第六章 质谱4

1、第六节第六节 质谱的解析质谱的解析 一一. 分子离子峰和相对分子质量的测定分子离子峰和相对分子质量的测定 测定有机物结构时，第一步工作就是测测定有机物结构时，第一步工作就是测 定它的分子量和分子式。定它的分子量和分子式。 有有75%可以由谱图上直接读出其分子量。可以由谱图上直接读出其分子量。 由于下列两个原因，有时使我们辨由于下列两个原因，有时使我们辨 认分子离子峰会遇到一些困难：认分子离子峰会遇到一些困难： 一是分子离子如果不稳定，在质谱一是分子离子如果不稳定，在质谱 上就不出现分子离子峰。上就不出现分子离子峰。 二是有时分子离子一产生就与其它二是有时分子离子一产生就与其它 离子或分子相碰撞

2、而结合，变为质量数离子或分子相碰撞而结合，变为质量数 更高的离子。更高的离子。 (a)它必须是图谱中最高质量端的离子（分它必须是图谱中最高质量端的离子（分 子离子峰的同位素峰及某些络合离子除子离子峰的同位素峰及某些络合离子除 外）。外）。 在一个纯化合物质谱，作为一个分子离子在一个纯化合物质谱，作为一个分子离子 必要的，但非充分的条件是：必要的，但非充分的条件是： (b)它必须是奇电子离子。它必须是奇电子离子。 (c)它必须能够通过丢失合理的中性碎片，它必须能够通过丢失合理的中性碎片， 产生图谱中高质量区的重要离子产生图谱中高质量区的重要离子 。 在质谱中出现的质量最大处的主峰是分子在质谱中出

3、现的质量最大处的主峰是分子 离子峰，还是碎片峰，可根据以下几点判断离子峰，还是碎片峰，可根据以下几点判断 ： 1.注意质量数是否符合氮元素规则。注意质量数是否符合氮元素规则。 2与邻近峰之间的质量差是否合理。与邻近峰之间的质量差是否合理。 一般认为分子离子和碎片峰差一般认为分子离子和碎片峰差414； 2125；37，38，5053，65，66等是不合等是不合 理的丢失。理的丢失。 3注意注意M+1 峰：峰： 某些化合物某些化合物(如醚、酯、如醚、酯、 胺、酰胺、腈、氨基酸酯和胺醇等胺、酰胺、腈、氨基酸酯和胺醇等)的质的质 谱上分子离子峰很小，或者根本找不到，谱上分子离子峰很小，或者根本找不到，

4、 而而M+1的峰却相当大。这是络合离子。的峰却相当大。这是络合离子。 其强度可随实验条件而改变。在分析图其强度可随实验条件而改变。在分析图 谱时要注意，化合物的分子量应该比此谱时要注意，化合物的分子量应该比此 峰质量小峰质量小1。 4注意注意M-1峰峰 有些化合物没有分子离有些化合物没有分子离 子峰，但子峰，但M-1的峰较大。某些醛、醇或的峰较大。某些醛、醇或 含氮化合物往往发生这种情况。含氮化合物往往发生这种情况。 例如在例如在2-甲基甲基-2-丁醇的质谱丁醇的质谱(见下图见下图)上，上， 20406080100 59 73 55 87 50 100 2-甲基甲基-2-丁醇质谱丁醇质谱 m/

5、z为为87的峰就是的峰就是M-1峰。虽然很弱，但还能看到。对它峰。虽然很弱，但还能看到。对它 的辨认是这样的，右端最强峰的辨认是这样的，右端最强峰73是奇数，此化合物不含是奇数，此化合物不含N， 因此它不应为因此它不应为M+峰，并且它与相邻主峰峰，并且它与相邻主峰59相差相差14，也证，也证 明它不是明它不是M+峰。假定峰。假定m/z59和和m/z73是由脱乙基和脱甲基是由脱乙基和脱甲基 产生的，化合物分子量就是产生的，化合物分子量就是59+29或或73+15。因此。因此m/z87 就是就是M-1的峰。图中的峰。图中m/z70和和71弱峰，归因于弱峰，归因于M-H2O和和M- OH。 让分子离

