质谱法是有机物结构分析的最重要方法之一

质谱法是有机物结构分析的最重要方法之一第一页，共三十九页，2022年，8月28日质谱法是有机物结构分析的最重要方法之一测定有机物的准确分子量；提供分子式和其他结构信息；

GC－MS，LC－MS联用技术解决了复杂有机混合物的快速分离和定性鉴定；

“软电离”技术可测定生物大分子准确分子量以及蛋白质中氨基酸序列等；灵敏度远高于其他结构分析方法。第二页，共三十九页，2022年，8月28日以某种方式使有机分子电离、碎裂，然后按质荷比（m/z）大小将生成的各种离子分离，检测其强度，并依次排列成谱图的形式，这种研究物质的方法叫做质谱（MassSpectrometry,MS）。各类有机物有其特定的、可以重复的质谱图，人们已经发现了一些化合物的的裂解规律。分子的电离和碎裂（离子生成）离子按质荷比分离离子的检测记录什么是质谱第三页，共三十九页，2022年，8月28日图示质谱原理质谱用于有机物结构解析第四页，共三十九页，2022年，8月28日正戊烷的电子轰击质谱图基峰质谱的表示方法第五页，共三十九页，2022年，8月28日质谱表示方法正戊烷的电子轰击质谱表第六页，共三十九页，2022年，8月28日质谱的基本原理和仪器样品的电离---电离方式离子的分离离子的检测与记录质谱仪器的基本结构第七页，共三十九页，2022年，8月28日样品的电离电子轰击电离法（ElectronImpact,EI）

利用一定能量的电子与气相中的样品分子相互作用（“轰击”），使分子失去价电子电离成分子离子，当分子离子具有的剩余能量大于其某些化学键的键能时，分子离子便发生碎裂，生成碎片离子。第八页，共三十九页，2022年，8月28日

ABCD＋e(气态分子)(70eV)A++B

ABCD+·

(分子离子)－2eABC++D·AB++CABC·+D+AB++CD·AD+·+BC…有机分子电离、碎裂示意图第九页，共三十九页，2022年，8月28日吡啶的电离效率曲线大部分有机物的电离电位为103eV，如：甲烷为13.1eV苯为9.24eV所以分子离子有较多剩余能量，能产生丰富的碎片离子。轰击电子的能量第十页，共三十九页，2022年，8月28日重排离子：离子碎裂过程中还可能发生原子连接次序的变化，即在断键的同时还有新化学键的生成，如ABCD+AD+·+BC中的AD+·就是重排离子。注意：如果分子中含有较多弱键，过高的剩余能量将导致分子离子大部分甚至全部断裂，质谱图上将不出现分子离子峰，在这种情况下，一般可采用软电离技术测定其分子离子峰，也可降低轰击电子能量以提高分子离子峰的强度，但是轰击电子能量降低会使总电离效率下降，进而导致灵敏度下降。第十一页，共三十九页，2022年，8月28日方法成熟，是经典、常规的有机物电离方法。已积累了数万张标准谱图；碎片离子提供丰富的结构信息；灵敏度高，能检测纳克（ng）级样品；相对其他质谱电离技术，重复性好；离子源的结构简单，操作方便，是商品质谱计的基本配置。70eV轰击能量使部分化合物分子离子峰信号太弱或不出现；要求样品先气化然后才能电离，限制了应用范围。EI的特点：第十二页，共三十九页，2022年，8月28日其他电离技术

（统称为“软电离技术”）化学电离法（CI）场致电离法（FI）和场解吸电离法（FD）快原子轰击法(FAB)和二次离子质谱法(SIMS)基质辅助激光解吸电离法(MALDI)大气压电离法（包括大气压化学电离法(APCI)和电喷雾电离(ESI)）第十三页，共三十九页，2022年，8月28日样品的电离脯氨酸的EIMS和CIMS比较用温和的、低能量的方式使分子电离，实现分子量测定的目的，如CI、FI。使液、固样品不经气化直接电离，解决难挥发、热不稳定样品的测定，如FD、FAB等。软电离技术的特点：第十四页，共三十九页，2022年，8月28日离子的分离原理基于不同质荷比的离子在磁场或电场作用下有不同的行为。分析方法：

磁偏转质量分析器四极滤质器离子阱质量分析器飞行时间质谱离子回旋共振质谱第十五页，共三十九页，2022年，8月28日

zV=mv2/2（1）

Hzv

＝mv2/R

（2）m/z＝H2R2/2V

（3）磁偏转质量分析器原理第十六页，共三十九页，2022年，8月28日质量分析器

离子检测系统真空系统进样系统离子源离子按m/z分离离子检测、记录分子电离碎裂离子的生成质谱仪器的基本结构第十七页，共三十九页，2022年，8月28日质谱仪器对真空的要求质谱仪内的气压：10－3～10－5Pa要求高真空的原因：避免离子与其他粒子碰撞而改变运动轨道或能量及动量；避免发生离子－分子反应；防止电子轰击离子源中的灯丝烧断。高真空对进样系统的特殊要求第十八页，共三十九页，2022年，8月28日质谱仪器的主要性能指标：质量范围

m/z分辨率

R=M/M为两个离子的平均质量，为两个离子质量之差。灵敏度第十九页，共三十九页，2022年，8月28日质谱仪器中的各种离子分子离子同位素离子碎片离子多电荷离子负离子离子－分子反应产生的离子亚稳离子第二十页，共三十九页，2022年，8月28日分子离子（M+·）最重要的一种离子，其质荷比为分子量；是奇电子离子；是分子失去一个价电子而生成的离子。注意：并非所有的有机物的分子离子都能出现。第二十一页，共三十九页，2022年，8月28日同位素离子由元素的稳定天然同位素产生；

