質(zhì)譜zhuqingPPT課件

1、 一.質(zhì)譜概論 二.離子類型與成型 三.質(zhì)譜的基本原理 四.實驗操作及譜圖分析步驟 五.質(zhì)譜的擴展應用 六.非苯類化合物的質(zhì)譜譜圖 七.含苯化物合質(zhì)樸分析 八.結(jié)構(gòu)鑒定第1頁/共87頁一一. .質(zhì)譜概論質(zhì)譜概論 1.質(zhì)譜介紹 2.質(zhì)譜儀擁有高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)第2頁/共87頁1.1.質(zhì)譜的介紹質(zhì)譜的介紹 質(zhì)譜的定義 質(zhì)譜（又叫質(zhì)譜法）是一種與光譜并列的譜學方法，通常意義上是指廣泛應用于各個學科領域中通過制備、分離、檢測氣相離子來鑒定化合物的一種專門技術。質(zhì)譜法在一次分析中可提供豐富的結(jié)構(gòu)信息，將分離技術與質(zhì)譜法相結(jié)合是分離科學方法中的一項突破性進展。在眾多的分析測試方法中，質(zhì)譜學方法被認為

2、是一種同時具備高特異性和高靈敏度且得到了廣泛應用的普適性方法。質(zhì)譜儀器一般由樣品導入系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成。第3頁/共87頁2.2.質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀 質(zhì)譜儀的定義 質(zhì)譜儀又稱質(zhì)譜計。分離和檢測不同同位素的儀器。即根據(jù)帶電粒子在電磁場中能夠偏轉(zhuǎn)的原理，按物質(zhì)原子、分子或分子碎片的質(zhì)量差異進行分離和檢測物質(zhì)組成的一類儀器。第4頁/共87頁 質(zhì)譜儀的工作原理 質(zhì)譜儀以離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測器為核心。離子源是使試樣分子在高真空條件下離子化的裝置。電離后的分子因接受了過多的能量會進一步碎裂成較小質(zhì)量的多種碎片離子和中性粒子。它們在加速電場作用下獲取具有相同能量的平均動

3、能而進入質(zhì)量分析器。質(zhì)量分析器是將同時進入其中的不同質(zhì)量的離子，按質(zhì)荷比m/e大小分離的裝置。分離后的離子依次進入離子檢測器，采集放大離子信號，經(jīng)計算機處理，繪制成質(zhì)譜圖。 原理公式：q/m=2v/B2r2第5頁/共87頁質(zhì)譜儀工作原理圖質(zhì)譜儀工作原理圖第6頁/共87頁 質(zhì)譜儀的一般分類 質(zhì)譜儀種類非常多，工作原理和應用范圍也有很大的不同。從應用角度，質(zhì)譜儀可以分為下面幾類： 有機質(zhì)譜儀 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS） 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS） 其他有機質(zhì)譜儀（基質(zhì)輔助激光解吸飛行時間質(zhì)譜儀（MALDI-TOFMS），傅里葉變換質(zhì)譜儀（FT-MS） ） 無機質(zhì)譜儀 火花源雙聚焦質(zhì)

4、譜儀。 感應耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）。 二次離子質(zhì)譜儀（SIMS） 第7頁/共87頁 質(zhì)譜儀的發(fā)展史 世界上第一臺質(zhì)譜儀于1912年由英國物理學家Joseph John Thomson（1906年諾貝爾物理學獎獲得者、英國劍橋大學教授）研制成功； 20世紀20年代，質(zhì)譜逐漸成為一種分析手段，被化學家采用；從40年代開始，質(zhì)譜廣泛用于有機物質(zhì)分析； 1966年，M.S.B，Munson和F.H. Field報導了化學電離源（Chemical Ionization，CI）； 到了80年代左右，隨著快原子轟擊（FAB）、電噴霧（ESI）和基質(zhì)輔助激光解析（MALDI）等新“軟電離”技術的出

