质谱法推算结构—非常有用

质谱分析法1)根据质谱峰的质荷比测定化合物的分子量。2)依据质荷比及不同质荷比峰的相对强弱推测分子结构3)根据特征峰强度进行定量分析§7-1概述CH3将样品转化为运动的气态离子并按荷质比（m/z）大小进行分离记录的方法。历史特点应用§7-2质谱仪一质谱仪的结构及工作原理(一)进样系统作用：在不降低真空度的条件下，将样品分子引入到离子源中（高真空下操作）间歇式进样系统直接探针进样色谱进样系统间歇式进样系统(二)离子源作用：使气态样品分子电离，转化为带有样品信息的离子1电子轰击源(EI)灯丝电子束EI源：可变的离子化能量(10~70eV)电子能量电子能量分子离子增加碎片离子增加标准质谱图基本都是采用EI源(70eV)获得的2化学电离源(CI)HCCHCHCHCHeCH2344甲烷电离甲烷离子与分子反应生成加合离子3544CHCHCHCH25243HHCCHCH气体分子试样分子准分子离子电子加合离子与样品分子反应准分子离子:(M±1)+425CHRHRHCH(M+1)+5252HCXRHHC(M-1)+}气体分子试样分子准分子离子电子(M+17)+,(M+29)+采用CI源,易测得分子量M=390COOC8H17COOC8H17场电离源（FI）电极要求：电极尖锐，使用微碳针（W丝上的苯基腈裂解生成，1m）构成多尖陈列电极可提高电离效率。特点：电离温和，碎片少，主要产生分子离子M+和(M+1)+峰阳极阴极阴极e样品气流量子隧道效应M107108V/cm的强电场0.2-2mm聚焦单元入射狭缝分子中电子被为微电极“萃出”，同时分子离子被排斥进入质量分析器场解析源（FD）类似于场电离源，它也有一个表面长满“胡须”（长0.01mm）的阳极发射器。过程：样品溶液涂于发射器表面—蒸发除溶剂—强电场—分子电离—奔向阴极—引入磁场。特点：解吸需要的能量远低于气化所需要的能量，因此试样不需气化可以直接得到分子离子，特别适于非挥发性且分子量高达100000的分子。样品只产生分子离子峰和准分子离子峰，谱图最为简单快原子轰击源（FAB）金属探针样品涂层AroAr原子枪样品离子束分析器聚焦狭缝电离过程中不必加热气化，适合分析大分子量、难气化、热稳定性差的样品。如肽类、低聚糖、天然抗生素、有机金属络合物等。FAB源得到的质谱不仅有较强的准分子离子峰，而且有较丰富的结构信息。激光解吸源（LD）利用一定波长的脉冲式激光照射样品使样品电离。被分析的样品置于涂有基质（2,5二羟基苯甲酸、芥子酸、烟酸、α-氰基-4-羟基肉桂酸等）的样品靶上，激光照射到样品靶上，基质分子吸收激光能量，与样品分子一起蒸发到气相并使样品分子电离。合适的基质才获得到较好的离子产率，因此也常称为基质辅助激光解吸电离（MALDI）。特别适合于飞行时间质谱仪（TOF），属于软电离技术，比较适合分析生物大分子，如肽、蛋白质、核酸等。得到的质谱主要是分子离子，准分子离子、碎片离子和多电荷离子较少。无机样品离子源火花ICP特点：元素分析灵敏度高，可分析复杂样品（60种元素）、谱图简单、线性范围宽，广泛应用于水分析，血液中微量元素分析，食品分析及同位素比测定等。3电喷雾电离源(ESI)多电荷离子测定的样品分子量大(三)质量分析器1单聚焦VzmBR21044.1方向聚焦2双聚焦离子源收集器磁场S1S2+-方向聚焦：相同质荷比，入射方向不同的离子会聚。能量聚焦：相同质荷比，速度(能量)不同的离子会聚。质量相同，能量不同的离子通过电场和磁场时，均产生能量色散；两种作用大小相等，方向相反时互补实现双聚焦。飞行时间分析器TOE（2）质量范围宽，扫描速度快，无需电场和需磁场。但是离子进入漂移管前产生时间的先后，产生空间的前后和初始动能的大小不同，达到检测器的时间就不相同，因而降低了分辨率。目前，通过采取激光脉冲电离方式，离子延迟引出技术和离子反射技术，可使分辨率可达20000以上，最高可检质量超过300000Da，并且具有很高的灵敏度。广泛应用于气相色谱-质谱联用仪，液相色谱-质谱联用仪和基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪中。3四级杆分析器离子阱检测器（ITA）离子源环形电极端罩电极放大器和射频发生器（基本射频电压）放大器和射频发生器（附加射频电压）计算机0Z0r电子倍增管200Z2r上下端罩（Endcap）与左右环电极（Ringelectrode）构成可变电场（前者接地，后者施以射频电压）—电离子在一定轨道上旋转—改变电压—可使相同m/z离子依次离开进入电子倍增管而分离。特点：结构简单、易于操作、GC-MS联用，可用于m/z200-2000的分子分析。c2mBzervBzevrmv傅立叶离子回旋共振分析器（FTICR）分辨率极高（106），并且不影响灵敏度，高精密度，有多级质谱功能，适于任何离子源。相电流记录FI质谱图线性调频脉冲共振（吸收能量）样品真空泵底片灯丝正极UB1S2SBzevrmv2eHmvR(四)检测器(四)检测器电子倍增器示意图(五)真空系统作用：1)避免大量氧烧坏离子源的灯丝；2)消减离子的不必要碰撞，避免离子损失；3)避免离子－分子反应改变裂解模式，使质谱复杂化；4)减小本底。离子源质量分析器真空度要求：}10-4Pa机械泵扩散泵真空泵{二质谱仪的主要性能指标1质量范围质谱仪所能测定的离子质荷比范围单电荷离子：质量范围即分子量范围多电荷离子：分子量测定范围比质量范围大。2分辨率121mmmR定义：bammR实际测量：§7-3质谱解析基础知识1分子离子分子离子的质量与化合物的分子量相等一几种主要的离子(EI源)分子离子M+eM+.