质谱法医学知识宣讲专家讲座

第十四章

质谱法Massspectrometry(MS)1质谱法医学知识宣讲第1页14.1概述质谱法：---分子质量准确测定与化合物结构分析主要工具质谱分析法将物质分子转化为离子，按质荷比差异进行分离和测定，实现成份和结构分析方法。样品导入系统离子源质量分析器检测器放大器统计器2质谱法医学知识宣讲第2页质谱谱图－棒图质荷比(m／z)3质谱法医学知识宣讲第3页特点与用途

①测定对象广，气、液、固。

②灵敏度高（10-11g）；

③分析速度快1~几秒用途：①求准确分子量②判定化合物③推断未知物结构④测Cl、Br等原子数⑤质谱与色谱联用后，可用于多组分测定4质谱法医学知识宣讲第4页14.2质谱仪及工作原理1.样品导入与离子源3.离子检测器和质谱4.质谱仪主要性能指标2.质量分析器5质谱法医学知识宣讲第5页直接进样色谱联用导入样品1.样品导入系统适合于单组分、挥发性较低固体或液体样品。1:适合用于多组分分析。2:经过“接口’’导入离子源进行质谱分析3:气相色谱—质谱联用高效液相色谱—质谱联用。6质谱法医学知识宣讲第6页2.离子源离子源功效是将分析样品离子化，并使其含有一定能量。电子轰击源化学电离场致离子源快速原子轰击难挥发、强极性分子量大或生物大分子惯用7质谱法医学知识宣讲第7页离子源电子轰击源(EI):R1:R2:R3:R4:e+++++M+(M-R2)+(M-R3)+MassSpectrum(M-R1)+8质谱法医学知识宣讲第8页14.2.2质量分析器四极杆质量分析器飞行时间质量分析器离子阱质量分析器体积小，操作简单；分辨率中等；质量分析器：将不一样质荷比离子分离单元。磁偏转式单聚焦磁场质量分析器双聚焦磁场质量分析器已淘汰分辨率高9质谱法医学知识宣讲第9页在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；

离心力=向心力；m

2/R=HzV曲率半径：

R=（m

）/zH

质谱方程式：m/z=(H2R2)/2V离子在磁场中轨道半径R取决于：m/z

、H

、V改变加速电压V,能够使不一样m/z离子进入检测器。加速后离子动能:(1/2)m

2=zV

=[(2V)/(m/z)]1/2磁偏转式10质谱法医学知识宣讲第10页14.2.3离子检测器和质谱（1）电子倍增管15～18级；可测出10-17A微弱电流；（2）渠道式电子倍增器阵列1.离子检测器11质谱法医学知识宣讲第11页2.质谱：棒图纵坐标：离子相对强度横坐标：质荷比m/z,1005080100m/z128(M+)2729414355577199113最强峰为100%(基峰)，各峰除此峰。质谱表：以m/z列表12质谱法医学知识宣讲第12页最强峰为100%（基峰）分子离子峰13质谱法医学知识宣讲第13页1.主要离子分子离子碎片离子同位素离子亚稳离子2.阳离子裂解类型单纯开裂、重排14.3质谱中主要离子及分裂类型14质谱法医学知识宣讲第14页（一）、分子离子峰

分子电离一个电子形成离子所产生峰。M-e→M+.

一、主要离子①奇数个电子②谱图最右端③确定分子量特点15质谱法医学知识宣讲第15页（二）、碎片离子峰

普通有机化合物电离能为7－13电子伏特，质谱中惯用电离电压为70电子伏特，使结构裂解，产生各种“碎片”离子。正己烷16质谱法医学知识宣讲第16页碎片离子峰2943577186M30405060708090H3CCH2CH2CH2H3CCCH3CH357H3CCH2CH2H3CCHCH343M=8617质谱法医学知识宣讲第17页142140127125105711581567751110108959381792766645149292829C2H5ClC2H5BrBrClC2H518质谱法医学知识宣讲第18页比如：CH4

