质谱与图谱解析
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(完整版)质谱分析图谱解析
※ 查表法 Beynon and Lederbey 制作了高分辨质谱法数据表， 可查出对应于某精确质量的分子式。
※ 计算机处理
3.3 有机质谱中的反应及其机理
M+ e
50-70 eV
+. M
+
2e
-. M
+
小于1%
+.
A +. + 中性分子或碎片
M
B + + R
A +.
B+
M+·→ A+·, B+, C +·, D+ ……
y = 154 32 12×8=26 不合理 设w=1 则 y = 154 321612×8=10
分子式为C8H10OS
查Beynon表法
C H N O m/z M+1 M+2 理论计算值，会出现不符合N律和不符合DBE的一般规律。
高分辨质谱法
精确质量，与分辨率有关 ※ 试误法
精确质量的尾数=0.007825y+0.003074z-0.005085w
DBE: Double Bond Equivalents UN: Unsaturated Number
计算式为:
=C+1－H/2
C—C原子数
H—H原子数
i) 分子中含有卤素原子(X)时,它的作用等价于氢原子;
ii) 二价原子数目不直接进入计算式;
iii) 化合物中若含有一个三价N原子,它相应的化合物比链状烷烃多3个H.
H2C OC2H5
例：① 烯：
R HH
C
CH2
H2C C
C R'
H2
② 酯：
※ 计算机处理
3.3 有机质谱中的反应及其机理
M+ e
50-70 eV
+. M
+
2e
-. M
+
小于1%
+.
A +. + 中性分子或碎片
M
B + + R
A +.
B+
M+·→ A+·, B+, C +·, D+ ……
y = 154 32 12×8=26 不合理 设w=1 则 y = 154 321612×8=10
分子式为C8H10OS
查Beynon表法
C H N O m/z M+1 M+2 理论计算值，会出现不符合N律和不符合DBE的一般规律。
高分辨质谱法
精确质量，与分辨率有关 ※ 试误法
精确质量的尾数=0.007825y+0.003074z-0.005085w
DBE: Double Bond Equivalents UN: Unsaturated Number
计算式为:
=C+1－H/2
C—C原子数
H—H原子数
i) 分子中含有卤素原子(X)时,它的作用等价于氢原子;
ii) 二价原子数目不直接进入计算式;
iii) 化合物中若含有一个三价N原子,它相应的化合物比链状烷烃多3个H.
H2C OC2H5
例：① 烯：
R HH
C
CH2
H2C C
C R'
H2
② 酯：
质谱的图谱分析与介绍
若分子中含C9，则其余元素的原子量总和为132-12×9=24。由N、O、H原子量推导出可能 的分子式1. C9H24 2.C9H10N 3. C9H8O
1.不符合价键理论2.不符合氮规则3.合理的分子式
6. 计算化合物的不饱和度 (r+dB)---环加双键数 不饱和度表示有机化合物的不饱和程度，计算不饱和度有助于判断化合物的结构。
离子流强度有两种不同的表示方法:
（1）绝对强度
是将所有离子峰的离子流强度相加作为总离子流，用各离子峰的离子强度除以总离子流， 得出各离子流占总离子流的百分数
（2）相对强度
以质谱峰中最强峰作为100％，称为基峰（该离子的丰度最大、最稳定），然后用各种峰的 离子流强度除以基峰的离子流强度，所得的百分数就是相对强度。
子找子离子，或由子离子找母离子来确定离子间的亲缘关系。
质量分析离子动能谱（MIKES）：反置（VBE）双聚焦系统第二无场所加速电压V和磁 场B固定不变，仅扫描静电场电压，由母找子
B/E联动扫描：第一无场所加速电压固定不变，B/E比值为常数联动扫描，由母找子 B2/E联动扫描：第一无场所由子找母，加速电压固定不变，B/E比值为常数联动扫描。 串联质谱法实现产物离子检测。
2．离子特征丢失与化合物的类型
质谱高质量端离子峰是由分子离子失去碎片形成的。从分子离子失去的碎片，可以确定化合 物中含有哪些取代基
M-1 -H 醛类（一些醚类和胺类）
M-15 -CH3 甲基取代
M-18 -H2O 醇类
M-28 -C2H4, CO, N2 失C2H4(McLafferty重排)，失CO（从酯环酮脱下） M-29 -CHO, -C2H5 醛类、乙基取代物 M-34 -H2S 硫醇
分子中既没有杂原子又没有双键，其正电荷位置一般在分支碳原子上。如果电荷位置不确 定，或不需要确定电荷的位置，可在分子式的右上角标："┒+"，例如CH3COOC2H5┒+。
质谱的原理和图谱的分析
（5）电喷雾电离（ESI） 样品溶液在电场的作用下形成带高度电荷的雾状小 液滴，在向质量分析器移动的过程中，液滴因溶剂 不断挥发而缩小，导致表面电荷密度不断增大，当 电荷之间的排斥力足以克服液滴的表面张力时，液 滴发生裂分，如此反复进行，最后得到带单电荷或 多电荷的离子。
（6）基质辅助激光解析电离(MALDI)
M + e → M+·(分子离子) + 2e • 过剩的能量使分子离子进一步裂解 • 有些化合物的分子离子不出现或很弱
（2） 化学电离（chemical ionization, CI）
高能电子束与小分子反应气(如甲烷、丙烷等）作 用，使其电离生成初级离子，初级离子再与样品分 以子C反H应4为得例到:准分子离子。 CH4 + e → CH4+. + 2e
Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization
•使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。 •待测物质的溶液与基质的溶液混合后蒸发，使分析物 与基质成为晶体或半晶体，用一定波长的脉冲式激光 进行照射时，基质分子能有效的吸收激光的能量，使 基质分子和样品分子进入气相并得到电离。
脉冲式激光
MALDI适用于生物大分 子，如肽类，核酸类化合物。 可得到分子离子峰，无明显 碎片峰。此电离方式特别适 合于飞行时间质谱计。
5、质谱图的组成
质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。 横坐标标明离子质荷比（m/z）的数值，纵坐标标明各
峰的相对强度，棒线代表质荷比的离子。图谱中最强的 一个峰称为基峰，将它的强度定为100。
质谱
一、质谱的基本知识
1、定义 化合物分子在真空条件下受电子流的“轰击”或
强电场等其他方法的作用，电离成离子，同时发生某 些化学键有规律的断裂，生成具有不同质量的带正电 荷的离子，这些离子按质荷比（m/z）的大小被收集并 记录的图谱。
质谱与图谱解析
质谱与图谱解析
（1） 电子电离源(electron ionization EI)
动画
图4-6电子电离源原理图
质谱与图谱解析
EI是质谱中最常用的离子源，电子能量一般为70eV，大 多数有机化合物的电离电位7~15eV，多数分子离子进一 步裂解产生碎片离子。
样品分子形成离子的四种途径： • 样品分子被打掉一个电子形成分子离子（同位素离子）。 • 分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。 • 分子离子发生结构重排形成重排离子。 • 通过分子离子反应生成加合离子。 特点： ❖ 碎片离子多，结构信息丰富，有标准化合物质谱库； ❖ 主要用于挥发性样品的电离，不能汽化的样品不能分析； ❖ 稳定性不高的样品得不到分子离子；
