色谱与质谱连用技术-质谱图分析复习过程

色谱与质谱连用技术——质谱图分析分子离子峰的识别

1231516171820丢失H.H2H2+H.

.CH3O.

or

NH2OH.H2OHF=4~14,21~24,37~38……通常认为是不合理丢失（1）除同位素峰外质荷比最大的峰（2）氮规则（奇电子离子）（3）在高质量区应有合理的碎片离子（分布合理）注意：在实际样品测定中，杂质干扰、仪器本底会影响的分子离子峰的判断。判断其是否符合氮律

氮规则：

含有偶数个氮原子的奇电子离子的质量为偶数；含有偶数个氮原子的偶电子离子的质量为奇数；含有奇数个氮原子的偶电子离子的质量为奇数；含有奇数个氮原子的奇电子离子的质量为偶数。◎

使用CI电离时，可能出现M+H,MH,M+C2H5,M+C3H5…

◎

使用FAB时，可出现M+H,MH,M+Na,M+K…

◎

较高分子量的化合物，可能同时生成M+H,M+2H,M+3H等

上述三点因素可能使分子离子峰的位置不在谱图的最右侧，判断时需要注意分子离子峰的相对强度(RI)

不同的电离方式,其分子离子的RI不等。

不稳定的分子,大分子,其分子离子的RI较弱。

稳定的分子,大共轭分子,其分子离子的RI较强。

大约20%的分子离子峰弱或不出现.其大致规律如下:

采用EI:芳香族化合物>共轭多烯>脂环化合物>低分子链烃,某些含硫化合物

羰基化合物(醛,酮,酸,酯,酰氯,酰胺)分子离子峰通常可见脂肪族醇类,胺类,硝基化合物，多支链化合物等分子离子峰通常弱或不出现分子离子峰不出现

改用其它离解方式,如:

CI,FAB,ESI等

分子式的推导

利用低分辨质谱数据，推导分子式

同位素峰簇及其相对丰度

■

对于C,H,N,O组成的化合物，其通式：CxHyNzOw

RI(M+1)/RI(M)×100=1.1x+0.37z

(2H0.016,17O0.04忽略

)RI(M+2)/RI(M)×100=(1.1x）2/200+0.2w

■

含硫的样品

32S:33S:34S=100:0.8:4.4RI(M+1)/RI(M)×100=1.1x+0.37z+0.8SRI(M+2)/RI(M)×100=（1.1x）2/200+0.2w+4.4S

■

含Si的化合物

28Si:29Si:30Si=100:5.1:3.4

■

含重同位素（如

Cl,Br）的样品

35Cl:37Cl=100:32.5≈3:1;79Br:81Br=100:98≈1:1

◎分子中含1Cl，

(a+b)1,M:M+2≈3:1

◎分子中含2Cl，(a+b)2,M:M+2:M+4≈9:6:1

◎分子中含1Br，(a+b)1,M:M+2≈1:1

◎分子中含2Br，(a+b)2,M:M+2:M+4≈1:2:1

◎分子中含1Cl

和1Br

(a+b)(c+d),M:M+2:M+4≈3:4:1

……

当分子中含有两种或两种以上的不同的具有同位素的元素时，可以用二项式展开的乘积来计算，即(a+b)n×(c+d)m

例：化合物中含有2个氯和2个溴原子Cl2:(a+b)n=(3+1)2=9:6:1Br2:(c+d)m=(1+1)2=1:2:1

（961)×1＝961(961)×2＝18122(961)×1＝961

9242281即M:(M+2):(M+4):(M+6):(M+8)＝9:24:22:8:1如果两个离子分别含有1个溴和3个氯，虽然(M+2)峰的相对强度差不多，但是(M+4)峰却有差别。在考虑(M+2)峰的相对强度时，还必须考虑(M+1)峰对它的贡献。—————————————DBE（或UN）的计算DBE:DoubleBondEquivalentsUN:UnsaturatedNumber计算式为:C—C原子数H—H原子数=C+1－H/2i)分子中含有卤素原子(X)时,它的作用等价于氢原子;ii)二价原子数目不直接进入计算式;iii)化合物中若含有一个三价N原子,它相应的化合物比链状烷烃多3个H.故有:N为三价:

=C+1－H/2－X/2+N/2

N为五价:=C+1－H/2－X/2+3N/2

例如:C7H3ClN2O2Ω

=(7+1)–3/2–1/2+1/2+3/2=8Ω

=(7+1)–3/2–1/2+2/2=7例：化合物的质谱图如下，推导其分子式设：分子离子峰：7373–58=15合理

(1.9/31)100=1.1x+0.37z,

z=1,x=5,y=73–14–60=–1?

