質(zhì)譜確定化合物分子式

1、1質(zhì)譜如何確定化合物分子式質(zhì)譜如何確定化合物分子式 主講人：孫啟慧主講人：孫啟慧 學(xué)號：學(xué)號：201302063201302063v首先明確質(zhì)譜的定義、組成和意義。首先明確質(zhì)譜的定義、組成和意義。v確定化合物分子式的一般思路。確定化合物分子式的一般思路。vHPLC-TOF/MS數(shù)據(jù)處理舉例。數(shù)據(jù)處理舉例。23質(zhì)譜的定義和作用質(zhì)譜的定義和作用 質(zhì)譜法質(zhì)譜法：是將被測物質(zhì)離子化，按離子的質(zhì)荷比分離，測量是將被測物質(zhì)離子化，按離子的質(zhì)荷比分離，測量各種離子譜峰的強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)分析目的的一種各種離子譜峰的強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)分析目的的一種分析方法分析方法。 質(zhì)量是物質(zhì)的固有特征之一，不同的物質(zhì)有不同的質(zhì)量，利質(zhì)量是

2、物質(zhì)的固有特征之一，不同的物質(zhì)有不同的質(zhì)量，利用這一性質(zhì)，可以進(jìn)行定性分析（包括分子質(zhì)量和相關(guān)結(jié)構(gòu)信用這一性質(zhì)，可以進(jìn)行定性分析（包括分子質(zhì)量和相關(guān)結(jié)構(gòu)信息）息）。4質(zhì)譜儀的組成質(zhì)譜儀的組成Components of any Mass Spectrometer5質(zhì)譜的數(shù)據(jù)采集質(zhì)譜的數(shù)據(jù)采集檢測器檢測器：通常為光電倍增器或電子倍增器，所采集的信號經(jīng)通常為光電倍增器或電子倍增器，所采集的信號經(jīng)放大并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理后得到質(zhì)譜圖。放大并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理后得到質(zhì)譜圖。（1 1）橫坐標(biāo)表示）橫坐標(biāo)表示 m/zm/z，由于分子離子或碎片離子在大多數(shù)情，由于分子離子或碎片離子在大

3、多數(shù)情況下只帶一個正電荷，所以通常稱況下只帶一個正電荷，所以通常稱m/zm/z為質(zhì)量數(shù)，對于低分辨為質(zhì)量數(shù)，對于低分辨率的儀器，離子的質(zhì)荷比在數(shù)值上就等于它的質(zhì)量數(shù)。率的儀器，離子的質(zhì)荷比在數(shù)值上就等于它的質(zhì)量數(shù)。（2 2）縱坐標(biāo)表示離子強(qiáng)度，在質(zhì)譜中可以看到幾個高低不同）縱坐標(biāo)表示離子強(qiáng)度，在質(zhì)譜中可以看到幾個高低不同的峰，縱坐標(biāo)峰高代表了各種不同質(zhì)荷比的離子豐度的峰，縱坐標(biāo)峰高代表了各種不同質(zhì)荷比的離子豐度- -離子流離子流強(qiáng)度。強(qiáng)度。6質(zhì)譜離子的多少用豐度表示（質(zhì)譜離子的多少用豐度表示（abundanceabundance）表示，即具有某質(zhì)）表示，即具有某質(zhì)荷比離子的數(shù)量。由于某個具體離

4、子的荷比離子的數(shù)量。由于某個具體離子的“數(shù)量數(shù)量”無法測定，無法測定，故一般用相對豐度表示其強(qiáng)度，即最強(qiáng)的峰叫基峰（故一般用相對豐度表示其強(qiáng)度，即最強(qiáng)的峰叫基峰（base base peakpeak），其他離子的豐度用相對于基峰的百分?jǐn)?shù)表示。在質(zhì)），其他離子的豐度用相對于基峰的百分?jǐn)?shù)表示。在質(zhì)譜儀測定的質(zhì)量范圍內(nèi)，由離子的質(zhì)荷比和其相對豐度構(gòu)成譜儀測定的質(zhì)量范圍內(nèi)，由離子的質(zhì)荷比和其相對豐度構(gòu)成質(zhì)譜圖。質(zhì)譜圖。在在LC/MSLC/MS和和GC/MSGC/MS中，常用各分析物質(zhì)的色譜保留時間和由質(zhì)中，常用各分析物質(zhì)的色譜保留時間和由質(zhì)譜得到其離子的相對強(qiáng)度組成色譜譜得到其離子的相對強(qiáng)度組成色譜總