质谱法的主要作用是： （1）准确测定物质的分子量 （2）根据碎片特征进行化合物的结构分析
分析时，首先将分子离子化，然后利用离子在电场或 磁场中运动的性质，把离子按质核比大小排列成谱， 此即为质谱。
质谱与图谱解析
第二节 质谱分析的原理与仪器 4.2.1 质谱分析的过程与原理
图4-1 MS分析过程示意图
质谱与图谱解析
（4）电喷雾源(electronspray ionization ESI)
动画
图4-8 电喷雾电 离原理图
❖ 多层套管组成的电喷雾喷咀，最内层是液相色谱流出 物，外层是喷射气（氮气），使喷出的液体容易分散 成微滴。
❖ 喷嘴斜前方有一个补助气喷咀，使微滴的溶剂快速蒸 发，表面电荷密度逐渐增大，到某个临界值时，离子 从表面蒸发出来。
图453环己酮的质谱图芳香酮经断裂失去烷基生成c离子mz105再进一步失去co生成c离子mz77图454苯乙酮的质谱图大的烷基与芳香酮的羰基相连也会发生mclafferty重排得到碎片离子mz120进一步经断裂失去烷基生成离子mz105459通常仍能观察到甲酯的分子离子峰但强度较弱
（1） 电子电离源(electron ionization EI)
动画
图4-6电子电离源原理图
质谱与图谱解析
EI是质谱中最常用的离子源，电子能量一般为70eV，大 多数有机化合物的电离电位7~15eV，多数分子离子进一 步裂解产生碎片离子。
样品分子形成离子的四种途径： • 样品分子被打掉一个电子形成分子离子（同位素离子）。 • 分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。 • 分子离子发生结构重排形成重排离子。 • 通过分子离子反应生成加合离子。 特点： ❖ 碎片离子多，结构信息丰富，有标准化合物质谱库； ❖ 主要用于挥发性样品的电离，不能汽化的样品不能分析； ❖ 稳定性不高的样品得不到分子离子；
质谱法的主要作用是： （1）准确测定物质的分子量 （2）根据碎片特征进行化合物的结构分析
分析时，首先将分子离子化，然后利用离子在电场或 磁场中运动的性质，把离子按质核比大小排列成谱， 此即为质谱。
质谱与图谱解析
第二节 质谱分析的原理与仪器 4.2.1 质谱分析的过程与原理
图4-1 MS分析过程示意图
质谱与图谱解析
（4）电喷雾源(electronspray ionization ESI)
动画
图4-8 电喷雾电 离原理图
❖ 多层套管组成的电喷雾喷咀，最内层是液相色谱流出 物，外层是喷射气（氮气），使喷出的液体容易分散 成微滴。
❖ 喷嘴斜前方有一个补助气喷咀，使微滴的溶剂快速蒸 发，表面电荷密度逐渐增大，到某个临界值时，离子 从表面蒸发出来。
图453环己酮的质谱图芳香酮经断裂失去烷基生成c离子mz105再进一步失去co生成c离子mz77图454苯乙酮的质谱图大的烷基与芳香酮的羰基相连也会发生mclafferty重排得到碎片离子mz120进一步经断裂失去烷基生成离子mz105459通常仍能观察到甲酯的分子离子峰但强度较弱
质谱的图谱分析与介绍
39,50,51,52,65,77 芳香族裂解产物
伯胺
C正H烷3C烃O, 丙基取代物 结构中含有芳环
60
CH3COOH 羧酸，乙酸酯，甲酯
91
C6H6CH2
苄基
105
C6H5CO
苯甲酰基
18
4．亚稳离子峰(m*) 在离子源中形成，并在到达检测器时还没有发生
进一步碎裂的离子就是稳定离子。如果某个离子 在离子源中就已经发生碎裂，那么它就是不稳定 离子。 第三种情况，即某个离子在从离子源到检测器的 运动中发生了碎裂，这种离子称亚稳离子。亚稳 离子的平均寿命为5x10-6s,介于稳定离子和不稳定 离子之间。 亚稳离子是研究质谱碎裂机理的重要手段，它能 指示发生碎裂的离子（母离子）与产物离子（子 离子）之间的关联。亚稳离子必须用特殊的实验 技术才能检测。 亚稳离子峰的质量数通常不是整数，其峰形不是 一个尖峰，而是一个跨几个质量数的宽峰。
（1）绝对强度 是将所有离子峰的离子流强度相加作
为总离子流，用各离子峰的离子强度除以 总离子流，得出各离子流占总离子流的百 分数 （2）相对强度
以质谱峰中最强峰作为100％，称为基 峰（该离子的丰度最大、最稳定），然后 用各种峰的离子流强度除以基峰的离子流 强度，所得的百分数就是相对强度。
4
谱图中有较多的碎片离子，能提供丰富的结构信息。 灵敏度高，能检测纳克级样品。 重复性好。相对于其他电离技术，EI的重复性最好。
EI法的缺点：
70eV的轰击电子能量较高，使某些化合物的分子离子检测 不到，造成分子量测定的困难。
EI法要求样品先气化然后才能电离，受热易分解，或者是 不能气化的物质都不适宜用电子轰击法电离。
13
分子电离所需的能量越低，分子离子也越 高。
质谱的原理和图谱的分析
MALDI适用于生物大 分子，如肽类，核酸类化合
脉冲式激光
物。可得到分子离子峰，无
明显碎片峰。此电离方式特 别适合于飞行时间质谱计。
5、质谱图的组成
质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。
横坐标标明离子质荷比（m/z）的数值，纵坐标标明各峰
的相对强度，棒线代表质荷比的离子。图谱中最强的一
个峰称为基峰，将它的强度定为100。
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
■
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
• 过剩的能量使分子离子进一步裂解
• 有些化合物的分子离子不出现或很弱
（2） 化学电离（chemical ionization, CI）
高能电子束与小分子反应气(如甲烷、丙烷等）作 用，使其电离生成初级离子，初级离子再与样品分 子反应得到准分子离子。 以CH4为例: CH4 + e → CH4+. + 2e CH4+. + CH4 → CH5+ + CH3+ + CH5 . + CH3. R+. + R → RH+ + (R-H) . + RH . + (R-H)+
当化合物含奇数个氮时，该化合物分子量为奇数。
（2）分子离子峰的相对强度（RI）
脉冲式激光
物。可得到分子离子峰，无
明显碎片峰。此电离方式特 别适合于飞行时间质谱计。
5、质谱图的组成
质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。
横坐标标明离子质荷比（m/z）的数值，纵坐标标明各峰
的相对强度，棒线代表质荷比的离子。图谱中最强的一
个峰称为基峰，将它的强度定为100。
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
■
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
• 过剩的能量使分子离子进一步裂解
• 有些化合物的分子离子不出现或很弱
（2） 化学电离（chemical ionization, CI）
