有機(jī)質(zhì)譜2015

1、分析測試中心分析測試中心胡耀銘胡耀銘 宋國新宋國新二一五年四月二一五年四月高等結(jié)構(gòu)分析高等結(jié)構(gòu)分析有機(jī)質(zhì)譜基本技術(shù)簡介有機(jī)質(zhì)譜基本技術(shù)簡介實(shí)驗(yàn)室：科學(xué)樓317/319室電 話：65643012 E-mail: 質(zhì)譜是什么? 質(zhì)譜是一種特殊的“稱重”技術(shù)質(zhì)譜是一種測定各種物質(zhì)的原子、分子質(zhì)量的分析方法。質(zhì)量是物質(zhì)的固有特性之一，不同的物質(zhì)有不同的質(zhì)量譜質(zhì)譜，利用這一性質(zhì)，可以進(jìn)行定性分析； 質(zhì)譜譜峰的強(qiáng)度也與它代表的化合物的含量有關(guān)，利用這一點(diǎn)，可以進(jìn)行定量分析。質(zhì)譜分析法是化學(xué)領(lǐng)域中非常重要的一種分析方法，這是一項(xiàng)測量離子質(zhì)量和強(qiáng)度的技術(shù)，它通過測定分子質(zhì)量和相應(yīng)的離子電荷（質(zhì)荷比m/z）實(shí)現(xiàn)

2、樣品中分子結(jié)構(gòu)的分析。 英國物理學(xué)家J.J.Thomson（1906年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者）在上世紀(jì)初即開展了正電荷離子束的物理學(xué)研究，并于1910年研制了世界上第一臺質(zhì)譜儀。 Thomson利用低壓放電離子源所產(chǎn)生的具有高速度的正電荷離子束，通過一組電場和磁場，這時(shí)不同質(zhì)荷比的正電荷離子按不同質(zhì)量發(fā)生曲率不同的拋物線軌道偏轉(zhuǎn)，依次到達(dá)檢測器，在感光干板上被記錄下來，從而發(fā)明了質(zhì)譜法。質(zhì)譜分析法發(fā)展到今天，已在許多科學(xué)研究及生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮十分重要的作用。根據(jù)發(fā)展歷程和使用的學(xué)科領(lǐng)域不同，可把質(zhì)譜分成：同位素質(zhì)譜無機(jī)質(zhì)譜有機(jī)質(zhì)譜生物質(zhì)譜等幾大類同位素質(zhì)譜同位素質(zhì)譜實(shí)際上，最初質(zhì)譜分析工作是從同位素

3、分析開始的，這方面的工作包括發(fā)現(xiàn)元素的新的同位素及測定同位素含量兩個(gè)方面。英國物理學(xué)家F.W.Aston，長期從事同位素和質(zhì)譜的研究。他首次制成了聚焦性能較高的質(zhì)譜儀，并用此來對許多元素的同位素及其豐度進(jìn)行測量，從而肯定了同位素的普遍存在。同時(shí)根據(jù)對同位素的研究，他還提出了元素質(zhì)量的整數(shù)法則。因此他榮獲了1922年的諾貝爾化學(xué)獎。早期的質(zhì)譜分析工作集中于元素的天然同位素發(fā)現(xiàn)及豐度測定。這方面的數(shù)據(jù)積累為確立目前通用的以12C為基準(zhǔn)的原子質(zhì)量單位體系提供了基礎(chǔ)。這是質(zhì)譜對物理學(xué)和化學(xué)的一大貢獻(xiàn)。目前這方面的分析、研究工作已基本結(jié)束，同位素分析集中到特定環(huán)境下的同位素含量測定上。 質(zhì)譜是同位素地質(zhì)

4、學(xué)研究的重要工具，通過測定地質(zhì)樣品（巖石、礦物、化石等）中某些同位素的含量，可確定其形成年代，為地質(zhì)學(xué)及考古工作提供可靠的信息。用質(zhì)譜分析同位素標(biāo)記化合物也是研究有機(jī)反應(yīng)歷程以及生物體的新陳代謝機(jī)理，特別是人體內(nèi)的代謝過程的有效方法。無機(jī)質(zhì)譜無機(jī)質(zhì)譜包括無機(jī)物的定性、定量及材料的表面分析等。用火花源質(zhì)譜分析法，原則上可測定周期表上從氫到鈾的全部元素，檢測靈敏度可達(dá)(10-1210-13)g (pg級)。無機(jī)質(zhì)譜分析的一個(gè)重要領(lǐng)域是對固體樣品進(jìn)行“立體”分析，包括微區(qū)分析、表面分析、縱深分析、逐層分析等。 有機(jī)質(zhì)譜有機(jī)質(zhì)譜它是針對有機(jī)物的質(zhì)譜分析方法，與核磁共振譜、紅外光譜、紫外光譜一起被稱為有

5、機(jī)結(jié)構(gòu)分析的“四大譜”。有機(jī)質(zhì)譜研究的真正興起是在上世紀(jì)50年代以后，主要朝著兩方面發(fā)展，其一是研究有機(jī)物離子裂解機(jī)理，另一方面是運(yùn)用質(zhì)譜推導(dǎo)有機(jī)分子結(jié)構(gòu)。 有機(jī)質(zhì)譜分析雖起步較晚，但發(fā)展十分迅速，它已成為當(dāng)前質(zhì)譜學(xué)研究中的主要分支，是有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)和成分分析的主要工具。 與其它“三大譜”相比，它提供了有機(jī)化合物最直觀的特征信息，即分子量及官能團(tuán)碎片結(jié)構(gòu)信息。在某些情況下，這些信息足以確定一個(gè)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)。在高分辨條件下，將質(zhì)譜信號通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算，可以獲知其元素組成，因此，質(zhì)譜儀還具有元素分析的功能，廣泛應(yīng)用于各種有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)分析。 同時(shí)，由于與分離型儀器（氣相色譜儀、液相色譜儀等）實(shí)

6、現(xiàn)了聯(lián)用，質(zhì)譜可以直接分析混合有機(jī)物，成為復(fù)雜混合物成分分析的最有效工具。在有機(jī)質(zhì)譜應(yīng)用方面，1985年英國薩塞克斯大學(xué)(University of Sussex)的波譜學(xué)家H.W.Kroto與美國萊斯大 學(xué)(Rice University)兩名教授R.E.Smalley和R.F.Curl合作研究，利用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)碳元素可以形成由60個(gè)或70個(gè) 碳原子構(gòu)成的有籠狀結(jié)構(gòu)的C60和C70分子，這一發(fā)現(xiàn)引起 科學(xué)界特別是物理學(xué)和化學(xué)界的強(qiáng)烈反響，成為上世紀(jì)后半葉的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。11年后，三位科學(xué)家因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)C60并提出其分子結(jié)構(gòu)模型而榮獲1996年諾貝爾化學(xué)獎。 “石墨烯概念”生物質(zhì)譜生物質(zhì)譜 隨著

7、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是1988年以后，科學(xué)家們研究出了電噴霧電離質(zhì)譜(ESI)和基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF)，開創(chuàng)了有機(jī)質(zhì)譜分析研究生物大分子的新領(lǐng)域。2002年諾貝爾化學(xué)獎分別表彰了兩項(xiàng)成果，一項(xiàng)是美國科學(xué)家約翰芬恩與日本科學(xué)家田中耕一發(fā)明了對生物大分子進(jìn)行確認(rèn)和結(jié)構(gòu)分析的方法和發(fā)明了對生物大分子的質(zhì)譜分析法，他們兩人共享2002年諾貝爾化學(xué)獎一半的獎金；另一項(xiàng)是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼?維特里希發(fā)明了利用核磁共振技術(shù)測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法，他獲得了2002年諾貝爾化學(xué)獎另一半的獎金。用質(zhì)譜技術(shù)分析研究糖、核酸、多肽、蛋白質(zhì)，這方面的許多成功的研究工作都標(biāo)志著質(zhì)

