有機(jī)波譜分析 第四章質(zhì)譜

1、湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系概述概述 紫外、紅外和核磁共振譜是吸收光譜，以分子吸收紫外、紅外和核磁共振譜是吸收光譜，以分子吸收輻射能所引起的能量狀態(tài)的變遷為基礎(chǔ)的。輻射能所引起的能量狀態(tài)的變遷為基礎(chǔ)的。質(zhì)譜不是吸質(zhì)譜不是吸收光譜收光譜，而是用一定能量的電子流轟擊或其它適當(dāng)?shù)姆?，而是用一定能量的電子流轟擊或其它適當(dāng)?shù)姆椒ù虻魵鈶B(tài)分子的一個(gè)電子（多余一個(gè)的情況少見(jiàn)）形法打掉氣態(tài)分子的一個(gè)電子（多余一個(gè)的情況少見(jiàn)）形成帶電的離子。這些成帶電的離子。這些正離子正離子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的綜合作用下，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的綜合作用下，按照其按照其質(zhì)荷比質(zhì)荷比（m/zm/z）的大小依次排列成譜，被記錄下來(lái)，）的大小依次排列成

2、譜，被記錄下來(lái)，成為質(zhì)譜。成為質(zhì)譜。 按研究對(duì)象分類(lèi)，質(zhì)譜分為同位素質(zhì)譜、無(wú)機(jī)質(zhì)按研究對(duì)象分類(lèi)，質(zhì)譜分為同位素質(zhì)譜、無(wú)機(jī)質(zhì)譜和譜和有機(jī)質(zhì)譜。有機(jī)質(zhì)譜。1、 什么是質(zhì)譜？什么是質(zhì)譜？湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系概述概述 比其它分析方法所能提供的被測(cè)樣品的信息量大。能比其它分析方法所能提供的被測(cè)樣品的信息量大。能夠提供化合物的準(zhǔn)確分子量、分子和碎片的元素組成、夠提供化合物的準(zhǔn)確分子量、分子和碎片的元素組成、分子式以及有關(guān)化合物分子結(jié)構(gòu)等大量分析數(shù)據(jù)。分子式以及有關(guān)化合物分子結(jié)構(gòu)等大量分析數(shù)據(jù)。 靈敏度高，樣品用量極小，常用量約靈敏度高，樣品用量極小，常用量約1mg, 極限用量只極限用量只要幾微克。要幾

3、微克。 對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的分子，需配合紫外、紅外、核磁以及對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的分子，需配合紫外、紅外、核磁以及化學(xué)分析的結(jié)果進(jìn)行綜合分析?；瘜W(xué)分析的結(jié)果進(jìn)行綜合分析。 質(zhì)譜儀是大型、復(fù)雜的精密儀器，價(jià)格昂貴，操作維質(zhì)譜儀是大型、復(fù)雜的精密儀器，價(jià)格昂貴，操作維護(hù)麻煩，尚不能普及。護(hù)麻煩，尚不能普及。質(zhì)譜的特點(diǎn)質(zhì)譜的特點(diǎn)湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系質(zhì)譜的應(yīng)用質(zhì)譜的應(yīng)用（1）、樣品元素組成；）、樣品元素組成；（2）、無(wú)機(jī)、有機(jī)及生物分析的結(jié)構(gòu)）、無(wú)機(jī)、有機(jī)及生物分析的結(jié)構(gòu)-結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)不同，分子或原子碎片不同不同，分子或原子碎片不同(質(zhì)荷比不同質(zhì)荷比不同)；（3）、復(fù)雜混合物的定性定量分析）、復(fù)雜混合物的定性定量分

4、析-與色與色譜方法聯(lián)用譜方法聯(lián)用(GC-MS)；（4）、固體表面結(jié)構(gòu)和組成分析）、固體表面結(jié)構(gòu)和組成分析-激光燒激光燒蝕等離子體蝕等離子體-質(zhì)譜聯(lián)用；質(zhì)譜聯(lián)用； 樣品中原子的同位素比。樣品中原子的同位素比。 湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系質(zhì)譜的歷史沿革質(zhì)譜的歷史沿革（1）1813年：年：Thomson使用使用MS報(bào)道了報(bào)道了Ne是由是由22Ne和和24Ne兩種同位素組成；隨后，同位素分析開(kāi)始發(fā)展。兩種同位素組成；隨后，同位素分析開(kāi)始發(fā)展。（2）在）在30年代末：由于石油工業(yè)的發(fā)展，需要測(cè)定油的成份。年代末：由于石油工業(yè)的發(fā)展，需要測(cè)定油的成份。通常用蒸餾的方法先分離這些烴類(lèi)混合物，然后再分別測(cè)通常用

5、蒸餾的方法先分離這些烴類(lèi)混合物，然后再分別測(cè)定其折光率的方法來(lái)分定其折光率的方法來(lái)分 析它們。這通常要花數(shù)天時(shí)間。析它們。這通常要花數(shù)天時(shí)間。（3）40年代初：開(kāi)始將年代初：開(kāi)始將MS用于石油工業(yè)中烴的分析，并大用于石油工業(yè)中烴的分析，并大大縮短了分析時(shí)間。大縮短了分析時(shí)間。（4）、）、50年代初：質(zhì)譜儀器開(kāi)始商品化，并廣泛用于各類(lèi)有年代初：質(zhì)譜儀器開(kāi)始商品化，并廣泛用于各類(lèi)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)分析。同時(shí)質(zhì)譜方法與機(jī)物的結(jié)構(gòu)分析。同時(shí)質(zhì)譜方法與NMR、IR等方法結(jié)合成等方法結(jié)合成為分子結(jié)構(gòu)分析的最有效的手段。為分子結(jié)構(gòu)分析的最有效的手段。（5）、）、80年代：非揮發(fā)性或熱不穩(wěn)定分子的分析進(jìn)一步促進(jìn)年代

6、：非揮發(fā)性或熱不穩(wěn)定分子的分析進(jìn)一步促進(jìn)了了MS的發(fā)展；的發(fā)展；（6）、）、90年代：由于生物分析的需要，一些新的離子化方法年代：由于生物分析的需要，一些新的離子化方法得到快速發(fā)展；目前一些儀器聯(lián)用技術(shù)如得到快速發(fā)展；目前一些儀器聯(lián)用技術(shù)如GC-MS，HPLC-MS，GC-MS-MS，ICP-MS 等正大行其道。等正大行其道。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.1質(zhì)譜基本原理質(zhì)譜基本原理 有機(jī)化合物樣品在高真空有機(jī)化合物樣品在高真空（1.3310-31.3310-4 Pa）條件條件下受熱下受熱氣化氣化，氣化了的分子在離子源內(nèi)受到高能，氣化了的分子在離子源內(nèi)受到高能電子束轟擊電子束轟擊（electron

7、 impact, EI）形成正離子。通常分子中離解位能最低形成正離子。通常分子中離解位能最低的電子將首先被打掉，成為帶單位正電荷的的電子將首先被打掉，成為帶單位正電荷的分子離子分子離子：M + e-（高高速速）M+ + 2e-（低低速速）湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.1.1 分子碎片的產(chǎn)生分子碎片的產(chǎn)生M + e-M2+ + 3e-M + e-M-不不產(chǎn)產(chǎn)生生質(zhì)質(zhì)譜譜信信號(hào)號(hào)概概率率小小ABCABC+AB + C+A + BC+A+ + BCB+ + CB + C+B+ + C-B- + C+氣氣態(tài)態(tài)分分子子分分子子離離子子高能電子束能量：高能電子束能量：5070eV一般有機(jī)物離解能：一般有機(jī)物