高能电子束与小分子反应气(如甲烷、丙烷等）作 用，使其电离生成初级离子，初级离子再与样品分 子反应得到准分子离子。 以CH4为例: CH4 + e → CH4+. + 2e CH4+. + CH4 → CH5+ + CH3+ + CH5 . + CH3. R+. + R → RH+ + (R-H) . + RH . + (R-H)+
当化合物含奇数个氮时，该化合物分子量为奇数。
（2）分子离子峰的相对强度（RI）
质谱定性分析及图谱解析
MS
（1）分子离子稳定性的一般规律：
分子离子的稳定性与分子结构有关。 碳数较多、碳链较长（也有例外） 和有支链的分子，分裂几率较高，
其分子离子的稳定性低；而具有
键的芳香族化合物和共轭烯烃分子， 分子离子稳定，分子离子峰大。
MS
分子离子稳Байду номын сангаас性的顺序为：
芳香环＞共轭烯烃＞脂环 化合物＞直链的烷烃类＞硫醇 ＞酮＞胺＞酯＞醚＞分支较多 的烷烃类＞醇。
MS
8.5 质谱定量分析
质谱法进行定量分析时，应满足一些必要的条件， 例如：
（1）组分中至少有一个与其它组分有显著不同的 峰；
（2）各组分的裂解模型具有重现性；
（3）组分的灵敏度具有一定的重现性(要求1％)；
（4）每种组分对峰的贡献具有线性加和性；
MS
对于个组分的混合物：
i11 p1 i12 p2 i1n pn I1 i21 p1 i22 p2 i2n pn I 2
MS
8.4 质谱定性分析及图谱解析
通过质谱图中分子离子峰和 碎片离子峰的解析可提供许多 有关分子结构的信息，因而定 性能力强是质谱分析的重要特 点。
MS
8.4.1 相对分子质量的测定
从分子离子峰可以准确地测定该 物质的相对分子质量，这是质谱分 析的独特优点，它比经典的相对分 子质量测定方法(如冰点下降法，沸 点上升法，渗透压力测定等)快而准 确，且所需试样量少(一般0.1mg)。
im1 p1 im2 p2 imn pn I m
MS
式中：
Im — 在混合物的质谱图上于质量 m处的峰高(离子流)；
imn — 组分n在质量m处的离子流，
Pn — 混合物中组分n的分压强。
质谱定性分析及图谱解析
实验步骤与操作
1. 样品准备
选择合适的溶剂将待测样品溶解，并调整至适当的浓度 。
2. 质谱仪调试
打开质谱仪，调整仪器参数，如离子源电压、质量分析 器参数等，以确保仪器处于最佳工作状态。
3. 样品进样
将准备好的样品通过进样系统注入到离子源中。
4. 质谱图获取
启动数据采集系统，记录质谱图。根据需要，可以选择 不同的扫描范围和扫描速度。
峰检测与识别
利用算法对预处理后的数据进行峰检测，识别出质谱图中 的各个峰，并记录其质荷比（m/z）和强度信息。
峰对齐与校正
对多个样本的质谱数据进行峰对齐操作，确保相同物质在 不同样本中的峰能够对应起来。同时，进行峰校正，消除 由于仪器误差等因素引起的峰偏移。
峰匹配与注释
将检测到的峰与已知的化合物数据库进行匹配，对峰进行 注释，明确各个峰所代表的化合物。
重金属污染物检测
通过质谱技术可以准确地检测环境中的重金属污染 物，如铅、汞、镉等，为环境治理提供依据。
大气颗粒物分析
质谱技术可用于分析大气颗粒物的化学组成 和来源，为大气污染防控提供科学支持。
食品安全检测中的应用
农药残留检测
质谱技术可用于检测食品中的农药残留，保障食品的 安全性和消费者的健康。
食品添加剂检测
质谱定性分析及图谱解析
汇报人：文小库
2024-01-20
CONTENTS
• 质谱技术概述 • 质谱定性分析方法 • 图谱解析方法 • 质谱定性分析实验设计 • 质谱定性分析数据处理与结果
展示 • 质谱定性分析应用实例
01
质谱技术概述
质谱技术原理
离子化过程
将待测样品转化为气态离 子，常见的方法有电子轰
质谱的原理和图谱的分析
磁场强度质谱的基本方程4离子化的方法1电子轰击electronimpactei轰击电压5070ev有机分子的电离电位一般为715evmem分子离子2e过剩的能量使分子离子进一步裂解有些化合物的分子离子不出现或很弱2化学电离chemicalionizationci高能电子束与小分子反应气如甲烷丙烷等作用使其电离生成初级离子初级离子再与样品分子反应得到准分子离子
以CH4为例: CH4 + e → CH4+. + 2e CH4+. + CH4 → CH5+ + CH3+ + CH5 . + CH3. R+. + R → RH+ + (R-H) . + RH . + (R-H)+
RH+ + M → R + MH+ (R-H)+ + M → R +( M-H)+ 准分子离子相对强度较大，碎片离子峰数目较少。
•如何判断分子式的合理性 该式的式量等于分子量； 符合氮律； 不饱和度要合理。
利用低分辨质谱数据，推导分子式：
同位素相对丰度计算法、查 Beynon 表法
同位素相对丰度的计算法：
■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 )
Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization
•使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。 •待测物质的溶液与基质的溶液混合后蒸发，使分析物 与基质成为晶体或半晶体，用一定波长的脉冲式激光 进行照射时，基质分子能有效的吸收激光的能量，使 基质分子和样品分子进入气相并得到电离。
以CH4为例: CH4 + e → CH4+. + 2e CH4+. + CH4 → CH5+ + CH3+ + CH5 . + CH3. R+. + R → RH+ + (R-H) . + RH . + (R-H)+
RH+ + M → R + MH+ (R-H)+ + M → R +( M-H)+ 准分子离子相对强度较大，碎片离子峰数目较少。
•如何判断分子式的合理性 该式的式量等于分子量； 符合氮律； 不饱和度要合理。
利用低分辨质谱数据，推导分子式：
同位素相对丰度计算法、查 Beynon 表法
同位素相对丰度的计算法：
■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 )
Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization
•使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。 •待测物质的溶液与基质的溶液混合后蒸发，使分析物 与基质成为晶体或半晶体，用一定波长的脉冲式激光 进行照射时，基质分子能有效的吸收激光的能量，使 基质分子和样品分子进入气相并得到电离。
质谱分析图谱解析_图文
CnH2n m/z 42, 56, 70, 84等 CnH2n-1 m/z 41, 55, 69, 83等
m/z 43 (CH3)2CH+, 57 (CH3)3C+ 基峰或强峰
碎裂符合偶电子规律
n-十六烷的质谱图如下
烷烃-支链烷烃
M+·弱或不见。 M-15 (·CH3), 带侧链CH3 M-R (·R) 优先失去大基团，此处 碎片离子峰的 RI 大。
※ 查表法 Beynon and Lederbey 制作了高分辨质谱法数据表， 可查出对应于某精确质量的分子式。
※ 计算机处理
3.3 有机质谱中的反应及其机理
M+ e
50-70 eV
+. M
+
2e
-. M
+
小于1%
+.
