儀器分析：第九章 質(zhì)譜分析法

1、第九章第九章 質(zhì)譜分析法質(zhì)譜分析法 (Mass spectrometry, MS) 內(nèi)內(nèi) 容容 u 概述概述 u 質(zhì)譜儀：離子源和質(zhì)量分析器質(zhì)譜儀：離子源和質(zhì)量分析器 u 離子斷裂機(jī)理離子斷裂機(jī)理 u 有機(jī)化合物的斷裂規(guī)律有機(jī)化合物的斷裂規(guī)律 u 譜圖解析譜圖解析 9.1.1 質(zhì)譜儀的發(fā)展簡史質(zhì)譜儀的發(fā)展簡史 1912年：年： 世界第一臺質(zhì)譜裝置世界第一臺質(zhì)譜裝置 1940年代年代: 質(zhì)譜儀用于同位素測定質(zhì)譜儀用于同位素測定 1950年代：分析石油年代：分析石油 1960年代：研究年代：研究GC-MS聯(lián)用技術(shù)聯(lián)用技術(shù) 1970年代：商品年代：商品GC-MS出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)引入，出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)引入，G

2、C-MS 技術(shù)基本成熟技術(shù)基本成熟 1980年代：大氣壓電離的年代：大氣壓電離的LC-MS出現(xiàn)出現(xiàn) 1990年代：基質(zhì)輔助激光解吸飛行時(shí)間年代：基質(zhì)輔助激光解吸飛行時(shí)間 質(zhì)譜儀出現(xiàn)，質(zhì)譜儀出現(xiàn)， 質(zhì)譜技術(shù)大量用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域，出現(xiàn)質(zhì)譜技術(shù)大量用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域，出現(xiàn)“生物質(zhì)譜生物質(zhì)譜”概念概念. 9.1 概述概述 1 . 有機(jī)質(zhì)譜儀：有機(jī)質(zhì)譜儀： 1）氣相色譜）氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀質(zhì)譜聯(lián)用儀 2）液相色譜）液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀質(zhì)譜聯(lián)用儀 3）其他質(zhì)譜儀）其他質(zhì)譜儀 傅立葉變換質(zhì)譜儀傅立葉變換質(zhì)譜儀 基質(zhì)輔助激光解吸基質(zhì)輔助激光解吸-飛行時(shí)間變質(zhì)譜儀飛行時(shí)間變質(zhì)譜儀 2. 無機(jī)質(zhì)譜儀：無機(jī)質(zhì)譜儀：

3、ICP-MS 3. 同位素質(zhì)譜儀：輕元素同位素，重元素同位素同位素質(zhì)譜儀：輕元素同位素，重元素同位素 4. 氣體分析質(zhì)譜儀氣體分析質(zhì)譜儀 9.1.2 質(zhì)譜儀的分類質(zhì)譜儀的分類 9.2 質(zhì)譜儀器質(zhì)譜儀器 質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器檢測器檢測器離子源離子源 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 9.2.1一般有機(jī)質(zhì)譜儀組成及工作原理一般有機(jī)質(zhì)譜儀組成及工作原理 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)(inlet system) GC 、LC 直接進(jìn)樣直接進(jìn)樣 離子源離子源(ion source) 質(zhì)量分析器（質(zhì)量分析器（mass analyzer） 檢測器（檢測器（detecter） 真空系統(tǒng)（真空系統(tǒng)（Vacuum system） 9.2.1

4、 有機(jī)質(zhì)譜儀的構(gòu)成有機(jī)質(zhì)譜儀的構(gòu)成 離子源離子源質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)離子檢測器離子檢測器 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng) GC LC 直接進(jìn)樣探頭直接進(jìn)樣探頭四極質(zhì)量分析器四極質(zhì)量分析器 Quadrupole 四極離子阱四極離子阱 IT 扇形場質(zhì)譜量分析器扇形場質(zhì)譜量分析器 Sector 飛行時(shí)間質(zhì)譜儀飛行時(shí)間質(zhì)譜儀 TOF-MS 離子回旋共振質(zhì)譜儀離子回旋共振質(zhì)譜儀 ICR-MS 電子電離電子電離 EI 化學(xué)電離化學(xué)電離 CI 場解吸場解吸 FD(FI) 快原子轟擊快原子轟擊 FAB(LSIMS) 電噴霧電噴霧 ESI 大氣壓化學(xué)電離大氣壓化學(xué)電離 APCI 基質(zhì)輔助激光