z=1,x=4,y=73–14–48=11合理分子式C4H11N,Ω

=0

例3：化合物的质谱图如下，推导其分子式由碎片离子可判断其为

C6H13Br164:166=1:1,164-85=79(Br)分子中含有1个Br,不含氮或含偶数氮m/z:85(49),86(3.2),87(0.11)x=3.2/49×100/1.1≈6设x=6,则y=13,可能的分子式C6H13Br,Ω

=0合理设x=5,w=1,则y=9,可能的分子式C5H9OBr,Ω

=1也合理例

设m/z154为分子离子峰,154-139=15,合理

m/z154155156157

RI

1009.85.10.5分子中含有1个sx=(9.80.8)/1.18y=1543212×8=26不合理设w=1则y=154321612×8=10

分子式为C8H10OS

查Beynon表法

CHNOm/zM+1M+2理论计算值，会出现不符合N律和不符合DBE的一般规律。

高分辨质谱法

精确质量，与分辨率有关

※

试误法

精确质量的尾数=0.007825y+0.003074z-0.005085w※

查表法

BeynonandLederbey制作了高分辨质谱法数据表，可查出对应于某精确质量的分子式。※

计算机处理

有机质谱中的反应及其机理

M+eM+.+2eM-.+小于1%M+.A+.++B+AB++.中性分子或碎片R50-70eVM+·

→

A+·,B+,

C+·,D+……研究有机质谱裂解反应的实验方法

●

亚稳离子法

●

同位素标记法

●亚稳离子法

m1–Δm→m2Δm=15(CH3）,18(H2O),28(CH2CH2,CO)……

●

同位素标记法

2H标记，其质荷比大于未标记的分子离子或碎片离子。

例如:醇失水，MS证明是1,4-失水为主

氯代烃脱HCl,是1,3-失HCl为主

有机质谱裂解反应机理

裂解反应瞬间进行，机理研究困难

McLaferty

提出“电荷自由基定位理论”

自由基引发（断裂）自由基有强烈的电子配对倾向

正电荷吸引或极化相邻成键电子引起裂解（i断裂）

均裂-单电子转移

σ断裂(化合物不含杂原子，也没有π键）异裂-双电子转移分子失去一个电子，生成带单电子的正电荷的离子单电子或正电荷带在何位？

分子中n电子比π电子易丢失，π电子比σ电子易丢失离子的正电荷愈分散，离子的稳定性愈大自由基位置引发的裂解反应自由基位置引发的重排反应

电荷位置引发的裂解反应

有机化合物的一般裂解规律

偶电子规律

OE+·→OE+·,OE+·→EE+

EE+→EE+,EE+→OE+·?如何识别质谱图中的的OE+·?

不含氮的化合物,m/z为偶数的离子是奇电子离子

在质谱图中,奇电子离子并不多见,但重要.

烃类化合物的裂解规律:

烃类化合物的裂解优先生成稳定的正碳离子

CH3(CH2)nCH3

m/z43或57是基峰

C6H5CH2(CH2)nCH3

m/z91是基峰

含杂原子化合物的裂解（羰基化合物除外）:

羰基化合物的裂解:

逆Diels-Alder反应(RDA):

氢的重排反应:

McLafferty重排

例：4－辛酮：－氢重排的证明：用D取代α－H：用D取代β－H：用D取代－H：例：①烯：②酯：③烷基苯：④腙：⑤环氧化合物：⑥不饱和醇：⑦羧酸：⑧酰胺：γ-H重排常见离子自由基引发或正电荷诱导，经过四、五、六元环过渡态氢的重排

偶电子离子氢的重排芳环的邻位效应

杂芳环的邻位效应长链酯基的双氢重排

饱和分子的重排分裂

很多不含双键的分子也可发生重排分裂。如，醇失去水的碎片离子峰的生成：可由氘标记实验证实。通过六员环转移，1,4-消去。例：腈化物：失HCN硫醇:失H2S还可失CH3CO2H，CH3OH，CH2=C=O等质谱中的非氢重排

环化取代重排

消去重排环化取代重排(cyclizationdisplacementrearrangement)m/z

91(100)

消去重排(eliminationrearrangement)烷基迁移苯基迁移烷氧基迁移氨基迁移各类有机化合物的质谱

烃类化合物的质谱

※醇、酚、醚

※硫醇，硫醚

※胺类化合物

※卤代烃

※

醛，酮，羧酸，酯，酰胺

烃类化合物的质谱烷烃-直链烷烃：

M+·峰弱，可见。m/zCnH2n+2

M-29(·C2H5)