A +. + 中性分子或碎片
M
B + + R
A +.
B+
M+·→ A+·, B+, C +·, D+ ……
1-十二烯的质谱图如下：
环烯： RDA反应
芳烃
烷基苯M+·强或中等强度。 β-键的断裂，产生m/z 91的基峰或强峰； γ-H的重排，产生m/z 92的奇电子离子峰， 进一步裂解，产生m/z 77，65，51，39的峰或 者m/z 78， 66，52，40的峰。
例如,正己基苯的MS如下：
醇、酚、醚
质谱分析图谱解析_图文.ppt
3.1 确定分子量与分子式
质谱中分子离子峰的识别及分子式的确定是至关重要的
3.1.1 分子离子峰的识别
■ 假定分子离子峰:
高质荷比区,RI 较大的峰(注意：同位素峰)
m/z 43 (CH3)2CH+, 57 (CH3)3C+ 基峰或强峰
碎裂符合偶电子规律
n-十六烷的质谱图如下
烷烃-支链烷烃
M+·弱或不见。 M-15 (·CH3), 带侧链CH3 M-R (·R) 优先失去大基团，此处 碎片离子峰的 RI 大。
※ 查表法 Beynon and Lederbey 制作了高分辨质谱法数据表， 可查出对应于某精确质量的分子式。
※ 计算机处理
3.3 有机质谱中的反应及其机理
M+ e
50-70 eV
+. M
+
2e
-. M
+
小于1%
+.
A +. + 中性分子或碎片
M
B + + R
A +.
B+
M+·→ A+·, B+, C +·, D+ ……
1-十二烯的质谱图如下：
环烯： RDA反应
芳烃
烷基苯M+·强或中等强度。 β-键的断裂，产生m/z 91的基峰或强峰； γ-H的重排，产生m/z 92的奇电子离子峰， 进一步裂解，产生m/z 77，65，51，39的峰或 者m/z 78， 66，52，40的峰。
例如,正己基苯的MS如下：
醇、酚、醚
质谱分析图谱解析_图文.ppt
3.1 确定分子量与分子式
质谱中分子离子峰的识别及分子式的确定是至关重要的
3.1.1 分子离子峰的识别
■ 假定分子离子峰:
高质荷比区,RI 较大的峰(注意：同位素峰)
最新质谱分析图谱解析PPT课件
某些含硫化合物
羰基化合物(醛, 酮, 酸, 酯, 酰氯, 酰胺) 分子离子峰通常可见
脂肪族醇类, 胺类, 硝基化合物，多支链化合物等 分子离子峰通常弱或不出现
分子离子峰不出现怎么办?
改用其它离解方式, 如: CI, FAB, ESI 等
3.1.3 分子式的推导 利用低分辨质谱数据，推导分子式
i
RYR '
R ++Y R '
O+
R' C R
R' + R
C
+ O
i
+ R
+
CO
3.3.3 有机化合物的一般裂解规律
偶电子规律
OE+ ·→ OE+ ·, OE+ ·→ EE+
EE+ → EE+ , EE+ → OE+ · ?
如何识别质谱图中的的OE+·?
不含氮的化合物, m/z 为偶数的离子是奇电子离子 在质谱图中, 奇电子离子并不多见, 但重要.
O H m /z=59
N H 2
γ-H重排常见离子
OH +.
OH +.
H2C C H
H2C C CH3
m/z 44
m/z 58
OH +. H2C C
OH m/z 60
※ 查表法 Beynon and Lederbey 制作了高分辨质谱法数据表， 可查出对应于某精确质量的分子式。
※ 计算机处理
3.3 有机质谱中的反应及其机理
M+ e
50-70 eV
+. M
+
2e
-. M
羰基化合物(醛, 酮, 酸, 酯, 酰氯, 酰胺) 分子离子峰通常可见
脂肪族醇类, 胺类, 硝基化合物，多支链化合物等 分子离子峰通常弱或不出现
分子离子峰不出现怎么办?
改用其它离解方式, 如: CI, FAB, ESI 等
3.1.3 分子式的推导 利用低分辨质谱数据，推导分子式
i
RYR '
R ++Y R '
O+
R' C R
R' + R
C
+ O
i
+ R
+
CO
3.3.3 有机化合物的一般裂解规律
偶电子规律
OE+ ·→ OE+ ·, OE+ ·→ EE+
EE+ → EE+ , EE+ → OE+ · ?
如何识别质谱图中的的OE+·?
不含氮的化合物, m/z 为偶数的离子是奇电子离子 在质谱图中, 奇电子离子并不多见, 但重要.
O H m /z=59
N H 2
γ-H重排常见离子
OH +.
OH +.
