MS(质谱图)-文档资料

1、一、质谱分析原理一、质谱分析原理二、仪器与结构二、仪器与结构三、联用仪器三、联用仪器质谱法质谱法基本原理与质谱仪基本原理与质谱仪22灵敏度高，选择性强 GC分离高效分离高效;灵敏度高灵敏度高,定量为定量为主主;定性仅凭定性仅凭RT;二维谱图二维谱图 ( (上上););MS结构鉴定能力强结构鉴定能力强;灵敏度高灵敏度高;求样品纯度高求样品纯度高,难以区分异构体难以区分异构体;SIM/MRM可准确定量可准确定量；鉴定要鉴定要二维谱图二维谱图(中中)；GC-MS三维图谱三维图谱(下下)提供TIC,MS,MC和RT擅长混合物定性定量混合物定性定量GC-MS联用前后的变化3考古考古药物残留物药物残留物桦

2、木醇（源于桦皮焦油）乳香酸（源于乳香）4质谱法特点质谱法特点56仪器内部结构三、联用仪器三、联用仪器7联用仪器（ THE GC/MS PROCESS ）SampleSample 58901.0 DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETT PACKARD5972AMass Selective DetectorDCBA ABCDGas Chromatograph (GC)Mass Spectrometer (MS)SeparationIdentificationBACD8进样系统离子源质量分析器检测器1.气体扩散2.直接进样3.气相色谱1.电子轰击2.化学电离3.场致电离4.激光 1

3、.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间4.四极杆 5. 离子阱离子阱 质谱仪需要在高真空下工作：离子源（质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-3 10 -5 Pa ） 质量分析器（质量分析器（10 -6 Pa ）1 1大量氧会烧坏离子源的灯丝；大量氧会烧坏离子源的灯丝；2 2用作加速离子的几千伏高压会引起放电；用作加速离子的几千伏高压会引起放电；3 3引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。一、质谱分析原理一、质谱分析原理9101112GCMS载气载气13分子量小分子量小, 易被真空泵抽易被真空泵抽掉掉,具备具备富集样品的特性；富集样品

4、的特性；电电 离能离能(24.6 eV)远高于远高于一一 般有机化合物般有机化合物(10eV左左右右),电离效率相对低于一电离效率相对低于一 般有机化合物般有机化合物,带来的本带来的本 底底较低较低,对总离子流的干扰较对总离子流的干扰较小小; 分子离子为分子离子为m/z 4 低于通低于通常质谱扫常质谱扫 描起始质量描起始质量,不干不干扰谱图扰谱图 电离能为电离能为15.4 eV，和一般和一般有机物电离能有机物电离能接近，相对于氦气，接近，相对于氦气，电离效率较高，对总电离效率较高，对总离子流有干扰；离子流有干扰； 分子量小，通常质分子量小，通常质谱扫描起始质量不会谱扫描起始质量不会从从m/zl

5、开始，在一些开始，在一些应用中，可与氩气交应用中，可与氩气交换使用。换使用。1、化学惰性；化学惰性；3、不干扰质谱图；、不干扰质谱图；2、不干扰总离子流检测；不干扰总离子流检测；4、有富集样品的特性。、有富集样品的特性。GC/MS对载气的要求：对载气的要求：氮气氮气 N2氦气氦气HE氢气氢气H2 电离能为电离能为15.6 eV接近一般接近一般有机物电离能，电，离效率较有机物电离能，电，离效率较高，对总离子流有干扰。高，对总离子流有干扰。分子离子分子离子 m/z 28 离子较强，离子较强，与系统残留空气与系统残留空气 的氮峰叠加，的氮峰叠加，且且 m/z 28、29、14和某些化和某些化合物的特