8、離解能：915eV分子離子會(huì)進(jìn)一步發(fā)生離解，生成許多不同的碎片：分子離子會(huì)進(jìn)一步發(fā)生離解，生成許多不同的碎片： 正離子、中性分子、自由基和極少數(shù)負(fù)離子正離子、中性分子、自由基和極少數(shù)負(fù)離子湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.1.2 正離子碎片的探測(cè)正離子碎片的探測(cè)221mvzV RmvHzv2VRHzm222正離子在電場(chǎng)中的位能正離子在電場(chǎng)中的位能等于其加速后的動(dòng)能：等于其加速后的動(dòng)能：由磁場(chǎng)產(chǎn)生的向心力與由由磁場(chǎng)產(chǎn)生的向心力與由動(dòng)能產(chǎn)生的離心力相等：動(dòng)能產(chǎn)生的離心力相等：由公式由公式（1）和和（2）可得：）可得：（1）（2）（3）z z -正離子的電荷；正離子的電荷；m m -正離子的質(zhì)量；正離子的

9、質(zhì)量；v v -正離子運(yùn)動(dòng)的速度；正離子運(yùn)動(dòng)的速度； V V -正離子的加速電壓；正離子的加速電壓；H H -磁場(chǎng)強(qiáng)度；磁場(chǎng)強(qiáng)度；R R -離子弧形運(yùn)動(dòng)的曲率半徑。離子弧形運(yùn)動(dòng)的曲率半徑。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.1.3 質(zhì)譜的表示質(zhì)譜的表示1020304050607080901000102030405060708090100 相 對(duì) 豐 度 m/zCH3分分子子量量9 92 2m/z 值值38394550516263659192(M+)9394相對(duì)豐度相對(duì)豐度4.45.33.96.39.14.18.611100(基峰)684.90.21(1)(1)質(zhì)譜圖質(zhì)譜圖(2)

10、(2)質(zhì)譜表質(zhì)譜表基峰基峰分子離子峰分子離子峰 (M+)M+1M+2湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系質(zhì)譜術(shù)語(yǔ)質(zhì)譜術(shù)語(yǔ) 質(zhì)荷比質(zhì)荷比（mass-to-charge ratio , m/z ）：）： 通常情況下，通常情況下，z =1 峰的強(qiáng)度或峰的強(qiáng)度或相對(duì)豐度相對(duì)豐度（Relative Abundance）：）： 相對(duì)于最強(qiáng)峰的強(qiáng)度相對(duì)于最強(qiáng)峰的強(qiáng)度 基峰：基峰：base peak 質(zhì)譜圖中的最強(qiáng)峰，質(zhì)譜圖中的最強(qiáng)峰，RA=100湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.1.5 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀 按質(zhì)量分析器按質(zhì)量分析器(或者磁場(chǎng)種類(lèi)或者磁場(chǎng)種類(lèi))可分為靜態(tài)儀器和可分為靜態(tài)儀器和動(dòng)態(tài)儀器，即穩(wěn)定磁場(chǎng)（單聚焦及雙聚焦質(zhì)譜儀

11、）動(dòng)態(tài)儀器，即穩(wěn)定磁場(chǎng)（單聚焦及雙聚焦質(zhì)譜儀）和變化磁場(chǎng)（飛行時(shí)間和四極桿質(zhì)譜儀）。和變化磁場(chǎng)（飛行時(shí)間和四極桿質(zhì)譜儀）。 MS儀器儀器一般由一般由真空系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、樣品的真空系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、樣品的離子化系統(tǒng)、離子的分離系統(tǒng)離子化系統(tǒng)、離子的分離系統(tǒng)和和檢測(cè)系統(tǒng)等檢測(cè)系統(tǒng)等構(gòu)成。構(gòu)成。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系進(jìn)樣系統(tǒng)離子源離子加速加速器質(zhì)量分析器檢測(cè)器放大、記錄真空系統(tǒng)10 10-3-4mmHg離子的形成離子的分離離子的檢測(cè)真空系統(tǒng)10 mmHg-7數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)123456781234567湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系Trace DSQ色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀湖

12、北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系單聚焦質(zhì)譜儀示意圖單聚焦質(zhì)譜儀示意圖湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系質(zhì)譜儀中所有部分均要處高度真空的條件下質(zhì)譜儀中所有部分均要處高度真空的條件下(10(10-4-4-10-10-6-6TorrTorr或或mmHg), mmHg), 其作用是減少離子碰其作用是減少離子碰撞損失。真空度過(guò)低，將會(huì)引起：撞損失。真空度過(guò)低，將會(huì)引起： 大量氧會(huì)燒壞離子源燈絲；大量氧會(huì)燒壞離子源燈絲； 引起其它分子離子反應(yīng)，使質(zhì)譜圖復(fù)雜化引起其它分子離子反應(yīng)，使質(zhì)譜圖復(fù)雜化； 干擾離子源正常調(diào)節(jié)；干擾離子源正常調(diào)節(jié)； 用作加速離子的幾千伏高壓會(huì)引起放電。用作加速離子的幾千伏高壓會(huì)引起放電。(1)(1)、真

13、空系統(tǒng)、真空系統(tǒng)湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系對(duì)進(jìn)樣系統(tǒng)的要求：重復(fù)性、不引起真空度降低。對(duì)進(jìn)樣系統(tǒng)的要求：重復(fù)性、不引起真空度降低。進(jìn)樣方式：進(jìn)樣方式： 間歇式進(jìn)樣：適于氣體、沸點(diǎn)低且易揮發(fā)的液體、中等蒸汽間歇式進(jìn)樣：適于氣體、沸點(diǎn)低且易揮發(fā)的液體、中等蒸汽壓固體。如圖所示。注入樣品壓固體。如圖所示。注入樣品(10-100(10-100 g)g)貯樣器貯樣器(0.5L-3L)(0.5L-3L)抽真空抽真空(10(10-2 -2 TorrTorr) )并加熱并加熱樣品蒸汽分子樣品蒸汽分子( (壓力陡度壓力陡度)漏隙漏隙高真空離子源。高真空離子源。(2). (2). 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng): :典型的間歇式

14、進(jìn)樣系統(tǒng)典型的間歇式進(jìn)樣系統(tǒng)湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系 直接探針進(jìn)樣：高沸點(diǎn)液體及固體直接探針進(jìn)樣：高沸點(diǎn)液體及固體 探針桿通常是一根規(guī)格為探針桿通常是一根規(guī)格為25cm25cm 6mm i.d.,6mm i.d.,末端有一裝樣品的黃末端有一裝樣品的黃金杯金杯( (坩堝坩堝) )，將探針桿通過(guò)真空閉鎖系統(tǒng)引入樣品，如圖所示。，將探針桿通過(guò)真空閉鎖系統(tǒng)引入樣品，如圖所示。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1）引入樣品量小，樣品蒸汽壓）引入樣品量小，樣品蒸汽壓 可以很低；可以很低；2 2）可以分析復(fù)雜有機(jī)物；）可以分析復(fù)雜有機(jī)物；3 3）應(yīng)用更廣泛。）應(yīng)用更廣泛。 色譜進(jìn)樣：利用氣相和液相色譜的分離能力，進(jìn)行多組份復(fù)

15、雜混合色譜進(jìn)樣：利用氣相和液相色譜的分離能力，進(jìn)行多組份復(fù)雜混合物分析。物分析。直接探針引入進(jìn)樣系統(tǒng)直接探針引入進(jìn)樣系統(tǒng)湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系將引入的樣品轉(zhuǎn)化成為碎片離子的裝置。根據(jù)樣品離子化方式和將引入的樣品轉(zhuǎn)化成為碎片離子的裝置。根據(jù)樣品離子化方式和電離源能量高低，通?？蓪㈦婋x源分為：電離源能量高低，通?？蓪㈦婋x源分為：氣相源：氣相源：先蒸發(fā)再激發(fā)，適于沸點(diǎn)低于先蒸發(fā)再激發(fā)，適于沸點(diǎn)低于500500o oC C、對(duì)熱穩(wěn)定的樣品的、對(duì)熱穩(wěn)定的樣品的離子化，包括離子化，包括電子轟擊源、化學(xué)電離源、場(chǎng)致電離源、火花源電子轟擊源、化學(xué)電離源、場(chǎng)致電離源、火花源；解吸源：解吸源：固態(tài)或液態(tài)樣品不需