5、電離基質(zhì)輔助激光電離 MALDI 9.2.1 有機(jī)質(zhì)譜儀的構(gòu)成有機(jī)質(zhì)譜儀的構(gòu)成 1 . 電子電離源電子電離源(electron ionization EI) 2 . 化學(xué)電離源化學(xué)電離源(chemical ionization CI) 3. 快原子轟擊快原子轟擊(fast atom bombardment FAB) 4 . 電噴霧源電噴霧源(electronspray ionization ESI) 5 . 大氣壓化學(xué)電離源（大氣壓化學(xué)電離源（atmospheric pressure chemical ionization APCI) 6 . 基質(zhì)輔助激光解吸電離源（基質(zhì)輔助激光解吸電離源（m

6、atrix assisted laser desorption ionization MALDI) 離子源離子源 (ion source) 1 電子轟擊電離源電子轟擊電離源(electron ionization EI) 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：電離盒電離盒 燈絲燈絲 磁鐵磁鐵 原理：原理：電子轟擊樣品分子，使之電離電子轟擊樣品分子，使之電離 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1. 電離電壓：電離電壓：70eV 2. 加一小磁場增加電離幾率加一小磁場增加電離幾率 3 .樣品分子在電子轟擊下，可以失去一個(gè)樣品分子在電子轟擊下，可以失去一個(gè) 電子形成分子離子，電子形成分子離子， 也可能化學(xué)鍵斷裂形成碎片離子。也可能化學(xué)鍵斷裂形成

7、碎片離子。EI源碎片離子多，結(jié)構(gòu)信息豐富源碎片離子多，結(jié)構(gòu)信息豐富， 有標(biāo)準(zhǔn)化合物質(zhì)譜庫（積累了有標(biāo)準(zhǔn)化合物質(zhì)譜庫（積累了20 多萬個(gè)化合物的質(zhì)譜圖）多萬個(gè)化合物的質(zhì)譜圖）. 主要用于主要用于氣氣 -質(zhì)聯(lián)用儀質(zhì)聯(lián)用儀. 局限性：局限性： 1. 要求樣品能氣化要求樣品能氣化 (樣品蒸氣壓樣品蒸氣壓 10 -2 Pa) 2. 往往無分子峰往往無分子峰 (降低電子動能無助于獲得分子峰降低電子動能無助于獲得分子峰) 3. 負(fù)離子負(fù)離子 EI 靈敏度極低靈敏度極低 電子電離源（電子電離源（EI） (m a i nl i b ) A cetop henone 20304050607080901001101

8、20130 0 50 100 27 39 43 45 51 63 74 77 85 91 98102 105 120 O (m a i nl i b ) Buta noi c a ci d , m ethyl ester 102030405060708090100110 0 50 100 14 15 18 27 29 31 39 40 41 43 45 53 55 57 59 60 69 71 72 74 75 87 88 102 O O EI源質(zhì)譜圖 2 化學(xué)電離源化學(xué)電離源(chemical ionization CI) CH4 + e CH4 + + CH3 + + CH2 + + CH

9、 + + C+ CH4+ + CH4 CH5 + + CH3 CH3 + + CH4 C2H5+ + H2 CH5+ + XH XH2 + CH4 C2H5+ + XH X + + C2H6 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 得準(zhǔn)分子離子，得不到標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜；得準(zhǔn)分子離子，得不到標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜； 2.譜圖簡單、碎片少、可提供的結(jié)構(gòu)信息少譜圖簡單、碎片少、可提供的結(jié)構(gòu)信息少. 結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)與EI同同 原理：原理： 若以甲烷作為反應(yīng)氣，電離過程如下若以甲烷作為反應(yīng)氣，電離過程如下： MW: 165 M-17 M-58 麻黃堿：麻黃堿：EI (上上) vs CI(下下) 原理：快原子原理：快原子(Ar或或Xe）轟擊樣品產(chǎn)生離子

