北京化工大學儀器分析譜圖解析

1、譜圖解釋的一般方法譜圖解釋的一般方法:一張化合物的質譜圖包含有很多的信息，根據使用者的要求，一張化合物的質譜圖包含有很多的信息，根據使用者的要求，可以用來確定分子量、驗證某種結構、確認某元素的存在，也可可以用來確定分子量、驗證某種結構、確認某元素的存在，也可以用來對完全未知的化合物進行結構鑒定。對于不同的情況解釋以用來對完全未知的化合物進行結構鑒定。對于不同的情況解釋方法和側重點不同。方法和側重點不同。質譜圖一般的解釋步驟如下：質譜圖一般的解釋步驟如下： (1)由質譜的高質量端確定分子離子峰，求出分子量，初步判斷化由質譜的高質量端確定分子離子峰，求出分子量，初步判斷化合物類型及是否含有合物類型

2、及是否含有Cl、Br、S等元素。等元素。 (2)根據分子離子峰的高分辨數(shù)據，給出化合物的組成式。根據分子離子峰的高分辨數(shù)據，給出化合物的組成式。(3)由組成式計算化合物的不飽和度，即確定化合物中環(huán)和雙鍵的由組成式計算化合物的不飽和度，即確定化合物中環(huán)和雙鍵的數(shù)目數(shù)目,計算不飽和度有助于判斷化合物的結構。計算不飽和度有助于判斷化合物的結構。一、基本方法一、基本方法 (4)研究高質量端離子峰。質譜高質量端離子峰是由分子研究高質量端離子峰。質譜高質量端離子峰是由分子離子失去碎片形成的。從分子離子失去的碎片，可以確定離子失去碎片形成的。從分子離子失去的碎片，可以確定化合物中含有哪些取代基。常見的離子失

3、去碎片的情況有：化合物中含有哪些取代基。常見的離子失去碎片的情況有： M-15(CH3) M-16(O，NH2) M-17(OH，NH3) M-18(H2O) M-19(F) M-26(C2H2)M-27(HCN，C2H3） M-28(CO，C2H4) M-29(CHO，C2H5)M-30(NO)M-31(CH2OH，OCH3 M-32(S，CH3OH)M-35(Cl) M-42(CH2CO，CH2N2) M-43(CH3CO，C3H7) M-44(CO2，CS2) M-45(OC2H5，COOH) M-46(NO2，C2H5OH)M-79(Br) M-127(I) (5) 研究低質量端離子峰

4、，尋找不同化合物斷裂后生成的特研究低質量端離子峰，尋找不同化合物斷裂后生成的特征離子和特征離子系列。例如，正構烷烴的特征離子系列征離子和特征離子系列。例如，正構烷烴的特征離子系列為為m/z15、29、43、57、71等，烷基苯的特征離子系列等，烷基苯的特征離子系列為為m/z91、77、65、39等。根據特征離子系列可以推測等。根據特征離子系列可以推測化合物類型?；衔镱愋?。(6) 通過上述各方面的研究，提出化合物的結構單元。再根通過上述各方面的研究，提出化合物的結構單元。再根據化合物的分子量、分子式、樣品來源、物理化學性質等，據化合物的分子量、分子式、樣品來源、物理化學性質等，提出一種或幾種最

5、可能的結構。必要時，可根據紅外和核提出一種或幾種最可能的結構。必要時，可根據紅外和核磁數(shù)據得出最后結果。磁數(shù)據得出最后結果。 (7)驗證所得結果。驗證的方法有：將所得結構式按質譜斷裂驗證所得結果。驗證的方法有：將所得結構式按質譜斷裂規(guī)律分解，看所得離子和所給未知物譜圖是否一致；查該規(guī)律分解，看所得離子和所給未知物譜圖是否一致；查該化合物的標準質譜圖，看是否與未知譜圖相同；尋找標樣，化合物的標準質譜圖，看是否與未知譜圖相同；尋找標樣，做標樣的質譜圖，與未知物譜圖比較等各種方法做標樣的質譜圖，與未知物譜圖比較等各種方法。 質譜圖中常見碎片離子及其可能來源質譜圖中常見碎片離子及其可能來源質譜圖中常見

