质谱基本原理资料
质谱分析的基本原理及方法
118 120 122 124
CHCl3分子离子区质谱
同位素峰的相对强度与分子中所含元素的原子数目及各元素的 天然同位素丰度有关。
CHCl3
35Cl 37Cl = 100 32.5 ~ 3 1 n=3 a=3 , b=1 (a+b)n=a3+3a2b+3ab2+b3=27+27+9+1
相对强度比：27 27 9 1
2. 同位素离子 含有同位素的离子称同位素离子。（表11-11）
12C 98.89% 13C 1.11% ; 35Cl 75.8% 37Cl 24.2%
同位素离子峰一般出现在相应分子离子峰或碎片离子峰的右
侧附近，m/e用M+1，M&80
27
27
60
40
M+4
20
9
1 M+6
CH3
+
CH3 C CH3
CH3 m/e 72
CH3 CH3 C+ +
CH3 m/e 57
CH3
Neopentane
3) 脱去中性分子的裂解
-e
+
++
R
R
R
-e
R
+
+
+
+
R +
R
++
RDA反应
• Mclafferty rearrangement(麦氏重排) 分子中有不饱和基团和氢原子的化合物能发生麦氏重排。
[氮规则]
当分子中含有偶数个氮原子或不含氮原子时, 分子量应为偶数； 当分子中含有奇数个氮原子时, 分子量应为奇数。
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。
质谱的原理和图谱的分析
(4)快原子轰击(fast atom bombardment, FAB) 用高能量的快速Ar原子束轰击样品分子(用液体基质负载样品并涂敷在靶上，常用基质有甘油、间硝基苄醇、二乙醇胺等),使之离子化。 FAB灵敏度高，适用于对热不稳定、极性强的分子，如肽、蛋白质、金属有机物等。 样品分子常以质子化的[M+H]+离子出现 基质分子会产生干扰峰。
◎分子中含1Cl 和1Br (a1+b1) (a2+b2), M : M+2 : M+4≈3 : 4 : 1 (3a+b)(a+b)=3a2+4ab+b2
查Beynon表法
C H N O m/z M+1 M+2
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，其动能小于离子源生成的离子，以低强度于表观质量m*（跨2～3质量单位）处记录下来，其m/z一般不为整数。 m*=m22/m1
01
在质谱中，m*可提供前体离子和子离子之间的关系。
02
离子在离子源的运动时间约106s数量级, 寿命小于 106s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。寿命在106s到 105s的离子可产生亚稳离子。
（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。
分子离子在电离室中进一步发生键断裂生成的离子。
经重排裂解产生的离子称为重排离子。 其结构并非原来分子的结构单元。
02
（5）母离子与子离子
任何一个离子（分子离子或碎片离子）进一步裂解生成质荷比较小的离子。 前者称为母离子，后者称为子离子。
质谱仪的基本原理和操作步骤
质谱仪的基本原理和操作步骤引言：质谱仪是一种广泛应用于化学、生物、环境等领域的分析仪器。
它通过分析样品中分子或原子的质量和结构，提供了重要的数据。
本文将介绍质谱仪的基本原理和操作步骤。
一、质谱仪的原理：1. 电离：质谱仪中，样品首先被电离成带电粒子。
最常用的电离技术是电子轰击电离，即用高能电子轰击样品分子，使其失去电子而带电。
其他常用的电离技术还包括化学电离、光解电离等。
2. 分离：电离后，带电粒子会被引入质谱仪的分离部分。
分离的原理是基于粒子在电场或磁场中的分辨率。
常见的分离技术有时间飞行法和磁扇形法。
时间飞行法基于不同离子飞行时间的差异，将粒子分离。
磁扇形法则是通过施加磁场，使得离子在磁场中的轨迹受到影响，从而实现分离。
3. 检测：分离好的粒子通过检测器进行检测和信号采集。
检测器的种类有很多，最常用的是离子倍增器和光电离器。
它们能够接受质谱仪中离子的信号，并将其转化为电信号。
4. 数据处理：检测到的离子信号经过放大和处理，最终转化为质谱图。