16、要揮發(fā)而直接被轉(zhuǎn)化為氣相，適用固態(tài)或液態(tài)樣品不需要揮發(fā)而直接被轉(zhuǎn)化為氣相，適用于分子量高達(dá)于分子量高達(dá)10105 5的非揮發(fā)性或熱不穩(wěn)定性樣品的離子化。包括場(chǎng)的非揮發(fā)性或熱不穩(wěn)定性樣品的離子化。包括場(chǎng)解吸源、快原子轟擊源、激光解吸源、離子噴霧源和熱噴霧離子解吸源、快原子轟擊源、激光解吸源、離子噴霧源和熱噴霧離子源等。源等。（3 3）、樣品的離子化系統(tǒng)：）、樣品的離子化系統(tǒng)：湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系 采用高速采用高速( (高能高能) )電子束沖擊樣品，電子束沖擊樣品，從而產(chǎn)生電子和分子離子從而產(chǎn)生電子和分子離子M M+ +，M M+ +繼續(xù)受到電子轟繼續(xù)受到電子轟擊而引起化學(xué)鍵的斷裂或分子重排，

17、瞬間產(chǎn)生多擊而引起化學(xué)鍵的斷裂或分子重排，瞬間產(chǎn)生多種離子。種離子。水平方向：燈絲與陽(yáng)極間水平方向：燈絲與陽(yáng)極間(70V(70V電壓電壓)高能電子高能電子 沖擊樣品沖擊樣品正離子正離子垂直方向：垂直方向：G3-G4G3-G4加速電極加速電極( (低電壓低電壓)-)-較小動(dòng)能較小動(dòng)能- -狹縫準(zhǔn)直狹縫準(zhǔn)直G4-G5G4-G5加速電極加速電極( (高電壓高電壓)-)-較高動(dòng)能較高動(dòng)能- -狹縫進(jìn)一步準(zhǔn)直狹縫進(jìn)一步準(zhǔn)直-離子進(jìn)入質(zhì)量分析器。離子進(jìn)入質(zhì)量分析器。使用最廣泛，譜庫(kù)最完整；電離效率使用最廣泛，譜庫(kù)最完整；電離效率高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；但分子離子峰強(qiáng)度較高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；但分子離子峰

18、強(qiáng)度較弱或不出現(xiàn)弱或不出現(xiàn)( (因電離能量最高因電離能量最高) )。a)a)、 電子轟擊源電子轟擊源(Electron Bomb Ionization(Electron Bomb Ionization，EI)EI)電子轟擊源工作示意圖電子轟擊源工作示意圖湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系電子電離源（EI）應(yīng)用最為廣泛應(yīng)用最為廣泛揮發(fā)性樣品的電離揮發(fā)性樣品的電離湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系 大多數(shù)有機(jī)化合物的電離電位為大多數(shù)有機(jī)化合物的電離電位為 813 eV。 通常用通常用 70 eV 得到的譜圖作為標(biāo)準(zhǔn)譜圖得到的譜圖作為標(biāo)準(zhǔn)譜圖( (電離效率電離效率穩(wěn)定在較高的范圍內(nèi)穩(wěn)定在較高的范圍內(nèi)) )。 02040

19、6080100電離效率電子束的能量 eV注電子伏特 - 一個(gè)電子經(jīng)過(guò)真空中的電位差為1伏特的電場(chǎng)所獲得的能量； 1 e V 1.602189210-19 J 湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系圖4.6圖4.502040608010002040608010002040608010014 e V20 e V70 e VM+。醋 酸 乙 酯COHOCH3COOCH2CH3湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系樣品分子在承受電子轟擊前，被一種反應(yīng)氣樣品分子在承受電子轟擊前，被一種反應(yīng)氣( (通常是甲烷通常是甲烷) )稀釋稀釋?zhuān)♂尡壤s為，稀釋比例約為10103 3:1:1，因此樣品分子與電子的碰撞幾率極小，所生成，因此樣品

20、分子與電子的碰撞幾率極小，所生成的樣品分子離子主要由反應(yīng)氣分子組成。的樣品分子離子主要由反應(yīng)氣分子組成。進(jìn)入電離源的分子進(jìn)入電離源的分子R-CHR-CH3 3大部分與大部分與CHCH5 5+ +碰撞產(chǎn)生碰撞產(chǎn)生(M+1)(M+1)+ +離子；小部分與離子；小部分與C C2 2H H5 5+ +反應(yīng)，生成反應(yīng)，生成(M-1)(M-1)+ +離子：離子：電離能小，質(zhì)譜峰數(shù)少，圖譜簡(jiǎn)單；準(zhǔn)分子離子電離能小，質(zhì)譜峰數(shù)少，圖譜簡(jiǎn)單；準(zhǔn)分子離子(M+1)(M+1)+ +峰大峰大, ,可可 提供分子量這一種要信息。提供分子量這一種要信息。252CH3435CH44HHCHCHCHCHCHe2CHeCH44

21、)1()1(6252245離子離子MMHCMHHCMMHCHMHCH b)b) 、化學(xué)電離源、化學(xué)電離源(Chemical Ionization, CI)(Chemical Ionization, CI)湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系化學(xué)電離源化學(xué)電離源電子轟擊源電子轟擊源麻黃堿麻黃堿化學(xué)電離與電子轟擊源質(zhì)譜圖比較化學(xué)電離與電子轟擊源質(zhì)譜圖比較分子離子峰分子離子峰湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系作用是將不同碎片按質(zhì)荷比作用是將不同碎片按質(zhì)荷比m/zm/z分開(kāi)。分開(kāi)。質(zhì)量分析器類(lèi)型：磁分析器、飛行時(shí)間、四極桿、質(zhì)量分析器類(lèi)型：磁分析器、飛行時(shí)間、四極桿、離子阱、離子回旋共振等。離子阱、離子回旋共振等。（4 4

22、）、離子的分離系統(tǒng)：）、離子的分離系統(tǒng)：湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系 單聚焦型單聚焦型(Magnetic sector spectrometer)(Magnetic sector spectrometer)：用一個(gè)扇形磁：用一個(gè)扇形磁場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量分析的質(zhì)譜儀。場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量分析的質(zhì)譜儀。（a）、磁分析器：）、磁分析器：?jiǎn)尉劢官|(zhì)量分析器原理圖單聚焦質(zhì)量分析器原理圖 單聚焦質(zhì)量分析器只是將單聚焦質(zhì)量分析器只是將m/z m/z 相同而入射方向不同的離子聚焦到一點(diǎn)（或稱(chēng)實(shí)現(xiàn)相同而入射方向不同的離子聚焦到一點(diǎn)（或稱(chēng)實(shí)現(xiàn)了方向聚焦）。了方向聚焦）。 但對(duì)于但對(duì)于m/z m/z 相同而動(dòng)能（或速度）不同的離子不能聚焦

23、，故其分辨率較低，相同而動(dòng)能（或速度）不同的離子不能聚焦，故其分辨率較低，一般為一般為50005000。 湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.2 4.2 儀器及原理儀器及原理 由于徑向靜電場(chǎng)沒(méi)有質(zhì)量色散作用，它本身不能作為一臺(tái)質(zhì)譜由于徑向靜電場(chǎng)沒(méi)有質(zhì)量色散作用，它本身不能作為一臺(tái)質(zhì)譜計(jì)使用，但可以用來(lái)與磁場(chǎng)組合，以獲得高分辨能力。計(jì)使用，但可以用來(lái)與磁場(chǎng)組合，以獲得高分辨能力。 EB加速器加速器 V檢測(cè)器檢測(cè)器 D離子源離子源電場(chǎng)分析器電場(chǎng)分析器磁場(chǎng)分析器磁場(chǎng)分析器E e = m2/RVe= m2/2離子從加速電離子從加速電壓獲得能量壓獲得能量離子在電場(chǎng)離子在電場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)作用下偏轉(zhuǎn)離子在磁場(chǎng)離子在磁

