第十三章質(zhì)譜法-20140305

1、第十二章 質(zhì)譜法質(zhì)譜法（Mass spectrometry，簡稱MS）是通過對離子質(zhì)荷比（m/z）的分析來進行定性和定量分析及研究分子結(jié)構(gòu)的分析方法。離子的離子流強度或豐度相對于質(zhì)荷比變化的函數(shù)關(guān)系稱為質(zhì)譜，進行這一分析的儀器即為質(zhì)譜儀。質(zhì)譜法發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有100多年的歷史，美國學(xué)者湯姆生在1913年就曾預(yù)言：“化學(xué)中存在的許多問題可以憑借這個方法來解決，而且比其他方法更為簡便?！痹缙诘馁|(zhì)譜法最重要的工作是分離測定同位素，即同位素質(zhì)譜法。20世紀40年代之后，質(zhì)譜法開始用于有機物的分析；60年代出現(xiàn)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀器；80年代隨著一批如原子轟擊電離源、電噴霧電離源及基質(zhì)輔助激光解析電離源

2、等軟電離技術(shù)的出現(xiàn)，質(zhì)譜法開始研究熱不穩(wěn)定及生物大分子化合物，從而進入了生命科學(xué)領(lǐng)域，生物質(zhì)譜也迅速地發(fā)展起來了?，F(xiàn)代質(zhì)譜法具有以下特點：（1） 靈敏度高，最優(yōu)化條件下只需要10-12g樣品（2） 分析速度快，幾分鐘之內(nèi)即可完成測試。（3） 分析范圍廣，可用于固體、液體、氣體樣品分析，也可用于熱穩(wěn)定和熱不穩(wěn)定的化合物分析。（4） 提供的信息量大，可同時提供被測物質(zhì)的相對分子質(zhì)量和結(jié)構(gòu)信息。（5） 既能定性分析也可定量分析。（6） 可以和各種色譜儀器聯(lián)用，實現(xiàn)復(fù)雜體系的分析，如液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用。§12.1質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀的種類很多，根據(jù)所分析樣品的的不同應(yīng)使用不同類型的質(zhì)譜儀，如同位素質(zhì)

3、譜儀、無機質(zhì)譜儀、有機質(zhì)譜儀。不管是何種質(zhì)譜儀都由以下四個部分組成：樣品導(dǎo)入系統(tǒng)、電離源、質(zhì)量分析器、信號檢測系統(tǒng)。12.1.1樣品導(dǎo)入系統(tǒng)根據(jù)樣品不同的物理性質(zhì)，如熔點、蒸汽壓等，采用不同的方法將樣品導(dǎo)入離子源，對于氣體和具有揮發(fā)性的液體，可以通過注射器或閥直接注入預(yù)先抽成真空的儲存器，然后通過細小的漏孔進入離子源。固體樣品可用直徑6mm、長25cm，前端有容納樣品的陶瓷小凹槽的不銹鋼棒導(dǎo)入。通過電加熱使樣品蒸發(fā)。如圖12-1所示。 圖12-1 樣品導(dǎo)入裝置12.1.2電離源電離源提供的能量能夠使被測樣品離子化。質(zhì)譜儀的靈敏度、分辨率等重要指標均和離子源息息相關(guān)。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代質(zhì)譜儀中

4、有多種電離源，應(yīng)用廣泛的如電子電離源、電噴霧電離源等。1. 電子電離源（electron ionization，EI）電子電離源（EI）主要用于氣體樣品，由離子化區(qū)和離子加速區(qū)組成。圖（1）離子化區(qū)離子化區(qū)主要由電子發(fā)射極（陰極）和電子收集極（陽極）組成。低壓氣體樣品導(dǎo)入時，在離子化區(qū)受到由鎢絲或錸絲組成的加熱燈絲產(chǎn)生的并且受到陽極加速的高能電子流的轟擊，可使樣品分子失去電荷成為正離子。分子離子中的化學(xué)鍵在電子流的轟擊下進一步斷裂，形成各種質(zhì)荷比的碎片離子，帶電荷的離子受到排斥電極的排斥而進入離子加速區(qū)。由于分子被電離之后主要生成大量正離子和少量負離子，并且排斥電極不能排斥中性分子和負離子，所

5、以只有正離子才能進入離子加速區(qū)，而少量的負離子和中性分子被維持低壓的抽真空系統(tǒng)抽出。電子流則在收集電壓的作用下達到電子收集極。一般情況下，電子發(fā)射極與收集極之間的電壓為70V，即電子能量為70eV，所有的標準質(zhì)譜圖都是在此條件下做出的。為了減少碎片離子峰得到簡化的質(zhì)譜圖，有時候也會采用10-20eV的電子能量。（2）離子加速區(qū)由離子化區(qū)產(chǎn)生的各種質(zhì)荷比的離子，在離子加速區(qū)加速。忽略離子的初始動能，則離子的動能為 12-1其中，v為離子運動速度，U為加速電壓，ze為離子電荷量，m為離子質(zhì)量。電子離子源得到的離子流穩(wěn)定性好，電離效率較高，因而應(yīng)用最為廣泛。缺點是對于相對分子質(zhì)量太大的樣品穩(wěn)定性差，