6、征合物的特征 离子重叠，接近离子重叠，接近通常质谱扫描起始质量，产生通常质谱扫描起始质量，产生高的本底不仅干扰低质量范围高的本底不仅干扰低质量范围质谱图，对离子的相对丰度也质谱图，对离子的相对丰度也会有影会有影 响。响。载气的选择载气的选择 纯度纯度 99.999 %质谱仪结构图15电离室结构图18在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行； 离心力离心力 =向心力；向心力；m 2 / R= H0 e V曲率半径：曲率半径： R= （m ）/ e H0 质谱方程式：质谱方程式：m/e = (H02 R2) / 2V离子在磁场中的轨道半径离子在磁场中的轨道半径R取

7、决于：取决于： m/e 、 H0 、 V改变加速电压改变加速电压V, 可以使不同可以使不同m/e 的离子进入检测器。的离子进入检测器。质谱分辨率质谱分辨率 = M / M （分辨率与选定分子质量有关（分辨率与选定分子质量有关）加速后离子的动能加速后离子的动能 :(1/2)m 2= e V = (2V)/(m/e)1/2质量分析器原理质量分析器原理Schematic of a magnetic-sector mass spectrometer2020色谱色谱色谱色谱 色谱色谱-四极四极质谱仪质谱仪（Agilent 、QP、PE、Thermo）离子阱离子阱质谱仪质谱仪飞行时间飞行时间质谱质谱(Va

8、rian、 Thermo)(Waters GC-TOF)Agilent5975TraceDSQQP 2010PremierGCTVarian4000Clarus 600GC-MS联用主要台式商品仪器类型2121 质谱仪种类很多，一般以质量分析器分类。根据质量范质谱仪种类很多，一般以质量分析器分类。根据质量范围大小和分辨率高低可分为高、中、低档仪器，其结构围大小和分辨率高低可分为高、中、低档仪器，其结构特点、适用范围不同，体积、价格也有很大的差异。特点、适用范围不同，体积、价格也有很大的差异。MS种类23+ Ions scanned by varying the DC/RF voltages a

9、cross the quadrupole rods二、仪器与结构二、仪器与结构联用仪器（ THE GC/MS PROCESS ）SampleSample 58901.0 DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETT PACKARD5972AMass Selective DetectorDCBA ABCDGas Chromatograph (GC)Mass Spectrometer (MS)SeparationIdentificationBACD2626总离子流图总离子流图Total Ion Current GCMS中TIC图相当于色谱图 EI源的TIC图 GC的FID检测器所得色谱

10、图 每张MS图中所有离子的强度质质 谱谱 图图2829质谱术语质谱术语3030 、分子离子、分子离子 、同位素离子、同位素离子 、碎片离子、碎片离子 、重排离子、重排离子 、亚稳离子 、多电荷离子 、负离子 、准分子离子 如 MH+ 、 M Na+ 、 (M-H)- 、母离子与子离子 、奇电子离子和偶电子离子奇电子离子和偶电子离子有机质谱中的各种离子 一、分子离子峰一、分子离子峰二、同位素离子峰二、同位素离子峰三、三、碎片离子峰碎片离子峰四、奇电子离子峰四、奇电子离子峰五、偶电子离子峰五、偶电子离子峰第二节第二节 离子峰的主要类型离子峰的主要类型一、分子离子峰 分子电离一个电子形成的离子所产生

11、的峰。分子电离一个电子形成的离子所产生的峰。分子离子的质量与化合物的分子量相等。分子离子的质量与化合物的分子量相等。M+e- M +2e 位于质谱图的右端，因为位于质谱图的右端，因为m/e最大最大相对强度取决于分子离子相对于裂解产物的稳定性。相对强度取决于分子离子相对于裂解产物的稳定性。 有机化合物分子离子有机化合物分子离子峰的稳定性顺序：峰的稳定性顺序：芳香化合物共轭链烯芳香化合物共轭链烯烯烃脂环化合物直链烯烃脂环化合物直链烷烃酮胺酯醚烷烃酮胺酯醚酸支链烷烃醇酸支链烷烃醇分子离子峰的特点： 一般质谱图上一般质谱图上质荷比最大的峰为质荷比最大的峰为分子离子峰；有例分子离子峰；有例外。外。 形成