24、場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)作用下偏轉(zhuǎn)He= m2/RR m能量聚焦能量聚焦方向聚焦方向聚焦m/em/e 相同而相同而不同的離子不聚焦在一點(diǎn)上，影響分辨率不同的離子不聚焦在一點(diǎn)上，影響分辨率 只有動(dòng)能與其曲率半徑相應(yīng)的離子才能通過(guò)并進(jìn)入磁分析器只有動(dòng)能與其曲率半徑相應(yīng)的離子才能通過(guò)并進(jìn)入磁分析器湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系 為克服動(dòng)能或速度為克服動(dòng)能或速度“分散分散”的問(wèn)題，即實(shí)現(xiàn)所謂的的問(wèn)題，即實(shí)現(xiàn)所謂的“速度速度( (能量能量) )聚聚焦焦”，在離子源和磁分析器之間加一靜電分析器（，在離子源和磁分析器之間加一靜電分析器（ESAESA），如下圖所示，），如下圖所示，于兩個(gè)扇形電極板上加一直流電位于兩個(gè)扇形電極板

25、上加一直流電位V Ve e，離子通過(guò)時(shí)的曲率半徑為，離子通過(guò)時(shí)的曲率半徑為r re e=U/V=U/V，即不同動(dòng)能的離子即不同動(dòng)能的離子r re e不同，換句話說(shuō)，相同動(dòng)能的離子的不同，換句話說(shuō)，相同動(dòng)能的離子的r re e相同相同-能量能量聚焦了！聚焦了！ 然后，改變?nèi)缓?，改變V V值可使不同能量的離子從其值可使不同能量的離子從其“出射狹縫出射狹縫”引出，并進(jìn)入引出，并進(jìn)入磁分析器再實(shí)現(xiàn)方向聚焦。雙聚焦質(zhì)量分析器可高達(dá)磁分析器再實(shí)現(xiàn)方向聚焦。雙聚焦質(zhì)量分析器可高達(dá)150,000! 150,000! 雙聚焦型雙聚焦型(Double focusing spectrometer)(Double f

26、ocusing spectrometer)湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系（b b）、飛行時(shí)間分析器）、飛行時(shí)間分析器(Time of flight, TOF)(Time of flight, TOF)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀示意圖飛行時(shí)間質(zhì)譜儀示意圖湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系過(guò)過(guò) 程：程：不同荷電碎片在飛出離子源的速度（動(dòng)能）基本一致。某離子在到不同荷電碎片在飛出離子源的速度（動(dòng)能）基本一致。某離子在到達(dá)無(wú)場(chǎng)漂移管前端時(shí)，其速度大小為：達(dá)無(wú)場(chǎng)漂移管前端時(shí)，其速度大小為：到達(dá)無(wú)場(chǎng)漂移管末端的時(shí)間為：到達(dá)無(wú)場(chǎng)漂移管末端的時(shí)間為：不同離子通過(guò)同一長(zhǎng)度為不同離子通過(guò)同一長(zhǎng)度為L(zhǎng) L的無(wú)場(chǎng)漂移管，所需時(shí)間相差：的無(wú)場(chǎng)漂移

27、管，所需時(shí)間相差： 由于不同由于不同m/em/e的離子，其飛出漂移管的時(shí)間不同，因而實(shí)現(xiàn)了離子的分離。因?yàn)榈碾x子，其飛出漂移管的時(shí)間不同，因而實(shí)現(xiàn)了離子的分離。因?yàn)檫B續(xù)電離和加速使檢測(cè)器產(chǎn)生連續(xù)輸出而不能得到有效信息，因此實(shí)際工作中連續(xù)電離和加速使檢測(cè)器產(chǎn)生連續(xù)輸出而不能得到有效信息，因此實(shí)際工作中常采用相同頻率的電子脈沖電離和脈沖電場(chǎng)加速，被加速的粒子經(jīng)不同的時(shí)間常采用相同頻率的電子脈沖電離和脈沖電場(chǎng)加速，被加速的粒子經(jīng)不同的時(shí)間到收集極上，并反饋到示波器上記錄，從而得到質(zhì)譜圖。到收集極上，并反饋到示波器上記錄，從而得到質(zhì)譜圖。特特 點(diǎn)：點(diǎn)：掃描速度快掃描速度快( (10001000幅幅/s

28、/s) )，可用于研究快速反應(yīng)或與，可用于研究快速反應(yīng)或與GCGC聯(lián)用；可用于高聯(lián)用；可用于高質(zhì)量離子分析；體積小，操作容易；分辨率比磁分析器稍差。質(zhì)量離子分析；體積小，操作容易；分辨率比磁分析器稍差。2)2(meVv vLt VememLtvvLt2)/()/()11(2121湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1、不需磁場(chǎng)，只需直線漂移的空間，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；、不需磁場(chǎng)，只需直線漂移的空間，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2 2、掃描速度快，、掃描速度快，1010-5-51010-6-6s s，適合于，適合于GC-MSGC-MS；3 3、可測(cè)定的質(zhì)量范圍取決于飛行時(shí)間，因此實(shí)際測(cè)定、可測(cè)定的質(zhì)量范圍取決于

29、飛行時(shí)間，因此實(shí)際測(cè)定離子質(zhì)荷比沒(méi)有上限，特別適合生物大分子。離子質(zhì)荷比沒(méi)有上限，特別適合生物大分子。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系四極桿質(zhì)量分析器四極桿質(zhì)量分析器(Quadrupole) 湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系(c(c）四極桿質(zhì)量分離器）四極桿質(zhì)量分離器(Quadrupole(Quadrupole mass filter) mass filter)過(guò)程：過(guò)程：在兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的極桿之間加上電壓在兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的極桿之間加上電壓(V+Ucos(V+Ucos t t) )，在，在另兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的極桿上加電壓另兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的極桿上加電壓-(V+Ucos-(V+Ucos t t) )。其中。其中V V 和和U U分

30、分別為直流電壓、交流電壓，與前述雙聚焦儀的靜電分析器別為直流電壓、交流電壓，與前述雙聚焦儀的靜電分析器類(lèi)似，離子進(jìn)入可變電場(chǎng)后，只有具合適的曲率半徑的離類(lèi)似，離子進(jìn)入可變電場(chǎng)后，只有具合適的曲率半徑的離子可以通過(guò)中心小孔到達(dá)檢測(cè)器。子可以通過(guò)中心小孔到達(dá)檢測(cè)器。 改變改變V V和和 U U并保持并保持V/V/ U U比值一定，可實(shí)現(xiàn)不同比值一定，可實(shí)現(xiàn)不同m/em/e離子的檢測(cè)。離子的檢測(cè)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：分辨率比磁分析器略低分辨率比磁分析器略低(max.2000)(max.2000); ; m/em/e范圍與磁范圍與磁分析器相當(dāng)；傳輸效率比較高；掃描速度快，可用于分析器相當(dāng)；傳輸效率比較高；掃描