5、離子流圖總離子流圖。也可確定某。也可確定某固定的質(zhì)荷比，對整個色譜流出物進(jìn)行選擇離子檢測固定的質(zhì)荷比，對整個色譜流出物進(jìn)行選擇離子檢測（selected ion monitoringselected ion monitoring， SIM SIM），得到選擇離子流圖），得到選擇離子流圖7離子流強(qiáng)度有兩種不同的表示方法離子流強(qiáng)度有兩種不同的表示方法: : （1 1）絕對強(qiáng)度絕對強(qiáng)度 是將所有離子峰的離子流強(qiáng)度相加作為總離子流，用各是將所有離子峰的離子流強(qiáng)度相加作為總離子流，用各離子峰的離子強(qiáng)度除以總離子流，得出各離子流占總離子流離子峰的離子強(qiáng)度除以總離子流，得出各離子流占總離子流的百分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)

6、（2 2）相對強(qiáng)度相對強(qiáng)度 以質(zhì)譜峰中最強(qiáng)峰作為以質(zhì)譜峰中最強(qiáng)峰作為100100，稱為基峰（該離子的豐度，稱為基峰（該離子的豐度最大、最穩(wěn)定），然后用各種峰的離子流強(qiáng)度除以基峰的離最大、最穩(wěn)定），然后用各種峰的離子流強(qiáng)度除以基峰的離子流強(qiáng)度，所得的百分?jǐn)?shù)就是相對強(qiáng)度。子流強(qiáng)度，所得的百分?jǐn)?shù)就是相對強(qiáng)度。8解析質(zhì)譜圖，解析質(zhì)譜圖，一般流程一般流程1.1.解析分子離子區(qū)解析分子離子區(qū)(1) (1) 標(biāo)出各峰的質(zhì)荷比數(shù)，尤其注意高質(zhì)荷比區(qū)的峰。標(biāo)出各峰的質(zhì)荷比數(shù)，尤其注意高質(zhì)荷比區(qū)的峰。(2) (2) 識別分子離子峰。首先在高質(zhì)荷比區(qū)假定分子離子峰，識別分子離子峰。首先在高質(zhì)荷比區(qū)假定分子離子峰，判

7、斷該假定分子離子峰與相鄰碎片離子峰關(guān)系是否合理，然判斷該假定分子離子峰與相鄰碎片離子峰關(guān)系是否合理，然后判斷其是否符合氮律。若二者均相符，可認(rèn)為是分子離子后判斷其是否符合氮律。若二者均相符，可認(rèn)為是分子離子峰。峰。(3) (3) 分析同位素峰簇的相對強(qiáng)度比及峰與峰間的分析同位素峰簇的相對強(qiáng)度比及峰與峰間的DmDm值，判斷值，判斷化合物是否含有化合物是否含有C1C1、BrBr、S S、SiSi等元素及等元素及F F、P P、I I等無同位素等無同位素的元素。的元素。9解析質(zhì)譜圖，解析質(zhì)譜圖，一般流程一般流程氮規(guī)律：氮規(guī)律： 含有偶數(shù)含有偶數(shù)N N時，其分子離子峰的時，其分子離子峰的m/zm/z一

8、定是偶數(shù)。一定是偶數(shù)。 含有奇數(shù)含有奇數(shù)N N原子時，其分子離子峰的原子時，其分子離子峰的m/zm/z一定是奇數(shù)。凡一定是奇數(shù)。凡不符合氮規(guī)律的離子峰一定不是分子離子峰不符合氮規(guī)律的離子峰一定不是分子離子峰特殊元素：特殊元素： 當(dāng)化合物中含當(dāng)化合物中含S S、BrBr、ClCl時，可利用時，可利用M M與與M+2M+2峰的比例來確峰的比例來確定分子離子峰定分子離子峰3535ClCl、7979BrBr、3232S S的同位素的同位素3737ClCl、8181BrBr、3434S S相對豐相對豐度較大分別為：度較大分別為：75.7775.77，50.53750.537，95.0095.00； 24

9、.3324.33，49.46349.463，4.224.22。M+2M+2的同位素峰十分明顯。通過的同位素峰十分明顯。通過M M和和M+2M+2峰的比例來確認(rèn)。峰的比例來確認(rèn)。 例：若分子中含一個氯原子，例：若分子中含一個氯原子，M M和和M+2M+2強(qiáng)度比為強(qiáng)度比為3 31 1；若；若分子中含一個溴原子，分子中含一個溴原子，M M和和M+2M+2強(qiáng)度比為強(qiáng)度比為1 11 110(4) (4) 推導(dǎo)分子式，計(jì)算不飽和度。由高分辨質(zhì)譜儀測得的精推導(dǎo)分子式，計(jì)算不飽和度。由高分辨質(zhì)譜儀測得的精確分子量或由同位素峰簇的相對強(qiáng)度計(jì)算分子式。若二者均確分子量或由同位素峰簇的相對強(qiáng)度計(jì)算分子式。若二者均難