8、譜作為一種生化分析方法將占據(jù)重要的地位， 有機(jī)質(zhì)譜已跨出了近代結(jié)構(gòu)化學(xué)和分析化學(xué)領(lǐng)域而進(jìn)入了生命科學(xué)的范疇，生物質(zhì)譜正在成為質(zhì)譜研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。 同位素質(zhì)譜和無機(jī)質(zhì)譜是質(zhì)譜中的小分支，前者主要在與放射性同位素有關(guān)的部門應(yīng)用，后者主要在礦產(chǎn)、地質(zhì)、冶金、半導(dǎo)體材料和原子能工業(yè)中應(yīng)用。生物質(zhì)譜則是一個(gè)全新的領(lǐng)域，尚需作進(jìn)一步探討研究。相對而言，有機(jī)質(zhì)譜是質(zhì)譜中的最大分支，不僅應(yīng)用學(xué)科領(lǐng)域廣泛、部門多，而且儀器數(shù)量很大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，上世紀(jì)80年代，我國每年引進(jìn)有機(jī)質(zhì)譜儀器30多臺，90年代每年引進(jìn)50多臺，進(jìn)入新世紀(jì)后，每年更是超過100 臺。從事這項(xiàng)工作的人數(shù)也很多，目前我國從事有機(jī)質(zhì)譜分析研

9、究工作的專職科技人員近3000人?？梢赃@樣說，一切與有機(jī)化學(xué)有關(guān)聯(lián)的學(xué)科與部門，諸如生物化學(xué)、生命科學(xué)、化工、醫(yī)藥、試劑、輕工、食品、商檢、林業(yè)、農(nóng)藥、石油、地質(zhì)、公安、法檢、航天、國防、環(huán)境監(jiān)測、致癌物質(zhì)和興奮劑檢測等，都要裝備有機(jī)質(zhì)譜儀。因此，本課程將以介紹有機(jī)質(zhì)譜的工作原理、實(shí)驗(yàn)儀器和圖譜解析為主，希望能給大家今后的學(xué)習(xí)、工作有所幫助。有機(jī)質(zhì)譜方法原理有機(jī)質(zhì)譜分析的方法原理是：將被測物質(zhì)分子電離成各種不同質(zhì)荷比m/z的帶電粒子，然后在電場、磁場或電與磁的組合場的作用下，使這些帶電粒子按質(zhì)荷比大小在空間或時(shí)間上產(chǎn)生分離，并測量離子峰的強(qiáng)度，以此獲得化合物的分子量及其它有關(guān)結(jié)構(gòu)信息。 農(nóng)藥D

10、DE質(zhì)譜圖 由儀器直接紀(jì)錄下來的質(zhì)譜圖是一系列尖峰，為了簡化譜圖，常用棒圖表示。其橫坐標(biāo)為質(zhì)荷比(m/z)，縱坐標(biāo)為離子峰的強(qiáng)度。 A: 離子的相對強(qiáng)度離子的相對強(qiáng)度 (Y Axis)B: 離子的質(zhì)量與電荷比離子的質(zhì)量與電荷比 (m/z, X Axis)C: 質(zhì)譜圖中最強(qiáng)的峰稱為基峰質(zhì)譜圖中最強(qiáng)的峰稱為基峰 (Base Peak)D: 相對于特定的檢測器時(shí)稱為峰的絕對強(qiáng)度相對于特定的檢測器時(shí)稱為峰的絕對強(qiáng)度E: 所有質(zhì)譜峰對應(yīng)的是離子電信號強(qiáng)度和離子應(yīng)在的所有質(zhì)譜峰對應(yīng)的是離子電信號強(qiáng)度和離子應(yīng)在的m/z位置位置 而非真實(shí)的離子強(qiáng)度和離子而非真實(shí)的離子強(qiáng)度和離子 F: 棒狀譜棒狀譜 (Cent

11、roidal Peak)G: 高斯峰高斯峰 (Gauss Peak） 有機(jī)質(zhì)譜圖有機(jī)質(zhì)譜圖GF在質(zhì)譜學(xué)中，質(zhì)量是以12C的1/12為一個(gè)單位，記作amu或u。在12C的1/12定義中：1H=1.0078246， 12C=12.0000000， 13C=13.0033554，14N=14.0030738， 15N=15.0001088， 16O=15.9949141， 18O=17.9991616， 19F=18.9984082， 32S=31.9720727， 35Cl=34.9888531，37Cl=36.9659034。 在有機(jī)質(zhì)譜中，每個(gè)質(zhì)量峰都是由一定數(shù)量的C、H、O、N、S、Cl等元

12、素組成，因此每個(gè)質(zhì)量峰有它的質(zhì)量。高分辨有機(jī)質(zhì)譜儀可以精確地測出一個(gè)質(zhì)量峰的質(zhì)量到小數(shù)點(diǎn)后45位。 我們稱構(gòu)成一個(gè)質(zhì)量峰的各元素中質(zhì)子和中子數(shù)的總和為質(zhì)量數(shù)，或者以原子質(zhì)量單位計(jì)算的接近整數(shù)的數(shù)，例如O2=32，H2O=18，并以此來表示質(zhì)量。低分辨有機(jī)質(zhì)譜儀只能測出每個(gè)質(zhì)量峰的質(zhì)量數(shù)。質(zhì)譜中的縱坐標(biāo)可以是以電壓，長度，電子數(shù)為單位，也可以是無量綱的相對比值，通常用歸一化的相對比值。有機(jī)質(zhì)譜常用術(shù)語有機(jī)化合物分子失去一個(gè)或數(shù)個(gè)電子，形成正離子；獲得一個(gè)或數(shù)個(gè)電子就形成負(fù)離子。失去或得到一個(gè)電子形成的正離子或負(fù)離子叫單電荷離子；失去或得到數(shù)個(gè)電子形成的正離子或負(fù)離子叫多電荷離子。在質(zhì)譜分析過程中

13、，產(chǎn)生正離子的機(jī)會要比負(fù)離子多，一般情況下都取正離子進(jìn)行分析，特殊情況下也作負(fù)離子分析（如分析有機(jī)氯農(nóng)藥等）。 分子失去一個(gè)電子所形成的正離子稱為分子離子，它的質(zhì)荷比值即代表了試樣分子所對應(yīng)的分子量數(shù)值。分子得到一個(gè)質(zhì)子所形成的正離子稱為準(zhǔn)分子離子。分子離子有可能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，由分子離子碎裂產(chǎn)生的離子稱碎片離子，而伴有原子或原子團(tuán)轉(zhuǎn)移的碎裂過程所產(chǎn)生的離子稱重排離子。有機(jī)質(zhì)譜中，通常是把13C、2H、17O、15N、37Cl等低豐度同位素參與組成的分子離子稱為同位素離子。DDE質(zhì)譜圖中，m/z316為DDE的分子離子峰，m/z318、320、322為它的同位素峰，其它低質(zhì)量的離子為碎片離子峰，均