M=1612C+1H×4=16

M13C+1H×4=17M+112C+2H+1H×3=17M+113C+2H+1H×3=18M+2同位素峰分子离子峰（三）、同位素离子峰（M+1峰）

因为同位素存在，能够看到比分子离子峰大一个质量单位峰；有时还能够观察到M+2，M+3…；1615m/zRA13.1121.0133.9149.2158516100171.119质谱法医学知识宣讲第19页而2H及17O丰度比太小，能够忽略不计。34S、37Cl、及81Br丰度比很大，因而常利用其同位素峰强比，来推断分子中是否含有S、Cl、Br及原子数目同位素13C/12C2H/1H17O/16O18O/16O15N/14N

丰度比

1.120.0150.0400.200.36

33S/32S34S/32S37Cl/35Cl81Br/79Br

0.804.4431.9897.2820质谱法医学知识宣讲第20页分子中含有1个氯原子M:(M+2)=100:32.0≈3:1分子中含有1个溴原子M:(M+2)=100:97.3≈1:1分子中若含有3个氯，会出现M+2、M+4、M+6峰21质谱法医学知识宣讲第21页符合二项式(a+b)na、b为轻质和重质同位素丰度比n为原子数目(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3=27+27+9+1(M)(M+2)(M+4)(M+6)22质谱法医学知识宣讲第22页四、亚稳离子在离子源生成m1+离子，假如在飞行中发生裂解而变为m2+离子，它一部分动能要被中性碎片夺去，所以这种m2+离子动能要比在离子源产生m2+离子小得多。因为动能较小，所以这种m2+离子在磁场中偏转要比普通m2+离子大得多，即尽管它们质荷比相同，但在质谱中出现在不一样位置上。这种飞行过程中发生裂解母离子称为亚稳离子（m*）。m1+→m2++中性碎片23质谱法医学知识宣讲第23页亚稳峰特点：①：峰弱，强度仅为m1+峰1％～3％。②：峰钝，普通可跨2～5个质量单位。③：质荷比普通不是整数，与母离子和子离子有下述关系：用上式能够确定离子亲缘关系，有利于了解裂解规律，解析复杂质谱24质谱法医学知识宣讲第24页例：对氨基茴香醚在m/z94.8和59.2二个亚稳峰59.28094.8108123m/z1082/123=94.8802/108=59.2裂解过程为m/z123m*94.8108m*59.28025质谱法医学知识宣讲第25页m/z=123m/z=108m/z=80裂解规律:m/z=80由经两步裂解产生26质谱法医学知识宣讲第26页16.2.2.阳离子裂解类型A.单纯裂解B.重排C.复杂裂解D.双重重排单电子、双电子转移含奇数个电子离子含偶数个电子离子┐┐电荷位置不明确27质谱法医学知识宣讲第27页(1)：均裂在键断裂后，两个成键电子分别保留在各自碎片上裂解过程。A.单纯开裂均裂(OE)(EE)28质谱法医学知识宣讲第28页(2)：异裂在键断裂后，两个成键电子，全部转移到一个碎片上裂解过程。异裂29质谱法医学知识宣讲第29页(3)：半异裂离子化键断裂过程，称为半异裂。半异裂半异裂30质谱法医学知识宣讲第30页ABCD+.AD+.

+BCB.重排开裂经过断裂两个或两个以上化学键重新排列形成，这种裂解称为重排开裂重排开裂麦氏重排逆Diels-Alder重排31质谱法医学知识宣讲第31页麦氏重排条件：含有C=O，C=N，C=S及C=C双键与双键相连链上有碳，并在碳有H原子（氢）六圆环过渡，H转移到杂原子上，同时键发生断裂，生成一个中性分子和一个自由基阳离子(1)McLafferty重排32质谱法医学知识宣讲第32页+例戊酮-233质谱法医学知识宣讲第33页(2)逆Diels—Alder裂解这是以双键为起点重排。在脂环化合物、生物碱、萜类、甾体和黄酮等质谱上，经常能够看到由这种重排产生碎片离子峰，这种裂解普通都会产生共轭二烯离子。-e丁二烯离子中性分子α开裂α开裂34质谱法医学知识宣讲第34页14.4