10、以實(shí)現(xiàn)時，則由分子離子峰丟失的碎片及主要碎片離子推難以實(shí)現(xiàn)時，則由分子離子峰丟失的碎片及主要碎片離子推導(dǎo)，或與其它方法配合。導(dǎo)，或與其它方法配合。(5) (5) 由分子離子峰的相對強(qiáng)度了解分子結(jié)構(gòu)的信息。分子離由分子離子峰的相對強(qiáng)度了解分子結(jié)構(gòu)的信息。分子離子峰的相對強(qiáng)度由分子的結(jié)構(gòu)所決定，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大，相對子峰的相對強(qiáng)度由分子的結(jié)構(gòu)所決定，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大，相對強(qiáng)度強(qiáng)度較較大。對于分子量約大。對于分子量約200200的化合物，若分子離子峰為基峰的化合物，若分子離子峰為基峰或強(qiáng)蜂，譜圖中碎片離子較少、表明該化合物是高穩(wěn)定性分或強(qiáng)蜂，譜圖中碎片離子較少、表明該化合物是高穩(wěn)定性分子，可能為芳烴或稠環(huán)化

11、合物。子，可能為芳烴或稠環(huán)化合物。11例如：萘分子離子峰例如：萘分子離子峰m mz 128z 128為基峰，蒽醌分子離子峰為基峰，蒽醌分子離子峰m mz z 208208也是基峰。也是基峰。分子離子峰弱或不出現(xiàn)，化合物可能為多支鏈烴類、醇類、分子離子峰弱或不出現(xiàn)，化合物可能為多支鏈烴類、醇類、酸類等。酸類等。122.2.解析碎片離子解析碎片離子(1) (1) 由特征離子峰及丟失的中性碎片了解可能的結(jié)構(gòu)信息。由特征離子峰及丟失的中性碎片了解可能的結(jié)構(gòu)信息。若質(zhì)譜圖中出現(xiàn)系列若質(zhì)譜圖中出現(xiàn)系列CnH2n+1CnH2n+1峰，則化合物可能含長鏈烷基。峰，則化合物可能含長鏈烷基。若出現(xiàn)或部分出現(xiàn)若出現(xiàn)

12、或部分出現(xiàn)m mz 77z 77，6666，6565，5151，4040，3939等弱的碎片等弱的碎片離子蜂，表明化合物含有苯基。若離子蜂，表明化合物含有苯基。若m mz 91z 91或或105105為基峰或強(qiáng)為基峰或強(qiáng)峰，表明化合物含有芐基或苯甲酰基。若質(zhì)譜圖中基峰或強(qiáng)峰，表明化合物含有芐基或苯甲?；Ｈ糍|(zhì)譜圖中基峰或強(qiáng)峰出現(xiàn)在質(zhì)荷比的中部，而其它碎片離子峰少，則化合物可峰出現(xiàn)在質(zhì)荷比的中部，而其它碎片離子峰少，則化合物可能由兩部分結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，其間由容易斷裂的弱鍵相連。能由兩部分結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，其間由容易斷裂的弱鍵相連。13(2) (2) 綜合分析以上得到的全部信息，結(jié)合分子式及不綜合分析以上得

13、到的全部信息，結(jié)合分子式及不飽和度，提出化合物的可能結(jié)構(gòu)。飽和度，提出化合物的可能結(jié)構(gòu)。(3) (3) 分析所推導(dǎo)的可能結(jié)構(gòu)的裂解機(jī)理，看其是否與分析所推導(dǎo)的可能結(jié)構(gòu)的裂解機(jī)理，看其是否與質(zhì)譜圖相符，確定其結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步解釋質(zhì)譜，或與質(zhì)譜圖相符，確定其結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步解釋質(zhì)譜，或與標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較，或與其它譜標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較，或與其它譜(1H NMR(1H NMR、13C NMR13C NMR、IR)IR)配合，確證結(jié)構(gòu)。配合，確證結(jié)構(gòu)。14數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理-2-2種質(zhì)譜定性分析方法種質(zhì)譜定性分析方法v有機(jī)質(zhì)譜提供分子結(jié)構(gòu)的信息包括：分子量，元素組成以有機(jī)質(zhì)譜提供分子結(jié)構(gòu)的信息包括：分子量，元素組成以及

