质谱碳谱技术应用教学课件

5）M 峰和M+H 峰或峰M-H 的判别 醚、酯、胺、酰胺、氰化物、氨基酸酯、胺醇等可能 + 有较强的M+H 峰，芳醛、某些醇或某些氮化物可能有 + 较强的M-H 峰。 6）含氯和溴原子的化合物 35Cl：相对丰度，75.77% 37Cl：相对丰度，24.23% 79Br：相对丰度，50.5% 81Br：相对丰度，49.5% 7）有些没有分子离子峰的化合物易丢失的中性分子 醇易脱水而丢失质量数18，分子量=最高质量数+18 乙酸乙酯易失去乙酸，质量数60
electrons) → ions (accelerated in an electric field) → accelerated ions (separated according to their mass-to-
charge ratios in a magnetic or electric field) → detected
正电荷离子的表示方法
“+”表示离子中含偶数个电子，“ + ”表示离子中 含奇数个电子。若分子中含杂原子，π键或苯环则 表示为（A）；若正电荷的位置不能确切标明，表 示为（B）；复杂离子的结构表示为（C）：
2. 电子转移的表示
源自文库
：一个电子的转移； ：一对电子的转移。
5.4 Determination of Molecular Weight
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。
+
+
+
CH3 H3C C CH2 CH2 OH CH3
判别分子离子峰时的困难：
(1) 样品不气化，或气化分解，或在电离时无完整分子结 构，因而无分子离子峰。 (2) 样品中的杂质在高质量端出峰，特别是当杂质易挥发 或其分子离子稳定时，干扰很大。 (3) 分子离子峰存在于同位素峰簇之中。 + + + (4) 往往同时存在M+H 或M-H ，如何从中辨别出M 。
+
CH4 + 2e （ CH3 + ， …）
+
CH4 + CH4
CH3+ + CH4
CH5 + CH3
C2H5 + + H2
+
生成的气体离子再与样品分子M反应： CH5 + + MH C2H5 + + MH CH4 + MH2+ C2H6 + M+
化学电离源是一种软电离方式，有些稳定性差的化合物 ，用EI方式得不到分子离子，改用CI后可以得到准分子 离子，因而可以求得分子量。 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。
5.2 GC-MS
Gas chromatography – mass spectrometry Quadrupole mass spectrometer
Fig5.2 Quadrupole analyzer
LC-MS
Fig5.3 Electronspray ionization ESI
5.3 The Mass Spectrum
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。 8）多电荷离子（multiply-charged ion） 失掉两个以上电子的离子称为多电荷离子。 9）同位素离子（isotopic ion） 当元素具有非单一的同位素组成时，产生同位素离子。
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
有机质谱中的各种离子
1）分子离子（molecular ion）
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。
FAB一般用作磁式质谱的离子源。
（4）电喷雾源(electronspray ionization
动画
ESI)
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。 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
（3）快原子轰击(fast atom bombardment
FAB)
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。
图4-7 快原子轰击源示意图
样品电离后进入真 空，在电场作用下 进入分析器。
在EI谱中，分子离子峰在数值上等于分子量。
分子离子峰M 的判别：
1）最大质量数的峰可能是分子离子峰。 当最大质 量端存在同位素峰簇时，应按有关原则寻找。 2）和低质量离子的关系：
+
(1) 合理的中性碎片（小分子或自由基）的丢失。M-3 到M-13、M-20到M-25之内不可能有峰。
(2) 分子离子应具有最完全的元素组成。
Chapter 5 Mass Spectrometry
质谱仪的发展史
1911年: 世界第一台质谱装置（J.J. Thomson）
40年代:
用于同位素测定和无机元素分析
50年代： 开始有机物分析（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： 新的质谱技术出现：快原子轰击电离子源，基
（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。
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。 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。
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
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。
5.1 The Mass Spectrometer
Molecules (bombarded by a stream of high-energy
M+, molecular ion (分子离子)
Ignoring heavy isotopes, the M+ is the heaviest peak in the mass spectrum. Peaks caused by ions bearing those heavier isotopes also appear in mass spectra. The relative abundances of such isotopic peaks are proportional to the abundances of the isotopes in nature. Besides looking for the M+ peak, one would also attempt to locate the M+1 and M+2 peaks.
质谱分析的原理与仪器
进样系统 真空系统
质谱计框图
加速区
离子源
质量分析器
计算机数据 处理系统
检测器
离子源
• 分子失去电子，生成带正电荷的分子离子 • 分子离子可进一步裂解，生成质量更小的碎片离 子
M+ e
50-70eV
+. M + 2e -. M 小于1% A+. + 中性分子或碎片 +. B + R C +.
The most abundant ion, the tallest peak, base peak The relative abundances of all other peaks in the spectrum are reported as percentages of the abundance of the base peak.
ionization
APCI)
MALDI)
基质辅助激光解吸电离（matrix assisted laser desorption ionization
（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；
(3) 多电荷离子按电荷修正后所得到的质量数应小于或 等于分子离子质量数。
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
+
.
D
+
2、 离子源(ion source)
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