10、）轟擊樣品產(chǎn)生離子 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1. 適用于極性強(qiáng)，難汽化，分子量大的化合物分析適用于極性強(qiáng)，難汽化，分子量大的化合物分析 2. 得準(zhǔn)分子離子，如（得準(zhǔn)分子離子，如（M+H)+ （M+Na)+ 碎片離子很少 碎片離子很少 3. FAB一般用作磁式質(zhì)譜的離子源一般用作磁式質(zhì)譜的離子源 3 快原子轟擊快原子轟擊(fast atom bombardment FAB) 4 電噴霧源電噴霧源(Electronspray Ionization ESI) 結(jié)構(gòu)：噴嘴，霧化氣，干燥氣 原理：噴霧 蒸發(fā) 電壓 電噴霧離子化分為三個(gè)過程電噴霧離子化分為三個(gè)過程: 1) 形成帶電小液滴形成帶電小液滴 2) 溶劑蒸

11、發(fā)和小液滴碎裂溶劑蒸發(fā)和小液滴碎裂 3) 最終形成氣相離子最終形成氣相離子 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1) 電噴霧源屬軟電離技術(shù)，只產(chǎn)生分子離子，電噴霧源屬軟電離技術(shù)，只產(chǎn)生分子離子， 不產(chǎn)生碎片離子不產(chǎn)生碎片離子; 2) 產(chǎn)生的離子常常帶有多電荷，尤其是生物大分子產(chǎn)生的離子常常帶有多電荷，尤其是生物大分子; 3) 適用于強(qiáng)極性，大分子量的樣品分析，適用于強(qiáng)極性，大分子量的樣品分析， 如肽，蛋白質(zhì)，如肽，蛋白質(zhì)， 糖等糖等; 4) 主要用于主要用于液相色譜液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀質(zhì)譜聯(lián)用儀. 4 電噴霧源電噴霧源(ESI) 適合適合ESI分析的化合物分析的化合物 5. 大氣壓化學(xué)電離（大氣壓化學(xué)電離（atmo

12、spheric pressure chemical ionization APCI) APCI的結(jié)構(gòu)與電噴霧源大致相同，不同之處在于的結(jié)構(gòu)與電噴霧源大致相同，不同之處在于APCI噴嘴的下噴嘴的下 游放置一個(gè)針狀放電電極，通過放電電極的高壓放電，使空氣中游放置一個(gè)針狀放電電極，通過放電電極的高壓放電，使空氣中 某些中性分子電離，產(chǎn)生某些中性分子電離，產(chǎn)生H3O+ ,N2+, O2+ O+等離子，溶劑分子也等離子，溶劑分子也 會電離，這些離子與分析物分子進(jìn)行離子會電離，這些離子與分析物分子進(jìn)行離子-分子反應(yīng)，使分析物分分子反應(yīng)，使分析物分 子離子化，這些反應(yīng)過程包括由質(zhì)子轉(zhuǎn)移和電荷交換產(chǎn)生正離子子

13、離子化，這些反應(yīng)過程包括由質(zhì)子轉(zhuǎn)移和電荷交換產(chǎn)生正離子 ，質(zhì)子脫離和電子捕獲產(chǎn)生負(fù)離子等。，質(zhì)子脫離和電子捕獲產(chǎn)生負(fù)離子等。 大氣壓化學(xué)電離源主要用來分析中等極性的化合物，有些化合物大氣壓化學(xué)電離源主要用來分析中等極性的化合物，有些化合物 由于結(jié)構(gòu)和極性方面的原因，由于結(jié)構(gòu)和極性方面的原因，ESI不能產(chǎn)生足夠強(qiáng)的離子，可以不能產(chǎn)生足夠強(qiáng)的離子，可以 采用采用APCI 方式增加離子產(chǎn)率。方式增加離子產(chǎn)率。APCI 主要產(chǎn)生的是單電荷離子主要產(chǎn)生的是單電荷離子 ，所分析的化合物分子量一般小于，所分析的化合物分子量一般小于1000Da. 大氣壓化學(xué)電離（大氣壓化學(xué)電離（APCI)的特點(diǎn)的特點(diǎn) 大氣壓

14、化學(xué)電離（大氣壓化學(xué)電離（APCI)的特點(diǎn)的特點(diǎn) 適合于適合于APCI分析的化合物分析的化合物 大氣壓電離大氣壓電離 (API) 技術(shù)技術(shù) u ESI 和APCI 共同點(diǎn) u 使用高電壓元件和充氣噴霧法產(chǎn)生氣相離子 u 通常產(chǎn)生 (M+H)+ 或 (M-H)- 等準(zhǔn)分子離子 u 產(chǎn)生極少的碎片，但可以控制產(chǎn)生結(jié)構(gòu)碎片 u 非常靈敏的技術(shù) 1）組成）組成 脈沖激光器脈沖激光器, 樣品靶樣品靶 2）用于）用于生物大分子的分析生物大分子的分析 被分析的樣品置于涂有基質(zhì)的樣品靶上，激光照射到樣品靶上被分析的樣品置于涂有基質(zhì)的樣品靶上，激光照射到樣品靶上 ，基質(zhì)分子吸收并傳遞激光能量，與樣品分子一起蒸發(fā)

