质谱及联用技术课件

质谱及其联用技术

一、质谱的发展历史英国物理学家J.J.Thomson——1906年诺贝尔物理学奖获得者《正电荷射线及其在化学分析中的应用》，1913：“撰写本书的主要宗旨之一是希望他能启发其他科学家，特别是化学家尝试采用这个方法（质谱法）。我深信化学中存在的许多问题可以凭借这个方法得以解决。这个方法有惊人的灵敏度——甚至比光谱法还要灵敏的多”质谱的发展历史1920年，Aston首先引入了“质谱”（massspectrum）这一术语1942年，才出现第一台商品质谱仪相当长的时间用于同位素分析，二战时期美国用于原子弹计划，分析235U和238U有机质谱研究的真正兴起在50年代之后60年代化学家认识到质谱在有机分子结构分析方面能提供大量的有用信息。突出特点（与核磁、红外、紫外相比）1.质谱法是唯一可以确定分子质量的方法2.灵敏度高，样品用量少通常只需微克级样品，检出限可达10-14g3.应用范围广质谱仪种类很多，应用范围广，可进行同位素分析，也可进行化学分析，可进行无机成分、有机结构分析被分析对象：气体、液体、固体二、有机质谱仪器进样系统离子源质量分析器检测器1.储罐进样2.探头进样3.色谱进样1.电子轰击2.化学电离3.场致电离4.激光

1.单聚焦2.双聚焦3.飞行间4.四极杆

质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-310-5Pa

）质量分析器（10-6Pa

）(1)大量氧会烧坏离子源的灯丝；(2)用作加速离子的几千伏高压会引起放电；(3)引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。1、进样系统质谱仪器只能分析和检测气相中的离子。储罐进样：用作质量标定的全氟三丁胺等探头进样：合成的“纯”物质等色谱进样：复杂混合物分析2、离子源电子轰击（EI）：使用具有一定能量的电子直接作用于样品分子，使其电离。电力效率高，保证了高灵敏度和高分辨率。化学电离（CI）：引入大量试剂气，样品分子与电离电子不发生作用。软电离，对于热不稳定样品的电离很有意义。3、质量分析器在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；

离心力=向心力；m

2/R=H0eV曲率半径：

R=(m

)/eH0

质谱方程式：m/e=(H02R2)/2V离子在磁场中的轨道半径R取决于：m/e、V改变加速电压V,可以使不同m/e的离子进入检测器。加速后离子的动能:(1/2)m

2=eV

=[(2V)/(m/e)]1/2四极杆质量分离器质谱的常用术语质荷比：离子质量与其所带电荷的比值m/z峰：质谱图中的离子信号称为离子峰，简称峰。分子离子峰：分子失去一个电子生成的离子，分子离子的质荷比等于分子量。碎片离子：分子离子在离子源中经一级或多级裂解生成的产物离子。质谱图。以质荷比m/z为横坐标，离子相对强度为纵坐标，相对强度是把原始质谱图上最强的离子峰定为基峰，规定其相对强度为100%，其它离子峰以对基峰的相对百分值表示。典型质谱图1、分子量的测定用EI质谱发研究过的有机化合物几乎75%可以直接从质谱图上读出分子量。氮素规则：不含N或含偶数个N原子其分子量必为偶数；含奇数个N原子的分子量必为奇数。若分子质量数可以被4整除，则该分子中氢原子的数目也可以被4整除。2、元素组成的确定

确定化合物元素组成即测定它的分子式或实验室，目前主要采用高分辨质谱。高分辨质谱仪可测得小数点后4-6位数字，实验误差±0.006【例】自翠雀属植物中提取的植物碱高分辨质谱测定分子量449.2776，C25H39NO6计算得分 子量为449.2777。3、测定官能团和碳骨架从质谱裂解产生的碎片离子可以推测分子中所含的官能团和各类化合物的特征结构片段。[例】：质谱图中出现m/z=17的离子很可能是羟基（OH），m/z=26的离子很可能是腈基（CN），1.从质谱图上分子离子峰的m/z，得到未知物的相对分子质量。由元素分析数据和质谱图上M、M+1、M+2峰的强度比，结合氮规律及断裂形式，确定最可能的分子式。还可利用M、M+2峰确定Cl、Br、S元素的存在2.根据分子式计算化合物的不饱和度，配合红外、核磁数据，可初步确定双键数（不饱和度）的分配及不饱和键的类型。3.从紫外光谱的max和max得到生色团的类型紫外、红外、核磁、质谱