6、碎片離子及其可能來源（續(xù)上表）第三節(jié) 質譜分析法 -分子式的測定一、分子離子峰的確認一、分子離子峰的確認在在MS圖最右端圖最右端 區(qū)分區(qū)分M+1，M+2 不穩(wěn)定離子無不穩(wěn)定離子無M+1 1.分子離子穩(wěn)定性：分子離子穩(wěn)定性： 芳香族化合物芳香族化合物共軛鏈烯共軛鏈烯脂環(huán)化合物脂環(huán)化合物烯烴烯烴 直鏈烷烴直鏈烷烴 硫醇硫醇 酮酮 胺胺 酯酯醚醚 酸酸支鏈烷烴支鏈烷烴醇醇第三節(jié) 質譜分析法 -分子式的測定 2 含奇數(shù)含奇數(shù)e，含偶數(shù)，含偶數(shù)e不是不是M+ 3 服從氮律服從氮律 只含只含C,H,O, M+為偶數(shù)為偶數(shù) 含含C,H,O,N, 奇數(shù)個氮奇數(shù)個氮, M+奇數(shù)奇數(shù)第三節(jié) 質譜分析法 -分子式的

7、測定例例 某未知物只含某未知物只含C,H,O, MS最右端峰為最右端峰為m/z=59,不符合氮律，因而不是不符合氮律，因而不是M+ m/z=59第三節(jié) 質譜分析法 -分子式的測定 4 與相鄰峰相差與相鄰峰相差314，不是，不是M+ -CH2 ，-3H 不可能不可能 5 M-1峰不誤認峰不誤認 M-H峰較分子離子穩(wěn)定峰較分子離子穩(wěn)定 二、分子量的測定二、分子量的測定 精密質荷比精密質荷比 分子量分子量 M=同位素加權平均值同位素加權平均值第三節(jié) 質譜分析法 -分子式的測定 三油酸甘油酯三油酸甘油酯 m/z=884, MW=885.44三、分子式的測定三、分子式的測定 同位素峰強比同位素峰強比 1

8、.計算法：只含計算法：只含C、H、O的未知物用的未知物用 2000060211120.n.%Mn.%Mncc 第三節(jié) 質譜分析法 -分子式的測定求分子式 m/z 相對峰強 150(M) 100 151(M+1) 9.9 152(M+2) 0.9解：(M+2)%為0.9，說明不含S,Cl,Br (三者大于4)第三節(jié) 質譜分析法 -分子式的測定 M為偶數(shù)，說明不含氮或偶數(shù)個氮為偶數(shù)，說明不含氮或偶數(shù)個氮 先以不含先以不含N計算計算2109022010)216912(150)1612(1.220.090006.09.020.00006.0%291.19.91.1%1OHCnnMnnMnMncHcc分

9、子式為2109022010)216912(150)1612(1.220.090006.09.020.00006.0%291.19.91.1%1OHCnnMnnMnMncHcc分子式為 210902201021691215016121220090060902000060291199111OHC)()nn(Mn.n.%Mn.%MncHcc分分子子式式為為 2109022010)216912(150)1612(1.220.090006.09.020.00006.0%291.19.91.1%1OHCnnMnnMnMncHcc分子式為第三節(jié) 質譜分析法 -分子式的測定某未知物某未知物 m/z 相對強度相

10、對強度 151(M) 100 152(M+1) 10.4 153(M+2) 32.1解：解：因因(M+2)%=32.1,M:(M+2) 3:1 知分子中含一個氯知分子中含一個氯第十七章第十七章 質譜法質譜法第三節(jié) 質譜分析法 -分子式的測定 扣除氯的貢獻扣除氯的貢獻 (M+2)%=32.1-32.0=0.1 (M+1)%=10.4 , 在在Beynon的表中分子量為的表中分子量為116的式子共有的式子共有32個，其中個，其中M+1/M的值在的值在9%-11%的式子有以下三個：的式子有以下三個：分子式分子式 M+1 M+2 根據氮規(guī)律，應為根據氮規(guī)律，應為C8H6N,再加再加上一上一C8H4O

11、8.75 0.54 個氯原子，個氯原子， 應為應為C8H6NClC8H6N 9.12 0.37C9H8 9.85 0.43 說明為說明為U=(8+1)-(7-1)/2=6; C8H6NCl第三節(jié) 質譜分析法 -分子式的測定 高分辨質譜法高分辨質譜法 用高分辨質譜儀器可以測定化合物的精密質量，隨儀器的用高分辨質譜儀器可以測定化合物的精密質量，隨儀器的分辨率的增加，測量的精密度增加。分辨率的增加，測量的精密度增加。 組成有機化合物的主要元素組成有機化合物的主要元素C,H,O,N都含有同位素，如果都含有同位素，如果以以C12為標準，這些同位素的精密質量如下：為標準，這些同位素的精密質量如下：C12=