15、到氣相，并，基質(zhì)分子吸收并傳遞激光能量，與樣品分子一起蒸發(fā)到氣相，并 使樣品分子電離。使樣品分子電離。MALDI 屬于軟電離屬于軟電離 技術(shù)，它比較適合于生物大技術(shù)，它比較適合于生物大 分子，如肽、蛋白質(zhì)、核酸等。得到的質(zhì)譜主要是分子離子，準(zhǔn)分分子，如肽、蛋白質(zhì)、核酸等。得到的質(zhì)譜主要是分子離子，準(zhǔn)分 子離子；子離子； 3）常用的基質(zhì)有：常用的基質(zhì)有：2，5-二羥基苯甲酸，芥子酸、煙酸、肉桂酸等二羥基苯甲酸，芥子酸、煙酸、肉桂酸等. 6 基質(zhì)輔助激光解吸電離（基質(zhì)輔助激光解吸電離（matrix assisted laser Desorption ionization，MALDI) Common

16、 Ionisation Methods uElectron ionisation EI uChemical ionisationCI uPositive ion chemical ionisationPCI uNegative ion chemical ionisationNCI uAtmospheric pressure ionisationAPI uElectrospray ionisation ESI uAtpmospheric pressure chemical ionisation APCI LC/MS GC/MS Molecular Weight Non-PolarPolar EI

17、/CI Electrospray APCI 100,000 1000 Which Ionisation Mode? Ionisation vs. Fragmentation IonisationHardSoft No Fragments Fragments APIEICI 質(zhì)量分析器的作用是將離子源產(chǎn)生的離子按質(zhì)量分析器的作用是將離子源產(chǎn)生的離子按m/z順序分開并排列順序分開并排列 成譜。用于有機(jī)質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器有磁式雙聚焦分析器、四極成譜。用于有機(jī)質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器有磁式雙聚焦分析器、四極 桿分析器、離子阱分析器、飛行時(shí)間分析器、回旋共振分析器等桿分析器、離子阱分析器、飛行時(shí)間分析器、回旋

18、共振分析器等。 1 單聚焦分析器（單聚焦分析器（single focusing mass analyzer） 2 雙聚焦分析器（雙聚焦分析器（double focusing mass analyzer） 3 四極桿分析器四極桿分析器 (quadrupole analyzer) 4 離子阱分析器離子阱分析器 (Ion trap) 5 飛行時(shí)間分析器飛行時(shí)間分析器(time of flight） 6 富立葉變換離子回旋共振富立葉變換離子回旋共振 （Fourier tranform ion cyclotron resonance） 質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器(mass aalyzer) 1 單聚焦分析器（

19、單聚焦分析器（single focusing mass analyzer） 1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)： 扇形磁場扇形磁場 （可以是（可以是 1800 900 600等）等） 2）原理：）原理： R Z mV B R 2 1044. 1 1 單聚焦分析器單聚焦分析器 1）離子的）離子的m/z大，偏轉(zhuǎn)半徑也大，通過磁場可以把不同大，偏轉(zhuǎn)半徑也大，通過磁場可以把不同 離子分開；離子分開； 2） 在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度B下，改變加速電壓下，改變加速電壓V 可以使不可以使不 同離子先后通過檢測器，同離子先后通過檢測器， 實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描，得到質(zhì)譜；實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描，得到質(zhì)譜； 3） 特點(diǎn)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單，操作方便

20、，分辨率低結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，分辨率低. 1 單聚焦分析器單聚焦分析器 2 雙聚焦分析器（雙聚焦分析器（Doubpe focusing mass analyzer） 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：磁場：磁場 電場電場 原理原理：單聚焦分析器分辨率低的主要原因在于：單聚焦分析器分辨率低的主要原因在于 它不能進(jìn)行能量聚焦。它不能進(jìn)行能量聚焦。 能量聚焦能量聚焦 方向聚焦方向聚焦 特點(diǎn)特點(diǎn)：分辨率高：分辨率高 操作復(fù)雜操作復(fù)雜 2 雙聚焦分析器雙聚焦分析器 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): 四根棒狀電極，形成四極場四根棒狀電極，形成四極場 1，3棒：棒： (Vdc +Vrf) 2，4棒：棒：- (Vdc+ Vrf ) 原理：原理：在一定的在

