有机波谱讲解及谱图分析第二章有机质谱详解演示文稿

有机波谱讲解及谱图分析第二章有机质谱详解演示文稿现在是1页\一共有54页\编辑于星期二优选有机波谱讲解及谱图分析第二章有机质谱现在是2页\一共有54页\编辑于星期二1960’s开发GC/MS；60’s-70’s大气压电离源被发现，但未被广泛应用；70’s-80’s开始广泛研究LC/MS；1974年后回旋共振质谱仪；1979年传送带式LC/MS接口成为商业产品；1982年离子束LC/MS接口出现；1984年第一台电喷雾质谱仪宣告诞生；1988年电喷雾质谱仪首次应用于蛋白质分析……现在是3页\一共有54页\编辑于星期二质谱法质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按质荷比（m/z）大小进行分离记录的分析方法。所获得结果即为质谱图（亦称质谱）。根据质谱图提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。现在是4页\一共有54页\编辑于星期二质谱仪早期主要用于原子量的测定和定量测定某些复杂碳氢混合物中的各组分等。1960年以后，才开始用于复杂化合物的鉴定和结构分析。实验证明，质谱法是研究有机化合物结构的有力工具。现在是5页\一共有54页\编辑于星期二质谱仪是利用电磁学原理，使带电的样品离子按质荷比进行分离的装置。离子电离后经加速进入磁场中，其动能与加速电压及电荷z有关，即

zeU=1/2m2其中z为电荷数,e为元电荷(e=1.60×10-19C),U为加速电压,m为离子的质量,为离子被加速后的运动速度。具有速度

的带电粒子进入质谱分析器的电磁场中,根据所选择的分离方式,最终实现各种离子按m/z

进行分离。质谱仪的工作原理现在是6页\一共有54页\编辑于星期二根据质量分析器的工作原理，可以将质谱仪分为动态仪器和静态仪器两大类。在静态仪器中用稳定的电磁场，按空间位置将m/z不同的离子分开，如单聚焦和双聚焦质谱仪。在动态仪器中采用变化的电磁场，按时间不同来区分m/z不同的离子，如飞行时间和四极滤质器式的质谱仪。现在是7页\一共有54页\编辑于星期二◆质谱不属波谱范围◆质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关◆质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对强度的谱,谱图与分子结构有关

◆质谱法进样量少,灵敏度高,分析速度快◆质谱是唯一可以给出分子量,确定分子式的方法,而分子式的确定对化合物的结构鉴定至关重要。

特点现在是8页\一共有54页\编辑于星期二BlackBoxSamplesinAnswersoutWhatistheidealmassspectrometer?现在是9页\一共有54页\编辑于星期二计算机数据处理系统高真空系统

加速区进样系统离子源质量分析器检测器2.1.1质谱计现在是10页\一共有54页\编辑于星期二现在是11页\一共有54页\编辑于星期二质谱仪器的主要指标质量范围：仪器所检测的质荷比范围。对单电荷离子即为离子的质量范围；对多电荷离子，所检测的离子质量则扩展到离子电荷数相应的倍数。质谱仪的质量测定范围表示质谱仪所能进行分析的样品的相对原子质量（或相对分子质量）范围，通常采用原子质量单位（u）进行度量。测定气体用的质谱仪，一般质量测定范围在2～100，而有机质谱仪一般可达几千，现代质谱仪甚至可以研究相对分子量达几十万的生化样品。现在是12页\一共有54页\编辑于星期二分辨率(resolution)：

分辨本领:是指质谱仪分开相邻质量数离子的能力。即:对两个相等强度的相邻峰，当两峰间的峰谷(半峰高宽)不大于其峰高10%时，认为两峰已经分开，其分辨率为：R=m1/(m2-m1)=m1/Δm其中m1、m2为质量数，且m1<m2，故在两峰质量数较小时，要求仪器分辨率越大。现在是13页\一共有54页\编辑于星期二在实际工作中，有时很难找到相邻的且峰高相等的两个峰，同时峰谷(半峰高宽)又为峰高的10%。在这种情况下，可任选一单峰，测其峰高5%处的峰宽W0.05，即可当作上式中的Δm，此时的分辨率定义为R=m/W0.05