5、現(xiàn)，質(zhì)譜能用于分析高極性、難揮發(fā)和熱不穩(wěn)定樣品后，生物質(zhì)譜飛速發(fā)展，已成為現(xiàn)代科學前沿的熱點之一。第8頁/共87頁 1987年首次報道了毛細管電泳（CE）與質(zhì)譜的聯(lián)用技術。CE-MS 在一次分析中可以同時得到遷移時間、分子量和碎片信息，因此它是LC-MS的補充。 質(zhì)譜的應用質(zhì)譜的領域 在眾多的分析測試方法中，質(zhì)譜學方法被認為是一種同時具備高特異性和高靈敏度且得到了廣泛應用的普適性方法。質(zhì)譜的發(fā)展對基礎科學研究、國防、航天以及其它工業(yè)、民用等諸多領域均有重要意義。 返回第9頁/共87頁二、二、 離子類型與形成：（要求掌握五種）離子類型與形成：（要求掌握五種） 1分子離子：分子失去一個電子所形成的

6、離子。一般出現(xiàn)在質(zhì)譜圖的最右端，其峰的質(zhì)荷比是確定分子量和分子式的重要依據(jù)。 第10頁/共87頁如何辯認分子離子峰如何辯認分子離子峰 1)原則上除同位素峰外，分子離子峰是最高質(zhì)量的峰。 但要注意“醚、胺、脂的(M+H)+峰”及“芳醛、醇等的(M-H)+峰”。 2)分子離子峰應符合“氮律”。在C、H、O組成的化合物中，分子離子峰的質(zhì)量數(shù)一定是偶數(shù)；在含C、H、O、N化合物中，含0個或偶數(shù)個N的分子量為偶數(shù)，含奇數(shù)個N的分子量為奇數(shù)。第11頁/共87頁v3）分子離子峰與鄰近峰的質(zhì)量差是否合理。有機分子失去碎片大小是有規(guī)律的：如失去H、CH3、H2O、C2H5.,因而質(zhì)譜圖中可看到M-1，M-15，

7、M-18，M-28等峰，而不可能出現(xiàn)M-3，M-14，M-24等峰，如出現(xiàn)這樣的峰，則該峰一定不是分子離子峰。v4）EI源中，當電子轟擊電壓降低，強度不增加的峰不是分子離子峰。第12頁/共87頁 2.碎片離子 電子轟擊源常選用電子能量為70ev，而產(chǎn)生分子離子只要十幾電子伏特的能量，因而除產(chǎn)生分子離子外，尚有足夠能量致使化學鍵斷裂，形成帶正、負電荷和中性的碎片。碎片離子的形成和化學鍵的斷裂與分子結(jié)構(gòu)有關，用碎片峰可以協(xié)助闡明分子的及結(jié)構(gòu)。 第13頁/共87頁CH3CH2CCH3CH3CH3CH2C+CH3CH3CH3CCH3CH3CH3m/z 71m/z=57第14頁/共87頁 3同位素離子

8、除P,F,I外，組成有機化合物的常見的十幾種元素，如C,H,O,N,S,Cl,Br等都有同位素，因而在質(zhì)譜中會出現(xiàn)由不同質(zhì)量的同位素形成的峰。同位素同位素13C/12C 1H/2H 17O/16O18O/16O 15N/14N 33S/32S 37Cl/35Cl 81Br/79Br豐度比豐度比%1.12 0.015 0.040 0.20 0.36 0.80 31.98 97.28第15頁/共87頁4重排離子 經(jīng)重排裂解產(chǎn)生的離子。分子離子裂解為碎片離子時，有些碎片離子不是僅僅通過簡單的鍵的斷裂，而是通過分子內(nèi)原子或基團的重排后裂分而形成的，這種特殊的碎片離子稱為重排離子。 其中麥式重排是重排反

9、應的一種常見而重要的方式。 麥式重排的條件是：與化合物中C=X(如C=O)基團相連的鍵上需要有三個以上的碳原子，而且在碳上要有H。第16頁/共87頁第17頁/共87頁 5亞穩(wěn)離子 在電離、裂解或重排過程中所產(chǎn)生的離子，都有一部分處于亞穩(wěn)態(tài)，這些亞穩(wěn)離子同樣被引出離子室。 亞穩(wěn)離子峰特點：1.峰弱，僅是M1峰的1-3%； 2.峰寬，2-5個質(zhì)量單位； 3.m/e一般不是整數(shù)，與母離子和子離子有下述關系：m *（m2）2 /m 1第18頁/共87頁 例：對氨基茴香醚在m/z 94.8和59.2處，出現(xiàn)兩個亞穩(wěn)離子峰（圖），試據(jù)此推斷離子間的裂解關系 。 解：根據(jù)計算：（108）2 /12394.8

