有机波谱第2章-1.ppt

1、Ms identifies analytes by : producting gas phase separating these ions according to m/Z ratio detecting the ions sensitive :a .有机化合物结构识别中抽样少，灵敏度高，分析速度快。b .可以提供化合物的分子量和分子式(分子式的测定对推测化合物的结构很重要)。c .质谱与色谱等光谱相结合，为有机混合物的分离和识别提供了快速有效的分析手段。2.1质谱基本理论质谱是在真空中由电子类的“轰击”或强电场等其他方法作用化合物分子以离子电离离子的同时，一些化学键发生有规律的破裂，产生质

2、量按照m/z大小收集和记录的具有不同电荷量的离子。2.1.1质量分析器a .质量分析器配置、质量分析器方框图、ion separation、detector、output、目的：离子和气体分子之间的防碰撞要求：离子源和质量分析器的压力一般为104 105 Pa和105 106 Pa。因为很多氧气可以燃烧离子源的灯丝；用作加速离子的数千伏高压会引起放电。引起额外的离子分子反应，改变分解模型，光谱变得复杂。)，真空系统，作用：将样品进入离子源，以确保高真空度。方法：a .气体样品注入方法样品可通过气体储存装置进入离子源。b .低沸点样品注入方法样品在气体贮藏器中汽化，然后进入挥发性液体等离子源。c

3、 .固体和沸点高的液体样品注入方法样品通过注入式推杆发送到离子源，在其中加热挥发性液体或固体等汽化。注入系统，作用：在保持特定真空度的10-410-5Pa条件下电离样品分子的地方。电离产品：a .分子失去电子，产生带正电荷的分子离子。b .分子离子进一步分解，产生质量较小的片段离子，离子源，质谱仪是质谱仪的核心，不同类型的质谱仪组成了不同类型的质谱仪，不同类型质谱仪的功能，应用范围，原理，实验方法不同。质谱，作用：加速后将各种离子分离成质量-电荷比大小，并聚焦。检测记录系统，由质谱分离和集中的离子束，按照m/z的大小依次通过出口狭缝，到达收集器。他们的信号被电子倍增器放大，然后被记录仪记录下来

4、。b .质谱仪的主要技术指标，质量范围：质谱仪检测出的单个电荷离子的质量-电荷比范围，分辨率(r):分辨率是质谱仪分离两个相邻离子质量的能力。分辨率(r)是峰值为峰值的10%时测量的值。也就是说，两个峰各重叠5%的高度。电子冲击电离电子器件初始化、EI化学电离化学初始化、CI场电离、场解吸场衰减fd、场衰减FD快速原子轰击Fast是开发最广泛使用、最成熟的电离方法。冲击电压50-70eV，大多数有机分子的电离电位一般为7-15eV。能提供丰富的结构信息。分子离子峰无或弱化合物，电子冲击电离EI，离子室内反应气体(甲烷等；10100Pa，样品的10105倍，电子(100240eV)冲击，初级离子

5、生成，样品分子和反应，准分子离子生成。最强的峰是准分子离子。光谱很简单。挥发性样品不适用。化学电离(Chemical Ionization，CI)、化学电离CI、CH4、(CH3)2CH等小分子。以CH4为例，包括CH4 e CH4 2e (46%)、CH3 (39%)、CH2 (7%)、主要离子3360 CH4、CH3、CH2、准分子离子QM、M CH5 MH CHD1毫米；强电场从分子中取出电子。分子离子峰值强度；碎片离子峰较少。不适合化合物结构识别。样品蒸汽接近或接触具有高电位的金属针时，在强电场的作用下发生电离。样品分子处于气体状态，灵敏度不高，应用越来越少。场离子化FI，样品预先附着

