質(zhì)譜法—非常有用課件

1、質(zhì)譜分析法根據(jù)質(zhì)譜峰的質(zhì)荷比測定化合物的分子量。依據(jù)質(zhì)荷比及不同質(zhì)荷比峰的相對強弱推測分子結(jié)構(gòu)根據(jù)特征峰強度進行定量分析 7-1 概述將樣品轉(zhuǎn)化為運動的氣態(tài)離子并按荷質(zhì) 比（m/z）大小進行分離記錄的方法。歷史特點應(yīng)用7-2 質(zhì)譜儀一 質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)及工作原理(一) 進樣系統(tǒng)作用：在不降低真空度的條件下，將樣品分子引入到離子源中（高真空下操作） 間歇式進樣系統(tǒng) 直接探針進樣 色譜進樣系統(tǒng)間歇式進樣系統(tǒng)(二) 離子源作用：使氣態(tài)樣品分子電離，轉(zhuǎn)化為帶有樣品信息的離子1 電子轟擊源(EI)燈絲電子束EI源：可變的離子化能量 (1070 eV)電子能量電子能量分子離子增加碎片離子增加標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖基本都是

2、采用EI源(70eV)獲得的2 化學(xué)電離源(CI)甲烷電離甲烷離子與分子反應(yīng)生成加合離子氣體分子試樣分子準(zhǔn)分子離子電子加合離子與樣品分子反應(yīng)準(zhǔn)分子離子: (M 1)+(M + 1)+(M - 1)+氣體分子試樣分子準(zhǔn)分子離子電子(M + 17)+,(M + 29)+采用CI源, 易測得分子量M=390COOC8H17COOC8H17場電離源（FI）電極要求：電極尖銳，使用微碳針（W絲上的苯基腈裂解生成，1 m）構(gòu)成多尖陳列電極可提高電離效率。特點：電離溫和，碎片少，主要產(chǎn)生分子離子M+和(M+1)+峰陽極陰極陰極樣品氣流量子隧道效應(yīng)107108 V/cm的強電場0.2-2 mm聚焦單元入射狹縫

3、分子中電子被為微電極“萃出”，同時分子離子被排斥進入質(zhì)量分析器場解析源（FD）類似于場電離源，它也有一個表面長滿“胡須”（長0.01mm）的陽極發(fā)射器。過程：樣品溶液涂于發(fā)射器表面蒸發(fā)除溶劑強電場分子電離奔向陰極引入磁場。特點：解吸需要的能量遠低于氣化所需要的能量，因此試樣不需氣化可以直接得到分子離子，特別適于非揮發(fā)性且分子量高達100000的分子。樣品只產(chǎn)生分子離子峰和準(zhǔn)分子離子峰，譜圖最為簡單快原子轟擊源（FAB）金屬探針樣品涂層原子槍樣品離子束分析器聚焦狹縫電離過程中不必加熱氣化，適合分析大分子量、難氣化、熱穩(wěn)定性差的樣品。如肽類、低聚糖、天然抗生素、有機金屬絡(luò)合物等。FAB源得到的質(zhì)譜

4、不僅有較強的準(zhǔn)分子離子峰，而且有較豐富的結(jié)構(gòu)信息。激光解吸源（LD）利用一定波長的脈沖式激光照射樣品使樣品電離。被分析的樣品置于涂有基質(zhì)（ 2,5二羥基苯甲酸、芥子酸、煙酸、-氰基-4-羥基肉桂酸等）的樣品靶上，激光照射到樣品靶上，基質(zhì)分子吸收激光能量，與樣品分子一起蒸發(fā)到氣相并使樣品分子電離。合適的基質(zhì)才獲得到較好的離子產(chǎn)率，因此也常稱為基質(zhì)輔助激光解吸電離（MALDI）。特別適合于飛行時間質(zhì)譜儀（TOF），屬于軟電離技術(shù)，比較適合分析生物大分子，如肽、蛋白質(zhì)、核酸等。得到的質(zhì)譜主要是分子離子，準(zhǔn)分子離子、碎片離子和多電荷離子較少。無機樣品離子源火花ICP特點：元素分析靈敏度高，可分析復(fù)雜樣

