质谱分析-1-shan-v

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,*,质谱分析,一、质谱的解析,二、仪器结构与原理,三、联用仪器,质谱概念,(MS,mass spectroscopy),质谱法是将物质粒子（分子、原子）转化为,带电荷的离子（也就是离子化）,，然后利用电磁学原理，将产生的离子按照质荷比,(,m/z,),（即离子质量和电荷的比值）的大小依次分离，并同时记录每一,m/z,的离子强度大小，获得样品的,质谱谱图，,从而对样品进行定性、定量分析的方法。,优点：,(1),它是唯一可以确定未知物相对分子质量的工具,高分辨率质谱仪能够准确测定分子量，确定化合物的分子式。,(2),质谱法的灵敏度超过其他方法,鉴定的最小量可达,10,-10,g,检出限可达,10,-14,g,质谱仪概述,进样系统,离子源,质量分析器,检测器,质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10,-3,10,-5,Pa,）,质量分析器（10,-6,Pa,）,(1)大量氧会烧坏离子源的灯丝；,(2)用作加速离子的几千伏高压会引起放电；,(3)引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。,真空系统,质谱图,条图,以质荷比,m/z,为横坐标，离子流的,(,相对,),强度为纵坐标,.,m/z,30,40,44,45,55,56,57,73,74,相对,强度,13,57,100,55,20,30,28,41,69,表格,丙酸,两种表示方法,离子化的方式,硬电离,：,电子轰击离子源,(Electron impact Ionization,，,EI),，,离子化能量高，伴有化学键的断裂，可得到分子碎裂的信息。,软电离,：,离子化能量低，产生的碎片,少，可得到准分子离子。如,电喷雾源,(Electron spray Ionization,，,ESI),质谱图的主要离子类型,分子离子峰，,碎片离子峰，,同位素离子峰,重排离子峰,亚稳离子峰。,以,EI,源为例,7,（,一）分子离子峰,分子受电子束轰击后失去一个电子而形成的分子离子,所形成的峰称分子离子峰。,分子 分子离子,因此，分子离子峰的,m/z,值就是该化合物的相对分子质量（,MW,），是有机化合物的重要质谱数据。,分子精确质量,:,元素同位素的精确质量就是该元素同位素的精确原子量，如：,1,H,1.007825,、,12,C,12.000000,、,14,N,14.003074,、,16,O,15.994915,分子精确质量,有两种：,average MW=,16.0428,，,考虑离子中所有同位素，以及他们的丰度的加权精确原,子量和,mono-iso MW=,16.0313,天然丰度最大的同位素组合的离子的精确原子量和,精确质量需要高分辨的质谱计来测定。,CH,4,M=16,9,（二）碎片离子峰,因为轰击电子的能量约为,70eV,，超过分子离子电离电位,8,15eV,所需的能量，因此可以使分子离子的化学键进一步断裂或重排，产生质量数较低的碎片离子，在质谱图上相应的峰，称为碎片离子峰。,11,分子离子的断裂规律除了与离子源类型有关外，主要与分子的结构有密切关系。,通常主要碎片离子峰（及相对强度）为分子结构的解析提供手段。,已经积累了含有不同官能团的有机物的分子离子断裂规律,。,结构解析,摔碎花瓶，碎片拼装。,（三）同位素离子峰,除,P,、,F,、,I,外，组成有机化合物的常见元素,C,、,H,、,O,、,N,、,S,、,Cl,、,Br,等都有同位素，比如,C,，存在,12,C,和,13,C,两种同位素，丰度比,100,1.1,。,各元素的最轻同位素的天然丰度最大。,由于同位素的存在，可以看到比分子离子峰大一个质量单位的峰；有时还可以观察到,M,+2,，,M,+3,例如：,CH,4,M=16,12,C+,1,H,4=16,M,13,C+,1,H,4=17,M+1,13,分子离子峰,CH,4,12,C,1,H,4,、,12,C,1,H,3,2,H,1,或,12,C,1,H,2,2,H,2,、,12,C,1,H,1,2,H,3,、,12,C,2,H,4,、,13,C,1,H,4,、,13,C,1,H,3,2,H,1,或,13,C,1,H,2,2,H,2,、,13,C,1,H,1,2,H,3,、,13,C,2,H,4,、,丰度比,100,0.02,100,1.12,同位素峰,17,14,只含,C,H,O,N,的,M+2,峰很弱，可忽略。