质谱分析原理及质谱仪一课件

第第16章章 质谱法质谱法(Mass Spectrometry,MS)16.1 质谱分析原理及质谱仪质谱分析原理及质谱仪 一、基本原理概述一、基本原理概述 二、质谱仪性能指标二、质谱仪性能指标 三、仪器组成三、仪器组成16.2 质谱图及其应用质谱图及其应用 一、质谱图一、质谱图 二、质谱峰类型二、质谱峰类型 三、质谱定性分析三、质谱定性分析 四、质谱定量分析四、质谱定量分析发展历史：发展历史：1813年：年：Thomson使用使用MS报道了报道了Ne是由是由22Ne和和24Ne两种两种 同位素组成；随后，同位素分析开始发展同位素组成；随后，同位素分析开始发展20世纪世纪40年代初：开始将年代初：开始将MS用于石油工业中烃的分析，用于石油工业中烃的分析，并大大缩短了分析时间并大大缩短了分析时间20世纪世纪50年代初：质谱仪器开始商品化，广泛用于各年代初：质谱仪器开始商品化，广泛用于各 类有机物的结构分析。同时质谱方法与类有机物的结构分析。同时质谱方法与NMR、IR等方法结合成为分子结构分析最有效的手段等方法结合成为分子结构分析最有效的手段20世纪世纪80年代：非挥发性或热不稳定分子的分析进年代：非挥发性或热不稳定分子的分析进 一步促进了一步促进了MS的发展；的发展；20世纪世纪90年代：由于生物分析的需要，一些新的离年代：由于生物分析的需要，一些新的离 子化方法得到快速发展；子化方法得到快速发展；目前一些仪器联用技术如目前一些仪器联用技术如GC-MS，HPLC-MS，GC-MS-MS，ICP-MS等正发挥重要作用。等正发挥重要作用。应用应用 质谱是应用最为广泛的化合物结构分析方法之一，质谱是应用最为广泛的化合物结构分析方法之一，它可以为我们提供以下信息：它可以为我们提供以下信息：a)样品元素组成；样品元素组成；b)无机、有机及生物分子的结构无机、有机及生物分子的结构-结构不同，分子或原结构不同，分子或原 子碎片不同子碎片不同(质荷比不同质荷比不同)c)复杂混合物的定性定量分析复杂混合物的定性定量分析-与色谱方法联用与色谱方法联用(GC-MS，LC-MS)；d)固体表面结构和组成分析固体表面结构和组成分析-激光烧蚀等离子体激光烧蚀等离子体-质谱质谱 联用；样品中原子的同位素比。联用；样品中原子的同位素比。16.1 质谱分析原理及质谱仪质谱分析原理及质谱仪一、基本原理概述一、基本原理概述 离子源离子源轰击样品轰击样品带电荷的带电荷的碎片离子碎片离子电场加速电场加速(zeU)获得动能获得动能(1/2mV2)磁场分离磁场分离(m/z)检测器记录检测器记录 质谱分析是将样品转化为运动的带电气态离子，于磁质谱分析是将样品转化为运动的带电气态离子，于磁场中按质荷比场中按质荷比(m/z)大小分离并记录的分析方法。大小分离并记录的分析方法。其过程为可简单描述为：其过程为可简单描述为：其中，其中，z为电荷数，为电荷数，e为电子电荷，为电子电荷，U为加速电压，为加速电压，m为碎片质量，为碎片质量，V为电子运为电子运动速度。动速度。指质谱仪分辨相邻质量数离子的能力。定义为：两指质谱仪分辨相邻质量数离子的能力。定义为：两个相等强度的相邻峰个相等强度的相邻峰(质量分别为质量分别为m1和和m2)，当两峰间的峰，当两峰间的峰谷不大于峰高的谷不大于峰高的10%时，则可认为两峰已分开，其分辨率时，则可认为两峰已分开，其分辨率R为：为：可见在质量数小时，分辨率亦较小。可见在质量数小时，分辨率亦较小。二、质谱仪的二、质谱仪的分辨率分辨率mmmmmR 1121 实际工作中很难找到上述两相等的峰，常以实际工作中很难找到上述两相等的峰，常以 下式表示：下式表示：其中其中W0.05表示峰高表示峰高5%处的峰宽。