质谱法测定分子结构原理有机质谱提供分子结构信息：①相对分子质量②元素组成③由裂解碎片检测官能团，推测结构35质谱法医学知识宣讲第35页分子离子峰确实认普通说来，质谱图上最右侧出现质谱峰为分子离子峰。但有-些化合物分子离子极不稳定，其质谱上最右侧质谱峰不一定是分子离子峰。分子离子峰强弱主要取决于其稳定性，即与分子结构相关。芳香族>共轭链烯>脂环化合物>烯烃>直链烷烃>酮>醛>胺>酯>醚>酸>支链烷烃>醇14.4.1相对分子质量测定(P407)36质谱法医学知识宣讲第36页由C、H、O组成化合物，分子离子峰质量数是偶数；由C、H、O、N组成化合物，含有奇数个N，分子离子峰质量数是奇数；含偶数个N，分子离子峰质量数是偶数。确定分子离子峰几点规律（P407）1.分子离子质量数服从氮律。最高质荷比离子与相邻离子间质量差是否合理。若相差4～14个质量单位，则不是分子离子峰。37质谱法医学知识宣讲第37页同位素峰相对丰度比法。现已极少用。高分辨质谱法14.4.2元素组成确实定分子式相对分子质量C3H12N5O2150.099093C5H14N2O3150.100435C8H12N3150.103117C10H14O150.104459例现测得某样品分子离子峰质量数为150.1045，该化合物含有羰基，求分子式。38质谱法医学知识宣讲第38页1.饱和烷烃14.5几类化合物质谱裂解特征H3CCCH3CH573H3CCHCH34339质谱法医学知识宣讲第39页分子离子峰较弱，随碳链增加，强度降低以至消失。有一系列m/z相差14碎片离子峰(m/z：29、43、57、…)。

基峰为C3H7+(m/z43)或C4H9+(m/z57)离子。在CnH2n+1峰两侧，伴伴随质量数大一个质量单位同位素峰及质量小一或两个单位CnH2n或CnH2n-1等小峰，组成各峰群。M-15峰普通不出现。支链烷烃：在分支处优先裂解，形成稳定仲碳或叔碳阳离子。分子离子峰比相同碳数直链烷烃小。其它特征与直链烷烃类似。40质谱法医学知识宣讲第40页2：链烯分子离子较稳定，丰度较大。有一系列质量数相差14CnH2n-1碎片离子烯丙基正碳离子（m/z41）峰普通都较强，是链烯特征峰之一。麦氏重排m/z42含有重排离子峰41质谱法医学知识宣讲第41页3：芳烃分子离子稳定，峰较强。42质谱法医学知识宣讲第42页卓鎓离子苄基离子—开裂环戊二烯离子环丙烯离子43质谱法医学知识宣讲第43页氢，麦氏重排α-裂解苯离子环丁二烯离子44质谱法医学知识宣讲第44页14.5.2羟基化合物分子离子峰很小，且随碳链增加而减弱，以至消失(约大于5个碳时)。易发生α裂解1.醇类45质谱法医学知识宣讲第45页开链伯醇可能发生McLafferty重排反应，同时脱水和脱烯。仲醇和叔醇普通不发生裂解。46质谱法医学知识宣讲第46页47质谱法医学知识宣讲第47页2.酚类与芳香醇类与其它芳香化合物一样，分子离子峰很强。苯酚M-1峰不强，而甲苯酚和苄酚M-1峰很强。48质谱法医学知识宣讲第48页酚类和苄醇类最特征峰是失去CO和CHO形成M-28和M-29峰。49质谱法医学知识宣讲第49页14.5.3醛与酮（1）醛分子离子峰显著，芳醛比脂醛峰强度大。α裂解产生R+(Ar+)及M-l峰。M-1峰是醛特征峰，如甲醛M-1峰相对强度为基峰90％。50质谱法医学知识宣讲第50页含有γ氢醛，能发生麦氏重排，产