第1章有機質譜

1、第第1章章 有機質譜（有機質譜（MS）質譜( EI-MS) 樣品分子樣品分子氣化后氣化后, 在電離室電離形成在電離室電離形成 各種陽各種陽離子離子，在分析器中在電場和磁場的作用下分，在分析器中在電場和磁場的作用下分離聚焦，離聚焦，將收集到的離子按將收集到的離子按質質荷比荷比 （m/z）和相對豐度的大小排列成譜和相對豐度的大小排列成譜,即是質譜即是質譜.丁酮的質譜丁酮的質譜m/zMS的發(fā)展與特點: 高靈敏度高靈敏度, ,樣品用量少樣品用量少(ng)(ng)；高分辨率；高分辨率；快速快速, , 易與易與GC GC 、LCLC等聯(lián)用；等聯(lián)用；測定范圍廣測定范圍廣。第一節(jié) 基本原理一、MS產(chǎn)生過程v

2、. 電離室電離室 高壓區(qū)高壓區(qū)(1000 8000 V)加速加速 磁場磁場軌道偏轉軌道偏轉 檢測器檢測器 離子源離子源: 70 ev電子束轟擊。電子束轟擊。形成形成 各種陽離子各種陽離子例：例：CH3-CO-CH3 + e CH3 - CO - CH3+ + 2e CH3 - C O + + CH3加速電位加速電位e.分析器分析器zV = 1/2 mv2 , z: 電荷電荷 , V: 電位電位 v: 速度速度 R = ， R 偏轉軌道半徑偏轉軌道半徑，mvzV = , m/z 質荷比質荷比 H 2 R 22 Vmz低分辨質譜和高分辨質譜（低分辨質譜和高分辨質譜（HR-MS） 低分辨質譜儀低分辨

3、質譜儀: 即單聚焦質譜儀即單聚焦質譜儀,測得的質量數(shù)測得的質量數(shù)精確至為整數(shù)單位精確至為整數(shù)單位; 高分辨質譜儀高分辨質譜儀(HR-MS) : 即雙聚焦質譜儀即雙聚焦質譜儀,測得的測得的質量數(shù)精確至至少四位小數(shù)單位質量數(shù)精確至至少四位小數(shù)單位; 可把可把27. 9949(CO),28.0313(CH2=CH2), 28.0061 ( N2 ) 分開分開。 HR-MS是測定化合物精確分子量及推斷分子式的重要方法是測定化合物精確分子量及推斷分子式的重要方法三、 MS作用作用 測定分子量及推斷分子式測定分子量及推斷分子式. 鑒定未知物鑒定未知物(與已知物對照與已知物對照,查數(shù)據(jù)庫查數(shù)據(jù)庫).推測未知

4、物結構推測未知物結構第二節(jié)第二節(jié) 質譜中的離子質譜中的離子（EI-MS中）中）v一、分子離子與準分子離子一、分子離子與準分子離子v分子離子就是化合物受電子轟擊失去一個電分子離子就是化合物受電子轟擊失去一個電子形成的帶有子形成的帶有1個正電荷的離子。個正電荷的離子。其質量就是其質量就是分子量。對確定化合物分子式有重要的作用。分子量。對確定化合物分子式有重要的作用。 v1、分子離子、分子離子 的識別的識別v1）理論上是最高質量的離子。但最高質量的）理論上是最高質量的離子。但最高質量的離子不一定是分子離子。離子不一定是分子離子。v原因在于：原因在于：v同位素離子；同位素離子；v分子離子不穩(wěn)定，導致分

5、子離子不穩(wěn)定，導致M+不出現(xiàn)，或強度很小。不出現(xiàn)，或強度很小。 v M+和其他離子或氣體碰撞后產(chǎn)生質量更和其他離子或氣體碰撞后產(chǎn)生質量更大的離子。大的離子。v 雜質峰。雜質峰。v 分子量大，極性大難揮發(fā)的化合物，分子量大，極性大難揮發(fā)的化合物，M+小或不出現(xiàn)。小或不出現(xiàn)。v2）必須是一個奇電子離子。）必須是一個奇電子離子。v3）第一丟失峰合理。）第一丟失峰合理。v 15（CH3) , 17 (OH) , 18(H2O) ,28(CO) ，29(C2H5-, 或或CHO ) 合理合理.而而4 13， 21-26， 37， 38，50-53，65，66不合理。不合理。 v2、判斷、判斷M+ 注意下