处的峰宽。R与离子通道半径与离子通道半径r、加速器和收集器狭缝宽度、加速器和收集器狭缝宽度、离子源的性质和质量等因素有关。离子源的性质和质量等因素有关。05.0WmR 三、仪器组成三、仪器组成 按质量分析器按质量分析器(或者磁场种类或者磁场种类)可分为可分为静态仪器静态仪器和和动态仪器动态仪器，即稳定磁场（单聚焦及双聚焦质谱仪），即稳定磁场（单聚焦及双聚焦质谱仪）和变化磁场（飞行时间和四极杆质谱仪）。和变化磁场（飞行时间和四极杆质谱仪）。MS仪器：仪器：进样系统进样系统电离源电离源质量分析器质量分析器真空系统真空系统检测系统检测系统1.真空系统真空系统 如图所示，质谱仪中所有部分均要处高度真空的条件下如图所示，质谱仪中所有部分均要处高度真空的条件下(10-4-10-6Torr),其作用是减少离子碰撞损失。真空度过其作用是减少离子碰撞损失。真空度过低，将会引起：低，将会引起：a）大量氧会烧坏离子源灯丝；）大量氧会烧坏离子源灯丝；b）引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化；）引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化；c）用作加速离子的几千伏高压会引起放电；）用作加速离子的几千伏高压会引起放电；d）干扰离子源正常调节。）干扰离子源正常调节。2.进样系统进样系统1.3-0.13Pa对进样系统的要求：重复性、不引起真空度降低。对进样系统的要求：重复性、不引起真空度降低。进样方式：进样方式：a)间歇式进样：适于气体、沸点低易挥发的液体、中等间歇式进样：适于气体、沸点低易挥发的液体、中等蒸汽压固体。注入样品蒸汽压固体。注入样品(10-100 g)贮样器贮样器(0.5L-3L)抽真空抽真空(10-2 Torr)并加热并加热样品蒸汽样品蒸汽(压力梯度压力梯度)漏隙漏隙高真空离子源高真空离子源b)直接探针进样：高沸点液体及固体直接探针进样：高沸点液体及固体 优点：优点：1)引入样品量小，样品蒸引入样品量小，样品蒸 汽压可以很低；汽压可以很低；2)可以分析复杂有机物；可以分析复杂有机物；3)应用更广泛。应用更广泛。c)色谱进样：利用气相和液相色谱的分离能力，进色谱进样：利用气相和液相色谱的分离能力，进行多组份复杂混合物分析。行多组份复杂混合物分析。探针杆通常是一根规格为探针杆通常是一根规格为25cm 6mm i.d.，末端末端有一装样品的黄金杯有一装样品的黄金杯(坩埚坩埚)，将探针杆通过真空闭锁，将探针杆通过真空闭锁系统引入样品，如图所示。系统引入样品，如图所示。根据样品离子化方式通常可将电离源分为：根据样品离子化方式通常可将电离源分为：气相源气相源：先蒸发再激发，适于沸点低于：先蒸发再激发，适于沸点低于500oC、对热稳定的样品的离子、对热稳定的样品的离子化，包化，包 括电子轰击源、化学电离源、场电离源、火花源；括电子轰击源、化学电离源、场电离源、火花源；解吸源解吸源：固态或液态样品不需要挥发而直接被转化为气相，适用于分子：固态或液态样品不需要挥发而直接被转化为气相，适用于分子量高达量高达105的非挥发性或热不稳定性样品的离子化。包括场解吸源、快的非挥发性或热不稳定性样品的离子化。包括场解吸源、快原子轰原子轰 击源、激光解吸源、离子喷雾源和热喷雾离子源等。击源、激光解吸源、离子喷雾源和热喷雾离子源等。根据电离源能量高低，通常可将电离源分为根据电离源能量高低，通常可将电离源分为硬源：硬源：离子化能量高，伴有化学键的断裂，谱图复杂，可得到分子官能离子化能量高，伴有化学键的断裂，谱图复杂，可得到分子官能团的信团的信 息；息；软源：软源：离子化能量低，产生的碎片少，谱图简单，可得到分子量信息。