质谱解析基础-课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、有机质谱中的各种离子,1.,分子离子,M,+,。,2.,准分子离子 如,MH,+,、,M Na,+,、,(M-H),-,3.,碎片离子,4.,重排离子,5.,母离子与子离子,6.,亚稳离子,7.,奇电子离子和偶电子离子,8.,多电荷离子,9.,同位素离子,根据质谱解析原理，可从质谱图获得组分的分子量和分子结构信息,解析质谱图，必须要区别各种类型的质谱峰，研究峰的形成过程、变化规律及其与分子结构的关系。,一、有机质谱中的各种离子1.分子离子M+。根据质谱解析原理,1,二、分子量的测定,EI,源,的质谱和,软电离源,质谱有很大的不同,1,、,EI,质谱的解释,只要在质谱图上确定了分子离子峰，就可获得被测物的分子量,所谓分子离子就是有机化合物分子受电子轰击后失去一个电子而形成的带正电荷的离子,由于有机分子的电子数都是偶数，所以单电荷的分子离子是一个自由基离子（奇电子离子）,质谱最重要的作用是测定物质的准确分子量。分子离子峰的,m/z,值示出准确的相对分子质量，高分辨质谱的分子离子峰还可提供精确的相对分子质量，由此可方便地推断出化合物的分子式，所以识别分子离子峰是很重要的,二、分子量的测定EI源的质谱和软电离源质谱有很大的不同质谱最,2,精品资料,精品资料,3,你怎么称呼老师？,如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？,你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？,教师的教鞭,“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘”,“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早”,质谱解析基础-课件,4,分子离子峰的判别,1,）在质谱中最高质量数的质谱峰有时反映的是同位素离子峰，但它一般较弱。醚、酯、胺、酰胺、氰化物、氨基酸酯、胺醇等的,M+1+,峰可能明显强于,M+,峰，芳醛、某些醇或某些含氮化合物则可能,M-1,+,峰强于,M,+,峰,2,）分子不够稳定，在质谱上不出现分子离子峰。当分子具有大的共轭体系时，分子离子稳定性高，含有,键的分子离子稳定性也较高,在各类化合物,EI,质谱中,M,+,稳定性次序大致如下,芳香环（包括芳香杂环）,共轭烯,烯,脂环,硫醚，硫酮,酰胺,酮,醛,直链烷烃,醚,酯,胺,羧酸,腈,伯醇,仲醇,叔醇,高度支链烃,胺、醇等化合物的,EI,质谱中往往得不到分子离子峰。所以在测,EI,谱之后，最好能再测软电离质谱，以确认分子量,分子离子峰的判别1）在质谱中最高质量数的质谱峰有时反映的是同,5,分子离子峰的判别,分子离子的判别可以参考如下标准：,1,）分子离子必须是奇电子离子。由于有机分子都是偶电子，所有失去一个电子生成的分子离子必是奇电子离子,2,）是否符合氮规则（,Nitrogen Rule,）。有机化合物的分子量是偶数或奇数与所含有的氮原子的数目有关。,凡不含氮原子或含偶数个氮原子的化合物，其分子量必为偶数,；,含奇数个氮原子的化合物，其分子量必为奇数,，这就是所谓的氮规则,3,）合理的中性碎片的丢失,这些中性碎片可能是小分子或者自由基基团。这些中性碎片有着特殊的质量数，,m/z,最高值与邻近的碎片离子之间应有一个合理的质量差。,例如：,M,+,丢失一个质子,H M-1,，,CH,3,M-15,，,H,2,O M-18,，,C,2,H,4,M-28,等是合理的。如果这个质量差落在,414,和,2125,之间就是不合理的，也即如果在,M-4,到,M-13,的范围内存在峰，则说明原所假定的分子离子峰不是分子离子峰,解析时一般把谱图中最高质荷比的离子假设为分子离子，然后用分子离子的判别标准一一对比，若被检查离子不符合其中任何一条标准，则它一定不是分子离子；若被检查离子符合所有条件，则它有可能是分子离子,分子离子峰的判别分子离子的判别可以参考如下标准：解析时一般把,6,分子离子峰的判别,分析碎片离子,用高分辨质谱分析各碎片离子时，碎片离子的元素组成都应包含在分子离子峰内，若碎片离子的元素组成和数量超出估计的“分子离子”时，则肯定这种估计是错误的。,一些化合物在质谱中常可以裂解为两大部分，如在这样的质谱图中找到最高质量峰恰为两个碎片离子质量之和，也可以作为这个最高质量峰为分子离子峰的一个证据。有时化合物的质谱仅出现比相对分子质量多一个氢或少一个氢的所谓“准分子离子”，则两个碎片之和也应比这种准确分子离子差一个质量单位。,分子离子峰的判别分析碎片离子,7,分子离子峰不出现或丰度极低难以确认，可根据不同情况改变实验条件予以验证。,A,、降低轰击电子的能量,将常用的,70eV,改变,15eV,以减少形成的分子离子继续断裂的几率，降低了碎片离子的丰度，使分子离子峰的相对丰度增加，从而可能辨认出分子离子。,B,、用,CI,，,FI,，,FD,等软电离方法,降低轰击电子能量的结果会使仪器的灵敏度下降，虽然分子离子峰的丰度有所提高，但离子的绝对强度降低，一些由于热不稳定和低挥发性等原因而不出现分子离子峰的化合物，用这种办法不会得到预期的效果，这时可采取各种软电离的办法，虽然碎片离子大量减少，但可以突出分子离子峰。