6、列各點：注意下列各點： 氮律氮律:C、H、O 化合物化合物， M+質量是偶數(shù)。質量是偶數(shù)。v C、H、O、N 化合物化合物, N偶數(shù)，偶數(shù)，M+質量是偶數(shù)質量是偶數(shù),v N奇數(shù)，奇數(shù)，M+質量是奇數(shù)。質量是奇數(shù)。 碎片離子與準分子離子峰分析。碎片離子與準分子離子峰分析。v此外還應能滿足有機化合物的價鍵規(guī)律此外還應能滿足有機化合物的價鍵規(guī)律.3、 M+的豐度與結構的關系的豐度與結構的關系v芳香化合物芳香化合物共軛烯類共軛烯類脂環(huán)類脂環(huán)類直鏈烷烴直鏈烷烴硫硫醇醇酮酮 醛醛胺胺酯酯醚醚酸酸支鏈烷烴支鏈烷烴醇。醇。v天然產(chǎn)物中游離醌類、大部分黃酮苷元的天然產(chǎn)物中游離醌類、大部分黃酮苷元的M+都是基峰，

7、香豆素類的都是基峰，香豆素類的M+也很強，基峰通常也很強，基峰通常是失去是失去CO的苯駢呋喃離子。而苷類特別是皂的苯駢呋喃離子。而苷類特別是皂苷類因其揮發(fā)性強，苷類因其揮發(fā)性強，M+一般較弱甚至不出現(xiàn)。一般較弱甚至不出現(xiàn)。4、增強、增強M+峰豐度的方法峰豐度的方法v 降低電子束能量；降低電子束能量；v 改變電離方法：改變電離方法：v CI MS , FI MS, FD MS, v FAB MS, ESI-MSv 降低樣品氣化溫度；降低樣品氣化溫度；v 不穩(wěn)定或極性大的化合物（含不穩(wěn)定或極性大的化合物（含OH、NH2、 COOH等基團多的化合物）制成衍生物。等基團多的化合物）制成衍生物。 R1O

8、R2ROHCCCR3R4R1R2H3CCCH3CH3C2H5或或RCH3 分子離子峰的表示分子離子峰的表示: 分子受到電子轟擊變成分子離子時，最容易失去分子受到電子轟擊變成分子離子時，最容易失去n電子，其次是電子，其次是電子和電子和電子。表電子。表示分子離子時，要盡可能標明正電荷的位置，以便判斷裂解時鍵的斷裂部位。例如：示分子離子時，要盡可能標明正電荷的位置，以便判斷裂解時鍵的斷裂部位。例如： 分子中含有雜原子，如分子中含有雜原子，如O、S、N等，雜原子上的等，雜原子上的n電子容易失去，正電荷一般在雜電子容易失去，正電荷一般在雜原子上：原子上：分子中沒有雜原子但含有雙鍵，鍵上的電子容易被轟擊失

9、去，正電荷一般在雙鍵的某一個C原子上：分子中雜原子和雙鍵都沒有，正電荷一般在季C原子上：正電荷的位置不明確：5、準分子離子峰的區(qū)別、準分子離子峰的區(qū)別vM+H峰（碰撞峰）：峰（碰撞峰）：多見于醚、酯、胺、醇、多見于醚、酯、胺、醇、多元酸、氰化物等雜原子化合物中。提高電離室中多元酸、氰化物等雜原子化合物中。提高電離室中樣品壓力使之增強或提高排斥電位使之減小的方法樣品壓力使之增強或提高排斥電位使之減小的方法區(qū)別之。區(qū)別之。vM-H峰峰：多見于醛類等化合物中。降低電離：多見于醛類等化合物中。降低電離電壓使電壓使M+峰相對豐度增強。峰相對豐度增強。二、同位素離子二、同位素離子v元素有同位素：元素有同位

10、素：v 1H ， 2H ；12C ， 13 C；16O ，18 O；v 35Cl:37Cl=100:31.98（3：1）v 79Br:81Br=100:97.28（1：1）v 32S:33S=100:0.8 32S:34S=100:4.44v 在質譜中在質譜中出現(xiàn)出現(xiàn)比分子離子大一到幾個質量單比分子離子大一到幾個質量單位的峰位的峰分子離子的同位素峰分子離子的同位素峰。根據(jù)分子離根據(jù)分子離子的質荷比及其同位素峰的豐度，可以確定化子的質荷比及其同位素峰的豐度，可以確定化合物的分子式。同位素峰合物的分子式。同位素峰的相對豐度取決于所的相對豐度取決于所含某元素的數(shù)目及其天然豐度。含某元素的數(shù)目及其天然

11、豐度。元素同位素精密質量天然豐度%元素同位素精密質量天然豐度%H1H1.00782599.985P31P30.973763100.02H2.0141020.015S32S31.97207295.00C12C12.00000098.93133S32.9714590.7613C13.0033551.06934S33.9678684.22N14N14.00307499.6335S35.9670790.0215N15.0001090.37Cl35Cl34.96885375.53O16O15.99491599.7637Cl36.99998824.4717O16.9991310.04Br79Br78.91

