質(zhì)譜分析法Massspectrometry課件

第十四章質(zhì)譜分析法

Massspectrometry

第十四章質(zhì)譜分析法1質(zhì)譜分析法原理和儀器質(zhì)譜峰和主要離子峰質(zhì)譜分析法應(yīng)用質(zhì)譜分析法原理和儀器質(zhì)譜峰和主要離子峰質(zhì)譜分析1.質(zhì)譜分析法的優(yōu)點(diǎn):(1)它是至今唯一可以確定分子質(zhì)量的方法,在高分辨率質(zhì)譜儀中能夠準(zhǔn)確測(cè)定質(zhì)量,而且可以確定化合物的化學(xué)式和進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。(2)質(zhì)譜法的靈敏度極高,鑒定的最小量可達(dá)10-10g,檢出限可達(dá)10-14g。1.質(zhì)譜分析法的優(yōu)點(diǎn):2.質(zhì)譜儀的發(fā)展簡(jiǎn)史1912年：世界第一臺(tái)質(zhì)譜裝置1940年代:質(zhì)譜儀用于同位素測(cè)定1950年代：分析石油1960年代：研究GC-MS聯(lián)用技術(shù)1970年代：計(jì)算機(jī)引入3.質(zhì)譜儀的分類有機(jī)質(zhì)譜儀：氣-質(zhì)液-質(zhì)富變質(zhì)譜儀激光解吸飛行時(shí)間變質(zhì)譜儀無(wú)機(jī)質(zhì)譜儀：ICP-MS同位素質(zhì)譜儀2.質(zhì)譜儀的發(fā)展簡(jiǎn)史一質(zhì)譜分析法原理1.質(zhì)譜圖

質(zhì)譜分析是用高速電子來(lái)撞擊氣態(tài)分子或原子,將電離后的正離子加速導(dǎo)入質(zhì)量分析器,然后在磁場(chǎng)中按質(zhì)荷比(m/z)大小進(jìn)行收集和記錄,及得到質(zhì)譜圖。根據(jù)質(zhì)譜峰的位置進(jìn)行物質(zhì)的定性和結(jié)構(gòu)分析,根據(jù)峰的強(qiáng)度進(jìn)行定量分析。第一節(jié)質(zhì)譜分析法原理和儀器

一質(zhì)譜分析法原理1.質(zhì)譜圖質(zhì)譜分析是用高速電子2.原理試樣從進(jìn)樣器進(jìn)入離子源,在離子源中產(chǎn)生正離子。正離子加速進(jìn)入質(zhì)量分析器,質(zhì)量分析器將離子按質(zhì)荷比大小不同進(jìn)行分離。分離后的離子先后進(jìn)入檢測(cè)器，檢測(cè)器得到離子信號(hào)，放大器將信號(hào)放大并記錄在讀出裝置上。試樣在離子源內(nèi)被氣化、電離。用電子轟擊法在10-5Pa高真空下,以50100eV能量的電子流轟擊試樣,有機(jī)物常常被擊出一個(gè)電子,2.原理試樣從進(jìn)樣器進(jìn)入離子源,在離子源中產(chǎn)生正離子。正形成帶一個(gè)正電荷的正離子，稱為分子離子()M+e-+2e-

在質(zhì)譜儀中,各種正離子被電位差為8008000V的負(fù)高壓電場(chǎng)加速,加速后的動(dòng)能等于離子的位能zU,即加速后的離子進(jìn)入磁場(chǎng)中,由于受到磁場(chǎng)的作用,使離子作弧形運(yùn)動(dòng),此時(shí)離子所受的向心力Bz和運(yùn)動(dòng)的離心力m2/R相等,得:形成帶一個(gè)正電荷的正離子，稱為分子離子()離子質(zhì)荷比與運(yùn)動(dòng)軌道曲線半徑R的關(guān)系:或

質(zhì)譜分析法的基本公式叫質(zhì)譜方程式。若加速電壓U和磁場(chǎng)強(qiáng)度B都一定時(shí)，不同m/z的離子，由于運(yùn)動(dòng)的曲線半徑不同，在質(zhì)量分析器中彼此分開(kāi)。離子質(zhì)荷比與運(yùn)動(dòng)軌道曲線半徑R的關(guān)系:或質(zhì)譜分析質(zhì)譜儀器通常有六部分組成：真空系統(tǒng)，進(jìn)樣系統(tǒng)，離子源，質(zhì)量分析器，離子檢測(cè)器，記錄顯示系統(tǒng)。（一）高真空系統(tǒng)質(zhì)譜儀中所有部分均要處高度真空的條件下(10-4-10-6Pa),其作用是減少離子碰撞損失。真空度過(guò)低，將會(huì)引起：1)大量氧會(huì)燒壞離子源燈絲2)引起其它分子離子反應(yīng)，使質(zhì)譜圖復(fù)雜化3)干擾離子源正常調(diào)節(jié)4)用作加速離子的幾千伏高壓會(huì)引起放電質(zhì)譜儀器一般質(zhì)譜儀都采用機(jī)械泵預(yù)抽空后，再用高效率擴(kuò)散泵連續(xù)地運(yùn)行以保持真空。現(xiàn)代質(zhì)譜儀采用分子泵可獲得更高的真空度。（二）進(jìn)樣系統(tǒng)對(duì)進(jìn)樣系統(tǒng)的要求：重復(fù)性、不引起真空度降低。1間接進(jìn)樣適于氣體、沸點(diǎn)低且易揮發(fā)的液體、中等蒸汽壓固體。如圖14.1所示。注入樣品(10-100g)—貯樣器(0.5L-3L)—抽真空(10-2Pa)并加熱—樣品蒸汽分子(壓力陡度)—漏隙—高真空離子源。一般質(zhì)譜儀都采用機(jī)械泵預(yù)抽空后，再用高效率擴(kuò)散泵連續(xù)圖14.1進(jìn)樣系統(tǒng)圖14.1進(jìn)樣系統(tǒng)2直接探針進(jìn)樣：高沸點(diǎn)液體及固體探針桿通常是一根規(guī)格為25cm6mmi.d.,末端有一裝樣品的黃金杯(坩堝)，將探針桿通過(guò)真空閉鎖系統(tǒng)引入樣品，如圖所示。優(yōu)點(diǎn)：1)引入樣品量小，樣品蒸汽壓可以很低；2)可以分析復(fù)雜有機(jī)物；3)應(yīng)用更廣泛。3色譜進(jìn)樣：利用氣相和液相色譜的分離能力，進(jìn)行多組份復(fù)雜混合物分析。2直接探針進(jìn)樣：高沸點(diǎn)液體及固體圖14.2直接探針進(jìn)樣系統(tǒng)圖14.2直接探針進(jìn)樣系統(tǒng)(三)電離源(室)將引入的樣品轉(zhuǎn)化成為碎片離子的裝置。根據(jù)樣品離子化方式和電離源能量高低，通?？蓪㈦婋x源分為：氣相源：先蒸發(fā)再激發(fā)，適于沸點(diǎn)低于500oC、對(duì)熱穩(wěn)定的樣品的離子化，包括電子轟擊源、化學(xué)電離源、場(chǎng)電離源、火花源。解吸源：固態(tài)或液態(tài)樣品不需要揮發(fā)而直接被轉(zhuǎn)化為氣相，適用于分子量高達(dá)105的非揮發(fā)性或熱不穩(wěn)定性樣品的離子化。包括場(chǎng)解吸源、快原子轟擊源、激光解吸源、離子噴霧源和熱噴霧離子源等。(三)電離源(室)硬源：離子化能量高，伴有化學(xué)鍵的斷裂，譜圖復(fù)雜，可得到分子官能團(tuán)的信息。軟源：離子化能量低，產(chǎn)生的碎片少，譜圖簡(jiǎn)單，可得到分子量信息。因此，可據(jù)分子電離所需能量不同可選擇不同電離源。1.