质谱图显示了样品中各种离子的相对丰度和质量。
通过分析质谱图，可以确定样品组分并检测有害物质。
二、质谱仪的操作步骤：1. 准备样品：在进行质谱分析之前，需要准备样品。
样品通常是溶液或气体，要求无害、纯净且浓度适中。
2. 样品引入：样品可以通过气体色谱或液相色谱等分离技术引入质谱仪。
其中，气体色谱质谱联用技术最常用。
样品分子先通过气相色谱分离，再进入质谱仪进行质谱分析。
3. 设置参数：根据所检测的样品类型和目的，需要设置质谱仪的相关参数。
这些参数包括电子能量、离子进入质谱仪的速度、电场强度等。
合理设置这些参数可以提高分析结果的准确性和灵敏度。
4. 开始质谱分析：设置好参数后，开始质谱分析。
样品中的分子将被电离，然后进入质谱仪进行分离和检测。
此时，质谱仪会产生质谱图，并通过电脑进行数据处理和分析。
5. 结果解读：得到质谱图后，需要对其进行解读。
通过比对数据库中已有的质谱图，可以确定样品中的化合物组成；通过对谱峰的相对丰度进行分析，可以定量检测样品中各组分的含量。
质谱分析原理ppt课件.ppt
CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2
CH2 CH2
CH3 CH3
43 H3C 29 H3C 15 CH3
CH2 CH2
CH2 CH2 CH3
CH2
CH2 CH2 CH2 CH3
CH2 CH2 CH2 CH2 CH3
三、α―断裂
BAZ
R CH2 OH R CH2 OR' R CH2 NR'2 R CH2 SR'
39 51 65 77
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
CH2 CH2 CH2 CH3
CH2CH2CH3
m/z=134
m/z=39 HC
m/z=65 CH
HC
CH
CH2 m/z=91
m/z=91
H2 C
CH2 CH H CH3
CH2 HC
四极杆质量分离器
二、仪器与结构
三、联用仪器
仪器内部结构
联用仪器（ THE GC/MS PROCESS ）
1.0 DEG/MI
N
HEWLET 5972A PTACKAR D
Mass Selective Detector
Sample
DC AB
Sample
HEWLETT PACKARD
5890
Gas Chromatograph (GC)
BCD• + A +
B• + A +
ABCD+
CD• + AB +
A•+ B+
碎
片
D• + C + 离
简述质谱法的基本原理
简述质谱法的基本原理
质谱法是一种用于分析物质组成和结构的分析方法，其基本原理可以概括如下：
1. 样品离子化：将待分析的物质样品转化为离子态。
常见的离子化方法包括电离、化学离子化和表面离子化等。
2. 离子加速和分离：离子被加速至高能量状态，并通过一系列电场或磁场进行分离，根据离子质荷比的差异将离子分离开来。
其中，质量分析器的作用就是按照离子的质量-荷比与电磁场
相互作用来实现离子的分离。
3. 质量分析：质量分析器是质谱法中最核心的部分，负责对分离后的离子进行质量和丰度分析。
常见的质量分析器包括质谱仪中的磁谱仪和时间飞行质谱仪等。
4. 检测和数据处理：分析仪器会对通过质谱仪的离子进行检测和信号放大，然后将其转化为电信号。
接下来，对这些信号进行数据采集和处理，最终得到质谱图。
通过质谱图，可以识别分子的质量和结构信息，进而推断样品的组成和化学性质。
质谱法在化学、生物化学、环境科学等领域广泛应用，成为现代科学研究和分析的重要工具。
质谱法简介—质谱法基本原理(分析化学课件)
m/z 123 －CH3
－CO 108
80
m/z 80 离子是由分子离子经过两步裂解产生的，而不是一步形成的
质谱法基本原理
4.同位素离子
大多数元素都是由具有一定自然丰度的同位素组成。化合物 的质谱中就会有不同同位素形成的离子峰，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M+1；有时还可以 观察到M+2，M+3。通常把由同位素形成的离子峰叫同位素峰。
离子子还可能进一步裂解成更小的碎片离子，在裂解的同时也可能
发生重排。
质谱法基本原理
3.亚 稳 离 子（m*）