5、品（60種元素）、譜圖簡單、線性范圍寬，廣泛應(yīng)用于水分析，血液中微量元素分析，食品分析及同位素比測定等。3 電噴霧電離源(ESI)多電荷離子測定的樣品分子量大(三) 質(zhì)量分析器1 單聚焦方向聚焦2 雙聚焦離子源收集器磁場電場S1S2+-方向聚焦： 相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子會聚。能量聚焦： 相同質(zhì)荷比，速度(能量)不同的離子會聚。 質(zhì)量相同，能量不同的離子通過電場和磁場時，均產(chǎn)生能量色散；兩種作用大小相等，方向相反時互補實現(xiàn)雙聚焦。飛行時間分析器TOE（2）質(zhì)量范圍寬，掃描速度快，無需電場和需磁場。但是離子進入漂移管前產(chǎn)生時間的先后，產(chǎn)生空間的前后和初始動能的大小不同，達到檢測器的時間就不

6、相同，因而降低了分辨率。目前，通過采取激光脈沖電離方式，離子延遲引出技術(shù)和離子反射技術(shù)，可使分辨率可達20000以上，最高可檢質(zhì)量超過300000 Da，并且具有很高的靈敏度。廣泛應(yīng)用于氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀和基質(zhì)輔助激光解吸飛行時間質(zhì)譜儀中。3 四級桿分析器離子阱檢測器（ITA）離子源環(huán)形電極端罩電極放大器和射頻發(fā)生器（基本射頻電壓）放大器和射頻發(fā)生器（附加射頻電壓）計算機電子倍增管上下端罩（End cap）與左右環(huán)電極（Ring electrode）構(gòu)成可變電場（前者接地，后者施以射頻電壓）電離子在一定軌道上旋轉(zhuǎn)改變電壓可使相同m/z離子依次離開進入電子倍增管而分離。特

7、點：結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、GC-MS聯(lián)用，可用于m/z 200-2000的分子分析。傅立葉離子回旋共振分析器（FTICR）分辨率極高（106），并且不影響靈敏度，高精密度，有多級質(zhì)譜功能，適于任何離子源。相電流記錄FI質(zhì)譜圖線性調(diào)頻脈沖共振（吸收能量）樣品真空泵底片燈絲正極(四) 檢測器(四) 檢測器電子倍增器示意圖(五) 真空系統(tǒng)作用： 1) 避免大量氧燒壞離子源的燈絲；2) 消減離子的不必要碰撞，避免離子損失；3) 避免離子分子反應(yīng)改變裂解模式，使質(zhì)譜復(fù)雜化；4) 減小本底。離子源質(zhì)量分析器真空度要求：10-4 Pa機械泵擴散泵真空泵二 質(zhì)譜儀的主要性能指標(biāo)1 質(zhì)量范圍質(zhì)譜儀所能測定的離子質(zhì)

8、荷比范圍 單電荷離子：質(zhì)量范圍即分子量范圍 多電荷離子：分子量測定范圍比質(zhì)量范圍大。2 分辨率定義：實際測量：7-3 質(zhì)譜解析基礎(chǔ)知識1 分子離子 分子離子的質(zhì)量與化合物的分子量相等一 幾種主要的離子( EI源 )分子離子同位素離子：2 同位素離子由重同位素組成的分子形成的離子例如：CH413C+1H4=17 M+112C+2H+1H3=17 M+113C+2H+1H3=18 M+212C+1H4=16 MC、H、O、N的穩(wěn)定同位素相對豐度化合物分子式：CwHxNyOz同位素離子峰與分子離子峰相對強度的計算公式： 根據(jù)質(zhì)譜圖上同位素離子峰與分子離子峰的相對強度，可以推測化合物的分子式(Beyn