12、12.000000, C13=13.003554, H1=1.0078246, H2=2.0141022 CO=27.994914, N2=28.006147,C2H4=28.031299, CH2N=28.018723 根據精密質量就可以將這些物質區(qū)別開來。根據精密質量就可以將這些物質區(qū)別開來。例例1：試判斷質譜圖：試判斷質譜圖5-53、5-54分別是分別是2-戊酮還是戊酮還是3-戊酮的質戊酮的質譜圖。寫出譜圖中主要離子的形成過程。譜圖。寫出譜圖中主要離子的形成過程。由圖由圖5-53可知，可知，m/z57和和m/z29很強，且豐度相當。很強，且豐度相當。m/z86分分子離子峰的質量比附近最大

13、的碎片離子子離子峰的質量比附近最大的碎片離子m/z57大大29u，該質量，該質量差屬合理丟失，且與碎片結構差屬合理丟失，且與碎片結構C2H5相符合。據此可判斷圖相符合。據此可判斷圖5-53是是3-戊酮的質譜，戊酮的質譜，m/z57由由裂解產生，裂解產生，m/z29由由i裂解產生。裂解產生。圖圖5-54是是2-戊酮的質譜，圖中的基峰為戊酮的質譜，圖中的基峰為m/z43，其他離子的豐，其他離子的豐度都很低，這是度都很低，這是2-戊酮進行戊酮進行裂解和裂解和i裂解所產生的兩種離子質裂解所產生的兩種離子質量相同的結果。量相同的結果。例例2. 未知物質譜圖未知物質譜圖5-55如下，紅外光譜顯示該未知物在

14、如下，紅外光譜顯示該未知物在11501070cm-1有強吸收，試確定其結構。有強吸收，試確定其結構。解解 從質譜圖可得知以下結構信息：從質譜圖可得知以下結構信息： m/z88為分子離子峰；為分子離子峰； m/z88與與m/z59質量差為質量差為29u，為合理丟失。且丟失的片斷，為合理丟失。且丟失的片斷可能為可能為C2H5或或CHO； 譜圖中有譜圖中有m/z29、m/z43離子峰，說明可能存在乙基、正丙離子峰，說明可能存在乙基、正丙基或異丙基；基或異丙基； 基峰基峰m/z31為醇或醚的特征離子峰，表明化合物可能是醇或為醇或醚的特征離子峰，表明化合物可能是醇或醚。醚。由于由于IR譜在譜在17401

15、720cm-1和和36403620cm-1無吸收，可無吸收，可否定化合物為醛和醇。因為醚的否定化合物為醛和醇。因為醚的m/z31峰可通過以下重排反應峰可通過以下重排反應產生產生CH2CH2HOCH2HOCH2m/z 31CH2CH2據此反應及其他質譜信息，推測未知物可能的結構為據此反應及其他質譜信息，推測未知物可能的結構為質譜中主要離子的產生過程質譜中主要離子的產生過程OCH3CH2CH2OCH2CH3CH2OCH2CH2Hm/z 88m/z 59CH2OHCH2CH2m/z 31例3 某化合物的質譜如圖5-56所示。該化合物的1H-NMR譜在2.3ppm左右有一個單峰，試推測其結構。 解解

16、由該化合物質譜圖可知由該化合物質譜圖可知 分子離子峰分子離子峰m/z149是奇數(shù)，說明分子中含有奇數(shù)個是奇數(shù)，說明分子中含有奇數(shù)個N原子；原子； m/z149與相鄰峰與相鄰峰m/z106質量相差質量相差43u，為合理丟失，丟失，為合理丟失，丟失的碎片可能是的碎片可能是CH3CO或或C3H7; 碎片離子碎片離子m/z91表明，分子中可能存在表明，分子中可能存在 結構單元。結構單元。綜合以上幾點以及題目所給的綜合以上幾點以及題目所給的1H-NMR譜圖數(shù)據得出該化合物譜圖數(shù)據得出該化合物可能的結構為可能的結構為圖圖5-56質譜圖中離子峰的歸屬為質譜圖中離子峰的歸屬為CH2CH2NHCCH3OH2CN