离子化能量低，产生的碎片少，谱图简单，可得到分子量信息。因此，可据分子电离所需能量不同可选择不同电离源。因此，可据分子电离所需能量不同可选择不同电离源。3.电离源电离源(室室)将引入的样品转化成为碎片离子的装置。将引入的样品转化成为碎片离子的装置。a)电子轰击源电子轰击源(Electron Bomb Ionization，EI)作用过程：作用过程：采用高速采用高速(高能高能)电子束冲击样品，从而产生电电子束冲击样品，从而产生电子和分子离子子和分子离子M+，M+继续受到电子轰击而引起化继续受到电子轰击而引起化学键的断裂或分子重排，瞬间产生多种离子。学键的断裂或分子重排，瞬间产生多种离子。水平方向：灯丝与阳极间水平方向：灯丝与阳极间(70V电压电压)高能电子高能电子 冲击样品冲击样品正离子正离子垂直方向：垂直方向：G3-G4加速电极加速电极(低电压低电压)-较小动能较小动能-狭缝准直狭缝准直G4-G5加速电极加速电极(高电压高电压)-较高动能较高动能-狭狭缝进一步准直缝进一步准直-离子进入质量分析器。离子进入质量分析器。特点：特点：使用最广泛，谱库最完整；使用最广泛，谱库最完整；电离效率高；结构简单，操作方便；电离效率高；结构简单，操作方便；但分子离子峰强度较弱或不出现但分子离子峰强度较弱或不出现(因因电离能量最高电离能量最高)。EIb)化学电离源化学电离源(Chemical Ionization,CI)252CH3435CH44HHCHCHCHCHCH2eCHeCH44 1离离子(MMHCMHHC1离离子(MMHCHMHCH6252245 作用过程：作用过程：样品分子在承受电子轰击前，被一种反应气样品分子在承受电子轰击前，被一种反应气(通常是甲烷通常是甲烷)稀释，稀释比例稀释，稀释比例约为约为103:1，因此样品分子与电子的碰撞几率极小，所生成的样品分子离子主，因此样品分子与电子的碰撞几率极小，所生成的样品分子离子主要由反应气分子组成。要由反应气分子组成。进入电离源的分子进入电离源的分子R-CH3大部分与大部分与CH5+碰撞产生碰撞产生(M+1)+离子；小部分与离子；小部分与C2H5+反应，生成反应，生成(M-1)+离子：离子：特点：特点：电离能小，质谱峰数少，图谱简单；准分子电离能小，质谱峰数少，图谱简单；准分子 离子离子(M+1)+峰大峰大,可提供分子量这一种要信息可提供分子量这一种要信息c)场电离源场电离源(Field ionization,FI)应用强电场应用强电场(电压梯度电压梯度107-108V/cm)诱导样品电离。诱导样品电离。过过 程：程：强电场强电场(电极间距约电极间距约10-4cm)较大偶极矩和高极化率分子与阳极碰撞较大偶极矩和高极化率分子与阳极碰撞带带正电荷的碎片离子正电荷的碎片离子进入聚焦单元。进入聚焦单元。阳极要求：电极尖锐，其上长满微针阳极要求：电极尖锐，其上长满微针(W丝上的苯基腈裂解生成丝上的苯基腈裂解生成)构成多尖陈列电构成多尖陈列电 极，既所谓极，既所谓“金属胡须金属胡须”发射器，可提高电离效率。发射器，可提高电离效率。样品样品特点：特点：电离温和，碎片少，主要产生分子离子电离温和，碎片少，主要产生分子离子M+和和 (M+1)+峰。峰。类似于场电离源，它也有一个表面长类似于场电离源，它也有一个表面长满满“胡须胡须”(长长0.01mm)的阳极发射的阳极发射器器(Emitter)。过过 程：程：样品溶液涂于发射器表面样品溶液涂于发射器表面-蒸发除溶剂蒸发除溶剂强电场强电场分子电分子电 离离奔向阴极奔向阴极引入磁场引入磁场EIFIFDd)场解吸源场解吸源(Field desorption,FD)特特 点：点：特别适于非挥发性特别适于非挥发性且分子量高达且分子量高达100000的分的分子。