在离子源中形成的碎片离子没有进一步裂解，而是在 飞行进入检测器的过程中发生自行的裂解，这样所形成的低 质量的离子叫亚稳离子。 形成过程 m1 (母离子) m2 (子离子) 中性碎片
表观质量 m m22
37
(a+b)n=(3+1)2=9+6+1
即三种同位素离子强度之比为9:6:1。 这样，如果知道了同位素的元素个数，可以推测各同
位素离子峰强度之比。 同样，如果知道了各同位素离子强度之比，可以估计
出分子中是否含有S、Cl、Br原子以及含有的个数。
质谱法基本原理 四、质谱法的特点与主要用途
❖ 特点： ❖ 1．样品用量少。灵敏度高，精密度好。 ❖ 2．分析速度快。 ❖ 3．分析范围广，适合联机。 ❖ 4．能够同时给出样品的精确分子质量和结构信息
色谱-质谱联用分析法 气质联用（GC-MS）的应用领域：
气质联用已经成为有机化合物常规检测中的
必备工具。环保领域的有机污染物检测，特别是
低浓度的有机污染物；药物研究生产质控的进出
口环节；法庭科学中对燃烧爆炸现场调查，残留
质谱的原理及应用
质谱的原理及应用1. 质谱的基本原理质谱是一种重要的分析技术，它利用离子化技术将待测物质转化为离子，并通过对离子进行分析，得到物质的分子结构、组成和质量信息。
质谱的基本原理包括样品离子化、离子分离、离子检测和质量分析。
1.1 样品离子化样品离子化是质谱的第一步，常见的离子化方法包括电离和化学离子化。
电离通常采用电子轰击、电子喷雾和激光离化等方法。
1.2 离子分离离子分离是质谱的关键步骤，通过施加电场或磁场，可以将离子按照质荷比进行分离。
常见的离子分离方法包括质量过滤、离子阱和飞行时间法等。
1.3 离子检测离子检测是质谱的关键环节，常见的离子检测方法包括电子增强器、多极杆和检测器等。
离子检测器会将离子转化为电信号，并进行放大和信号处理。
1.4 质量分析质量分析是质谱的核心内容，通过质谱仪器对离子进行质量分析，可以得到物质的质量谱图。
常见的质谱分析方法包括质谱仪、质谱图和质谱库的利用。
2. 质谱的应用领域质谱作为一种高灵敏度和高分辨率的分析方法，已广泛应用于多个领域。
2.1 生物医药领域质谱在生物医药领域中主要应用于药物代谢动力学研究、蛋白质组学和分子诊断等。
通过质谱技术可以分析药物在体内的代谢途径、代谢产物和代谢酶等，对药物的疗效和安全性进行评估。
此外，质谱还可以用于分析蛋白质组的组成和结构，帮助研究蛋白质功能及其与疾病之间的关系。
2.2 环境监测领域质谱在环境监测领域中主要用于有机污染物和无机污染物的检测与分析。
通过质谱技术可以对空气、水体、土壤等中的污染物进行快速、准确的分析，有助于环境质量评估和环境治理。
2.3 食品安全领域质谱在食品安全领域中起着重要的作用，可以用于检测食品中的农药残留、重金属污染和毒素等。
通过质谱技术可以对食品样品进行快速筛查和定量分析，保障食品质量和食品安全。
2.4 新能源领域质谱在新能源领域中用于催化剂研究、电池材料分析和新能源开发等。
通过质谱技术可以研究催化剂的表面结构和反应机理，评估催化剂的催化活性和稳定性。
质谱的原理和图谱的分析
若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的各峰的相对 丰度可用二项式 (a+b)m 展开式的系数推算
若化合物含有 i 种元素，它们都有非单一的同位素 组成，总的同位素峰簇各峰间的强度可用下式表示：
(a1+b1)m1 (a2+b2)m2 … (ai+bi)mi
m/z 154 155 156 157 RI 100 9.8 5.1 0.5
m/z 154 155 156 157 RI 100 9.8 5.1 0.5 RI(M+2) / RI(M) ×100 = （1.1x）2 / 200 + 0.2w +4.4S 5.1/100×100=4.4S S=1(含1个硫） RI(M+1) / RI(M) ×100 = 1.1x + 0.37z+ 0.8S C数目=(9.80.8)/1.18 H数目=15432128=26 不合理 分子式为C8H10OS
（3） 场致离（FI）和场解吸 （ FD ）
场致离（field ionization, FI） •气态样品分子在在强电场（107-108V/cm）的作用下发 生电离。 •要求样品分子处于气态, 灵敏度不高, 应用逐渐减少.
