藥物儀器分析技術(shù)第十章 質(zhì)譜法及聯(lián)用技術(shù)概論

質(zhì)譜法及聯(lián)用技術(shù)概論第十章

目錄CONTENTS01質(zhì)譜法02質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)案例導入

隨著科學技術(shù)的進步，現(xiàn)代的有機物結(jié)構(gòu)分析主要依賴儀器分析。常用的有“四大譜”：紫外光譜、紅外光譜、核磁共振波譜、質(zhì)譜。質(zhì)譜法第一節(jié)011.能說出質(zhì)譜法的特點。2.能寫出質(zhì)譜儀主要部件。3.能根據(jù)質(zhì)譜圖確定分子離子峰求出分子量。學習目標質(zhì)譜法（massspectrometry，MS）是通過將試樣分子轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖龠\動的離子，并按質(zhì)荷比（質(zhì)量與電荷的比值，m/z）大小進行分配記錄的分析方法，所得結(jié)果稱為質(zhì)譜圖。質(zhì)譜法一質(zhì)譜法靈敏度高，通常只需要微克級；分析速度快，幾秒甚至不到一秒的時間就可完成一次樣品的分析；分析范圍廣，可用于固體、液體、氣體樣品分析，也可用于熱穩(wěn)定和熱不穩(wěn)定的化合物分析；提供的信息量大，可同時提供被測物質(zhì)的相對分子質(zhì)量和結(jié)構(gòu)信息；既能定性分析也可定量分析；可以和各種色譜儀器聯(lián)用，實現(xiàn)復雜體系的分析。質(zhì)譜分析技術(shù)的特點一質(zhì)譜法分析步驟氣態(tài)化或原子化。將氣態(tài)化的分子或原子化的原子的大部分轉(zhuǎn)化為離子流，一般為單電荷正離子。離子按質(zhì)荷比分離。計數(shù)各種離子的數(shù)目或測定由試樣形成的離子轟擊傳感器時產(chǎn)生的離子電流。基本原理01基本原理01可知質(zhì)譜基本方程磁場強度H和加速電壓V固定時，可將各種離子分開固定半徑R和磁場強度H，由于狹縫的離子質(zhì)荷比與加速電壓成反比，當加速電壓逐漸增加，先被收集到的是質(zhì)量大的離子固定半徑R和加速電壓V，由于質(zhì)荷比正比于H2，當磁場強度增加時，先收集到的是質(zhì)量小的離子質(zhì)譜圖一般有兩種：峰形圖和棒形圖，目前大部分的質(zhì)譜分析都需要將峰形圖以棒形圖的形式表示，其橫坐標為質(zhì)荷比（m/z），縱坐標為離子的相對豐度（又稱相對強度）。01質(zhì)譜圖的表示方法基本原理質(zhì)譜儀02質(zhì)譜儀利用電磁學原理，使試樣（原子、分子）電離成帶正電荷的氣態(tài)離子，并按離子的質(zhì)荷比將它們分離，同時記錄和顯示這些離子的相對強度的一種儀器。質(zhì)譜儀02質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀一般由四大系統(tǒng)構(gòu)成：進樣系統(tǒng)、分析系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電學系統(tǒng)。分析系統(tǒng)是質(zhì)譜儀的核心，包括三個重要部分：離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測器。間歇式進樣

