質(zhì)譜定性分析及圖譜解析ppt課件

1、MS8.4 質(zhì)譜定性分析及圖譜解析質(zhì)譜定性分析及圖譜解析 通過質(zhì)譜圖中分子離子峰和碎通過質(zhì)譜圖中分子離子峰和碎片離子峰的解析可提供許多有片離子峰的解析可提供許多有關(guān)分子結(jié)構(gòu)的信息，因而定性關(guān)分子結(jié)構(gòu)的信息，因而定性能力強(qiáng)是質(zhì)譜分析的重要特點(diǎn)。能力強(qiáng)是質(zhì)譜分析的重要特點(diǎn)。 MS8.4.1 相對分子質(zhì)量的測定相對分子質(zhì)量的測定 從分子離子峰可以準(zhǔn)確地測定該從分子離子峰可以準(zhǔn)確地測定該物質(zhì)的相對分子質(zhì)量，這是質(zhì)譜分物質(zhì)的相對分子質(zhì)量，這是質(zhì)譜分析的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，它比經(jīng)典的相對分析的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，它比經(jīng)典的相對分子質(zhì)量測定方法子質(zhì)量測定方法(如冰點(diǎn)下降法，沸如冰點(diǎn)下降法，沸點(diǎn)上升法，滲透壓力測定等點(diǎn)上升法，滲

2、透壓力測定等)快而準(zhǔn)快而準(zhǔn)確，且所需試樣量少確，且所需試樣量少(一般一般0.1mg)。 MS 關(guān)鍵是分子離子峰的判斷，因?yàn)殛P(guān)鍵是分子離子峰的判斷，因?yàn)樵谫|(zhì)譜中最高質(zhì)荷比的離子峰不一在質(zhì)譜中最高質(zhì)荷比的離子峰不一定是分子離子峰，這是由于存在同定是分子離子峰，這是由于存在同位素和分子離子反應(yīng)位素和分子離子反應(yīng) 如式如式8-48-4所示所示 等原因，可能出現(xiàn)等原因，可能出現(xiàn)M+1M+1或或M+2M+2峰；峰；另一方面，若分子離子不穩(wěn)定，有另一方面，若分子離子不穩(wěn)定，有時(shí)甚至不出現(xiàn)分子離子峰。時(shí)甚至不出現(xiàn)分子離子峰。 MS因此，在判斷分子離子峰時(shí)可因此，在判斷分子離子峰時(shí)可參考以下幾個(gè)方面的規(guī)律和經(jīng)參

3、考以下幾個(gè)方面的規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)方法：驗(yàn)方法：MS（1 1分子離子穩(wěn)定性的一般規(guī)律：分子離子穩(wěn)定性的一般規(guī)律： 分子離子的穩(wěn)定性與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。分子離子的穩(wěn)定性與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。碳數(shù)較多、碳鏈較長也有例外碳數(shù)較多、碳鏈較長也有例外和有支鏈的分子，分裂幾率較高，和有支鏈的分子，分裂幾率較高，其分子離子的穩(wěn)定性低；而具有其分子離子的穩(wěn)定性低；而具有 鍵的芳香族化合物和共軛烯烴分子，鍵的芳香族化合物和共軛烯烴分子，分子離子穩(wěn)定，分子離子峰大。分子離子穩(wěn)定，分子離子峰大。MS 分子離子穩(wěn)定性的順序?yàn)椋悍肿与x子穩(wěn)定性的順序?yàn)椋?芳香環(huán)共軛烯烴脂環(huán)芳香環(huán)共軛烯烴脂環(huán)化合物直鏈的烷烴類硫醇化合物直鏈的烷烴類硫醇酮胺

4、酯醚分支較多酮胺酯醚分支較多的烷烴類醇。的烷烴類醇。 MS（2 2分子離子峰質(zhì)量數(shù)的規(guī)律氮規(guī)分子離子峰質(zhì)量數(shù)的規(guī)律氮規(guī)則）：由則）：由C C、H H、O O組成的有機(jī)化合物，組成的有機(jī)化合物，分子離子峰的質(zhì)量一定是偶數(shù)。而由分子離子峰的質(zhì)量一定是偶數(shù)。而由C C、H H、O O、N N組成的化合物，含奇數(shù)個(gè)組成的化合物，含奇數(shù)個(gè)N N，分子離子峰的質(zhì)量是奇數(shù)，含偶數(shù)個(gè)分子離子峰的質(zhì)量是奇數(shù)，含偶數(shù)個(gè)N N，分子離子峰的質(zhì)量則是偶數(shù)。這一規(guī)分子離子峰的質(zhì)量則是偶數(shù)。這一規(guī)律稱為氮規(guī)則。凡不符合氮規(guī)則者，律稱為氮規(guī)則。凡不符合氮規(guī)則者，就不是分子離子峰。就不是分子離子峰。 MS（3 3分子離子峰與