样品只产生分子离子峰子。样品只产生分子离子峰和准分子离子峰，谱图最和准分子离子峰，谱图最为简单。为简单。过程：过程：30kV 脉冲电压脉冲电压-火花火花-样品局部高热样品局部高热 -元素蒸发元素蒸发-原子或离子原子或离子-经加速进入磁场进行分离经加速进入磁场进行分离e)火花源火花源(Spark)：针对金属合金或离子残渣样品等非挥发性无机物针对金属合金或离子残渣样品等非挥发性无机物的分析，类似于的分析，类似于AES中的激发光源。中的激发光源。特点：特点：元素分析灵敏度高，元素分析灵敏度高，可分析复杂样品可分析复杂样品(60种元素种元素)，谱图简单，谱图简单，线性范围宽。线性范围宽。过过 程：程：高速电子高速电子惰性气体电离惰性气体电离电场加速电场加速高速原高速原子离子束子离子束撞击涂有样品的金属板撞击涂有样品的金属板能量转移给样品分能量转移给样品分子子电离电离引入磁场分离。引入磁场分离。质量分析器质量分析器铜针探头铜针探头探针探针二次离子二次离子狭缝狭缝原子束原子束样品层样品层FAB：特点：特点：1）分子离子和准分子离子峰强；）分子离子和准分子离子峰强；2）碎片离子峰也很丰富；）碎片离子峰也很丰富；3）适合于热不稳定、难挥发的样品。）适合于热不稳定、难挥发的样品。f)快原子轰击快原子轰击(Fast atom bombardment,FAB)1）磁分析器）磁分析器单聚焦型：单聚焦型：用一个扇形磁场进行质量分析的质谱仪用一个扇形磁场进行质量分析的质谱仪4.质量分析器质量分析器作用是将不同碎片按质荷比作用是将不同碎片按质荷比m/z分开。分开。质量分析器类型：磁分析器、飞行时间、四极杆、质量分析器类型：磁分析器、飞行时间、四极杆、离子捕获、离子回旋等。离子捕获、离子回旋等。带电离子进入质量分析器，在磁场带电离子进入质量分析器，在磁场(场强为场强为B)作用下，作用下，飞行轨道弯曲飞行轨道弯曲(曲率半径为曲率半径为Rm)。当向心力。当向心力 Bzev 与与离心力离心力 mv2/Rm 相等时，离子才能飞出磁场区相等时，离子才能飞出磁场区BzevRmvm2zeUmv212 电场加速，电场加速，U为加速电压为加速电压zmUBRUBRzmmm21222或因此亦可得到因此亦可得到当当B、Rm、U三个参数中任两个保持不变而改变其中一个参数时，三个参数中任两个保持不变而改变其中一个参数时，可得质谱图。现代质谱仪通常是保持可得质谱图。现代质谱仪通常是保持U、Rm不变，通过扫描磁场来不变，通过扫描磁场来得到质谱图的。得到质谱图的。单聚焦质量分析单聚焦质量分析器只是将器只是将m/z 相同而入相同而入射方向不同的离子聚射方向不同的离子聚焦到一点（或称实现焦到一点（或称实现了方向聚焦）。了方向聚焦）。但对于但对于m/z 相同而相同而动能（或速度）不同动能（或速度）不同的离子不能聚焦，故的离子不能聚焦，故其分辨率较低，一般其分辨率较低，一般为为5000。下图是单聚焦型质量分析器更直观地的工作过程。下图是单聚焦型质量分析器更直观地的工作过程。双聚焦型双聚焦型(Double focusing spectrometer)为克服动能或速度为克服动能或速度“分散分散”的问题，即实现所谓的的问题，即实现所谓的“速度速度(能量能量)聚焦聚焦”，在，在离子源和磁分析器之间加一静电分析器（离子源和磁分析器之间加一静电分析器（ESA），如下图所示，于两个半径固），如下图所示，于两个半径固定的扇形电极板上加一直流电压定的扇形电极板上加一直流电压V，只有动能与其曲率半径相应的离子才能通，只有动能与其曲率半径相应的离子才能通过狭缝过狭缝B-实现能量聚焦了！实现能量聚焦了！