6、在处理过的场离子发射体上，没有汽化，然后通过微弱电流释放样品分子，扩散最高场强场发射区，使其电离。适用于难气化、热不稳定的样品，如糖、肽、金属有机化合物、聚合物等。场解吸FD、惰性气体Ar或Xe中的原子首先电离和加速，具有高动能，在原子枪内进行电荷交换反应：Ar(高动能)Ar(高动能)Ar(热运动)，高动能样品用矩阵调节，然后附着在目标上。常用的基质是甘油、硫甘油、3-硝基苄基醇、三乙醇胺等。注：fab质谱中出现了矩阵分子生成的相应峰值和矩阵分子，以及样品分子的结合峰。例如，3-硝基苯甲醇用作矩阵时，出现m/z154 (MH)、136 (mh2o)、289 (MMH H2O)的峰值。马尔迪能从

7、固体中直接获得对热敏感或不挥发的化合物。如果将正在测试的物质的溶液和基质的溶液混合后蒸发，使分析物和基质成为晶体或半结晶，并通过一定波长的脉冲激光照射，矩阵分子将有效地吸收激光的能量，使基质分子和样品分子进入气体并电离。MALDI适用于肽、核酸等生物大分子。可以得到分子离子峰，没有明显的单峰。这种电离方法特别适用于飞行时间质谱仪。矩阵辅助激光分析电离矩阵-assisted laser description ization(maldi)，流出液体在高电场下形成充电喷射，通过气幕通过电场力；气幕的作用：雾化；蒸发溶剂；中性溶剂分子、电子电离(ESI)、电子电离(ESI)、磁分析器、静电分析器磁分

8、析器-单焦点质谱分析器、只有扇形磁场的质谱计也称为磁分析器。加速后离子具有一定的动能：()，这种作用由离子在加速电场中获得的电能(zV)转化。2.1.3质谱，加速离子进入磁分析器，受到垂直于飞行方向的均匀磁场的作用，使离子的运行轨迹偏转。离子施加的磁场作用力，即洛伦兹力Bzv(沿半径指向中心)与离子运动的离心力大小相同，方向相反，其中b是磁场强度，r是离子运动的曲率半径。单焦点质谱仪，通常是扇区磁场。电离室产生的质量为m，电荷z，正电荷离子通过加速电压v加速，离子速度为：也就是说，对于固定在设备上的仪器(r是常数)，如果v值保持不变，磁场强度b从小值连续变化到大值，通过狭缝接收的离子的m/z也

9、从小到地球变化，这称为磁场扫描。一般来说，使用尽可能高的加速电压提高仪器的分辨率和灵敏度，利用磁场扫描依次记录徐璐不同m/z的离子强度，从而获得质量分析图。图2.3是乙醇的质量分析图，图的纵坐标是离子的相对强度，横坐标是离子的质量-电荷比。单焦点磁场分析器，定向聚焦；相同的电荷比，不同离子聚合的入射方向；如果分辨率不高，双焦点质量分析器会在磁选机前面添加静电分析器。静电分析器由两个同轴圆筒电极(通常为扇形)组成，外部电极带正电荷，内部电极带负电，两个电极之间保持电位差(e)。加速离子由静电场吸收的电场的力作用，使离子移动弧。静电场的曲率半径为r，离子引起的电场作用力为zE:双焦分析器，如上所述

10、，静电中离子运行的曲率半径r与加速度电压v成正比，与静态电场强度成反比。v与离子的动能，即离子速度的平方成正比。如果e值恒定，则r仅与离子具有的动能(速度)相关。因此，静电分析器可以看作是只有具有特定能量的离子才能通过的能量分析器(速度分散)，也有方向聚焦效果。因此，当加速离子通过静电场和磁场时，实现了能量集中、定向聚焦和质量分散的目的，大大提高了仪器的分辨率。方向焦点：质量-电荷比相等，不同离子收敛；能量焦点：相同的电荷比，不同速度(能量)离子聚合；相同的质量，不同的能量离子通过电场和磁场时产生能量分布；两个角色在大小相同、方向相反的情况下互补地实现双重焦点。不同类型的质量分析器，双焦质量分