14、由分子離子進(jìn)一步碎裂所形成質(zhì)譜是化合物固有的特性之一，不同的化合物除一些異構(gòu)體之外，有不同的質(zhì)譜，利用這個(gè)性質(zhì)可以進(jìn)行定性分析。有機(jī)質(zhì)譜定性分析就是根據(jù)一張質(zhì)譜給出的信息確定被分析化合物的分子量、分子式，并力求獲得結(jié)構(gòu)式。質(zhì)譜峰的強(qiáng)度與它代表的化合物的含量成正比，混合物的質(zhì)譜，是各成份的質(zhì)譜的算術(shù)加和譜，利用這一點(diǎn)，可以進(jìn)行定量分析。 有機(jī)質(zhì)譜儀器構(gòu)成數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)樣裝置離子源質(zhì)量分析器離子檢測器真空系統(tǒng)離子源離子源檢測器檢測器質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器離子源（離子的產(chǎn)生） 為了獲得一個(gè)化合物的質(zhì)譜，首先應(yīng)將樣品分子變成帶電粒子正離子或負(fù)離子，離子源就是使中性分子電離成離子的裝置。在多數(shù)情況下，離子源還

15、需完成第二個(gè)任務(wù)，就是將離子引出、加速和聚焦，使離子束具有一定的幾何形狀和一定的能量。常用的幾種離子源有：電子轟擊型離子源(Electron ImpactEI源) 化學(xué)電離源(Chemical IonizationCI源) 快原子轟擊源（Fast Atom BombardmentFAB源） 大氣壓電離源(Atmospheric Pressure IonizationAPI源) 電子轟擊型離子源(Electron ImpactEI源)電子轟擊電離(EI) A+M B+ C+ . . . . . . M-e 這是一種試樣分子經(jīng)電子流轟擊電離成離子的方法，是有機(jī)質(zhì)譜中應(yīng)用最廣的常規(guī)型離子源。一般有機(jī)

16、化合物的電離電位約為10電子伏特，當(dāng)以大于這個(gè)能量的電子轟擊化合物分子時(shí)，會使化合物分子處于激發(fā)態(tài)，可能使分子電離為離子，也可能發(fā)生斷裂產(chǎn)生碎片離子。 正是這些斷裂和化合物的結(jié)構(gòu)有關(guān)，在一定能量的電子轟擊下，可以得到該化合物具有特征性的“指紋”信息。 電子能量對質(zhì)譜有很大的影響，通常采用降低電離電壓(電子能量)的方法，以求獲得較強(qiáng)的分子離子峰。但這時(shí)離子的絕對強(qiáng)度大大下降靈敏度急劇下降，有時(shí)仍然沒有分子離子峰。正因?yàn)槿绱耍瑖H上采用70eV的質(zhì)譜為標(biāo)準(zhǔn)譜，在70eV下電離效率達(dá)到最大值。WILEY 質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫 第8版 EI源能夠獲得廣泛應(yīng)用的原因是： 電離效率高(確保質(zhì)譜儀具有很高的靈敏度)，

17、 能量分散小(確保質(zhì)譜儀有較高的分辨本領(lǐng))， 結(jié)構(gòu)簡單， 操作簡便， 可給出化合物的“指紋”信息， 可作質(zhì)量校準(zhǔn)。 電子轟擊源（ EI源）盡管有上述多種優(yōu)點(diǎn)，但它存在二個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)：樣品必須汽化為分子狀態(tài)導(dǎo)入電離盒，方可實(shí)現(xiàn)電離。這對于熱不穩(wěn)定性物質(zhì)或不易揮發(fā)性物質(zhì)是不適用的。大多數(shù)情況下，找不到分子離子峰，不利于確定分子量。為了彌補(bǔ)EI源的不足，發(fā)展了其它類型離子源。 化學(xué)電離源(Chemical IonizationCI源)化學(xué)電離源需要一種反應(yīng)物，最常用的是甲烷，當(dāng)甲烷(CH4)和樣品一起導(dǎo)入密封性良好的電離盒時(shí)，CH4分子首先被燈絲發(fā)射的電子轟擊電離，而由于樣品的分壓很小，所以很少可能直

18、接被電離。在高能量的電子轟擊下，CH4分子被電離CH4 + e CH4+ + 2eCH4+ CH3+ + H離子CH4+和CH3+與周圍大量的CH4分子產(chǎn)生分子離子反應(yīng)：CH4+ + CH4 CH5+ + CH3CH3+ + CH4 C2H5+ + H2然后，這些正離子與樣品分子碰撞，使樣品分子電離。絕大多數(shù)樣品分子與CH5+碰撞，發(fā)生分子離子反應(yīng)產(chǎn)生(M+1)離子： M + CH5+ (M+1)+ + CH4還可能出現(xiàn)其他形式的分子離子反應(yīng)。 M + C2H5+ (M+29)+ M + C3H5+ (M+41)+ 在CI源中，電子流首先使反應(yīng)氣如甲烷、氫氣、氨氣等離子化，然后這些反應(yīng)氣離子再

19、與試樣分子發(fā)生分子離子反應(yīng)，使試樣分子離子化。在此過程中沒有發(fā)生像EI源那樣強(qiáng)烈的能量交換，因而樣品的碎片峰少，與分子有關(guān)的峰很強(qiáng)，是EI源的一個(gè)補(bǔ)充。這種電離方式又稱為軟電離技術(shù)。CI源的優(yōu)點(diǎn)：可得到準(zhǔn)分子離子峰，便于確定化合物的分子量。CI譜中有定性價(jià)值的碎片峰往往比EI譜還要強(qiáng),更宜于做選擇離子檢測（可提高檢測靈敏度23個(gè)數(shù)量級）。對某些化合物（如鹵代物、硝基化合物），CI源的負(fù)離子比正離子強(qiáng)，可作負(fù)離子檢測（選擇性電離）。CI源的缺點(diǎn)：樣品仍需汽化，對熱不穩(wěn)定和不易揮發(fā)的化合物仍然不適用。 碎片峰少，缺乏EI源的碎片譜的“指紋”信息。CI譜隨反應(yīng)氣的不同，離子源結(jié)構(gòu)、溫度、壓力的不同以

20、及電子能量的不同而變化。因而CI譜沒有標(biāo)準(zhǔn)譜可供參考。 快原子轟擊源（Fast Atom BombardmentFAB源）將快速Ar原子(或Xe原子)轟擊涂敷有某種底物的靶面上的試樣，使試樣分子離子化的方法。適用于分析高分子、熱不穩(wěn)定或強(qiáng)極性化合物如肽、糖類、維生素、抗菌素等。這種電離方式得到的離子除分子離子、準(zhǔn)分子離子或(M-1)+離子之外，還有一些碎片離子，可以幫助解析結(jié)構(gòu)。大氣壓電離源(Atmospheric Pressure IonizationAPI源)主要用作液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用接口。大氣壓電離源是將毫居里級的63Ni放射源放在一個(gè)箔上，置于大氣壓下。當(dāng)液相色譜的流出物通過時(shí)，產(chǎn)生一系

21、列分子離子反應(yīng)，使樣品分子電離。大氣壓區(qū)域產(chǎn)生的離子通過直徑25m的小孔進(jìn)入質(zhì)譜儀離子源的透鏡系統(tǒng)從而進(jìn)行質(zhì)譜測定。API源的特點(diǎn)是樣品不需要經(jīng)過汽化，液相色譜流出物不經(jīng)過加熱，有利于熱不穩(wěn)定和不揮發(fā)性物質(zhì)的分析。 其它類型的離子源解析化學(xué)電離源(Desorption Chemical IonizationDCI源) 場致電離和場解電離源(Field Ionization and Field Desorption IonizationFI和FD源) 電噴霧電離源（Electrospray IonizationESI源）基質(zhì)輔助激光解析電離源（Matrix-assisted laser deso