场解吸 （field desorption, FD ） • 样品不需汽化, 将样品吸附在作为场离子发射体的金 属丝上, 送入离子源, 然后通以微弱电流, 使样品分子 从发射体上解吸下来, 并扩散至高场强的场发射区, 进 行离子化.
（3）碎片离子 分子离子在电离室中进一步发生键断裂生成的离子。
（4）重排离子 经重排裂解产生的离子称为重排离子。 其结构并非原来分子的结构单元。
（5）母离子与子离子 任何一个离子（分子离子或碎片离子）进一步裂解生 成质荷比较小的离子。 前者称为母离子，后者称为子离子。
质谱法的基本原理与应用
质谱法的基本原理与应用一、什么是质谱法质谱法（Mass Spectrometry, MS）是一种基于粒子在电场和磁场中运动的质量-电荷比分析仪器的方法。
该方法广泛应用于化学、生物学、环境科学等领域，在化学分析、生物分析、药物研发等方面具有重要的应用价值。
二、质谱法的基本原理质谱法基于粒子在电场和磁场中运动的原理，通过将样品中的分子离子化，并使其带上电荷，然后通过加速器将离子加速到一定速度，进入磁场区域。
在磁场中，离子将按照它们的质量-电荷比比例进行偏转。
通过测量离子在磁场中偏转的程度，可以确定其质量-电荷比，并进一步分析出其具体的分子结构。
质谱法的基本原理可以简化为以下几个步骤：1.离子源：将样品分子离子化产生离子。
离子源常用的方法包括电离和化学离子化。
2.加速器：对离子进行加速，使其获得足够的能量。
3.分离器：通过磁场和电场的作用，将离子按照质量-电荷比进行分离。
4.探测器：测量离子的质量-电荷比，并得到质谱图。
三、质谱法的应用领域质谱法在各个领域都有重要的应用，下面我们分别介绍一些常见的应用领域：1. 化学分析领域质谱法在化学分析领域中扮演着重要的角色。
它可以用于确定化合物的分子结构、分析化合物的组成、检测化合物的纯度等。
质谱法可以通过测量样品中的分子离子的质量-电荷比，来确定样品的组成和结构。
2. 生物分析领域质谱法在生物分析领域中也有广泛的应用。
通过质谱法可以对蛋白质、核酸等生物大分子进行分析和鉴定。
这对于了解生物大分子的结构和功能具有重要意义，有助于深入理解生命的基本过程。
3. 药物研发领域质谱法在药物研发领域中有着重要的地位。
药物的研发需要对化合物的结构、纯度、稳定性等进行分析。
质谱法可以通过对药物候选化合物进行分析，确定其分子结构以及相应的质量信息，有助于药物的合理设计和优化。
4. 环境科学领域质谱法在环境科学领域中也有广泛的应用。
它可以用于分析和检测环境中的污染物和毒性物质，对环境质量进行评估。
质谱原理学习(通俗版)精选全文
8-2 质谱仪器原理
质谱过程
高速电子 撞击 气态分子 得到 阳离子
顺序谱图
按质荷比m/z
导 入
质量分析器
峰位置
峰强度
定性分析 结构分析
定量分析
8-2 质谱仪器原理
仪器构造
真空系统
进样 系统
离子源
质量 分析器
检测器
1.间歇式进样 2.直接进样 3.气相色谱
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光
➢分子离子：样品分子失去一个电子电离所产生的离子。
8-2 质谱仪器原理
2、离子源（电离室）
场致电离源 （Field Ionization; FI）
电压：7-10 kv；d < 1 mm； 强电场将分子中拉出一个电子； 分子离子峰强；碎片离子峰少； 不适合化合物结构鉴定；
场解析电离源（Field Desorption Ionization; FD）
四极滤质器 (Quadrupole Mass Filter， QMF)
➢ 只有合适质荷比的离子（共振离子）才能通过电极间隙 而进入检测器；
➢ 采用电压扫描或频率扫描，就可检测出不同质荷比的离子。
✓ 电压扫描：保持直流电压和射 频电压的比值及射频频率不变， 改变直流和射频电压的大小。
✓ 频率扫描：保持电压不变改变 射频电压的频率。