5、鄰近峰的質(zhì)量差是否分子離子峰與鄰近峰的質(zhì)量差是否合理。如有不合理的碎片峰，就不是分合理。如有不合理的碎片峰，就不是分子離子峰。例如分子離子不可能裂解出子離子峰。例如分子離子不可能裂解出兩個(gè)以上的氫原子和小于一個(gè)甲基的基兩個(gè)以上的氫原子和小于一個(gè)甲基的基團(tuán)，故分子離子峰的左面，不可能出現(xiàn)團(tuán)，故分子離子峰的左面，不可能出現(xiàn)比分子離子的質(zhì)量小比分子離子的質(zhì)量小3-143-14個(gè)質(zhì)量單位的個(gè)質(zhì)量單位的峰；若出現(xiàn)質(zhì)量差峰；若出現(xiàn)質(zhì)量差1515或或1818，這是由于裂，這是由于裂解出解出-CH3-CH3或一分子水，因此這些質(zhì)量差或一分子水，因此這些質(zhì)量差都是合理的。都是合理的。MS（4 4M + 1M +

6、 1峰：某些化合物如醚、峰：某些化合物如醚、酯、胺、酰胺等形成的分子離子不酯、胺、酰胺等形成的分子離子不穩(wěn)定，分子離子峰很小，甚至不出現(xiàn)；穩(wěn)定，分子離子峰很小，甚至不出現(xiàn)；但但M+1M+1峰卻相當(dāng)大。這是由于分子離子峰卻相當(dāng)大。這是由于分子離子在離子源中捕獲一個(gè)在離子源中捕獲一個(gè)H H而形成的，例如，而形成的，例如， MS（5 5M - 1M - 1峰：有些化合物沒峰：有些化合物沒有分子離子峰，但有分子離子峰，但M-1M-1峰卻較大，峰卻較大，醛就是一個(gè)典型的例子，這是醛就是一個(gè)典型的例子，這是由于發(fā)生如下的裂解而形成的，由于發(fā)生如下的裂解而形成的， MS 因此在判斷分子離子因此在判斷分子離子

7、峰時(shí)，應(yīng)注意形成峰時(shí)，應(yīng)注意形成M+1M+1或或M-1M-1峰的可能性。峰的可能性。 MS（6 6降低電子轟擊源的能量，觀察質(zhì)降低電子轟擊源的能量，觀察質(zhì)譜峰的變化：在不能確定分子離子峰譜峰的變化：在不能確定分子離子峰時(shí)，可以逐漸降低電子流的能量；使時(shí)，可以逐漸降低電子流的能量；使分子離子的裂解減少。這時(shí)所有碎片分子離子的裂解減少。這時(shí)所有碎片離子峰的強(qiáng)度都會(huì)減小，但分子高子離子峰的強(qiáng)度都會(huì)減小，但分子高子峰的相對強(qiáng)度會(huì)增加。仔細(xì)觀察質(zhì)荷峰的相對強(qiáng)度會(huì)增加。仔細(xì)觀察質(zhì)荷比最大的峰是否在所有的峰中最后消比最大的峰是否在所有的峰中最后消失。最后消失的峰即為分子離子峰。失。最后消失的峰即為分子離子峰

8、。 MS 有機(jī)化合物的質(zhì)譜分析，最常應(yīng)有機(jī)化合物的質(zhì)譜分析，最常應(yīng)用電子轟擊源作離子源，但在應(yīng)用這用電子轟擊源作離子源，但在應(yīng)用這種離子源時(shí)，有的化合物僅出現(xiàn)很弱種離子源時(shí)，有的化合物僅出現(xiàn)很弱的，有時(shí)甚至不出現(xiàn)分子離子分子峰，的，有時(shí)甚至不出現(xiàn)分子離子分子峰，這樣就使質(zhì)譜失去一個(gè)很重要的作用。這樣就使質(zhì)譜失去一個(gè)很重要的作用。為了得到分子離子峰，可以改用其它為了得到分子離子峰，可以改用其它一些離子源，如場致電離源、化學(xué)電一些離子源，如場致電離源、化學(xué)電離源等。離源等。圖8-10 場致電離示意圖 MS 在相距很近在相距很近d d1mm1mm的陽極和陰的陽極和陰極之間，施加極之間，施加70007