6、子峰出现的办法：让分子离子峰出现的办法： (a)降低冲击电子流的电压。所有碎片峰都减弱，而降低冲击电子流的电压。所有碎片峰都减弱，而 分子离子峰的相对强度会增加。分子离子峰的相对强度会增加。 (b)制备容易挥发的衍生物，分子离子峰就容易出现。制备容易挥发的衍生物，分子离子峰就容易出现。 例如将酸变为酯，将醇变为醚进行测定。例如将酸变为酯，将醇变为醚进行测定。 (c)降低加热温度。降低加热温度。 (d)对于一些分子量较大难以挥发的有机化合物，若对于一些分子量较大难以挥发的有机化合物，若 改用直接进样法而不是加热进样法，往往可以使分改用直接进样法而不是加热进样法，往往可以使分 子离子峰强度增高。子

7、离子峰强度增高。 (e)改变电离源。现在一般采用化学电离源、场电离改变电离源。现在一般采用化学电离源、场电离 源或场解吸源及快速原子轰击源来代替电子轰击源。源或场解吸源及快速原子轰击源来代替电子轰击源。 这样来得到的质谱，这样来得到的质谱，M峰增强，碎片离子大大减少，峰增强，碎片离子大大减少， 特别是对热不稳定的化合物更为适用。特别是对热不稳定的化合物更为适用。 二二. 分子式的确定分子式的确定 利用质谱测定分子式有两种方法。利用质谱测定分子式有两种方法。 a.同位素峰相对强度法同位素峰相对强度法 b.高分辨质谱法求分子式高分辨质谱法求分子式 1.同位素峰相对强度法同位素峰相对强度法(也叫同位

8、素丰度比法也叫同位素丰度比法) （1）查）查Beynon表法：表法： 有机化合物一般由有机化合物一般由C、H、O、N、S、F、Cl、 Br、I、P等元素组成。其中除了等元素组成。其中除了F、I、P外，其余元外，其余元 素都有重同位素。同位素峰的强度与分子中含该元素都有重同位素。同位素峰的强度与分子中含该元 素的原子数目及该重同位素的天然丰度有关。素的原子数目及该重同位素的天然丰度有关。 分子式不同，分子式不同，M+1和和M+2的强度百分比都不一样。的强度百分比都不一样。 因此，由各种分子式可计算出这些百分比值，反之当因此，由各种分子式可计算出这些百分比值，反之当 这些百分比值一旦计算出来后这些

9、百分比值一旦计算出来后,即可推定分子式。即可推定分子式。 一些重同位素与最轻同位素天然丰度相对比值一些重同位素与最轻同位素天然丰度相对比值* 重同重同 位素位素 13C2H17O18O15N33S34S37Cl81Br29S i 30Si 轻同轻同 位素位素 12C1H16O16O14N32S32S35Cl79Br28S i 28Si 相对相对 丰度丰度 % 1.110.015 忽略忽略 0.04 忽略忽略 0.200.370.804.432.598.05.13.4 *以最轻同位素的天然丰度当作以最轻同位素的天然丰度当作100%， 求出其它同位素天然丰度的相对百分比。求出其它同位素天然丰度的相

10、对百分比。 （2）估算法：）估算法： 重同位素（重同位素（A+1) (A+2)对对M+1、对、对M+2的贡献的贡献 有几种情况：有几种情况： 元素元素F、P和和I无同位素，对无同位素，对M+1、M+2峰的丰峰的丰 度无贡献。度无贡献。 37Cl、 、81Br对对M+2峰有大的贡献；峰有大的贡献；30Si、34S对对M+2 也有较明显贡献；也有较明显贡献；18O、13C对对M+2有较小的贡献。有较小的贡献。 影响影响M+1峰丰度的杂原子是峰丰度的杂原子是29Si、33S，而，而13C、 15N 也有贡献。 也有贡献。 重同位素含量太小的可以忽略不记。重同位素含量太小的可以忽略不记。 如如17O只

