【2025年】质谱法试题及答案

【2025年】质谱法试题及答案一、选择题（每题2分，共30分）1.以下哪种离子源不属于质谱仪常用的离子源？A.电子轰击离子源（EI）B.化学电离离子源（CI）C.电感耦合等离子体质谱离子源（ICP）D.紫外可见吸收离子源（UV-Vis）答案：D。解析：质谱仪常用的离子源有电子轰击离子源（EI）、化学电离离子源（CI）、电感耦合等离子体质谱离子源（ICP）等。而紫外可见吸收主要用于分子吸收光谱分析，并非质谱仪的离子源。2.质谱仪中，质量分析器的主要作用是？A.将样品离子化B.分离不同质荷比的离子C.检测离子的强度D.对离子进行定性分析答案：B。解析：离子化是离子源的作用；检测离子强度是检测器的功能；定性分析是基于质谱图等综合信息进行的。质量分析器的主要功能是按照离子的质荷比（m/z）对离子进行分离。3.在电子轰击离子源中，电子的能量通常为？A.10eVB.70eVC.100eVD.200eV答案：B。解析：在电子轰击离子源中，为了使样品分子有效离子化，电子的能量通常设定为70eV，这个能量可以使分子产生足够多的碎片离子，便于进行结构分析。4.下列关于质谱图的说法，错误的是？A.质谱图的横坐标是质荷比（m/z）B.质谱图的纵坐标是离子的相对丰度C.分子离子峰一定是质谱图中质荷比最大的峰D.基峰是质谱图中相对丰度最大的峰答案：C。解析：一般情况下，分子离子峰是质谱图中质荷比最大的峰，但当分子离子不稳定时，可能会发生裂解，此时质荷比最大的峰可能不是分子离子峰。而质谱图的横坐标是质荷比（m/z），纵坐标是离子的相对丰度，基峰是相对丰度最大的峰，这些说法都是正确的。5.对于一个含有C、H、O、N的有机化合物，其分子离子峰的质荷比（m/z）一定是？A.奇数B.偶数C.取决于分子中N原子的个数D.取决于分子中O原子的个数答案：C。解析：根据氮规则，当分子中不含氮或含偶数个氮原子时，分子离子峰的质荷比为偶数；当分子中含奇数个氮原子时，分子离子峰的质荷比为奇数。所以分子离子峰的质荷比取决于分子中N原子的个数。6.以下哪种质量分析器具有高分辨率和高灵敏度的特点？A.磁偏转质量分析器B.四极杆质量分析器C.飞行时间质量分析器（TOF）D.离子阱质量分析器答案：C。解析：飞行时间质量分析器（TOF）具有高分辨率和高灵敏度的特点，能够快速分析宽质量范围的离子。磁偏转质量分析器分辨率有限；四极杆质量分析器分辨率和灵敏度相对适中；离子阱质量分析器主要用于离子的储存和多级质谱分析。7.在质谱分析中，同位素峰的存在是由于？A.样品中存在不同的同位素B.离子源的不稳定性C.质量分析器的误差D.检测器的噪声答案：A。解析：同位素峰的存在是因为样品中存在不同的同位素，例如碳有12C和13C等。离子源的不稳定性、质量分析器的误差和检测器的噪声会影响质谱图的质量，但不是同位素峰存在的原因。8.对于一个有机化合物的质谱图，若其分子离子峰的m/z为100，且在m/z为85处有一个较强的峰，该峰可能是由于？A.失去一个甲基（-CH₃）B.失去一个羟基（-OH）C.失去一个羰基（-CO）D.失去一个氨基（-NH₂）答案：A。解析：分子离子峰m/z为100，m/z为85的峰与分子离子峰相差15，而甲基（-CH₃）的相对分子质量为15，所以该峰可能是分子失去一个甲基产生的。羟基（-OH）相对分子质量为17，羰基（-CO）相对分子质量为28，氨基（-NH₂）相对分子质量为16。9.质谱仪的灵敏度与以下哪个因素无关？A.离子源的效率B.质量分析器的分辨率C.检测器的性能D.样品的浓度答案：B。解析：质谱仪的灵敏度与离子源的效率、检测器的性能和样品的浓度都有关系。离子源效率高可以产生更多的离子，检测器性能好能更准确地检测离子，样品浓度合适也有利于提高灵敏度。而质量分析器的分辨率主要影响对不同质荷比离子的分离能力，与灵敏度无关。10.以下哪种质谱联用技术常用于环境样品中有机污染物的分析？A.气相色谱-质谱联用（GC-MS）B.液相色谱-质谱联用（LC-MS）C.毛细管电泳-质谱联用（CE-MS）D.电感耦合等离子体质谱联用（ICP-MS）答案：A。解析：气相色谱-质谱联用（GC-MS）常用于分析易挥发、热稳定的有机化合物，在环境样品中有机污染物的分析中应用广泛。液相色谱-质谱联用（LC-MS）适用于分析难挥发、热不稳定的化合物；毛细管电泳-质谱联用（CE-MS）常用于生物样品的分析；电感耦合等离子体质谱联用（ICP-MS）主要用于元素分析。11.