+2e同位素离子：2同位素离子由重同位素组成的分子形成的离子例如：CH413C+1H×4=17M+112C+2H+1H×3=17M+113C+2H+1H×3=18M+212C+1H×4=16M元素相对丰度％元素相对丰度％1H2H100.000.01514N15N100.000.3612C13C100.001.0816O17O18O100.000.040.20C、H、O、N的稳定同位素相对丰度化合物分子式：CwHxNyOz同位素离子峰与分子离子峰相对强度的计算公式：yxwMM37.002.008.11001zxwMM20.0200)02.008.1(10022根据质谱图上同位素离子峰与分子离子峰的相对强度，可以推测化合物的分子式(Beynon表：表中列有相对分子质量500。CH4:%;16.11001MM%0067.01002MM3碎片离子1)α断裂含饱和杂原子带有电荷的官能团与相连的α碳原子之间的断裂含不饱和杂原子烯烃(烯丙断裂)烷基苯(苄基断裂)RCH2CH2.+CH2RCH2CHCH2+.+m/z41CH2R+.CH2+-R.m/z912)β断裂α碳原子和β碳原子之间的键的断裂3)σ断裂CH3CCH3CH3++.C2H5CCH3CH3++.C2H5CH3较易发生CH3CCH3C2H5CH3-eCCH3C2H5CH3.+CH34重排离子麦氏重排氢原子；官能团：XC5亚稳离子C4H9+57m1/zC3H5+m2/z41C3H5+m*/z41亚稳离子m1m2m*m/e122)(*mmm二常见有机化合物的质谱m/z15294357859911314271（一）烃类正构烷烃：每隔14个质量单位出峰正癸烷质谱图CnH2n+1离子系列支链烷烃：支链取代位置裂解3-乙基己烷质谱图CH3CH2CHCH2CH3CH2CH2CH329438571芳烃基峰扩环麦氏重排（二）醇和酚醇RCHCH2CH2-H2O(M-18)+(M-1)+.-+.HRCHOHCHHOHR酚（三）醛和酮C3H7OH+.CH3CO+C6H13CO+C3H7HO+.+（四）酯和酸R1COOR2R1CO+-COR1+COOR2+-COOR2+麦氏重排1.直链烷烃1615m/zmethaneM=16饱合烃的质谱图1008090100605030204070020406080100120140160180200%OFBASEPEAK1030507090110130150170190210220230C2C3C4C5C6C7m/z=29m/z=43m/z=57m/z=71m/z=8599113127141155169183197C8C9C10C11C12C13C14C16CH3(CH2)14CH3Mm/z=226n-HexadecaneMW226m/z15294357859911314271正癸烷分子离子：C1(100%)，C10(6%)，C16(小)，C45(0)有M/e：29，43，57，71，……CnH2n+1系列峰(σ—断裂)有M/e：27，41，55，69，……CnH2n-1系列峰C2H5+（M/e=29）→C2H3+（M/e=27）+H2有M/e：28，42，56，70，……CnH2n系列峰(四圆环重排)2.支链烷烃20406080100120140160180200103050709011013015017019021022023010080901006050302040700%OFBASEPEAKC3m/z=43C4m/z=57C5m/z=71C8m/z=85C6m/z=99C7113C9C10C12C16M15M5-MethylpentadecaneCH3(CH2)3CH(CH2)9CH3CH385169141573.环烷烃M=84Cyclohexane84(M)56(C4H8+)41(C3H5+)1008090100605030204070%OFBASEPEAK02040608010010305070901100M=9898(M)1008090100605030204070%OFBASEPEAK02040608010010305070901108369554129MethylCyclohexaneCH3m/z=98m/z=8384(M)0204060801001030507090110695541271008090100605030204070%OFBASEPEAKCHCH3CCH3CH2CH3CHCH3CCH3CHCH3CCH3CH2CH3CH2CH3m/z=69m/z=55134(M)1008090100605030204070%OFBASEPEAK0204060801001030507090110917792513912013014065CH2CH2CH2CH3二、芳烃的质谱图CH2CH2CH2CH3CH2m/z=91m/z=91m/z=65m/z=39m/z=134HCCHHCCHCH2CH2CH3H2CCH2CHHCH3CH2HHm/z=92CH2HCCH3CH2CH2CH2CH3m/z=77m/z=134m/z=51HCCHC4H9R2CR1R3OH-R3R2CR1OHm/z:31,59,73,RHCHCH2OHRHCCH2OHH-H2ORHCCH2RHCCH2(CH2)n(CH2)n(CH2)n(CH2)nor三、醇和酚的质谱图RHCHCH2CH2CH2O+HH2CCH2-H2OM-(Alkene+H2O)M-46H2CCHR-RHCHHCCH2CH2O+HCH3H2CHC-H2O-CH3H2CCHRM-60HCCH2H2CCHHH2CRH2CCH2-CH2CHH2CRM-761008090100605030204070%OFBASEPEAKCH2OHM-(H2OandCH2CH2)M-(H2OandCH3)M-H2OM-11-PenTanolMW88CH3(CH2)3CH2OH314060801001201401030507090110130150020100809010060503020407020406080100120140%OFBASEPEA