然后，改变然后，改变V值可使不同能量的离子从其值可使不同能量的离子从其“出射狭缝出射狭缝”引出，并进入磁分析引出，并进入磁分析器再实现方向聚焦。器再实现方向聚焦。思考：为什么双聚焦仪思考：为什么双聚焦仪比单聚焦仪有更高的分比单聚焦仪有更高的分辨率？辨率？双聚焦质量分双聚焦质量分析器分辨率可析器分辨率可高达高达150,000!2)mUze2(v 不同离子通过同一长不同离子通过同一长度为度为L的无场漂移管的无场漂移管所需时间相差：所需时间相差：U2)z/m()z/m(Lt)v1v1(Lt2121 2）飞行时间分析器）飞行时间分析器(Time of flight,TOF)过过 程：程：不同荷电碎片在飞出离子源的速度（动不同荷电碎片在飞出离子源的速度（动 能）基本一致。某离子在到达无场漂移能）基本一致。某离子在到达无场漂移 管前端时，其速度大小为：管前端时，其速度大小为：vLt 到达无场漂移管末端的时间为：到达无场漂移管末端的时间为：由于不同由于不同m/z的离子，其飞出漂移管的时间不同，的离子，其飞出漂移管的时间不同，因而实现了离子的分离。因为连续电离和加速使检测因而实现了离子的分离。因为连续电离和加速使检测器产生连续输出而不能得到有效信息，因此实际工作器产生连续输出而不能得到有效信息，因此实际工作中常采用相同频率的电子脉冲电离和脉冲电场加速，中常采用相同频率的电子脉冲电离和脉冲电场加速，被加速的粒子经不同的时间到收集极上，并反馈到示被加速的粒子经不同的时间到收集极上，并反馈到示波器上记录，从而得到质谱图。波器上记录，从而得到质谱图。特特 点：点：扫描速度快扫描速度快(1000幅幅/s)，可用于研究快速反应，可用于研究快速反应 或与或与GC联用；可用于高质量离子分析；体联用；可用于高质量离子分析；体 积小，操作容易；分辨率比磁分析器稍差。积小，操作容易；分辨率比磁分析器稍差。过程：过程：在两个相对的极杆之间加电压在两个相对的极杆之间加电压(U+Vcos t)，在，在另两个相对的极杆上加另两个相对的极杆上加-(U+Vcos t)。与前述双聚焦仪。与前述双聚焦仪的静电分析器类似，离子进入可变电场后，只有具合的静电分析器类似，离子进入可变电场后，只有具合适的曲率半径的离子可以通过中心小孔到达检测器。适的曲率半径的离子可以通过中心小孔到达检测器。3）四极滤质器）四极滤质器(Quadrupole mass filter)特点：特点：分辨率比磁分析器分辨率比磁分析器略低略低(max.2000);m/z范围范围与磁分析器相当；传输效与磁分析器相当；传输效率较高；扫描速度快，可率较高；扫描速度快，可用于用于GC-MS 联用仪。联用仪。4）离子阱）离子阱(Ion trap analyzer)过程：过程：上下端罩上下端罩(End cap)与左右环电极与左右环电极(Ring electrode)构成可变电场构成可变电场(前者接地，后者施以射频电压前者接地，后者施以射频电压)带电离带电离子在一定轨道上旋转子在一定轨道上旋转改变电压改变电压可使相同可使相同m/z离子离子依次离开进入电子倍增器而分离。依次离开进入电子倍增器而分离。特点：特点：结构简单、易于结构简单、易于操作、操作、GC-MS联用可联用可用于用于m/z 200-2000的分的分子分析。子分析。4、检测器、检测器 2）电子倍增器：类似于光电倍增管，可测）电子倍增器：类似于光电倍增管，可测10-18A电流。但有质量歧视效应。电流。但有质量歧视效应。3）闪烁计数器：记录离子的数目。）闪烁计数器：记录离子的数目。包括包括Faraday杯、电子倍增器、闪烁计数杯、电子倍增器、闪烁计数器、照相底片等器、照相底片等1)Faraday 杯：下图是杯：下图是Faraday杯结构原理图杯结构原理图特点：特点：可检测可检测10-15A的离子流，但不适于高加速电压下的离子检测。