,C,、降低样品的气化温度,气化温度的降低可以减少分子离子进一步断裂的可能性，分子离子峰的相对丰度增加。如三十烷烃在,340,时气化，不出现分子离子峰，改变,70,气化时分子离子峰的丰度接近基峰。,分子离子峰的判别,分子离子峰不出现或丰度极低难以确认，可根,8,分子离子峰的判别,分子离子在离子源中获得过剩的能量转变为分子内能而发生进一步断裂生成的离子称为碎片离子。质谱图中低于分子离子,m/z,的离子都是碎片离子，碎片离子提供提供品的分子结构信息，对于结构鉴定具有重要的意义。,在离子源中，分子离子处于多种可能裂解反应的竞争之中，结果形成一系列丰度不等的碎片离子。值得注意的是，分子离子发生的占优势的一级裂解，不一定是质谱图上丰度最高的碎片峰，因为它还可能进一步发生二级、三级、,裂解。各种不同结构的有机化合物断裂的方式不同，产生碎片离子的种类和丰度也不相同。在一定能量的电轰击下，每一种化合物都有自己特定的质谱，为质谱用于有机结构鉴定提供信息，是核对标准质谱图并使用计算机贮存和解析的基础。,碎片离子和假分子离子,分子离子峰的判别分子离子在离子源中获得过剩的能量转变为分子内,9,三、,EI,有机化合物裂解的一般规律,一张化合物的质谱包含着有关化合物的很丰富的信息。在很多情况下，仅依靠质谱就可以确定化合物的分子量、分子式和分子结构。而且，质谱分析的样品用量极微，因此，质谱法是进行有机物鉴定的有力工具。当然，对于复杂的有机化合物的定性，还要借助于红外光谱，紫外光谱，核磁共振等分析方法,质谱的解释是一种非常困难的事情。自从有了计算机联机检索之后，特别是数据库越来越大的今天，尽管靠人工解释,EI,质谱已经越来越少，但是，作为对化合物分子断裂规律的了解，作为计算机检索结果的检验和补充手段，质谱图的人工解释还有它的作用，特别是对于谱库中不存在的化合物质谱的解释,在,MS-MS,分析中，对子离子谱的解释，目前还没有现成的数据库，主要靠人工解释。因此，学习一些质谱解释方面的知识，在目前仍然是有必要的。,三、EI有机化合物裂解的一般规律一张化合物的质谱包含着有关化,10,三、,EI,有机化合物裂解的一般规律,EI,质谱除分子离子峰外，可观察到极丰富的碎片离子,碎片离子峰的相对丰度，与分子中键的相对强度、断裂产物的稳定性及原子或基团的空间排列有关，其中裂解产物的稳定性是主要因素,由于碎片离子峰，特别是相对丰度大的碎片离子峰，与化合物的分子结构有密切的关系，因此研究分子离子的裂解规律和裂解机理有助于推测和解析化合物的结构,三、EI有机化合物裂解的一般规律 EI质谱除分子离子峰外，可,11,三、,EI,有机化合物裂解的一般规律,（一）、影响有机化合物在质谱仪中裂解的主要因素,1,裂解产物（包括碎片离子、中性分子、自由基）的稳定性以及产生这一稳定碎片离子所需要能量的高低。碎片离子的稳定性越大，其相对强度越高。,2,电荷自由基定域理论（,Charge Localization,）,假定电离后，在分子离子上的电荷或自由基被认为是定域在分子离子中的某一特定位置上，由它通过转移一个电子或两个电子而使裂解反应发生。,3,键断裂的难易程度，键越弱越容易断裂。,4,产生五、六元环过渡态的难易程度。一般形成五元或六元环的过渡态，随后消除一个中性分子的裂解反应较易发生。,5,丢失最大烃基规则（,Loss of Largest Alkyl Group,）,三、EI有机化合物裂解的一般规律（一）、影响有机化合物在质,12,丢失最大烃基规则,Mr,：,114,2,2,3-,三甲基戊烷,EI,质谱图,对多支链烃，一般最大的那个支链更容易裂解离去,m/z=57,丢失最大烃基规则Mr：1142,2,3-三甲基戊烷EI质谱图,13,（二）离子的裂解类型,有机化合物在质谱仪中的裂解类型主要有简单断裂、重排开裂、复杂开裂和骨架重排。,1,简单断裂,分子离子中某一根化学键发生断裂，生成一个中性碎片和一个碎片正离子。,常见的是奇电子分子离子的一根键断裂，得到一个自由基中性碎片和一个新的偶电子碎片离子。简单断裂有两种重要的机制。,（二）离子的裂解类型 有机化合物在质谱仪中的裂解,14,（,1,）游离基引发的断裂（,断裂）,游离基对分子断裂的引发是由于电子的强烈成对倾向造成的。由游离基提供一个奇电子与邻接原子形成一个新键，与此同时，这个原子的另一个键（,键）断裂。这种断裂通常称为,断裂。,断裂主要有下面几种情况：,A,含饱和杂原子：,上式中 是单箭头，表示单电子转移，,Y,为杂原子。,分子离子中的自由基有强烈的电子配对的倾向，使自由基的,位的化学键较容易发生均裂,，此即所谓的,-,断裂,。它广泛存在于有机化合物的质谱碎裂过程中。特别是具有,C-X,或,C=X,键,（,X,为,N,、,O,、,S,、,F,、,Cl,、,Br,、,I,等）的有机化合物的裂解,（1）游离基引发的断裂（断裂）游离基对分子断裂的引发是由于,15,（,1,）游离基引发的断裂（,断裂）,Mr,：,87,Mr,：,74,因为,断裂比较容易发生，因此，在乙醇质谱中，,m/z 31,的峰比较强。,（1）游离基引发的断裂（断裂）Mr：87Mr：74因为断,16,（,1,）,游离基引发的断裂（,断裂）,B,含不饱和杂原子,酮,也易发生,-,断裂，其断裂与其相连的基团有密切关系,以丙酮为例，说明断裂产生机理：,（1）游离基引发的断裂（断裂）B含不饱和杂原子酮也易发生,17,（,1,）,游离基引发的断裂（,断裂）,C,烯烃（烯丙断裂）：,烯烃的断裂能诱导,氢重排,烯丙断裂生成稳定的烯丙离子（,m/z41,）,如：,1,戊烯的断裂,Mr,：,70,（1）游离基引发的断裂（断裂）C烯烃（烯丙断裂）：烯烃的,18,（,1,）,游离基引发的断裂（,断裂）,D.,烷基苯（苄基断裂）,断裂后生成很强的苄基离子（,m/z 91,），,m/z 91,离子是烷基苯类化合物的特征离子。