8-2 质谱仪器原理
2、离子源（电离室）
离子源是质谱仪的心脏，作用主要是将试样中的原子、 分子电离成离子，并使离子加速、聚焦为离子束，离子束 通过狭缝进入质量分析器。 其性能影响质谱仪的灵敏度和分辨率。
➢ 硬电离方法：给样品较大能量的电离方法， 适用于难电离的稳定物质。
➢ 软电离方法：给样品较小能量的电离方法， 适用于易破裂或易电离的样品。
质谱基本原理
质谱基本原理质谱是一种通过分析物质的离子质量和相对丰度来确定其组成和结构的分析技术。
质谱仪是实现质谱分析的仪器，它可以将物质中的分子或原子转化为离子，并根据离子的质量-电荷比进行分析。
质谱技术在化学、生物学、环境科学等领域有着广泛的应用，下面我们来详细了解一下质谱的基本原理。
首先，质谱分析的基本原理是将待分析的物质通过不同的方法转化为离子，然后根据离子的质量-电荷比进行分析。
这个过程包括样品的离子化、离子的分离和检测三个基本步骤。
在样品的离子化过程中，常用的方法包括电离、化学离子化和质子化等。
离子的分离是通过质谱仪中的质子分析器或质谱仪中的离子漂移管等部件来实现的。
最后，通过检测器来检测离子的质量-电荷比，从而得到质谱图谱。
其次，质谱分析的基本原理还包括质谱仪的工作原理。
质谱仪主要由离子源、质子分析器和检测器组成。
离子源用于将待分析的物质转化为离子，质子分析器用于分离离子，检测器用于检测离子的质量-电荷比。
其中，离子源可以采用不同的方法，如电子轰击、化学离子化和质子化等。
质子分析器根据离子的质量-电荷比进行分离，常用的方法包括磁场分离和电场分离。
检测器则根据离子的质量-电荷比进行检测，常用的方法包括离子倍增器和光电离探测器等。
最后，质谱分析的基本原理还包括质谱图谱的解析和应用。
质谱图谱是通过质谱仪得到的离子的质量-电荷比和相对丰度的图谱，它可以用来确定物质的组成和结构。
在质谱图谱的解析中，需要根据离子的质量-电荷比和相对丰度来确定物质的分子式和结构式。
质谱图谱在化学、生物学、环境科学等领域有着广泛的应用，可以用来分析有机化合物、生物大分子、环境污染物等。
总之，质谱分析是一种通过分析物质的离子质量和相对丰度来确定其组成和结构的分析技术。
质谱分析的基本原理包括样品的离子化、离子的分离和检测三个基本步骤，质谱仪的工作原理以及质谱图谱的解析和应用。
质谱技术在化学、生物学、环境科学等领域有着广泛的应用，对于研究物质的组成和结构具有重要意义。
有机化学基础知识点整理质谱的基本原理与应用
有机化学基础知识点整理质谱的基本原理与应用有机化学基础知识点整理质谱的基本原理与应用质谱（Mass Spectrometry）是一种通过将化合物分子转化为离子并对离子进行分析的技术，广泛应用于有机化学领域。
本文将介绍质谱的基本原理，包括离子化、质量分析和离子检测，并探讨其在有机化学中的应用。
一、质谱的基本原理1. 离子化质谱仪通过离子源将分析物转化为离子，常用的离子化方法包括电子轰击、化学离子化和电喷雾离子化。
其中，电子轰击是最常用的方法，通过高能电子轰击样品分子获得分子离子。
2. 质量分析离子化后的分子离子进入质谱仪中的质量分析器，常见的质谱仪包括飞行时间质谱仪（TOF-MS）、质谱过滤器和四级杆质谱仪。
不同的质谱仪原理不同，但都能将离子按照其质量-电荷比（m/z）进行分析和分离。
3. 离子检测经过质量分析器分离的离子进入离子检测器，常见的离子检测方法包括电子倍增器和离子多极检测器。
离子检测器能够将离子信号转化为电子信号，并进行放大和处理，最终形成质谱图谱。
二、质谱在有机化学中的应用1. 分子结构鉴定质谱能够提供准确的分子质量信息，通过质谱图谱的分析可以推断分子的结构。
例如，碎片离子的相对丰度可以推测分子中的基团类型和相对位置，进而确定分子结构。
2. 化合物的定性和定量分析质谱分析可以定性和定量样品中的化合物。
通过与数据库中已知化合物的质谱图谱进行比对，可以确定未知化合物的结构。