H2C C H
H2C C CH3
m/z 44
m/z 58
OH +. H2C C
OH m/z 60
※ 查表法 Beynon and Lederbey 制作了高分辨质谱法数据表， 可查出对应于某精确质量的分子式。
※ 计算机处理
3.3 有机质谱中的反应及其机理
M+ e
50-70 eV
+. M
+
2e
-. M
图谱解析
1. 确定分子式、分子量 确定分子式、 2. 计算不饱和度 3. 结构单元的确定（官能团） 结构单元的确定（官能团） 4. 结构单元的相应关系 5. 提出可能的结构式 6. 对结构式、每一个基团对照谱图进行指认。 对结构式、每一个基团对照谱图进行指认。
三、 解析实例
例1 ：
分子式：C8H8O 分子式
Structure: IUPAC Name: methyl acetate (methyl ethanoate)
例9： Analysis: C5H10O ：
U=1
Structure: IUPAC Name: diethyl ketone (3-pentanone)
例10： ：
Analysis: C4H8O2
例2 ：
Analysis: C7H8O
CH3 OH
例3 ：
Analysis: C8H7N
例4 ：
Analysis: C7H6O
例5 ：
分子式：C3H7NO 分子式
例6： Analysis: C4H8O2
或
O C O
例7： Analysis: C7H5OCl ：
CHO
Cl
例8： Analysis: C3H6O2 ：
CH 3 H 3C C CH 3
O C CH 3
例13：某未知物分子式为 5H12O，它的紫外 ：某未知物分子式为C ， 光谱在200nm以上没有吸收，其它谱图如定其结构。 确定其结构。
9 2 1
紫外在200nm以上没有 （1）分子式为 5H12O， UN=0 ， 紫外在 ）分子式为C ， 以上没有 吸收，说明该分子为醇或醚； 吸收，说明该分子为醇或醚； 左右有吸收，说明为醇； （2）红外在 ）红外在3300cm-1左右有吸收，说明为醇； （3）核磁显示该分子有三种不同环境的质子，其质子数比 ）核磁显示该分子有三种不同环境的质子， 例为1： ： ，根据分子式知，质子数即为1、 和 ， 例为 ：2：9，根据分子式知，质子数即为 、2和9，其中 有一种为活泼氢，在最低场，为OH，这也与红外结果相符。 有一种为活泼氢，在最低场， ，这也与红外结果相符。 另外，根据化学位移和质子数判断，化学位移为 另外，根据化学位移和质子数判断，化学位移为3.2的质子 的质子 相连， 为CH2，与OH相连，为-CH2OH。最高场的质子为一特丁基 相连 。 的三个CH ，化学位移约为0.9； 的三个 3，化学位移约为 ； 的碎片离子峰出现， （4）质谱有 和31的碎片离子峰出现，也显示分子为醇和 ）质谱有57和 的碎片离子峰出现 有特丁基的结构。 有特丁基的结构。
三、 解析实例
例1 ：
分子式：C8H8O 分子式
Structure: IUPAC Name: methyl acetate (methyl ethanoate)
例9： Analysis: C5H10O ：
U=1
Structure: IUPAC Name: diethyl ketone (3-pentanone)
例10： ：
Analysis: C4H8O2
例2 ：
Analysis: C7H8O
CH3 OH
例3 ：
Analysis: C8H7N
例4 ：
Analysis: C7H6O
例5 ：
分子式：C3H7NO 分子式
例6： Analysis: C4H8O2
或
O C O
例7： Analysis: C7H5OCl ：
CHO
Cl
例8： Analysis: C3H6O2 ：
CH 3 H 3C C CH 3
O C CH 3
例13：某未知物分子式为 5H12O，它的紫外 ：某未知物分子式为C ， 光谱在200nm以上没有吸收，其它谱图如定其结构。 确定其结构。
9 2 1
紫外在200nm以上没有 （1）分子式为 5H12O， UN=0 ， 紫外在 ）分子式为C ， 以上没有 吸收，说明该分子为醇或醚； 吸收，说明该分子为醇或醚； 左右有吸收，说明为醇； （2）红外在 ）红外在3300cm-1左右有吸收，说明为醇； （3）核磁显示该分子有三种不同环境的质子，其质子数比 ）核磁显示该分子有三种不同环境的质子， 例为1： ： ，根据分子式知，质子数即为1、 和 ， 例为 ：2：9，根据分子式知，质子数即为 、2和9，其中 有一种为活泼氢，在最低场，为OH，这也与红外结果相符。 有一种为活泼氢，在最低场， ，这也与红外结果相符。 另外，根据化学位移和质子数判断，化学位移为 另外，根据化学位移和质子数判断，化学位移为3.2的质子 的质子 相连， 为CH2，与OH相连，为-CH2OH。最高场的质子为一特丁基 相连 。 的三个CH ，化学位移约为0.9； 的三个 3，化学位移约为 ； 的碎片离子峰出现， （4）质谱有 和31的碎片离子峰出现，也显示分子为醇和 ）质谱有57和 的碎片离子峰出现 有特丁基的结构。 有特丁基的结构。
(完整版)四大波谱基本概念以及解析
四大谱图基本原理及图谱解析一.质谱1.基本原理：用来测量质谱的仪器称为质谱仪，可以分成三个部分：离子化器、质量分析器与侦测器。
其基本原理是使试样中的成分在离子化器中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。
在质量分析器中，再利用电场或磁场使不同质荷比的离子在空间上或时间上分离，或是透过过滤的方式，将它们分别聚焦到侦测器而得到质谱图，从而获得质量与浓度(或分压)相关的图谱。
在质谱计的离子源中有机化合物的分子被离子化。
丢失一个电子形成带一个正电荷的奇电子离子(M+·)叫分子离子。
它还会发生一些化学键的断裂生成各种碎片离子。
带正电荷离子的运动轨迹：经整理可写成：式中：m／e为质荷比是离子质量与所带电荷数之比；近年来常用m／z表示质荷比；z表示带一个至多个电荷。
由于大多数离子只带一个电荷，故m／z就可以看作离子的质量数。
质谱的基本公式表明：（1）当磁场强度(H)和加速电压(V)一定时，离子的质荷比与其在磁场中运动半径的平方成正比(m／z ∝r2m)，质荷比(m／z)越大的离子在磁场中运动的轨道半径(rm)也越大。
这就是磁场的重要作用，即对不同质荷比离子的色散作用。
（2）当加速电压(V)一定以及离子运动的轨道半径(即收集器的位置)一定时，离子的质荷比(m／z)与磁场强度的平方成正比(m／z∝H2)改变H即所谓的磁场扫描，磁场由小到大改变，则由小质荷比到大质荷比的离子依次通过收集狭缝，分别被收集、检出和记录下来。
（3）若磁场强度(H)和离子的轨道半径(rm)一定时，离子的质荷比(m／z)与加速电压(V)成反比(m／z∝1／V)，表明加速电压越高，仪器所能测量的质量范围越小。
就测量的质量范围而言，希望质量范围大一些，这就必须降低加速电压。
从提高灵敏度和分辨率来讲，需要提高加速电压。
这是一对矛盾，解决的办法是在质量范围够用的情况下尽量提高加速电压，高分辨质谱计加速电压为8kV，中分辨为4～3kV。
质谱的原理和图谱的分析-PPT课件
• 过剩的能量使分子离子进一步裂解
• 有些化合物的分子离子不出现或很弱
（2） 化学电离（chemical ionization, CI）