14、由裂解碎片檢測官能團(tuán)、辨認(rèn)化合物的類型、推導(dǎo)碳骨及由裂解碎片檢測官能團(tuán)、辨認(rèn)化合物的類型、推導(dǎo)碳骨架。架。v有機(jī)質(zhì)譜儀按其性能可分為低分辯和高分辯兩種有機(jī)質(zhì)譜儀按其性能可分為低分辯和高分辯兩種15數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理- -質(zhì)譜定性分析質(zhì)譜定性分析v低分辯質(zhì)譜可以確定分子和碎片離子的整數(shù)質(zhì)量，同時顯低分辯質(zhì)譜可以確定分子和碎片離子的整數(shù)質(zhì)量，同時顯示出相應(yīng)同位素離子的相對豐度。在分子離子峰相當(dāng)強(qiáng)的示出相應(yīng)同位素離子的相對豐度。在分子離子峰相當(dāng)強(qiáng)的情況下，根據(jù)同位素的相對豐度能夠估計(jì)可能的分子式。情況下，根據(jù)同位素的相對豐度能夠估計(jì)可能的分子式。同理，也可以估計(jì)某些碎片的離子的元素組成，結(jié)合對分同理，

15、也可以估計(jì)某些碎片的離子的元素組成，結(jié)合對分子斷裂規(guī)律的分析，可以得到有機(jī)化合物骨架結(jié)構(gòu)的啟示子斷裂規(guī)律的分析，可以得到有機(jī)化合物骨架結(jié)構(gòu)的啟示和官能團(tuán)存在的信息。和官能團(tuán)存在的信息。v再由高分辯質(zhì)譜給出的精確相對分子質(zhì)量和碎片離子質(zhì)量，再由高分辯質(zhì)譜給出的精確相對分子質(zhì)量和碎片離子質(zhì)量，可以計(jì)算出該化合物的分子式和碎片離子的元素組成，為可以計(jì)算出該化合物的分子式和碎片離子的元素組成，為結(jié)構(gòu)式的推斷提供很大方便。結(jié)構(gòu)式的推斷提供很大方便。16低分辨質(zhì)譜確定分子式低分辨質(zhì)譜確定分子式v各元素具有一定的同位素天然豐度，因此不同的分子式，各元素具有一定的同位素天然豐度，因此不同的分子式，其其M+1/

16、MM+1/M和和M+2/MM+2/M的百分比都將不同。的百分比都將不同。v若以質(zhì)譜法測定分子離子峰及其分子離子的同位素峰（若以質(zhì)譜法測定分子離子峰及其分子離子的同位素峰（M+M+1 1，M+2M+2）的相對強(qiáng)度，就能根據(jù)）的相對強(qiáng)度，就能根據(jù)M+1/MM+1/M和和M+2/MM+2/M的百分比確的百分比確定分子式。為此，定分子式。為此，J. H. BeynonJ. H. Beynon等計(jì)算了含碳、氫、氧的等計(jì)算了含碳、氫、氧的各種組合的質(zhì)量和同位素豐度比。各種組合的質(zhì)量和同位素豐度比。v例如，某化合物，根據(jù)其質(zhì)譜圖，已知其相對分子質(zhì)量為例如，某化合物，根據(jù)其質(zhì)譜圖，已知其相對分子質(zhì)量為1501

17、50，由質(zhì)譜測定，由質(zhì)譜測定，m/z150m/z150、151151和和152152的強(qiáng)度比為的強(qiáng)度比為M(150)=M(150)=100%100%，M+1(151)=9.9%M+1(151)=9.9%，M+2(152)=0.9%M+2(152)=0.9%，試確定此化合物，試確定此化合物的分子式。的分子式。17v從從M+2/M=0.9%M+2/M=0.9%可見，該化合物不含可見，該化合物不含S S，BrBr或或C1C1。在。在BeynonBeynon的表中相對分子質(zhì)量為的表中相對分子質(zhì)量為150150的分子式共的分子式共2929個，其中（個，其中（M+2M+2）/ M / M 的百分比為的百分

18、比為9-119-11的分子式有如下的分子式有如下7 7個：個：v 分子式分子式 M+1 M+2M+1 M+2v （1 1）C C7 7H H1010N N4 4 9.25 0.389.25 0.38v （2 2）C C8 8H H8 8NONO2 2 9.23 0.78 9.23 0.78 v （3 3）C C8 8H H1010N N2 2O O 9.61 0.619.61 0.61v （4 4）C C8 8H H1212N N3 3 9.98 0.459.98 0.45v （5 5）C C9 9H H1010O O2 2 9.96 0.84 9.96 0.84 v （6 6）C C9 9H

