第1章有机质谱

1、第第1章章 有机质谱（有机质谱（MS）质谱( EI-MS) 样品分子样品分子气化后气化后, 在电离室电离形成在电离室电离形成 各种阳各种阳离子离子，在分析器中在电场和磁场的作用下分，在分析器中在电场和磁场的作用下分离聚焦，离聚焦，将收集到的离子按将收集到的离子按质质荷比荷比 （m/z）和相对丰度的大小排列成谱和相对丰度的大小排列成谱,即是质谱即是质谱.丁酮的质谱丁酮的质谱m/zMS的发展与特点: 高灵敏度高灵敏度, ,样品用量少样品用量少(ng)(ng)；高分辨率；高分辨率；快速快速, , 易与易与GC GC 、LCLC等联用；等联用；测定范围广测定范围广。第一节 基本原理一、MS产生过程v

2、. 电离室电离室 高压区高压区(1000 8000 V)加速加速 磁场磁场轨道偏转轨道偏转 检测器检测器 离子源离子源: 70 ev电子束轰击。电子束轰击。形成形成 各种阳离子各种阳离子例：例：CH3-CO-CH3 + e CH3 - CO - CH3+ + 2e CH3 - C O + + CH3加速电位加速电位e.分析器分析器zV = 1/2 mv2 , z: 电荷电荷 , V: 电位电位 v: 速度速度 R = ， R 偏转轨道半径偏转轨道半径，mvzV = , m/z 质荷比质荷比 H 2 R 22 Vmz低分辨质谱和高分辨质谱（低分辨质谱和高分辨质谱（HR-MS） 低分辨质谱仪低分辨

3、质谱仪: 即单聚焦质谱仪即单聚焦质谱仪,测得的质量数测得的质量数精确至为整数单位精确至为整数单位; 高分辨质谱仪高分辨质谱仪(HR-MS) : 即双聚焦质谱仪即双聚焦质谱仪,测得的测得的质量数精确至至少四位小数单位质量数精确至至少四位小数单位; 可把可把27. 9949(CO),28.0313(CH2=CH2), 28.0061 ( N2 ) 分开分开。 HR-MS是测定化合物精确分子量及推断分子式的重要方法是测定化合物精确分子量及推断分子式的重要方法三、 MS作用作用 测定分子量及推断分子式测定分子量及推断分子式. 鉴定未知物鉴定未知物(与已知物对照与已知物对照,查数据库查数据库).推测未知

4、物结构推测未知物结构第二节第二节 质谱中的离子质谱中的离子（EI-MS中）中）v一、分子离子与准分子离子一、分子离子与准分子离子v分子离子就是化合物受电子轰击失去一个电分子离子就是化合物受电子轰击失去一个电子形成的带有子形成的带有1个正电荷的离子。个正电荷的离子。其质量就是其质量就是分子量。对确定化合物分子式有重要的作用。分子量。对确定化合物分子式有重要的作用。 v1、分子离子、分子离子 的识别的识别v1）理论上是最高质量的离子。但最高质量的）理论上是最高质量的离子。但最高质量的离子不一定是分子离子。离子不一定是分子离子。v原因在于：原因在于：v同位素离子；同位素离子；v分子离子不稳定，导致分

5、子离子不稳定，导致M+不出现，或强度很小。不出现，或强度很小。 v M+和其他离子或气体碰撞后产生质量更和其他离子或气体碰撞后产生质量更大的离子。大的离子。v 杂质峰。杂质峰。v 分子量大，极性大难挥发的化合物，分子量大，极性大难挥发的化合物，M+小或不出现。小或不出现。v2）必须是一个奇电子离子。）必须是一个奇电子离子。v3）第一丢失峰合理。）第一丢失峰合理。v 15（CH3) , 17 (OH) , 18(H2O) ,28(CO) ，29(C2H5-, 或或CHO ) 合理合理.而而4 13， 21-26， 37， 38，50-53，65，66不合理。不合理。 v2、判断、判断M+ 注意下