,以上几种断裂都是由游离基引发的。游离基电子与转移的电子形成新键，同时伴随着相近键的断裂，形成相应的离子。断裂发生的位置都是电荷定位原子相邻的第一个碳原子和第二个碳原子之间的键，这个键称为,键，因此，这类自由基引发的断裂统称,断裂。,（1）游离基引发的断裂（断裂）D.烷基苯（苄基断裂）,19,（,2,）正电荷引发的断裂（诱导断裂或,i,断裂）,诱导断裂是由正电荷诱导、吸引一对电子而发生的断裂，其结果是正电荷的转移。诱导断裂常用,i,来表示。双箭头表示双电子转移。,一般情况下，电负性强的元素诱导力也强。在有些情况下，诱导断裂和,断裂同时存在，由于,i,断裂需要电荷转移，因此，,i,断裂不如,断裂容易进行。表现在质谱中，相应,断裂的离子峰强，,i,断裂产生的离子峰较弱。例如乙醚的断裂：,i,断裂和,断裂同时存在,断裂的几率大于,i,断裂。但由于,断裂生成的,m/z 59,还有进一步的断裂，因此，在乙醚的质谱中，,m/z 59,并不比,m/z 29,强。,（2）正电荷引发的断裂（诱导断裂或i断裂）诱导断裂是由正电,20,（,2,）诱导断裂,酮类也经常会发生下面的,i-,断裂,卤素有很强的,i,断裂反应的趋势,如,1,溴丁烷发生,i-,断裂产生的碎片（,C,4,H,9,+,57,）是丰度最大的基峰,（2）诱导断裂酮类也经常会发生下面的i-断裂卤素有很强的i,21,（,3,）,断裂,如果化合物分子中具有,键,，如烃类化合物，则会发生,键断裂。,键断裂需要的能量大，当化合物中没有,电子和,n,电子时，,键的断裂才可能成为主要的断裂方式。断裂后形成的产物越稳定，这样的断裂就越容易进行，,阳碳离子的稳定性顺序为叔,仲,伯,，因此，碳氢化合物最容易在分支处发生键的断裂。并且，失去最大烷基的断裂最容易进行。例如,（3）断裂 如果化合物分子中具有键，如烃类化合物，则会发,22,2,重排开裂,重排开裂时涉及到两个键的断裂，,脱去一个中性分子，同时发生,H,重排,。重排的结果产生了在原化合物中不存在的结构单元的离子,（,1,）麦氏重排,(Mclafferty rearrangement),分子离子或碎片离子结构中有,双键,，且在,位上有,H,原子的正离子都能发生麦氏重排。在开裂中，,位上的,H,通过六元环过渡态的迁移到电离的双键碳或杂原子上，同时烯丙键断裂，,生成中性分子,和,碎片离子,。通式如下：,2重排开裂 重排开裂时涉及到两个键的断,23,醛、酮、羧酸、酯、酰胺、碳酸酯、磷酸酯、肟、腙、烯、炔以及烷基苯等的含有,-H,的有机化合物很容易发生麦氏重排,以长链羧酸甲酯为例，裂解过程如下,：,醛、酮、羧酸、酯、酰胺、碳酸酯、磷酸酯、肟、腙、烯、炔以及烷,24,（,2,）逆迪尔斯阿尔德重排,(retro Diels-Alder fragmentation,RDA),：,对具有环内双键结构的化合物能发生,RDA,开裂，一般生成一个带正电荷的共轭二烯自由基和一个中性分子,化合物,C,10,H,16,的质谱图,Mr,：,136,（2）逆迪尔斯阿尔德重排(retro Diels-Alde,25,（,3,）脱去小分子化合物的重排,在一些,醇类、硫醇类、卤代烃,等有机化合物分子的质谱中经常出现,脱去水、硫化氢、卤化氢,等小分子化合物而生成的碎片离子,醇非常容易脱去水分子，所以醇类化合物的分子离子峰相对丰度很小，甚至不出现分子离子峰,（3）脱去小分子化合物的重排在一些醇类、硫醇类、卤代烃等有机,26,2,甲基丁醇,EI,质谱图,2,甲基丁醇可发生,1,，,3-,消除脱水,Mr,：,88,88,-H,2,O,2甲基丁醇EI质谱图2甲基丁醇可发生1，3-消除脱水Mr,27,类似地，醇类、硫醇类、卤代烃等也可以发生,1,，,4-,消除脱水，硫化氢，盐酸等,类似地，醇类、硫醇类、卤代烃等也可以发生1，4-消除脱水，,28,1,4-,消除脱水,2,氯戊烷,其重排失去一分子,HCl,产生的碎片峰为,70,，其丰度非常高,M,r,：,106,H,1,4-消除脱水2氯戊烷其重排失去一分子HCl产生的碎片峰,29,（,4,）复杂开裂,溴代环己烷、环己烯和环己醇、环己胺的碎裂过程如下,复杂开裂是指在有机化合物的质谱中，经常出现离子中两个或两个以上化学键连续发生断裂生成碎片的过程,除了重排反应以外，环状化合物的质谱碎裂也是如此,复杂断裂一般是指,环状化合物,发生的,多个键断裂,，有时涉及一个氢原子的转移,（4）复杂开裂溴代环己烷、环己烯和环己醇、环己胺的碎裂过程如,30,溴代环己烷,EI,质谱图,溴代环己烷EI质谱图,31,（,5,）骨架重排,骨架重排是指在有机化合物裂解过程中，部分基团,如,甲基、芳香基以及含,O,、,N,、,S,等的基团发生迁移,，生成一些,小的中性碎片、自由基离子,等的过程。