质谱及联用技术

二、有机质谱仪器
进样系统 1.储罐进样 2.探头进样 3.色谱进样 离子源 1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光 质量分析器 1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行间 4.四极杆 检测器
质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-3 10 -5 Pa ） 质量分析器（10 -6 Pa ） (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，谱图复杂化。
GC-MS在残留分析中的应用
残留分析的一般步骤： • 提取：充分的提取是残留分析的前提
• 净化：消除对定性、定量结果的干扰
• 浓缩：提高检测灵敏度的措施
• 检测：得到最终的分析结果
食品中分析残留物的种类及简介
农药：有机氯、有机磷、氨基甲酸酯等 兽药：抗生素、抗寄生虫、激素等 添加剂：色素、调味剂、防腐剂、抗氧化剂等 毒素、化学污染物：黄曲霉毒素、二噁英、多氯联苯等
紫外、红外、核磁、质谱
1. 从质谱图上分子离子峰的m/z，得到未知物的相 对分子质量。由元素分析数据和质谱图上M、 M+1、M+2峰的强度比，结合氮规律及断裂形式， 确定最可能的分子式。还可利用M、M+2峰确定 Cl、Br、S元素的存在 2. 根据分子式计算化合物的不饱和度，配合红外、 核磁数据，可初步确定双键数（不饱和度）的分 配及不饱和键的类型。 3. 从紫外光谱的max和max得到生色团的类型
质谱及其联用技术
一、质谱的发展历史
• 英国物理学家J.J.Thomson ——1906年诺贝尔物理学奖获得者
《正电荷射线及其在化学分析中的应用》，1913： “撰写本书的主要宗旨之一是希望他能启发其他 科学家，特别是化学家尝试采用这个方法（质谱 法）。我深信化学中存在的许多问题可以凭借这 个方法得以解决。这个方法有惊人的灵敏度—— 甚至比光谱法还要灵敏的多”
联用仪器示意图
HEWLET PACKAR T D 5972A Mass Selective DetectorACKARD
5890
Sample
Chromatograph
B
Mass Spectrometer (MS)
D A B
C
D A
C
A
C
B
Separation
液质联用技术已经在药物、化工、临床
医学、分子生物学等许多领域得到了广泛
的应用。对于有机合成中间体、药物代谢
物、基因工程产品的大量分析结果为生产
和科研提供了许多有价值的数据。
液质联用（LC-MS）的应用领域
液质联用目前的主要应用在疾病诊断、
药代动力学、代谢组学以及蛋白质组学等
研究领域。是分析化学中十分活跃的研究 领域之一。
紫外、红外、核磁、质谱
4. 从红外数据提出化合物中可能存在的基团。尤其 是分子中不含氮时，红外光谱特别容易确定OH、 C=O、C-O中任何一个基团的存在。对含氮分子， 红外光谱很易确定NH、C≡N、NO2等基团的存在。 利用3000cm-1左右的特征吸收峰等，确定未知物 是否属于芳香族的化合物，进而对芳香族化合物 可以确定其取代类型，对不饱和化合物可以区别 它是炔烃还是烯烃，并可判断双键的类型，当得 到部分基团的信息后，可以参照核磁、质谱数据 写出未知物的部分结构式。
1、进样系统
质谱仪器只能分析和检测气相中的离子。
• 储罐进样：用作质量标定的全氟三丁胺等 • 探头进样：合成的“纯”物质等 • 色谱进样：复杂混合物分析
2、离子源
• 电子轰击（EI）：使用具有一定能量的电 子直接作用于样品分子，使其电离。电力 效率高，保证了高灵敏度和高分辨率。
• 化学电离（CI）：引入大量试剂气，样品 分子与电离电子不发生作用。软电离，对 于热不稳定样品的电离很有意义。
OCL01 100 19.697 26.020 Scan EI+ TIC 2.98e6 RT 32.133
31.457 % 16.495 20.131 14.535 18.146 17.512 29 16.000 18.000 20.000 22.000 24.000 26.000 28.000 30.000 32.000 34.000 rt 19.431 25.886 25.236 27.371 28.855 30.165 28.196 29.431 33.834
紫外、红外、核磁、质谱
6.由分子式及不饱和度中扣除已知的结构单 元和不饱和度，求出剩余的结构单元和不 饱和度，最后写出分子的可能结构 7. 用质谱的破碎图象，去掉不合理的结构， 得到未知物的正确结构。
四、色质联用技术
优点： 结合了色谱分离和定量以及质谱定性 分析的优点。近乎通用的响应，低检出限， 化合物结构测定。
D
Sample
Identificati on