6、列各点：注意下列各点： 氮律氮律:C、H、O 化合物化合物， M+质量是偶数。质量是偶数。v C、H、O、N 化合物化合物, N偶数，偶数，M+质量是偶数质量是偶数,v N奇数，奇数，M+质量是奇数。质量是奇数。 碎片离子与准分子离子峰分析。碎片离子与准分子离子峰分析。v此外还应能满足有机化合物的价键规律此外还应能满足有机化合物的价键规律.3、 M+的丰度与结构的关系的丰度与结构的关系v芳香化合物芳香化合物共轭烯类共轭烯类脂环类脂环类直链烷烃直链烷烃硫硫醇醇酮酮 醛醛胺胺酯酯醚醚酸酸支链烷烃支链烷烃醇。醇。v天然产物中游离醌类、大部分黄酮苷元的天然产物中游离醌类、大部分黄酮苷元的M+都是基峰，

7、香豆素类的都是基峰，香豆素类的M+也很强，基峰通常也很强，基峰通常是失去是失去CO的苯骈呋喃离子。而苷类特别是皂的苯骈呋喃离子。而苷类特别是皂苷类因其挥发性强，苷类因其挥发性强，M+一般较弱甚至不出现。一般较弱甚至不出现。4、增强、增强M+峰丰度的方法峰丰度的方法v 降低电子束能量；降低电子束能量；v 改变电离方法：改变电离方法：v CI MS , FI MS, FD MS, v FAB MS, ESI-MSv 降低样品气化温度；降低样品气化温度；v 不稳定或极性大的化合物（含不稳定或极性大的化合物（含OH、NH2、 COOH等基团多的化合物）制成衍生物。等基团多的化合物）制成衍生物。 R1O

8、R2ROHCCCR3R4R1R2H3CCCH3CH3C2H5或或RCH3 分子离子峰的表示分子离子峰的表示: 分子受到电子轰击变成分子离子时，最容易失去分子受到电子轰击变成分子离子时，最容易失去n电子，其次是电子，其次是电子和电子和电子。表电子。表示分子离子时，要尽可能标明正电荷的位置，以便判断裂解时键的断裂部位。例如：示分子离子时，要尽可能标明正电荷的位置，以便判断裂解时键的断裂部位。例如： 分子中含有杂原子，如分子中含有杂原子，如O、S、N等，杂原子上的等，杂原子上的n电子容易失去，正电荷一般在杂电子容易失去，正电荷一般在杂原子上：原子上：分子中没有杂原子但含有双键，键上的电子容易被轰击失

9、去，正电荷一般在双键的某一个C原子上：分子中杂原子和双键都没有，正电荷一般在季C原子上：正电荷的位置不明确：5、准分子离子峰的区别、准分子离子峰的区别vM+H峰（碰撞峰）：峰（碰撞峰）：多见于醚、酯、胺、醇、多见于醚、酯、胺、醇、多元酸、氰化物等杂原子化合物中。提高电离室中多元酸、氰化物等杂原子化合物中。提高电离室中样品压力使之增强或提高排斥电位使之减小的方法样品压力使之增强或提高排斥电位使之减小的方法区别之。区别之。vM-H峰峰：多见于醛类等化合物中。降低电离：多见于醛类等化合物中。降低电离电压使电压使M+峰相对丰度增强。峰相对丰度增强。二、同位素离子二、同位素离子v元素有同位素：元素有同位

10、素：v 1H ， 2H ；12C ， 13 C；16O ，18 O；v 35Cl:37Cl=100:31.98（3：1）v 79Br:81Br=100:97.28（1：1）v 32S:33S=100:0.8 32S:34S=100:4.44v 在质谱中在质谱中出现出现比分子离子大一到几个质量单比分子离子大一到几个质量单位的峰位的峰分子离子的同位素峰分子离子的同位素峰。根据分子离根据分子离子的质荷比及其同位素峰的丰度，可以确定化子的质荷比及其同位素峰的丰度，可以确定化合物的分子式。同位素峰合物的分子式。同位素峰的相对丰度取决于所的相对丰度取决于所含某元素的数目及其天然丰度。含某元素的数目及其天然

11、丰度。元素同位素精密质量天然丰度%元素同位素精密质量天然丰度%H1H1.00782599.985P31P30.973763100.02H2.0141020.015S32S31.97207295.00C12C12.00000098.93133S32.9714590.7613C13.0033551.06934S33.9678684.22N14N14.00307499.6335S35.9670790.0215N15.0001090.37Cl35Cl34.96885375.53O16O15.99491599.7637Cl36.99998824.4717O16.9991310.04Br79Br78.91