如果该峰是高斯型的，上述两式计算结果是一样的。质谱仪的分辨本领由几个因素决定：（1）离子通道的半径；（2）加速器与收集器狭缝宽度；（3）离子源的性质。现在是14页\一共有54页\编辑于星期二质谱仪的灵敏度有绝对灵敏度、相对灵敏度和分析灵敏度等几种表示方法。绝对灵敏度是指仪器可以检测到的最小样品量；相对灵敏度是指仪器可以同时检测的大组分与小组分含量之比；分析灵敏度则是指输入仪器的样品量与仪器输出的信号之比。灵敏度现在是15页\一共有54页\编辑于星期二准确度(accuracy):ppm(partpermillion)稳定性(stability):仪器在一定时间间隔内某离子的m/z测量值的变化.动态范围(dynamicrange):在动态范围内,样品量与仪器输出的信号应成正比例关系.现在是16页\一共有54页\编辑于星期二VacuumSystemSampleInletDetectorDataSystemMassAnalyserIonisationMethodAtmosphere质谱仪的构成现在是17页\一共有54页\编辑于星期二冷入口进样（Coldinletsystem)全玻璃可加热进样系统（Allglassheatedinletsystem,AGHIS)隔膜入口系统（Septuminletsystem)直接插入式进样杆（Directinsertionprobe,DIP)动态连续进样系统（GC/MS,LC/MS,CE/MS,微量入射泵等）

进样系统现在是18页\一共有54页\编辑于星期二2.1.2离子化的方法电喷雾电离ElectrosprayIonization,ESI电子轰击电离ElectronImpactIonization,EI化学电离ChemicalIonization,CI场电离，场解吸FieldIonizationFI,FieldDesorptionFD快原子轰击FastAtomBombardment,FAB现在是19页\一共有54页\编辑于星期二其他离子化的方法基质辅助激光解析电离(MALDI)电感耦合电离(ICP)热喷雾(HSI)现在是20页\一共有54页\编辑于星期二电子轰击电离EI

电子轰击电离又称为电子轰击，或电子电离。是应用最普遍，发展最成熟的电离方法。

轰击电压50-70eV,有机分子的电离电位一般为7-15eV。可提供丰富的结构信息。有些化合物的分子离子不出现或很弱现在是21页\一共有54页\编辑于星期二现在是22页\一共有54页\编辑于星期二现在是23页\一共有54页\编辑于星期二EI优点：(1)多数情况下，能获得分子离子，即可获得分子量的信息。同时也能获得很多由于分子离子碎裂所表现出来的结构信息。由分子离子及大量的碎片离子，可以推演出碎裂过程，从而可以推出被测有机分子的结构。(2)适应性广。(3)可以精确地控制电子束能量，从而能方便地控制有机分子的电离及分子离子的内能，也即能控制分子离子的碎裂。现在是24页\一共有54页\编辑于星期二EI缺点：（1）对有些化合物来说，不能得到或仅能得到极弱的分子离子峰。如链烃、醇等，这时就难以确定被测物分子的分子量。（2）对一些位置异构体（如二氯苯）和顺反异构体不能分辨，或鉴别起来十分困难。（3）对于那些十分依赖加温才能挥发的有机物，有时因热不稳定而只能测得分解产物的质谱（如肽类化合物），有的因根本不挥发而测不到有用的谱（如聚苯乙烯）。现在是25页\一共有54页\编辑于星期二化学电离CI现在是26页\一共有54页\编辑于星期二通过引入大量的试剂气，使样品分子与电离电子不直接作用。试剂气分子被电子轰击电离后因离子－分子反应产生一些活性反应离子，这些离子再与样品分子发生离子－分子反应，使样品分子实现电离。CH4+eCH4++2eCH4++CH4