21、一定的Vdc Vrf 下下 ， ， 只有一定質(zhì)量的離子可通過 只有一定質(zhì)量的離子可通過 四極場，到達(dá)檢測器，其他質(zhì)量的離子碰到四極桿被吸收，四極場，到達(dá)檢測器，其他質(zhì)量的離子碰到四極桿被吸收， 在另外的在另外的Vdc Vrf 下可接收到另外質(zhì)量的離子。在一定的下可接收到另外質(zhì)量的離子。在一定的 Vdc/Vrf)下，連續(xù)改變下，連續(xù)改變Vrf或或Vdc可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描. 特點(diǎn)：掃描速度快，靈敏度高特點(diǎn)：掃描速度快，靈敏度高. 適用于適用于GC-MS. 3 四極桿分析器四極桿分析器 (quadrupole analyzer) + + + + u Ions scanned by vary

22、ing the DC/RF voltages across the quadrupole rods 3 四極桿分析器四極桿分析器 四極質(zhì)量分析器及電路連接四極質(zhì)量分析器及電路連接 QM-1 RF: V cos t Main Rod Pre Rod AC DC U - DC U + 4 離子阱分析器離子阱分析器 (Ion trap) Principle very similar to quadrupole，Ions stored by RF 特征離子有：特征離子有：M - 15+、M - C2H4+系列離子系列離子. 不飽和脂環(huán)烴不飽和脂環(huán)烴 (m a i nl i b ) C ycl op e

23、ntene 101520253035404550556065707580 0 50 100 27 29 31 38 39 41 51 53 5461 63 66 67 68 69 (m a i nl i b ) C ycl ohexene 102030405060708090 0 50 100 1416 26 27 29 38 39 40 41 5153 54 55 63 65 67 68 74 77 79 81 82 83 (m a i nl i b ) C ycl ooctene, (Z)- 102030405060708090100110120 0 50 100 27 41 54 65

24、67 79 82 91 95 110 反狄反狄-阿反應(yīng)（阿反應(yīng)（RDA）已很好的用于解釋具有環(huán)己烯結(jié)構(gòu)）已很好的用于解釋具有環(huán)己烯結(jié)構(gòu) 的各種化合物的裂解過程。它們也遵循的各種化合物的裂解過程。它們也遵循stevenson規(guī)則，正規(guī)則，正 電荷優(yōu)先保留在較低電離電位的碎片上電荷優(yōu)先保留在較低電離電位的碎片上. RDA + RDA + 反狄反狄-阿反應(yīng)（阿反應(yīng)（RDA） 麥?zhǔn)现嘏诺奶攸c(diǎn)和條件麥?zhǔn)现嘏诺奶攸c(diǎn)和條件是：只有奇電子離子是：只有奇電子離子(OE+. )發(fā)生發(fā)生 麥?zhǔn)现嘏?，它是由?dú)電子引發(fā)的；化合物中必須有雙鍵麥?zhǔn)现嘏?，它是由?dú)電子引發(fā)的；化合物中必須有雙鍵 C=O 、C=N、C=S、C=

25、C及苯環(huán)化合物等；且與雙鍵相連的碳及苯環(huán)化合物等；且與雙鍵相連的碳 鏈上必須有鏈上必須有C和和H ；通過六元過渡態(tài)；通過六元過渡態(tài)H 轉(zhuǎn)移到雜原或雙鍵轉(zhuǎn)移到雜原或雙鍵 碳原子上，同時(shí)發(fā)生碳原子上，同時(shí)發(fā)生鍵的斷裂，形成一個(gè)中性分子（烯烴）鍵的斷裂，形成一個(gè)中性分子（烯烴） 和一個(gè)偶質(zhì)量數(shù)的奇電子離子和一個(gè)偶質(zhì)量數(shù)的奇電子離子(OE+. ). CH CH CH C Z H R1 R2 R3 R4 CH CH R3 R4 HC C ZH R1 R2 重排裂解 H H 2C H 2C C H 2 C O OCH 2CH3 rH CH 2 CH 2 + HO C H 2C OCH 2CH3 m /z

