第五章 有机质谱法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 有机质谱法,Organic Mass Spectroscopy,优点：（重要）,1,.,分析,范围广（,气体、液体、固体）,2,.,测定分子量，确定分子式,3,.,分析速度快，灵敏度高,4,.,各种联用技术,5,.,新的电离、检测技术,5.1,基本知识,5,.1.,1 质谱仪的主要性能指标,1,.,质量范围（,mass range,）,质谱仪所能测定的离子质荷比的范围。,四极质谱：1000,以内,离子阱质谱：,6000,飞行时间质谱：无上限,2,.,分辨率（,resolution,）,分辨率,R,是指分离质量数为,M,1,及,M,2,的相邻质谱峰的能力。,若近似等强度的质量分别为,M,1,及,M,2,的两个相邻峰正好分开，则质谱仪的分辨率定义为：,R=;,式中,M=;,M=,M,2,-,M,1,M,M,M,1,+,M,2,2,说明：,1）,R,10%,：,两峰间的峰谷高度为峰高的,10%,时的测定值；,2,）一般难以找到两个质量峰等高，且重叠的谷高正好等于峰高的,10%,，,则定义：,R=,;,式中,a,为相邻两峰的中心距离；,b,为,其中一峰的峰高,5%,处的峰宽。,M,M,a,b,低分辨率质谱仪：,R 10000,（,FT-ICR MS,：,R,可达 1,10,6,）,利用高分辨率质谱仪可测定精确的质量数（分子式）！,质荷比均为 28 的分子：,CO:27.9949,N,2,:28.0062,C,2,H,4,:28.0313,3,.,灵敏度（,sensitivity,）,对于一定样品（如硬脂酸甲酯），在一定的分辨率情况下，产生一定信噪比（如,10,1,）的分子离子峰所需的样品量。,5,.1.,2 质谱图,横坐标：质荷比,纵坐标：离子流强度，,相对丰度：最强峰的强度定为100%,5,.1.,3 有机质谱中的各种离子,1）分子离子（,molecular ion,）,样品分子失去一个电子而电离所产生的离子，记为,M,+,。,2）准分子离子（,quasi-molecular ion,）,准分子离子常由软电离产生，一般为,M+H,+,、,M-H,+,。,3）碎片离子（,fragment ion,）,泛指由分子离子破裂而产生的一切离子。狭义的碎片离子指由简单断裂产生的离子,。,4）重排离子（,rearrangement ion,）,经重排反应产生的离子，其结构不是原分子结构单元,。,5）母离子（,parent ion,）与子离子（,daughter ion,）,任何一离子进一步产生某离子，前者称为母离子，后者称为子离子,。,6）亚稳离子（,metastable,ion,）,是从离子源出口到检测器之间产生的离子,。,7）奇电子与偶电子离子（odd-and,even-electron ion,）,具有未配对电子的离子称为奇电子离子，不具有未配对电子的离子称为偶电子离子,。,8）多电荷离子（multiply,-charged ion,）,失掉两个以上电子的离子称为多电荷离子,。,9）同位素离子（isotopic,ion,）,当元素具有非单一的同位素组成时，产生同位素离子。,5.2,电离过程,5,.2.,1 电子轰击电离（,electron impact ionization,EI,）,质谱中最常用的离子源，一般为,70eV,的电子束，远大于大多数有机化合物的电离电位（,715eV,），,会使相当多的分子离子进一步裂解，产生广义的碎片离子。,优点：,1,）结构简单，稳定，电离效率高，易于实现；,2,）质谱图再现性好，便于计算机检索及比较；,3,）离子碎片多，可提供较多的分子结构信息。,缺点：,当样品分子稳定性不高时，分子离子峰的强度低，甚至不存在分子离子峰。,5,.2.,2 化学电离（,chemical ionization,CI,）,化学电离是通过离子-分子反应来完成的。反应气体一般是甲烷、异丁烷、氨等。,优点：,1,）准分子离子峰强度高，便于推算分子量；,2,）用于色质联用仪器上，载气不必除去，可作为反应气体；,3,）反映异构体的差别较,EI,谱要好些。,缺点：,碎片离子峰少，强度低。,例：,CH,4,+e CH,4,+,+2e,CH,4,+,+CH,4,CH,5,+,+CH,3,CH,5,+,+M CH,4,+MH,+,5,.2.,3 场电离（,field ionization,FI,）,和,场解吸（,field desorption,FD,）,场电离：是一种软电离技术。当样品蒸汽邻近或接触到带高正电位的金属针时，由于高曲率的针端产生很强的电位梯度，样品分子可被电离。,优点：电离快速，适合于和气相色谱联机；,缺点：要求样品汽化，灵敏度低。,场解吸：原理与,FI,相同，但样品是被沉积在电极上。,FD,适用于难汽化的、热不稳定样品。,FD,的准分子离子峰比,FI,的强，质谱图比,FI,的还要简单。,5,.2.,4 快原子轰击（,fast atom bombardment,FAB,）,和,二次离子质谱（,secondary ion MS,SIMS,）,FAB：是一种广泛应用的软电离技术。