22、rption ionizationMALDI源）分別用于不同樣品的質(zhì)譜測定。電噴霧電離源（Electrospray IonizationESI源）質(zhì)量分析器（濾質(zhì)器，離子的分離） 質(zhì)量分析器的作用是使從離子源過來的離子獲得質(zhì)量色散，也就是說使離子按質(zhì)荷比值（m/z）大小進(jìn)行分離和排列。分離離子的原理與質(zhì)量分析器的種類有關(guān)，常見的質(zhì)量分析器有：磁場質(zhì)量分析器 四極質(zhì)量分析器 離子阱質(zhì)量分析器 飛行時(shí)間質(zhì)量分析器 傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)量分析器 磁場質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器: 磁質(zhì)譜儀磁質(zhì)譜儀磁場質(zhì)量分析器由分析管（半徑為R）、磁鐵等組成。在離子源內(nèi)生成的質(zhì)量為m，電荷為z的離子，在加速電

23、壓U的作用下，以速度V進(jìn)入強(qiáng)度為B的均勻磁場，受到與離子運(yùn)動方向和磁場方向垂直的力，沿著曲率半徑為r的軌道運(yùn)動。離子的質(zhì)荷比（m/z）與各參數(shù)的關(guān)系可由下式表示： m/z=Kr2B2/U只有適當(dāng)質(zhì)荷比（m/z）的離子，其對應(yīng)的r與分析管的半徑R相同,才能進(jìn)入檢測器。當(dāng)B或U連續(xù)掃描時(shí)，各不同質(zhì)量數(shù)所對應(yīng)的離子束依次通過收集狹縫，進(jìn)入檢測器而測得整個(gè)質(zhì)譜。四極質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器: 四極質(zhì)譜儀四極質(zhì)譜儀四極質(zhì)量分析器由四根平行的極桿組成，相對的兩桿連在一起構(gòu)成兩對電極。在兩對電極上分別加上直流電壓U和高頻電壓Vcost（是高頻電壓角頻率，t是時(shí)間），在電極包圍的空間產(chǎn)生雙曲型電場。在特

24、定的四極場中，某一質(zhì)荷比的離子能作穩(wěn)定的振蕩，通過四極場而被接收，其它質(zhì)荷比的離子則被濾掉。因此，在保持直流電壓(U)和射頻電壓(V)振幅比值恒定而連續(xù)改變它們的值時(shí)(掃描)，不同質(zhì)荷比的離子依次通過四極場而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離。離子阱質(zhì)量分析器 質(zhì)量分析器:離子阱質(zhì)譜儀 內(nèi)離子源離子阱Top EndcapBottom EndcapRing ElectrodeFilament assembly oGC column inletIon MultiplierDetector這是一種三維空間旋轉(zhuǎn)對稱四極質(zhì)量分析器，最早于1953年由W. Poul提出技術(shù)原理，他也因此而獲得了1989年諾貝爾物理學(xué)獎。這種分

25、析器的獨(dú)特之處是離子束可以“儲存”在由上頂蓋、環(huán)形電極和下尾蓋所組成的內(nèi)部空間“陷阱”內(nèi)。當(dāng)射頻增加時(shí)，低質(zhì)量數(shù)至高質(zhì)量數(shù)的離子依次變得不穩(wěn)定而穿過下尾蓋被檢測，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離。 飛行時(shí)間質(zhì)量分析器以脈沖方式產(chǎn)生的離子進(jìn)入無場區(qū)后，不同質(zhì)荷比的離子漂移速度不同，因而到達(dá)檢測器的時(shí)間不同從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離。這種質(zhì)量分析器的特點(diǎn)是質(zhì)量分析范圍原理上不受限制，主要用于生物大分子方面的結(jié)構(gòu)測定。TDC/ADC MemoryeFast ClockSTOPPEDRUNNING飛行時(shí)間質(zhì)量分析器t, S30質(zhì)量分析器：正交加速飛行時(shí)間質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器：正交加速飛行時(shí)間質(zhì)譜儀傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)量分析器這

26、是一種離子被捕集在被稱為捕集極、發(fā)射極和接收極的六面體形狀的分析池內(nèi)作回旋運(yùn)動的質(zhì)量分析器。在高真空及超導(dǎo)強(qiáng)磁場下，不同的質(zhì)荷比的離子對應(yīng)著相應(yīng)的回旋頻率。用發(fā)射極上的射頻頻率來掃描時(shí)，離子就產(chǎn)生回旋共振，使回旋半徑逐漸擴(kuò)大而被接收極檢測，此時(shí)所得到的各種頻率衰減的余弦波疊加的時(shí)間域信號，再經(jīng)計(jì)算機(jī)作快速傅立葉變換處理后，得到常規(guī)質(zhì)譜圖的質(zhì)量分析器。檢測器（離子的檢測） 由離子收集器、放大器及記錄器所構(gòu)成。常用的有法拉第筒接收器、電子倍增器以及光電倍增管。前者精確度高，而后者因有較高的靈敏度而被普遍采用。 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)一般包括：低真空前級泵（機(jī)械泵）高真空泵(擴(kuò)散泵和分子渦輪泵較常用) 真

27、空測量儀表和真空閥件、管路等。 機(jī)械泵機(jī)械泵擴(kuò)散泵擴(kuò)散泵分子渦輪泵分子渦輪泵真空系統(tǒng)是質(zhì)譜儀器的重要組成部分，因?yàn)樗婕暗皆S多部件的工作原理：離子源中發(fā)射電子的燈絲（如EI源、CI源等）在氧氣較多的情況下會燒毀，因而要求燈絲必須在高真空狀態(tài)下工作。高氣壓會干擾離子源中電子束的正常調(diào)節(jié)，還會引起高達(dá)數(shù)千伏特的離子加速電壓放電，導(dǎo)致?lián)p壞電離室和高壓供電線路。高真空還有利于樣品的揮發(fā)，減少本底的干擾，避免在電離室內(nèi)發(fā)生分子離子反應(yīng)，減少圖譜的復(fù)雜性。生成的離子在運(yùn)動中也必須有一定的分子自由程，否則離子間的相互作用會引起離子偏轉(zhuǎn)而到不了收集器?？偠灾?，在質(zhì)譜測定過程中，凡是有樣品分子和離子通過或存在

28、的地方都必須抽成高真空，壓力要求為10-410-6Pa。計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)是現(xiàn)代質(zhì)譜儀器不可缺少的一部分，由接口、計(jì)算機(jī)、軟件構(gòu)成。它不僅用作數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、檢索和儀器的自動控制，而且還拓寬了質(zhì)譜儀的功能。主要功能有： 調(diào)諧程序 數(shù)據(jù)采集程序 數(shù)據(jù)處理程序 譜庫檢索程序 診斷程序 調(diào)諧程序一般質(zhì)譜儀都設(shè)有自動調(diào)諧程序，可以自動調(diào)整儀器的靈敏度、分辨力在最佳狀態(tài)，并進(jìn)行質(zhì)量數(shù)的校正。數(shù)據(jù)采集程序控制儀器的工作參數(shù)，進(jìn)行掃描方式選擇（正常全掃描、選擇離子掃描）和色譜條件控制等。 數(shù)據(jù)采集程序選擇離子掃描可提高靈敏度，比正常全掃描高23個(gè)數(shù)量級。 原因是：一方面采集的本底較低，另一

