質(zhì)譜法是有機物結(jié)構(gòu)分析的最重要方法之一.ppt

1、質(zhì) 譜,質(zhì)譜法是有機物結(jié)構(gòu)分析的最重要方法之一 測定有機物的準確分子量； 提供分子式和其他結(jié)構(gòu)信息； GCMS，LCMS聯(lián)用技術(shù)解決了復(fù)雜有機混合物的快速分離和定性鑒定； “軟電離”技術(shù)可測定生物大分子準確分子量以及蛋白質(zhì)中氨基酸序列等； 靈敏度遠高于其他結(jié)構(gòu)分析方法。,以某種方式使有機分子電離、碎裂，然后按質(zhì)荷比（m/z）大小將生成的各種離子分離，檢測其強度，并依次排列成譜圖的形式，這種研究物質(zhì)的方法叫做質(zhì)譜（Mass Spectrometry, MS）。各類有機物有其特定的、可以重復(fù)的質(zhì)譜圖， 人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些化合物的的裂解規(guī)律。,什么是質(zhì)譜,圖示質(zhì)譜原理,質(zhì)譜用于有機物結(jié)構(gòu)解析,正戊烷

2、的電子轟擊質(zhì)譜圖,基峰,質(zhì)譜的表示方法,質(zhì)譜表示方法,正戊烷的電子轟擊質(zhì)譜表,質(zhì)譜的基本原理和儀器,樣品的電離-電離方式 離子的分離 離子的檢測與記錄 質(zhì)譜儀器的基本結(jié)構(gòu),樣品的電離,電子轟擊電離法（Electron Impact, EI） 利用一定能量的電子與氣相中的樣品分子相互作用（“轟擊”），使分子失去價電子電離成分子離子，當分子離子具有的剩余能量大于其某些化學鍵的鍵能時，分子離子便發(fā)生碎裂，生成碎片離子。,ABCD e (氣態(tài)分子) (70eV),有機分子電離、碎裂示意圖,吡啶的電離效率曲線,大部分有機物的電離電位為 103eV，如： 甲烷為13.1eV 苯為9.24eV 所以分子離子

3、有較多剩余能量，能產(chǎn)生豐富的碎片離子。,轟擊電子的能量,重排離子： 離子碎裂過程中還可能發(fā)生原子連接次序的變化，即在斷鍵的同時還有新化學鍵的生成，如ABCD+ AD+ +BC中的AD+ 就是重排離子。 注意：如果分子中含有較多弱鍵，過高的剩余能量將導致分子離子大部分甚至全部斷裂，質(zhì)譜圖上將不出現(xiàn)分子離子峰，在這種情況下，一般可采用軟電離技術(shù)測定其分子離子峰，也可降低轟擊電子能量以提高分子離子峰的強度，但是轟擊電子能量降低會使總電離效率下降，進而導致靈敏度下降。,方法成熟，是經(jīng)典、常規(guī)的有機物電離方法。已積累了數(shù)萬張標準譜圖； 碎片離子提供豐富的結(jié)構(gòu)信息； 靈敏度高，能檢測納克（ng）級樣品；

4、相對其他質(zhì)譜電離技術(shù)，重復(fù)性好； 離子源的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，是商品質(zhì)譜計的基本配置。 70eV轟擊能量使部分化合物分子離子峰信號太弱或不出現(xiàn)； 要求樣品先氣化然后才能電離，限制了應(yīng)用范圍。,EI的特點：,其他電離技術(shù) （統(tǒng)稱為“軟電離技術(shù)” ）,化學電離法（CI） 場致電離法（FI）和場解吸電離法（FD） 快原子轟擊法(FAB)和二次離子質(zhì)譜法(SIMS) 基質(zhì)輔助激光解吸電離法(MALDI) 大氣壓電離法（包括大氣壓化學電離法(APCI)和電噴霧電離(ESI)）,樣品的電離,脯氨酸的EIMS和CIMS比較,用溫和的、低能量的方式使分子電離，實現(xiàn)分子量測定的目的，如CI、FI。 使液、固樣品

5、不經(jīng)氣化直接電離，解決難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定樣品的測定，如FD、FAB等。,軟電離技術(shù)的特點：,離子的分離原理,基于不同質(zhì)荷比的離子在磁場或電場作用下有不同的行為。 分析方法： 磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器 四極濾質(zhì)器 離子阱質(zhì)量分析器 飛行時間質(zhì)譜 離子回旋共振質(zhì)譜,zV = mv2 /2 （1） Hzv mv2 /R （2） m/z H2R2 /2V （3）,磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器原理,質(zhì)譜儀器的基本結(jié)構(gòu),質(zhì)譜儀器對真空的要求,質(zhì)譜儀內(nèi)的氣壓：103105 Pa 要求高真空的原因： 避免離子與其他粒子碰撞而改變運動軌道或能量及動量； 避免發(fā)生離子分子反應(yīng)； 防止電子轟擊離子源中的燈絲燒斷。 高真空對進樣系統(tǒng)的特殊