電子轟擊源(ElectronBombIonization，EI)作用過(guò)程：采用高速(高能)電子束沖擊樣品，從而產(chǎn)生電子和分子離子，繼續(xù)受到電子轟擊而引起化學(xué)鍵的斷裂或分子重排，瞬間產(chǎn)生多種離子。硬源：離子化能量高，伴有化學(xué)鍵的斷裂，譜圖復(fù)雜，可得到分子官水平方向：燈絲與陽(yáng)極間(70V電壓)—高能電子—沖擊樣品—正離子。垂直方向：G3-G4加速電極(低電壓)---較小動(dòng)能---狹縫準(zhǔn)直G4-G5加速電極(高電壓)---較高動(dòng)能---狹縫進(jìn)一步準(zhǔn)直--離子進(jìn)入質(zhì)量分析器。特點(diǎn)：

使用最廣泛，譜庫(kù)最完整；電離效率高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；但分子離子峰強(qiáng)度較弱或不出現(xiàn)(因電離能量最高)。水平方向：燈絲與陽(yáng)極間(70V電壓)—高能電子—沖擊樣品—正2.

化學(xué)電離源(ChemicalIonization,CI)作用過(guò)程：樣品分子在承受電子轟擊前，被一種反應(yīng)氣(通常是甲烷)稀釋，稀釋比例約為103:1，因此樣品分子與電子的碰撞幾率極小，所生成的樣品分子離子主要由反應(yīng)氣分子組成。進(jìn)入電離源的分子R-CH3大部分與C2H5+碰撞產(chǎn)生(M+1)+離子；小部分與C2H5+反應(yīng)，生成(M-1)+離子：2.

化學(xué)電離源(ChemicalIonization,特點(diǎn)：電離能小，質(zhì)譜峰數(shù)少，圖譜簡(jiǎn)單；準(zhǔn)分子離子(M+1)+峰大,可提供分子量這一種要信息。(四)質(zhì)量分析器作用：將不同碎片按荷質(zhì)比m/z分開(kāi)。質(zhì)量分析器類型：磁分析器、飛行時(shí)間、四極桿、離子捕獲、離子回旋等。磁分析器：?jiǎn)尉劢剐?Magneticsectorspectrometer)：僅用一個(gè)扇形磁場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量分析的質(zhì)譜儀。特點(diǎn)：電離能小，質(zhì)譜峰數(shù)少，圖譜簡(jiǎn)單；準(zhǔn)分子離子(M+1)+1單聚焦分析器（singlefocusingmassanalyzer)1)結(jié)構(gòu)：扇形磁場(chǎng)（可以是1800、900、600等)圖14.3單聚焦分析器1單聚焦分析器（singlefocusingmassBzev=mv2/r2.雙聚焦質(zhì)量分析器帶電離子質(zhì)量分析器，在磁場(chǎng)作用下，飛行軌道彎曲。當(dāng)向心力Bzev與離心力mv2/r相等時(shí)，離子才能飛出磁場(chǎng)區(qū)，即，Bzev=mv2/r2.雙聚焦質(zhì)量分析器當(dāng)B、r、U三個(gè)參數(shù)中任兩個(gè)保持不變而改變其中一個(gè)參數(shù)時(shí)，可得質(zhì)譜圖?，F(xiàn)代質(zhì)譜儀通常是保持U、r不變，通過(guò)掃描磁場(chǎng)來(lái)得到質(zhì)譜圖的。下圖可更直觀地看到單聚焦質(zhì)量分析器的工作過(guò)程。圖14.4單聚焦質(zhì)量分析器當(dāng)B、r、U三個(gè)參數(shù)中任兩個(gè)保持不變而改變其中一個(gè)參數(shù)時(shí)，可

單聚焦質(zhì)量分析器只是將m/z相同而入射方向不同的離子聚焦到一點(diǎn)，而對(duì)于m/z相同而動(dòng)能（或速度)不同的離子不能聚焦，故其分辨率較低，一般為5000。2.雙聚焦型(Doublefocusingspectrometer)為克服動(dòng)能或速度“分散”的問(wèn)題，即實(shí)現(xiàn)所謂的“速度聚焦”，在離子源和磁分析器之間加一靜電分析器（ESA)，如下圖所示，于兩個(gè)扇形電極板上加一直流電位Ve，離子通過(guò)時(shí)的曲率半徑為re=U/V，即不同動(dòng)能的離子re不同，換句話說(shuō)，相同動(dòng)能的離子的re相同----能量聚焦了。單聚焦質(zhì)量分析器只是將m/z相同而入射方向不同的離子雙聚焦分析器（Doubpefocusingmassanalyzer)圖14.5雙聚焦分析器雙聚焦分析器（Doubpefocusingmass思考：為什么雙聚焦儀比單聚焦儀有更高的分辨率？3.四極濾質(zhì)器(Quadrupolemassfilter)組成如：圖14.6四極濾質(zhì)器思考：為什么雙聚焦儀比單聚焦儀有更高的分辨率？3.四極濾質(zhì)

在兩個(gè)相對(duì)的極桿之間加電壓(U+Vcost)，在另兩個(gè)相對(duì)的極桿上加-(U+Vcost)。與前述雙聚焦儀的靜電分析器類似，離子進(jìn)入可變電場(chǎng)后，只有具合適的曲率半徑的離子可以通過(guò)中心小孔而到達(dá)檢測(cè)器。特點(diǎn)：分辨率比磁分析器略低(max.2000);m/z范圍與磁分析器相當(dāng)；傳輸效率較高；掃描速度快，可用于GC-MS聯(lián)用儀。在兩個(gè)相對(duì)的極桿之間加電壓(U+Vcost)，在另(五)檢測(cè)器包括Faraday杯、電子倍增器、閃爍計(jì)數(shù)器、照相低片等。1)Faraday杯：可檢測(cè)10-15A的離子流，但不適于高加速電壓下的離子檢測(cè)。2)電子倍增器：類似于光電倍增管，可測(cè)10-18A電流。但有質(zhì)量歧視效應(yīng)。3)閃爍計(jì)數(shù)器：記錄離子的數(shù)目。(五)檢測(cè)器一、質(zhì)譜圖以荷質(zhì)比m/z為橫座標(biāo)，以對(duì)基峰(最強(qiáng)離子峰，規(guī)定相對(duì)強(qiáng)度為100%)相對(duì)強(qiáng)度為縱座標(biāo)所構(gòu)成的譜圖，稱之為質(zhì)譜圖。圖14.7質(zhì)譜圖第二節(jié)質(zhì)譜峰和主要離子峰