12、分子离子形成分子离子需要的能量最低，需要的能量最低，一般约电子伏一般约电子伏特。特。质谱图上质荷比最大的峰质谱图上质荷比最大的峰一定一定为分子离子峰吗？为分子离子峰吗？如何确定分子离子峰？如何确定分子离子峰？343536分子离子峰的判别分子离子峰的判别3839在高能量电子源轰击情况下，分子离子处在高能量电子源轰击情况下，分子离子处于激发状态，原子间的一些键进一步断于激发状态，原子间的一些键进一步断裂，产生质量数较低的碎片，获取分子裂，产生质量数较低的碎片，获取分子结构的相关信息。结构的相关信息。 离子离开电离室离子离开电离室到达收集器之前到达收集器之前的过程中，的过程中，发生分解而形成低质量的

13、离子所产生的峰。发生分解而形成低质量的离子所产生的峰。（子离子与中性碎片）（子离子与中性碎片）40404141424243434444许多元素具有天然同位素，如氯元素有许多元素具有天然同位素，如氯元素有35Cl, 37Cl 在分子离子峰、碎片离子峰的右边会产生同位素峰在分子离子峰、碎片离子峰的右边会产生同位素峰45Next Week 46464747同位素丰度同位素丰度48495050质谱法特点质谱法特点例如：例如：CH4 M=1612C+1H4=164=16 M13C+1H4=17 M+14=17 M+112C+2H+1H3=17 M+13=17 M+113C+2H+1H3=18 M+23=

14、18 M+2同位素峰同位素峰分子离子峰分子离子峰二、同位素离子峰（M+1峰）由于同位素的存在，可以看到比分子离子峰大一个质量单由于同位素的存在，可以看到比分子离子峰大一个质量单位的峰；有时还可以观察到位的峰；有时还可以观察到M+2，M+3。；。；1615m/z RA13.1121.0133.9149.2158516100171.1m/z52甲烷的碎片离子峰有机化合物中常见元素有机化合物中常见元素及其天然同位素丰度及其天然同位素丰度5454分子式的确定分子式的确定 15555分子式的确定分子式的确定 25656分子式的确定分子式的确定 35757S和和C的同位素峰簇的同位素峰簇58化合物中含有化

15、合物中含有Cl或或Br时，可以利用时，可以利用M与与M+2比例比例来确定分子离子峰。来确定分子离子峰。 对卤素有机物，对卤素有机物，F、I单一同位素单一同位素 35Cl, 37Cl 3:1 79Br, 81Br 1:1对于多个对于多个Cl、Br化合物，有非常强的化合物，有非常强的M+2，M+4，M+6同位素同位素离子峰，使用（离子峰，使用（a+b）n. a:轻质同位素丰度轻质同位素丰度 b：重质同位素丰度重质同位素丰度 n:同种卤原子的个数同种卤原子的个数n=3 （a+b）3=a3+3a2b+3ab2+b3 a=3 b=1 =33+3 32 1 + 3 3 1 2+1 =27+27+9+1M:

16、 M+2: M+4: M+6, 27: 27: 9: 15959Cl和和Br的同位素簇的同位素簇6060616162626363同位素离子峰同位素离子峰分子式分子式化合物中含有化合物中含有Cl或或Br时，可以利用时，可以利用M与与M+2比例比例来确定分子离子峰。来确定分子离子峰。 对卤素有机物，对卤素有机物，F、I单一同位素单一同位素 35Cl, 37Cl 3:1 79Br, 81Br 1:1对于多个对于多个Cl、Br化合物，有非常强的化合物，有非常强的M+2，M+4，M+6同位素同位素离子峰，使用（离子峰，使用（a+b）n. a:轻质同位素丰度轻质同位素丰度 b：重质同位素丰度重质同位素丰度