,常见的中性碎片如,CO,、,SO,、,SO2,、,S2,、,CHCH,等,如蒽醌发生芳基迁移，存在下列裂解：,Mr,：,208,（5）骨架重排骨架重排是指在有机化合物裂解过程中，部分基团M,32,蒽醌甚至可以发生连续的芳基迁移，得到,m/z,为,152,的碎片离子：,蒽醌甚至可以发生连续的芳基迁移，得到m/z为152的碎片离子,33,四、软电离质谱的解释,（一）化学电离质谱,以甲烷作为反应气，对于正离子,CI,质谱，既可以有,M+H,+,，又可以有,M-H,-,，还可以有,M+C,2,H,5,+,、,M+C,3,H,5,+,异丁烷作反应气可以生成,M+H,+,，又可以,M+C,4,H,9,+,用氨作反应气可以生成,M+H,+,也可以生成,M+NH,4,+,如果化合物中含,电负性强的元素,，通过电子捕获可以,生成负离子,。或,捕获电子之后又产生分解形成负离子,，常见的有,M,-,、,M-H,-,及其分解离子。,CI,源也会形成一些碎片离子，碎片离子又会进一步进行离子,-,分子反应。,CI,谱主要可以得到分子量信息。解释,CI,谱时，要综合分析,CI,谱、,EI,谱和所用的反应气，推断出准分子离子峰,四、软电离质谱的解释（一）化学电离质谱,34,四、软电离质谱的解释,（二）,快原子轰击质谱,快原子轰击质谱，主要生成准分子离子，碎片离子较少。,FAB,源既可以得到正离子，也可以得到负离子。常见的离子有,M+H,+,、,M-H,-,。此外，还会生成加合离子，最主要的加合离子有,M+Na,+,、,M+K,+,等,（三）电喷雾质谱,电喷雾质谱，谱图中只有准分子离子：碱性化合物如胺易生成质子化的分子,M+H,+,，而酸性化合物，如磺酸，能生成去质子化离子,M-H,-,。某些化合物易受到溶液中存在的离子的影响，形成加合离子。常见的加合离子有,M+NH,4,+,、,M+Na,+,及,M+K,+,等,（四）大气压化学电离质谱,大气压化学电离质谱，主要是单电荷离子，通过质子转移，样品分子可以生成,M+H,+,或,M-H,-,等,四、软电离质谱的解释（二）快原子轰击质谱,35,五、分子式的确定,由质谱推导分子式有两种不同的方法，分别是同位素丰度法和高分辨质谱法,1,同位素丰度法,同位素丰度法，主要是利用同位素离子丰度推导分子式。有机化合物中，多数元素都具有天然同位素,五、分子式的确定 由质谱推导分子式有两种不同的方法，分,36,同位素丰度,35,Cl,37,Cl,在自然界，同位素的相对丰度是固定的，,同位素的比例称为同位素丰度,同位素丰度35Cl37Cl在自然界，同位素的相对丰度是固定的,37,有机物中常见同位素的原子量和自然含量的近似值,同位素,原子量,（,12,C=12.000000,）,自然含量,同位素,原子量,（,12,C=12.000000,）,自然含量,1,H,1.007825,99.985,29,Si,28.976491,4.7,2,H,2.014102,0.015,30,Si,29.973761,3.1,12,C,12.000000,98.9,31,P,30.973763,100,13,C,13.003354,1.1,32,S,31.972074,95.0,14,N,14.003074,99.64,33,S,32.971461,0.76,15,N,15.000108,0.36,34,S,33.967865,4.2,16,O,15.994915,99.8,35,Cl,34.968855,75.8,17,O,16.999133,0.04,37,Cl,36.965896,24.2,18,O,17.999160,0.2,79,Br,78.918348,50.5,19,F,18.998405,100,81,Br,80.916344,49.5,28,Si,27.976927,92.2,127,I,126.904352,100,有机物中常见同位素的原子量和自然含量的近似值同位素原子量自然,38,五、分子式的确定,正是由于天然同位素的存在，使有机化合物的质谱中，比最丰同位素（如,1,H,、,12,C,、,14,N,、,16,O,、,32,S,、,35,Cl,、,79,Br,等）分子离子或碎片离子质量大,1,、,2,、,3,、,4,或更高质量单位的峰，相对于,M,+,，记做,M+1,+,、,M+2,+,、,M+3,+,等。,同位素峰簇的相对强度由同位素原子及其天然丰度决定。,五、分子式的确定正是由于天然同位素的存在，使有机化合物的质谱,39,五、分子式的确定,一般来说，由,C,、,H,、,N,、,O,元素组成的化合物，其通用分子式为：,C,x,H,y,N,z,O,w,(x,、,y,、,z,、,w,分别为,C,、,H,、,N,、,O,的原子数,),，其同位素峰簇相对强度的计算公式如下：,M+1/M100=1.1x+0.37z,M+2/M100=(1.1x),2,+0.2w,由于碳原子的同位素,13,C/,12,C=1.1%,，从,M+1/M,可估算分子中碳原子的数目，其计算公式如下：,C,原子数,(M+1/M)1.1%(,结果取整,),五、分子式的确定一般来说，由C、H、N、O元素组成的化合物，,40,五、分子式的确定,2),分子中氯、溴原子的识别和原子数目的确定,氯、溴是,A,2,类元素，重同位素丰度特别高，,35,Cl,：,37,Cl,100,：,32.5,，近似于,3,：,1,；,79,Br,：,81,Br,100,：,98,，近似于,1,：,1,。,若分子中含氯或溴，其同位素峰簇相对丰度按（,a+b,）,n,的展开式的系数推算。若两者共存，按,(a+b),m,(c+d),n,的展开式的系数计算。式中，,a,、,b,和,c,、,d,分别为两种同位素的丰度近似比,3,：,1,和,1,：,1,，,m,，,n,分别为分子中氯，溴原子的数目。