17、HCOCH3m/z 106m/z 43m/z 91H2CNHCOCH3H2CCOCH3m/z 106NH例4 下面化合物是羧酸還是酯？試根據下面質譜圖推測其結構解： 相對分子質量為相對分子質量為102，分子式只可能，分子式只可能C5H10O2。m/z74有強信號，說明化合物產生了麥氏重排。有強信號，說明化合物產生了麥氏重排。如是羧酸，分子的結構及裂解方式為如是羧酸，分子的結構及裂解方式為如是酯，分子的結構及裂解方式為如是酯，分子的結構及裂解方式為從以上數(shù)據分析，化合物是酯從以上數(shù)據分析，化合物是酯。CH3CH2HCCH3COHO29734557HCCOHOHCH3m/z 74CH3CH2CH2

18、COOCH35943713187CH2COCH3OHm/z 74例例2. 高分辨率質譜儀測出某酯類化合物的精確分子量高分辨率質譜儀測出某酯類化合物的精確分子量為為116.0833，分子式為分子式為C6H12O2,推測其結構。推測其結構。解：解：1.分子離子區(qū)分子離子區(qū)已知試樣為酯，可表達為已知試樣為酯，可表達為RCOOR，M為為116m/z29： C2H5或或CHOm/z43： C3H7或或C2H3Om/z71： C5H11或或C3H7COm/z73： C2H5OCO或或 C3H7OCH2 2.碎片離子區(qū)碎片離子區(qū) m/z71提示該碎片為提示該碎片為C3H7CO，m/z73提示該碎提示該碎片為

19、片為C2H5OCO，這兩種離子說明試樣結構中的這兩種離子說明試樣結構中的R為為C3H7，R為為C2H5 。 至于至于R為正丙基還是異丙基由這就要求酸部分為為正丙基還是異丙基由這就要求酸部分為正丙基。則該酯結構為正丙基。則該酯結構為CH3CH2CH2COOC2H5.例例5： 由元素分析測得某化合物的組成式為由元素分析測得某化合物的組成式為C8H8O2，其，其質譜圖如圖，確定化合物結構式質譜圖如圖，確定化合物結構式： 該化合物分子量該化合物分子量 M=136 該化合物的不飽和度該化合物的不飽和度 由于不飽和度為由于不飽和度為5，而且質譜中存在，而且質譜中存在m/z 77，39,51等峰，可以推斷等

20、峰，可以推斷該化合物中含有苯環(huán)。該化合物中含有苯環(huán)。 高質量端質譜峰高質量端質譜峰m/z105是是m/z 136失去質失去質量為量為31的碎片（的碎片（-CH2OH或或-OCH3）產生的，）產生的，m/z 77(苯基苯基)是是m/z 105失去質量為失去質量為28的碎片（的碎片（-CO或或-C2H4）產生的。因為質譜中沒有）產生的。因為質譜中沒有m/z 91離子，所以離子，所以m/z77對應的是對應的是105失去失去CO，而不是，而不是105失去失去C2H4。推斷化合物的結構為推斷化合物的結構為如果指出：它的紅外光譜指出在如果指出：它的紅外光譜指出在3100和和3700cm-1之間無吸之間無吸

21、收？收？?(m a i nl i b )? Benzoi c? a ci d , ? m ethyl ? ester102030405060708090100110120130140150?0?50?100152739455159 657792105118136OO例6：某未知物質譜圖，試確定其結構。 由質譜圖可以確定該化合物的分子量由質譜圖可以確定該化合物的分子量M=154。M/z 156是是m/z 154的同位素峰。的同位素峰。 由由m/z154和和m/z156之比約為之比約為3：1，可以推測化合物中含有一，可以推測化合物中含有一個個Cl原子。原子。 m/z154失去失去15個質量單位（個

22、質量單位（CH3）得）得m/z139離子。離子。 m/z139失去失去28個質量單位（個質量單位（CO，C2H4）得）得m/z111離子。離子。 m/z77、m/z 76、m/z 51是苯環(huán)的特征離子。是苯環(huán)的特征離子。 m/z 43可能是可能是-C3H7或或-COCH3生成的離子。生成的離子。 由以上分析，該化合物存在的結構單元可能有：由以上分析，該化合物存在的結構單元可能有： 根據質譜圖及化學上的合理性，提出未知物的可能結構為： (a) (b)(c)上述三種結構中，如果是上述三種結構中，如果是(b)，則質譜中必然有很強的，則質譜中必然有很強的m/z 125離子，這與所給譜圖不符；如果是離子