6、不易得到分子離子。因此無法測定相對分子質(zhì)量太大的樣品的相對分子質(zhì)量。2. 化學(xué)電離源（chemical ionization，CI）化學(xué)電離源的離子源與電子電離源結(jié)構(gòu)相似，但化學(xué)電離源是將樣品氣體和反應(yīng)氣體分子混合（樣品含量約為0.1%）通入電離室，最常用的反應(yīng)氣體為甲烷、異丁烷、氫氣、氨氣等。燈絲發(fā)出的電子束首先電離反應(yīng)氣體，產(chǎn)生的反應(yīng)氣體離子與樣品氣體再進行離子分子反應(yīng)，使樣品分子電離。化學(xué)電離是一種軟電離方法，一般用于穩(wěn)定性差的化合物，用電子電離源難以得到分子離子的樣品，但其缺點是碎片少，可提供的結(jié)構(gòu)信息少。一般的質(zhì)譜儀中都同時裝置有電子電離源和化學(xué)電離源，可根據(jù)實驗的需要進行切換。電子

7、電離源和化學(xué)電離源一般都只適用于小分子化合物的質(zhì)譜分析，而相對分子質(zhì)量較大的化合物如蛋白質(zhì)、核酸類的生物大分子則要使用新的軟電離技術(shù)來進行質(zhì)譜分析。3. 場電離源（ field ionization，F(xiàn)I）場電離源中最重要的部件是電極，其結(jié)構(gòu)圖如12-2所示。陽極通常是一個尖銳金屬絲或金屬片，上面布滿微針，因此被稱作“金屬胡須”發(fā)射器。陽極和陰極之間的電壓差為10kV，而兩級間距極小約為10-4cm。因此兩電極間的電壓梯度高達108Vcm-1。當(dāng)偶極矩較大且具有高極化率的樣品分子與陽極碰撞，電子轉(zhuǎn)移到陽極，形成的離子被陰極迅速加速拉出，進入聚焦單位。由于場電離源的能量約為12eV，因此碎片離子

8、峰很少而分子離子峰強度大，有時還可以觀測到準分子離子峰。 圖12-2 場電離源示意圖4. 場解吸源（field desorption，F(xiàn)D）場解吸源與場電離源十分類似，和場電離源一樣有一個“金屬胡須”陽極發(fā)射器，樣品溶液被加到發(fā)射器表面，溶劑被蒸發(fā)除去。在強電場中，樣品分子中的電子進入金屬原子空的軌道放電，從而生成正離子。離子由于庫侖力的作用進入氣相而不進行熱分解。場解吸源與前面三種電離技術(shù)相比是最弱的電離技術(shù)，一般只產(chǎn)生分子離子峰和準分子離子峰，碎片離子峰極少。主要用于熱不穩(wěn)定和非揮發(fā)性化合物的質(zhì)譜分析。5. 激光解吸源（laser desorption，LD）激光解吸源是利用短周期、強脈沖

9、的激光轟擊樣品，產(chǎn)生共振吸收使能量轉(zhuǎn)移到樣品。通常激光脈沖所加的時間在1-100µs。如果將低濃度樣品分散在液體或者固體基質(zhì)中（摩爾比為1:100-1:50000）的激光解吸源又稱為基質(zhì)輔助激光解吸源，是測定生物大分子分子量的有力手段，可分析生物大分子，如長鏈肽、蛋白質(zhì)等。6. 快速原子轟擊源（fast atom bombardment，F(xiàn)AB）快速原子轟擊源的結(jié)構(gòu)如圖12-3所示。用來轟擊樣品的原子通常為氙氣或氬氣等稀有氣體。通過電場加速預(yù)先在電離室中放電產(chǎn)生的氣體離子，然后獲得高能量的電離的氣體原子，與熱的氣體原子進一步碰撞而導(dǎo)致電荷和能量的轉(zhuǎn)移，快速運動的原子撞擊到涂有樣品的金

10、屬板上，通過能量轉(zhuǎn)移使樣品分子電離，生成二次離子，這些離子在電場中穿過狹縫進入質(zhì)量分析器。樣品通常溶于惰性的非揮發(fā)性液體中，如甘油，然后以單分子層覆蓋于探針表面，但這種方法不適用于懸浮樣品。快速原子轟擊源的優(yōu)點是分子離子和準分子離子峰強，碎片離子豐富，能夠用于分析熱不穩(wěn)定和難揮發(fā)的樣品。缺點是質(zhì)譜圖復(fù)雜，原因是溶解樣品的液體也被電離，但是可以通過扣除背景解決。 圖12-3 原子轟擊源的結(jié)構(gòu)示意圖7. 電噴霧電離源（electrospray ionization，ESI）電噴霧電離是一種很軟的電離方法，通常不產(chǎn)生碎片離子或者產(chǎn)生很少的碎片離子。樣品分子生成質(zhì)子化分子或加合離子。被分析的樣品溶液從