12、833650.5418O17.9991590.2081Br80.91629049.46F19F18.998403100.0I127I126.904477100常見元素穩(wěn)定同位素的精密質量與天然豐度表常見元素穩(wěn)定同位素的精密質量與天然豐度表同位素13C/12C2H/1H17O/16O18O/16O33S/32S34S/32S15N/14N37Cl/35Cl81Br/79Br豐度比%1.080.0150.0400.200.804.440.3732.3997.86 常見元素穩(wěn)定同位素的天然豐度比表常見元素穩(wěn)定同位素的天然豐度比表1、氯、溴元素識別和數(shù)量的確定v若分子中含有若分子中含有n個相同的鹵素，

13、其輕、重同位個相同的鹵素，其輕、重同位素的天然豐度分別為素的天然豐度分別為a、b,則同位素簇峰的強則同位素簇峰的強度比用下式計算度比用下式計算:(a+b)n.v若含有若含有n個甲鹵素和個甲鹵素和m個乙鹵素，甲輕、重同個乙鹵素，甲輕、重同位素的天然豐度分別為位素的天然豐度分別為a、b；乙輕、重同位；乙輕、重同位素的天然豐度分別為素的天然豐度分別為c,d,則同位素簇峰的強度則同位素簇峰的強度比用下式計算比用下式計算:(a+b)n.(c+d)mv見見P15圖圖1-8v2、硫、硫元素識別和數(shù)量的確定元素識別和數(shù)量的確定3、碳、氫、氧、氮元素的數(shù)目估算、碳、氫、氧、氮元素的數(shù)目估算vC、H、O、N重同位

14、素對重同位素對M+1及及M+2峰的貢獻峰的貢獻v同位素峰的相對強度可以大略估算，例如同位素峰的相對強度可以大略估算，例如: C6H12O2 (M=116), M+1峰，峰，M+2 峰豐度：峰豐度：v M=100v M+1=(1.1 6) =6.6v M+2= (1.16)2/200 +0.2 2 = 0.62v 反過來，知道了反過來，知道了M，M+1，M+2 的強度，的強度，就可以推測分子式或實驗式（計算，查表）就可以推測分子式或實驗式（計算，查表）.vM , M+1, M+2 可由質譜圖可由質譜圖(表表)給予給予.三、碎片離子三、碎片離子齊墩果齊墩果-12-烯類烯類(烏蘇烏蘇-12-烯類烯類

15、)裂解圖裂解圖羽扇豆醇型三萜皂苷元裂解圖羽扇豆醇型三萜皂苷元裂解圖383苷類的裂解 齊墩果齊墩果-12-烯類化合物：烯類化合物： C環(huán)環(huán)RDA裂解，產(chǎn)生分別包括裂解，產(chǎn)生分別包括A、B環(huán)環(huán)(m/z240)和和D、E環(huán)環(huán)(m/z248)的碎片離子，結合碳譜數(shù)據(jù)可知分子量的碎片離子，結合碳譜數(shù)據(jù)可知分子量M=488，分子式為，分子式為C30H48O5。D、E環(huán)特征碎片環(huán)特征碎片248, 233(248-CH3+, ), 203(248-COOH+), 133以及以及A、B環(huán)特征碎片環(huán)特征碎片240, 222(240-H2O+), 204(240-2H2O+)。 2,3,24-trihy droxy

16、-olea-12-en-28-oic acid的EI-MS 裂解不是在電離室中發(fā)生而是在飛行過程中發(fā)生裂解不是在電離室中發(fā)生而是在飛行過程中發(fā)生的的.m1+ m2+則亞穩(wěn)離子出現(xiàn)在則亞穩(wěn)離子出現(xiàn)在m*= m22/ m1 其特征是其特征是峰弱且鈍峰弱且鈍, m/z多不是整數(shù)多不是整數(shù)四四 亞穩(wěn)離子亞穩(wěn)離子作用：闡明裂解途徑用以識別作用：闡明裂解途徑用以識別M+峰峰去焦技術：青蒿素分子量的確定去焦技術：青蒿素分子量的確定五五 重排離子重排離子v1)麥氏重排麥氏重排其條件是其條件是:有一個雙鍵和有一個雙鍵和 位上有氫原子位上有氫原子。4-辛酮的麥氏重排辛酮的麥氏重排2)RDA重排第三節(jié) MS的發(fā)展v

17、一、軟電離技術v1、化學電離（、化學電離（CI - MS）v借助于離子借助于離子-分子碰撞反應使樣品分子離子化的質譜方法。分子碰撞反應使樣品分子離子化的質譜方法。所形成的所形成的Q M+豐度大，但碎片離子少。豐度大，但碎片離子少。v2、場電離（、場電離（FI-MS） 和場解吸（和場解吸（FD-MS）：）： M+豐度大，但豐度大，但碎片離子少。碎片離子少。vFI-MS是氣態(tài)分子在強電場作用下發(fā)生的電離；是氣態(tài)分子在強電場作用下發(fā)生的電離；vFD-MS原理與原理與FI-MS相似只在樣品引入方式上不同，通過解相似只在樣品引入方式上不同，通過解吸使樣品擴散到高場強的場發(fā)射區(qū)電離，無需氣化。適用于吸使樣