高能电子束与小分子反应气(如甲烷、丙烷等）作 用，使其电离生成初级离子，初级离子再与样品分 子反应得到准分子离子。 以CH4为例: CH4 + e → CH4+. + 2e CH4+. + CH4 → CH5+ + CH3+ + CH5 . + CH3. R+. + R → RH+ + (R-H) . + RH . + (R-H)+
MALDI适用于生物大分 子，如肽类，核酸类化合物。
脉冲式激光
可得到分子离子峰，无明显
碎片峰。此电离方式特别适 合于飞行时间质谱计。
5、质谱图的组成
质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。
横坐标标明离子质荷比（m/z）的数值，纵坐标标明各峰
的相对强度，棒线代表质荷比的离子。图谱中最强的一
个峰称为基峰，将它的强度定为100。
7、质谱中的各种离子
（1） 分子离子 ：
分子被电子束轰击失去一个电子形成的离子。
分子离子用 M+• 表示，是一个游离基离子。
在质谱图上，与分子离子相对应的峰为分子离子峰。 分子离子峰的应用： 分子离子峰的质荷比就是化合物的相对分子质量，
所以，用质谱法可测分子量。
（2）同位素离子 含有同位素的离子称为同位素离子。 与同位素离子相对应的峰称为同位素离子峰。
质谱
一、质谱的基本知识
1、定义
化合物分子在真空条件下受电子流的“轰击”或
强电场等其他方法的作用，电离成离子，同时发生某
(完整版)四大波谱基本概念以及解析
四大谱图基本原理及图谱解析一质谱1. 基本原理：用来测量质谱的仪器称为质谱仪，可以分成三个部分：离子化器、质量分析器与侦测器。
其基本原理是使试样中的成分在离子化器中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。
在质量分析器中，再利用电场或磁场使不同质荷比的离子在空间上或时间上分离，或是透过过滤的方式，将它们分别聚焦到侦测器而得到质谱图，从而获得质量与浓度(或分压)相关的图谱。
在质谱计的离子源中有机化合物的分子被离子化。
丢失一个电子形成带一个正电荷的奇电子离子(M+J叫分子离子。
它还会发生一些化学键的断裂生成各种r =£碎片离子。
带正电荷离子的运动轨迹：经整理可写成：m _ rjH2电"2比2式中：口/e为质荷比是离子质量与所带电荷数之比；近年来常用m/z 表示质荷比；z表示带一个至多个电荷。
由于大多数离子只带一个电荷，故m/z就可以看作离子的质量数。
质谱的基本公式表明：(1)当磁场强度(H)和加速电压(V)一定时，离子的质荷比与其在磁场中运动半径的平方成正比(m/z x r2m)，质荷比(m/z)越大的离子在磁场中运动的轨道半径(rm)也越大。
这就是磁场的重要作用，即对不同质荷比离子的色散作用。
(2)当加速电压(V) 一定以及离子运动的轨道半径(即收集器的位置)一定时，离子的质荷比(m/z)与磁场强度的平方成正比(m/z x H2)改变H即所谓的磁场扫描，磁场由小到大改变，则由小质荷比到大质荷比的离子依次通过收集狭缝，分别被收集、检出和记录下来。
(3)若磁场强度(H)和离子的轨道半径(rm)一定时，离子的质荷比(m/z)与加速电压(V)成反比(m/z x 1/V)，表明加速电压越高，仪器所能测量的质量范围越小。
就测量的质量范围而言，希望质量范围大一些，这就必须降低加速电压。
从提高灵敏度和分辨率来讲，需要提高加速电压。
这是一对矛盾，解决的办法是在质量范围够用的情况下尽量提高加速电压，高分辨质谱计加速电压为8kV，中分辨为4〜3kV。
(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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❖ 离子产生后，借助于喷咀与锥孔之间的电压，穿过取 样孔进入分析器
ESI是很软的电离方法，即便是分子量大，稳定性差的化 合物，也不会在电离过程中发生分解。
特点： ❖ 适合于适用于强极性，大分子量的样品（生物大分
子）分析，如蛋白质、肽、糖等。 ❖ 最大特点是容易形成多电荷离子。一个分子量为
10000Da的分子若带有10个电荷，则其质荷比只有 1000Da，进入了一般质谱仪可以分析的范围之内。 因此目前采用电喷雾电离，可以测量分子量在 300000Da以上的蛋白质。 ❖ 主要用于液相色谱-质谱联用仪
（1） 电子电离源(electron ionization EI)
动画
图4-6电子电离源原理图
EI是质谱中最常用的离子源，电子能量一般为70eV，大 多数有机化合物的电离电位7~15eV，多数分子离子进一 步裂解产生碎片离子。
样品分子形成离子的四种途径： • 样品分子被打掉一个电子形成分子离子（同位素离子）。 • 分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。 • 分子离子发生结构重排形成重排离子。 • 通过分子离子反应生成加合离子。 特点： ❖ 碎片离子多，结构信息丰富，有标准化合物质谱库；
质辅助激光解吸电离源，电喷雾电离源，大气压化学电离源； LC-MS联用仪，感应耦合等离子体质谱仪，富立叶变换质谱仪等
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。
4.1.2 质谱分析法是按照离子的质核比（m/z）大小
对离子进行分离和测定从而对样品进行定性和定量分析 的一种方法。
（3）快原子轰击(fast atom bombardment FAB)
图4-7 快原子轰击源示意图
❖ 氩（氙）气在电离 室依靠放电产生氩 离子，高能氩离子 经电荷交换得到高 能氩原子流，
❖ 高能Ar（Xe）原 子轰击涂在靶上的 样品，溅射出离子 流。
❖ 样品电离后进入真 空，在电场作用下 进入分析器。
(1)
2
5、加速离子进入一个强度为H的磁场，发生偏 转，半径为：
r mv
(2)
zH
将（1）（2）合并：
m H 2r2
(3)
z 2V
当r为仪器设置不变时，改变加速电压或磁场强度，则不 同m/z的离子依次通过狭缝到达检测器，形成质量谱， 简称质谱。
4.2.2 有机质谱中的各种离子
1）分子离子（molecular ion）
大气压化学电离源主要用来分析中等极性的化合物。
❖ 电离产生H3O+，N2+，O2+ 和O+ 等离子及溶剂分子电离 产生的离子与分析物分子进行离子-分子反应，使分析 物分子离子化。由质子转移和电荷交换产生正离子， 质子脱离和电子捕获产生负离子等。
❖ APCI是ESI的补充，有些分析物由于结构和极性方面的 原因，用ESI不能产生足够强的离子，可以采用APCI方 式增加离子产率。
❖ 主要用于挥发性样品的电离，不能汽化的样品不能分析；
❖ 稳定性不高的样品得不到分子离子；
（2）化学电离源(chemical ionization CI)
结构与EI同，离子化室充反应气体（甲烷、异丁烷、氨 等），电子首先将CH4离解，通过离子-分子反应来完 成电离。其电离过程如下：
CH4 + e
CH4+ + 2e （ CH3 + ， …）
Sample Flow In
Makeup Gas
Sweep Gas Out
图4-5 雾化进样系统
对于蒸汽压低的样品进行衍生化后进样
例如：葡萄糖变成三甲基硅醚的衍生物
HO HO
CH2OH O OH
Me3SiCl
CH2OSiMe3
OH
O
OSiMe3