17、 n:同种卤原子的个数同种卤原子的个数n=3 （a+b）3=a3+3a2b+3ab2+b3 a=3 b=1 =33+3 32 1 + 3 3 1 2+1 =27+27+9+1M: M+2: M+4: M+6, 27: 27: 9: 165656667N规则规则68律 由，组成的有机化合物，由，组成的有机化合物，一定是偶数。一定是偶数。由，组成的有机化合物，由，组成的有机化合物，奇数，奇数，奇数。奇数。 由，组成的有机化合物，由，组成的有机化合物，偶数，偶数，偶数。偶数。 分子离子峰与相邻峰的质量差必须合理。分子离子峰与相邻峰的质量差必须合理。69 7071三、碎片离子峰 一般有机化合物的电离能

18、为一般有机化合物的电离能为713电子伏特，质谱中常用电子伏特，质谱中常用的电离电压为的电离电压为70电子伏特，使结构裂解，产生各种电子伏特，使结构裂解，产生各种“碎片碎片”离离子。子。H3CCH2CH2CH2CH2CH315712957434357297115H3CCH2CH2CH2CH2CH3H3CCH2CH2CH2CH2CH3H3CCH2CH2CH2CH2CH3H3CCH2CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH31529435771正己烷正己烷碎片离子峰H3C C CH3CH3H3C CH CH3H3C CH2CH3 SCAN99100不同进样方式有不同进样方式有不同型

19、号隔垫不同型号隔垫(SPME特殊特殊)；使用使用耐高温、低流失耐高温、低流失隔垫以减少污染隔垫以减少污染 (隔垫流失隔垫流失TIC及及MS如下图如下图)；保持保持隔垫吹扫隔垫吹扫(3ml/min)，以去除进样口残留（进针掉渣）；，以去除进样口残留（进针掉渣）；隔垫需隔垫需经常更换经常更换，以防止进样口漏气。，以防止进样口漏气。73 100 281 SSSSSiSiSi50 399 45 030 70 110 150 190 230 270 310 350 390 430 470 510 (m a in lib ) C y c lohep ta silo xa ne ,te tra d e c

20、a m e th y l-147 OOOOOOO327415503 85 221 341 隔垫101色谱固定相和隔垫材料都是色谱固定相和隔垫材料都是硅氧烷聚合物，由于聚合不完全硅氧烷聚合物，由于聚合不完全及在高温下热解产生小分子化合物，伴随载气、样品进及在高温下热解产生小分子化合物，伴随载气、样品进入离入离 子源离子化，形成质谱的背景，干扰分析结果子源离子化，形成质谱的背景，干扰分析结果。硅氧烷结构固定相类型e) 色谱柱流失、隔垫流失102隔垫流失MS图检索103SE-3073147 167207221267281327355415429503 柱型碎片离子质量DB-573147 156 19

21、1207253281327331405443 SE-54 73 147 156 2 07 221 253281 327 355 405 429 OV-10173147 163 191207221281325355415429503 OV-1 73 147 191 207 221 253281 341 355 415 429 503 OV-225 73135 156 197253269313327343403405417OV-17 73 147 197 221 253281 327 355 FFAP 57 69 97 123 173 191 207 219 240 264289 305 382P

22、EG131133 147 161163191195205207221281355根据特征离子可判断污染源和污染程度，采取及时的维护根据特征离子可判断污染源和污染程度，采取及时的维护(除清洗衬管、更换隔除清洗衬管、更换隔 垫等外，最主要的是垫等外，最主要的是老化色谱柱老化色谱柱)常用毛细管柱流失特征离子104衬管的作用是加速样品汽化、保护色谱柱。衬管的作用是加速样品汽化、保护色谱柱。需定期清洗以防止污染。需定期清洗以防止污染。如何选择合适的衬管：如何选择合适的衬管：1、衬管形状、容积衬管形状、容积2、内表面去活处理内表面去活处理3、是否装玻璃毛，位置、是否装玻璃毛，位置玻璃毛放置的位置有两种选择