一、質(zhì)譜圖圖14.7質(zhì)譜圖第二節(jié)質(zhì)譜峰和主要離子峰

二、質(zhì)譜峰主要離子峰分子在離子源中可產(chǎn)生各種電離，即同一分子可產(chǎn)生多種離子峰：分子離子峰、同位素離子峰、碎片離子峰、重排離子峰、亞穩(wěn)離子峰等。設(shè)有機(jī)化合物由A，B，C和D組成，當(dāng)蒸汽分子進(jìn)入離子源，受到電子轟擊可能發(fā)生下列過(guò)程而形成各種類型的離子：A,B,C,D+為分子離子峰，m/z即為分子的分子量。對(duì)于有機(jī)物，雜原子S，O，P，N等上的未共用電子對(duì)最易失去，其次是電子，再其次是電子。二、質(zhì)譜峰主要離子峰(一)分子離子峰分子受電子束轟擊后失去一個(gè)電子而生成的離子稱為分子離子,在質(zhì)譜圖上由M所形成的峰稱為分子離子峰。

M+e-→+2e

分子離子峰的強(qiáng)弱順序?yàn)椋悍辑h(huán)共軛烯烯酮直鏈烷烴醚酯胺酸醇高分子烴。(一)分子離子峰(二)碎片離子峰因分子發(fā)生鍵的斷裂只需要十幾電子伏特的能量，而電子轟擊的能量為70eV，因而會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量數(shù)更小的碎片,稱為碎片離子峰。m/z58m/z43m/z15斷裂方式可分為均裂、異裂和半異裂：烷烴化合物斷裂多在C-C之間發(fā)生，且易發(fā)生在支鏈上，烯烴多在雙鍵旁的第二個(gè)鍵上開(kāi)裂。(二)碎片離子峰(三)同位素峰由于天然同位素的存在，因此在質(zhì)譜圖上出現(xiàn),，等,其同位素峰叫做同位素離子峰.對(duì)應(yīng)的m/z為M+1，M+2,M+3.其同位素類型用M,M+1,M+2表示.人們通常把某元素的同位素占該元素的原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為同位素豐度。(三)同位素峰(四)重排離子峰原子或基團(tuán)經(jīng)重排后再開(kāi)裂而形成一種特殊的碎片離子，稱重排離子。如醇分子離子經(jīng)脫水后重排可產(chǎn)生新的重排離子峰。重排離子形成的機(jī)理：(四)重排離子峰(五)亞穩(wěn)離子峰過(guò)程：質(zhì)量數(shù)為m1的多個(gè)帶電離子，其中部分失去中性碎片m而變成m2而形成亞穩(wěn)離子峰m*，此時(shí)可將此峰看成m1和m2的“混合峰”，因此形成“寬峰”，極易識(shí)別。且有下式：此式可用于尋找裂解途徑(通過(guò)母離子m1與子離子m2的關(guān)系)。(五)亞穩(wěn)離子峰內(nèi)容有：分子量測(cè)定、化學(xué)式及結(jié)構(gòu)式簽定一相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定根據(jù)分子離子峰質(zhì)荷比可確定分子量，通常分子離子峰位于質(zhì)譜圖最右邊，但由于分子離子的穩(wěn)定性及重排等，質(zhì)譜圖上質(zhì)荷比最大的峰并不一定是分子離子峰。那么，如何辯認(rèn)分子離子峰呢？第三節(jié)質(zhì)譜分析法應(yīng)用內(nèi)容有：分子量測(cè)定、化學(xué)式及結(jié)構(gòu)式簽定第三節(jié)

(一)

原則上除同位素峰外，分子離子峰是最高質(zhì)量的峰。但要注意“醚、胺、脂的(M+H)+峰”及“芳醛、醇等的(M-H)+峰”。

(二)分子離子峰應(yīng)符合“氮律”。在C、H、O組成的化合物中，分子離子峰的質(zhì)量數(shù)一定是偶數(shù)；在含C、H、O、N化合物中，含0個(gè)或偶數(shù)個(gè)N的分子量為偶數(shù)，含奇數(shù)個(gè)N的分子量為奇數(shù)。

(三)分子離子峰與鄰近峰的質(zhì)量差是否合理。有機(jī)分子失去碎片大小是有規(guī)律的：如失去H、CH3、H2O、C2H5…….,因而質(zhì)譜圖中可看到M-1，M-15，M-18，M-28等峰，而不可能出現(xiàn)M-3，M-14，M-24等峰，如出現(xiàn)這樣的峰，則該峰一定不是分子離子峰。

(一)原則上除同位素峰外，分子離子峰是最高質(zhì)量

(四)

EI源中，當(dāng)電子轟擊電壓降低，強(qiáng)度不增加的峰不是分子離子峰。二、化學(xué)式的確定a)高分辨質(zhì)譜：可分辨質(zhì)荷比相差很小的分子離子或碎片離子。如CO和N2分子離子的m/z均為28，但其準(zhǔn)確質(zhì)荷比分別為28.0040和27.9949，高分辨質(zhì)譜可以識(shí)別它們。b)低分辨質(zhì)譜則不能分辨m/z相差很小的碎片離子，如CO和N2。通常通過(guò)同位素相對(duì)豐度法來(lái)確定分子的化學(xué)式。

(四)

EI源中，當(dāng)電子轟擊電壓降低，強(qiáng)度不增加的峰對(duì)于含有Cl,Br,S等同位素天然豐度較高的化合物，其同位素離子峰相對(duì)強(qiáng)度可由（a+b)n展開(kāi)式計(jì)算，其中a、b分別為該元素輕重同位素的相對(duì)豐度，n為分子中該元素的原子個(gè)數(shù)。CH3Cl：因?yàn)?，a=3,b=1,n=1,因此(3+1)1=3+1，即m/z50(M):m/z52(M+2)=3:1CH2Cl2：因?yàn)椋琣=3,b=1,n=2,因此(3+1)2=9+6+1,即m/z84(M):m/z86(M+2):m/z88(M+4)=9:6:1CHCl3：因?yàn)閍=3,b=1,n=3,因此，(3+1)3=27+27+9+1即m/z118(M):m/z120(M+2):m/z122(M+4):m/z124(M+6)=27:27:9:1對(duì)于含有Cl,Br,S等同位素天然豐度較高的化合物，其對(duì)于含有兩種或以上的雜原子，則以（a1+b1)n1?(a2+b2)n2?……表示。ClCH2Br:(3+1)1(1+1)1=3+4+1即：m/z128(M):m/z130(M+2):m/z132(M+4)=3:4:1

對(duì)于含有兩種或以上的雜原子，則以（a1+b1)n1?(a2+三、結(jié)構(gòu)簽定：多采用與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)照的方法a)根據(jù)質(zhì)譜圖，找出分子離子峰、碎片離子峰、亞穩(wěn)離子峰、m/z、相對(duì)峰高等質(zhì)譜信息，根據(jù)各類化合物的裂規(guī)律，重組整個(gè)分子結(jié)構(gòu)。b)采用與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)照的方法.由質(zhì)譜數(shù)據(jù)推導(dǎo)有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的過(guò)程，形象地說(shuō)，如同用彈弓擊碎一個(gè)瓷花瓶，再由一堆碎片來(lái)拼湊復(fù)原花瓶的過(guò)程。三、結(jié)構(gòu)簽定：多采用與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)照的方法質(zhì)譜定量分析(一)無(wú)機(jī)痕量分析(二)同位素的測(cè)定(三)混合物的定量分析質(zhì)譜定量分析a)C6D6純度測(cè)定：看C6D6+，C6D5H+，C6D4H2+，C6D3H3+等的相對(duì)強(qiáng)度確定。b)同位素標(biāo)記：用穩(wěn)定同位素來(lái)標(biāo)記化合物，用它作示蹤來(lái)測(cè)定在化學(xué)反應(yīng)或生物反應(yīng)中該化合物的最終去向，研究反應(yīng)機(jī)理。如酯的水解機(jī)理就是用將酯基用18O來(lái)標(biāo)記，然后只要示蹤18O是在水解生成的烷醇中，還是在酸中。若在烷醇中則是酰氧斷裂；反之則是烷氧斷裂。c)同位素年代測(cè)定：通過(guò)36Ar與40Ar的強(qiáng)度比求出40Ar(由40K經(jīng)1.3109a衰變而來(lái))含量，再據(jù)半衰期求出其年代。a)C6D6純度測(cè)定：看C6D6+，C6D5H+，C6D4HGC則具有分離復(fù)雜混合物的能力，定量易定性難；而MS多用于純物質(zhì)定性分析。二者有機(jī)結(jié)合，可提復(fù)雜混合物定性定量極為有效的工具。以上將兩種或以上的方法結(jié)合起來(lái)的技術(shù)稱之為聯(lián)用技術(shù)。如GC-MS，LC-MS，CE-MS，GC-FTIR，MS-MS等。由于MS要求高真空，因此與MS聯(lián)用，必須解決真空連結(jié)或＂接口＂問(wèn)題。第四節(jié)