11、毛細管口噴出，在毛細管末端與圍繞毛細管的圓筒狀電極之間加以3-4kV電壓，形成帶高密度電荷的霧狀液滴。帶電液滴在向取樣孔移動的過程中，溶劑不斷揮發(fā)，液滴體積不斷逐漸縮小，液滴表面的電荷密度不斷增加。當(dāng)電荷密度增加至臨界點（又稱為瑞利穩(wěn)定限）時，電荷之間的排斥力大于溶液的表面張力，液滴自發(fā)分裂，進過反復(fù)的溶劑揮發(fā)和液滴分裂，液滴變得越來越細微，這樣帶電荷的樣品離子就被靜電力噴入氣相而進入質(zhì)量分析器。電噴霧電離源主要用于液體樣品電離，最大優(yōu)點是樣品分子不發(fā)生裂解，適合極性以及熱不穩(wěn)定性化合物的電離，尤其適合多肽、蛋白質(zhì)、核酸、配合物及其它大分子化合物的分析。并且該電離源非常適合作為液相色譜和質(zhì)譜儀

12、聯(lián)用的接口。圖12-4電噴霧電離源8. 無機質(zhì)譜無機質(zhì)譜儀，主要用于無機元素微量分析和同位素分析等方面，它與有機質(zhì)譜儀工作原理不同的是物質(zhì)離子化的方式不一樣：無機質(zhì)譜儀是以電感耦合高頻放電（ICP）或其他的方式使被測物質(zhì)離子化。無機質(zhì)譜儀可以分為火花源質(zhì)譜儀、離子探針質(zhì)譜儀、激光探針質(zhì)譜儀、輝光放電質(zhì)譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。無機質(zhì)譜儀測試速度快，結(jié)果精確。無機質(zhì)譜儀廣泛用于地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)、核工業(yè)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、食品化學(xué)、石油化工等領(lǐng)域以及空間技術(shù)和公安工作等特種分析方面。12.1.3質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器是能夠?qū)㈦婋x源中產(chǎn)生的離子按照質(zhì)荷比分開的部件。離子通過質(zhì)量

13、分析器，按照不同的質(zhì)荷比分開，相同質(zhì)荷比的離子聚集在一起形成質(zhì)譜圖。各種質(zhì)譜儀的主要區(qū)別就是質(zhì)量分析器的不同。下面主要介紹單聚焦質(zhì)量分析器、雙聚焦質(zhì)量分析器、四級桿質(zhì)量分析器和離子回旋共振質(zhì)量分析器。1. 單聚焦型質(zhì)量分析器離子源中產(chǎn)生的離子在電場中加速后進入入射狹縫，然后在磁場中偏轉(zhuǎn)90°穿過出射狹縫，聚焦于收集極，如圖12-5所示。 圖12-5 單聚焦質(zhì)量分析器 由公式12-1可知，離子的動能為。這些離子垂直進入均勻磁場后，在磁場的作用下將做圓周運動，當(dāng)離心力與磁場引力相等時，即 12-2式中，r為離子運動的軌道半徑，B為磁場強度，由式12-1和12-2得 12-3由公式12-3

14、可知，加速電壓V、磁場強度B、以及質(zhì)荷比m/z決定了離子在磁場中運動的軌道半徑。由于在質(zhì)譜分析中磁場強度是恒定的，采用電壓掃描，就可以使不同質(zhì)荷比的離子按照半徑為r的軌道運動，最終穿過出射狹縫進入檢測器。而不能符合式12-3要求的離子則因為軌道半徑不同而不能通過狹縫射出進入檢測器。具有相同質(zhì)荷比的離子束在進入入射狹縫時，各個離子的運動軌跡是發(fā)散的，而通過磁場偏轉(zhuǎn)型質(zhì)量分析器之后，發(fā)散的離子束重新聚焦至出射狹縫處。這種功能被稱為方向聚焦。2. 雙聚焦型質(zhì)量分析器通過方向聚焦可以使得發(fā)射角度不同而質(zhì)荷比相同的離子在出射狹縫處重新聚集，但是無法使能量不同的離子完全聚焦，使得分辨率降低。雙聚焦型質(zhì)量分