Me3SiO
Me3SiO
OSiMe3
2、 离子源(ion source)
质谱法的主要作用是： （1）准确测定物质的分子量 （2）根据碎片特征进行化合物的结构分析
分析时，首先将分子离子化，然后利用离子在电场或 磁场中运动的性质，把离子按质核比大小排列成谱， 此即为质谱。
第二节 质谱分析的原理与仪器 4.2.1 质谱分析的过程与原理
图4-1 MS分析过程示意图
1、进样
化合物通过汽化引入离子化室；
1、样品引入系统
气体——直接导入或用气相色谱进样 液体——加热汽化或雾化进样 固体——用直接进样探头
图4-4 雾化进样
HEN Nebulizer
Heater Heated Gas
Nebulizer Gas
Sweep Gas In
Water Vapor
Dry Aerosol Water Vapor
样品分子失去一个电子而电离所产生的离子，记为 M 。
2）准分子离子（quasi-molecular ion） 准分子离子常由软电离产生，一般为 M+H +、M-H +。 3）碎片离子（fragment ion） 泛指由分子离子破裂而产生的一切离子。狭义的碎片离子
指由简单断裂产生的离子。 4）重排离子（rearrangement ion） 经重排反应产生的离子，其结构不是原分子结构单元。
❖ 质量相同而能量不同的离子经过扇形电场后彼此分开， 起能量色散作用。使静电场的能量色散作用和磁场的 能量色散作用大小相等方向相反，就可以消除能量分 散对分辨率的影响。
❖ 由电场和磁场共同实现质量分离的分析器，同时具有 方向聚焦和能量聚焦作用，叫双聚焦质量分析器。
❖ 双聚焦分析器的优点是分辨率高，缺点是扫描速度慢， 操作、调整比较困难，仪器造价比较昂贵。
图4-9 肌红蛋白电喷雾质谱图
（5）大气压化学电离源(Atmospheric pressure chemical Ionization APCI)
图4-10 大气压化学 电离接口示意图
结构与电喷雾源大致相同，不同之处在于APCI喷咀的下游 放置一个针状放电电极，通过放电电极的高压放电， 使空气中某些中性分子电离。
离子源的作用是将欲分析样品电离，得到带有样品 信息的离子。
电子电离源(electron ionization EI) 化学电离源(chemical ionization CI) 快原子轰击(fast atom bombardment FAB) 电喷雾源(electronspray ionization ESI) 大气压化学电离（atmospheric pressure chemical ionization APCI) 基质辅助激光解吸电离（matrix assisted laser desorption ionization MALDI)
FBA是一种广泛应用的软电离技术，主要用于极性强、 分子量大的样品分析。
特点：
❖ 电离过程中不必加热气化，因此适合于分析大分子量、 难气化、热稳定性差的样品。例如肽类、低聚糖、天 然抗生素、有机金属络合物等。
❖ FAB源得到的质谱不仅有较强的准分子离子峰(M+H)+ 或(M+Na)+ ，而且有较丰富的结构信息。
❖ 结构简单，操作方便，但分辨率很低。（无法克服离 子初始能量分散对分辨率造成的影响）
（2）双聚焦分析器（Double focusing mass analyzer）
图4-12 双聚焦质量分析器原理图
在扇形磁场前加一扇形电场，以消除离子能量分散对 分辨率的影响。
对于动能不同的离子，通过调节电场能，达到聚焦的目 的。
特点： ❖ 得到一系列准分子离子(M+1)+，(M-1)+，(M+2)+等等； ❖ 一般都有正CI和负CI，可以根据样品情况进行选择，对
于含有很强的吸电子基团的化合物，检测负离子的灵敏 度远高于正离子的灵敏度； ❖ 碎片离子峰少，图谱简单，易于解释； ❖ 适用于易汽化的样品，不适于难挥发成分的分析。 ❖ CI得到的质谱不是标准质谱，所以不能进行库检索。
5）母离子（parent ion）与子离子（daughter ion） 任何一离子进一步产生某离子，前者称为母离子，后者 称为子离子。
6）亚稳离子（metastable ion） 是从离子源出口到检测器之间产生的离子。
7）奇电子与偶电子离子（odd- and even-electron ion） 具有未配对电子的离子称为奇电子离子，不具有未配对 电子的离子称为偶电子离子。
❖ APCI主要产生的是单电荷离子，适用于弱极性的小分 子化合物。
❖ 碎片离子很少，主要是准分子离子，适用于液相色谱质谱联用仪。
（6）激光解吸源（Laser Description，LD）
❖ 利用一定波长的脉冲式激光照射涂有基质的样品靶，基 质分子吸收激光能量，与样品分子一起蒸发到气相并使 样品分子电离。
2、离子化
在离子化室，组分分子被一束加速电子碰撞（能量约 70eV），撞击使分子电离形成正离子；
M —— M+ + e 或与电子结合，形成负离子
M + e —— M-
3、离子也可因撞击强烈而形成碎片离子：
4、荷电离子被加速电压加速，产生一定的速度v， 与质量、电荷及加速电压有关：
zV 1 mv2
❖ FAB一般用作磁式质谱的离子源。
（4）电喷雾源(electronspray ionization ESI)
动画
图4-8 电喷雾电 离原理图
❖ 多层套管组成的电喷雾喷咀，最内层是液相色谱流出 物，外层是喷射气（氮气），使喷出的液体容易分散 成微滴。
❖ 喷嘴斜前方有一个补助气喷咀，使微滴的溶剂快速蒸 发，表面电荷密度逐渐增大，到某个临界值时，离子 从表面蒸发出来。
CH4+ + CH4
CH5+ + CH3
CH3& H2
ESI是很软的电离方法，即便是分子量大，稳定性差的化 合物，也不会在电离过程中发生分解。
特点： ❖ 适合于适用于强极性，大分子量的样品（生物大分
子）分析，如蛋白质、肽、糖等。 ❖ 最大特点是容易形成多电荷离子。一个分子量为
10000Da的分子若带有10个电荷，则其质荷比只有 1000Da，进入了一般质谱仪可以分析的范围之内。 因此目前采用电喷雾电离，可以测量分子量在 300000Da以上的蛋白质。 ❖ 主要用于液相色谱-质谱联用仪
（1） 电子电离源(electron ionization EI)
动画
图4-6电子电离源原理图
EI是质谱中最常用的离子源，电子能量一般为70eV，大 多数有机化合物的电离电位7~15eV，多数分子离子进一 步裂解产生碎片离子。
样品分子形成离子的四种途径： • 样品分子被打掉一个电子形成分子离子（同位素离子）。 • 分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。 • 分子离子发生结构重排形成重排离子。 • 通过分子离子反应生成加合离子。 特点： ❖ 碎片离子多，结构信息丰富，有标准化合物质谱库；
质辅助激光解吸电离源，电喷雾电离源，大气压化学电离源； LC-MS联用仪，感应耦合等离子体质谱仪，富立叶变换质谱仪等
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。
4.1.2 质谱分析法是按照离子的质核比（m/z）大小
对离子进行分离和测定从而对样品进行定性和定量分析 的一种方法。
（3）快原子轰击(fast atom bombardment FAB)
图4-7 快原子轰击源示意图
❖ 氩（氙）气在电离 室依靠放电产生氩 离子，高能氩离子 经电荷交换得到高 能氩原子流，