色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

(Hyphenatedmethod)GC則具有分離復(fù)雜混合物的能力，定量易定性難；而M圖14.8GC-MS圖14.8GC-MS填充柱：載氣+樣品------分子分離器(He被抽走，樣品借慣性前進(jìn)；真空度大大下降)-----MS離子室毛細(xì)管柱：載氣+樣品----進(jìn)入電離室檢測(cè)記錄過(guò)程：經(jīng)分離的各分子依次進(jìn)入電離室---經(jīng)總離子流檢測(cè)器記錄色譜圖----總離子流圖(Totalionchromatogram,TIC)-----某一組份離子流(離子流峰)一旦出現(xiàn)，立即觸發(fā)MS開(kāi)始掃描其質(zhì)譜圖。填充柱：載氣+樣品------分子分離器(He被抽走，樣品借二、LC-MSLC對(duì)分離熱不穩(wěn)定物質(zhì)較GC好，LC-MS聯(lián)用最主要的是要解決：如何有效除去大量流動(dòng)相液體。早期使用“傳動(dòng)帶技術(shù)”，現(xiàn)多采用“離子噴霧”或“電噴霧”技術(shù)。二、LC-MS習(xí)題1.等摩爾的CH4和CD4的混合物與CH2D2有相同數(shù)目的D原子，但是CH4和CD4混合物的質(zhì)譜明顯的不同于CH2D2是說(shuō)明它們的質(zhì)譜圖。解：CH4和CD4的混合物的質(zhì)譜圖如下：在m/z16和m/z20分別是CH4和CD4的分子離子峰；在m/z17和22相應(yīng)出現(xiàn)它們的同位素離子峰[M+1]和[M+2];CH4因失去１～３個(gè)Ｈ相應(yīng)在m/z15,14和13出現(xiàn)低強(qiáng)度的碎片離子峰；CH4因失去1～3個(gè)D相應(yīng)的低強(qiáng)度離子峰分別為18、16和14。而CH2D2的分子離子峰m/z18,因失去H或Ｄ產(chǎn)生低強(qiáng)度的m/z17,16,15,13碎片離子峰。

2.化合物A和B分子離子峰為m/z58。在NaOD中以D2O處理后，化合物Ａ在處出現(xiàn)一離子峰，而化合物B在處出現(xiàn)一離子峰。試問(wèn)何種類型的化合物在以處理后，會(huì)產(chǎn)生此現(xiàn)象？A和B各為什么化合物？解:在堿性介質(zhì)中經(jīng)D2O處理后，A的相對(duì)分子量增加6，B增加2，表示化合物A和B均有酸性氫在堿性中易離解，而被氘代，故相對(duì)分子量增加，可知A和B均為帶α-羰基氫的化合物。查Beynon表，相對(duì)分子量為58，而又帶有氧原子的化合物有下列幾種：CNO2，CH2N2O，C2H2O2，C2H4NO，C3H6O，其中具有羰基氫的只有丙酮和丙醛：丙酮分子中有6個(gè)羰基氫，可以被D取代，反應(yīng)機(jī)理如下：故化合物A為丙酮。丙醛分子中有2個(gè)羰基氫可被氘取代，其反應(yīng)機(jī)理類似于丙酮：故化合物B為丙醛。2.化合物A和B分子離子峰為m/z58。在NaOD中以D2O3.某化合物的質(zhì)譜圖如圖所示，試推斷其結(jié)構(gòu)。m/z解從質(zhì)譜圖可以看出，出現(xiàn)的離子峰m/z符合CnH2n+1;并且相鄰兩峰的差為14，即相差即相差一個(gè)-CH2；最強(qiáng)離子峰m/z為43，這是飽和直鏈烷烴的典型特征。故改化合物為n-癸烷。2030405060708090100110120130140150160295785142相對(duì)豐度%1139971433.某化合物的質(zhì)譜圖如圖所示，試推斷其結(jié)構(gòu)。20304.某未知化合物的質(zhì)譜圖如圖所示。試推斷其結(jié)構(gòu)。20304050607080901001101201301401501606781129相對(duì)豐度%

m/z4.某未知化合物的質(zhì)譜圖如圖所示。試推斷其結(jié)構(gòu)。20解從該化合物的質(zhì)譜圖上可以看出，分子離子峰146，并出現(xiàn)了質(zhì)量數(shù)相差2的幾對(duì)離子峰：m/z3537、6769、7981、111113

、127129、和146

148。由m/z69=148

79，是失去一個(gè)溴原子產(chǎn)生的離子峰，以及m/z79

81的等強(qiáng)度兩對(duì)峰等，可以說(shuō)明該化合物含有一個(gè)溴原子。由m/z113=148

35，是失去一個(gè)氯原子產(chǎn)生的離子峰，以及m/z3537這對(duì)離子峰，可知該化合物含有一個(gè)氯原子。由m/z129=148

19，是失去一個(gè)氟原子產(chǎn)生的離子峰，以及m/z31為C—F---+，可知該化合物含有一個(gè)氟原子。質(zhì)譜分析法Massspectrometry課件故該化合物為：故該化合物為：1，除同位素離子峰外，分子離子峰位于質(zhì)譜圖的