15、析器結(jié)構(gòu)如圖12-6所示，通過在離子源和磁場之間加設(shè)一個靜電分析器（由兩個同心圓筒狀電極組成），就可以消除相同質(zhì)荷比離子由于動能不同的原因造成的誤差。12-6 雙聚焦型質(zhì)量分析器示意圖離子束在離開入射狹縫之后穿過靜電分析器的環(huán)形通道時，離子的動能為： 12-4即： 12-5式中，E為外加的靜電場強度。這說明通過控制外加靜電場可以改變離子運動的軌道半徑。所以離子的運動軌跡不僅僅和質(zhì)荷比相關(guān)也和離子動能有關(guān)。只有離子的動能和運動半徑相匹配才能通過靜電分析器實現(xiàn)能量聚焦（也稱速度聚焦）再通過磁場的方向聚焦。經(jīng)過雙聚焦能夠大大提高質(zhì)譜的分辨率。3. 四級桿質(zhì)量分析器四級桿質(zhì)量分析器完全不同于之前的兩種

16、質(zhì)量分析器。其結(jié)構(gòu)如圖12-6所示。有兩組四根相互對稱、高度平行的桿狀電極組成，精密的固定于正方形的四個角上。電極上加有直流電壓和頻射電壓。相對的兩個電極電壓相同而相鄰的兩個電極電壓大小相等而極性相反。在一對特定直流和頻射電壓的條件下，只有具有特定動能的離子才能通過金屬極桿，而其他離子則與四級桿相撞。通過改變直流和射頻電壓振幅的比率或者改變射頻頻率就可以實現(xiàn)質(zhì)量掃描，使不同質(zhì)荷比的離子以不同的順序到達檢測器。圖12-6 四級桿質(zhì)量分析器結(jié)構(gòu)示意圖四級桿質(zhì)量分析器的優(yōu)點是分辨率較高，分析速度極快，最適合用于氣質(zhì)、液質(zhì)聯(lián)用。但是其準確度和精密度均低于磁偏轉(zhuǎn)型質(zhì)量分析器。4. 離子回旋共振質(zhì)量分析器

17、采用離子回旋共振質(zhì)量分析器的質(zhì)譜儀又稱傅里葉變換質(zhì)譜儀，是建立在離子回旋共振技術(shù)基礎(chǔ)上的一種不同于磁偏轉(zhuǎn)和四級桿的質(zhì)譜儀。核心部件是離子回旋共振室，其結(jié)構(gòu)如圖12-7所示。圖12-7離子回旋共振質(zhì)量分析器在矩形的的共振室中，樣品分子在恒定的磁場B0中電離成質(zhì)量為m，電荷為z，運動速度為v的離子。這些離子在磁場中做隨意的圓周運動，其回旋角頻率可表示為 12-6式中，為離子回旋的頻率。由式12-6可知，質(zhì)荷比決定了離子回旋的頻率。使側(cè)面基板帶正電位，上下極板帶負電位，能夠使離子在磁場中滯留足夠的時間。在上下極板之間加上可變射頻場可區(qū)分不同質(zhì)量的離子。環(huán)形運動的離子使上下極板之間產(chǎn)生感應(yīng)電流，被前置

18、放大器感知，從而得到一個由所有離子貢獻的復(fù)合信號，其中包括了質(zhì)譜儀上提供的樣品離子的所有頻率信息，這些信息經(jīng)過傅里葉變化成為通常的質(zhì)譜信息。12.1.4信號檢測質(zhì)譜儀信號檢測系統(tǒng)主要使用的是光電倍增器和電子倍增器，將從分析器來的離子流接收、放大，然后送到計算機存儲，這些信號經(jīng)過計算機處理后得到所要分析的樣品的譜圖信息。§12.2 離子的主要類型12.2.1分子離子分子失去一個電子形成的離子稱為分子離子，對應(yīng)的質(zhì)譜峰稱為分子離子峰。分子離子峰具有以下特點：（1）除同位素離子峰外，分子離子峰通常出現(xiàn)在質(zhì)荷比最高的位置。分子離子峰的穩(wěn)定性取決于化合物的分子結(jié)構(gòu)。分子離子峰較強的有芳香族、共

19、軛烯烴及環(huán)狀化合物而脂肪醇、胺、硝基化合物及多側(cè)鏈化合物很難出現(xiàn)或不出現(xiàn)分子離子峰。(2)在分子離子峰左邊3-14原子質(zhì)量單位范圍內(nèi)一般不可能出現(xiàn)峰。因為不可能使同一個分子同時失去3個氫原子，而最可能失去的最小基團通常是甲基，即(M-15)+（3）“氮規(guī)則”:凡是分子離子峰均符合“氮規(guī)則”即：相對分子質(zhì)量為偶數(shù)的有機化合物一定有偶數(shù)個氮原子，相對分子質(zhì)量為奇數(shù)的有機化合物一定有奇數(shù)個氮原子。分子離子峰的主要作用是用來確定化合物的相對分子質(zhì)量，高分辨率質(zhì)譜儀能夠給出精確的分子離子峰質(zhì)量數(shù)，因此能夠快速準確的測定有機化合物的相對分子質(zhì)量。當(dāng)分子離子峰不出現(xiàn)時可以通過降低電子轟擊能量、更換離子源、采