的离子流，但不适于高加速电压下的离子检测。16.2 质谱图及其应用质谱图及其应用一、质谱图一、质谱图 以质荷比以质荷比m/z为横座标，以对基峰为横座标，以对基峰(最强离子峰，规最强离子峰，规定相对强度为定相对强度为100%)相对强度为纵座标所构成的谱图，相对强度为纵座标所构成的谱图，称之为质谱图。称之为质谱图。二、质谱峰类型二、质谱峰类型 分子在离子源中可产生各种电离，分子在离子源中可产生各种电离，即同一分子可产生多种离子峰：即同一分子可产生多种离子峰：u分子离子峰、分子离子峰、u同位素离子峰、同位素离子峰、u碎片离子峰、碎片离子峰、u重排离子峰、重排离子峰、u亚稳离子峰等。亚稳离子峰等。分子离子碎片离子重排裂解碰撞裂解设有机化合物由设有机化合物由A，B，C和和D组成，当蒸汽分子进入离子组成，当蒸汽分子进入离子源，受到电子轰击可能发生下列过程而形成各种类型的源，受到电子轰击可能发生下列过程而形成各种类型的离子：离子：1）分子离子峰）分子离子峰 ABCD+为分子离子峰，为分子离子峰，m/z即为分子的分子量。对于即为分子的分子量。对于有机物，杂原子有机物，杂原子S，O，P，N等上的未共用电子对最易失等上的未共用电子对最易失去，其次是去，其次是 电子，再其次是电子，再其次是 电子。电子。2）碎片离子峰）碎片离子峰 因分子发生键的断裂只需要十几电子伏特的能量，而因分子发生键的断裂只需要十几电子伏特的能量，而电子轰击的能量为电子轰击的能量为70eV，因而会产生更小的碎片离子峰。，因而会产生更小的碎片离子峰。烷烃化合物断裂多在烷烃化合物断裂多在C-C之间发生，且易发生在支链上：之间发生，且易发生在支链上：烯烃多在双键旁的第二个键上开裂：烯烃多在双键旁的第二个键上开裂：苯的最强峰为苯的最强峰为M+，芳香族化合物将先失去取代基，芳香族化合物将先失去取代基，再形成苯甲离子再形成苯甲离子含含C=O键化合物的开裂多在与其相邻的键上：键化合物的开裂多在与其相邻的键上：对含杂原子的分子，断裂的键位顺序为对含杂原子的分子，断裂的键位顺序为 位、位、位和位和 位：位：RX R+X共振稳定化离子共振稳定化离子 分子离子峰和碎片离子峰的识别和解析，对有分子离子峰和碎片离子峰的识别和解析，对有机分子的定性分析十分重要。可以通过选择不同离机分子的定性分析十分重要。可以通过选择不同离子源来获得不同的信息。子源来获得不同的信息。下图是不同离子源下麻黄碱的质谱图。下图是不同离子源下麻黄碱的质谱图。化学电离源化学电离源电子轰击源电子轰击源麻黄碱麻黄碱化学电离与电子轰击源质谱图比较化学电离与电子轰击源质谱图比较分子离子峰分子离子峰3)同位素峰同位素峰 由于天然同位素的存在，因此在质谱图上出由于天然同位素的存在，因此在质谱图上出现现M+1，M+2等峰，由这些同位素所形成的峰等峰，由这些同位素所形成的峰称之为同位素峰。称之为同位素峰。4）重排离子峰）重排离子峰 原子或基团经重排后再开裂而形成一种特殊的碎片离子，称重原子或基团经重排后再开裂而形成一种特殊的碎片离子，称重排离子。如醇分子离子经脱水后重排可产生新的重排离子峰。排离子。如醇分子离子经脱水后重排可产生新的重排离子峰。1.麦氏重排麦氏重排 m/e=58,是具有是具有-H甲基酮的特征峰。甲基酮的特征峰。位上有氢原子的烷基取代芳烃：位上有氢原子的烷基取代芳烃：CH2CH2CH2RCH3+CH2CHRm/z=922.逆狄尔斯逆狄尔斯阿尔德反应（环烯断裂反应阿尔德反应（环烯断裂反应)3.饱和分子的氢重排（消除反应）饱和分子的氢重排（消除反应）X为卤素原子时，消去为卤素原子时，消去HX X为为OH时，消去时，消去H2O X为为SH，H2S等。