色谱与质谱连用技术——质谱图分析

查Beynon表法
CHNO 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
※ 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。
Δm = 15 (CH3）, 18 (H2O), 28 (CH2CH2 , CO) ……
● 同位素标记法
2H标记，其质荷比大于未标记的分子离子或碎片离子。
例如:
醇失水， MS证明是1,4-失水为主 氯代烃脱HCl, 是1,3-失HCl为主
有机质谱裂解反应机理
裂解反应瞬间进行，机理研究困难 McLaferty 提出“电荷自由基定位理论”
◎分子中含1 Br，
◎分子中含2 Br，
……
◎分子中含1Cl 和1Br (a+b) (c+d), M : M+2 : M+4≈3 : 4 : 1
当分子中含有两种或两种以上的不同的具有同位素的元素时，可 以用二项式展开的乘积来计算，即(a + b)n × (c +d)m
例：化合物中含有2个氯和2个溴原子
◎ 使用CI电离时，可能出现 M+H, MH, M+C2H5, M+C3H5… ◎ 使用FAB时，可出现 M+H, MH, M+Na, M+K… ◎ 较高分子量的化合物，可能同时生成 M+H, M+2H, M+3H等 上述三点因素可能使分子离子峰的位置不在谱图的最右 侧，判断时需要注意
分子离子峰的相对强度(RI )
H2C
H2C
③ 烷基苯：
R CH H2C H2C H R C CH2 H2C m/z = 92 H H H
④ 腙：
R H H C N N(CH3)2 R C CH2 H N m/z ＝86 N(CH3)2
⑤ 环氧化合物：
H O HO
m/z = 58
⑥ 不饱和醇：
C2H5 CH HC H O H2 C2H5 C C CH2 H m/z = 70
设： 分子离子峰：73 73–58 = 15 合理 (1.9/31) 100 = 1.1x+0.37z, z=1, x=5, y=73–14–60= –1 ? z=1, x=4, y=73–14–48=11 合理
分子式 C4H11N, Ω =0
例3：化合物的质谱图如下，推导其分子式
164:166=1:1, 164-85 = 79 (Br) 分子中含有1个Br, 不含氮或含偶数氮 m/z: 85(49), 86(3.2), 87(0.11) x = 3.2/49×100/1.1≈6 设x = 6, 则 y =13, 可能的分子式 C6H13Br, Ω =0 合理 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
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
改用其它离解方式, 如: CI, FAB, ESI 等
分子式的推导 利用低分辨质谱数据，推导分子式
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
氢的重排反应:
McLafferty重排 R H +
O + OH
-H
R'
R
羰基化合物
+
R'
R' = H, R, OR, OH, NH 2
R 烯烃化合物
H
+
-H
+
R
+
+
H R
烷基苯
-H
H H
+
R
+
例：4－辛酮：
H H2C H2C C H2 O C C H2 H CH CH3 H H2C H2C C H2 m/z 86 H OH H2C C C H2 CH CH3 H2C H2C C H2 H CH2 C OH OH C CH2
⑦ 羧酸：
R CH H O OH OH m/z = 60 OH
自由基位置引发的裂解反应
R CH2 + YR' R + H2C + YR' Y = N, O, S

R CH2 CH
+ CH2

R
+
H2C
CH
CH2
+ CH2

+
R C R'
CH2
+ O
R
R
+
+ O
+
R
R'
C
+
自由基位置引发的重排反应
+ H X W C Z Y + XH C Z W
m
1
2 H2
3 H2+ H.
15
.CH
3
16 O. or NH2
17 OH.
18
20
丢失 H.
H2O HF
m = 4~14, 21~24, 37~38……通常认为是不合理丢失
判断其是否符合氮律
氮规则： 含有偶数个氮原子的奇电子离子的质量为偶数； 含有偶数个氮原子的偶电子离子的质量为奇数； 含有奇数个氮原子的偶电子离子的质量为奇数； 含有奇数个氮原子的奇电子离子的质量为偶数。
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 RI(M+2) / RI(M) ×100 = （1.1x）2 / 200 + 0.2w +4.4S