6、要求,質(zhì)譜儀器的主要性能指標：,質(zhì)量范圍 m/z 分辨率 R=M/M 為兩個離子的平均質(zhì)量，為兩個離子質(zhì) 量之差。 靈敏度,質(zhì)譜儀器中的各種離子,分子離子 同位素離子 碎片離子 多電荷離子 負離子 離子分子反應(yīng)產(chǎn)生的離子 亞穩(wěn)離子,分子離子（M + ）,最重要的一種離子，其質(zhì)荷比為分子量； 是奇電子離子；是分子失去一個價電子而生成的離子。 注意：并非所有的有機物的分子離子都能出現(xiàn)。,同位素離子,由元素的穩(wěn)定天然同位素產(chǎn)生； 如存在 12C和 13C，甲烷就有 12CH4 (m/z16) 和 13CH4(m/z17)兩種不同的分子。 又如 35Cl和 37Cl 。 質(zhì)譜儀測定的是離子（由原子組成

7、）的真實質(zhì)量，而化學家使用的是平均原子量。,碎片離子,由M + 或碎片離子單分子裂解產(chǎn)生； 數(shù)量多，并提供豐富的結(jié)構(gòu)信息； 通過裂解機理對其進行研究。,常規(guī)的EI譜圖中最常見到的只有七種離子中的三種分子離子、碎片離子和同位素離子。有許多化合物，如支化度高的烷烴、叔醇、多元醇、縮醛等連分子離子都不出現(xiàn)。,正戊烷的 EIMS 譜,分子離子峰的判別標準 必須是譜圖中最高質(zhì)量的離子（不考慮同位素離子）； 必須是一個奇電子離子； 質(zhì)荷比的奇偶性必須符合氮規(guī)則； 有合理的中性丟失； 其豐度與化合物類型匹配。,奇電子離子的判別,當元素組成已知時，可用環(huán)加雙鍵公式判別。 環(huán)加雙鍵公式： f 1n41/2（n3

8、n1） 如果計算值為整數(shù)，則該離子為奇電子離子，計算值為半整數(shù)時則為偶電子離子。,氮規(guī)則,某化合物中若含偶數(shù)個氮原子，其分子離子的質(zhì)量一定是偶數(shù)；若分子中含奇數(shù)個氮原子，則其分子量一定是奇數(shù)。 例如：CH4 C2H5OH H2NCH2CH2NH2 C6H5Cl NH3 C6H5NH2 CH3SH等。,合理的中性丟失,分子離子與最靠近它的高質(zhì)量碎片離子之間有一個合理的質(zhì)量差，如這個質(zhì)量差在414，2125的區(qū)域內(nèi)，則不合理，原先假定的分子離子是錯誤的。,豐度與化合物類型匹配,分子離子的豐度主要取決與它的穩(wěn)定性。 各類有機物分子離子穩(wěn)定性順序如下： 芳香族化合物、共軛烯烴、脂環(huán)化合物、硫醚、直鏈烴

9、、硫醇、酮、胺、酯、醚、羧酸、支鏈烴和醇。,一些典型化合物分子離子峰的相對強度,常見化合物的電子轟擊質(zhì)譜舉例,氣相色譜儀的高效分離能力與質(zhì)譜儀的高靈敏度檢測、高鑒別分子結(jié)構(gòu)的能力相結(jié)合的一種儀器，它是分析復(fù)雜有機混合物的非常有效的工具。它的工作原理是：多組分混合物樣品經(jīng)過色譜柱分離，得到各個單一組分，按保留時間順序隨同載氣逐一進入質(zhì)譜儀的離子源，單組分樣品被電離成碎片（離子），經(jīng)質(zhì)量分析器和檢測器檢測，可給出單一組分的質(zhì)譜圖，根據(jù)對所得質(zhì)譜圖進行計算機檢索和譜圖解析的結(jié)果，便可以對這些單一組分進行定性、定量分析。,氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 gas chromatograph-mass spectr

10、ometer,LCMS的聯(lián)用始于70年代，90年代以來，由于大氣壓電離的成功應(yīng)用以及質(zhì)譜本身的發(fā)展，液相色譜與質(zhì)譜的聯(lián)用，特別是與串聯(lián)質(zhì)譜(MS/MS)的聯(lián)用得到了極大的重視和發(fā)展。 LC-MSMS已成為現(xiàn)代分析手段中必不可少的組成部分。 LC-MSMS聯(lián)用的優(yōu)點非常顯著，因為氣相色譜只能分離易揮發(fā)且不分解的物質(zhì)，而液相色譜則把分離范圍大大拓寬了，生物大分子也能分離，LC與高選擇性、高靈敏度的MSMS結(jié)合，可對復(fù)雜樣品進行實時分析，即使在LC難分離的情況下，只要通過MS1及MS2對目標化合物進行中性碎片掃描，則可發(fā)現(xiàn)并突出混和物中的目標化合物，顯著提高信噪比。,液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 liquid chromatograph-mass spectrometer,在串聯(lián)質(zhì)譜方面，目前以四極桿串聯(lián)質(zhì)譜為主，它可進行MS1和MS2操作(空間上)。離子阱質(zhì)譜和傅里葉變換質(zhì)譜(FTICRMS)亦可完成多級串聯(lián)質(zhì)譜分析(時間上)，離子阱質(zhì)譜通過改變阱里射頻場最多可進行10級MS操作，F(xiàn)T-ICR-MS通過離子回旋共振進行多級MS操作。飛行時間質(zhì)譜(TOF)作為第二個質(zhì)量分析器，由于其分辨率高、質(zhì)量范圍寬、掃描快和靈敏度高等優(yōu)點，成為一個重要的發(fā)展方向。,毛細管電泳（CE）適用于分離分析極微量樣品（n