,但含,Br,Cl,S,的,M+2,却很强,自然丰度大,M/(M+2)Cl:3:1,Br:1:1,M+1,峰,M+2,峰,15,2-,氯丙烷,2-,溴丁烷,M:M+2,3:1,M:M+2:M+4,9:6:1,M:M+2:M+4:M+6,(a+b),4,16,（四）重排离子峰,分子离子在裂解成碎片时，某些原子或基团发生位置的转移，涉及到两个（以上）化学键的断裂，重新排列而形成的离子，称为重排离子，质谱图上相应的峰为重排离子峰。,重排的类型很多，其中最重要的是麦氏重排。,m/z,=72,m/z,=44,位上,H,转移到,O,原子上，,键断裂，生成一个中性分子和一个自由基阳离子,麦排条件：,含有双键（,C=O,，,C=N,，,C=S,及,C=C),与双键相连的链上有,碳，并在,碳上有,H,原子（氢）,DMPO-157,加合物,的,MS,图谱,M-H,-,m/z,268,M+H,+,m/z,270,MW 269,A (ESI,)MS,B(ESI-)MS,（五）,软电离：,(,准,),分子离子峰、加合离子峰,M+Na,+,m/z,292,M+K,+,m/z,308,18,多电荷离子峰,某些非常稳定的离子可以失去两个或两个以上的电子，这时在,m/,z,e,位置出现多电荷离子峰。,(ESI,)MS,m/2e,M+2H,2+,多电荷离子峰,M+nH,n+,分子离子或准分子离子峰的判定,假定分子离子峰,:,高质荷比区的最高质量数峰,判断其是否合理,:,与相邻碎片离子,(,m/z,较小者,),之间关系是否,合理,m,1,2,3,15,16,17,18,20,丢失,H,H,2,H,2,H,CH,3,O,OH,H,2,O,NH,2,m=,4-14,通常认为是不合理丢失,离子源类型（,EI,）,判断其是否符合,N,律,不含,N,或含偶数,N,的有机分子,其分子量是偶数,分子离子峰的,m/z,为偶数。含奇数,N,的有机分子,其分子离子峰的,m/z,为奇数。,分子离子峰的强度与电离方式、具体实验条件有关，也与分子结构有关。不稳定的分子、大分子，其分子离子峰较弱。稳定的分子、大共轭分子，其分子离子峰较强。,一般情况，碳数较多，碳链较长和有支链的分子，分裂的可能性较大，分子离子的稳定性差；而有,键的芳香族化合物和共轭链烯的分子离子稳定,分子离子峰大。,大部分的有机分子都可以产生能辨认的,分子离子峰,。,其相对强弱随化合物结构而变化，其强弱顺序一般为芳环,共轭多烯,烯,环状化合物,羰基化合物,醚,酯,胺,酸,醇,高度分支的烃类。,注意：羰基化合物,(,醛,酮,酸,酯,酰氯,酰胺,),分子离子峰不出现或弱；,而,脂肪族醇类、胺类、硝基化合物等、分子离子峰往往不出现。,化合物结构的推测,22,由实验条件变化,观察分子离子峰的强度变化,有助于判断分子离子峰,适当降低电子轰击电压，分子离子裂解减少，分子离子峰强度应增加，若不增加，说明不是分子离子峰。,逐步降低电子轰击电压，仔细观察,m/z,最大峰是否在所有离子峰中最后消失，若最后消失为分子离子峰。,当化合物中含同位素峰丰度大的,S,、,Br,、,Cl,时，可利用同位素峰,M,与,M+2,峰的比例来，确定分子离子峰。,当分子离子峰中伴有加合离子或二聚体峰，他们的存在有助,于分子离子峰的确定。,分子离子峰不出现怎么办,?,改用其它的软离解方式，如,:,CI,、,FAB,、,ESI,等,离子源类型（,ESI,）。,离子模式的选择：,M+H,+,、,M-H,-,高质量数区，丰度最高的，注意同位素峰、加合离子、,二聚体峰（,2M+H,+,）,N,规则,MW 269,M+H,+,M-H,-,有机物的结构解析,苯酚,结构解析,摔碎花瓶，碎片拼装。,寻找特征离子,利用高分辨质谱数据，推导分子式,精确分子质量的测定与质谱的分辨率有关,FTICR,高分辨率质谱,C,12,O,4,NH,9,Cl,理论值,268.0397,1,H 1.007825,12,C 12.000000,14,N 14.003074,16,O 15.994915,35,Cl 35.968853,C,12,O,4,NH,9,Cl,MW 269,26,质谱定量分析,质谱的,特征离子强度,与,离子数目,成正比，通过离子强度可进行定量分析。,白酒产品,塑化剂检测,2.,质谱仪的发展简史,1912,年：世界第一台质谱装置,1940,年代,:,质谱仪用于同位素测定,1950,年代：分析石油,1960,年代：研究,GC-MS,联用技术,1970,年代：计算机引入,3.,质谱仪的分类,有机质谱仪：气质联用、液质联用、傅立叶变,换质谱仪、激光解吸质谱仪,无机质谱仪：,ICP-MS,同位素质谱仪：,