❖ 高能Ar（Xe）原 子轰击涂在靶上的 样品，溅射出离子 流。
❖ 样品电离后进入真 空，在电场作用下 进入分析器。
(1)
2
5、加速离子进入一个强度为H的磁场，发生偏 转，半径为：
r mv
(2)
zH
将（1）（2）合并：
m H 2r2
(3)
z 2V
当r为仪器设置不变时，改变加速电压或磁场强度，则不 同m/z的离子依次通过狭缝到达检测器，形成质量谱， 简称质谱。
4.2.2 有机质谱中的各种离子
1）分子离子（molecular ion）
大气压化学电离源主要用来分析中等极性的化合物。
❖ 电离产生H3O+，N2+，O2+ 和O+ 等离子及溶剂分子电离 产生的离子与分析物分子进行离子-分子反应，使分析 物分子离子化。由质子转移和电荷交换产生正离子， 质子脱离和电子捕获产生负离子等。
❖ APCI是ESI的补充，有些分析物由于结构和极性方面的 原因，用ESI不能产生足够强的离子，可以采用APCI方 式增加离子产率。
❖ 主要用于挥发性样品的电离，不能汽化的样品不能分析；
❖ 稳定性不高的样品得不到分子离子；
（2）化学电离源(chemical ionization CI)
结构与EI同，离子化室充反应气体（甲烷、异丁烷、氨 等），电子首先将CH4离解，通过离子-分子反应来完 成电离。其电离过程如下：
CH4 + e
CH4+ + 2e （ CH3 + ， …）
Sample Flow In
Makeup Gas
Sweep Gas Out
图4-5 雾化进样系统
对于蒸汽压低的样品进行衍生化后进样
例如：葡萄糖变成三甲基硅醚的衍生物
HO HO
CH2OH O OH
Me3SiCl
CH2OSiMe3
OH
O
OSiMe3
Me3SiO
Me3SiO
OSiMe3
2、 离子源(ion source)
质谱法的主要作用是： （1）准确测定物质的分子量 （2）根据碎片特征进行化合物的结构分析
分析时，首先将分子离子化，然后利用离子在电场或 磁场中运动的性质，把离子按质核比大小排列成谱， 此即为质谱。
第二节 质谱分析的原理与仪器 4.2.1 质谱分析的过程与原理
图4-1 MS分析过程示意图
1、进样
化合物通过汽化引入离子化室；
1、样品引入系统
气体——直接导入或用气相色谱进样 液体——加热汽化或雾化进样 固体——用直接进样探头
图4-4 雾化进样
HEN Nebulizer
Heater Heated Gas
Nebulizer Gas
Sweep Gas In
Water Vapor
Dry Aerosol Water Vapor
样品分子失去一个电子而电离所产生的离子，记为 M 。
2）准分子离子（quasi-molecular ion） 准分子离子常由软电离产生，一般为 M+H +、M-H +。 3）碎片离子（fragment ion） 泛指由分子离子破裂而产生的一切离子。狭义的碎片离子
指由简单断裂产生的离子。 4）重排离子（rearrangement ion） 经重排反应产生的离子，其结构不是原分子结构单元。
❖ 质量相同而能量不同的离子经过扇形电场后彼此分开， 起能量色散作用。使静电场的能量色散作用和磁场的 能量色散作用大小相等方向相反，就可以消除能量分 散对分辨率的影响。
❖ 由电场和磁场共同实现质量分离的分析器，同时具有 方向聚焦和能量聚焦作用，叫双聚焦质量分析器。
❖ 双聚焦分析器的优点是分辨率高，缺点是扫描速度慢， 操作、调整比较困难，仪器造价比较昂贵。
图4-9 肌红蛋白电喷雾质谱图
（5）大气压化学电离源(Atmospheric pressure chemical Ionization APCI)
图4-10 大气压化学 电离接口示意图
结构与电喷雾源大致相同，不同之处在于APCI喷咀的下游 放置一个针状放电电极，通过放电电极的高压放电， 使空气中某些中性分子电离。
离子源的作用是将欲分析样品电离，得到带有样品 信息的离子。
电子电离源(electron ionization EI) 化学电离源(chemical ionization CI) 快原子轰击(fast atom bombardment FAB) 电喷雾源(electronspray ionization ESI) 大气压化学电离（atmospheric pressure chemical ionization APCI) 基质辅助激光解吸电离（matrix assisted laser desorption ionization MALDI)
FBA是一种广泛应用的软电离技术，主要用于极性强、 分子量大的样品分析。
特点：
❖ 电离过程中不必加热气化，因此适合于分析大分子量、 难气化、热稳定性差的样品。例如肽类、低聚糖、天 然抗生素、有机金属络合物等。
❖ FAB源得到的质谱不仅有较强的准分子离子峰(M+H)+ 或(M+Na)+ ，而且有较丰富的结构信息。
❖ 结构简单，操作方便，但分辨率很低。（无法克服离 子初始能量分散对分辨率造成的影响）
（2）双聚焦分析器（Double focusing mass analyzer）
图4-12 双聚焦质量分析器原理图
在扇形磁场前加一扇形电场，以消除离子能量分散对 分辨率的影响。
对于动能不同的离子，通过调节电场能，达到聚焦的目 的。
特点： ❖ 得到一系列准分子离子(M+1)+，(M-1)+，(M+2)+等等； ❖ 一般都有正CI和负CI，可以根据样品情况进行选择，对
于含有很强的吸电子基团的化合物，检测负离子的灵敏 度远高于正离子的灵敏度； ❖ 碎片离子峰少，图谱简单，易于解释； ❖ 适用于易汽化的样品，不适于难挥发成分的分析。 ❖ CI得到的质谱不是标准质谱，所以不能进行库检索。
5）母离子（parent ion）与子离子（daughter ion） 任何一离子进一步产生某离子，前者称为母离子，后者 称为子离子。
6）亚稳离子（metastable ion） 是从离子源出口到检测器之间产生的离子。
7）奇电子与偶电子离子（odd- and even-electron ion） 具有未配对电子的离子称为奇电子离子，不具有未配对 电子的离子称为偶电子离子。
❖ APCI主要产生的是单电荷离子，适用于弱极性的小分 子化合物。
❖ 碎片离子很少，主要是准分子离子，适用于液相色谱质谱联用仪。
（6）激光解吸源（Laser Description，LD）
❖ 利用一定波长的脉冲式激光照射涂有基质的样品靶，基 质分子吸收激光能量，与样品分子一起蒸发到气相并使 样品分子电离。
2、离子化
在离子化室，组分分子被一束加速电子碰撞（能量约 70eV），撞击使分子电离形成正离子；
M —— M+ + e 或与电子结合，形成负离子
M + e —— M-
3、离子也可因撞击强烈而形成碎片离子：
4、荷电离子被加速电压加速，产生一定的速度v， 与质量、电荷及加速电压有关：
zV 1 mv2
❖ FAB一般用作磁式质谱的离子源。
（4）电喷雾源(electronspray ionization ESI)
动画
图4-8 电喷雾电 离原理图
❖ 多层套管组成的电喷雾喷咀，最内层是液相色谱流出 物，外层是喷射气（氮气），使喷出的液体容易分散 成微滴。
❖ 喷嘴斜前方有一个补助气喷咀，使微滴的溶剂快速蒸 发，表面电荷密度逐渐增大，到某个临界值时，离子 从表面蒸发出来。
CH4+ + CH4
CH5+ + CH3
CH3& H2