19、 H1212NO NO 10.34 0.6810.34 0.68v （7 7）C C9 9H H1414N N2 2 10.71 0.5210.71 0.5218v 此化合物的相對分子質(zhì)量是偶數(shù)，根據(jù)前述氮規(guī)則，可此化合物的相對分子質(zhì)量是偶數(shù)，根據(jù)前述氮規(guī)則，可以排除上列第以排除上列第2 2、4 4、6 6三個式子，剩下四個分子式中，三個式子，剩下四個分子式中，M+1M+1與與9.99.9最接近的是第最接近的是第5 5式（式（C C9 9H H1010O O2 2），這個式子的），這個式子的M+2M+2也也與與0.90.9很接近，因此分子式應(yīng)為很接近，因此分子式應(yīng)為C C9 9H H1010O

20、 O2 2。19v根據(jù)裂解模型鑒定化合物和確定結(jié)構(gòu)根據(jù)裂解模型鑒定化合物和確定結(jié)構(gòu)v 各種化合物在一定能量的離子源中是按照一定的規(guī)律各種化合物在一定能量的離子源中是按照一定的規(guī)律進(jìn)行裂解而形成各種碎片離子的，因而所得到的質(zhì)譜圖也進(jìn)行裂解而形成各種碎片離子的，因而所得到的質(zhì)譜圖也呈現(xiàn)一定的規(guī)律。所以根據(jù)裂解后形成各種離子峰就可以呈現(xiàn)一定的規(guī)律。所以根據(jù)裂解后形成各種離子峰就可以鑒定物質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)。鑒定物質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)。v 同時應(yīng)注意，同一種化合物在不同的質(zhì)譜儀中就可能同時應(yīng)注意，同一種化合物在不同的質(zhì)譜儀中就可能得到不同的質(zhì)譜圖。得到不同的質(zhì)譜圖。 20v例如：有一未知物，經(jīng)初步鑒定是一種酮，

21、它的質(zhì)譜圖如例如：有一未知物，經(jīng)初步鑒定是一種酮，它的質(zhì)譜圖如圖圖8-128-12所示，圖中分子離子質(zhì)荷比為所示，圖中分子離子質(zhì)荷比為100100。因而這個化合。因而這個化合物的相對分子質(zhì)量物的相對分子質(zhì)量M M為為100100。21v m/zm/z=85: =85: 脫落脫落 -CH-CH3 3（質(zhì)量（質(zhì)量1515）v M/zM/z=57: =57: 脫落脫落 -C=O-C=O（質(zhì)量（質(zhì)量2828）v M/zM/z=57: =57: 的碎片離子峰豐度很高，是標(biāo)準(zhǔn)峰，表示這個的碎片離子峰豐度很高，是標(biāo)準(zhǔn)峰，表示這個碎片離子很穩(wěn)定，也表示這個碎片和分子的其余部分是比碎片離子很穩(wěn)定，也表示這個碎片

22、和分子的其余部分是比較容易斷裂的。這個碎片離子很可能是較容易斷裂的。這個碎片離子很可能是C(CHC(CH3 3) ) 3 3。 22v圖中質(zhì)荷比為圖中質(zhì)荷比為4141和和3939的兩個質(zhì)譜峰，則可認(rèn)為是碎片離子的兩個質(zhì)譜峰，則可認(rèn)為是碎片離子進(jìn)一步重排和斷裂后所生成的碎片離子峰，這些重排和斷進(jìn)一步重排和斷裂后所生成的碎片離子峰，這些重排和斷裂過程可表示如下：裂過程可表示如下： 23高分辨質(zhì)譜高分辨質(zhì)譜- -確定化合物分子式確定化合物分子式v質(zhì)譜觀測到的分子量是精確的分子質(zhì)量（質(zhì)譜觀測到的分子量是精確的分子質(zhì)量（Exact MassExact Mass），），是由組成分子的各種元素豐度最高的同位素的精確質(zhì)量計(jì)是由組成分子的各種元素豐度最高的同位素的精確質(zhì)量計(jì)算出來的。算出來的。v高分辨質(zhì)譜法高分辨質(zhì)譜法質(zhì)荷比均為質(zhì)荷比均為 28 28 的分子：的分子：CO:27.9949CO:27.9949 12.0000( 12.0000(1212C C)+1