9、00010000V10000V的穩(wěn)定直的穩(wěn)定直流電壓，在陽極的尖端曲率半徑流電壓，在陽極的尖端曲率半徑附近產(chǎn)生附近產(chǎn)生107107108108的強(qiáng)電場，依靠這的強(qiáng)電場，依靠這個(gè)電場把尖端附近納米處的分子中的個(gè)電場把尖端附近納米處的分子中的電子拉出來，使之形成正離子，然后電子拉出來，使之形成正離子，然后通過一系列靜電透鏡聚集成束，并加通過一系列靜電透鏡聚集成束，并加速到質(zhì)量分析器中去。速到質(zhì)量分析器中去。 圖8-11 3,3-二甲基戊烷的質(zhì)譜圖 MS 在場致電離的質(zhì)譜圖上，分子離在場致電離的質(zhì)譜圖上，分子離子峰很清楚，碎片峰則較弱，這對子峰很清楚，碎片峰則較弱，這對相對分子質(zhì)量測定是很有利的，但

10、相對分子質(zhì)量測定是很有利的，但缺乏分子結(jié)構(gòu)信息。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺乏分子結(jié)構(gòu)信息。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，可以使用復(fù)合離子源，例如缺點(diǎn)，可以使用復(fù)合離子源，例如電子轟擊電子轟擊- -場致電離復(fù)合源，電子轟場致電離復(fù)合源，電子轟擊擊- -化學(xué)電離復(fù)合源等。化學(xué)電離復(fù)合源等。 MS8.4.2 分子式的確定分子式的確定 各元素具有一定的同位素各元素具有一定的同位素天然豐度，因此不同的分子式，天然豐度，因此不同的分子式，其其M+1/M和和M+2/M的百分比的百分比都將不同。都將不同。 MS 若以質(zhì)譜法測定分子離子峰及若以質(zhì)譜法測定分子離子峰及其分子離子的同位素峰其分子離子的同位素峰M+1M+1，M+2M+2的相

11、對強(qiáng)度，就能根據(jù)的相對強(qiáng)度，就能根據(jù)M+1/MM+1/M和和M+2/MM+2/M的百分比確定分子的百分比確定分子式。為此，式。為此，J. H. BeynonJ. H. Beynon等計(jì)算等計(jì)算了含碳、氫、氧的各種組合的質(zhì)了含碳、氫、氧的各種組合的質(zhì)量和同位素豐度比。量和同位素豐度比。MS 例如，某化合物，根據(jù)其質(zhì)譜例如，某化合物，根據(jù)其質(zhì)譜圖，已知其相對分子質(zhì)量為圖，已知其相對分子質(zhì)量為150150，由質(zhì)譜測定，由質(zhì)譜測定，m/z150m/z150、151151和和152152的強(qiáng)度比為的強(qiáng)度比為M(150)=100%M(150)=100%，M+1(151)=9.9%M+1(151)=9.9%

12、，M+2(152)=0.9%M+2(152)=0.9%，試確定此化合物的分子式。試確定此化合物的分子式。 MS 從從M+2/M=0.9%可見，該化可見，該化合 物 不 含合 物 不 含 S ， B r 或或 C 1 。 在。 在Beynon的表中相對分子質(zhì)量為的表中相對分子質(zhì)量為150的分子式共的分子式共29個(gè)，其中個(gè)，其中M+2）/ M 的百分比為的百分比為911的的分子式有如下分子式有如下7個(gè)：個(gè)：MS 分子式分子式 M+1 M+2 （1C7H10N4 9.25 0.38 （2C8H8NO2 9.23 0.78 （3C8H10N2O 9.61 0.61 （4C8H12N3 9.98 0.4

13、5 （5C9H10O2 9.96 0.84 （6C9H12NO 10.34 0.68 （7C9H14N2 10.71 0.52MS 此化合物的相對分子質(zhì)量是偶此化合物的相對分子質(zhì)量是偶數(shù)，根據(jù)前述氮規(guī)則，可以排數(shù)，根據(jù)前述氮規(guī)則，可以排除上列第除上列第2、4、6三個(gè)式子，剩三個(gè)式子，剩下四個(gè)分子式中，下四個(gè)分子式中，M+1與與9.9最接近的是第最接近的是第5式式C9H10O2），），這個(gè)式子的這個(gè)式子的M+2也與也與0.9很接近，很接近，因此分子式應(yīng)為因此分子式應(yīng)為C9H10O2。MS8.4.3 8.4.3 根據(jù)裂解模型鑒定化合物和確定結(jié)構(gòu)根據(jù)裂解模型鑒定化合物和確定結(jié)構(gòu) 各種化合物在一定能量