區(qū)，它是分子失去

生成的，故其質(zhì)荷比是該化合物的

。2，在化合物CH3Br的質(zhì)譜圖中，M和M+2峰的相對(duì)強(qiáng)度比為

。（南開(kāi)大學(xué)2001年）3.化合物Br2HaC—CH2Br中Ha質(zhì)子裂分為

個(gè)峰，其峰強(qiáng)度的比值為

。（南開(kāi)大學(xué)2002年）4.質(zhì)譜方程式是____，在固定磁場(chǎng)及外加電壓的儀器中，隨磁場(chǎng)曲率半徑逐漸增大，質(zhì)核比依次_____排列。（南開(kāi)大學(xué)2003年）1，除同位素離子峰外，分子離子峰位于質(zhì)譜圖的5.某實(shí)驗(yàn)室有原子吸收分光廣度計(jì)，極譜儀、紫外分光光度計(jì)、氣相色譜儀、核磁共振儀和離子活度計(jì)，現(xiàn)有以下分析測(cè)試任務(wù)，請(qǐng)選用最適宜的分析儀器：A.檢測(cè)污泥中含有那些金屬元素（）B.測(cè)定工業(yè)原料丁醇中正丁醇的百分含量（）C.普查兒童頭發(fā)中鋅的含量（）D.檢測(cè)污水中氟的含量（）E.檢測(cè)有機(jī)化合物中無(wú)S=O基團(tuán)（）F.推斷某有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)（）（首都師范大學(xué)1999年）5.某實(shí)驗(yàn)室有原子吸收分光廣度計(jì)，極譜儀、紫外分光光度計(jì)、氣1.某化合物用一個(gè)具有固定狹縫和恒定加速電壓的質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度慢慢的增加時(shí)，則首先通過(guò)狹縫的是（）A質(zhì)荷比最高的正離子B質(zhì)荷比最低的正離子C質(zhì)量最大的正離子D質(zhì)量最小的正離子2.某試樣質(zhì)譜圖的M和M+2峰強(qiáng)度的比值為3:1,則分子中一定含有()A一個(gè)溴原子B一個(gè)氯原子C兩個(gè)溴原子D兩個(gè)氯原子（南開(kāi)大學(xué)2001年）1.某化合物用一個(gè)具有固定狹縫和恒定加速電壓的質(zhì)譜儀進(jìn)行分析3.下列化合物含C、H、O、N和S，試指出那一種化合物的分子離子峰為奇數(shù)（

）A.C6H6B.C8H2NO2C.C4H2N6OD.C6H10O2S4.某試樣質(zhì)譜圖的M和M+2峰對(duì)比值為1:1，則分子中一定含有（

）A.一個(gè)溴原子B.一個(gè)氧原子

C.兩個(gè)氯原子D.兩個(gè)溴原子（南開(kāi)大學(xué)2003年）5.在下列混合物中，質(zhì)子化學(xué)位移（δ）最小者是（

）A、CH3BrB、CH4C、CH3ID、CH3F（首都師范大學(xué)2002年）3.下列化合物含C、H、O、N和S，試指出那一種化合物的分子1.（2分）以CH3-CH2-Br為例，其中什么氫核化學(xué)位移較小？什么氫核化學(xué)位移較大？2.（8分）某化合物疑為庚酮–3或庚酮–4，其MS圖如下，試根據(jù)MS圖予以確認(rèn)，并說(shuō)明m/e71和m/e43兩種離子的生成過(guò)程。（首都師范大學(xué)2001年）1.（2分）以CH3-CH2-Br為例，其中什么氫核化學(xué)位移3.m/e為500的離子，在分辨率為1×104的質(zhì)譜儀上可與相差多少質(zhì)量單位的離子分開(kāi)？（

首都師范大學(xué)2002年）3.m/e為500的離子，在分辨率為1×104的質(zhì)譜儀上可與

第十四章質(zhì)譜分析法

Massspectrometry

第十四章質(zhì)譜分析法58質(zhì)譜分析法原理和儀器質(zhì)譜峰和主要離子峰質(zhì)譜分析法應(yīng)用質(zhì)譜分析法原理和儀器質(zhì)譜峰和主要離子峰質(zhì)譜分析1.質(zhì)譜分析法的優(yōu)點(diǎn):(1)它是至今唯一可以確定分子質(zhì)量的方法,在高分辨率質(zhì)譜儀中能夠準(zhǔn)確測(cè)定質(zhì)量,而且可以確定化合物的化學(xué)式和進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。(2)質(zhì)譜法的靈敏度極高,鑒定的最小量可達(dá)10-10g,檢出限可達(dá)10-14g。1.質(zhì)譜分析法的優(yōu)點(diǎn):2.質(zhì)譜儀的發(fā)展簡(jiǎn)史1912年：世界第一臺(tái)質(zhì)譜裝置1940年代:質(zhì)譜儀用于同位素測(cè)定1950年代：分析石油1960年代：研究GC-MS聯(lián)用技術(shù)1970年代：計(jì)算機(jī)引入3.質(zhì)譜儀的分類有機(jī)質(zhì)譜儀：氣-質(zhì)液-質(zhì)富變質(zhì)譜儀激光解吸飛行時(shí)間變質(zhì)譜儀無(wú)機(jī)質(zhì)譜儀：ICP-MS同位素質(zhì)譜儀2.質(zhì)譜儀的發(fā)展簡(jiǎn)史一質(zhì)譜分析法原理1.質(zhì)譜圖

質(zhì)譜分析是用高速電子來(lái)撞擊氣態(tài)分子或原子,將電離后的正離子加速導(dǎo)入質(zhì)量分析器,然后在磁場(chǎng)中按質(zhì)荷比(m/z)大小進(jìn)行收集和記錄,及得到質(zhì)譜圖。根據(jù)質(zhì)譜峰的位置進(jìn)行物質(zhì)的定性和結(jié)構(gòu)分析,根據(jù)峰的強(qiáng)度進(jìn)行定量分析。第一節(jié)質(zhì)譜分析法原理和儀器

一質(zhì)譜分析法原理1.質(zhì)譜圖質(zhì)譜分析是用高速電子2.原理試樣從進(jìn)樣器進(jìn)入離子源,在離子源中產(chǎn)生正離子。正離子加速進(jìn)入質(zhì)量分析器,質(zhì)量分析器將離子按質(zhì)荷比大小不同進(jìn)行分離。分離后的離子先后進(jìn)入檢測(cè)器，檢測(cè)器得到離子信號(hào)，放大器將信號(hào)放大并記錄在讀出裝置上。試樣在離子源內(nèi)被氣化、電離。用電子轟擊法在10-5Pa高真空下,以50100eV能量的電子流轟擊試樣,有機(jī)物常常被擊出一個(gè)電子,2.原理試樣從進(jìn)樣器進(jìn)入離子源,在離子源中產(chǎn)生正離子。正形成帶一個(gè)正電荷的正離子，稱為分子離子()M+e-+2e-

在質(zhì)譜儀中,各種正離子被電位差為8008000V的負(fù)高壓電場(chǎng)加速,加速后的動(dòng)能等于離子的位能zU,即加速后的離子進(jìn)入磁場(chǎng)中,由于受到磁場(chǎng)的作用,使離子作弧形運(yùn)動(dòng),此時(shí)離子所受的向心力Bz和運(yùn)動(dòng)的離心力m2/R相等,得:形成帶一個(gè)正電荷的正離子，稱為分子離子()離子質(zhì)荷比與運(yùn)動(dòng)軌道曲線半徑R的關(guān)系:或