CnH2n+1(主)，m/z43,57,71,85,99,113等;Δm=14

CnH2n

m/z42,56,70,84等

CnH2n-1

m/z41,55,69,83等

m/z43(CH3)2CH+,57(CH3)3C+基峰或强峰

碎裂符合偶电子规律n-十六烷的质谱图如下烷烃-支链烷烃M+·弱或不见。

M-15(·CH3),带侧链CH3

M-R(·R)优先失去大基团，此处碎片离子峰的RI大。

烷烃-环烷烃以环己烷为例:

M+·较强,因裂解丢失基团需断裂两个键。m/z41,55,69峰。自由基引发，经过四，五，六元环过渡态氢转移，裂解如下:

（环上烷基取代，优先失去大基团，正电荷带在环上。）甲基环己烷的质谱图如下脂环化合物的复杂断裂：1.特点：i)需经两次开裂；ii)断裂前有氢原子的转移.2.实例：甲基环己醇三种异构体的裂解1）2-甲基环己醇：AB∵稳定性：叔碳自由基＞仲碳自由基∴m/z57＞m/z71(强度)2）3-甲基环己醇：∵甲基有超共轭效应，∴m/z71＞m/z57(RI)

3）4-甲基环己醇：另例：烯烃

M+·峰较弱，但比相应的烷烃强。m/zCnH2n

β-键断裂（末端烯），m/z41CH2=CH-CH2+基峰或强峰。

γ-氢重排m/z42CH2=CH-CH3+·,基峰或强峰

CnH2n-1(主),如m/z41,55,69,83,···等。

CnH2n+1

m/z43,57,71,85,99,113···等;Δm=14

CnH2n

m/z42,56,70,84，···等42+14n。

注意：重排时，双键可能发生移动，其位置难以确定。1-十二烯的质谱图如下：环烯：

RDA反应芳烃

烷基苯M+·强或中等强度。β-键的断裂，产生m/z91的基峰或强峰；γ-H的重排，产生m/z92的奇电子离子峰，进一步裂解，产生m/z77，65，51，39的峰或者m/z

78，66，52，40的峰。

例如,正己基苯的MS如下：

醇、酚、醚醇

■

M+·弱或不出现

■

CnH2n+1O的含氧碎片,m/z31,45,59···等（自由基位置引发的-裂解）。

■

M－18,M－

18－

28

伴有CnH2n+1

m/z43,57,71,85,99,113···等（i异裂R+）。

■

CnH2n

m/z42,56,70,84，···等,分子失水后类似于烯烃的裂解。

■

CnH2n-1

m/z41,55,69,83,···等。正壬醇的质谱图环己醇苄醇苯酚醚脂肪醚:

■

M+·弱,[M－H]+

■

CnH2n+1O的含氧碎片,31,45,59···等.■

-裂解,β-H转移.

■

CnH2n+1

m/z43,57,71,85,99,113···等。

(i异裂R+)C—Oσ键断裂,正电荷往往带在R基上.

■低质荷比区伴有CnH2n,CnH2n-1峰.

■与醇类的区别,无失水峰.

2-乙氧基丁烷的质谱图如下乙基正丁基醚的质谱图如下芳香醚

M+·较强，类似于脂肪醚的裂解方式。■β-H转移■γ-H重排双取代芳香醚取代基的位置对其质谱有较大的影响硫醇、硫醚

M+·的相对强度较相应的醇、醚强.硫醇:

M-33(-HS),M-34(-H2S),33HS+,34H2S+·

CnH2n+1S的含硫碎片,47,61,75,89···等.

伴有CnH2n+1

m/z(43,57,71,85,99,113···),CnH2n和CnH2n-1等.

(长链烷基硫醇尤为明显)例如

n-C12H25SH

硫醚

C-Sσ键断裂,正电荷往往带在含S碎片上.

-裂解.

CnH2n+1S的含硫片,47,61,75,89···等.

四元(β-H),五元,六元(γ-H)过渡态氢的重排.

M+·的相对强度较相应的硫醇强2-甲基-2-巯基-丁烷正戊基异丙基硫醚

胺类化合物

胺类化合物的M+·的RI较较弱

仲胺,叔胺或大分子伯胺M+·峰往往不出现

含奇数个N,M+·的m/z是奇数值

-裂解,正电荷带在含氮的碎片上(N稳定正电荷的能力大于O,S)

CnH2n+2N的含N特征碎片峰,m/z30,44,58等，30+14n峰.