同时，利用质谱峰的强度可以进行化合物的定量分析。
3. 反应机理研究质谱技术常用于研究有机反应机理。
通过追踪中间体的形成和分解，可以揭示反应的路径和可能的机理。
质谱还可以用于监测反应进程中产物的生成情况，进一步了解反应的动力学和热力学特征。
4. 药物研发质谱在药物研发中起着重要作用。
通过质谱技术可以鉴定药物的纯度和结构，同时还可以研究药物的代谢途径和代谢产物，为药物的设计、合成和优化提供重要信息。
5. 生物分析与代谢组学质谱技术在生物分析和代谢组学研究中应用广泛。
质谱基本原理
• 一、质谱仪
• 化合物旳质谱是由质谱仪测得旳。一般质谱仪由下列几种部分构 成：
进样系统 离子源 质量分析器 离子接收器 信号放大记录系统
高真空系统
• 最简朴旳质谱仪为单聚焦(磁偏转)质谱仪。它旳构造如下图。
f
真空泵
b
d
c
q
a
图12-26 单聚焦质谱仪示意图
i
样品
• 整个系统是高真空旳，气体样品从进样口a进入离解室，样品分
对 强
60
度 40
20
M 甲烷质谱图
M+1 12 13 14 15 16
m/z
• 12.8 相对分子质量和分子式确实定
• 一、分子离子和相对分子质量 • 分子失去一种电子生成旳自由基分子正离子叫做分子离子。因它
只带一种正电荷，质荷比(m/z)在数值上与分子旳质量相同，所以， 在质谱中，找到分子离子峰就可拟定相对分子质量。这是质谱旳 主要应用之一。它比用其他措施，如冰点降低、沸点升高法测定 相对分子质量简朴得多。 • 分子离子峰一般是质谱图中质荷比最大旳峰。但多数情况下其右 侧还伴随有弱旳同位素峰和反应离子峰。有些化合物旳分子离子 比较稳定，峰旳强度较大，在质谱图谱上轻易找到；但有些化合 物旳分子离子不够稳定，轻易生成碎片，此时，这些分子离子峰 很弱或几乎找不到(如带支链旳烷烃、醇类等)。这时，可采用降 低质谱仪撞击电子流旳能量旳措施，或以其他经验措施来拟定分 子离子峰。
• 含偶数电子旳离子裂分不能产生自由基，只能生成偶数电子旳中 性分子和正离子。
• 偶数电子规律：
M 奇数电子离子
M
A +B C + D (偶数电子分子)
偶数电子离子 A
E + F (偶数电子分子)
质谱测定的基本原理
质谱测定的基本原理
质谱测定的基本原理是利用质谱仪对样品中的分子进行分析和鉴定。
它包括以下几个步骤：
1. 样品的进样：样品可以是气体、液体或固体，它们需要经过适当的前处理步骤，如挥发、抽取或溶解等，以便能够进入质谱仪进行分析。
2. 离子化：样品分子经过电离源（如电子轰击、电喷雾、化学电离等）使其成为带电离子，一般为正离子。
离子化的目的是使分子能够在质谱仪的离子光束中产生可探测的信号。
3. 离子分离和加速：带电离子通过一系列离子光学元件（如电场、磁场等）进行分离和加速，使它们能够以不同的速度进入质谱仪的质量分析器。
4. 质量分析：质谱仪的质量分析器一般采用质量过滤器或质量分析器，如磁扇形质量分析器、四极杆质量分析器、飞行时间质量分析器等。
这些质量分析器能够根据离子的质量/电荷比（m/z）对离子进行分离和筛选。
5. 检测和信号处理：离子依次通过质量分析器后，被探测器探测到。
探测器可以是电子倍增器、离子化检测器、光电倍增管等。
探测器将离子的信号转化为电信号，并送入信号处理系统进行放大、记录和分析。
通过分析不同m/z的离子的丰度和相对分子质量，可以确定样
品中存在的化合物的种类和含量。
质谱测定广泛应用于化学、生物、医药、环境科学等领域。
质谱分析的基本原理及方法
激光离子化
利用激光束将样品分子电 离，常用于生物样品和有 机化合物的分析。
质量分离
质量过滤
利用磁场或电场使不同质量的离子分 开。
色谱分离
结合色谱技术，如气相色谱、液相色 谱等，对复杂样品进行分离。
检测与数据分析
检测器
用于收集经过质量分离后的离子，并将其转换为可测量的电信号。
数据分析复杂
质谱数据分析需要专业的软件 和技能，对实验人员的技能要