23、，這與所給譜圖不符；如果是(c)，根據，根據一般規(guī)律，該化合物也應該有一般規(guī)律，該化合物也應該有m/z125離子，盡管離子離子，盡管離子強度較低。所以，是這種結構的可能性較小；如果是強度較低。所以，是這種結構的可能性較?。蝗绻?a)，其斷裂情況與譜圖完全一致。，其斷裂情況與譜圖完全一致。 如果只依靠質譜圖的解釋，可能給出(a)和(c)兩種結構式。然后用下面的方法進一步判斷：查(a)、(c)的標準質譜圖?？茨膫€與未知譜圖相同。利用標樣做質譜圖?？茨膫€譜圖與未知物譜圖相同。利用MS-MS聯(lián)用技術，確定離子間的相互關系，進一步分析譜圖，最后確定未知?(m a i nl i b )? Etha no

24、ne, ? 1-(4-chl orop henyl )-102030405060708090100 110 120 130 140 150 160 170?0?50?100152638435063758598111123139154OC l?(m a i nl i b )? Benzene, ? 1-chl oro-4-(1-m ethyl ethyl )-102030405060708090100 110 120 130 140 150 160 170?0?50?10014274151637791103115119125139154C l軟電離源質譜的解釋軟電離源質譜的解釋化學電離源質譜化學

25、電離源質譜化學電離可以用于化學電離可以用于GC-MS聯(lián)用方式，也可聯(lián)用方式，也可以用于直接進樣方式，對同樣化合物二者得到的以用于直接進樣方式，對同樣化合物二者得到的CI質譜是相同質譜是相同的?；瘜W電離源得到的質譜，既與樣品化合物類型有關，又與的?；瘜W電離源得到的質譜，既與樣品化合物類型有關，又與所使用的反應氣體有關。以甲烷作為反應氣，對于正離子所使用的反應氣體有關。以甲烷作為反應氣，對于正離子CI質質譜，既可以有譜，既可以有(M+H)+，又可以有，又可以有(M-H)-，還可以有，還可以有(M+C2H5)+、(M+C3H5)+；異丁烷作反應氣可以生成；異丁烷作反應氣可以生成(M+H)+，又可以，

26、又可以(M+C4H9)+。用氨作反應氣可以生成。用氨作反應氣可以生成(M+H)+, 也可以生成也可以生成(M+NH4)+。如果化合物中含電負。如果化合物中含電負性強的元素，通過電子捕獲可以生成負離子?；虿东@電子之后性強的元素，通過電子捕獲可以生成負離子?；虿东@電子之后又產生分解形成負離子，常見的有又產生分解形成負離子，常見的有M-、(M-H)-及其分解離子。及其分解離子。CI源也會形成一些碎片離子，碎片離子又會進一步進行離子源也會形成一些碎片離子，碎片離子又會進一步進行離子-分分子反應。但子反應。但CI譜和譜和EI譜會有較大差別，不能進行庫檢索。解釋譜會有較大差別，不能進行庫檢索。解釋CI譜主

27、要是為了得到分子量信息。解釋譜主要是為了得到分子量信息。解釋CI譜時，要綜合分析譜時，要綜合分析CI譜、譜、EI譜和譜和所用的反應氣，推斷出準分子離子峰。所用的反應氣，推斷出準分子離子峰。 快原子轟擊源質譜快原子轟擊源質譜: 快原子轟擊質譜主要是準分快原子轟擊質譜主要是準分子離子，碎片離子較少。常見的離子有子離子，碎片離子較少。常見的離子有(M+H)+、(M-H)-。此外，還會生成加合離子，最主要的加。此外，還會生成加合離子，最主要的加合離子有合離子有(M+Na)+、(M+K)+等，如果樣品滴在等，如果樣品滴在Ag靶上，還能看到靶上，還能看到(M+Ag)+，如果用甘油作為，如果用甘油作為基質，

28、生成的離子中還會有樣品分子和甘油生成基質，生成的離子中還會有樣品分子和甘油生成的加合離子。的加合離子。 FAB源既可以得到正離子，也可以得到負離子。源既可以得到正離子，也可以得到負離子。在基質中加入不同的添加劑，會影響離子的強度。在基質中加入不同的添加劑，會影響離子的強度。加入乙酸，三氟乙酸等會使正離子增強，加入加入乙酸，三氟乙酸等會使正離子增強，加入NH4OH會使負離子增強。會使負離子增強。電噴霧質譜電噴霧質譜電噴霧源既可以分析小分子，又可以分析大分電噴霧源既可以分析小分子，又可以分析大分子。對于分子量在子。對于分子量在1000Da以下的小分子，通常是生成單電荷以下的小分子，通常是生成單電荷離子，少量化合物有雙電荷離子。堿性化合物如胺易生成質子離子，少量化合物有雙電荷離子。堿性