10、；（80）2 /10859.2，證實裂解過程為：m/z123 m/z108 m/z80 返回第19頁/共87頁三、質(zhì)譜的基本原理三、質(zhì)譜的基本原理 1.質(zhì)譜的基本原理概述 2.質(zhì)譜的形成過程第20頁/共87頁1.1.質(zhì)譜的基本原理概述質(zhì)譜的基本原理概述 使試樣中各組分電離生成不同荷質(zhì)比的離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束，進入質(zhì)量分析器，利用電場和磁場使發(fā)生相反的速度色散離子束中速度較慢的離子通過電場后偏轉(zhuǎn)大，速度快的偏轉(zhuǎn)?。辉诖艌鲋须x子發(fā)生角速度矢量相反的偏轉(zhuǎn)，即速度慢的離子依然偏轉(zhuǎn)大，速度快的偏轉(zhuǎn)??；當兩個場的偏轉(zhuǎn)作用彼此補償時，它們的軌道便相交于一點。第21頁/共87頁 與此同時，在磁場

11、中還能發(fā)生質(zhì)量的分離，這樣就使具有同一質(zhì)荷比而速度不同的離子聚焦在同一點上，不同質(zhì)荷比的離子聚焦在不同的點上，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。第22頁/共87頁2.2.質(zhì)譜的形成過程質(zhì)譜的形成過程第23頁/共87頁2.12.1加速加速 加速：將分子離子和碎片離子引入到一個強的正電場中，使之加速成高速離子流。 正離子進入加速區(qū)所獲動能與加速電壓關系：zVmv 221第24頁/共87頁2.22.2質(zhì)量分析儀質(zhì)量分析儀 在加速區(qū)外加一個磁場，在磁場和加速電壓的作用下，離子呈圓周運動。磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器 離子運動半徑由Lorentz力（磁場力）和離心力所決定。 Lorentz力：電核在磁場中

12、所受的力。只改變運動的方向，不改變運動速度。相當于向心力。 m v2/R = Hz v 1/2m(HzR/m)2 = zV 推出VRHzm222zmHVR22第25頁/共87頁質(zhì)譜碎片離子的表示方法質(zhì)譜碎片離子的表示方法m/z=H2.R2/2V 式中m為正離子質(zhì)量，z為正離子電荷，H為磁場強度， R為曲率半徑，V為高電場電勢。第26頁/共87頁m/zm/z的檢測的檢測 當R一定，V一定時，H從小大調(diào)節(jié)，則m/z由小大依次通過同理，當R一定，H一定時，V連續(xù)改變，同樣測到不同m/z離子組，加速電壓越大，可測的質(zhì)量范圍越小 返回第27頁/共87頁四、第28頁/共87頁質(zhì)譜儀的操作質(zhì)譜儀的操作 1、

13、開機 首先打開連接氣相的載氣，若需更換鋼瓶，需將分壓閥內(nèi)的氣體全部放空，才能連接到儀器的氣路中； 打開電腦，在電腦上打開相應軟件，并確保聯(lián)機成功； 聯(lián)機成功后調(diào)節(jié)所需的程序。第29頁/共87頁2、調(diào)機無需每天進行，開機后需重新調(diào)節(jié)3、建立樣品分析方法4、運行方法檢測樣品5、定性分析6、定量分析 建立化合物表 校正曲線設定 分析數(shù)據(jù)運算第30頁/共87頁 7、關機詳細操作質(zhì)譜儀中詳細操作質(zhì)譜儀中文操作流程文操作流程.pdf第31頁/共87頁圖譜分析過程圖譜分析過程 1、確定分子離子峰 2、確定分子式 3、計算不飽和度 4、解析質(zhì)樸風的歸屬及峰間關系 5、推導結(jié)構(gòu) 6、驗證查對其它光譜及物理數(shù)據(jù)