11、只 有有0.04%，对，对M+1的贡献可以忽略不记。的贡献可以忽略不记。 （a）如果分子中只含有）如果分子中只含有C、H、O、N、F、P、I 时，通用分子式为：时，通用分子式为：CxHyOzNw。 M+1丰度可以只考虑丰度可以只考虑13C、15N，忽略，忽略2H和和17O 的贡献；的贡献；M+2丰度可以只考虑丰度可以只考虑13C、18O的贡献。的贡献。 以分子离子以分子离子M的相对丰度为的相对丰度为100时：时： 13C对 对M +1相对丰度的贡献：相对丰度的贡献： 1.1 X 15N 对对M+1相对丰度的贡献：相对丰度的贡献： 0.37 w M+1相对丰度相对丰度=100RI(M+1)/RI

12、(M) = 1.1 X + 0.37 w （ RI为相对强度）为相对强度） 13C对对M+2相对丰度的贡献由统计规律做近视计相对丰度的贡献由统计规律做近视计 算为：算为： （1.1 x）2 / 200 18O对对M+2的贡献：的贡献：0.20 z M+2相对丰度相对丰度=100RI(M+2)/RI(M) = (1.1x)2/200 + 0.20z (b) 化合物中若除化合物中若除C、H、O、N、F、I、P外还外还 含含s个硫个硫 时：时： CxHyOzNwSs则除了上述同则除了上述同 位素外，还要考虑位素外，还要考虑33S、34S的贡献：的贡献： 以分子离子以分子离子M的相对丰度为的相对丰度为

13、100时：时： M+1相对丰度相对丰度=1.1 x + 0.37 w + 0.8 s M+2的相对丰度的相对丰度= (1.1x)2/200 + 0.20z + 4.4s （c）化合物若含）化合物若含Cl、Br之一，它们对之一，它们对M+2、 M+4的贡献可按的贡献可按(a+b)n的展开系数推算，若同的展开系数推算，若同 时含时含Cl、Br，可用，可用(a+b)n (c+d)m的展开系数的展开系数 推算。推算。 我们可采用下列步骤来推测分子离子峰或某一碎片我们可采用下列步骤来推测分子离子峰或某一碎片 峰的元素组成（以讨论分子离子峰的元素组成为例）：峰的元素组成（以讨论分子离子峰的元素组成为例）：

14、 （1）确定）确定M峰，它由最轻同位素组成，不含峰，它由最轻同位素组成，不含Cl和和Br时时 它应是这组同位素峰中丰度最大的峰。（不要把它应是这组同位素峰中丰度最大的峰。（不要把M- 1,M+1峰错当做峰错当做M峰！）峰！） （2）把这组峰的数据全部归一化（即将）把这组峰的数据全部归一化（即将M峰做为峰做为100， 求出求出M+1、M+2的相对丰度）。的相对丰度）。 （3）检查）检查M+2峰：若其丰度峰：若其丰度3%则说明该化则说明该化 合物中不含合物中不含Si、S、Cl、和、和Br等元素。等元素。 若其丰度若其丰度3%，要确定含比轻同位素大，要确定含比轻同位素大 两个单位的重同位素的种类和个

15、数。两个单位的重同位素的种类和个数。 （4）由）由M+1相对丰度确定可能的碳原子数。相对丰度确定可能的碳原子数。 不含不含N、S并且并且M-1不强时，可能的碳原子数不强时，可能的碳原子数 M+1相对丰度相对丰度1.11。 当化合物中含氯或含溴，而当化合物中含氯或含溴，而M-1峰又较强峰又较强 时，时，M-1峰的同位素峰会对峰的同位素峰会对M+1峰有贡献，峰有贡献， 所以该数据应扣除后，才能计算碳的数目。所以该数据应扣除后，才能计算碳的数目。 （5）确定氢的个数及氧的个数。）确定氢的个数及氧的个数。 （6）由不饱和度或其它数据判断所求元素组成）由不饱和度或其它数据判断所求元素组成 是否合理。是否

16、合理。 2高分辨质谱法求分子式高分辨质谱法求分子式 用高分辨质谱计通常能测定每一个质谱用高分辨质谱计通常能测定每一个质谱 峰的精确分子量，从而确定化合物实验式和峰的精确分子量，从而确定化合物实验式和 分子式。分子式。 用高分辨质谱计则可测得小数后用高分辨质谱计则可测得小数后3-4位数位数 字，质谱计分辨率越高，测定越正确字，质谱计分辨率越高，测定越正确,误差越误差越 小。小。 三三. 质谱的解析质谱的解析 质谱解析的大致程序叙述于下：质谱解析的大致程序叙述于下： 1 确认分子离子峰以及确认分子离子峰以及M+1、M+2等峰，求等峰，求 出出M+1、M+2对对M峰的相对强度比值。按上面峰的相对强度