14、的離子源中是按照各種化合物在一定能量的離子源中是按照一定的規(guī)律進(jìn)行裂解而形成各種碎片離子的，一定的規(guī)律進(jìn)行裂解而形成各種碎片離子的，因而所得到的質(zhì)譜圖也呈現(xiàn)一定的規(guī)律。所因而所得到的質(zhì)譜圖也呈現(xiàn)一定的規(guī)律。所以根據(jù)裂解后形成各種離子峰就可以鑒定物以根據(jù)裂解后形成各種離子峰就可以鑒定物質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)。質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)。 同時(shí)應(yīng)注意，同一種化合物在不同的質(zhì)譜同時(shí)應(yīng)注意，同一種化合物在不同的質(zhì)譜儀中就可能得到不同的質(zhì)譜圖。儀中就可能得到不同的質(zhì)譜圖。 MS 例如有一未知物，經(jīng)初步鑒例如有一未知物，經(jīng)初步鑒定是一種酮，它的質(zhì)譜圖如圖定是一種酮，它的質(zhì)譜圖如圖8-128-12所示，圖中分子離子質(zhì)荷所示，圖

15、中分子離子質(zhì)荷比為比為100100。因而這個(gè)化合物的相。因而這個(gè)化合物的相對分子質(zhì)量對分子質(zhì)量M M為為100100。 圖8-12 一未知物的質(zhì)譜圖 MS m/z=85: 零落零落 -CH3質(zhì)量質(zhì)量15） M/z=57: 零落零落 -C=O質(zhì)量質(zhì)量28） M/z=57: 的碎片離子峰豐度很高，是的碎片離子峰豐度很高，是標(biāo)準(zhǔn)峰，表示這個(gè)碎片離子很穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)峰，表示這個(gè)碎片離子很穩(wěn)定，也表示這個(gè)碎片和分子的其余部分是也表示這個(gè)碎片和分子的其余部分是比較容易斷裂的。這個(gè)碎片離子很可比較容易斷裂的。這個(gè)碎片離子很可能是能是C(CH3) 3。 MS這個(gè)斷裂過程可以表示如下：這個(gè)斷裂過程可以表示如下： 脫

16、-CH3 斷裂-CO 未知物 碎片離子 -C(CH3)3 因而這個(gè)未知酮的結(jié)構(gòu)式很可能是CH3COC(CH3)3。為了確證這個(gè)結(jié)構(gòu)式，還可以采用其它分析手段，例如紅外光譜、核磁共振等進(jìn)行驗(yàn)證。 MS 圖中質(zhì)荷比為圖中質(zhì)荷比為4141和和3939的兩個(gè)質(zhì)的兩個(gè)質(zhì)譜峰，則可認(rèn)為是碎片離子進(jìn)譜峰，則可認(rèn)為是碎片離子進(jìn)一步重排和斷裂后所生成的碎一步重排和斷裂后所生成的碎片離子峰，這些重排和斷裂過片離子峰，這些重排和斷裂過程可表示如下：程可表示如下： MS8.5 8.5 質(zhì)譜定量分析質(zhì)譜定量分析 質(zhì)譜法進(jìn)行定量分析時(shí)，應(yīng)滿足一些必要的條件，質(zhì)譜法進(jìn)行定量分析時(shí)，應(yīng)滿足一些必要的條件， 例如：例如： （1

17、 1組分中至少有一個(gè)與其它組分有顯著不同的組分中至少有一個(gè)與其它組分有顯著不同的峰；峰； （2 2各組分的裂解模型具有重現(xiàn)性；各組分的裂解模型具有重現(xiàn)性； （3 3組分的靈敏度具有一定的重現(xiàn)性組分的靈敏度具有一定的重現(xiàn)性( (要求要求1 1) )； （4 4每種組分對峰的貢獻(xiàn)具有線性加和性；每種組分對峰的貢獻(xiàn)具有線性加和性；有適當(dāng)?shù)墓┬Ｕ齼x器用的標(biāo)準(zhǔn)物，等等。有適當(dāng)?shù)墓┬Ｕ齼x器用的標(biāo)準(zhǔn)物，等等。 MS對于個(gè)組分的混合物：對于個(gè)組分的混合物： mnmnmmnnnnIpipipiIpipipiIpipipi22112222212111212111MS式中：式中：Im 在混合物的質(zhì)譜圖上于質(zhì)量在混合物的質(zhì)譜圖上于質(zhì)量m處的峰高處的峰高(離子流離子流)；imn 組分組分n在質(zhì)量在質(zhì)量m處的離子流，處的離子流，Pn 混合物中組分混合物中組分n的分壓強(qiáng)。的分壓強(qiáng)。 MS故以純物質(zhì)校正，imn，