其计算公式如下：,Cl,原子数,(M+2/M)32.5%(,结果取整,),Br,原子数,(M+2/M)98%(,结果取整,),五、分子式的确定2)分子中氯、溴原子的识别和原子数目的确定,41,Cl,和,Br,的同位素族,对于,CL,原子和,Br,原子，根据原子的个数会出现特定的质谱图,Cl和Br的同位素族对于CL原子和Br原子，根据原子的个数会,42,20406080100 120,m/z,100,80,60,40,20,0,Relative intensity,112,114,一氯代苯的同位素质谱图,分子离子峰,M/Z,：,114/112=3,：,1,35,Cl,37,Cl,20406080100 120m/z10080,43,20406080100 120,m/z,Relative intensity,77,一氯代苯的同位素质谱图,无,m,/,z,77,79,同位素对,;,因此离子,m,/,z,77,是不含氯,H,H,H,H,H,+,100,80,60,40,20,0,20406080100 120m/zRelat,44,二氯代苯的同位素质谱图,二氯代苯的同位素质谱图,45,丙酰烯胺的,GC/MS,测定,m/z=231,丙烯酰胺衍生物标准品气相色谱,-,质谱图（,SCAN,）,丙酰烯胺的GC/MS测定m/z=231丙烯酰胺衍生物标准品气,46,五、分子式的确定,3,）分子中硫、硅原子的识别和原子数目的确定,硫、硅也是,A,2,类元素，但丰度较小，其中,34,S/,32,S=4.4%,，,30,Si/,28,Si=3.4%,，其计算公式如下：,S,原子数,(M+2/M)4.4%(,结果取整,),Si,原子数,(M+2/M)3.4%(,结果取整,),五、分子式的确定3）分子中硫、硅原子的识别和原子数目的确定,47,五、分子式的确定,2,高分辨质谱法,利用高分辨质谱仪，可以测出分子离子或碎片离子的,m/z,精确值。现代高分辨质谱仪可测量离子的质量到小数点后第四位。因此可以得到分子式或碎片离子的元素组成。,例如，分子量同为,184,的,C,11,H,20,O,2,和,C,22,H,24,N,2,，而它们的精确分子量分别为,184.1468,和,184.1939,，若经测定其分子离子峰的,m/z,为,184.1944,，那么可以推定该离子的元素组成为,C,22,H,24,N,2,。一般仪器的分辨率越高，测量误差越小，得到的结果越可靠,通过高分辨质谱仪与计算机联用，从质谱仪得到的准确质量经计算机拟合计算，可以得到整个质谱的各个离子的元素组成，从而可以确定分子式。从分子离子和碎片离子元素组成的差值，也可以推断分子离子分裂的途径,五、分子式的确定 2 高分辨质谱法,48,六、常见的特征离子,质荷比,m/z,离子组成,涉及化合物,30,CH,2,NH,2,伯胺（,-,断裂）,31,CH,2,OH,伯醇（,-,断裂）,33,SH,硫醇,34,H,2,S,硫醇,44,CH,2,CHO+H,脂肪醛（麦氏重排）,44,NH,2,CO,或,C,2,H,6,N,酰胺、仲胺,45,COOH,或,C,2,H,5,O,羧酸、仲醇,46,NO,2,脂肪族硝基化合物,47,CH,3,S,硫醇,50,CF,2,氟代烃,51,CHF,2,氟代烃,54,C,2,H,4,CN,脂肪腈,58,CH,3,COCH,2,+H,脂肪族甲酮（麦氏重排）,59,CH,2,CONH,2,+H,长链脂肪酰胺（麦氏重排）,60,CH,2,COOH+H,长链脂肪酸（麦氏重排）,61,CH,3,COO+2H,乙酸酯,(,双氢重排,),61,C,2,H,4,SH,或,CH,3,SCH,2,硫醇或硫醚,74,CH,2,COOCH,3,+H,长链脂肪酸甲酯（麦氏重排）,75,C,2,H,5,COO+2H,丙酸酯,(,双氢重排,),六、常见的特征离子 质荷比 m/z离子组成涉及化合物30CH,49,六、常见的特征离子,质荷比,m/z,离子组成,涉及化合物,77,C,6,H,5,苯衍生物,80,C,4,H,4,N-CH,2,烷基吡咯（,-,断裂）,81,C,4,H,3,O-CH,2,烷基呋喃（,-,断裂）,91,C,6,H,5,-CH,2,烷基苯,92,C,6,H,5,-CH,2,+H,长链烷基苯（麦氏重排）,93,C,6,H,5,-O,芳香族醚、酯（,-,断裂）,93,C,7,H,9,萜烯,93,C,4,H,3,N-CO,吡咯基醛、酮、酸、酯等,94,C,6,H,5,-O+H,芳香族醚、酯（麦氏重排）,94,C,4,H,4,N-CO,吡咯基醛、酮、酸、酯等,95,C,4,H,3,O-CO,呋喃基醛、酮、酸、酯等,97,C,4,H,3,S-CH,2,噻吩衍生物,105,C,6,H,5,-CO,苯基醛、酮、酸及其衍生物,149,C,6,H,4,(CO),2,OH,邻苯二甲酸及其酯,六、常见的特征离子 质荷比 m/z离子组成涉及化合物77C6,50,七、常见各类化合物的质谱特征,按有机化合物的分类方法进行，不完全相同。,单官能团：烃、醇、醛和酮、酯、酸和酐类、醚,(,硫醇和硫醚,),、胺、酰胺、氰、脂肪卤化物等。,多官能团：电荷定位能力，协同效应等。,单官能团,多官能团,七、常见各类化合物的质谱特征按有机化合物的分类方法进行，,51,（一）、烃类,随机重排倾向，氢原子和碳骨架都可能,(,饱和烃中最为严重,),饱和脂肪烃类,电离势,CC 11.5eV,CH 12eV,，,电离发生在碳碳键上,。