1、气相色谱质谱联用
气质联用仪是分析仪器中较早实现联用
技术的仪器。在所有联用技术中气质联用
（GC-MS）发展最完善，应用最广泛。目
前从事有机物分析的实验室几乎够把GC-
MS作为主要的定性确认手段之一。
气质联用与气相色谱的区别
• GC-MS方法的定性参数增加，定性可靠。
果蔬中110种农药分析
15:02:4214-Mar-2003
SMIX 19 100 38.212 32.372 Sc an EI+ TIC 4.61e6 RT 40.522
37.918 53.751 18.060 33.655 13.550 % 9.956 18.867 23.121 26.651 30.015 43.538 49.397 55.851 59.390 25.248 28.072 50.928 36.341 54.952 41.686 47.536
从质谱裂解产生的碎片离子可以推测 分子中所含的官能团和各类化合物的特征 结构片段。
[例】： 质谱图中出现m/z=17的离子很可能是 羟基（OH）， m/z=26的离子很可能是腈 基（CN），
紫外、红外、核磁、质谱
• 每一种仪器分析法方法，都不是万能的， 很好地利用四谱综合起来进行有机化合物 的结构解析。 • 利用四谱数据来确定未知物的结构时，实 际上并没有一个统一的步骤可遵循。仅就 一般剖析图谱的程序以及如何充分利用各 种信息解析图谱进行简单介绍：
紫外、红外、核磁、质谱
5. 用核磁共振谱上的积分高度和分子式可以 计算每一种质子的个数并能确定其类型。 由化学位移可以区分芳香、烯氢、烷基、 羧酸、醛基质子以及判断与杂原子、不饱 和键相连的甲基、亚甲基和次甲基。对一 级图谱来说，利用裂分的间距确定相互偶 合核的连接关系。从而可以写出分子的大 部分结构，甚至可以对分子提出可能的结 构式。
残留分析中检出限量不断降低
农药
六六六、DDT、毒死蜱（10μg/kg）
兽药
氯霉素（0.1ng/kg）、硝基呋喃（0.5ng/kg）
有机氯农药的检测
联合国环境规划署 (UNEP）国际公约中首批控制 的三类12种持续性有机污染物（POPs）是艾氏剂、
狄氏剂、异狄氏剂、DDT、氯丹、六氯苯、灭蚁灵、
质谱的发展历史
1920年，Aston首先引入了“质谱”（mass spectrum） 这一术语 1942年，才出现第一台商品质谱仪 相当长的时间用于同位素分析，二战时期美国用于原子弹 计划，分析235U和238U 有机质谱研究的真正兴起在50年代之后
60年代化学家认识到质谱在有机分子结构分析方面能提供 大量的有用信息。
我国有机氯农药的现状
结果表明，尽管自20世纪80年代中后期 已基本禁用有机氯农药，但这些农药仍存有 相当的残留量。另外，在我国许多地区所种 植的谷类、苹果、茶叶、人参、中草药等粮 食作物和经济作物中，以及某些城市妇女的 母乳中都检测出有机氯农药。
六六六、滴滴涕等有机氯农药的GC-MS图
15:43:1820-Feb-200111kinds
其他电离方式
• 大气压化学电离（APCI）
• 快原子轰击（FAB）
• 等离子体解吸质谱（PDMS）
• 基质辅助激光解吸/电离（MAILDI）
• 电喷雾电离（ESI）
3、质量分析器
加速后离子的动能 : (1/2)m 2= e V = [(2V)/(m/e)]1/2 在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行； 离心力 =向心力；m 2 / R= H0 e V
实际工作中得到的未知物的质谱图可 以和谱库中的质谱图按照一定的程序进行 比较，将相似度高化合物检出。这大大优 化和减少了人工的工作量。
2、液相色谱质谱联用
• 真空度匹配：现有商品化的液质联用仪器都设计 增加了真空泵的抽速，并采用分段多级抽真空的 方法来满足质谱的要求。 • 接口技术：HPLC的质量流量比常规质谱所能处 理的流量高2-3个数量级 如何在不分解的情况下蒸发非挥发性 及热不稳定性的物质。
相对强度是把原始质谱图上最强的离子峰定为基峰，规定其相对强度为 100%，其它离子峰以对基峰的相对百分值表示。
1、分子量的测定
用EI质谱发研究过的有机化合物几乎75% 可以直接从质谱图上读出分子量。
氮素规则： 不含N或含偶数个N原子其分子量必为偶数； 含奇数个N原子的分子量必为奇数。 若分子质量数可以被4整除，则该分子中氢原子的 数目也可以被4整除。
3、色质联用技术的应用
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，残留物 检验；石油化工，食品安全领域；竞技体育中兴 奋剂检测等领域。
液质联用（LC-MS）的应用领域
2、元素组成的确定
确定化合物元素组成即测定它的分子式或 实验室，目前主要采用高分辨质谱。 高分辨质谱仪可测得小数点后4-6位数字， 实验误差±0.006