氣體或揮發(fā)性液體和固體直接探針進樣

揮發(fā)性低的試樣色譜進樣

兼有色譜法的優(yōu)良分離功能和質(zhì)譜法強有力的鑒定能力，是目前分析復雜混合物的有效工具02進樣系統(tǒng)質(zhì)譜儀適宜研究極性高分子化合物用于穩(wěn)定性差、用電子轟擊源難以得到分子離子的化合物化學電離源（CI）電子轟擊源（EI）主要用于氣體樣品快原子轟擊電離源（FAB）02離子源質(zhì)譜儀電噴霧電離源（ESI）用于液體樣品電離，適合極性以及熱不穩(wěn)定性化合物的電離大氣壓電離源（API）液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀最常用的離子化形式02質(zhì)量分析器質(zhì)譜儀四級桿質(zhì)量分析器磁質(zhì)量分析器飛行時間質(zhì)量分析器離子阱質(zhì)量分析器電學系統(tǒng)直接影響質(zhì)譜儀的主要技術(shù)指標和質(zhì)譜分析的結(jié)果，包括各種高低壓穩(wěn)壓電源、控制電路、保護電路、測量電路、數(shù)據(jù)顯示和處理系統(tǒng)等真空系統(tǒng)是保障質(zhì)譜儀正常工作的必要條件，質(zhì)譜儀中所有部分均要處在高度真空的條件下電學系統(tǒng)和真空系統(tǒng)離子檢測器電子倍增器——目前使用較多的檢測器法拉第杯照相板02質(zhì)譜儀分子離子分子失去一個電子形成的離子稱為分子離子，對應的質(zhì)譜峰稱為分子離子峰，分子離子的相對分子質(zhì)量等于化合物的相對分子質(zhì)量。除同位素離子峰外，分子離子峰通常出現(xiàn)在質(zhì)荷比最高的位置。在分子離子峰左邊3～14原子質(zhì)量單位范圍內(nèi)一般不可能出現(xiàn)峰。凡是分子離子峰均符合“氮規(guī)則”，即相對分子質(zhì)量為偶數(shù)的有機化合物一定有偶數(shù)個氮原子，相對分子質(zhì)量為奇數(shù)的有機化合物一定有奇數(shù)個氮原子。03質(zhì)譜圖的定性定量分析1.離子的主要類型同位素離子天然元素由同位素組成，習慣上把含有重同位素的離子稱為同位素離子，其產(chǎn)生的質(zhì)譜峰稱為同位素離子峰。由于不同元素的同位素含量不相同，因此質(zhì)譜圖中常出現(xiàn)強度不等的同位素離子峰。03質(zhì)譜圖的定性定量分析1.離子的主要類型碎片離子碎片離子峰的信息有助于推斷分子結(jié)構(gòu)。一般來說，強度最大的質(zhì)譜峰對應最穩(wěn)定的碎片離子。通過分析各種碎片離子峰的相對強度，通常能夠獲得整個分子的結(jié)構(gòu)的信息。重排離子分子離子在裂解的同時，原子或原子團重排而產(chǎn)生的比較穩(wěn)定的離子叫做重排離子。最典型的就是麥氏重排所產(chǎn)生的離子。03質(zhì)譜圖的定性定量分析1.離子的主要類型重排亞穩(wěn)離子電離室中生成的離子被加速以后，在到達收集器之前發(fā)生分解的離子，稱為亞穩(wěn)離子。03質(zhì)譜圖的定性定量分析1.離子的主要類型多電荷離子多電荷離子峰的出現(xiàn)，表明被分析的試樣非常穩(wěn)定，例如，芳香族化合物和含有共軛體系的分子，容易出現(xiàn)雙電荷離子峰。03質(zhì)譜圖的定性定量分析2.相對分子質(zhì)量的測定使用離子源離子化時，對那些能夠產(chǎn)生分子離子或質(zhì)子化（或去質(zhì)子化）分子離子的化合物來說，用質(zhì)譜法測定相對分子質(zhì)量是目前最好的方法。它不僅分析速度快，而且能夠給出精確的相對分子質(zhì)量。分子離子峰必須符合氮規(guī)則當化合物中含有氯或溴時，可以利用Ｍ±與（Ｍ＋２）＋峰的比例來確認分子離子峰設(shè)法提高分子離子峰的強度用高分辨質(zhì)譜儀確定分子式用高分辨質(zhì)譜儀能夠區(qū)別質(zhì)量上只相差千分之幾個質(zhì)量單位的分子。03質(zhì)譜圖的定性定量分析3.分子式的測定由同位素比求分子式在求分子式時，只要質(zhì)譜圖上得到的分子離子峰足夠強，其高度和（M+1）+、（Ｍ+2）+同位素峰的高度都能準確測定，計算（Ｍ+1）+和（Ｍ+2）+峰相對于Ｍ±峰的百分數(shù)后，根據(jù)拜諾表，便可確定分子可能的經(jīng)驗式。034.結(jié)構(gòu)鑒定標準譜圖比較

在用質(zhì)譜法鑒定純化合物的結(jié)構(gòu)時，應首先與標準譜圖進行對照，以核對該化合物的結(jié)構(gòu)。測定比較根據(jù)分子式，計算化合物的不飽和度Ω注意分子離子峰相對于其他峰的強度注意分子離子和高質(zhì)量數(shù)碎片離子以及碎片離子之間的m/z的差值注意譜圖上存在哪些重要離子，特別是奇電子的離子注意是否有亞穩(wěn)峰存在提出可能的結(jié)構(gòu)式根據(jù)質(zhì)譜或其他數(shù)據(jù)，排除不可能的結(jié)構(gòu)式，最后確定可能的結(jié)構(gòu)式質(zhì)譜圖的定性定量分析總離子流總離子流是一個疊加圖，疊加了每個質(zhì)量掃描的離子流。當一個小分子或小肽流出時，相對強度上升，在總離子流圖上出現(xiàn)了一個峰，橫軸是時間。每個質(zhì)量的化合物都被記錄在總離子流圖上，設(shè)置一個確定的質(zhì)量，可畫出一個提取離子流圖。03質(zhì)譜圖的定性定量分析5.定量分析03質(zhì)譜圖的定性定量分析5.定量分析選擇離子監(jiān)測在選擇離子監(jiān)測中，質(zhì)譜被設(shè)置為掃描一個非常小的質(zhì)量范圍，典型的是一個質(zhì)量數(shù)的寬度。選擇的質(zhì)量寬度越窄，選擇離子的確定度越高。03質(zhì)譜圖的定性定量分析5.定量分析多反應監(jiān)測多反應監(jiān)測被大多數(shù)科學家在質(zhì)譜定量中使用，這種方式可監(jiān)測一個特征唯一的碎片離子，在很多非常復雜的基質(zhì)中進行定量。質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)第一節(jié)021.能說出氣質(zhì)聯(lián)用和液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)的優(yōu)勢。2.能寫出常用接口。學習目標將兩種或兩種以上方法結(jié)合起來的技術(shù)稱為聯(lián)用技術(shù)，利用聯(lián)用技術(shù)的主要方式有氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）、氣相色譜-傅里葉變換紅外光譜（GC-FTIR）以及色譜-色譜聯(lián)用等。聯(lián)用技術(shù)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用01GC-MS已成為主要的定性定量分析手段之一，主要適用于易氣化樣品。GC-MS聯(lián)用系統(tǒng)主要由三部分組成：色譜部分、質(zhì)譜部分和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。氣相色譜與質(zhì)譜的工作壓力相差幾個數(shù)量級，流出物要導入質(zhì)譜就需要使用各種接口，使兩者之間的工作壓力相匹配。目前，接口一般有直接連接、分流連接、分子分離連接三種方式。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用02LC-MS主要用于高極性、熱不穩(wěn)定、難揮發(fā)的大分子（如蛋白質(zhì)、核酸、金屬有機