,特点：,直链烃，有,M,+,存在，但随着链的增加，,M,+,减小,支链烃，,M,+,很小,(,由支链处容易断裂所致,),低质量区，,C,n,H,2n+1,+,主系列,m/z 29,43,57,71,85,最大在,43,或,57,。,C,n,H,2n-1,+,C,n,H,2n,+,次要系列,二次断裂和重排产生的系列。,（一）、烃类,52,不饱和脂肪烃类,由于存在双键，电离势下降，能稳定,M,+,，有显著的,M,+,。,特点：,C,n,H,2n-1,+,和,C,n,H,2n,+,系列离子。,烯丙基断裂,R,CH,2,CH,CHR R+CH,2,=CHR CH,2,CH=CHR,双键发生转移，不能区分顺反和位置异构体。,C,n,H,2n,+,可能是麦氏重排产物,+,+,+,饱和脂环烃类,M,+,比相应的非环烷烃的强，因为断一个键不产生碎片离子。,开环断裂生成,m/z28,和,M,C,2,H,4,+,特征离子。,不饱和脂肪烃类+饱和脂环烃类,53,不饱和脂环烃类,M,+,较强，谱图与脂环烃和烯烃质谱类似，异构体质谱相近。,特征是,RAD,反应和,M-CH,3,+,。,RAD,不饱和脂环烃类RAD,54,烷烃：,“,烷烃系列,”,分子离子峰弱，峰簇间距,14,，各峰簇顶端形成一平滑曲线,峰：,C,n,H,2n+1,，,C,n,H,2n,，,C,n,H2,n-1,（,29,，,43,，,57,，,71,）,正十七烷,烷烃：“烷烃系列”分子离子峰弱，峰簇间距14，各峰簇顶端,55,环烷烃：分子离子峰强度增加，通常在环的支链处断开，特征是失去乙烯（或取代乙烯）。,C,n,H,2n-1,峰和,C,n,H,2n-2,峰,甲基环己烷,环烷烃：分子离子峰强度增加，通常在环的支链处断开，特征是失,56,分子离子峰降低，（,29,，,43,，,57,，,71,）,5-,丙基十三烷,分子离子峰降低，（29，43，57，71）5-丙基十三,57,2-,庚烯,2-庚烯,58,环状不饱和脂肪烃：符合条件发生,RDA,，支链碎裂反应类似链烃,4-,甲基环己烯,环状不饱和脂肪烃：符合条件发生RDA，支链碎裂反应类似链烃,59,芳香烃,M,+,强度较大，芳环上,电子 的共轭作用，对稳定电荷有好处，容易产生双电荷或多电荷离子。,特点：苯环开环产生特征离子，,m/z39(C,3,H,3,+,),m.z50,51,52(C,4,H,4,+,),m/z63,64,65(C,5,H,5,+,),66,。,C,6,H,5,(CH,2,),n,+,，,链上断裂裂的产物，苄基断裂最显著。,麦氏重排,(R,足够长时,),当,碳上有分枝时,芳香烃麦氏重排(R足够长时)当碳上有分枝时,60,1,，,2-,二甲基,-4-,乙基苯,1，2-二甲基-4-乙基苯,61,（二）、醇类,电离发生在氧的非键轨道上，从电离角度,M,+,应稳定存在，但由于离子化的羟,基引发的分解更快，因此,M,+,很小,。,醇类易发生离子,-,分子反应，生成,M+H,+,或,M-H,+,，从而补偿,M,+,很弱的不足，有利于判断分子量。,热催化产生,M-18,+,，,M-20,+,，,M-2,+,的峰，需注意辨认。,饱和脂肪醇类,特点：主要是,断裂，然后是,I,二次断裂,(,伴随着重排,),。,（二）、醇类,62,脱水,失水后的醇酷似相应烯烃的质谱图，产生,C,n,H,2n+1,和,C,n,H,2n,+,系列离子。,脂环醇类,特点：主要是,断裂,然后是,i,二次断裂,(,伴随着重排,),。,脱水 失水后的醇酷似相应烯烃的质谱图，产,63,脱水，,3,4,5,位置：,脱水，3,4,5位置：,64,酚类,M,+,很强,失去,CO,和,HCO,离子,如有苄基碳，,M-H,+,较强,邻位效应,酚类如有苄基碳，M-H+较强 邻位效应,65,正己醇,正己醇,66,3-,甲基,-3-,庚醇,3-甲基-3-庚醇,67,质谱解析基础-课件,68,（三）、醛类和酮类,电离势较低，一般在,9.4-9.8eV,，失去羰基氧的弧对电子，,M,+,较强，芳香醛和酮更为明显。,脂肪醛和酮类,特征：断裂，麦氏重排。,（三）、醛类和酮类,69,脂肪醛和酮类,特征：断裂，麦氏重排。,脂肪醛和酮类,70,脂环酮,特征：开环断裂,i,氢重排,脂环酮 特征：开环断裂 ,i,氢重排,71,芳香酮,分子离子很强，,-,断裂，,m/z105,苯酰离子,i,-,断裂,m/z77,特殊的重排现象 葸醌,芳香酮 分子离子很强，-断裂，m/z105,苯,72,（四）、酯类,M,+,较强，能观察到显著的分子离子峰，芳香酯分子离子峰很强。,特征：,和,i,断裂同时发生。,麦氏重排，产生强的奇电子离子峰。,双氢重排，麦氏,+1,重排。,甲酯，十八酸酯,（四）、酯类 甲酯，十八酸酯,73,乙酯和高级酯,RCOOR,:,当,R,大于丁基时，,M,+,很小。,乙酯和高级酯,74,芳香酯,分子离子很强,邻位效应,苯甲酰特征离子,芳香酯 邻位效应 苯甲酰特征离子,75,双氢重排：比麦氏重排多一个氢,丁酸丁酯,双氢重排：比麦氏重排多一个氢,丁酸丁酯,76,戊酸乙酯,戊酸乙酯,77,（五）、酸和酐类,短链的酸类有,M,+,，长链,(n 6),正链烷酸，碳数增加，分子离子减弱。,多羧酸分子离子很弱或不存在，有,M-1,+,离子，与醇相似。,脂肪酸,麦氏重排,，,i,断裂,C,n,H,2n,COOH,+,离子系列，,m/z73,87,101,115,129,可能来自于置换重排。