29、方面，由于只對少數(shù)幾個(gè)特征離子峰進(jìn)行反復(fù)掃描，收集到的信息量較多。在正常全掃描中，當(dāng)記錄某一個(gè)質(zhì)量峰時(shí)，其余峰均被偏轉(zhuǎn)掉，這些信息就被浪費(fèi)了。例如在正常全掃描中，若以3s掃0300個(gè)質(zhì)量峰，則每個(gè)質(zhì)量占有的時(shí)間僅有0.01s，若在3s內(nèi)僅記錄3個(gè)特征離子峰，每個(gè)特征離子峰得到的信息量約為正常全掃描的100倍。 數(shù)據(jù)處理程序 完成質(zhì)量校正、歸一化質(zhì)譜、質(zhì)量色譜圖、質(zhì)譜峰本底扣除、元素組成表、定量運(yùn)算等。譜庫檢索程序 有機(jī)質(zhì)譜儀都備有NIST或NBS標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜的譜庫。利用譜庫檢索程序可以幫助你快速地在標(biāo)準(zhǔn)譜庫中找到與試樣質(zhì)譜最相似的譜圖作參考，簡化譜圖解析的工作。診斷程序 在儀器調(diào)諧過程中設(shè)置和監(jiān)測

30、各種電壓，或檢查儀器故障部位，有助于儀器的運(yùn)轉(zhuǎn)和維修。分辨本領(lǐng)（分辨力）分辨本領(lǐng)（分辨力）是指儀器對相鄰兩質(zhì)譜峰的區(qū)分能力。相鄰等高的兩個(gè)峰，其峰谷不大于峰的10%時(shí)，就定義為可以區(qū)分。當(dāng)兩個(gè)峰的峰谷等于峰高的10%時(shí)，分辨本領(lǐng)R等于兩峰質(zhì)量的平均值與質(zhì)量差的比值，即 R=m/m分辨本領(lǐng)在3萬以上的稱高分辨儀器，1萬到3萬的稱中分辨儀器。低分辨儀器的分辨本領(lǐng)在幾百到幾千。 主要技術(shù)指標(biāo)靈敏度與信噪比 靈敏度是表示儀器出峰(或信號)的強(qiáng)度與樣品用量的關(guān)系。如果用的樣品量少而出的峰強(qiáng)度大就說明靈敏度高。測定靈敏度的方法有很多，一般用的直接進(jìn)樣靈敏度測定方法是：在固定分辨本領(lǐng)的情況下，直接進(jìn)入微克量

31、級的樣品(膽固醇或硬脂酸甲酯)，看其分子離子峰（m/z386或m/z298）的強(qiáng)度與噪聲的比值即信/噪比值，用S/N表示，噪聲指基線的強(qiáng)度。質(zhì)譜儀的最高靈敏度可達(dá)fg（10-15g）級。質(zhì)量范圍 儀器可以測定的最小到最大質(zhì)量數(shù)。 低分辨儀器的質(zhì)量范圍在1千以內(nèi)。目前高分辨儀器可達(dá)到的質(zhì)量數(shù)是2千多1萬多。但這些高值都是在降低加速電壓的情況下得到的，所以一般應(yīng)注意在儀器加速電壓最高檔時(shí)的質(zhì)量范圍。對磁式質(zhì)譜儀，加速電壓降低，質(zhì)量范圍可增大，但能量分散也增大，分辨本領(lǐng)會降低，靈敏度也下降。質(zhì)量精度 利用質(zhì)譜儀定性分析時(shí)，質(zhì)量精度是一個(gè)很重要的性能指標(biāo)。在低分辨質(zhì)譜儀中，儀器的質(zhì)量指示標(biāo)尺精度不應(yīng)低

32、于0.4質(zhì)量數(shù)。高分辨質(zhì)譜計(jì)給出離子的精確質(zhì)量，相對精度一般在110ppm。計(jì)算方式如下： (m1-m0)/m 式中，m1 實(shí)測質(zhì)量；m0 質(zhì)量真值；m m0的質(zhì)量數(shù)。聯(lián)用技術(shù) 有機(jī)質(zhì)譜儀和其它分析儀器相比較的一個(gè)顯著特點(diǎn)是它可以和其它某些儀器聯(lián)機(jī)(GC/MS，LC/MS等)，也可以同其它質(zhì)譜聯(lián)機(jī)(MS/MS)。這不僅可以集中二種以上分析方法的長處，彌補(bǔ)單一分析方法的不足，還能產(chǎn)生一些新的分析測試功能，大大拓展了質(zhì)譜儀的應(yīng)用范圍。 由于與分離型儀器實(shí)現(xiàn)聯(lián)用，質(zhì)譜可以直接分析混合有機(jī)物，成為復(fù)雜混合物成分分析的最有效工具。這些混合物包括天然產(chǎn)物、食品、藥物、代謝產(chǎn)物、污染物等等。它們的組分可多至

33、數(shù)百個(gè)甚至上千個(gè)，含量也可千差萬別，用別的方法分析這類樣品所耗費(fèi)的時(shí)間，代價(jià)為人們難以承受，有時(shí)則根本不可能進(jìn)行，而用色譜質(zhì)譜聯(lián)用法則可能在較短的時(shí)間內(nèi)很方便地進(jìn)行。因此，它的問世，被認(rèn)為是分析化學(xué)中的一個(gè)里程碑。 聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用起到了一種特殊的作用，滿足了靈敏度高、鑒別能力強(qiáng)、分析速度快和分析范圍廣的要求,是現(xiàn)代分析化學(xué)中最重要的一種分析技術(shù)。 聯(lián)用技術(shù)是有機(jī)質(zhì)譜分析中的一個(gè)重要方面，正不斷得到完善和發(fā)展。 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(GC/MS)氣相色譜儀(GC)最早出現(xiàn)于1952年，它對混合物中的各組分具有高效分離作用。但是，GC主要用于定量分析，嚴(yán)格說來難以做定性分析。這是因?yàn)镚C是利用保留時(shí)間

34、來定性，而不同色譜儀，不同色譜條件(如固定相、柱長、柱內(nèi)徑、載氣流量、壓力和柱溫等)，同一種成份樣品的保留時(shí)間也不相同，因此氣相色譜難以作確切的定性。 而質(zhì)譜儀(MS)則具有靈敏度高，定性能力強(qiáng)的特點(diǎn)，它可以確定化合物的分子量、分子式甚至官能團(tuán)。但是一般的質(zhì)譜儀只能對單一組分才能給出良好的定性，對混合物是無能為力的，且進(jìn)行定量分析也較復(fù)雜。 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)將氣相色譜質(zhì)譜這兩種方法實(shí)現(xiàn)聯(lián)用，可以最大程度發(fā)揮各自的特點(diǎn)： 氣相色譜儀是質(zhì)譜儀理想的“進(jìn)樣器”，試樣經(jīng)色譜分離后以純物質(zhì)進(jìn)入質(zhì)譜儀，使質(zhì)譜儀的定性能力得到發(fā)揮。可以分析復(fù)雜組分的樣品。質(zhì)譜儀是氣相色譜儀的理想的“檢測器”

35、。色譜儀所用的檢測器如氫焰電離檢測器(FID)、熱導(dǎo)檢測器(TCD)、電子捕獲檢測器(ECD)等，都有局限性，而質(zhì)譜儀能檢出幾乎全部化合物，靈敏度又很高。更重要的是能提供樣品結(jié)構(gòu)信息，有很強(qiáng)的定性能力。要實(shí)現(xiàn)氣相色譜儀和質(zhì)譜儀器聯(lián)用，主要解決的問題是氣壓問題 。液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(LC/MS)與氣相色譜同質(zhì)譜聯(lián)用相比，液相色譜同質(zhì)譜聯(lián)用的難度大得多。因?yàn)橐合嗌V分離試樣時(shí)，用了大量的溶劑作載液，如果直接將液相色譜流出物送入質(zhì)譜儀器，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過質(zhì)譜儀器真空系統(tǒng)所能承受的范圍，而且還會導(dǎo)致混亂的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。目前，比較普遍采用的接口叫電噴霧接口(Electrospray IonizationESI源 )