31、速度快，可用于GC-GC-MS MS 聯(lián)用儀。聯(lián)用儀。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系四極質(zhì)量分析器四極質(zhì)量分析器示意圖示意圖湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系離子阱的橫截面圖離子阱的橫截面圖(d(d）離子阱）離子阱(Ion trap analyzer)(Ion trap analyzer) 過(guò)程：過(guò)程：上下端罩上下端罩(End cap)(End cap)與左右環(huán)電極與左右環(huán)電極(Ring electrode)(Ring electrode)構(gòu)成可變電場(chǎng)構(gòu)成可變電場(chǎng)( (前者接地，后者前者接地，后者施以射頻電壓施以射頻電壓)帶電離子在帶電離子在一定軌道上旋轉(zhuǎn)一定軌道上旋轉(zhuǎn)改變電改變電壓壓可使相同可使相同m/em

32、/e離子依次離離子依次離開(kāi)進(jìn)入電子倍增器而分離。開(kāi)進(jìn)入電子倍增器而分離。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、GC-MSGC-MS聯(lián)用可用于聯(lián)用可用于m/e200-m/e200-20002000的分子分析。的分子分析。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系包括包括FaradayFaraday杯、電子倍增器、閃爍計(jì)數(shù)器、照相底片等杯、電子倍增器、閃爍計(jì)數(shù)器、照相底片等a)a)、 Faraday Faraday 杯杯特點(diǎn)：可檢測(cè)特點(diǎn)：可檢測(cè)1010-15-15A A的離子流，但不適于高加速電壓下的離子檢測(cè)。的離子流，但不適于高加速電壓下的離子檢測(cè)。b b）、電子倍增器：類(lèi)似于光電倍增管，可測(cè)）、電

33、子倍增器：類(lèi)似于光電倍增管，可測(cè)1010-18-18A A電流。電流。c c）、閃爍計(jì)數(shù)器：記錄離子的數(shù)目。）、閃爍計(jì)數(shù)器：記錄離子的數(shù)目。（5 5）、檢測(cè)器：）、檢測(cè)器：FaradayFaraday杯結(jié)構(gòu)原理圖杯結(jié)構(gòu)原理圖湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系A(chǔ)gilent7500系列ICP-MS湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.2 質(zhì)譜中離子的主要類(lèi)型質(zhì)譜中離子的主要類(lèi)型 分子在離子源中可以產(chǎn)生各種電離，即同一種分子可以產(chǎn)生多種離子峰，主要的有分子離子峰分子離子峰、碎片離子峰碎片離子峰、亞穩(wěn)離子峰亞穩(wěn)離子峰和同位素離子峰同位素離子峰等。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.2.1 分子離子分子離子 試樣分子在高能電子撞

34、擊下產(chǎn)生游離基型正離子，即試樣分子在高能電子撞擊下產(chǎn)生游離基型正離子，即: : eMeM2 為分子離子或母體離子。為分子離子或母體離子。M 幾乎所有的有機(jī)分子都可以產(chǎn)生可以辨認(rèn)的分子離子幾乎所有的有機(jī)分子都可以產(chǎn)生可以辨認(rèn)的分子離子峰。有些分子如芳香環(huán)分子可產(chǎn)生較強(qiáng)的分子離子峰，峰。有些分子如芳香環(huán)分子可產(chǎn)生較強(qiáng)的分子離子峰，而高分子量的脂肪醇、醚及胺等則產(chǎn)生較小的分子離而高分子量的脂肪醇、醚及胺等則產(chǎn)生較小的分子離子峰。若不考慮同位素的影響，分子離子應(yīng)該具有最子峰。若不考慮同位素的影響，分子離子應(yīng)該具有最高質(zhì)量。高質(zhì)量。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系分子失去電子的難易程度：分子失去電子的難易程度：

35、 雜原子上的未成鍵電子雜原子上的未成鍵電子 C=C C-C C-H分子離子峰的強(qiáng)度決定于其穩(wěn)定性：分子離子峰的強(qiáng)度決定于其穩(wěn)定性： (1)芳香化合物芳香化合物共軛多烯共軛多烯脂環(huán)化合物脂環(huán)化合物短直鏈烷烴短直鏈烷烴 某些含硫化合物；某些含硫化合物； (2)直鏈的酮、酯、酸、醛、酰胺、鹵化物等通常顯示直鏈的酮、酯、酸、醛、酰胺、鹵化物等通常顯示 分子離子峰；分子離子峰； (3)脂肪族的醇、胺、亞硝酸酯、硝基化合物、腈等化脂肪族的醇、胺、亞硝酸酯、硝基化合物、腈等化 合物以及高分支化合物合物以及高分支化合物無(wú)分子離子峰無(wú)分子離子峰。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系提高分子離子峰相對(duì)豐度的方法：提高分子離子

36、峰相對(duì)豐度的方法：1，化學(xué)電離法（，化學(xué)電離法（CI）：）：優(yōu)點(diǎn)：即使對(duì)于不穩(wěn)定的有機(jī)化合物，也可得到相對(duì)豐度較大的準(zhǔn)分子離子峰。缺點(diǎn)：碎片離子峰較少。2，場(chǎng)致電離法（，場(chǎng)致電離法（FI）:優(yōu)點(diǎn)：分子離子峰的相對(duì)豐度較大，圖譜簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：碎片離子峰較少。3，場(chǎng)解吸電離法（，場(chǎng)解吸電離法（FD）:優(yōu)點(diǎn)：分子離子峰的相對(duì)豐度較場(chǎng)致電離法產(chǎn)生的還要大。特別適合于難氣化和熱不穩(wěn)定的化合物如有機(jī)酸、甾體、氨基酸、肽和核苷酸、糖苷類(lèi)、生物堿、抗生素、農(nóng)藥及其代謝產(chǎn)物。缺點(diǎn)：碎片離子峰較少。相對(duì)于FAB, 只有正離子質(zhì)譜。4，快速原子轟擊法（，快速原子轟擊法（FAB）優(yōu)點(diǎn)：分子離子峰分子離子峰的相對(duì)豐度較大

37、，碎片離子較多，且正、負(fù)離子譜均可測(cè)定。5，電噴霧質(zhì)譜（，電噴霧質(zhì)譜（ESI)：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單明了，一般一級(jí)譜只給出準(zhǔn)分子離子峰。缺點(diǎn)：往往給出倍數(shù)峰。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系分子離子峰的識(shí)別分子離子峰的識(shí)別分子離子峰應(yīng)該是質(zhì)譜中分子離子峰應(yīng)該是質(zhì)譜中質(zhì)量數(shù)最大的峰質(zhì)量數(shù)最大的峰；分子離子峰必須是一個(gè)分子離子峰必須是一個(gè)奇電子離子奇電子離子；凡不含氮原子或只含偶數(shù)個(gè)氮原子的有機(jī)分子，其凡不含氮原子或只含偶數(shù)個(gè)氮原子的有機(jī)分子，其分子量必為偶數(shù)；而含奇數(shù)個(gè)氮原子的分子，其分分子量必為偶數(shù)；而含奇數(shù)個(gè)氮原子的分子，其分子量必為奇數(shù)。這個(gè)規(guī)律成為子量必為奇數(shù)。這個(gè)規(guī)律成為氮規(guī)則氮規(guī)則。應(yīng)有合理的碎片丟失

38、。在質(zhì)譜中與分子離子峰緊鄰應(yīng)有合理的碎片丟失。在質(zhì)譜中與分子離子峰緊鄰的碎片離子峰，必定是由分子離子失去一個(gè)的碎片離子峰，必定是由分子離子失去一個(gè)化學(xué)上化學(xué)上適當(dāng)?shù)幕鶊F(tuán)或小分子適當(dāng)?shù)幕鶊F(tuán)或小分子形成的；形成的；如失去如失去H、CH3、H2O、C2H5.，因而質(zhì)譜圖中可看到，因而質(zhì)譜圖中可看到M-1，M-15，M-18，M-28等峰，而不可能出現(xiàn)等峰，而不可能出現(xiàn)M-3，M-14，M-24等等峰峰.被擬定的分子離子峰的強(qiáng)度與假定的被擬定的分子離子峰的強(qiáng)度與假定的分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)必須必須相適應(yīng)。相適應(yīng)。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系 一般情況，碳數(shù)較多，碳鏈較長(zhǎng)和有支鏈一般情況，碳數(shù)較多，碳鏈較長(zhǎng)和有支