在质谱分析中，为了获得分子离子峰，可采用的离子源是？A.快原子轰击离子源（FAB）B.电喷雾离子源（ESI）C.大气压化学电离离子源（APCI）D.以上都可以答案：D。解析：快原子轰击离子源（FAB）、电喷雾离子源（ESI）和大气压化学电离离子源（APCI）都属于软电离技术，在一定程度上可以保留分子离子峰，减少分子离子的裂解，从而有助于获得分子离子峰。12.对于一个含有多个官能团的有机化合物，其质谱图中可能出现的特征离子峰与以下哪个因素无关？A.官能团的种类B.分子的空间结构C.离子化的能量D.样品的颜色答案：D。解析：官能团的种类决定了可能发生的裂解方式和产生的特征离子峰；分子的空间结构会影响化学键的稳定性和裂解途径；离子化的能量不同，分子离子的裂解程度也不同。而样品的颜色与质谱图中特征离子峰的产生没有直接关系。13.质谱仪中，检测器检测到的信号是？A.离子的质量B.离子的质荷比C.离子的强度D.离子的速度答案：C。解析：检测器的作用是检测离子的强度，即离子的数量。离子的质量和质荷比是通过质量分析器分离和测定的，离子的速度与飞行时间等因素有关，但不是检测器直接检测的信号。14.在质谱分析中，多级质谱（MSⁿ）技术的主要作用是？A.提高质谱仪的灵敏度B.提高质谱仪的分辨率C.确定分子的结构D.分析样品的纯度答案：C。解析：多级质谱（MSⁿ）技术通过对母离子进行多次裂解和分析，可以获得更多关于分子结构的信息，有助于确定分子的结构。它对提高灵敏度和分辨率的作用不明显，分析样品纯度主要通过其他方法，如色谱法等。15.以下哪种化合物在质谱图中可能不会出现明显的分子离子峰？A.正己烷B.乙醇C.苯甲酸D.叔丁醇答案：D。解析：叔丁醇的分子离子不稳定，容易发生裂解，所以在质谱图中可能不会出现明显的分子离子峰。正己烷、乙醇和苯甲酸的分子离子相对较稳定，通常可以观察到分子离子峰。二、填空题（每题2分，共20分）1.质谱仪主要由离子源、________、质量分析器、检测器和真空系统等部分组成。答案：进样系统。解析：进样系统是质谱仪的重要组成部分，它的作用是将样品引入离子源进行离子化。2.电子轰击离子源产生的离子主要有分子离子、________和重排离子等。答案：碎片离子。解析：在电子轰击离子源中，分子被电子轰击后，除了产生分子离子外，还会发生裂解产生碎片离子，同时也可能发生重排反应产生重排离子。3.质谱图中，分子离子峰与相邻峰的质量差可以推测分子中可能失去的________。答案：基团。解析：通过分子离子峰与相邻峰的质量差，可以根据常见基团的相对分子质量，推测分子中可能失去的基团，从而有助于分析分子的结构。4.飞行时间质量分析器是根据离子在电场中飞行的________不同来分离离子的。答案：时间。解析：飞行时间质量分析器中，离子在电场中获得相同的动能，由于不同质荷比的离子速度不同，飞行相同距离所需的时间也不同，从而实现离子的分离。5.质谱分析中，基峰的相对丰度定义为________。答案：100%。解析：基峰是质谱图中相对丰度最大的峰，为了便于比较和分析，将其相对丰度定义为100%。6.对于含有氯元素的化合物，其质谱图中会出现M和M+2峰，且二者的相对丰度比约为________。答案：3:1。解析：氯元素有35Cl和37Cl两种同位素，其天然丰度比约为3:1，所以含有氯元素的化合物的质谱图中M和M+2峰的相对丰度比约为3:1。7.电喷雾离子源通常产生的是________离子。答案：多电荷。解析：电喷雾离子源是一种软电离技术，在溶液中使样品分子离子化，通常会产生多电荷离子，这使得可以分析大分子化合物。8.质谱联用技术中，________联用技术可以将色谱的分离能力和质谱的定性能力相结合。答案：色谱-质谱。解析：色谱-质谱联用技术，如气相色谱-质谱联用（GC-MS）和液相色谱-质谱联用（LC-MS），充分发挥了色谱的分离能力和质谱的定性能力，在分析复杂样品中具有重要应用。9.质谱分析中，为了减少离子之间的相互作用，质谱仪需要在________环境下工作。答案：高真空。解析：在高真空环境下，可以减少离子与气体分子的碰撞，降低离子之间的相互作用，保证离子能够顺利到达质量分析器和检测器，提高质谱分析的准确性和灵敏度。10.多级质谱（MSⁿ）中，n表示________的次数。答案：裂解。解析：多级质谱（MSⁿ）是对母离子进行多次裂解和分析，n表示裂解的次数，通过多级裂解可以获得更多关于分子结构的信息。