12、833650.5418O17.9991590.2081Br80.91629049.46F19F18.998403100.0I127I126.904477100常见元素稳定同位素的精密质量与天然丰度表常见元素稳定同位素的精密质量与天然丰度表同位素13C/12C2H/1H17O/16O18O/16O33S/32S34S/32S15N/14N37Cl/35Cl81Br/79Br丰度比%1.080.0150.0400.200.804.440.3732.3997.86 常见元素稳定同位素的天然丰度比表常见元素稳定同位素的天然丰度比表1、氯、溴元素识别和数量的确定v若分子中含有若分子中含有n个相同的卤素，

13、其轻、重同位个相同的卤素，其轻、重同位素的天然丰度分别为素的天然丰度分别为a、b,则同位素簇峰的强则同位素簇峰的强度比用下式计算度比用下式计算:(a+b)n.v若含有若含有n个甲卤素和个甲卤素和m个乙卤素，甲轻、重同个乙卤素，甲轻、重同位素的天然丰度分别为位素的天然丰度分别为a、b；乙轻、重同位；乙轻、重同位素的天然丰度分别为素的天然丰度分别为c,d,则同位素簇峰的强度则同位素簇峰的强度比用下式计算比用下式计算:(a+b)n.(c+d)mv见见P15图图1-8v2、硫、硫元素识别和数量的确定元素识别和数量的确定3、碳、氢、氧、氮元素的数目估算、碳、氢、氧、氮元素的数目估算vC、H、O、N重同位

14、素对重同位素对M+1及及M+2峰的贡献峰的贡献v同位素峰的相对强度可以大略估算，例如同位素峰的相对强度可以大略估算，例如: C6H12O2 (M=116), M+1峰，峰，M+2 峰丰度：峰丰度：v M=100v M+1=(1.1 6) =6.6v M+2= (1.16)2/200 +0.2 2 = 0.62v 反过来，知道了反过来，知道了M，M+1，M+2 的强度，的强度，就可以推测分子式或实验式（计算，查表）就可以推测分子式或实验式（计算，查表）.vM , M+1, M+2 可由质谱图可由质谱图(表表)给予给予.三、碎片离子三、碎片离子齐墩果齐墩果-12-烯类烯类(乌苏乌苏-12-烯类烯类

15、)裂解图裂解图羽扇豆醇型三萜皂苷元裂解图羽扇豆醇型三萜皂苷元裂解图383苷类的裂解 齐墩果齐墩果-12-烯类化合物：烯类化合物： C环环RDA裂解，产生分别包括裂解，产生分别包括A、B环环(m/z240)和和D、E环环(m/z248)的碎片离子，结合碳谱数据可知分子量的碎片离子，结合碳谱数据可知分子量M=488，分子式为，分子式为C30H48O5。D、E环特征碎片环特征碎片248, 233(248-CH3+, ), 203(248-COOH+), 133以及以及A、B环特征碎片环特征碎片240, 222(240-H2O+), 204(240-2H2O+)。 2,3,24-trihy droxy

16、-olea-12-en-28-oic acid的EI-MS 裂解不是在电离室中发生而是在飞行过程中发生裂解不是在电离室中发生而是在飞行过程中发生的的.m1+ m2+则亚稳离子出现在则亚稳离子出现在m*= m22/ m1 其特征是其特征是峰弱且钝峰弱且钝, m/z多不是整数多不是整数四四 亚稳离子亚稳离子作用：阐明裂解途径用以识别作用：阐明裂解途径用以识别M+峰峰去焦技术：青蒿素分子量的确定去焦技术：青蒿素分子量的确定五五 重排离子重排离子v1)麦氏重排麦氏重排其条件是其条件是:有一个双键和有一个双键和 位上有氢原子位上有氢原子。4-辛酮的麦氏重排辛酮的麦氏重排2)RDA重排第三节 MS的发展v

17、一、软电离技术v1、化学电离（、化学电离（CI - MS）v借助于离子借助于离子-分子碰撞反应使样品分子离子化的质谱方法。分子碰撞反应使样品分子离子化的质谱方法。所形成的所形成的Q M+丰度大，但碎片离子少。丰度大，但碎片离子少。v2、场电离（、场电离（FI-MS） 和场解吸（和场解吸（FD-MS）：）： M+丰度大，但丰度大，但碎片离子少。碎片离子少。vFI-MS是气态分子在强电场作用下发生的电离；是气态分子在强电场作用下发生的电离；vFD-MS原理与原理与FI-MS相似只在样品引入方式上不同，通过解相似只在样品引入方式上不同，通过解吸使样品扩散到高场强的场发射区电离，无需气化。适用于吸使样