20、用化學(xué)衍生法使化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定衍生物等方法來產(chǎn)生分子離子峰。12.2.2同位素離子 天然元素由同位素組成，習(xí)慣上把含有重同位素的離子成為同位素離子，其所產(chǎn)生的質(zhì)譜峰稱為同位素離子峰。由于不同元素的同位素含量不相同，因此質(zhì)譜圖中常出現(xiàn)強度不等的同位素離子峰。這些同位素離子峰常在分子離子峰右邊1或2個質(zhì)量單位處出現(xiàn)(M+1)+或(M+2)+峰。從(M+1)+或(M+2)+峰的強度可以推斷存在的同位素。如(M+2)+峰與M+峰強度相同，推斷可能存在81Br。(M+2)+峰強度為M+峰強度的1/3，則可以推斷有37Cl。12.2.3碎片離子 碎片離子是由于離子源的能量過高，分子離子在離子源中碎裂而形成

21、的（見表12-1）。碎片離子峰的信息有助于推斷分子結(jié)構(gòu)。一般來說，強度最大的質(zhì)譜峰對應(yīng)最穩(wěn)定的碎片離子。通過分析各種碎片離子相對峰強度的，通常能夠獲得整個分子的結(jié)構(gòu)的信息。但是通過此方法獲得分子拼接結(jié)構(gòu)不總是合理的，因為碎片離子并不只是通過分子離子一次碎裂而形成，可能會進一步碎裂或重排，因此要準確進行定性分析最好與標準圖譜進行比較。對于只有一根化學(xué)鍵斷開的簡單斷裂（斷裂產(chǎn)物是原分子中已經(jīng) 存在的結(jié)構(gòu)單元，沒有發(fā)生重排），有幾條經(jīng)驗規(guī)則可以適用，但不是對所有化合物都適用，應(yīng)謹慎適用。（1） 鍵能小的共價鍵先斷裂表12-1 有機化合物的鍵能鍵類型C-CC-NC-OC-SC-HC-FC-ClC-Br

22、C-IO-H單鍵345304359272409485338284213462雙鍵607615748535三鍵835889（2） 彈鏈分支處易發(fā)生斷裂，分支越多，越容易斷裂。這是由于碳原子具有以下穩(wěn)定順序：R3 > HR2 >H2R > H3（3） 形成共軛效應(yīng)更強體系的碎片，其斷裂幾率更大。（曾泳淮.分析化學(xué)儀器分析部分.第3版.北京：高等教育出版社，2010.）12.2.4重排離子分子離子在裂解的同時，原子或原子團重排而產(chǎn)生的比較穩(wěn)定的離子叫做重排離子。最典型的就是麥氏重排所產(chǎn)生的離子。麥氏重排其特點就是氫轉(zhuǎn)移至羰基氧原子上：§12.3有機化合物的裂解規(guī)律12.3

23、.1分子結(jié)構(gòu)與離子穩(wěn)定性在分子離子的裂解過程中往往發(fā)生連續(xù)反應(yīng)，并且存在復(fù)雜的競爭關(guān)系，生成的的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與母體與裂解產(chǎn)物的穩(wěn)定性有關(guān)。質(zhì)譜圖描述的正是這種競爭過程的結(jié)果。其中，能夠生成最穩(wěn)定離子的分裂和能生成穩(wěn)定中性分子是最容易發(fā)生的途徑。質(zhì)譜中生成的陽離子穩(wěn)定性和有機化學(xué)中陽離子穩(wěn)定性類似，與取代基個數(shù)與性質(zhì)有關(guān)。例如，CH3<CH3CH2+<CH3HCH3< (CH3)3CH2+。同時，也與共軛效應(yīng)有關(guān)，如CH2 = CHH2和C7H7+離子穩(wěn)定。常見的穩(wěn)定的中性分子有：CO，C2H2，HCN，C2H4，H2O，CH2 = CH2CH3和CH2=C=O等。12.3.2離

24、子裂解與電子奇偶數(shù)關(guān)系分子離子的裂解遵循以下規(guī)律： (奇數(shù)電子) A+（偶數(shù)電子）+ R·（游離基）或 (奇數(shù)電子) B+（奇數(shù)電子）+ N（中性分子）碎片離子如果存在奇數(shù)個電子，則可以消去一個游離基或一個中性分子；而如有偶數(shù)個電子，則只能消去一個中性分子，得到偶數(shù)電子碎片離子，不能消去游離基生成有奇數(shù)個電子的碎片離子，除非奇數(shù)電子碎片特別穩(wěn)定。12.3.3離子裂解與電離電位關(guān)系電離電位的高低決定了離子的裂解方式，以及離子峰相對豐度大小。 由于上一種裂解方式的離解電位低，因此，以此種裂解方式進行裂解較多。12.3.4裂解方式裂解是指分子中有一個鍵開裂。裂解方式有均裂、異裂和半異裂。其