36、，這種接口本身就可以使樣品電離。它的工作原理是首先將液相色譜柱分離后的流出液汽化，然后通過毛細(xì)管探頭噴口噴出，使之形成細(xì)霧滴。如果流出物中含有電解質(zhì)，試樣可在電噴霧過程中直接電離。這種儀器特別適合強(qiáng)極性、大分子量化合物的分析。質(zhì)譜質(zhì)譜聯(lián)用(MS/MS) 質(zhì)譜質(zhì)譜聯(lián)用(MS/MS)是二十世紀(jì)七十年代后期出現(xiàn)的一種新興技術(shù)。它的基本原理是既用質(zhì)譜儀做混合物樣品的分離器，又用質(zhì)譜儀做組分的鑒定器。混合物進(jìn)入離子源電離，再經(jīng)過質(zhì)量分析器的質(zhì)量分離，離子按質(zhì)量數(shù)的不同而分開，然后選擇需要分析鑒定的離子作為母離子進(jìn)入碰撞室，經(jīng)碰撞活化使其進(jìn)一步斷裂，產(chǎn)生的子離子再經(jīng)過第二個(gè)分析器分離。可以選定一種離子通過

37、，也可以采用掃描方式，使所有不同m/z的離子通過，經(jīng)檢測記錄即可得到質(zhì)譜/質(zhì)譜圖。如果采用軟電離離子源，得到的母離子多數(shù)為分子離子，即可采用這個(gè)方法將各個(gè)母離子逐一經(jīng)過碰撞誘導(dǎo)分解，得到各自的子離子譜，這種譜對混合物的組成結(jié)構(gòu)的分析是非常有用的。 MS/MS儀的出現(xiàn)打破了只有GC/MS或LC/MS才能對混合物進(jìn)行分析鑒定的觀念，而且它比GC/MS更有優(yōu)點(diǎn)，即無噪聲干擾。 在GC/MS中噪聲來自柱流失、熱解、吸附、記憶效應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)等，使譜圖本底高而且不穩(wěn)定，無法扣除。而MS/MS因在質(zhì)譜第一分析器分離以后，只選擇需要鑒定的離子進(jìn)入碰撞室，最后又用質(zhì)譜作為鑒定器，因而可以避免噪聲干擾。質(zhì)譜質(zhì)譜聯(lián)

38、用技術(shù)極大地提高分析檢測的選擇性，特別適合復(fù)雜體系中痕量化合物的分析。 圖譜解析有機(jī)質(zhì)譜是有機(jī)結(jié)構(gòu)分析和有機(jī)成分分析不可缺少的工具，它能直接提供有機(jī)化合物的分子量信息，并由此測得有機(jī)化合物的元素組成即分子式，從質(zhì)譜裂解產(chǎn)生的碎片離子還可以推測分子中所含的官能團(tuán)，確定化合物的類型，推導(dǎo)骨架結(jié)構(gòu)。為了使推導(dǎo)過程正確，必須了解質(zhì)譜裂解機(jī)理。 用質(zhì)譜數(shù)據(jù)導(dǎo)出化合物的分子式 為了確定分子式，首先要在質(zhì)譜圖上辨認(rèn)出分子離子峰 。分子離子是試樣分子失去或得到一個(gè)電子而形成的離子，它的質(zhì)荷比值卻代表了試樣分子所對應(yīng)的分子量數(shù)值。分子離子峰應(yīng)具有下列一般特性： (1) 最大性：它既然只丟失一個(gè)電子，就應(yīng)當(dāng)是質(zhì)譜

39、圖中m/z值最大的峰(不計(jì)它右邊的同位素峰)。 (2) 奇偶性：由于所有穩(wěn)定的有機(jī)分子都是偶電子的(沒有未成對的孤電子)，在丟失一個(gè)電子后，它依然保持了它的價(jià)態(tài)，只是成為奇數(shù)電子了，因此它應(yīng)當(dāng)仍然符合N（氮）規(guī)律，即分子離子峰一定是符合N規(guī)律的奇電子離子。 MN規(guī)律：對于同位素純凈的穩(wěn)態(tài)分子，含有奇數(shù)N原子的，分子量整數(shù)部分（質(zhì)量數(shù)）一定是奇數(shù)；不含N或含有偶數(shù)N原子的，分子量的整數(shù)部分（質(zhì)量數(shù)）一定是偶數(shù)。 (3) 合理性：它在高m/z區(qū)域應(yīng)有合理的，通過丟失中性碎片(中性分子或游離基)而產(chǎn)生的碎片峰。質(zhì)量差414、2125、37、38等為不合理丟失。 如果符合以上這3個(gè)條件，它可能是分子離

40、子峰，也可能不是。但是如果有任何一條不符合，那么它一定不是分子離子峰。一旦確定了之后，就可對它的元素組成情況進(jìn)行推導(dǎo)，會出現(xiàn)兩種情況，一種是有的高分辨數(shù)據(jù)(測準(zhǔn)到小數(shù)點(diǎn)以后第四位)；另一種是只有的低分辨數(shù)據(jù)，它只保證數(shù)據(jù)的整數(shù)部分不錯(cuò)。的高分辨m/z值實(shí)際上是精確的分子量。對于絕大多數(shù)有機(jī)分子，它們所含的元素不外乎C、H、O、N、S、Si、P和鹵素等，由這些元素的任意組合所形成的有機(jī)分子，其同位素純凈的精確分子量都有很特征的分子量尾數(shù)，這直接反映了組成該分子的元素的種類和數(shù)目，就可以把測量得到的精確分子量換算成相應(yīng)的分子式。如：測得的精確的分子量為27.9949，則分子式應(yīng)為CO，28.006

41、2為N2。 MMMM假如無法得到的高分辨數(shù)據(jù)，就應(yīng)當(dāng)用分子離子區(qū)域中同位素的統(tǒng)計(jì)分布來確定分子式，但實(shí)驗(yàn)要小心仔細(xì)(例如消除本底干擾等)以測得各同位素比較準(zhǔn)確的強(qiáng)度值。因?yàn)閺?qiáng)度和數(shù)目相對應(yīng)，強(qiáng)度的相對值即反映各離子數(shù)目的相對多少。如35Cl有同位素37Cl(35Cl:37Cl3:1), 若分子中含有兩個(gè)Cl元素，則分子離子區(qū)域應(yīng)有M、M+2和M+4三個(gè)同位素峰，且強(qiáng)度比應(yīng)接近9:6:1。 (x + y)n =（3 + 1)2 = 9 + 6 + 1M六氯苯的同位素比六氯苯的同位素比100120140160180200220240260280300320m/z0100%2842822862882

42、90Scan CI-正確的正確的同位素比同位素比無碎片無碎片六氯苯同位素比六氯苯同位素比質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)(m/z)理論豐度理論豐度TRACE MS plus28252.1%52%284100%100%28679.9%80%28834.1%34%2908.2%8%分子離子峰的強(qiáng)度(在總離子流中所占的分?jǐn)?shù))和它本身的結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系，它反映了在離子源中的穩(wěn)定性，它的強(qiáng)度指示該化合物可能屬于那一類化合物。如芳香族化合物有較強(qiáng)的分子離子峰，而醇類化合物的分子離子峰往往很弱。不易出現(xiàn)分子離子峰的化合物，一般用：降低電離電壓降低樣品的汽化溫度制備易揮發(fā)的衍生物用軟電離技術(shù)如CI，F(xiàn)AB等方法以獲得化合物的分子