求较高。
05
质谱分析的未来发展
高分辨质谱技术
总结词
高分辨质谱技术能够提供更精确的分子质量和结构信息，有助于深入解析复杂生物分子和环境样品中 的化合物。
详细描述
高分辨质谱技术利用先进的离子光学系统和探测器技术，提高了分辨率和灵敏度，能够更准确地测定 分子质量和结构特征。这对于解析蛋白质、多糖等复杂生物分子以及环境污染物、药物等化合物的结 构和性质具有重要意义。
用于检测食品中的添加剂、农药残留和有 害物质等，保障食品安全。
02
质谱分析方法
气相色谱-质谱联用（GC-MS）
总结词
气相色谱-质谱联用是一种常用的质谱分析方法，通过气相色谱将混合物中的各组分分离，然后进入质谱仪进行 检测。
详细描述
GC-MS的优点在于能够分离和鉴定复杂混合物中的化合物，特别适用于挥发性有机化合物的分析。该方法首先 将样品中的化合物通过气相色谱分离，然后通过接口技术将组分引入质谱仪中，最后通过质谱检测各组分的分子 量和结构信息。
环境科学领域
用于药物代谢、蛋白质组学、基因组学等 方面的研究，可检测生物样品中的代谢物 、蛋白质、多肽和核酸等。
用于检测空气、水体和土壤等环境样品中 的污染物，如重金属、有机污染物和农药 残留等。
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(1) C3H12N5O2, 150.099093 (2) C5H14N2O3, 150.100435 (3) C8H12N3, 150.103117 (4) C10H14O, 150.104459 首先，根据N规律，排除(1)和(3)。 所谓N规律是指：当有机分子的分子量为偶数时，该分子中不含 N或含偶数个N；当分子量为奇数时，分子中必含有奇数个N原 子。 再计算(2)和(4)的不饱和度。 UN(2)＝5＋1－0.5＊(14-2)＝0 UN(4)＝10＋1－0.5＊(14)＝4 由题义可知，分子中有一个羰基，说明只少有一个不饱和度。而 (2)的不饱和度为0，也不合理。因此，只有(4)才是可能的分子式。
m/z
m H2r2 － z = 2V
－
• 在上图中，m/z＝16的基峰为甲烷打掉一个电子生成的分子离子 峰，常用M+表示。甲烷的分子离子较稳定，所以它的强度最大， 可作为基峰。但是，在很多有机化合物的质谱中，分子离子峰并 不一定是最强峰(基峰)。
100 相 80 对 60 强 度 40 20 12 13 14 15 m/z 甲烷质谱图
• 一、质谱仪
• 化合物的质谱是由质谱仪测得的。一般质谱仪由以下几个部分组 成：
进样系统 离子源 质量分析器 离子接收器 信号放大记录系统
高真空系统
• 最简单的质谱仪为单聚焦(磁偏转)质谱仪。它的结构如下图。
f
真空泵 b d c a 样品 图12-26 单聚焦质谱仪示意图 q i
• 整个系统是高真空的，气体样品从进样口a进入离解室，样品分 子被一束高能量的电子撞击，结果使样品分子发生各种反应。首 先是样品分子中的一个电子被击出，形成带正电荷的自由基分子 [CH4] + 2e 离子。以甲烷为例： CH4 + e • 该分子离子可继续反应形成碎片离子，碎片离子可进一步分裂成 新的碎片离子。这样，一个化合物在离子室中可以产生若干个质 荷比不同的离子，如甲烷： CH4 + e [CH4] + CH3 + [CH2] + CH + [C] • 这些离子进入一个具有几千伏电压的加速区c，加速后通过狭缝d 进入磁场f。质量为m的离子经电场加速后获得的动能来源于加 速电场的势能，即：zV = m2/2 • 而在磁场中，离子运动方向发生 • 改变，进行圆周运动。这时， f • 只有磁场施加给离子的向心 • 力(Hz)与离子的离心 真空泵 • 力(m2/r)相等，才能达到 b d • 分析器的出口，被检测到。 c q
• 二、分子式的确定 • 确定了相对分子量，并不能写出分子式，因为多种分子可能具有 相同的分子量。那么，如何确定分子式呢？常用的有两种方法。