25、中，均裂是指一個鍵斷開，每個碎片保留一個電子，即X Y X.+ Y.異裂是指一個鍵開裂，兩個電子都歸屬于一個碎片，即X Y X+ + Y：半異裂是指離子化的鍵斷開，即X ·Y X+ + Y.12.3.5重要有機化合物的裂解規(guī)律1、烴類飽和脂肪烴裂解特點：（1） 生成一系列奇數(shù)質(zhì)量峰，m/z 15，29，43；（2） m/z 43（C3H7+）和m/z 57（C4H9+）峰最強；（3） 如果有側(cè)鏈，則裂解優(yōu)先發(fā)生在側(cè)鏈處。烯烴裂解特點：（1） 有明顯的一系列41+14n（n=0，1，2，）峰；（2） 基峰是由裂解形成CH2=HCH2 (m/z 41) 而產(chǎn)生。芳香烴裂解特點：（1） 分

26、子離子峰強；（2） 烷基芳香烴的基峰在m/z 91（C7H7+），若芳環(huán)的位上的碳原子被取代則基峰變成91+14n，m/z 91峰失去一個乙炔分子而成m/z 65峰；（3） 當(dāng)烷基碳原子數(shù)等于或者大于3時，會發(fā)生一個氫原子的重排，且失去一個中性分子后生成m/z 92峰。2、羥基化合物（1）脂肪醇的裂解特點是：分子離子峰極弱或不存在，對長鏈脂肪醇尤為明顯；由于失去一分子水，并伴隨失去一分子乙烯，通常有 (M-18)+和(M-46)+峰生成。醇類通常最先失去體積最大的基團。伯醇生成m/z 31峰（CH2=H），同理叔醇生成m/z 59峰（CH3C=H）（2）酚類和芳香醇的裂解特點是： 酚的分子離子

27、峰很強； 通常失去CO生成(M-18)+或失去CHO基團生成(M-29)+峰； 甲基取代酚先失去一個甲基氫原子后裂解脫去CO或CHO。2-烷基取代酚由于鄰位效應(yīng)而易失去H2O而常出現(xiàn)(M-18)+峰，而間位取代的(M-18)+峰很弱 芳香醇的裂解與烷基取代酚類似，同時也有(M-2)+ 或(M-3)+峰。3、羰基化合物（1）酮類的裂解特點是： 分子離子峰較強； 與羰基連接的任意鍵均可發(fā)生斷裂，但主要以烷基碎片越大失去的概率越大大規(guī)律進行斷裂； 長鏈烷基基團能斷裂產(chǎn)生43+14n系列碎片離子； 麥氏重排； 芳香酮有強的分子離子峰，基峰來自以下斷裂：（2）醛類的裂解特點是： C1-C3醛的基峰是由生

28、成穩(wěn)定的CHO+離子形成，而含碳量更高的直鏈醛則生成(M-29)+峰。其他特點與酮類相同。 芳香醛易生成苯甲酰陽離子（m/z 105）4、醚類醚類的裂解特點是：（1） 芳香醚類的分子離子峰較強；（2） 脂肪醚可以發(fā)生一系列、斷裂，生成31+14n（n=0,1，2，）一系列碎片。（3） 較長烷烴基鏈的芳醚按下式斷裂：芳醚的分子離子峰較強。5、羧酸、酯類和酰胺羧酸、酯類和酰胺的裂解特點是：（1） 發(fā)生位斷裂；（2） 如有氫存在則發(fā)生麥氏重排。6、胺胺的裂解特點是：（1） 基峰由相對于N原子的、位碳原子之間的鍵斷裂產(chǎn)生；（2） 仲胺和叔胺裂解方式與醚類十分類似；（3） 芳香胺的分子離子峰強，烷基側(cè)鏈

29、的斷裂和脂肪胺類似。許多芳香胺有中等強度的(M-1)+峰，其脫去HCN,H2CN的過程與苯酚脫去CO,CHO類似。§12.4色質(zhì)聯(lián)用技術(shù)12.4.1氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是兩種分析方法的結(jié)合，對于質(zhì)譜而言，氣相色譜是它的進樣系統(tǒng)；對氣相色譜而言，質(zhì)譜是它的檢測器。為了使兩者之間的工作壓力相匹配，其接口可用直接連接，分流連接，分子分離連接三種方式。直接連接只能用于毛細管氣相色譜儀和化學(xué)電離源質(zhì)譜儀的聯(lián)用。分流連接器是在色譜柱的出口處，對試樣氣體的利用率低。所以一般采用分子分離器，它是一種富集裝置，通過分離可以提高進入質(zhì)譜儀中的樣品氣體分子的比例，與此同時還能維持離子源的真