CH3+CH5+

CH3++CH4

H2+C2H5+

CH2++CH4

H2+C2H4+

C2H3++H

C2H3++CH4

H2+C3H5+

现在是27页\一共有54页\编辑于星期二常用反应气：甲烷、丙烷、异丁烷、氢气、氨、氮气、一氧化碳、氩气等优点：(1)分子量信息和结构信息(2)灵敏度高(3)有时可区分异构体缺点：对热不稳及不挥发的化合物不适用。现在是28页\一共有54页\编辑于星期二场致和场解吸电离源FI&FD场电离源（Fieldionization）： 样品蒸汽临近或接触带高的正电荷的金属针时，高曲率半径的针端产生的很高的电压强度使样品分子电离。优点：（1）能得到分子量信息；（2）能得某些有价值的结构信息。缺点：（1）灵敏度低，结构信息少。（2）不适用于不挥发的及对热不稳定样品。现在是29页\一共有54页\编辑于星期二现在是30页\一共有54页\编辑于星期二场解吸(Fielddesorption)： 原理同场电离。但样品是沉积在电极上。与前三种相比，最“软”。优点：（1）固态时就能使样品分子电离，适合于难汽化和热不稳定样品（2）有丰富的分子离子或准分子离子（甚至是基峰）缺点：碎片离子极少，灵敏度一般不及EI和CI。现在是31页\一共有54页\编辑于星期二快原子轰击（FAB）

惰性气体Ar或Xe的原子首先被电离并被加速，使之具有高的动能，在原子枪(atomgun)内进行电荷交换反应：

Ar+(高动能的)+Ar(热运动的)→Ar(高动能的)+Ar+(热运动的)高动能的Ar或Xe原子束再轰击样品分子使其离子化

现在是32页\一共有54页\编辑于星期二

FAB是目前广泛使用的软电离技术，适用于难汽化,极性强的大分子。样品用基质调节后黏附在靶物上。

常用的基质有甘油，硫代甘油，3-硝基苄醇，三乙醇胺等。

注意：FAB质谱图中会出现基质分子产生的相应的峰及基质分子与样品分子的结合峰。

例如：3-硝基苄醇作为基质时，会出现m/z154(MH),136（MH–H2O）,289(MMH–H2O)的峰。现在是33页\一共有54页\编辑于星期二HPLC样品溶液

氮气雾化

通过加热管被汽化

雾化管端施加高电压加热管端尖端放电溶剂分子电离样品分子电离单电荷或多电荷离子抽真空保温层电喷雾电离（ESI）现在是34页\一共有54页\编辑于星期二现在是35页\一共有54页\编辑于星期二2.1.3质量分析器

磁分析器,

静电分析器只有一扇形磁场的质量分析器又称为磁分析器。

加速后离子具有一定的动能:（），该动能是由离子在加速电场获得的电势能（zV）转化的。

单聚焦质谱计—磁分析器现在是36页\一共有54页\编辑于星期二现在是37页\一共有54页\编辑于星期二双聚焦质谱计—静电分析器+磁分析器

静电分析器由两个同心圆板组成，两圆板之间保持一定的电位差(E)。现在是38页\一共有54页\编辑于星期二

四极滤质器四极滤质器由四根平行的金属杆组成，其排布见右图所示。被加速的离子束穿过对准四根极杆之间空间的准直小孔。通过在四极上加上直流电压U和射频电压Vcost，在极间形成一个射频场，离子进入此射频场后，会受到电场力作用，只有合适m/z的离子才会通过稳定的振荡进人检测器。只要改变U和V并保持U/V比值恒定时，可以实现不同m/z的检测。