β-H转移小分子伯胺,仲胺,叔胺的-裂解,其m/z30,44(or44+14n),58(or58+14n)的峰为基峰或强峰.比较正癸烷和1－氨基癸烷的质谱图：三乙胺的质谱图芳胺

羰基化合物醛,酮,羧酸,酯,酰胺

醛酮羧酸酯酰胺X:

HCH3OHOCH3NH2

X-CO+

2943455944R-CO+

M-1M-15M-17M-31M-16M-(15+14n)M-(31+14n)M-(16+14n)由M-X判断羰基化合物的类型羰基化合物—醛脂肪醛

M+·明显.可见M-1,M-29及R+碎片离子,m/z29强峰.CH3(CH2)7CHO芳醛M+·强或基峰.苯甲醛的裂解如下:水杨醛的质谱图羰基化合物—酮例：由质谱图推导化合物结构薄荷酮的质谱图如下

羰基化合物—羧酸羧酸的分子离子峰弱，可出现

M17(MOH)

M45(MCOOH)

45(COOH)

-H的重排生成m/z60的峰羰基化合物—酯类

小分子酯有明显的分子离子峰甲酯可出现M31(MOCH3)乙酯可出现M45(MOC2H5)

-H的重排生成m/z74+14n的峰长链酯的双氢重排峰C10H10O2C9H10O2的质谱图（a,b）如下，推导其结构a邻甲基苯甲酸甲酯b苯乙酸甲酯C6H12O2两种异构体的质谱图如下，推导其结构

(己酸

,丙酸丙酯

)3-甲基丁酸甲酯

羰基化合物—酰胺及氨基酸类酰胺类化合物的裂解反应与酯类化合物类似

-裂解

-裂解

-氢的重排

-氢的转移分子式C11H15NO两种异构体的质谱图如下，解释之质谱解析实例1

水杨酸正丁酯（O-羟基苯甲酸正丁酯）

质谱解析实例2m*:102.7,87.4,77.1,53.8,5.08,29.5m/z157127(m*102.7),30,NOorCH2O141111(m*

87.4),30,NOorCH2O127

99(m*77.2),28,COorCH2CH299

73(m*

53.8),26,CHCH111

75(m*50.7),36,HCl76

50(m*32.9),26,CHCH85

50(m*

29.5),35,Cl

分子中含有1Cl,1N（且为NO2）,苯基。15735(Cl)46(NO2)=76为双取代苯例一:试由未知物谱图推出其结构。解：由图：m/z102很弱，且无苯环特征峰（77，65，51，39）等，可知该化合物为脂肪烃。由m/z31(+OCH3）可知为含氧化合物醇、醚型，因为质谱图中无M－18峰，所以化合物为脂肪族醚类。

[(102－16)－2]/14=6

分子式为C6H14O结构式可能为：m/z87M－CH34573－C2H4

73M－C2H531CH2=OH+

5987－C2H429CH3－CH2

+

57M－OC2H5

无m/z59，故可排除(b)例二:未知物分子为C4H11N。今有七套质谱数据如下表所示，试推出相应的未知物结构。相对丰度解：C4H11N的可能异构体：C—C—C—C—N

ⅠC—C—NⅡCCC—C—C—N

ⅢCC—C—NCCⅣC—C—C—N—C

ⅤC—N—C

ⅥCCC—C—N—C—C

ⅦC—C—N

ⅧCC杂原子（N）化合物最易产生的裂分是－裂分。先从基峰着手，基峰为m/z＝58的化合物有A、B、C、G。对照上列8个结构式，易发生

－裂分失去甲基自由基的有：Ⅲ，Ⅳ，Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ。但对于Ⅲ式：有显著的m/z44的峰，故可排除。①Ⅳ的分支最多，M－CH3强，分子离子峰最低（0），故Ⅳ为G的结构式。

下面考虑峰强度差异较大的m/z30，由于m/z30可由m/z58或

m/z72经四元环重排得来，故由重排几率的大小即可判断。②Ⅶ式中N原子两侧均能发生

－裂分，继之发生四元环重排，m/z30强度最大（73.6），故Ⅶ为B式。

③Ⅵ式：m/z30次于B式的强度，故Ⅵ为C式。④Ⅷ式：与A中数据相符，故Ⅷ为A式。基峰为m/z44的异构体，仅化合物D。结构式Ⅲ，Ⅴ均可失去C2H5产生m/z44碎片离子，由于D中还有m/z58碎片，而Ⅴ不易失去甲基，故可排除Ⅴ式。⑤Ⅲ式为