質(zhì)譜分析法的基本公式叫質(zhì)譜方程式。若加速電壓U和磁場(chǎng)強(qiáng)度B都一定時(shí)，不同m/z的離子，由于運(yùn)動(dòng)的曲線半徑不同，在質(zhì)量分析器中彼此分開(kāi)。離子質(zhì)荷比與運(yùn)動(dòng)軌道曲線半徑R的關(guān)系:或質(zhì)譜分析質(zhì)譜儀器通常有六部分組成：真空系統(tǒng)，進(jìn)樣系統(tǒng)，離子源，質(zhì)量分析器，離子檢測(cè)器，記錄顯示系統(tǒng)。（一）高真空系統(tǒng)質(zhì)譜儀中所有部分均要處高度真空的條件下(10-4-10-6Pa),其作用是減少離子碰撞損失。真空度過(guò)低，將會(huì)引起：1)大量氧會(huì)燒壞離子源燈絲2)引起其它分子離子反應(yīng)，使質(zhì)譜圖復(fù)雜化3)干擾離子源正常調(diào)節(jié)4)用作加速離子的幾千伏高壓會(huì)引起放電質(zhì)譜儀器一般質(zhì)譜儀都采用機(jī)械泵預(yù)抽空后，再用高效率擴(kuò)散泵連續(xù)地運(yùn)行以保持真空?，F(xiàn)代質(zhì)譜儀采用分子泵可獲得更高的真空度。（二）進(jìn)樣系統(tǒng)對(duì)進(jìn)樣系統(tǒng)的要求：重復(fù)性、不引起真空度降低。1間接進(jìn)樣適于氣體、沸點(diǎn)低且易揮發(fā)的液體、中等蒸汽壓固體。如圖14.1所示。注入樣品(10-100g)—貯樣器(0.5L-3L)—抽真空(10-2Pa)并加熱—樣品蒸汽分子(壓力陡度)—漏隙—高真空離子源。一般質(zhì)譜儀都采用機(jī)械泵預(yù)抽空后，再用高效率擴(kuò)散泵連續(xù)圖14.1進(jìn)樣系統(tǒng)圖14.1進(jìn)樣系統(tǒng)2直接探針進(jìn)樣：高沸點(diǎn)液體及固體探針桿通常是一根規(guī)格為25cm6mmi.d.,末端有一裝樣品的黃金杯(坩堝)，將探針桿通過(guò)真空閉鎖系統(tǒng)引入樣品，如圖所示。優(yōu)點(diǎn)：1)引入樣品量小，樣品蒸汽壓可以很低；2)可以分析復(fù)雜有機(jī)物；3)應(yīng)用更廣泛。3色譜進(jìn)樣：利用氣相和液相色譜的分離能力，進(jìn)行多組份復(fù)雜混合物分析。2直接探針進(jìn)樣：高沸點(diǎn)液體及固體圖14.2直接探針進(jìn)樣系統(tǒng)圖14.2直接探針進(jìn)樣系統(tǒng)(三)電離源(室)將引入的樣品轉(zhuǎn)化成為碎片離子的裝置。根據(jù)樣品離子化方式和電離源能量高低，通?？蓪㈦婋x源分為：氣相源：先蒸發(fā)再激發(fā)，適于沸點(diǎn)低于500oC、對(duì)熱穩(wěn)定的樣品的離子化，包括電子轟擊源、化學(xué)電離源、場(chǎng)電離源、火花源。解吸源：固態(tài)或液態(tài)樣品不需要揮發(fā)而直接被轉(zhuǎn)化為氣相，適用于分子量高達(dá)105的非揮發(fā)性或熱不穩(wěn)定性樣品的離子化。包括場(chǎng)解吸源、快原子轟擊源、激光解吸源、離子噴霧源和熱噴霧離子源等。(三)電離源(室)硬源：離子化能量高，伴有化學(xué)鍵的斷裂，譜圖復(fù)雜，可得到分子官能團(tuán)的信息。軟源：離子化能量低，產(chǎn)生的碎片少，譜圖簡(jiǎn)單，可得到分子量信息。因此，可據(jù)分子電離所需能量不同可選擇不同電離源。1.

電子轟擊源(ElectronBombIonization，EI)作用過(guò)程：采用高速(高能)電子束沖擊樣品，從而產(chǎn)生電子和分子離子，繼續(xù)受到電子轟擊而引起化學(xué)鍵的斷裂或分子重排，瞬間產(chǎn)生多種離子。硬源：離子化能量高，伴有化學(xué)鍵的斷裂，譜圖復(fù)雜，可得到分子官水平方向：燈絲與陽(yáng)極間(70V電壓)—高能電子—沖擊樣品—正離子。垂直方向：G3-G4加速電極(低電壓)---較小動(dòng)能---狹縫準(zhǔn)直G4-G5加速電極(高電壓)---較高動(dòng)能---狹縫進(jìn)一步準(zhǔn)直--離子進(jìn)入質(zhì)量分析器。特點(diǎn)：

使用最廣泛，譜庫(kù)最完整；電離效率高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；但分子離子峰強(qiáng)度較弱或不出現(xiàn)(因電離能量最高)。水平方向：燈絲與陽(yáng)極間(70V電壓)—高能電子—沖擊樣品—正2.

化學(xué)電離源(ChemicalIonization,CI)作用過(guò)程：樣品分子在承受電子轟擊前，被一種反應(yīng)氣(通常是甲烷)稀釋，稀釋比例約為103:1，因此樣品分子與電子的碰撞幾率極小，所生成的樣品分子離子主要由反應(yīng)氣分子組成。進(jìn)入電離源的分子R-CH3大部分與C2H5+碰撞產(chǎn)生(M+1)+離子；小部分與C2H5+反應(yīng)，生成(M-1)+離子：2.

化學(xué)電離源(ChemicalIonization,特點(diǎn)：電離能小，質(zhì)譜峰數(shù)少，圖譜簡(jiǎn)單；準(zhǔn)分子離子(M+1)+峰大,可提供分子量這一種要信息。(四)質(zhì)量分析器作用：將不同碎片按荷質(zhì)比m/z分開(kāi)。質(zhì)量分析器類型：磁分析器、飛行時(shí)間、四極桿、離子捕獲、離子回旋等。磁分析器：?jiǎn)尉劢剐?Magneticsectorspectrometer)：僅用一個(gè)扇形磁場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量分析的質(zhì)譜儀。特點(diǎn)：電離能小，質(zhì)譜峰數(shù)少，圖譜簡(jiǎn)單；準(zhǔn)分子離子(M+1)+1單聚焦分析器（singlefocusingmassanalyzer)1)結(jié)構(gòu)：扇形磁場(chǎng)（可以是1800、900、600等)圖14.3單聚焦分析器1單聚焦分析器（singlefocusingmassBzev=mv2/r2.雙聚焦質(zhì)量分析器帶電離子質(zhì)量分析器，在磁場(chǎng)作用下，飛行軌道彎曲。當(dāng)向心力Bzev與離心力mv2/r相等時(shí)，離子才能飛出磁場(chǎng)區(qū)，即，Bzev=mv2/r2.雙聚焦質(zhì)量分析器當(dāng)B、r、U三個(gè)參數(shù)中任兩個(gè)保持不變而改變其中一個(gè)參數(shù)時(shí)，可得質(zhì)譜圖?，F(xiàn)代質(zhì)譜儀通常是保持U、r不變，通過(guò)掃描磁場(chǎng)來(lái)得到質(zhì)譜圖的。下圖可更直觀地看到單聚焦質(zhì)量分析器的工作過(guò)程。圖14.4單聚焦質(zhì)量分析器當(dāng)B、r、U三個(gè)參數(shù)中任兩個(gè)保持不變而改變其中一個(gè)參數(shù)時(shí)，可