9、on表：表中列有相對分子質(zhì)量500。CH4:3 碎片離子1) 斷裂 含飽和雜原子帶有電荷的官能團與相連的碳原子之間的斷裂 含不飽和雜原子 烯烴(烯丙斷裂) 烷基苯(芐基斷裂)2) 斷裂碳原子和碳原子之間的鍵的斷裂3) 斷裂較易發(fā)生4 重排離子麥?zhǔn)现嘏? 亞穩(wěn)離子離子源亞穩(wěn)離子m1m2m*m/e二 常見有機化合物的質(zhì)譜（一）烴類正構(gòu)烷烴：每隔14個質(zhì)量單位出峰正癸烷質(zhì)譜圖CnH2n+1離子系列支鏈烷烴：支鏈取代位置裂解3-乙基己烷質(zhì)譜圖29438571芳烴基峰擴環(huán)麥?zhǔn)现嘏牛ǘ┐己头哟?M-18)+(M-1)+酚麥?zhǔn)现嘏牛ㄈ┤┖屯ㄋ模ズ退猁準(zhǔn)现嘏?. 直鏈烷烴飽合烴的質(zhì)譜圖正癸烷分子離子：

10、C1(100%)， C10(6%)， C16(小)， C45(0)有M /e ：29，43，57，71，CnH2n+1 系列峰(斷裂)有M /e ：27，41，55，69，CnH2n-1 系列峰 C2H5+（ M /e =29） C2H3+（ M /e =27）+H2有M /e ：28，42，56，70，CnH2n系列峰(四圓環(huán)重排)2. 支鏈烷烴3.環(huán)烷烴二、芳烴的質(zhì)譜圖三、醇和酚的質(zhì)譜圖四、 醚的質(zhì)譜圖五、 醛、酮的質(zhì)譜圖六、 其他化合物的質(zhì)譜圖三 EI質(zhì)譜的解釋1 分子量的確定 分子離子峰一般是質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比最大的峰 分子離子峰應(yīng)具有合理的質(zhì)量丟失不可能出現(xiàn)(M-414)+及(M-202

11、5)+離子峰 質(zhì)量數(shù)應(yīng)符合氮規(guī)則氮原子個數(shù)奇數(shù)：分子量為奇數(shù)偶數(shù)：分子量為偶數(shù)N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，分子量的整數(shù)部分一定是奇數(shù)；不含或者含有偶數(shù)N原子的，分子量的整數(shù)部分一定是偶數(shù)。符合N律的一定是奇電子離子（分子離子必須是奇電子離子），而違背N律 的一定是偶電子離子（不可能是分子離子）奇電子離子：偶電子離子：2 分子式的確定 高分辨質(zhì)譜法 同位素豐度法3 分子結(jié)構(gòu)的確定1) 譜圖解釋的一般方法由質(zhì)譜的高質(zhì)量端確定分子離子峰，求出分子量。 采用高分辨質(zhì)譜法或同位素豐度法，求出分子式。計算不飽和度研究高質(zhì)量端離子峰, 確定化合物中的取代基M15(CH3); M16(O

12、, NH2); M17(OH, NH3); M18(H2O); M19(F); M26(C2H2); M27(HCN, C2H3); M28(CO, C2H4); M29(CHO, C2H5); M30(NO); M31(CH2OH, OCH3); M32(S, CH3OH)M35(Cl); M42(CH2CO, CH2N2)M43(CH3CO, C3H7); M44(CO2, CS2)研究低質(zhì)量端離子峰，尋找化合物的特征離子或特征離子系列，推測化合物類型。 由以上研究結(jié)果，提出化合物的結(jié)構(gòu)單元或可能的結(jié)構(gòu)。 驗證所得結(jié)果。 質(zhì)譜斷裂規(guī)律；標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖 例1：推測化合物C8H8O2的結(jié)構(gòu)。2)