43、離子峰。 M 有機(jī)質(zhì)譜的碎裂機(jī)制由質(zhì)譜數(shù)據(jù)推導(dǎo)有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的過程，形象地說，就像用彈弓擊碎了一個(gè)花瓶，再由一堆碎片來拼湊復(fù)原花瓶的過程。為了拼湊過程工作順利，最好能了解花瓶碎裂的過程。類似地，為了使推導(dǎo)的分子結(jié)構(gòu)正確，必須了解質(zhì)譜的裂解機(jī)理。為闡述有機(jī)質(zhì)譜的碎裂機(jī)制，必須先了解一些有機(jī)質(zhì)譜解析中的常用術(shù)語和符號。 分子離子區(qū)域：指分子離子峰及其各同位素峰，右上角的符號表示它是奇電子的，并同時(shí)具有陽離子和游離基的一些屬性。 EE+離子系列：指偶電子碎片離子系列，例如烷烴的15，29，43，57，71.；飽和脂肪胺類的30，44，58，72.；脂肪族醇醚類的31，45，59，73.等。這些離子系

44、列明確指示分子中的部分結(jié)構(gòu)，在本例中可清楚分辨出烷基和醚類的EE+系列峰。 M 離子：指奇電子離子。它較少形成系列，但應(yīng)當(dāng)把質(zhì)譜中少數(shù)碎片離子標(biāo)記出來，因?yàn)樗诮Y(jié)構(gòu)鑒定中有較大的重要性（可判斷是否有中性碎片的丟失）。 基峰：質(zhì)譜中強(qiáng)度最大的峰，以它作為其它各峰相對強(qiáng)度的基準(zhǔn)。中性碎片的丟失：指與高m/z區(qū)域一些碎片峰的m/z值的差值，從可以丟失中性的游離基(形成偶電子離子)，也可以丟失中性的分子(形成奇電子離子)。這些中性碎片的丟失在高m/z區(qū)域有比較重要的鑒定價(jià)值。OEOEMM質(zhì)譜碎裂反應(yīng)的一般規(guī)律 (1) 碎裂反應(yīng)是通過分子離子發(fā)生的，可表示為： A+M B+ C+ . . . . . .

45、 因?yàn)殡娮拥碾婋x過程遠(yuǎn)比化學(xué)鍵的碎裂過程要快，當(dāng)電子束轟擊氣相的中性分子時(shí)，非彈性碰撞使一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)橹行苑肿拥膬?nèi)能，致使分子電離(丟失一個(gè)電子)，形成的分子離子有一部分過剩的能量，用于進(jìn)一步的碎裂反應(yīng)。 M(2) 丟失這個(gè)電子的難易程度將按照n，并不是任意的。即當(dāng)分子中有n電子時(shí)，由于它的電離電位最低，所以主要丟失的就是n電子，這時(shí)陽離子自由基 即“定域”在該n電子原來所處的位置上；如果沒有n電子，而有電子，它的電離電位比n電子高，但比電子低，所以這時(shí)將丟失分子軌道上的一個(gè)電子， 即定域在軌道上，如果是共軛系，也將觀測到 的離域現(xiàn)象；如果n，電子都沒有(例如烷烴)，則只能丟失電子，由于各鍵

46、上的電子的電離電位很接近，因此， 這時(shí)將可能出現(xiàn)在分子的各種位置上了。 (3) 陽離子自由基 的碎裂過程既可以由自由基引發(fā)，也可以由正電荷引發(fā)。 (4) 可以用一些最基本的質(zhì)譜碎裂機(jī)制來描述各種各樣的碎裂過程，就像有機(jī)化學(xué)中用有限的一些反應(yīng)機(jī)制來描述千萬種具體的有機(jī)反應(yīng)一樣。M一些最基本的質(zhì)譜碎裂機(jī)制 碎裂：這是指由游離基引發(fā)的，由游離基重新組成新鍵而在位導(dǎo)致碎裂的過程，例如：R1R2OO+O+R1R2+ R2 + R1 即酮的碎裂使它的質(zhì)譜顯示R1CO+和R2CO+這些碎片離子。上式中“魚鉤”箭頭 表示一個(gè)電子的轉(zhuǎn)移過程。 i碎裂 (i過程)：這是由正電荷(陽離子)引發(fā)的碎裂過程，它涉及兩個(gè)

47、電子的轉(zhuǎn)移，仍以酮類為例： 與碎裂比較，這里的完全箭頭 表示兩個(gè)電子的轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致正電荷位置的遷移，于是觀測到的將是R1+和R2+離子，而不是碎裂過程所觀測的R1CO+和R2CO+離子。R1R2OOiR1+R2+ 碎裂：這是當(dāng)鍵斷裂形成陽離子自由基時(shí)發(fā)生的碎裂過程，例如： 當(dāng)分子結(jié)構(gòu)中存在叉鏈時(shí)，過程將優(yōu)先在叉鏈處碎裂，因?yàn)檫@樣形成的碎片陽離子通過超共軛而具有較好的穩(wěn)定性，這一規(guī)律也適用于環(huán)烷烴，當(dāng)它帶有烷基取代基時(shí)，在取代基所在位置優(yōu)先碎裂。（戊烷）-e()+MHCH 3+以上由分子離子 (一定是 離子)通過、i、碎裂，斷開一個(gè)鍵而形成初級碎片離子的過程可小結(jié)為： i EE+ + R (奇

48、電子離子) （偶電子離子） （游離基） 即它們的初級離子碎片都是偶電子離子，脫去的游離基不能被質(zhì)譜儀檢測到。 MOEOErH過程：這是指氫的重排過程，最常見的這類重排是通過六員環(huán)過渡態(tài)的McLafferty重排，它可以一般地表示為： 式中，Q、X、Y、Z均為普通有機(jī)化合物中常見的幾種元素如碳、氧、硫等。這種重排的條件是分子中存在系，例如苯環(huán)、雙鍵等。XRQYZHRQXHYZ+rH影響質(zhì)譜碎裂反應(yīng)的因素 因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)譜反應(yīng)是有機(jī)離子在氣相發(fā)生的單分子反應(yīng)，它和中性有機(jī)分子的熱解、光解、乃至溶液中的反應(yīng)多少有類似的地方，因此下列影響質(zhì)譜反應(yīng)方向的因素，是有機(jī)化學(xué)工作者必須熟悉的。 產(chǎn)物的穩(wěn)定性：質(zhì)譜

49、反應(yīng)的產(chǎn)物包括帶電荷的和EE+離子以及中性的游離基和分子，這些產(chǎn)物的穩(wěn)定性是影響反應(yīng)方向的重要因素。立體化學(xué)因素：這主要是因?yàn)榉磻?yīng)過程中的過渡態(tài)往往有一定的立體化學(xué)方面的要求，如在McLafferty重排中，要求形成六員環(huán)過渡態(tài)，凡不能滿足這一要求的許多含系的化合物，就不能發(fā)生這一反應(yīng)。鍵的活潑性：當(dāng)產(chǎn)生的產(chǎn)物離子有相近的穩(wěn)定性時(shí)，鍵的活潑性就可能成為決定碎裂反應(yīng)方向的因素。OE質(zhì)譜分析的主要目的之一是未知物的結(jié)構(gòu)鑒定，質(zhì)譜圖能提供未知物的分子量、元素組成及其它有關(guān)結(jié)構(gòu)信息。根據(jù)質(zhì)譜的碎裂機(jī)制可對這些結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行解析來推斷分子結(jié)構(gòu)，可按下列程序進(jìn)行解析。1.對分子離子區(qū)的分析 (1) 確定分子