30、空度。常用的分子分離器有擴散型、半透膜型和噴射型等。與氣相色譜聯(lián)用的質(zhì)譜儀類型眾多，主要是檢測器不同。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用可以直接分析混合物，如致癌物的分析、食品分析、工業(yè)污水分析、農(nóng)藥殘留分析、中草藥成分分析等很多質(zhì)譜無法單獨進行的分析課題。利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用可以獲得混合樣品的綜合信息，如總離子流圖、每種組分的質(zhì)譜圖以及每個質(zhì)譜圖的檢索結(jié)果。對于高分辨率的質(zhì)譜儀還可以得到化合物的精確相對分子質(zhì)量和分子式。但是氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用只適用于分析易氣化的樣品。 目前蔬菜生產(chǎn)中濫用農(nóng)藥的情況比較嚴重，蔬菜中往往含有多種類的殘留農(nóng)藥，品種復(fù)雜多樣，極性差別大，難以在同一色譜條件下監(jiān)測。氣質(zhì)聯(lián)用方法可以

31、對多種類型的農(nóng)藥進行同時檢測。圖12-8 采用選擇離子檢測掃描方式測定5種菊酯類農(nóng)藥的氣相色譜 12.4.2液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)液相色譜的應(yīng)用不受沸點的限制，能分離、定量熱穩(wěn)定性差的樣品，但定性能力較弱，因此發(fā)展了液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，用于高極性、熱不穩(wěn)定、難揮發(fā)的大分子（如蛋白質(zhì)、核酸、金屬有機物等）分析。由于液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分離要使用大量的流動相，有效的出去流動相中大量的溶劑而不造成樣品的損失，同時使分離出的物質(zhì)電離，這是液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的技術(shù)難題?，F(xiàn)用的接口主要有大氣壓化學(xué)電離接口（APCI）、離子束接口（PB）和電噴霧電離接口（ESI）。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的一種接口只能適用于某一類型

32、的分析對象，因此 常用的聯(lián)用儀都帶有多個可以互相切換的接口。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀是分析相對分子質(zhì)量大、極性強的生物樣品不可缺少的分析儀器，已在肽和蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量測定，氨基酸單元結(jié)構(gòu)、序列和轉(zhuǎn)譯后結(jié)構(gòu)的修飾、調(diào)變的分析以及臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)保、化工、中草藥研究等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。特拉唑嗪是一種新型藥物，通過液質(zhì)聯(lián)用能夠準確測定人體血漿內(nèi)該藥物的濃度,有助于藥物動力學(xué)研究。12-9特拉唑嗪質(zhì)譜掃描圖12-10 服用特拉唑嗪4h后的血樣總離子流圖§12.5應(yīng)用12.5.1有機化合物結(jié)構(gòu)的鑒定從未知化合物的質(zhì)譜圖進行有機化合物結(jié)構(gòu)的鑒定，其步驟大致如下：首先，確證分子離子峰；當(dāng)分子離子峰確

33、定后，可獲得以下相關(guān)信息：（1） 從強度可大致知道屬于某類化合物；（2） 從相對分子質(zhì)量即可查閱質(zhì)量和同位素豐度表（Beynon表）,給出分子式；（3） 將它的強度與同位素峰強度比較，可判斷可能存在的同位素。1、 利用同位素峰信息；應(yīng)用同位素豐度數(shù)據(jù)，可以通過查閱Beynon表來確定化合物的化學(xué)式。以下節(jié)錄部分Beynon表（見表12-2）。此表按化學(xué)式標稱相對分子質(zhì)量順序，列出了含有C,H,O和N的各種組合。在使用Beynon表時應(yīng)注意此表中同位素的相對豐度是以分子離子峰為100，且 只適用于含C,H,O和N的化合物。表12-2質(zhì)量和同位素豐度表M+1M+2相對分子質(zhì)量141C4HN2O45

34、.260.92140.9936C4H3N3O35.630.73141.0175142C4H2N2O45.270.92142.0014C9H6N210.580.51142.0532C10H1211.160.56142.1722C10H6O10.940.74142.0419C10H8N11.320.58142.0657C11H1012.050.66142.07832、 利用化學(xué)式計算不飽和度；3、 充分利用主要碎片離子的信息繼而推斷未知物結(jié)構(gòu)；4、 綜合以上信息或聯(lián)合使用其他手段最后確證結(jié)構(gòu)式。根據(jù)已獲得的質(zhì)譜圖可以利用文獻提供的圖片進行對比、檢索。提取出幾個（一般8個）最重要峰的信息與標準圖譜進

35、行比較。由于不同電離源得到的同一化合物的圖譜不相同，因此不存在通用的圖譜。12.5.2相對分子質(zhì)量及分子式的測定用質(zhì)譜法能夠快速精確的測定化合物的相對分子質(zhì)量，尤其一些高分辨率的質(zhì)譜儀可以區(qū)分僅非小數(shù)點后部分質(zhì)量不相同的化合物。用質(zhì)譜法測定化合物的質(zhì)量時必須對m/z軸進行校正。校正時必須采用一種m/z值已知且在所需測定的質(zhì)量范圍之內(nèi)的參比化合物。校準化合物一般要求在實驗確定電離條件和所要測量的m/z范圍內(nèi)能夠得到系列強度足夠的質(zhì)譜峰。對于電子電離源和化學(xué)電離源，最常用的參比化合物是全氟煤油（CF3-(CF2)n-CF3, 簡稱PFK）和全氟三丁基氨（(C4F9)3N, 簡稱PFTBA）。12.