23、：玻璃毛放置的位置有两种选择：1、放在衬管的、放在衬管的中间偏上中间偏上的位置，可以擦去注射器上蘸着的样品，同时的位置，可以擦去注射器上蘸着的样品，同时 可以减少样品反冲造成的损失。可以减少样品反冲造成的损失。2、放在衬管、放在衬管中间偏下中间偏下的位置，有助于样品快速汽化和混合。的位置，有助于样品快速汽化和混合。3、玻璃毛需经常更换，注意更换或清洗衬管后玻璃毛的位置要一致。、玻璃毛需经常更换，注意更换或清洗衬管后玻璃毛的位置要一致。4、使用方法对分析结果的影响很大。污染会带来高的本底。、使用方法对分析结果的影响很大。污染会带来高的本底。衬管105样品分解或歧视、重现性差、出现鬼峰、峰形变坏、

24、丢失峰样品分解或歧视、重现性差、出现鬼峰、峰形变坏、丢失峰丢失样品峰衬管清洗前出现鬼峰、峰形变坏衬管清洗后衬管污染106离子源离子源质量分析器质量分析器数据系统数据系统离子检测器离子检测器真空系统真空系统进样系统进样系统GCLC直接进样探头直接进样探头四极质量分析器四极质量分析器 Quadrupole四极离子阱四极离子阱 IT 扇形场质谱量分析器扇形场质谱量分析器 Sector飞行时间质谱仪飞行时间质谱仪 TOF-MS离子回旋共振质谱仪离子回旋共振质谱仪 ICR-MS电子电离电子电离 EI化学电离化学电离 CI场解吸场解吸 FD(FI)快原子轰击快原子轰击 FAB(LSIMS)热喷雾热喷雾 T

25、S粒子束粒子束 PB电喷雾电喷雾 ESI大气压化学电离大气压化学电离 APCI基质辅助激光电离基质辅助激光电离 MALDIEI-2倍增器倍增器 SEM微通道板微通道板 MCPMS仪的组成107电离方式电离媒介样品状态分子离子碎片离子EI电子蒸汽 M+有+CI气相离子蒸汽M+HM-H很少+ -FI/FD*电场蒸汽、溶液M+、M+HM+Na+无或很少功能功能-使气态分子电离使气态分子电离,将离子聚焦将离子聚焦,加速后进入质量分析器加速后进入质量分析器质谱有多种离子化方式，可适应不同极性和不同分子量范质谱有多种离子化方式，可适应不同极性和不同分子量范 围化合物的分析需求。围化合物的分析需求。台式台式

26、GC/MS一般只配置一般只配置EI、CI、FI三种离子源。三种离子源。3、离子源M+NH4+10870eV电离电位时离电离电位时离子强度最高；子强度最高；有机化合物的电离有机化合物的电离电位一般在电位一般在7-15eV； 不同轰击能量下离不同轰击能量下离 子子的相对强度不同的相对强度不同谱库检索的条件谱库检索的条件:70eV(1)电子轰击源(EI)-硬电离109 利用反应气体（甲烷、异丁烷、氨等）离子和样利用反应气体（甲烷、异丁烷、氨等）离子和样品分子发生品分子发生分子分子-离子反应，离子反应，使样品分子得到使样品分子得到(或失去或失去)一个质子，或发生加合反应而生成一个质子，或发生加合反应而

27、生成准分子离子准分子离子 反应气的量比样品气的量大得多反应气的量比样品气的量大得多(真空度低真空度低) 是一种是一种“软软”电离电离方法。方法。(2)化学电离源(CI)-软电离110PCI正化学源离子化正化学源离子化111反应物离子反应物离子112准分子离子准分子离子-加合离子加合离子113114正化学源的反应气正化学源的反应气115EI与与PCI的的MS图比较图比较116安非他明：安非他明：EI/PCI的的MS图比较图比较11750100150200250300350m/z0100%0100%0100%200183201217Scan CI+183105184211223Scan CI+10577517678182106181152183Scan EI+benzophenone, EIbenzophenonemethane CI+benzophenoneammonia CI+二苯酮二苯酮EI谱与谱与PCI谱谱(以甲烷和氨气为反应气以甲烷和氨气为反应气)的比较的比较118负离子化学电离源（负离子化学电离源（NCI）有以下优点：）有以下优点：1）对电负性化合物有很强的分子量信息；）对