26、88 a .酮、醛、酸、酯和酰胺酮、醛、酸、酯和酰胺等具有等具有 C=O 基團(tuán)又有基團(tuán)又有C 和和H 時(shí)，都可以發(fā)生麥?zhǔn)现嘏?，例如丁酸乙酯時(shí)，都可以發(fā)生麥?zhǔn)现嘏?，例如丁酸乙? 麥?zhǔn)现嘏披準(zhǔn)现嘏?在丁酸乙酯在丁酸乙酯 C=O 基團(tuán)兩側(cè)的鏈上都有基團(tuán)兩側(cè)的鏈上都有C和和H ，故故 都可以發(fā)生麥?zhǔn)现嘏?。都可以發(fā)生麥?zhǔn)现嘏拧?H 與與C=O基團(tuán)的氧原子空間基團(tuán)的氧原子空間 挨的很近挨的很近0.18mm，相當(dāng)于，相當(dāng)于鍵的鍵長，鍵的鍵長， H 很容易轉(zhuǎn)很容易轉(zhuǎn) 移過去移過去 . b .烯烴的麥?zhǔn)现嘏畔N的麥?zhǔn)现嘏?RCH2CH2CH2C CH3 CH2 H CHR H2C C H2 C CH3 CH2

27、 rH RCH CH2 + CH3 C CH3H2C m/z 56 c.c.烷基苯的麥?zhǔn)现嘏磐榛降柠準(zhǔn)现嘏?H CHR H2C C H2 rH RCH CH2 + m/z 92 H2C CH2CH2CH2R 其它重排其它重排 除麥?zhǔn)现嘏磐?，重排的種類還很多，經(jīng)過四元環(huán)，五 元環(huán)都可以發(fā)生重排。重排既可以是自由基引發(fā)的，也 可以是電荷引發(fā)的. u 自由基引發(fā)的重排： u 電荷引發(fā)的重排： 3同位素峰（同位素峰（M+1峰）峰） 組成有機(jī)化合物一些主要元素，如 組成有機(jī)化合物一些主要元素，如C ,H ,O, N，S， Cl ,Br等等 都具有同位素，由于同位素的存在，可以都具有同位素，由于同位素的

28、存在，可以 看到比分子離子峰大一個(gè)質(zhì)量單位的峰；有時(shí)還可看到比分子離子峰大一個(gè)質(zhì)量單位的峰；有時(shí)還可 以觀察到以觀察到M+2，M+3。；。； 分子離子一般指由分子離子一般指由天然豐度最高的同位素組合的天然豐度最高的同位素組合的 離子，離子，相應(yīng)的有相同元素的其他同位素組成的離子相應(yīng)的有相同元素的其他同位素組成的離子 稱為同位素離子，在質(zhì)譜中稱為同位素峰稱為同位素離子，在質(zhì)譜中稱為同位素峰. . 3同位素峰（同位素峰（M+1峰）峰） 具有豐度較高的同位素的元素在分子中的存在與數(shù)量的具有豐度較高的同位素的元素在分子中的存在與數(shù)量的 確定比較方便確定比較方便。如氯、溴，氯的同位素間的比值接近。如氯、

29、溴，氯的同位素間的比值接近3:1， 溴的同位素間比值接近溴的同位素間比值接近1:1。它們的存在從質(zhì)譜圖中很容易。它們的存在從質(zhì)譜圖中很容易 判別。判別。 當(dāng)分子中含有多個(gè)這類原子時(shí)，各種同位素相對豐度可當(dāng)分子中含有多個(gè)這類原子時(shí)，各種同位素相對豐度可 用二項(xiàng)式來近似計(jì)算用二項(xiàng)式來近似計(jì)算:(a+b)n，n為同位素原子個(gè)數(shù)。為同位素原子個(gè)數(shù)。 同位素離子峰在質(zhì)譜中的應(yīng)用是根據(jù)同位素峰的相對同位素離子峰在質(zhì)譜中的應(yīng)用是根據(jù)同位素峰的相對 強(qiáng)度確定分子式。強(qiáng)度確定分子式。 3同位素峰（同位素峰（M+1峰）峰） 含重同位素（如含重同位素（如 Cl, Br）的樣品）的樣品 35Cl : 37Cl = 1

