可能的分子式太多,不能直接确定。一 般是借助同位素峰M+1和M+2与分子离子峰M的相对丰 度来判断。
质谱仪是大型、复杂的精密仪器,价格昂贵,操作维 护麻烦,尚不能普及。
6.1.3 质谱计的一般原理
有机化合物样品在高真空(1.33×10-3~1.33×10-4 Pa) 条件下受热气化,气化了的分子在离子源内受到高能电子 束轰击(electron impact, EI)形成正离子。通常分子中离 解位能最低的电子将首先被打掉,成为带单位正电荷的分 子离子:M + e-(高速) M+ + 2e-(低速)
按研究对象分类,质谱分为同位素质谱、无机质 谱和有机质谱。
6.1.2 质谱的特点
比其它分析方法所能提供的被测样品的信息量大。能 够提供化合物的准确分子量、分子和碎片的元素组成、 分子式以及有关化合物分子结构等大量分析数据。
灵敏度高,样品用量极小,常用量约1mg, 极限用量只 要几微克。
对于结构复杂的分子,需配合紫外、红外、核磁以及 化学分析的结果进行综合分析。
- CH3
HO O - C CH3
HO
CO M1(m/z 121)
- CO
M2(m/z 93)
m* = 932/121 = 71.5
6.2.5 多电荷离子
最常见的是双电荷离子(m/2z),三电荷离子(m/3z)比 较少见。双电荷离子在其质量数一半处出现。当离子的 质量是奇数时,其质荷比就不是整数。
其分子量必为偶数;而含奇数个氮原子的分子, 其分子量必为奇数。这个规律成为氮规则。 应有合理的碎片丢失。在质谱中与分子离子峰紧 邻的碎片离子峰,必定是由分子离子失去一个化 学上适当的基团或小分子形成的; 被拟定的分子离子峰的强度与假定的分子结构必 须相适应。
6.2.2 同位素离子
M+1和M+2离子峰通常与M+分子离子峰同时出现, 这些峰是由同位素引起的,称为同位素离子峰。
分子离子 同位素离子 碎片离子 亚稳离子 多电荷离子 离子与分子相互作用形成的新离子
6.2.1 分子离子
分子失去电子的难易程度: 杂原子上的未成键电子> C=C > C-C > C-H
分子离子峰的强度决定于其稳定性: (1)芳香化合物>共轭多烯>脂环化合物>短直链烷烃 >某些含硫化合物; (2)直链的酮、酯、酸、醛、酰胺、卤化物等通常显示 分子离子峰; (3)脂肪族的醇、胺、亚硝酸酯、硝基化合物、腈等化 合物以及高分支化合物无分子离子峰。