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述质谱仪的工作原理。答：质谱仪的工作原理主要包括以下几个步骤：首先是进样，将样品通过合适的进样系统引入质谱仪的离子源。进样系统的选择取决于样品的性质和分析要求，例如对于易挥发的样品可以采用气相色谱进样，对于难挥发的样品可以采用液相色谱进样或直接进样等方式。然后在离子源中，样品分子被离子化。离子源有多种类型，如电子轰击离子源（EI）、化学电离离子源（CI）、电喷雾离子源（ESI）等。以电子轰击离子源为例，高速电子与样品分子碰撞，使分子失去一个电子形成分子离子，同时分子离子还可能进一步裂解形成碎片离子。接着，离子进入质量分析器。质量分析器的作用是按照离子的质荷比（m/z）对离子进行分离。不同类型的质量分析器分离离子的原理不同，例如磁偏转质量分析器是根据离子在磁场中的运动轨迹与质荷比的关系进行分离；飞行时间质量分析器是根据离子在电场中飞行的时间不同来分离离子。最后，分离后的离子到达检测器，检测器检测离子的强度，并将其转换为电信号。电信号经过放大和处理后，得到质谱图，质谱图的横坐标是质荷比（m/z），纵坐标是离子的相对丰度。通过对质谱图的分析，可以获得样品分子的分子量、结构等信息。2.比较电子轰击离子源（EI）和电喷雾离子源（ESI）的特点。答：电子轰击离子源（EI）和电喷雾离子源（ESI）具有以下不同特点：（1）离子化方式：-EI是一种硬电离方式，通过高速电子（通常能量为70eV）轰击样品分子，使分子失去一个电子形成分子离子，同时分子离子会发生裂解产生大量的碎片离子。-ESI是一种软电离方式，样品溶液通过毛细管在高电场作用下形成带电液滴，随着溶剂的挥发，液滴逐渐变小，最终形成气态离子。（2）适用范围：-EI适用于易挥发、热稳定的小分子有机化合物。由于其离子化能量较高，可能会导致分子离子峰不明显或消失，对于一些不稳定的分子，难以得到完整的分子信息。-ESI适用于难挥发、热不稳定的大分子化合物，如生物大分子（蛋白质、核酸等）和极性化合物。它可以产生多电荷离子，使得可以分析分子量较大的化合物。（3）质谱图特征：-EI产生的质谱图中，碎片离子峰丰富，通过分析碎片离子峰可以推断分子的结构。但分子离子峰有时不明显甚至不存在。-ESI产生的质谱图中，主要是准分子离子峰，碎片离子较少，便于确定分子的分子量。多电荷离子的存在使得质谱图的质荷比范围相对较窄。（4）灵敏度：-EI的灵敏度相对较高，对于低浓度的样品也能检测到信号。-ESI的灵敏度也很高，尤其对于生物样品等有很好的检测效果，但在某些情况下可能会受到样品基质的影响。3.如何根据质谱图确定有机化合物的结构？答：根据质谱图确定有机化合物的结构可以从以下几个方面入手：（1）确定分子量：首先在质谱图中寻找分子离子峰，分子离子峰通常是质荷比最大的峰（但要注意排除杂质峰和同位素峰的干扰）。根据分子离子峰的质荷比可以确定化合物的分子量。如果分子离子峰不明显，可以结合其他软电离技术（如ESI、CI等）来获得分子离子峰。（2）分析同位素峰：观察质谱图中是否存在同位素峰，例如对于含有氯、溴等元素的化合物，会出现特征的同位素峰。氯元素有35Cl和37Cl两种同位素，其天然丰度比约为3:1，所以含有氯元素的化合物的质谱图中M和M+2峰的相对丰度比约为3:1；溴元素有79Br和81Br两种同位素，其天然丰度比约为1:1，含有溴元素的化合物的质谱图中M和M+2峰的相对丰度比约为1:1。通过分析同位素峰的相对丰度比，可以推断分子中是否含有这些元素以及元素的个数。（3）分析碎片离子峰：根据碎片离子峰的质荷比和相对丰度，结合常见的裂解规律来推断分子的结构。例如，分子离子峰与相邻峰的质量差可以推测分子中可能失去的基团。常见的裂解方式有α-裂解、β-裂解等。通过分析碎片离子的产生过程，可以逐步确定分子中可能存在的官能团和化学键的连接方式。（4）利用氮规则：根据氮规则，当分子中不含氮或含偶数个氮原子时，分子离子峰的质荷比为偶数；当分子中含奇数个氮原子时，分子离子峰的质荷比为奇数。这可以帮助判断分子中氮原子的个数。（5）结合其他分析方法：质谱分析通常需要结合红外光谱（IR）、核磁共振（NMR）等其他分析方法来确定化合物的结构。红外光谱可以提供分子中官能团的信息，核磁共振可以提供分子中氢原子和碳原子的连接方式和化学环境等信息。综合多种分析方法的结果，可以更准确地确定有机化合物的结构。四、计算题（每题10分，共20分）1.已知某有机化合物的质谱图中，分子离子峰