快原子轰击利用的重原子一般为,Xe,或,Ar,。,Ar,+,(,高动能的,)+,Ar,(,热运动的,),Ar,(,高动能的,)+,Ar,+,(,热运动的,),FAB可完成连,FD,都有困难的、高极性、难汽化的化合物的电离。样品多调匀于基质（一般为甘油等）中。基质应具有流动性、低蒸气压、化学惰性、电解质性和好的溶解性。,SIMS,：,原理类似于,FAB,，,但用重离子取代原子进行轰击，可用于固体表面分析和溶液样品的分析。,5,.2.,5 基质辅助激光解吸电离,（,matrix-assisted laser,desportion,ionization,MALDI,）,在一个微小的区域内，在极短的时间间隔，激光可对靶物提供高的能量，对它们进行极快的加热，可以避免热敏感的化合物加热分解,。,MALDI,的方法：将被分析化合物的溶液和某种基质溶液相混合。蒸发掉溶剂，则被分析物质与基质形成晶体或半晶体。用一定波长的脉冲式激光进行照射。基质分子能有效地吸收激光的能量，并间接地传给样品分子，从而得到电离。,优点：,1）使一些难于电离的样品电离，且无明显的碎裂，从而得到完整的被分析化合物分子的电离产物；,2）特别适用于与飞行时间质谱相配（,MALDI-TOF MS,）。,5,.2.,6 大气压电离,（,atmospheric pressure ionization,API,）,主要应用于高效液相色谱,HPLC,与质谱仪的联用。,1、电喷雾电离（,electrospray,ionization,ESI,）：,从雾化器套管的毛细管端喷出的带电液滴，随着溶剂的不断快速蒸发，液滴迅速变小，表面电荷密度不断增大。由于电荷间的排斥作用，就会排出溶剂分子，得到样品的准分子离子。,通常小分子得到带单电荷的准分子离子，而大分子则得到多种多电荷离子。检测质量可提高几十倍。,ESI,是很软的电离方法，通常无碎片离子峰，只有整体分子的峰，十分有利于生物大分子的质谱测定。,2,、,大气压化学电离,（,atmospheric pressure chemical,ioniza-tion,APCI,）,：喷出的液滴先汽化，随后溶剂分子被电离，发生,CI,过程。要求样品汽化，适用于弱极性的小分子化合物。,5.3,质量分析器,5,.3.,1 单聚焦（,single-focusing,）,和双聚焦（,double-focusing,）,质量分析器,单聚焦,质量分析器使用扇型磁场,，,结构简单，操作方便，但是分辨率低。,双聚焦,质量分析器使用扇型电场及扇型磁场，分辨率高，其缺点是价格贵，操作和调整比较困难。,5,.3.,2 四极,质量分析器（,quadrupole,mass analyzer,）,由四跟平行的棒状电极组成而得名。与,扇型磁场的质量分析器的原理完全不同。,优点：,1）结构简单、容易操作、价格便宜；,2）仅用电场而不用磁场，无磁滞现象，扫描速度快，适合与色谱联机；,3）操作时的真空度相对较低，特别适合与液相色谱联机。,缺点：,1）分辨率不高；,2）对较高质量的离子有质量歧视效应。,5,.3.,3 离子阱,（,ion,trap,）,离子阱,与,四极,质量分析器的原理类似，因此也称为四极离子阱（,quadrupole,ion trap,）；,或因其储存离子的性质而称为四极离子储存器（,quadrupole,ion storage,QUISTOR,）。,优点：,1）单一的离子阱可实现多极,“,时间上,”,的串联质谱；,2）结构简单、价格便宜，性能价格比高；,3）灵敏度高，较四极,质量分析器高达,10-10000,倍,；,4）质量范围大，可达6000。,缺点：,质谱与标准谱有差别。,5,.3.,4 傅立叶变换离子回旋共振质谱计,（,Fourier transform ion cyclotron resonance,FT-ICR,）,通过同时激发分析时内的所有质荷比的离子，通过对检测信号进行傅立叶变换得到质谱图。,优点：,1）分辨率极高，可达1,10,6,，但不导致灵敏度下降；,2）可实现多极,“,时间上,”,的串联质谱；,3）可采用各种电离源，便于与色谱仪器联机；,4）灵敏度高、质量范围宽，速度快、性能可靠。,5,.3.,5 飞行时间质谱计,（,time of flight,TOF(MS),）,用一个脉冲将离子源中的离子瞬间引出，经加速电压加速，它们具有相同的动能进入漂移管，质荷比小的离子具有最快的速度因而首先到达检测器，质荷比大的离子则最后到达检测器。,优点：,1）原理上检测离子的质荷比没有上限；,2）特别适合于与脉冲产生离子的电离源（,MALDI-TOF,）；,3）灵敏度高，适合于作串联质谱的第二级；,4）扫描速度快，适合研究极快过程；,5）结构简单、易于维护。,缺点：,分辨率随质荷比的增加而降低。,5.4,亚稳离子及其检测,m,1,+,m,2,+,+N,在质量分析器的无场区内发生碎片离子的进一步裂解时，可观测亚稳离子峰。到由亚稳离子峰可得到碎片离子之间的重要信息，对于推测结构由重大帮助。,式中,m,1,+,：,母离子,m,2,+,：,子离子,N,：,中性碎片，其质量为,m,1,-m,2,亚稳离子：,m,*,=,m,2,2,m,1,