• 1.高分辨率质谱法测定分子式
• 利用高分辨率质谱仪测定分子式的依据是，当规定12C的原子质 量为12.000 000时，其它各元素的原子质量严格地讲都不是整数。 如：1H：1.007 825，16O：45.994 914，14N：14.003 050。因此， 即便是有的化合物分子在整数部分是相同的，但其在小数部分绝 对不会相同。 • 因此，只要能足够精确地测出分子量，就能推断出分子式。现代 高分辨率质谱已能精确到万分之一，误差仅为±0.006。能够符 合这一精度的，可能的分子式数目已经很少了。若再配合其它信 息，就可从这少数的几个分子式中推断出合理的分子式。 • 例如：用高分辨率质谱仪测得试样M.+为150.1045，该化合物在 IR光谱中有明显的羰基吸收峰，求其分子式。 • 解：若质谱仪的误差是±0.006，那么分子量小数部分的范围是： 0.0985－0.1105，查贝农表，质量整数为150，小数部分在这一范 围的可能分子式有4个。
2 m υ /r Hzυ =
a 样品 图12-26 单聚焦质谱仪示意图 i
• 合并上述两式，消去速度，可得到公式： • 这是质谱的基本方程。m/z称为质荷比，由公式可知，当仪器的 加速电压(V)和磁场强度(H)一定时，只有半径为r的离子才能达 到分析器的出口，被检测器检测出来。 • 反过来，如果固定加速电压V和离子运动半径r，对磁场进行扫 描，由于m/z与H2成正比，当H由小到大改变时，不同质荷比的 离子就会由小到大，依次穿过狭缝q，被检测器i依次接收，从而 得到所有m/z离子的质谱图。 • 二、质谱图 • 一般的质谱图用棒状图表示，其横坐标为不同离子的m/z ，纵坐 100 M 标为各峰的相对强度。左图为甲烷 甲烷质谱图 相 80 • 的质谱图，在不同的m/z处，有强度 对 60 • 不同的峰，最高的峰称为基峰，把 强 40 • 它的强度定为100，其它峰高相对于 度 M+1 • 它的百分数为各峰的相对强度。峰的 20 • 相对强度表示不同质荷比离子的相对含量。12 13 14 15 16
第二部分
12.7 质谱基本原理
• 12.7 质谱的基本原理
• 质谱：就是将样品转化为运动的气态离子碎片，并磁场中按质荷 比(m/z)大小进行分离记录的分析方法。 • 质谱与其它分析方法相比，有以下特点： • (1)质谱法几乎是唯一能够确定有机化合物分子式的方法。低分 辨率的质谱仪可以测定分子量，高分辨率的质谱仪不仅可以得准 确的分子量(准确到小数点后3-4位)，而且还可以确定分子式。 • (2)质谱分析法灵敏度高，试样通常只需微克级，就可得到一张 很好的谱图，检出限量可达10-14 g 。 • (3)此外，质谱法还能根据各类化合物分子离子断裂成碎片的规 律，提供丰富的分子碎片信息，用于结构分析。 • 尤其是近年来，计算机在质谱上的应用，质谱与其它分析方法的 联用，如气相色谱－质谱联用、液相色谱－质谱联用、质谱－质 谱联用等技术的发展，使得质谱的应用更为广泛，作用更为重要。 使它在生命科学、环境科学、药物检测等领域中已成为必不可少 的手段。
M
M+1 16
• 12、分子离子和相对分子质量 • 分子失去一个电子生成的自由基分子正离子叫做分子离子。因它 只带一个正电荷，质荷比(m/z)在数值上与分子的质量相同，因此， 在质谱中，找到分子离子峰就可确定相对分子质量。这是质谱的 重要应用之一。它比用其它方法，如冰点降低、沸点升高法测定 相对分子质量简单得多。 • 分子离子峰一般是质谱图中质荷比最大的峰。但多数情况下其右 侧还伴随有弱的同位素峰和反应离子峰。有些化合物的分子离子 比较稳定，峰的强度较大，在质谱图谱上容易找到；但有些化合 物的分子离子不够稳定，容易生成碎片，此时，这些分子离子峰 很弱或几乎找不到(如带支链的烷烃、醇类等)。这时，可采用降 低质谱仪撞击电子流的能量的方法，或以其它经验方法来确定分 子离子峰。