14、返回第32頁/共87頁五、質(zhì)譜的擴展應用五、質(zhì)譜的擴展應用第33頁/共87頁質(zhì)譜質(zhì)譜應用應用 質(zhì)譜是應用最為廣泛的方法，它可以為我們提供以下信息： 1)樣品元素組成；測定分子量，2)無機、有機及生物大分子的結(jié)構(gòu)-結(jié)構(gòu)不同，分子或原子碎片不同(荷質(zhì)比不同) -推知未知物的結(jié)構(gòu)； 3)復雜混合物的定性定量分析-與色譜方法聯(lián)用(GC-MS)； 4)固體表面結(jié)構(gòu)和組成分析-激光燒蝕等離子體-質(zhì)譜聯(lián)用； 5)樣品中原子的同位素比。測定分子中Cl、Br等的原子數(shù)。第34頁/共87頁氣相色譜氣相色譜- -質(zhì)譜聯(lián)用儀質(zhì)譜聯(lián)用儀 1、儀器組成： (一)、真空系統(tǒng)：二級真空： 機械泵和渦輪分子泵 機械泵一般時前級

15、真空，也就是在機械泵把真空降到一定水平后才啟動渦輪分子泵，以保護分子泵。所以儀器從大氣壓到真空合適的狀態(tài)一般要經(jīng)過一段時間的。 (二)、進樣系統(tǒng)： 從分離裝置來的組分（氣體或者液體）或者從直接進樣桿進液體或者固體樣品。 第35頁/共87頁 (三)、離子源 離子源： 主要作用是使欲分析的 樣品實現(xiàn)離子化，尤其是中性物質(zhì)帶上電荷。 樣品本身性質(zhì)的差異，決定了離子化的方式不能有萬能的離子源，離子源的類型也是多種多樣。 (四)、質(zhì)量分析器 質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀的核心部件，因此常以質(zhì)量分析器的類型來命名一臺質(zhì)譜儀。 ( 五)、檢測器：目前是光電倍增器應用較廣。 ( 六）、采集數(shù)據(jù)和控制儀器的工作站 第36

16、頁/共87頁第37頁/共87頁 2、應用領域：廣泛應用于環(huán)保行業(yè)、電子行業(yè)、紡織品行業(yè)、石油化工、香精香料行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、農(nóng)業(yè)及食品安全等領域；環(huán)境中有機污染物分析（空氣、水質(zhì)、土壤中污染分析）；農(nóng)殘、獸殘、藥殘分析；香精香料香氣成分分析；紡織品行業(yè)中的有害物質(zhì)檢測。 第38頁/共87頁液相色譜液相色譜- -質(zhì)譜聯(lián)用儀質(zhì)譜聯(lián)用儀 主要用途： 該儀器主要功能如下：1.具有精密分子量測定功能，能夠通過對化合物分子量的精確測定，確定化合物組成（即分子式），大大提高了化合物的結(jié)構(gòu)解析功能；2.具有串聯(lián)四元梯度液相色譜四極桿飛行質(zhì)譜功能，能夠進行混合物的選擇性分析；3.高分辨高靈敏度；4.圖庫解析，對已

17、知化合物的鑒定和結(jié)構(gòu)確認非常方便。 應用范圍：分子量小于3000的化合物結(jié)構(gòu)解析；代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)解析及藥代動力學研究；混合物組成研究；大分子化合物的序列研究。 第39頁/共87頁 儀器類別： 03030706 /儀器儀表 /成份分析儀器 /色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀 指標信息： MS1：4000 MS2：13000 分辨率：5000 靈敏度：（Glu-fib B) ESI MS/MS:20 fmole S/N30:1 Nanoflow ESI MS/MS:2 fmole S/N30:1 質(zhì)量測量精度：內(nèi)標：5ppm 外標（DXC）：10ppm 分子泵：3個250L/S 元素組成測定軟件：有 Q-TOF整機

18、調(diào)諧系統(tǒng)：計算機工作站MassLynx上數(shù)字化輸入調(diào)諧質(zhì)譜參數(shù) MS到MS/MS切換：自動 DDA 正負離子檢測方式：同時檢測 。 附件信息： 圖譜解析軟件；冷卻水裝置；內(nèi)標物；EI，ESI電離源。 第40頁/共87頁返回第41頁/共87頁六、非苯類化合物的質(zhì)譜譜圖六、非苯類化合物的質(zhì)譜譜圖 烷烴n烯烴n醇n醚n脂n醛第42頁/共87頁烷烴烷烴第43頁/共87頁第44頁/共87頁第45頁/共87頁第46頁/共87頁第47頁/共87頁第48頁/共87頁第49頁/共87頁第50頁/共87頁第51頁/共87頁第52頁/共87頁第53頁/共87頁第54頁/共87頁第55頁/共87頁第56頁/共87頁第