50、離子峰，并注意分子離子峰和基峰的相對強(qiáng)度比，以判斷分子離子的穩(wěn)定性，從而判斷未知物的類型，如芳烴、烷烴、醇類等。 (2) 確定分子式，即利用同位素峰的豐度比數(shù)據(jù)，確定有否含硫、氯、溴等特征同位素的元素及確定分子式，也可用高分辨質(zhì)譜法測定分子式。 (3) 根據(jù)分子式計(jì)算環(huán)和雙鍵(r+db)的總數(shù) 。用質(zhì)譜等方法確定了未知物的分子式后，可通過下式計(jì)算分子式中含有的環(huán)和雙鍵(r+db)的總數(shù)。 r+db=(2n+2+t-m)/2式中：n分子中4價(jià)元素的數(shù)目， t3價(jià)元素的數(shù)目， m1價(jià)元素的數(shù)目， 不計(jì)2價(jià)元素的數(shù)目。 r+db有時(shí)又稱為“不飽和度”或“雙鍵當(dāng)量”。2. 對碎片離子區(qū)的分析(1) 找

51、出主要離子峰（一般指相對強(qiáng)度大于3%者），分析這些主要離子碎片的歸屬。(2) 注意分子離子有何重要碎片丟失，并依此推測結(jié)構(gòu)及裂解類型。(3) 注意有哪些重要的離子，并據(jù)此推測結(jié)構(gòu)類型。(4) 注意重要離子質(zhì)荷比的奇偶數(shù)，并據(jù)此幫助判斷裂解類型：單純裂解或重排裂解。由此可進(jìn)一步了解官能團(tuán)及骨架結(jié)構(gòu)。3.結(jié)構(gòu)式的推定和驗(yàn)證(1)由分子離子峰和主要碎片離子峰，推斷未知物所具有的特征官能團(tuán)和基本骨架，列出它們可能的結(jié)構(gòu)組成。 (2)用標(biāo)樣比對或配合紅外光譜、紫外光譜、核磁共振譜和化學(xué)方法等，驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)式。在實(shí)際的未知物鑒定問題中，光用一種結(jié)構(gòu)分析手段是很難確定未知結(jié)構(gòu)的，必須用多種技術(shù)綜合考慮，下面舉

52、一個(gè)簡單的例子來說明質(zhì)譜在農(nóng)藥未知物鑒定中的應(yīng)用。 在作某未知農(nóng)藥分析時(shí)，得到如下一張質(zhì)譜圖，試確定該農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)。 解析過程如下： 1.從上圖可以看出該未知農(nóng)藥有很強(qiáng)的分子離子峰(m/z 282)，可能為芳香族化合物。 2. 在分子離子區(qū)域，有M+2、M+4、M+6、M+8等同位素峰，分子中應(yīng)含有鹵素原子。從分子離子與碎片離子之間相差多個(gè)35質(zhì)量碎片以及同位素峰之間的比例關(guān)系，可以確定分子內(nèi)含有6個(gè)氯原子。 （3X+Y)6=729X6+1458X5Y+1215X4Y2+540X3Y3+135X2Y4+18XY5+Y63. 由分子量扣除6個(gè)氯原子質(zhì)量后，還剩72?？紤]到它可能是一個(gè)芳香族化合物，

53、因而分子中至少有6個(gè)碳原子，72 正好為6個(gè)碳原子的質(zhì)量，因此，該未知農(nóng)藥的分子式應(yīng)為C6Cl6。 4. 計(jì)算它的不飽和度： r+db=(2n+2+t-m)/2（26+2+0-6)/2=4 與上述推斷分子中有一苯環(huán)相一致。從而推斷該未知農(nóng)藥為 。 ClClClClClCl有機(jī)質(zhì)譜的應(yīng)用一、組合化學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用組合化學(xué)（Combinatorial Chemistry）技術(shù)始于上世紀(jì)80年代，它是指在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)能合成大量有機(jī)化合物的技術(shù)。當(dāng)前歐美國家應(yīng)用這一技術(shù)在新藥的研制中掀起了一場革命，大大縮短了新藥的研制周期。應(yīng)用組合化學(xué)技術(shù)能非常快的產(chǎn)生成千上萬的藥物候選物（稱組合化學(xué)庫），然而關(guān)鍵是

54、要選擇一種分析方法，對組合化學(xué)庫中的化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定和純度分析，才能真正發(fā)揮組合化學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢。最理想的分析方法就是：HPLC-UV-MS二、蛋白質(zhì)研究中的應(yīng)用蛋白質(zhì)研究中的一個(gè)重要問題是氨基酸序列的測定。應(yīng)用LC-ESI-MS-MS技術(shù)，可以在Picomol的水平上，研究鑒定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。這就是目前熱門的生物質(zhì)譜技術(shù)。 三、臨床診斷和疾病生物標(biāo)志物中的應(yīng)用GC/MS方法診斷新生兒苯丙酮尿癥苯丙酮尿癥(PKU)是一種氨基酸代謝缺陷癥，新生兒的發(fā)病幾率為 1/160000。如果這種疾病早期沒有得到及時(shí)的治療，會造成患者神經(jīng)系統(tǒng)的不可逆轉(zhuǎn)損傷，導(dǎo)致患兒智力低下、癡呆。自上世紀(jì)60年代以來，許

55、多國家相繼實(shí)施了對PKU等遺傳代謝病的新生兒篩查，成為預(yù)防醫(yī)學(xué)的一種手段。我國從80年代初開始在上海、北京、天津等大城市也推行了PKU的新生兒篩查工作。典型的PKU是由于苯并氨酸羥化酶的缺陷使苯丙氨酸（Phe）轉(zhuǎn)化為酪氨酸（Tyr）的過程受阻礙，早期診斷為PKU的患兒可以采用低苯丙氨酸的食物進(jìn)行治療。因此，早期診斷在PKU的防治工作上具有特別重要的意義。 苯丙酮尿癥的診斷方法有：細(xì)菌抑制法(BIA)、液相色譜法、熒光法、生物酶和基因分析方法等，這些方法費(fèi)時(shí)長、不靈敏，更主要的是往往很容易造成假陽性現(xiàn)象。 用0.1%的鹽酸甲醇溶液提取1滴新生兒血樣中的苯丙氨酸（Phe）和酪氨酸（Tyr），離心過

56、濾以除去蛋白。用鹽酸正丁醇將Phe和Tyr中的羧基丁酯化，然后再用三氟醋酸酐和Phe、Tyr丁酯反應(yīng)，最后的產(chǎn)物用GC/MS分析。通過測定Phe、Tyr衍生物的特征離子峰面積，計(jì)算出血樣中Phe、Tyr的濃度，根據(jù)血樣中Phe、Tyr摩爾濃度的比值來診斷PKU，不僅快速、靈敏，而且可以消除假陽性。 四、食品中痕量有害物定性定量分析中的應(yīng)用GC/MS方法測定酒類食品中氨基甲酸乙酯殘留氨基甲酸乙酯 (Ethyl carbamate, EC): 發(fā)酵食物和酒精飲品在發(fā)酵或貯存過程中天然產(chǎn)生的污染物。 致癌性 （大鼠，小鼠和倉鼠的研究已經(jīng)表明，把氨基甲酸乙酯口服，注射，或涂在皮膚上會導(dǎo)致癌癥。） 國際癌癥研究機(jī)構(gòu)在2007年把氨基甲酸乙酯列為2A類致癌物，與丙烯酰胺同等危險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)采用硅烷化衍生法EC在HP-5MS非極性柱上分離，得