现在是39页\一共有54页\编辑于星期二现在是40页\一共有54页\编辑于星期二液体二次离子质谱LiquidSecondaryIonMassSpectrometery,LSIMS用重离子取代重原子进行轰击,如使用Cs+.Cs+是一级离子,经其轰击产生的离子就是二次离子,用于液体样品的分析,因此叫LSIMS.现在是41页\一共有54页\编辑于星期二基质辅助激光解吸电离Matrix-assistedLaserDisorptionIonization,MALD为避免热敏感化合物热分解,需对他们进行极快速的加热,采用脉冲式激光对靶物提供高能量.方法是:将被分析物质(μmol/L级浓度)的溶液和某种基质(mmol/L级浓度)溶液相混合.蒸发溶剂,于是被分析物质与基质成为晶体或半晶体.用一定波长的脉冲式激光进行照射.基质分子能有效地吸收激光的能量,使基质分子和样品投射到气相并得到电离.常用的基质有2,5-二羟基苯甲酸、芥子酸、烟酸、-氰基-4-羟基肉桂酸等.现在是42页\一共有54页\编辑于星期二

样品溶液仍由具有雾化气套管的毛细管端流出,被氮气流雾化,通过加热管时被汽化.在加热管端进行电晕（corona）尖端放电,溶剂分子被电离,再通过CI过程使样品分子进行电离,得准分子离子.大气压化学电离

AtmosphericPressureChemicalIonizationAPCI现在是43页\一共有54页\编辑于星期二2.1.4串联质谱和色谱-质谱联机混合物的分析怎样解决？1.碰撞诱导断裂碰撞诱导断裂（collision-induceddissociation,CID）又称为碰撞活化断裂（collision-activateddissociation,CAD）或简称碰撞活化（collisionalactivation,CA）对CID，将碰撞前后的离子分别称为反应物离子（reactantion）和产物离子（production）现在是44页\一共有54页\编辑于星期二2.串联质谱（tandemMS）又表为，MSnn为串联级数。MS/MS分为两类：空间上串联（tandem-in-space）

时间上串联（tandem-in-time）§2.1.5色谱-质谱联机色谱是分离混合物的有效方法，但难以得到结构信息，通常是与标样对比推测结构。1.GC/MS色谱柱—常压操作，质谱—真空下操作。

常用电离方式：EI或EI和CI间断进行。2.LC/MS（HPLC/MS）GC只能分离在操作温度下能气化且不分解的物质，只有少数有机化合物满足此要求，LC大大扩充了分离范围.现在是45页\一共有54页\编辑于星期二现在是46页\一共有54页\编辑于星期二质谱图及其应用质谱图与质谱表质谱法的主要应用是鉴定复杂分子并阐述其结构，确定元素的同位素及分布等。一般的质谱给出的数据有两种形式：一是棒图即质谱图，另一个为表格即质谱表。质谱图是以质荷比(m/z)为横坐标，相对强度为纵坐标构成。一般将原始质谱图上最强的离子峰为基峰并定为相对强度为100%，其它离子峰以对基峰的相对百分值表示。现在是47页\一共有54页\编辑于星期二2.1.5质谱图

横坐标为离子的质核比，纵坐标为离子相对强度或相对丰度。乙醇的质谱图如下：现在是48页\一共有54页\编辑于星期二质谱表是用表格形式表示的质谱数据。质谱表中有两项即质荷比和相对强度。从质谱图上可以直观地观察整个分子的质谱全貌，而质谱表则可以准确地给出精确的m/z值及相对强度值，有助于进一步分析。现在是49页\一共有54页\编辑于星期二1.质谱术语基峰:RI（relativeintensity)

100,

RA（relative

abundance)100质荷比:

m/z,z=1,z=2，…

精确质量:

精确质量的计算基于天然丰度最大的同位素的精确原子量，如：

1H1.007825、12C

12.000000、

14N14.003074、

16O15.994915···精确度与质谱计的分辨率有关。2.1.4质谱术语及质谱中的离子现在是50页\一共有54页\编辑于星期二2.质谱中的离子:分子在离子源中可