4.从红外数据提出化合物中可能存在的基团。尤其是分子中不含氮时，红外光谱特别容易确定OH、C=O、C-O中任何一个基团的存在。对含氮分子，红外光谱很易确定NH、C≡N、NO2等基团的存在。利用3000cm-1左右的特征吸收峰等，确定未知物是否属于芳香族的化合物，进而对芳香族化合物可以确定其取代类型，对不饱和化合物可以区别它是炔烃还是烯烃，并可判断双键的类型，当得到部分基团的信息后，可以参照核磁、质谱数据写出未知物的部分结构式。紫外、红外、核磁、质谱

6.由分子式及不饱和度中扣除已知的结构单元和不饱和度，求出剩余的结构单元和不饱和度，最后写出分子的可能结构7.用质谱的破碎图象，去掉不合理的结构，得到未知物的正确结构。紫外、红外、核磁、质谱联用仪器示意图SampleSample

58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBA

ABCDChromatographMassSpectrometer(MS)SeparationIdentificationBACD1、气相色谱质谱联用气质联用仪是分析仪器中较早实现联用技术的仪器。在所有联用技术中气质联用（GC-MS）发展最完善，应用最广泛。目前从事有机物分析的实验室几乎够把GC-MS作为主要的定性确认手段之一。气质联用与气相色谱的区别GC-MS方法的定性参数增加，定性可靠。GC-MS检测灵敏度远高于气相的其他检测器。GC-MS可采用选择离子分离气相上不能分离的化合物，降低噪音提高信噪比。一般经验来说质谱仪器定量不如气相色谱。但是采用同位素稀释和内标等技术GC-MS可以达到较高精度的定量分析。谱库检索技术随着计算机的发展，人们将标准电离条件下（EI源，70eV）大量纯化合物的标准质谱图存在计算机内生成质谱谱库。实际工作中得到的未知物的质谱图可以和谱库中的质谱图按照一定的程序进行比较，将相似度高化合物检出。这大大优化和减少了人工的工作量。3、色质联用技术的应用气质联用（GC-MS）的应用领域：

气质联用已经成为有机化合物常规检测中的必备工具。环保领域的有机污染物检测，特别是低浓度的有机污染物；药物研究生产质控的进出口环节；法庭科学中对燃烧爆炸现场调查，残留物检验；石油化工，食品安全领域；竞技体育中兴奋剂检测等领域。液质联用（LC-MS）的应用领域液质联用技术已经在药物、化工、临床医学、分子生物学等许多领域得到了广泛的应用。对于有机合成中间体、药物代谢物、基因工程产品的大量分析结果为生产和科研提供了许多有价值的数据。液质联用（LC-MS）的应用领域液质联用目前的主要应用在疾病诊断、药代动力学、代谢组学以及蛋白质组学等研究领域。是分析化学中十分活跃的研究领域之一。GC-MS在残留分析中的应用残留分析的一般步骤：提取：充分的提取是残留分析的前提净化：消除对定性、定量结果的干扰浓缩：提高检测灵敏度的措施检测：得到最终的分析结果食品中分析残留物的种类及简介

农药：有机氯、有机磷、氨基甲酸酯等兽药：抗生素、抗寄生虫、激素等添加剂：色素、调味剂、防腐剂、抗氧化剂等毒素、化学污染物：黄曲霉毒素、二噁英、多氯联苯等残留分析中检出限量不断降低农药

六六六、DDT、毒死蜱（10μg/kg）

兽药

氯霉素（0.1ng/kg）、硝基呋喃（0.5ng/kg）联合国环境规划署(UNEP）国际公约中首批控制的三类12种持续性有机污染物（POPs）是艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、DDT、氯丹、六氯苯、灭蚁灵、毒杀芬、七氯、多氯联苯、二恶英和苯并呋喃。

其中前9种属于有机氯农药。多氯联苯是精细化工产品，后2种是化学产品的衍生物杂质和含氯废物焚烧所产生的次生污染物。

有机氯农药的检测有机氯农药的危害有机氯农药，能够干扰下丘脑-垂体-性腺轴功能，在女(雌)性表现为类雌激素样作用，在男(雄)性表现为抗雄激素作用。属于环境内分泌干扰物,流行病学研究显示这些POPs与乳腺癌的发生、发展有关，但其确切的相关性和机制尚有侍进一步的研究证实。结果表明，尽管自20世纪80年代中后期已基本禁用有机氯农药，但这些农药仍存有相当的残留量。另外，在我国许多地区所种植的谷类、苹果、茶叶、人参、中草药等粮食作物和经济作物中，以及某些城市妇女的母乳中都检测出有机氯农药。

我国有机氯农药的现状六六六、滴滴涕等有机氯农药的GC-MS图果蔬中110种农药分析纺织品中20种芳香胺的检测—SPME法兴奋剂检测GC-MS和LC-MS是国际奥林匹克委员会进行兴奋剂检测的有力工具。2008年奥运会大约有3500-4000个尿样500-600个血样需要检测。每天要检测230个左右的尿样，完成4个样品的确证和2个B瓶检测。

悉