單聚焦質(zhì)量分析器只是將m/z相同而入射方向不同的離子聚焦到一點(diǎn)，而對(duì)于m/z相同而動(dòng)能（或速度)不同的離子不能聚焦，故其分辨率較低，一般為5000。2.雙聚焦型(Doublefocusingspectrometer)為克服動(dòng)能或速度“分散”的問(wèn)題，即實(shí)現(xiàn)所謂的“速度聚焦”，在離子源和磁分析器之間加一靜電分析器（ESA)，如下圖所示，于兩個(gè)扇形電極板上加一直流電位Ve，離子通過(guò)時(shí)的曲率半徑為re=U/V，即不同動(dòng)能的離子re不同，換句話說(shuō)，相同動(dòng)能的離子的re相同----能量聚焦了。單聚焦質(zhì)量分析器只是將m/z相同而入射方向不同的離子雙聚焦分析器（Doubpefocusingmassanalyzer)圖14.5雙聚焦分析器雙聚焦分析器（Doubpefocusingmass思考：為什么雙聚焦儀比單聚焦儀有更高的分辨率？3.四極濾質(zhì)器(Quadrupolemassfilter)組成如：圖14.6四極濾質(zhì)器思考：為什么雙聚焦儀比單聚焦儀有更高的分辨率？3.四極濾質(zhì)

在兩個(gè)相對(duì)的極桿之間加電壓(U+Vcost)，在另兩個(gè)相對(duì)的極桿上加-(U+Vcost)。與前述雙聚焦儀的靜電分析器類似，離子進(jìn)入可變電場(chǎng)后，只有具合適的曲率半徑的離子可以通過(guò)中心小孔而到達(dá)檢測(cè)器。特點(diǎn)：分辨率比磁分析器略低(max.2000);m/z范圍與磁分析器相當(dāng)；傳輸效率較高；掃描速度快，可用于GC-MS聯(lián)用儀。在兩個(gè)相對(duì)的極桿之間加電壓(U+Vcost)，在另(五)檢測(cè)器包括Faraday杯、電子倍增器、閃爍計(jì)數(shù)器、照相低片等。1)Faraday杯：可檢測(cè)10-15A的離子流，但不適于高加速電壓下的離子檢測(cè)。2)電子倍增器：類似于光電倍增管，可測(cè)10-18A電流。但有質(zhì)量歧視效應(yīng)。3)閃爍計(jì)數(shù)器：記錄離子的數(shù)目。(五)檢測(cè)器一、質(zhì)譜圖以荷質(zhì)比m/z為橫座標(biāo)，以對(duì)基峰(最強(qiáng)離子峰，規(guī)定相對(duì)強(qiáng)度為100%)相對(duì)強(qiáng)度為縱座標(biāo)所構(gòu)成的譜圖，稱之為質(zhì)譜圖。圖14.7質(zhì)譜圖第二節(jié)質(zhì)譜峰和主要離子峰

一、質(zhì)譜圖圖14.7質(zhì)譜圖第二節(jié)質(zhì)譜峰和主要離子峰

二、質(zhì)譜峰主要離子峰分子在離子源中可產(chǎn)生各種電離，即同一分子可產(chǎn)生多種離子峰：分子離子峰、同位素離子峰、碎片離子峰、重排離子峰、亞穩(wěn)離子峰等。設(shè)有機(jī)化合物由A，B，C和D組成，當(dāng)蒸汽分子進(jìn)入離子源，受到電子轟擊可能發(fā)生下列過(guò)程而形成各種類型的離子：A,B,C,D+為分子離子峰，m/z即為分子的分子量。對(duì)于有機(jī)物，雜原子S，O，P，N等上的未共用電子對(duì)最易失去，其次是電子，再其次是電子。二、質(zhì)譜峰主要離子峰(一)分子離子峰分子受電子束轟擊后失去一個(gè)電子而生成的離子稱為分子離子,在質(zhì)譜圖上由M所形成的峰稱為分子離子峰。

M+e-→+2e

分子離子峰的強(qiáng)弱順序?yàn)椋悍辑h(huán)共軛烯烯酮直鏈烷烴醚酯胺酸醇高分子烴。(一)分子離子峰(二)碎片離子峰因分子發(fā)生鍵的斷裂只需要十幾電子伏特的能量，而電子轟擊的能量為70eV，因而會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量數(shù)更小的碎片,稱為碎片離子峰。m/z58m/z43m/z15斷裂方式可分為均裂、異裂和半異裂：烷烴化合物斷裂多在C-C之間發(fā)生，且易發(fā)生在支鏈上，烯烴多在雙鍵旁的第二個(gè)鍵上開(kāi)裂。(二)碎片離子峰(三)同位素峰由于天然同位素的存在，因此在質(zhì)譜圖上出現(xiàn),，等,其同位素峰叫做同位素離子峰.對(duì)應(yīng)的m/z為M+1，M+2,M+3.其同位素類型用M,M+1,M+2表示.人們通常把某元素的同位素占該元素的原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為同位素豐度。(三)同位素峰(四)重排離子峰原子或基團(tuán)經(jīng)重排后再開(kāi)裂而形成一種特殊的碎片離子，稱重排離子。如醇分子離子經(jīng)脫水后重排可產(chǎn)生新的重排離子峰。重排離子形成的機(jī)理：(四)重排離子峰(五)亞穩(wěn)離子峰過(guò)程：質(zhì)量數(shù)為m1的多個(gè)帶電離子，其中部分失去中性碎片m而變成m2而形成亞穩(wěn)離子峰m*，此時(shí)可將此峰看成m1和m2的“混合峰”，因此形成“寬峰”，極易識(shí)別。且有下式：此式可用于尋找裂解途徑(通過(guò)母離子m1與子離子m2的關(guān)系)。(五)亞穩(wěn)離子峰內(nèi)容有：分子量測(cè)定、化學(xué)式及結(jié)構(gòu)式簽定一相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定根據(jù)分子離子峰質(zhì)荷比可確定分子量，通常分子離子峰位于質(zhì)譜圖最右邊，但由于分子離子的穩(wěn)定性及重排等，質(zhì)譜圖上質(zhì)荷比最大的峰并不一定是分子離子峰。那么，如何辯認(rèn)分子離子峰呢？第三節(jié)質(zhì)譜分析法應(yīng)用內(nèi)容有：分子量測(cè)定、化學(xué)式及結(jié)構(gòu)式簽定第三節(jié)

(一)

原則上除同位素峰外，分子離子峰是最高質(zhì)量的峰。但要注意“醚、胺、脂的(M+H)+峰”及“芳醛、醇等的(M-H)+峰”。

(二)分子離子峰應(yīng)符合“氮律”。在C、H、O組成的化合物中，分子離子峰的質(zhì)量數(shù)一定是偶數(shù)；在含C、H、O、N化合物中，含0個(gè)或偶數(shù)個(gè)N的分子量為偶數(shù)，含奇數(shù)個(gè)N的分子量為奇數(shù)。

(三)分子離子峰與鄰近峰的質(zhì)量差是否合理。有機(jī)分子失去碎片大小是有規(guī)律的：如失去H、CH3、H2O、C2H5…….,因而質(zhì)譜圖中可看到M-1，M-15，M-18，M-28等峰，而不可能出現(xiàn)M-3，M-14，M-24等峰，如出現(xiàn)這樣的峰，則該峰一定不是分子離子峰。

(一)原則上除同位素峰外，分子離子峰是最高質(zhì)量

(四)

EI源中，當(dāng)電子轟擊電壓降低，強(qiáng)度不增加的峰不是分子離子峰。二、化學(xué)式的確定a)高分辨質(zhì)譜：可分辨質(zhì)荷比相差很小的分子離子或碎片離子。如CO和N2分子離子的m/z均為28，但其準(zhǔn)確質(zhì)荷比分別為28.0040和27.9949，高分辨質(zhì)譜可以識(shí)別它們。b)低分辨質(zhì)譜則不能分辨m/z相差很小的碎片離子，如CO和N2。通常通過(guò)同位素相對(duì)豐度法來(lái)確定分子的化學(xué)式。