39、鏈的分子，分裂的可能性較大的分子，分裂的可能性較大。分子離子的。分子離子的穩(wěn)定性差。而有穩(wěn)定性差。而有鍵的芳香族化合物和共軛鍵的芳香族化合物和共軛鏈烯的分子離子穩(wěn)定鏈烯的分子離子穩(wěn)定,分子離子峰大分子離子峰大. 當(dāng)分子離子峰出現(xiàn)為基峰時(shí)當(dāng)分子離子峰出現(xiàn)為基峰時(shí),該化合物一般該化合物一般都是芳環(huán)都是芳環(huán)、雜環(huán)或共軛多烯雜環(huán)或共軛多烯 當(dāng)分子離子峰很弱或不出現(xiàn)時(shí)當(dāng)分子離子峰很弱或不出現(xiàn)時(shí), 該化合物一該化合物一般是醇類(lèi)化合物般是醇類(lèi)化合物湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.2.2 同位素離子與分子式的確定同位素離子與分子式的確定%37. 0%1 . 1100100100100100100115151313

40、1817171515221313YWNNYCCWOOOZNNYHHXCCWMM M+1和和M+2離子峰通常與離子峰通常與M+分子離子峰同時(shí)出現(xiàn)，分子離子峰同時(shí)出現(xiàn)，這些峰是由同位素引起的，稱(chēng)為同位素離子峰。這些峰是由同位素引起的，稱(chēng)為同位素離子峰。(1) C H N O元素?cái)?shù)目的估計(jì)和計(jì)算元素?cái)?shù)目的估計(jì)和計(jì)算如分子式為如分子式為CwHxNyOz時(shí)，計(jì)算時(shí)，計(jì)算M+1峰貢獻(xiàn)峰貢獻(xiàn)的公式為：的公式為：計(jì)算計(jì)算M+2峰貢獻(xiàn)峰貢獻(xiàn)的公式為：的公式為：%2 . 0200%1 . 122ZWMM湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系(2) Cl和和Br元素的識(shí)別和數(shù)目計(jì)算元素的識(shí)別和數(shù)目計(jì)算1:198:100:1:34

41、 .32:100:81793735BrBrClCl 若分子中含一個(gè)若分子中含一個(gè)Cl或或Br，則質(zhì)譜中會(huì)出現(xiàn)，則質(zhì)譜中會(huì)出現(xiàn)M和和M+2離子峰，它們的強(qiáng)度必分別為離子峰，它們的強(qiáng)度必分別為3:1和和1:1。 若分子中含幾個(gè)若分子中含幾個(gè)Cl或或Br，可根據(jù)二項(xiàng)式，可根據(jù)二項(xiàng)式(a+b)n來(lái)計(jì)算來(lái)計(jì)算其其M+2，M+4，M+6 同位素峰的強(qiáng)度。同位素峰的強(qiáng)度。 式中，式中，a和和b分別為輕重同位素的相對(duì)豐度，分別為輕重同位素的相對(duì)豐度，n為分子為分子中含同位素原子的個(gè)數(shù)。由中含同位素原子的個(gè)數(shù)。由(a+b)n展開(kāi)后得到的各項(xiàng)值即展開(kāi)后得到的各項(xiàng)值即為各同位素的相對(duì)強(qiáng)度。為各同位素的相對(duì)強(qiáng)度。湖北

42、理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系例例 計(jì)算計(jì)算CHBr3 3的同位素強(qiáng)度。的同位素強(qiáng)度。CHBr3中有三個(gè)中有三個(gè)Br，應(yīng)出現(xiàn)應(yīng)出現(xiàn)M+2，M+4，M+6的同位素峰的同位素峰因?yàn)橐驗(yàn)?9Br : 81Br =100:98 1:1在二項(xiàng)式中在二項(xiàng)式中a=1，b=1，n=3(a+b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3 = 1 + 3 + 3 + 1 M M+2 M+4 M+6 33.3 100 100% 33.3%相對(duì)強(qiáng)度：相對(duì)強(qiáng)度：湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.2.3 碎片離子碎片離子 含較高內(nèi)能的分子離子在離子源中會(huì)進(jìn)一步裂解而含較高內(nèi)能的分子離子在離子源中會(huì)進(jìn)一步裂解而生成碎片。質(zhì)譜圖中低

43、于分子離子質(zhì)量的離子（除準(zhǔn)分生成碎片。質(zhì)譜圖中低于分子離子質(zhì)量的離子（除準(zhǔn)分子離子、雙電荷離子、亞穩(wěn)離子外）都是碎片離子。子離子、雙電荷離子、亞穩(wěn)離子外）都是碎片離子。碎片離子碎片離子生成方式生成方式簡(jiǎn)單裂解簡(jiǎn)單裂解重排裂解重排裂解氫重排裂解氫重排裂解骨架重排裂解骨架重排裂解湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系 有機(jī)化合物受高能作用時(shí)產(chǎn)生各種形有機(jī)化合物受高能作用時(shí)產(chǎn)生各種形式的分裂，一般強(qiáng)度最大的質(zhì)譜峰相應(yīng)于式的分裂，一般強(qiáng)度最大的質(zhì)譜峰相應(yīng)于最穩(wěn)定的碎片離子。通過(guò)各種碎片離子相最穩(wěn)定的碎片離子。通過(guò)各種碎片離子相對(duì)峰高的分析，有可能獲得整個(gè)分子結(jié)構(gòu)對(duì)峰高的分析，有可能獲得整個(gè)分子結(jié)構(gòu)的信息。因?yàn)榈男畔?/p>

44、。因?yàn)镸+可能進(jìn)一步斷裂或重排，可能進(jìn)一步斷裂或重排，因此要準(zhǔn)確地進(jìn)行定性分析最好與標(biāo)準(zhǔn)譜因此要準(zhǔn)確地進(jìn)行定性分析最好與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行比較。圖進(jìn)行比較。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.2.4 亞穩(wěn)離子亞穩(wěn)離子(m*)若質(zhì)量為若質(zhì)量為m1的離子在離開(kāi)離子源受電場(chǎng)加速后，在進(jìn)入質(zhì)量分的離子在離開(kāi)離子源受電場(chǎng)加速后，在進(jìn)入質(zhì)量分析器之前，由于碰撞等原因很容易進(jìn)一步分裂失去中性碎片而析器之前，由于碰撞等原因很容易進(jìn)一步分裂失去中性碎片而形成質(zhì)量形成質(zhì)量m2的離子，即的離子，即 m1m2+m由于一部分能量被中性碎片帶走，此時(shí)的由于一部分能量被中性碎片帶走，此時(shí)的m2離子比在離子源中離子比在離子源中形成的形成的

45、m2離子能量小故將在磁場(chǎng)中產(chǎn)生更大的偏轉(zhuǎn)，觀察到的離子能量小故將在磁場(chǎng)中產(chǎn)生更大的偏轉(zhuǎn)，觀察到的m/z 較小。這種峰稱(chēng)為較小。這種峰稱(chēng)為亞穩(wěn)離子峰亞穩(wěn)離子峰，用，用m*表示。它表示。它的表觀質(zhì)量的表觀質(zhì)量m*與與m1、m2的關(guān)系是：的關(guān)系是： m* = （ m2 ）2 / m1式中式中m1為母離子的質(zhì)量，為母離子的質(zhì)量， m2為子離子的質(zhì)量。為子離子的質(zhì)量。在質(zhì)譜中表現(xiàn)為一個(gè)寬峰，可提供母離子和子離子之間的關(guān)系。在質(zhì)譜中表現(xiàn)為一個(gè)寬峰，可提供母離子和子離子之間的關(guān)系。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系 亞穩(wěn)離子峰由于其具有離子峰寬（約亞穩(wěn)離子峰由于其具有離子峰寬（約25個(gè)個(gè)質(zhì)量單位）、相對(duì)強(qiáng)度低、質(zhì)量單