如存在12C和13C，甲烷就有12CH4(m/z16)和13CH4(m/z17)两种不同的分子。又如35Cl和37Cl。质谱仪测定的是离子（由原子组成）的真实质量，而化学家使用的是平均原子量。第二十二页，共三十九页，2022年，8月28日碎片离子由M+·或碎片离子单分子裂解产生；数量多，并提供丰富的结构信息；通过裂解机理对其进行研究。第二十三页，共三十九页，2022年，8月28日常规的EI谱图中最常见到的只有七种离子中的三种—分子离子、碎片离子和同位素离子。有许多化合物，如支化度高的烷烃、叔醇、多元醇、缩醛等连分子离子都不出现。第二十四页，共三十九页，2022年，8月28日正戊烷的EIMS谱第二十五页，共三十九页，2022年，8月28日分子离子峰的判别标准必须是谱图中最高质量的离子（不考虑同位素离子）；

必须是一个奇电子离子；

质荷比的奇偶性必须符合氮规则；

有合理的中性丢失；

其丰度与化合物类型匹配。第二十六页，共三十九页，2022年，8月28日奇电子离子的判别当元素组成已知时，可用环加双键公式判别。环加双键公式：f

＝1＋n4＋1/2（n3－n1）如果计算值为整数，则该离子为奇电子离子，计算值为半整数时则为偶电子离子。第二十七页，共三十九页，2022年，8月28日氮规则某化合物中若含偶数个氮原子，其分子离子的质量一定是偶数；若分子中含奇数个氮原子，则其分子量一定是奇数。例如：CH4C2H5OHH2NCH2CH2NH2C6H5ClNH3C6H5NH2CH3SH等。第二十八页，共三十九页，2022年，8月28日合理的中性丢失分子离子与最靠近它的高质量碎片离子之间有一个合理的质量差，如这个质量差在4~14，21~25的区域内，则不合理，原先假定的分子离子是错误的。第二十九页，共三十九页，2022年，8月28日丰度与化合物类型匹配分子离子的丰度主要取决与它的稳定性。各类有机物分子离子稳定性顺序如下：芳香族化合物、共轭烯烃、脂环化合物、硫醚、直链烃、硫醇、酮、胺、酯、醚、羧酸、支链烃和醇。第三十页，共三十九页，2022年，8月28日

化合物名称M+·相对强度/%化合物名称M+·相对强度/%萘、喹啉100正－壬烷6四氢萘903－乙基－庚烷1甲基己基硫醚45二丁胺114－壬烯20辛胺0.53－辛酮8庚酸0.52－辛酮3辛醇0.1二丁醚2缩乙醛0一些典型化合物分子离子峰的相对强度第三十一页，共三十九页，2022年，8月28日常见化合物的电子轰击质谱举例第三十二页，共三十九页，2022年，8月28日第三十三页，共三十九页，2022年，8月28日第三十四页，共三十九页，2022年，8月28日第三十五页，共三十九页，2022年，8月28日气相色谱仪的高效分离能力与质谱仪的高灵敏度检测、高鉴别分子结构的能力相结合的一种仪器，它是分析复杂有机混合物的非常有效的工具。它的工作原理是：多组分混合物样品经过色谱柱分离，得到各个单一组分，按保留时间顺序随同载气逐一进入质谱仪的离子源，单组分样品被电离成碎片（离子），经质量分析器和检测器检测，可给出单一组分的质谱图，根据对所得质谱图进行计算机检索和谱图解析的结果，便可以对这些单一组分进行定性、定量分析。气相色谱-质谱联用仪

gaschromatograph-massspectrometer第三十六页，共三十九页，2022年，8月28日LC／MS的联用始于70年代，90年代以来，由于大气压电离的成功应用以及质谱本身的发展，液相色谱与质谱的联用，特别是与串联质谱(MS/MS)的联用得到了极大的重视和发展。LC-MS／MS已成为现代分析手段中必不可少的组成部分。LC-MS／MS联用的优点非常显著，因为气相色谱只能分离易挥发且不分解的物质，而液相色谱则把分离范围大大拓宽了，生物大分子也能分离，LC与高选择性、高灵敏度的MS／MS结合，可对复杂样品进行实时分析，即使在LC难分离的情况下，只要通过MS1及MS2对目标化合物进行中性碎片扫描，则可发现并突出混和物中的目标化合物，显著提高信噪比。液相色谱-质谱联用仪

liquidchromatograph-massspectrometer第三十七页，共三十九页，2022年，8月28日

在串联质谱方面，目前以四极杆串联质谱为主，它可进行MS1和MS2操作(空间上)。离子阱质谱和傅里叶变换质谱(FT—ICR—MS)亦可完成多级串联质谱分析(时间上)，离子阱质谱通过改变阱里射频场最多可进行10级MS操作，FT-ICR-MS通过离子回旋共振进行多级MS操作。飞行时间质谱(TOF)作为第二个质量分析器，由于其分辨率高、质量范围宽、扫描快和灵敏度高等优点，成为一个重要的