等。过程：质量数为过程：质量数为m1的带电离子，由于碰撞等原因，在进的带电离子，由于碰撞等原因，在进入质量分析器之前，失去中性碎片入质量分析器之前，失去中性碎片 m而变成而变成m2的离子的离子(此时此时m1能量变小，在磁场中有更大的偏转能量变小，在磁场中有更大的偏转)从而形成亚从而形成亚稳离子峰稳离子峰m*，此时可将此峰看成，此时可将此峰看成m1和和m2的的“混合峰混合峰”，即形成，即形成“宽峰宽峰”，极易识别。且满足下式：，极易识别。且满足下式：此式可用于寻找裂解途径此式可用于寻找裂解途径(通过母离子通过母离子m1与子离子与子离子m2的的关系关系)。122)(*mmm4 4）亚稳离子峰）亚稳离子峰三、质谱定性分析三、质谱定性分析分子量测定、化学式及结构式鉴定分子量测定、化学式及结构式鉴定1、分子量确定、分子量确定 根据分子离子峰质荷比可确定分子量，通常分子离根据分子离子峰质荷比可确定分子量，通常分子离子峰位于质谱图最右边，但由于分子离子的稳定性及重子峰位于质谱图最右边，但由于分子离子的稳定性及重排等，质谱图上质荷比最大的峰并不一定是分子排等，质谱图上质荷比最大的峰并不一定是分子 离子离子峰。那么，如何辩认分子离子峰呢？峰。那么，如何辩认分子离子峰呢？1）原则上除同位素峰外，分子离子峰是最高质量的峰）原则上除同位素峰外，分子离子峰是最高质量的峰。但要注意但要注意“醚、胺、脂的醚、胺、脂的(M+H)+峰峰”及及“芳醛、醇芳醛、醇等的等的(M-H)+峰峰”。2）分子离子峰应符合）分子离子峰应符合“氮律氮律”。u 在在C、H、O组成的化合物中，分子离子峰的质量数组成的化合物中，分子离子峰的质量数 一定是偶数；一定是偶数；u 在含在含C、H、O、N化合物中，含偶数个化合物中，含偶数个N的分子量的分子量 为偶数，含奇数个为偶数，含奇数个N的分子量为奇数。的分子量为奇数。3）分子离子峰与邻近峰的质量差是否合理。）分子离子峰与邻近峰的质量差是否合理。有机分子失去碎片大小是有规律的：有机分子失去碎片大小是有规律的：如失去如失去H、CH3、H2O、C2H5.，因而质谱图中，因而质谱图中可看到可看到M-1，M-15，M-18，M-28等峰，等峰，不可能出现不可能出现M-3，M-14，M-24等峰，如出现这样等峰，如出现这样的峰，则该峰一的峰，则该峰一 定不是分子离子峰。定不是分子离子峰。4）利用同位素帮助识别分子离子峰。如含有）利用同位素帮助识别分子离子峰。如含有Cl和和Br时，由于其含有丰度较高的重同位素，时，由于其含有丰度较高的重同位素，Cl中含中含35Cl为为75.77%,37Cl为为24.23%，Br中中79Br为为50.54，81Br 为为49.46。因此，若分子中含有一个氯原子，则。因此，若分子中含有一个氯原子，则M和和M2峰强度比为峰强度比为3：1；若分子中含有一个溴原子，则；若分子中含有一个溴原子，则M与与M2之比为之比为1：1。5）EI 源中，当电子轰击电压降低，强度不增加的峰源中，当电子轰击电压降低，强度不增加的峰不是分子离子峰。不是分子离子峰。2、化学式的确定、化学式的确定 高分辨质谱：可分辨质荷比相差很小的分子离子高分辨质谱：可分辨质荷比相差很小的分子离子 或碎片离子。如或碎片离子。如CO和和N2分子离分子离子的子的 m/z均为均为28，但其准确质荷比分，但其准确质荷比分别为别为 28.0040和和27.9949，高分辨质谱，高分辨质谱可以可以 识别它们。识别它们。b)低分辨质谱：低分辨质谱：不能分辨不能分辨m/z相差很小的碎片离子，如相差很小的碎片离子，如CO和和N2。通。通常通过同位素相对丰度法来确定分子的化学式。