R

+
H2C
+ NHR' + OH(R' ) + SH(R' )
R
CH2
R
+
H2C
R
CH2 + O + S
R
+
H2C
R R
R+ + R+ +
OR' SR'
or or
R' R'
+ +
+ +
OR SR
羰基化合物的裂解:
+.
O R C H R
.
+
O
+ HC
O
+
CH2
CH2
OH H2C C CH3 58
m/z
－ 氢重排的证明：
O CH3 CH2CH2 C OC2H5 H2C OH C OC2H5 m/z ＝88
用D取代－H：
O CH3CH2CD2 C OC2H5 D2C
OH C OC2H5 m/z ＝90
用D取代β－H：
O CD3CH2CH2 C OC2H5 H2C
自由基引发（断裂）自由基有强烈的电子配对倾向
σ 断裂(化合物不含杂原子，也没有π键）
正电荷吸引或极化相邻成键电子引起裂解（i 断裂）
均裂-单电子转移
R
CH2
+ YR'
异裂-双电子转移
R
+
YR'
分子失去一个电子，生成带单电子的正电荷的离子
单电子或正电荷带在何位？
• 分子中n电子比π电子易丢失，π电子比σ电子易丢失 • 离子的正电荷愈分散，离子的稳定性愈大
DBE（或UN）的计算
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.
m/z = 91, tropylium H2C CH
+ CH2
m/z = 41
CH3(CH2)nCH3 C6H5CH2(CH2)n CH3
m/z 43或57 是基峰 m/z 91是基峰
含杂原子化合物的裂解（羰基化合物除外）:
R CH2 + NHR' + OH(R' ) + SH(R' ) i R' i R'
OD C OC2H5 m/z ＝89
用D取代 －H：
O CH3 CD2CH2 C OC2H5
OH C H2C OC2H5 m/z ＝88
例：① 烯：
R H H CH2 C C C H2 R' R H C CH2 H2C CH3 C R'
H2C
② 酯：
R H H O C C C H2 R' R H C H2C OH C R' m/z ＝74
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.
烃类化合物的裂解规律:
烃类化合物的裂解优先生成稳定的正碳离子
+ CH2 > H2C CH + + + + + CH2 > CR3 >CHR2>CH2R >CH3
质谱图分析方法
——色谱与质谱联用
一 、确定例子类型
、分子离子 、同位素离子 、碎片离子 、重排离子 、亚稳离子 、多电荷离子 、负离子
分子离子峰的识别
（1）除同位素峰外质荷比最大的峰 （2）氮规则（奇电子离子） （3）在高质量区应有合理的碎片离子（
m分布合理）
注意：在实际样品测定中，杂质干扰、仪器本底会影响的分子离子峰的判断。
Cl2: (a + b) n = (3 +1) 2 =9:Hale Waihona Puke Baidu6: 1
Br2: (c + d) m =(1 + 1) 2 =1: 2: 1
（9 6 1) ×1＝ 9
( 9 6 1) ×2＝ ( 9 6 1) ×1 ＝
6
18
1
12 9 2 6 8 1 1
—————————————
9 24
22
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。
■
含Si的化合物
28
Si : 29Si : 30Si = 100 : 5.1 : 3.4
■
含重同位素（如 Cl, Br）的样品
35Cl
: 37Cl = 100 : 32.5 ≈3 : 1;
79Br
: 81Br = 100 : 98≈1 : 1
◎分子中含1 Cl， ◎分子中含2 Cl，
(a+b)1, M : M+2≈3 : 1 (a+b)2, M : M+2 : M+4≈9 : 6 :1 (a+b)1, M : M+2≈1 : 1 (a+b)2, M : M+2 : M+4≈1 : 2 :1
R
C
+
O
OR'

R
.
+ R'OC
O
+
R
C
+
O
OH

R
.
+ HOC
O
+
+
R
C
R'

R
.
+ R'C
O
逆Diels-Alder反应 (RDA):
+ + O +
+
RDA
+
or
+
+
+
+
O m/z = 108
RDA
+
m/z = 66 R + RDA R +
+
+
m/z =104 + 14n
+
Y
+ H YR'' CHR' (CH2)n R
R CH
H C
CHR'
(CH2)n n = 0, 1, 2 Y = N, O, S
+
+ HYR''
电荷位置引发的裂解反应
+ Y i + R
R
R'
+
YR'
+ O i
+ O
R' C R
R'
+
R
C
+ R
+
CO
有机化合物的一般裂解规律
偶电子规律
故有: N为三价: =C+1－H/2－X/2+N/2
N为五价: =C+1－H/2－X/2+3N/2
例如: C7H3ClN2O2
Ω = (7+1) –3/2 –1/2 +2/2 =7
Ω = (7+1) –3/2 –1/2 +1/2 +3/2=8
Cl O N C N O
例：化合物的质谱图如下，推导其分子式
※ 计算机处理
有机质谱中的反应及其机理
M+ e
50-70 eV
M M
+
.
+ 2e
-.
+ 小于1%
M
+
.
A +. + 中性分子或碎片 B A B
+ +
+ R
.
+
M+·→ A+· , B+, C +· , D+ ……
研究有机质谱裂解反应的实验方法
● 亚稳离子法
● 同位素标记法
● 亚稳离子法
m1 –Δm → m2
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
y = 154 32 12×8=26 不合理 设w=1
则 y = 154 321612×8=10 分子式为C8H10OS
不同的电离方式, 其分子离子的RI不等。
不稳定的分子, 大分子, 其分子离子的RI较弱。
稳定的分子, 大共轭分子, 其分子离子的RI较强。
采用EI:
大约20%的分子离子峰弱或不出现. 其大致规律如下:
芳香族化合物>共轭多烯>脂环化合物> 低分子链烃, 某些含硫化合物
羰基化合物(醛, 酮, 酸, 酯, 酰氯, 酰胺)