30、00 : 32.5 3 : 1; 79Br : 81Br = 100 : 981 : 1 分子中含分子中含1 Cl1 Cl， (a+b)1, M : M+23 : 1 分子中含分子中含2 Cl， (a+b)2, M : M+2 : M+49 : 6 :1 分子中含分子中含1 Br， (a+b)1, M : M+21 : 1 分子中含分子中含2 Br， (a+b)2, M : M+2 : M+41 : 2 :1 分子中含分子中含1Cl 和和1Br (a+b) (c+d), M : M+2 : M+43 : 4 : 1 同位素峰同位素峰 m/z 118 120 122 124 M M+2 M+4

31、M+6 豐度比豐度比 27 27 9 1 符合二項(xiàng)式：符合二項(xiàng)式：a=3（輕）、（輕）、b=1（重）、（重）、n=3原子數(shù)目原子數(shù)目 (a+b)n=(3+1)3= 27 + 27 + 9 + 1 M M+2 M+4 M+6 輕質(zhì)輕質(zhì) 重質(zhì)同位素重質(zhì)同位素 高分辨質(zhì)譜高分辨質(zhì)譜 u 高分辨質(zhì)譜法 u 用高分辨質(zhì)譜儀器可以測定化合物的精密質(zhì)量，隨儀器的分辨率的增 加，測量的精密度增加。 u 組成有機(jī)化合物的主要元素C,H,O,N都含有同位素，如果以C12為標(biāo) 準(zhǔn)，這些同位素的精密質(zhì)量如下：C12=12.000000, C13=13.003554, u H1=1.0078246, H2=2.0141

32、022 u CO=27.994914, N2=28.006147,C2H4=28.031299, u CH2N=28.018723 u 根據(jù)精密質(zhì)量就可以將這些物質(zhì)區(qū)別開來 9.4 重要有機(jī)化合物的質(zhì)譜 1. 1. 烷烴烷烴 （1）正構(gòu)烷烴質(zhì)譜的特征）正構(gòu)烷烴質(zhì)譜的特征 直鏈烷烴分子離子峰強(qiáng)度不高，強(qiáng)度隨碳鏈增長而降直鏈烷烴分子離子峰強(qiáng)度不高，強(qiáng)度隨碳鏈增長而降 低，通常碳數(shù)低，通常碳數(shù)共軛鏈烯共軛鏈烯脂環(huán)化合物脂環(huán)化合物烯烴烯烴 直鏈烷烴直鏈烷烴 硫醇硫醇 酮酮 胺胺 酯酯醚醚 酸酸支鏈烷烴支鏈烷烴醇醇 2. 含奇數(shù)含奇數(shù)e，含偶數(shù)，含偶數(shù)e不是不是M+ 3. 服從氮律服從氮律 只含只含C,

33、H,O, 或含偶數(shù)個(gè)或含偶數(shù)個(gè)N，M+為偶數(shù)為偶數(shù) 含含C,H,O,N, 奇數(shù)個(gè)氮奇數(shù)個(gè)氮, M+奇數(shù)奇數(shù) 一一、分子式的測定、分子式的測定 例：某未知物只含例：某未知物只含C,H,O, MS最右端峰為最右端峰為m/z=59,不符合氮律，因而不符合氮律，因而 不是不是M+ m/z=59 4.合理丟失：最右端的離子與相鄰峰相差合理丟失：最右端的離子與相鄰峰相差3-14，此例子肯定不是，此例子肯定不是M+ 丟失丟失-CH2 ，-3H不可能不可能 5.使用軟電離源使用軟電離源 （2）分子量的測定）分子量的測定 精密質(zhì)荷比精密質(zhì)荷比 分子量分子量, M=同位素加權(quán)平均值同位素加權(quán)平均值 三油酸甘油酯三

34、油酸甘油酯 m/z=884, MW=885.44 一一、分子式的測定、分子式的測定 一一、分子式的測定、分子式的測定 （3）分子式的測定：）分子式的測定： 同位素峰強(qiáng)比同位素峰強(qiáng)比 1. 只含只含C、H、O的未知物用的未知物用 200 00602 11 1 2 0 . n.%M n . %M n c c 求分子式 m/z 相對峰強(qiáng) 150(M) 100 151(M+1) 9.9 152(M+2) 0.9 解：(M+2)%為0.9，說明不含S,Cl,Br (三者大于4) M為偶數(shù)，說明不含氮或含偶數(shù)個(gè)氮為偶數(shù)，說明不含氮或含偶數(shù)個(gè)氮 先以不含先以不含N計(jì)算計(jì)算 2109 0 22 0 10)21