13、譜圖分析舉例1. 計算不飽和度 =1+8+1/2(-8)=5 分子中可能有苯環(huán)、一個雙鍵2. 質(zhì)譜中無m/z為91的峰，說明不是烷基取代苯; C2H3O2可能的結(jié)構(gòu)：(A)(B)(C)(D)(A)3. 質(zhì)譜驗證(B)105105(C)得不到m/z為105的碎片離子，可排除。(D)或(A)(B)4. 結(jié)論C8H8O2的結(jié)構(gòu)是7-4 有機波譜綜合解釋1. 質(zhì)譜(MS)：確定分子量、分子式4. 紅外光譜(IR)：官能團類型5. 核磁共振氫譜(1H-NMR)：質(zhì)子類型(具有哪些種類的含氫官能團)；氫分布(各種官能團中含氫的數(shù)目)；氫核間的關(guān)系？3. 紫外光譜(UV)：是否具有共軛基團，是芳香族還是脂肪

14、族化合物。6. 質(zhì)譜(MS)：驗證所推測的未知物結(jié)構(gòu)的正確性2. 計算不飽和度，推測化合物的大致類型例2: 某未知化合物的四譜數(shù)據(jù)如下，試推測其結(jié)構(gòu)式。紫外光譜紅外光譜核磁共振質(zhì)譜M+Beynon表解：1) 質(zhì)譜M = 150查Beynon表，可知分子式為：C9H10O22) 計算不飽和度 =1+9+1/2(-10)=5 分子中可能有苯環(huán)、一個雙鍵 UV譜 指示有苯環(huán)4) IR譜 1745 cm-1 強： 1225 cm-1 強： 3100-3000 cm-1 弱 1600-1450 cm-1 兩個弱帶749 cm-1 強697 cm-1 強單取代苯5) 1H-NMR譜 三類氫核，均為單峰，說

15、明無自旋偶合作用6) 可能的結(jié)構(gòu) C9H10O2(A)(B)(C)(D)7) 驗證 (C)甲基與亞甲基化學(xué)位移與圖譜不符，排除。(D)甲基化學(xué)位移與圖譜不符，且共軛體系應(yīng)使C=O伸縮振動峰向低波數(shù)方向移動，排除。(B)質(zhì)譜得不到m/z為91的離子，排除(A)9143m/z108: 重排峰，分子離子失去乙?；?，伴隨重排一個氫原子生成的。m/z91: 苯環(huán)發(fā)生斷裂，形成離子產(chǎn)生的。m/z43: 酯羰基斷裂，形成的 離子產(chǎn)生的。1 含芳環(huán)和稠環(huán)化合物的NIST譜庫檢索結(jié)果可靠2 小分子烴類化合物的NIST譜庫檢索結(jié)果 一定程度可靠3 中等分子量烴類化合物的NIST譜庫檢索結(jié)果 一定的參考價值 4 大

16、分子量烴類化合物的NIST譜庫檢索結(jié)果 參照過程中更需要特別小心 NIST庫 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（1）GC-MS GC在常壓下工作，MS需要高真空。因此GC色譜儀使用填充柱，必須經(jīng)過一種接口裝置一分子分離器，將色譜載氣去除，使樣品氣進入質(zhì)譜儀；若GC使用毛細管柱，由于毛細管載氣流量比填充柱小得多，不會破壞質(zhì)譜儀真空，則可以將毛細管直接插入質(zhì)譜儀離子源。 色譜具有分離復(fù)雜混合物的能力，定量易定性難；而MS多用于純物質(zhì)定性分析。二者有機結(jié)合，可提供復(fù)雜混合物定性定量極為有效的工具。分子分離器載氣+樣品分子分離器（He被抽走，樣品借慣性前進；真空度大大下降）MS離子室GC-MS示意圖GC-MS的離子源主要是EI源和CI源，質(zhì)量分析器多為四極桿及離子阱。 GC-MS分析方法分析條件選擇GCMS（電離電壓，電子電流，掃描速度，質(zhì)量范圍）數(shù)據(jù)記錄全掃描選擇離子掃描（SIM）總離子色譜圖（TIC）質(zhì)量色譜圖色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（2）LC-MSLC分離需用大量溶劑，如何去除溶劑并使樣品離子化是LC-MS聯(lián)用的關(guān)鍵。早期使用過的傳送帶接口，熱噴霧接口，粒子束接口等十余接口裝置均存在一定的缺點，未得到