17、比值。按上面 的方法计算分子式的方法计算分子式(也可根据高分辨质谱数据或也可根据高分辨质谱数据或 分子量和元素分析结果来决定分子式分子量和元素分析结果来决定分子式)。并计算。并计算 出不饱和度。出不饱和度。 2找出主要的离子峰找出主要的离子峰(一般指相对强度较大的离子一般指相对强度较大的离子 峰峰)，并记录这些离子峰的质荷比，并记录这些离子峰的质荷比(m/z值值)和相对强度。和相对强度。 P332 表表6-6中列出了一些有机化合物质谱中常中列出了一些有机化合物质谱中常 见的碎片离子。这个表为判断质谱中主要峰提供了初见的碎片离子。这个表为判断质谱中主要峰提供了初 步线索。步线索。 3对质谱中分子

18、峰或其它碎片离子峰丢失对质谱中分子峰或其它碎片离子峰丢失 的中性碎片的分析也极有助于图谱的解析。的中性碎片的分析也极有助于图谱的解析。 4用用MS/MS找出母离子和子离子，或亚稳找出母离子和子离子，或亚稳 扫描技术找出亚稳离子。扫描技术找出亚稳离子。 5配合配合UV、IR、NMR和化学方法等提出试和化学方法等提出试 样的结构式。样的结构式。 6已知化合物可用标准图谱对照来确定结已知化合物可用标准图谱对照来确定结 构是否正确。构是否正确。 例例1、试判断质谱图、试判断质谱图1、2分别是分别是2-戊酮还是戊酮还是3-戊酮的戊酮的 质谱图。写出谱图中主要离子的形成过程。质谱图。写出谱图中主要离子的形

19、成过程。 由图由图 1 可知，可知，m/z 57 和和 m/z 29 很强，且丰度相当。很强，且丰度相当。m/z 86 分子离子峰的质量比最大的碎片离子分子离子峰的质量比最大的碎片离子 m/z 57 大大 29，该质量差，该质量差 属合理丢失，且与碎片结构属合理丢失，且与碎片结构 C2H5 相符合。所以，图相符合。所以，图1 应是应是 3-戊戊 酮的质谱，酮的质谱，m/z 57、29 分别由分别由-裂解、裂解、i-裂解产生。裂解产生。 由图由图2可知，图中的基峰为可知，图中的基峰为 m/z 43，其它离子的丰度都很，其它离子的丰度都很 低，这是低，这是2-戊酮进行戊酮进行-裂解和裂解和 i-裂

20、解所产生的两种离子质量相裂解所产生的两种离子质量相 同的结果。同的结果。 例2：苯乙醚的质谱图如下所示，试解释其裂解过苯乙醚的质谱图如下所示，试解释其裂解过 程，并对主要信号峰进行归属。程，并对主要信号峰进行归属。 裂解过程及信号峰归属裂解过程及信号峰归属 例3：乙基异丁基醚的质谱图如下所示，试解释其乙基异丁基醚的质谱图如下所示，试解释其 裂解过程，并对主要信号峰进行归属。裂解过程，并对主要信号峰进行归属。 裂解过程及信号峰归属裂解过程及信号峰归属 例例4： 化合物分子式为化合物分子式为C9H12O，其质谱图谱，其质谱图谱 如下所示，试推测该化合物的结构。如下所示，试推测该化合物的结构。 l计算不饱和度为计算不饱和度为4，推测分子中可能含有苯环。，推测分子中可能含有苯环。 图谱中图谱中m/z 91, 77, 65, 39也佐证了苯环的存也佐证了苯环的存 在。在。 l136-91=45，故失去的碎片可能是，故失去的碎片可能是-COOH或或- OC2H5。对照分子式，不可能是羧酸。对照分子式，不可能是羧酸。 l推测其分子式可能是如下三种情况：推测其分子式可能是