46、位）、相對(duì)強(qiáng)度低、m/z不為整數(shù)等特不為整數(shù)等特點(diǎn)，很容易從質(zhì)譜圖中觀察。點(diǎn)，很容易從質(zhì)譜圖中觀察。 通過(guò)亞穩(wěn)離子峰可以獲得有關(guān)裂解信息，通過(guò)亞穩(wěn)離子峰可以獲得有關(guān)裂解信息，通過(guò)對(duì)通過(guò)對(duì)m*峰觀察和測(cè)量，可找到相關(guān)母離子峰觀察和測(cè)量，可找到相關(guān)母離子的質(zhì)量與子離子的質(zhì)量的質(zhì)量與子離子的質(zhì)量m2從而確定裂解途徑。從而確定裂解途徑。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系母離子、子離子與亞穩(wěn)離子的關(guān)系母離子、子離子與亞穩(wěn)離子的關(guān)系CHOCH3OCHOOHO- CO- CH3C CH3O-m/z 136M1(m/z 121)M2(m/z 93)m* = 932/121 = 71.5M1M2m*m/z湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)

47、院藥學(xué)系4.2.5 多電荷離子多電荷離子 最常見(jiàn)的是雙電荷離子最常見(jiàn)的是雙電荷離子(m/2zm/2z)，三電荷離子，三電荷離子(m/3zm/3z)比比較少見(jiàn)。雙電荷離子在其質(zhì)量數(shù)一半處出現(xiàn)。當(dāng)離子的較少見(jiàn)。雙電荷離子在其質(zhì)量數(shù)一半處出現(xiàn)。當(dāng)離子的質(zhì)量是奇數(shù)時(shí)，其質(zhì)荷比就不是整數(shù)。質(zhì)量是奇數(shù)時(shí)，其質(zhì)荷比就不是整數(shù)。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.3 分子式的確定分子式的確定通過(guò)通過(guò)高分辨率的質(zhì)譜計(jì)高分辨率的質(zhì)譜計(jì)直接測(cè)出化合物的分子式；直接測(cè)出化合物的分子式；利用利用低分辨率的質(zhì)譜計(jì)低分辨率的質(zhì)譜計(jì)測(cè)得同位素峰與分子離子測(cè)得同位素峰與分子離子峰的相對(duì)豐度來(lái)確定分子式。峰的相對(duì)豐度來(lái)確定分子式。湖北理

48、工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.3.1 高分辨率質(zhì)譜法高分辨率質(zhì)譜法 高分辨率的質(zhì)譜計(jì)可測(cè)至小數(shù)點(diǎn)后高分辨率的質(zhì)譜計(jì)可測(cè)至小數(shù)點(diǎn)后34位，誤差位，誤差0.006。以。以12C = 12.000000位基準(zhǔn)，位基準(zhǔn)，1H的精確質(zhì)量是的精確質(zhì)量是1.007825, 16O是是15.994915。通過(guò)精確地測(cè)出分子離子。通過(guò)精確地測(cè)出分子離子或碎片離子的或碎片離子的 m/zm/z 值，得到分子式或碎片離子地元素值，得到分子式或碎片離子地元素組成式。組成式。 Beynon將將C、H、O、N的各種可能組合式的精密的各種可能組合式的精密質(zhì)量排列成表（貝農(nóng)表），可供將實(shí)測(cè)到的精確分子質(zhì)量排列成表（貝農(nóng)表），可供將實(shí)測(cè)

49、到的精確分子離子峰質(zhì)量數(shù)與之進(jìn)行核對(duì)，就可以推定分子式。離子峰質(zhì)量數(shù)與之進(jìn)行核對(duì)，就可以推定分子式。也可由也可由Lederberg表推測(cè)分子式。表推測(cè)分子式。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系例：例： 用高分辨率質(zhì)譜計(jì)測(cè)得某未知物分子用高分辨率質(zhì)譜計(jì)測(cè)得某未知物分子離子峰的質(zhì)量數(shù)為離子峰的質(zhì)量數(shù)為 167.0582，求它的分子式。，求它的分子式。解：如果質(zhì)譜的誤差是解：如果質(zhì)譜的誤差是0.006，則小數(shù)部分可以是，則小數(shù)部分可以是0.05820.006, 即小數(shù)部分應(yīng)在即小數(shù)部分應(yīng)在0.05220.0642之間。之間。查查Beynon表，質(zhì)量數(shù)整數(shù)是表，質(zhì)量數(shù)整數(shù)是167，其小數(shù)部分在這個(gè)，其小數(shù)部分在

50、這個(gè)范圍內(nèi)的式子有下列范圍內(nèi)的式子有下列3個(gè)：個(gè)：分子式分子式 分子量分子量C6H7N4O2 167.0570C8H9NO3 167.0583C11H7N2 167.0610其中，其中，C6H7N4O2和和C11H7N2含偶數(shù)個(gè)含偶數(shù)個(gè)N, 分子量應(yīng)為分子量應(yīng)為偶數(shù)，與事實(shí)不符，可排除。所以該物質(zhì)的分子式偶數(shù)，與事實(shí)不符，可排除。所以該物質(zhì)的分子式只能是只能是C8H9NO3。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.3.2 同位素豐度法同位素豐度法 低分辨率的質(zhì)譜計(jì)所得到的分子離子的低分辨率的質(zhì)譜計(jì)所得到的分子離子的m/zm/z 值只能值只能準(zhǔn)確到整數(shù)位，可能的分子式太多，不能直接確定。一準(zhǔn)確到整數(shù)位，可能

51、的分子式太多，不能直接確定。一般是借助同位素峰般是借助同位素峰M+1和和M+2與分子離子峰與分子離子峰M的相對(duì)豐的相對(duì)豐度來(lái)判斷。度來(lái)判斷。 將從未知物質(zhì)譜中測(cè)量到的將從未知物質(zhì)譜中測(cè)量到的 (M+1)/M 和和 (M+2)/M的百分?jǐn)?shù)，通過(guò)查閱的百分?jǐn)?shù)，通過(guò)查閱Beynon表，結(jié)合氮原則、有機(jī)化學(xué)表，結(jié)合氮原則、有機(jī)化學(xué)的基本知識(shí)，刪去不合理的元素組成之后，有可能得到的基本知識(shí)，刪去不合理的元素組成之后，有可能得到未知物的分子式。未知物的分子式。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系例：某化合物質(zhì)譜的分子離子區(qū)域數(shù)據(jù)如下：例：某化合物質(zhì)譜的分子離子區(qū)域數(shù)據(jù)如下：M(151): 35%; M+1(152):

52、 3.22%; M+2(153): 11.36。求其分子式。求其分子式。解：將離子強(qiáng)度的數(shù)據(jù)換算成以分子離子為解：將離子強(qiáng)度的數(shù)據(jù)換算成以分子離子為100%的相對(duì)強(qiáng)的相對(duì)強(qiáng)度數(shù)據(jù)：度數(shù)據(jù)：M(151): 100%; M+1(152): 9.2%; M+2(153): 32.5 根據(jù)氮規(guī)則，該化合物含奇數(shù)個(gè)氮原子。從根據(jù)氮規(guī)則，該化合物含奇數(shù)個(gè)氮原子。從M+2 接近接近32.4%，可知該化合物含有一個(gè)，可知該化合物含有一個(gè)Cl。減去。減去35Cl的質(zhì)量，分子匯的質(zhì)量，分子匯總剩余部分的質(zhì)量為總剩余部分的質(zhì)量為116。扣除。扣除37Cl對(duì)對(duì)M+2的貢獻(xiàn)，分子式中的貢獻(xiàn)，分子式中其它部分對(duì)其它部分對(duì)