(四)

EI源中，當(dāng)電子轟擊電壓降低，強(qiáng)度不增加的峰對(duì)于含有Cl,Br,S等同位素天然豐度較高的化合物，其同位素離子峰相對(duì)強(qiáng)度可由（a+b)n展開(kāi)式計(jì)算，其中a、b分別為該元素輕重同位素的相對(duì)豐度，n為分子中該元素的原子個(gè)數(shù)。CH3Cl：因?yàn)?，a=3,b=1,n=1,因此(3+1)1=3+1，即m/z50(M):m/z52(M+2)=3:1CH2Cl2：因?yàn)?，a=3,b=1,n=2,因此(3+1)2=9+6+1,即m/z84(M):m/z86(M+2):m/z88(M+4)=9:6:1CHCl3：因?yàn)閍=3,b=1,n=3,因此，(3+1)3=27+27+9+1即m/z118(M):m/z120(M+2):m/z122(M+4):m/z124(M+6)=27:27:9:1對(duì)于含有Cl,Br,S等同位素天然豐度較高的化合物，其對(duì)于含有兩種或以上的雜原子，則以（a1+b1)n1?(a2+b2)n2?……表示。ClCH2Br:(3+1)1(1+1)1=3+4+1即：m/z128(M):m/z130(M+2):m/z132(M+4)=3:4:1

對(duì)于含有兩種或以上的雜原子，則以（a1+b1)n1?(a2+三、結(jié)構(gòu)簽定：多采用與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)照的方法a)根據(jù)質(zhì)譜圖，找出分子離子峰、碎片離子峰、亞穩(wěn)離子峰、m/z、相對(duì)峰高等質(zhì)譜信息，根據(jù)各類化合物的裂規(guī)律，重組整個(gè)分子結(jié)構(gòu)。b)采用與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)照的方法.由質(zhì)譜數(shù)據(jù)推導(dǎo)有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的過(guò)程，形象地說(shuō)，如同用彈弓擊碎一個(gè)瓷花瓶，再由一堆碎片來(lái)拼湊復(fù)原花瓶的過(guò)程。三、結(jié)構(gòu)簽定：多采用與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)照的方法質(zhì)譜定量分析(一)無(wú)機(jī)痕量分析(二)同位素的測(cè)定(三)混合物的定量分析質(zhì)譜定量分析a)C6D6純度測(cè)定：看C6D6+，C6D5H+，C6D4H2+，C6D3H3+等的相對(duì)強(qiáng)度確定。b)同位素標(biāo)記：用穩(wěn)定同位素來(lái)標(biāo)記化合物，用它作示蹤來(lái)測(cè)定在化學(xué)反應(yīng)或生物反應(yīng)中該化合物的最終去向，研究反應(yīng)機(jī)理。如酯的水解機(jī)理就是用將酯基用18O來(lái)標(biāo)記，然后只要示蹤18O是在水解生成的烷醇中，還是在酸中。若在烷醇中則是酰氧斷裂；反之則是烷氧斷裂。c)同位素年代測(cè)定：通過(guò)36Ar與40Ar的強(qiáng)度比求出40Ar(由40K經(jīng)1.3109a衰變而來(lái))含量，再據(jù)半衰期求出其年代。a)C6D6純度測(cè)定：看C6D6+，C6D5H+，C6D4HGC則具有分離復(fù)雜混合物的能力，定量易定性難；而MS多用于純物質(zhì)定性分析。二者有機(jī)結(jié)合，可提復(fù)雜混合物定性定量極為有效的工具。以上將兩種或以上的方法結(jié)合起來(lái)的技術(shù)稱之為聯(lián)用技術(shù)。如GC-MS，LC-MS，CE-MS，GC-FTIR，MS-MS等。由于MS要求高真空，因此與MS聯(lián)用，必須解決真空連結(jié)或＂接口＂問(wèn)題。第四節(jié)

色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

(Hyphenatedmethod)GC則具有分離復(fù)雜混合物的能力，定量易定性難；而M圖14.8GC-MS圖14.8GC-MS填充柱：載氣+樣品------分子分離器(He被抽走，樣品借慣性前進(jìn)；真空度大大下降)-----MS離子室毛細(xì)管柱：載氣+樣品----進(jìn)入電離室檢測(cè)記錄過(guò)程：經(jīng)分離的各分子依次進(jìn)入電離室---經(jīng)總離子流檢測(cè)器記錄色譜圖----總離子流圖(Totalionchromatogram,TIC)-----某一組份離子流(離子流峰)一旦出現(xiàn)，立即觸發(fā)MS開(kāi)始掃描其質(zhì)譜圖。填充柱：載氣+樣品------分子分離器(He被抽走，樣品借二、LC-MSLC對(duì)分離熱不穩(wěn)定物質(zhì)較GC好，LC-MS聯(lián)用最主要的是要解決：如何有效除去大量流動(dòng)相液體。早期使用“傳動(dòng)帶技術(shù)”，現(xiàn)多采用“離子噴霧”或“電噴霧”技術(shù)。二、LC-MS習(xí)題1.等摩爾的CH4和CD4的混合物與CH2D2有相同數(shù)目的D原子，但是CH4和CD4混合物的質(zhì)譜明顯的不同于CH2D2是說(shuō)明它們的質(zhì)譜圖。解：CH4和CD4的混合物的質(zhì)譜圖如下：在m/z16和m/z20分別是CH4和CD4的分子離子峰；在m/z17和22相應(yīng)出現(xiàn)它們的同位素離子峰[M+1]和[M+2];CH4因失去１～３個(gè)Ｈ相應(yīng)在m/z15,14和13出現(xiàn)低強(qiáng)度的碎片離子峰；CH4因失去1～3個(gè)D相應(yīng)的低強(qiáng)度離子峰分別為18、16和14。而CH2D2的分子離子峰m/z18,因失去H或Ｄ產(chǎn)生低強(qiáng)度的m/z17,16,15,13碎片離子峰。

2.化合物A和B分子離子峰為m/z58。在NaOD中以D2O處理后，化合物Ａ在處出現(xiàn)一離子峰，而化合物B在處出現(xiàn)一離子峰。試問(wèn)何種類型的化合物在以處理后，會(huì)產(chǎn)生此現(xiàn)象？A和B各為什么化合物？解:在堿性介質(zhì)中經(jīng)D2O處理后，A的相對(duì)分子量增加6，B增加2，表示化合物A和B均有酸性氫在堿性中易離解，而被氘代，故相對(duì)分子量增加，可知A和B均為帶α-羰基氫的化合物。查Beynon表，相對(duì)分子量為58，而又帶有氧原子的化合物有下列幾種：CNO2，CH2N2O，C2H2O2，C2H4NO，C3H6O，其中具有羰基氫的只有丙酮和丙醛：丙酮分子中有6個(gè)羰基氫，可以被D取代，反應(yīng)機(jī)理如下：故化合物A為丙酮。丙醛分子中有2個(gè)羰基氫可被氘取代，其反應(yīng)機(jī)理類似于丙酮：故化合物B為丙醛。2.化合物A和B分子離子峰為m/z58。在NaOD中以D2O3.某化合物的質(zhì)譜圖如圖所示，試推斷其結(jié)構(gòu)。m/z解從質(zhì)譜圖可以看出，出現(xiàn)的離子峰