18、品擴散到高場強的場發(fā)射區(qū)電離，無需氣化。適用于難氣化和熱不穩(wěn)定化合物。難氣化和熱不穩(wěn)定化合物。 CI MS實例FI-MS，F(xiàn)D-MS實例v3、快原子轟擊質譜（、快原子轟擊質譜（FAB-MS）vQ M+豐度大，分子量易于測定豐度大，分子量易于測定 。但碎片離子。但碎片離子少且基質干擾較大。少且基質干擾較大。v適用于熱不穩(wěn)定、極性大、分子量大化合物。適用于熱不穩(wěn)定、極性大、分子量大化合物?？煸愚Z擊電離源示意圖快原子轟擊電離源示意圖十八烷醇的十八烷醇的FAB-MS4、電噴霧質譜（ESI-MS）vESI-MS電離是在樣品溶液的液滴變成蒸氣產(chǎn)生離子電離是在樣品溶液的液滴變成蒸氣產(chǎn)生離子發(fā)射過程中完成的

19、。發(fā)射過程中完成的。v能產(chǎn)生多電荷離子，提供能產(chǎn)生多電荷離子，提供Q M+的信息，用于生物大的信息，用于生物大分子的分子量測定。分子的分子量測定。5、基質輔助質譜（、基質輔助質譜（MALDI-MS）v用于生物大分子的分子量測定。用于生物大分子的分子量測定。v二、混合物的質譜分析v色譜色譜-質譜聯(lián)用技術質譜聯(lián)用技術第四節(jié)第四節(jié) 分子式的測定和不飽和度的計算分子式的測定和不飽和度的計算v一、一、 同位素峰豐度法同位素峰豐度法v (M+1)% =1.1nc+0.38nNv(M+2)% =0.006 nc2 +0.2nov例一、二例一、二v二、二、Beynon表法表法.v三、含單同位素元素的分子式推定

20、三、含單同位素元素的分子式推定v四、元素分析法四、元素分析法.v五、 精密質量法精密質量法(高分辨質譜法高分辨質譜法)v 精密到小數(shù)點后第四位精密到小數(shù)點后第四位,誤差誤差 0.006v 例例: M+ = 100.0524, 0.006, M+ 應在應在v 100.0464 100.0584之間之間v 查表查表: CH4N6 100.049741v C3H6N3O 100.051083v C5H8O2 100.052426v C4H7NO2 100.047675v因此，該化合物應為因此，該化合物應為 C5H8O2 。v六、質譜結合碳譜等信息推斷分子式六、質譜結合碳譜等信息推斷分子式v七、不飽和

21、度的計算。七、不飽和度的計算。 第五節(jié)第五節(jié) 有機分子有機分子MS裂解的一般規(guī)律裂解的一般規(guī)律（自學）（自學）v一、質譜裂解的理論一、質譜裂解的理論v二、質譜裂解的基本規(guī)律二、質譜裂解的基本規(guī)律v四、各類化合物的裂解方式和特征四、各類化合物的裂解方式和特征v烷烴類烷烴類v烯烴類烯烴類v醇和酚類醇和酚類v醛酮類醛酮類v醚類醚類v酸酯類酸酯類v胺和酰胺類胺和酰胺類v五、熟悉表五、熟悉表1-5，1-6，1-7的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)芳烴類芳烴類第六節(jié)第六節(jié) MS的解析的解析v1、確定分子式并計算不飽和度 增強M+峰強度；M+峰的判斷。v2、確定結構碎片和結構式v譜圖全貌的特點譜圖全貌的特點v高質量端和低質量端的離子高質量端和低質量端的離子v亞穩(wěn)離子和特征峰的分析亞穩(wěn)離子和特征峰的分析v結構的推斷結構的推斷v某化合物分子式為C7H8O，試根據(jù)其質譜解析化合物的結構式。v質譜中有質譜中有m/z 39，51，65，77等芳香化合物等芳香化合物的特征離子，可見含有苯環(huán)（的特征離子，可見含有苯環(huán)（-C6H5）。在高）。在高端質量區(qū)端質量區(qū)m/z 93與與m/z108之間相差之間相差15，推斷，推斷m/z108為分子離子峰?；衔锏姆肿恿繛闉榉肿与x子峰?；衔锏姆肿恿繛?08，扣除，扣除-C6H5和和- CH3，化合物應還有，化合物應還有1個個氧原子，符合其分子式氧原子，符合其分子式C7H8O。vm/