18、品扩散到高场强的场发射区电离，无需气化。适用于难气化和热不稳定化合物。难气化和热不稳定化合物。 CI MS实例FI-MS，FD-MS实例v3、快原子轰击质谱（、快原子轰击质谱（FAB-MS）vQ M+丰度大，分子量易于测定丰度大，分子量易于测定 。但碎片离子。但碎片离子少且基质干扰较大。少且基质干扰较大。v适用于热不稳定、极性大、分子量大化合物。适用于热不稳定、极性大、分子量大化合物。快原子轰击电离源示意图快原子轰击电离源示意图十八烷醇的十八烷醇的FAB-MS4、电喷雾质谱（ESI-MS）vESI-MS电离是在样品溶液的液滴变成蒸气产生离子电离是在样品溶液的液滴变成蒸气产生离子发射过程中完成的

19、。发射过程中完成的。v能产生多电荷离子，提供能产生多电荷离子，提供Q M+的信息，用于生物大的信息，用于生物大分子的分子量测定。分子的分子量测定。5、基质辅助质谱（、基质辅助质谱（MALDI-MS）v用于生物大分子的分子量测定。用于生物大分子的分子量测定。v二、混合物的质谱分析v色谱色谱-质谱联用技术质谱联用技术第四节第四节 分子式的测定和不饱和度的计算分子式的测定和不饱和度的计算v一、一、 同位素峰丰度法同位素峰丰度法v (M+1)% =1.1nc+0.38nNv(M+2)% =0.006 nc2 +0.2nov例一、二例一、二v二、二、Beynon表法表法.v三、含单同位素元素的分子式推定

20、三、含单同位素元素的分子式推定v四、元素分析法四、元素分析法.v五、 精密质量法精密质量法(高分辨质谱法高分辨质谱法)v 精密到小数点后第四位精密到小数点后第四位,误差误差 0.006v 例例: M+ = 100.0524, 0.006, M+ 应在应在v 100.0464 100.0584之间之间v 查表查表: CH4N6 100.049741v C3H6N3O 100.051083v C5H8O2 100.052426v C4H7NO2 100.047675v因此，该化合物应为因此，该化合物应为 C5H8O2 。v六、质谱结合碳谱等信息推断分子式六、质谱结合碳谱等信息推断分子式v七、不饱和

21、度的计算。七、不饱和度的计算。 第五节第五节 有机分子有机分子MS裂解的一般规律裂解的一般规律（自学）（自学）v一、质谱裂解的理论一、质谱裂解的理论v二、质谱裂解的基本规律二、质谱裂解的基本规律v四、各类化合物的裂解方式和特征四、各类化合物的裂解方式和特征v烷烃类烷烃类v烯烃类烯烃类v醇和酚类醇和酚类v醛酮类醛酮类v醚类醚类v酸酯类酸酯类v胺和酰胺类胺和酰胺类v五、熟悉表五、熟悉表1-5，1-6，1-7的数据的数据芳烃类芳烃类第六节第六节 MS的解析的解析v1、确定分子式并计算不饱和度 增强M+峰强度；M+峰的判断。v2、确定结构碎片和结构式v谱图全貌的特点谱图全貌的特点v高质量端和低质量端的离子高质量端和低质量端的离子v亚稳离子和特征峰的分析亚稳离子和特征峰的分析v结构的推断结构的推断v某化合物分子式为C7H8O，试根据其质谱解析化合物的结构式。v质谱中有质谱中有m/z 39，51，65，77等芳香化合物等芳香化合物的特征离子，可见含有苯环（的特征离子，可见含有苯环（-C6H5）。在高）。在高端质量区端质量区m/z 93与与m/z108之间相差之间相差15，推断，推断m/z108为分子离子峰。化合物的分子量为为分子离子峰。化合物的分子量为108，扣除，扣除-C6H5和和- CH3，化合物应还有，化合物应还有1个个氧原子，符合其分子式氧原子，符合其分子式C7H8O。vm/