常通过同位素相对丰度法来确定分子的化学式。对于化合物对于化合物CwHxNyOz，其同位素离子峰，其同位素离子峰(M+1)+和和(M+2)+与分子离子峰的强度比分别为：与分子离子峰的强度比分别为：%100)76.992.0()1()76.9904.0()1()63.9937.0()1()98.99015.0()1()9.981.1(21%100)76.9904.0()63.9937.0()98.99015.0()9.981.1(%222221zzzzyyxxwwIIzyxwIIMMMM忽略2H和17O的影响，上二式简化为%2.0200)1.1()%/(0.37y)%(1.1w)%/(221zwIIIIMMMM 对于含有对于含有Cl,Br,S 等同位素天然丰度较高的化合物等同位素天然丰度较高的化合物 其同位素离子峰相对强度可由（其同位素离子峰相对强度可由（a+b)n 展开式计算，展开式计算，其中其中a、b分别为该元素轻重同位素的相对丰度，分别为该元素轻重同位素的相对丰度，n为分为分子中该元素的原子个数。子中该元素的原子个数。CH3Cl；因为，；因为，a=3,b=1,n=1,因此因此(3+1)1=3+1，即即m/z50(M):m/z52(M+2)=3:1CH2Cl2 因为，因为，a=3,b=1,n=2,因此因此(3+1)2=9+6+1,即即m/z84(M):m/z86(M+2):m/z88(M+4)=9:6:1CHCl3：因为：因为a=3,b=1,n=3,因此，因此，(3+1)3=27+27+9+1 即即 m/z118(M):m/z120(M+2):m/z122(M+4):m/z124(M+6)=27:27:9:1对于含有两种或以上的杂原子对于含有两种或以上的杂原子则以（则以（a1+b1)n1(a2+b2)n2 表示。表示。ClCH2Br:(3+1)1(1+1)1=3+4+1即：即：m/z128(M):m/z130(M+2):m/z132(M+4)=3:4:1 3、结构鉴定：、结构鉴定：a)根据质谱图，找出分子离子峰、碎片离子峰、亚稳根据质谱图，找出分子离子峰、碎片离子峰、亚稳离子峰、离子峰、m/z、相对峰高等质谱信息，根据各类化合、相对峰高等质谱信息，根据各类化合物的裂规律，重组整个分子结构。物的裂规律，重组整个分子结构。b)采用与标准谱库对照的方法采用与标准谱库对照的方法.四、质谱定量分析四、质谱定量分析 利用质谱离子流强度与离子数目成正比进行定量。利用质谱离子流强度与离子数目成正比进行定量。1、同位素测定：元素同位素测定和分子同位素测定。、同位素测定：元素同位素测定和分子同位素测定。a）C6D6纯度测定：由纯度测定：由C6D6+，C6D5H+，C6D4H2+，C6D3H3+等的相对强等的相对强 度确定。度确定。b）同位素标记：用稳定同位素来标记化合物，用它作示踪来测定在）同位素标记：用稳定同位素来标记化合物，用它作示踪来测定在 化学反应或生物反应中该化合物的最终去向，研究反应机理。如化学反应或生物反应中该化合物的最终去向，研究反应机理。如 酯的水解机理就是用将酯基用酯的水解机理就是用将酯基用18O来标记，然后只要示踪来标记，然后只要示踪18O是在水是在水 解生成的烷醇中，还是在酸中。若在烷醇中则是酰氧断裂；反之解生成的烷醇中，还是在酸中。若在烷醇中则是酰氧断裂；反之 则是烷氧断裂。则是烷氧断裂。c）同位素年代测定：通过）同位素年代测定：通过36Ar与与40Ar的强度比求出的强度比求出40Ar(由由40K经经1.3 109 a 衰变而来衰变而来)含量，再据半衰期求出其年代。含量，再据半衰期求出其年代。2、无机痕量分析：、无机痕量分析：ICP-MS（无机质谱）（无机质谱）