,二羧酸常发生,CO,2,的失去反应，也可能存在热脱羧。,（五）、酸和酐类 脂肪酸 ，i断裂 C,78,芳香酸,分子离子较强。,失去,OH,，再失去,CO,。,邻位效应，,M-H,2,O,+,，再接着失去,CO,。,酸酐,脂肪酸酐，,M,+,很小；不饱和酸酐，,M,+,存在。,琥珀酐,芳香酸琥珀酐,79,2,，,2-,二甲基己酸,2，2-二甲基己酸,80,2-,甲基苯甲酸,2-甲基苯甲酸,81,（六）、醚类,醚类有较强的,M,+,，有时还有,M+1,+,或,M-1,+,，可用于判断分子量。,脂肪醚,M,+,有一定强度。分子离子较强。,i,断裂相当，氧对电子有较高的诱导作用。失去,OH,，再失去,CO,。,C,n,H,2n+1,O,+,(m/z31,45,59,),，强度不大。,（六）、醚类 脂肪醚,82,异戊基正丙基醚,异戊基正丙基醚,83,脂环醚和不饱和醚,M,+,有一定强度。分子离子较强。,2,6,6-,三甲基,-2-,乙烯基四氢吡喃,脂环醚和不饱和醚,84,芳香醚,苯甲醚：,M,CH,3,+,M,CH,3,CO,+,M,CH,2,+,M,OCH,3,+,。,乙基或更高级烷基芳香醚：消去,C,n,H,2n,，给出特征的奇电子离子。,重排：,苄基醚给出：,C,6,H,5,CH,2,OH,+,C,6,H,5,CH,2,(C,7,H,7,+,卓鎓离子,),。,硫醇,硫醇和相应醇相似，硫醇电离能较醇低,1eV,，,M,+,比醇强，存在,C,S,键,电离。,给出,m/z33,34,35,峰，对应,HS,+,H,2,S,+,H,3,S,+,特征峰。,长链硫醇：断裂,C,n,H,2n+1,S,+,(m/z47,61,75,),置换反应,m/z75,89,103,其中,m/z89,最强，因,C,4,H,8,SH,+,。,C,n,H,2n+1,+,强，,电离断裂生成的,R,+,。,芳香醚,85,硫醚类,苯,M,+,较强。,电离，断裂,断裂,奇电子系列，,(CH,3,),2,CHSH,+,m/z76,；,C,5,H,10,+,，,m/z70,；,C,3,H,6,+,，,m/z42.,氢重排,硫醚类,86,（七）、胺类,脂肪胺具有极低的电离能，但氨基引发的,断裂有巨大的驱动力，,M,+,仍很低，,M+1,+,可以存在，借助判断分子量。,铵盐不会汽化，无,M,+,，但分解时有胺和,HCl(m/z36),或,HBr(m/z80,82),存在，可用于判断是否为铵盐,。,脂肪胺类,特征：,断裂，强峰。,重排和置换重排。,（七）、胺类,87,环烷胺类,特征：,断裂，强峰。,重排和置换重排。,N,乙基环戊胺,N乙基环戊胺,88,（八）、酰胺类,与酯或酸有相似之处，,M,+,明显，,M+1,+,准分子离子易出现。,正十二烷酸酰胺,特征：失去烷基产生离子系列,m/z44,(58),72,86,C,n,H,2n+1,+,和,C,n,H,2n-1,+,存在但较弱,麦氏重排，特征离子。,（八）、酰胺类,89,仲、叔酰胺,断裂：,M,C,2,H,5,+,(m/z86),M,CH,3,+,(m/z100),麦氏,+1,重排,二次断裂重排,仲、叔酰胺,90,（九）、氰类,腈基的电离能很高，容易产生烃类的随机重排等过程。,特征：脂肪腈的,M,+,很弱，有时会有,M+1,+,。,C,n,H,2n+1,CN,+,(n=36,时很强,),，经氢重排失去烯烃所致。,(CH,2,),n,CN,+,系列离子，,m/z54,68,82,96,110,124,，置换重排。,（九）、氰类,91,（十）、脂肪卤化物,一般有可测,M,+,，对全卤化物，,M,+,常是微不足道的，,C,X,键断裂产生,M,HX,+,和,M,X,+,。,i,断裂,断裂,置换反应,(,rd,),i,断裂产生的,R,+,发生二次断裂，产生,C,n,H,2n+1,+,系列离子，与烃类似。,（十）、脂肪卤化物i断裂断裂置换反应(rd)i 断裂产生的,92,八、谱图解释的一般方法,一张化合物的质谱图包含有很多的信息，根据使用者的要求，可以用来确定分子量、验证某种结构、确认某元素的存在，也可以用来对完全未知的化合物进行结构鉴定。对于不同的情况解释方法和侧重点不同。质谱图一般的解释步骤如下：,由质谱的高质量端确定分子离子峰，求出分子量，初步判断化合物类型及是否含有,Cl,、,Br,、,S,等元素。,根据分子离子峰的高分辨数据，给出化合物的组成式。,由组成式计算化合物的不饱和度，即确定化合物中环和双键的数目。计算方法为：不饱和度,U=,四价原子数,-,例如，苯的不饱和度,不饱和度表示有机化合物的不饱和程度，计算不饱和度有助于判断化合物的结构。,八、谱图解释的一般方法 一张化合物的质谱图包含有很多的信息，,93,1.,分子式确定,研究高质量端离子峰。质谱高质量端离子峰是由分子离子失去碎片形成的。从分子离子失去的碎片，可以确定化合物中含有哪些取代基。常见的离子失去碎片的情况有：,M-15(CH,3,),M-17(OH,，,NH,3,),M-19(F),M-27(HCN,，,C,2,H,3,）,M-29(CHO,，,C,2,H,5,),M-31(CH,2,OH,，,OCH,3,),M-35(Cl),M-43(CH,3,CO,，,C,3,H,7,),M-45(OC,2,H,5,，,COOH),M-79(Br),M-16(O,，,NH,2,),M-18(H,2,O),M-26(C,2,H,2,),M-28(CO,，,C,2,H,4,),M-30(NO),M-32(S,，,CH,3,OH),M-42(CH,2,CO,，,CH,2,N,2,),M-44(CO,2,，,CS,2,),M-46(NO,2,，,C2H,5,OH),M-127(I),1.