19、57頁/共87頁第58頁/共87頁返回返回第59頁/共87頁七、含苯化合物質(zhì)樸分析七、含苯化合物質(zhì)樸分析 芳烴質(zhì)譜的特征分子離子峰較強，苯的分子離子峰m/z78是基峰。稠環(huán)化合物的分子離子峰是基峰。萘的m/z128就是基峰。碎片少具有苯環(huán)指紋的一系列特征峰m/z39、50、51、52、53、63、65、76、77和78等弱峰。烷基苯以-斷裂最為重要，產(chǎn)生穩(wěn)定的鎓離子m/z91是基峰直鏈烷基取代苯中R3,即具有C,H 時發(fā)生麥氏重排,形成m/z92的峰.烷基苯的-裂解產(chǎn)生m/z77的苯基離子（C6H5+ ）峰，單取代苯環(huán)化合物的H重排還可以形成m/z78的（C6H6+. ）離子峰。第60頁/共8

20、7頁 1. 烷基取代苯 （1）分子離子峰較強 （2）簡單斷裂生成芐基離子C7H7+，m/z 91的峰一般都較強。 （3）當相對苯環(huán)存在 氫時，易發(fā)生McLafferty重排，m/z 92的峰有相當強度。CH2CH2CH3CH2m/z 91+.+_.HHHHHC2H4+.+.+m/z 92_rH第61頁/共87頁CCH3CH3CH3+.m/z 91+.C7H7（4）苯環(huán)碎片離子依此失去C2H2，化合物含苯環(huán)時，一般可見 m/z 39、51、65、77等峰。CH2m/z 91+-C2H2m/z 65-C2H2m/z 39C2H2m/z 77+m/z 51_i+第62頁/共87頁1441005011

21、6159(M+) CH3 C2H4CMe3CN80 120 160m/z相對豐度（%）第63頁/共87頁對腈基叔丁基苯對腈基叔丁基苯C11H13N(M=159)C11H13N(M=159)的裂解：的裂解：NCCCH3CH3CH3NCCCH2CH3HNCCH2CH3+._.m/z 144m/z 116NCCHCH2CH2H+第64頁/共87頁 2. 雜原子取代的芳香族化合物 （1）鹵代芳烴 a. 分子離子峰較強 b. 氯、溴、碘取代的芳烴易發(fā)生i-斷裂，形成Ar+離子。Xm/z 51m/z 77X : Cl, Br, I+.+-C2H2i第65頁/共87頁c. 氟代苯的C-F很穩(wěn)定，不易發(fā)生i-

22、斷裂，只能發(fā)生丟失乙炔的反應。m/z 70F+C4H3F+.+.C2H2第66頁/共87頁 （2）氧、氮取代芳烴 雜原子直接連在苯環(huán)上，最經(jīng)常發(fā)生的質(zhì)譜反應是脫掉小分子，多為重排反應。硝基苯的裂解：NO2ONOOOCONO+.+.+m/z 65m/z 93_+m/z 39_+.C2H2第67頁/共87頁苯酚的裂解：苯酚的裂解：OHOHHOHHHHHHCOH+.+m/z 65+.+.+.m/z 66_.rHre+.第68頁/共87頁乙基苯酚的裂解：乙基苯酚的裂解：C2H2OHH2CCH3OHH2COHHHCH3COH2.+_m/z 107m/z 77+m/z 51_Him/z 79+.+第69頁

23、/共87頁3966(MHCN)+93M+20 30 40 50 60 70 80 90m/z20NH2406080100相對豐度（%）苯胺質(zhì)譜圖第70頁/共87頁20 40 60 80 100 120 140120(MCH3)+91104135M+m/zN7720406080100相對豐度（%） N 甲基 N 乙基苯胺質(zhì)譜圖第71頁/共87頁取代基取代基丟失的中性碎片丟失的中性碎片取代基取代基丟失的中性碎片丟失的中性碎片NO2NO, COFC2H2NH2HCNOCH3CH2O, CHONHCOCH3C2H2O, HCNOHCHO, COCNHCN SHCS, CHS苯環(huán)衍生物重排反應丟失的中性碎片和自由基返回第72頁/共87頁八八. .結(jié)構(gòu)鑒定：多采用與標準譜庫對照的方法結(jié)構(gòu)鑒定：多采用與標準譜庫對照的方法 幾類有機化合物的質(zhì)譜 （一）烴類： 1、飽和烷烴； 分子