36、5.3定量分析電子倍增器來檢測離子的靈敏度極高，最低20個離子仍然能夠檢測到有用信號。為了提高靈敏度可以通過單離子檢測即只監(jiān)測豐度最高的一種離子或多離子檢測即檢測幾種離子來改進信噪比。單離子監(jiān)測的最大優(yōu)點是可以通過重復(fù)掃描來改進信噪比，但信息量少。多離子監(jiān)測可以對每個組分中豐度較高的特征離子進行監(jiān)測，記錄在多通道記錄器中的各自通道中，監(jiān)測結(jié)果專一、靈敏，可以檢測至10-12g數(shù)量級。定量一般采用內(nèi)標法來消除樣品預(yù)處理以及操作條件變化而引起的離子化產(chǎn)率的波動。內(nèi)標的互利化學(xué)性質(zhì)應(yīng)類似于被測物質(zhì)且不存在于樣品中，因此使用同位素標記的化合物才能夠滿足這種要求。質(zhì)譜法能夠區(qū)分天然的與標記的化合物。在色

37、譜-質(zhì)譜聯(lián)用中，對于含有甲基的化合物，內(nèi)標物可以變成氘代甲基，其保留時間一般較短，可以從他們的相對信號大小進行定量。12.5.4反應(yīng)機理的研究用質(zhì)譜法能夠輕松的測定某一給定元素的同位素，利用穩(wěn)定的同位素來標記化合物，用它作為示蹤物來測定化學(xué)反應(yīng)或生物反應(yīng)中某種化合物的最終去向，對于研究有機反應(yīng)的機理有著至關(guān)重要作用。§12.6復(fù)雜有機化合物的結(jié)構(gòu)剖析對于復(fù)雜的有機化合物，單純利用其中某一種或者兩種方法不可能得到最可靠的結(jié)構(gòu)信息，只有充分利用每種方法的特點，將由各種方法得到的可靠信息，經(jīng)過綜合分析，得出確證無疑的化合物結(jié)構(gòu)。紅外光譜：從吸收峰的位置、形狀和強弱可推測可能存在的基團。核磁

38、共振波譜：從化學(xué)位移可以判斷質(zhì)子的化學(xué)環(huán)境；從自旋-自旋偶合裂分模式可判斷相鄰質(zhì)子數(shù)；從積分線高度可判斷質(zhì)子數(shù)目。質(zhì)譜：從分子離子峰和同位素峰可推測出相對分子質(zhì)量及化學(xué)式，從裂解碎片離子可推測可能存在的基團。下面舉例說明。經(jīng)測試，某未知物的三種譜圖如下，試確證其結(jié)構(gòu)。（換個自己的例子）某一未知化合物，其分子式是C8H10O，質(zhì)譜、核磁和紅外數(shù)據(jù)分別如下圖所示，在正己烷中測得max=257nm。試確定該化合物結(jié)構(gòu)。12-11 分子式是C8H10O化合物質(zhì)譜圖12-12 分子式是C8H10O化合物紅外光譜圖12-13 分子式是C8H10O化合物1H-NMR解：該未知化合物的不飽和度=4，說明可能含

39、有苯環(huán)。從1H-NMR數(shù)據(jù)可知如下信息：積分高度（cm）氫質(zhì)子數(shù)重峰數(shù)可能歸屬2.620.62三Ph-CH2-CH2-3.560.62三-CH2-CH2-R7.21.55單3.150.31單（氘代消失）-OH從紅外吸收光譜可獲得如下信息：3350cm-1外的寬峰是由于-OH形成分子間氫鍵所引起的。1050 cm-1處的吸收峰是C-O伸縮震動吸收帶3030 cm-1和3070 cm-1是n=C-H吸收帶3090 cm-1、1610 cm-1 和1500 cm-1是苯環(huán)的骨架震動產(chǎn)生的吸收峰。750 cm-1和700 cm-1的吸收帶是苯的單取代。因此該化合物是: §12.7 參考讀物1. 魏福祥. 現(xiàn)代儀器分析技術(shù)及應(yīng)用. 北京:中國石化出版社, 2011.2. 方惠群. 儀器分析學(xué)習(xí)指導(dǎo). 北京:科學(xué)出版社, 2004.3. 曾泳淮. 分析化學(xué).儀器分析部分.第3版. 北京:高等教育出版社, 2010.4. 唐任