53、M+2 的貢獻(xiàn)為：的貢獻(xiàn)為：32.5% - 32.4% = 0.1%。 查查Beynon表，表中質(zhì)量數(shù)為表，表中質(zhì)量數(shù)為116的式子共有的式子共有29個(gè)，其中個(gè)，其中(M+1)/M的百分比接近的百分比接近9.2%的有三種：的有三種：元素組成式元素組成式 M+1 M+2C8H4O 8.75 0.54C8H6N 9.12 0.37C9H8 9.85 0.43根據(jù)氮規(guī)則，根據(jù)氮規(guī)則，C8H4O和和C9H8是不合理的，應(yīng)排除。故所求分子式為是不合理的，應(yīng)排除。故所求分子式為C8H6N。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.4 離子的開(kāi)裂離子的開(kāi)裂 分子離子具有過(guò)剩的能量，在離子源中會(huì)分子離子具有過(guò)剩的能量，在離

54、子源中會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的裂解而生成質(zhì)量較小的碎片離子，發(fā)生進(jìn)一步的裂解而生成質(zhì)量較小的碎片離子，有的碎片離子還會(huì)進(jìn)一步裂解，生成質(zhì)量更小有的碎片離子還會(huì)進(jìn)一步裂解，生成質(zhì)量更小的碎片離子。的碎片離子。裂解的原則是盡可能形成較為穩(wěn)定的碎片離子。裂解的原則是盡可能形成較為穩(wěn)定的碎片離子。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.4.1、分子的離子化、分子的離子化 分子進(jìn)行離子化時(shí)，能量最高的電子最容易失去，生成分子進(jìn)行離子化時(shí)，能量最高的電子最容易失去，生成的正電荷和游離基就固定在失電子的位置上。的正電荷和游離基就固定在失電子的位置上。 失電子的順序?yàn)椋菏щ娮拥捻樞驗(yàn)椋簄 如丙酮：如丙酮：33CHCCHO 而而電子

55、的能量很接近，正電荷可以出現(xiàn)在分子中的各電子的能量很接近，正電荷可以出現(xiàn)在分子中的各個(gè)位置上。個(gè)位置上。4.4 離子的開(kāi)裂離子的開(kāi)裂湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.4.2 裂解的表示方法裂解的表示方法XYX + YXYX + YXYX + YCH3CH2N(CH3)2CH2N(CH3)21558- CH3（1）均裂均裂（2）異裂異裂（3）半）半異裂異裂（4）其它表示法其它表示法湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.4.3 裂解的類(lèi)型裂解的類(lèi)型(1) 簡(jiǎn)單裂解RCROR +CRORCROR +CRORCH2CR2R +CH2CR2CH2C RCH2+C R（1） -裂解裂解（2）i-裂解裂解（3） -裂解裂解

56、正電荷誘發(fā)的裂解正電荷誘發(fā)的裂解（異裂），同時(shí)正（異裂），同時(shí)正電荷位置發(fā)生轉(zhuǎn)移。電荷位置發(fā)生轉(zhuǎn)移。帶有正電荷的官能團(tuán)帶有正電荷的官能團(tuán)與相連的與相連的 -C原子之原子之間的均裂。含間的均裂。含n電子電子和和 電子的化合物易發(fā)生。電子的化合物易發(fā)生。湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.4.3 裂解的類(lèi)型裂解的類(lèi)型(2) 復(fù)雜裂解QCXYZRHQCXYZRHQCXRH+YZ +（1）麥?zhǔn)现嘏披準(zhǔn)现嘏?Mclafferty rearrangement)（2）逆狄爾斯阿爾德重排逆狄爾斯阿爾德重排 （retro Diels-Alder ）湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系CHCHCHCZHR1R2R3R4CHCHR3R

57、4HCCZHR1R2（1 1）麥?zhǔn)现嘏牛ǎ準(zhǔn)现嘏牛∕clafferty rearrangement) )麥?zhǔn)现嘏艞l件：麥?zhǔn)现嘏艞l件：含有含有C=O， C=N，C=S及碳碳雙鍵及碳碳雙鍵與雙鍵相連的鏈上有與雙鍵相連的鏈上有 碳，并在碳，并在 碳有碳有H原子（原子（ 氫）氫）六圓環(huán)過(guò)度，六圓環(huán)過(guò)度，H 轉(zhuǎn)移到雜原子上，同時(shí)轉(zhuǎn)移到雜原子上，同時(shí) 鍵發(fā)生斷裂，鍵發(fā)生斷裂，生成一個(gè)中性分子和一個(gè)自由基陽(yáng)離子生成一個(gè)中性分子和一個(gè)自由基陽(yáng)離子湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系204050 6070 80 90 1004357m /z1007129120 130110128(M )30858658COCH2H2CC

58、H2CH2CH3H2CH3C57854371湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系COCH2H2CCH2CHH2CH3CCH3HCOHCH2H2CH2CCH2CH2CHCH3HCOHCH3CH2H2CCH2m/z=86m/z=58湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系COCH2CH2CH2CHH2CH2CCH3HCOHCH2H2CCHCH2CH3CHCH2COHCH2H3CH2CCH2m/z=100m/z=58HHCH3湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系（2）逆狄爾斯阿爾德開(kāi)裂）逆狄爾斯阿爾德開(kāi)裂 具有環(huán)己烯結(jié)構(gòu)類(lèi)型的化合物能發(fā)生RDA開(kāi)裂，一般生產(chǎn)一個(gè)帶正電核的共軛二烯游離基和一個(gè)中性分子。+.+ 湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系4.4

59、.4 影響離子開(kāi)裂的因素影響離子開(kāi)裂的因素1.化學(xué)鍵的相對(duì)強(qiáng)度2.碎片離子的穩(wěn)定性3.具有分支的化合物，容易在取代基最多的碳原子處開(kāi)裂湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系1鍵的穩(wěn)定性鍵的穩(wěn)定性 在質(zhì)譜裂解過(guò)程中，鍵能小的化學(xué)鍵首先斷裂，例如：CC（345.3KJ/mol）、CH（408.8KJ/mol），失去烷基是常見(jiàn)的斷裂方式，而失去氫原子則很少見(jiàn)。鍵類(lèi)型鍵類(lèi)型C-CC-NC-OC-SC-HC-FC-ClC-BrO-H單鍵單鍵雙鍵雙鍵叁鍵叁鍵345607835304615889359748272535409485338284462湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系 2反應(yīng)產(chǎn)物的穩(wěn)定性反應(yīng)產(chǎn)物的穩(wěn)定性 a. 在雙鍵

60、、芳環(huán)或芳雜環(huán)的在雙鍵、芳環(huán)或芳雜環(huán)的-鍵上，容易發(fā)生鍵上，容易發(fā)生斷裂（稱(chēng)為斷裂（稱(chēng)為-斷裂），生成的正離子與雙鍵、斷裂），生成的正離子與雙鍵、芳環(huán)或芳雜環(huán)共扼而得到穩(wěn)定。芳環(huán)或芳雜環(huán)共扼而得到穩(wěn)定。 RC+HCH CH2CH2RRC+HCH=CH2 + RCH2CH2CH2RCH2+m/e 91XRXCH2X+湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系b. 生成碳正離子：叔仲伯生成碳正離子：叔仲伯(CH3)3CCH2OH(CH3)3C CH2=O+H(CH3)3C+CH2OH+10%90%i湖北理工學(xué)院醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系 c. 生成具有共扼結(jié)構(gòu)的正離子生成具有共扼結(jié)構(gòu)的正離子 含有雜原子含有雜原子的化合物（醇、醚