35、6912(150)1612( 1 . 2 20. 0 90006. 09 . 0 20. 0 0006. 0%2 9 1 . 1 9 . 9 1 . 1 %1 OHC nnMn nM n M n cH c c 分子式為 2109 0 22 0 10)216912(150)1612( 1 . 2 20. 0 90006. 09 . 0 20. 0 0006. 0%2 9 1 . 1 9 . 9 1 . 1 %1 OHC nnMn nM n M n cH c c 分子式為 2109 0 22 0 102169121501612 12 200 9006090 200 00602 9 11 99 11

36、 1 OHC )()nn(Mn . . . . n.%M n . . . %M n cH c c 分子式為分子式為 2109 0 22 0 10)216912(150)1612( 1 . 2 20. 0 90006. 09 . 0 20. 0 0006. 0%2 9 1 . 1 9 . 9 1 . 1 %1 OHC nnMn nM n M n cH c c 分子式為 一一、分子式的測定、分子式的測定 某未知物某未知物 m/z 相對強(qiáng)度相對強(qiáng)度 151(M) 100 152(M+1) 10.4 153(M+2) 32.1 解：解：因因(M+2)%=32.1,M:(M+2) 3:1 知分子中含一個(gè)

37、氯知分子中含一個(gè)氯 扣除氯的貢獻(xiàn)扣除氯的貢獻(xiàn) (M+2)%=32.1-32.0=0.1 (M+1)%=10.4 , 在在Beynon的表中分子量為的表中分子量為116的式子共有的式子共有32個(gè)，其中個(gè)，其中M+1/M的值在的值在 9%-11%的式子有以下三個(gè)：的式子有以下三個(gè)： 分子式分子式 M+1 M+2 根據(jù)氮規(guī)律，應(yīng)為根據(jù)氮規(guī)律，應(yīng)為C8H6N,再加上再加上1 C8H4O 8.75 0.54 個(gè)氯原子，個(gè)氯原子， 應(yīng)為應(yīng)為C8H6NCl C8H6N 9.12 0.37 C9H8 9.85 0.43 說明為說明為U=(8+1)-(7-1)/2=6; C8H6NCl 一一、分子式的測定、分子

38、式的測定 u高分辨質(zhì)譜法高分辨質(zhì)譜法 u用高分辨質(zhì)譜儀器可以測定化合物的精確質(zhì)量，隨儀器的分辨率的用高分辨質(zhì)譜儀器可以測定化合物的精確質(zhì)量，隨儀器的分辨率的 增加，測量的精密度增加。增加，測量的精密度增加。 u組成有機(jī)化合物的主要元素組成有機(jī)化合物的主要元素C,H,O,N都含有同位素，如果以都含有同位素，如果以C12為為 標(biāo)準(zhǔn)，這些同位素的精密質(zhì)量如下：標(biāo)準(zhǔn)，這些同位素的精密質(zhì)量如下：C12=12.000000, C13=13.003554, uH1=1.0078246, H2=2.0141022 uCO=27.994914, N2=28.006147,C2H4=28.031299, uCH2

39、N=28.018723 u根據(jù)精密質(zhì)量就可以將這些物質(zhì)區(qū)別開來。根據(jù)精密質(zhì)量就可以將這些物質(zhì)區(qū)別開來。 一一、分子式的測定、分子式的測定 例例1：試判斷質(zhì)譜圖：試判斷質(zhì)譜圖1、2分別是分別是2-戊酮還是戊酮還是3-戊酮的質(zhì)譜圖戊酮的質(zhì)譜圖. 寫出譜圖中主要離子的形成過程寫出譜圖中主要離子的形成過程. 二、二、 譜圖解析實(shí)例譜圖解析實(shí)例 圖圖1 圖圖 2 二、二、 譜圖解析實(shí)例譜圖解析實(shí)例 由圖由圖1可知，可知，m/z57和和m/z29很強(qiáng)，且豐度相當(dāng)。很強(qiáng)，且豐度相當(dāng)。m/z86分子離子峰分子離子峰 的質(zhì)量比附近最大的碎片離子的質(zhì)量比附近最大的碎片離子m/z57大大29u，該質(zhì)量差屬合理丟失，且，該質(zhì)量差屬合理丟失，且 與碎片結(jié)構(gòu)與碎片結(jié)構(gòu)C2H5相符合。