11、析器体积；色谱-质谱计的研制和仪器小型化(台式机)要求；小型质量分析器：四极质量分析器飞行时间质量分析器离子陷阱质量分析器，小型，操作简单；中等分辨率；四极质量分析器四极质量分析器，四极质量分析器，简单，便宜，小，操作容易，无滞后，快速扫描速度，适用于GC-MS，LC-MS。分辩率不高。离子漂移管-飞行时间质谱(Time of Fly MS，TOFMS)，TOFMS的核心部分是无场离子漂移管，其中加速离子具有相同动能，m/z小离子，漂移运动的快速速度，首先通过漂移管到达探测器。m/z大离子，漂移运动的缓慢速度，最后通过漂移管到达探测器。质量分析，t是或s的级数，检测通过漂移管的时间(t)及其信

12、号强度。适合生物大分子，灵敏度高，扫描速度快，结构简单，分辨率随m/z的增加而降低。飞行时间质量分析器、傅立叶变换质量分析器、傅立叶变换质谱、ft-ms、傅立叶变换质量分析器必须是傅立叶变换离子回旋共振质量分析器，并受FT-NMR的启发。徐璐利用不同m/z的离子在磁场b的作用下产生不同的回旋频率。应用Rf场使频率等于m/z离子的回旋频率，离子吸收能量并受到刺激。离子在RF场中吸收能量，称为离子的回旋共振。这里离子运动速度(v)增加，运动轨道半径(r)增加，称为离子回旋运动发生。如果磁场强度(b)恒定，改变RF场的频率()，就能产生不同m/z的离子，得到质谱。FT-MS的核心是由3对平行极板组成

13、的分析室。磁力线沿z轴方向，离子的摆动运动应用于垂直于z轴、垂直于x轴方向的阳极板，从而在垂直于y轴方向的阳极板上检测信号。FT-MS分辨率很高，可以获得当前精度最高的精确质量。FT-MS ling高密度，质量范围大，速度快，性能可靠。离子阱质量分析器，特定m/z离子在井内的特定轨道上稳定旋转，改变末端电极电压，其他m/z离子飞向井到检测器；LC-MS(离子阱)耦合仪器结构图，2.1.4质谱术语和质谱中的离子，默认峰值为： RI 100，RA 100，质量负荷率为： m/z，z=1，z=2；m的计算：构成离子的每个元素同位素的核的质子和中子的总和。准确质量：低分辨率质谱中的离子质量是整数，高分

14、辨率质谱根据质谱仪的分辨率提供分子离子或碎片离子的准确质量。分子离子或片段离子的精确质量的计算是以正确的原子量为基础的。例如：1H 1.007825、12C 12.00000、14N 14.003074、16O 15.994915准确度与质量分析器的分辨率相关。1 .质谱术语，表2.1部分元素的自然同位素正确质量和丰度(以12C:12.00000为准)，质谱图表横坐标为离子的质量-电荷比，纵坐标为离子的相对强度或相对丰度。乙醇的质谱图如下：分子离子：失去了电子形成的离子M，M-e M，z=1，那么m/z就是该分子的分子量。片段离子：从广义上说，是指除分子离子以外的所有离子。重排离子：重排后一个

15、或多个化学键产生的离子的破坏。母离子和子离子：某些离子进一步分解为质量较小的离子。前者是后者的母离子或前驱体二族，后者是前者的子离子。2 .质谱中的离子，甚至电子离子EE: B，D，E等非配对电子离子，多电荷离子：z=2等离子存在于稳定结构中。准分子离子：MH，M-H，同位素离子：郑智薰单个同位素的元素在电离过程中产生同位素离子，同位素离子构成同位素峰簇。准稳定离子，离子源移动时间106s，寿命105s，探测器达到足够。寿命为106-105 s的离子在从离子源出口到达探测器之前分解并记录的离子称为亚稳定离子，m*是。m *=m22/m1，亚稳定离子的峰值可多种扩散到23质量单位。这是因为m1分解时可以在部分内转换为动能。在质谱中，m*提供了前体离子和子离子之间的关系。使用质谱的m*来确认ml和m2之间的“帽子”关系。例如，M/z 134，105，77，56.47等离子体峰值，56.47在苯乙酮的质量分析图中表示为56.47772/105