分子式确定研究高质量端离子峰。质谱高质量端离子峰是由分子,94,1.,分子式确定,研究低质量端离子峰，寻找不同化合物断裂后生成的特征离子和特征离子系列。例如，正构烷烃的特征离子系列为,m/z15,、,29,、,43,、,57,、,71,等，烷基苯的特征离子系列为,m/z91,、,77,、,65,、,39,等。根据特征离子系列可以推测化合物类型,通过上述各方面的研究，提出化合物的结构单元。再根据化合物的分子量、分子式、样品来源、物理化学性质等，提出一种或几种最可能的结构。必要时，可根据红外和核磁数据得出最后结果,验证所得结果。验证的方法有：将所得结构式按质谱断裂规律分解，看所得离子和所给未知物谱图是否一致；查该化合物的标准质谱图，看是否与未知谱图相同；寻找标样，做标样的质谱图，与未知物谱图比较等各种方法,1.分子式确定 研究低质量端离子峰，寻找不同化合物断,95,2.,谱图分析举例,例一、由元素分析测得某化合物的组成式为,C,8,H,8,O,2,，其质谱图如图,确定化合物结构式：,：,：,该化合物分子量,M=136,该化合物的不饱和度,由于不饱和度为,5,，而且质谱中存在,m/z 77,，,51,等峰，可以推断该化合物中含有苯环,2.谱图分析举例 例一、由元素分析测得某化合物的组成式为C8,96,2.,谱图分析举例,高质量端质谱峰,m/z105,是,m/z 136,失去质量为,31,的碎片（,-CH2OH,或,-OCH3,）产生的，,m/z 77(,苯基,),是,m/z 105,失去质量为,28,的碎片（,-CO,或,-C2H4,）产生的。因为质谱中没有,m/z 91,离子，所以,m/z105,对应的是,136,失去,CO,，而不,136,失去,C2H4,。,推断化合物的结构为,最后，可以用标样确定未知物属于哪种结构。对于本例也可用红外光谱法进一步确证,2.谱图分析举例高质量端质谱峰m/z105是m/z 136失,97,2.,谱图分析举例,例二、某未知物质谱图，试确定其结构,1.,由质谱图可以确定该化合物的分子量,M=154,。,M/z 156,是,m/z 154,的同位素峰。,2.,由,m/z154,和,m/z156,之比约为,3,：,1,，可以推测化合物中含有一个,Cl,原子,2.谱图分析举例例二、某未知物质谱图，试确定其结构 1.由质,98,2.,谱图分析举例,3.,分析离子,m/z154,失去,15,个质量单位（,CH,3,）得,m/z139,离子。,m/z139,失去,28,个质量单位（,CO,，,C,2,H,4,）得,m/z 111,离子。,m/z77,、,m/z 76,、,m/z 51,是苯环的特征离子。,m/z 43,可能是,-,C3H7,或,-COCH,3,生成的离子。,4.,由以上分析，该化合物存在的结构单元可能有：,5.,根据质谱图及化学上的合理性，提出未知物的可能结构为：,(a),(b),(c),2.谱图分析举例 3.分析离子5.根据质谱图及,99,2.,谱图分析举例,上述三种结构中，如果是,(b),，则质谱中必然有很强的,m/z 125,离子，这与所给谱图不符；如果是,(c),，根据一般规律，该化合物也应该有,m/z125,离子，尽管离子强度较低。所以，是这种结构的可能性较小；如果是,(a),，其断裂情况与谱图完全一致,如果只依靠质谱图的解释，可能给出,(a),和,(c),两种结构式。然后用下面的方法进一步判断：,查,(a),、,(c),的标准质谱图。看哪个与未知谱图相同。,利用标样做质谱图。看哪个谱图与未知物谱图相同。,利用,MS-MS,联用技术，确定离子间的相互关系，进一步分析谱图，最后确定未知物结构,6.,分子式确定,2.谱图分析举例上述三种结构中，如果是(b)，则质谱中必然,100,例三、,衍生化后,-,受体激动剂的电子轰击碎片图,i-,断裂,i-,断裂,i-,断裂,-,断裂,-,断裂,芳香环稳定,例三、衍生化后-受体激动剂的电子轰击碎片图 i-断裂i-,101,1,托洛特罗,2*,喘息定,3,奥西那林,4,特布他林,5,克伦特罗,6,沙丁胺醇,7,西马特罗,8,美托洛尔,9,苯氧丙酚胺,10,班布特罗,11,利妥特灵,12,费诺特罗,13,莱克多巴胺,例三、,GC/MS,测定,1托洛特罗 2*喘息定 3奥西那林 4特布他林 5克伦特罗,102,克伦特罗监测离子的确定,m/z86;243;262;264;277 MW348,克伦特罗监测离子的确定 m/z86;243;262;264;,103,沙丁胺醇监测离子的确定,m/z369;86;440;294;350 MW455,沙丁胺醇监测离子的确定 m/z369;86;440;294;,104,莱克多巴胺监测离子的确定,m/z267;72;250;502 MW517,莱克多巴胺监测离子的确定 m/z267;72;250;50,105,特布他林监测离子的确定,m/z86;356;426;280 MW441,特布他林监测离子的确定 m/z86;356;426;280,106,例四、氯丙嗪子离子全扫描图谱,-,断裂,i-,断裂,芳香环稳定,例四、氯丙嗪子离子全扫描图谱-断裂i-断裂芳香环稳定,107,