有機(jī)質(zhì)譜分析原理110314

1、10.1 簡(jiǎn)介質(zhì)譜分析是先將物質(zhì)離子化，變?yōu)闅鈶B(tài)離子混合物，并按離子的質(zhì)荷比分離，然后測(cè)量各種離子譜峰的強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)分析目的的一種分析方法。以檢測(cè)器檢測(cè)到的離子信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo),離子質(zhì)荷比為橫坐標(biāo)所作的條狀圖就是我們常見(jiàn)的質(zhì)譜圖。質(zhì)譜儀是實(shí)現(xiàn)上述分離分析技術(shù)，從而測(cè)定物質(zhì)的質(zhì)量與含量及其結(jié)構(gòu)的儀器。質(zhì)譜分析法是一種快速、有效的分析方法，利用質(zhì)譜儀可進(jìn)行同位素分析，化合物分析，氣體成分分析以及金屬和非金屬固體樣品的超純痕量分析。質(zhì)量是物質(zhì)的固有特征之一，不同的物質(zhì)有不同的質(zhì)量譜(質(zhì)譜)，利用這一性質(zhì)，可以進(jìn)行定性分析；譜峰強(qiáng)度也與它代表的化合物含量有關(guān)，利用這一點(diǎn)，可以進(jìn)行定量分析。在有機(jī)混合物的

2、分析研究中已經(jīng)證明了質(zhì)譜分析法比化學(xué)分析法和光學(xué)分析法具有更加卓越的優(yōu)越性，其中有機(jī)化合物質(zhì)譜分析在質(zhì)譜學(xué)中占最大的比重，全世界幾乎有3/4儀器從事有機(jī)分析，現(xiàn)在的有機(jī)質(zhì)譜法，不僅可以進(jìn)行小分子的分析，而且可以直接分析糖，核酸，蛋白質(zhì)等生物大分子，在生物化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)上的研究成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。目前的有機(jī)質(zhì)譜和生物質(zhì)譜儀，除了GC-MS的電轟擊電離(EI)和化學(xué)電離(CI)，離子化方式還有大氣壓電離(API)(包括大氣壓電噴霧電離ESI、大氣壓化學(xué)電離APCI)與基質(zhì)輔助激光解吸電離。前者常采用四極桿或離子阱質(zhì)量分析器，統(tǒng)稱(chēng)API-MS，后者常用飛行時(shí)間作為質(zhì)量分析器，所構(gòu)成的儀器稱(chēng)為基質(zhì)輔助激光

3、解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS)。API-MS的特點(diǎn)是可以和液相色譜，毛細(xì)管電泳等分離手段聯(lián)用，擴(kuò)展了包括藥物代謝、臨床和法醫(yī)學(xué)、環(huán)境分析、食品檢驗(yàn)、組合化學(xué)和有機(jī)化學(xué)等的應(yīng)用范圍；MALDI-TOF-MS的特點(diǎn)是對(duì)鹽和添加物的耐受能力高，且測(cè)樣速度快，操作簡(jiǎn)單。10.2 有機(jī)質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀包括進(jìn)樣系統(tǒng)，離子之源，質(zhì)量分析器，離子檢測(cè)器，及記錄儀幾大部分，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示：供電系統(tǒng) 進(jìn)樣系統(tǒng) 離子源 質(zhì)量分析器 檢測(cè)接收器 數(shù)據(jù)系統(tǒng) 真空系統(tǒng)圖1 質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)圖10.2.1 進(jìn)樣系統(tǒng)質(zhì)譜儀只能分析、檢測(cè)氣相中的離子，不同性質(zhì)的樣品往往要求不同的電離技術(shù)和相應(yīng)的進(jìn)樣方式。商

4、品儀器一般配備以下進(jìn)樣系統(tǒng)，供測(cè)定不同樣品時(shí)選用。10.2.1.1 儲(chǔ)罐進(jìn)樣這個(gè)系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)氣室、加熱器、真空連接系統(tǒng)及一個(gè)通過(guò)分子漏孔將樣品導(dǎo)入離子源的接口。氣體和液體樣品在不需要進(jìn)一步分離時(shí)可以通過(guò)這種方式進(jìn)樣，足夠的樣品量可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)（30min）給離子源提供較穩(wěn)定的樣品源。10.2.1.2 探頭進(jìn)樣質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常要為合成工作者送來(lái)的“純”固體或高沸點(diǎn)液體提供質(zhì)譜數(shù)據(jù)。這些樣品通常蒸汽壓低或熱穩(wěn)定性差，只能通過(guò)探頭引入離子源中。采用直接插入探頭進(jìn)樣的樣品需要滿(mǎn)足以下三個(gè)條件1。（1）樣品在離子源中電離之前必須氣化；（2）在氣化過(guò)程中樣品不發(fā)生或少發(fā)生熱分解；（3）樣品能在離子源中維

5、持一定的蒸汽壓。10.2.1.3 色譜進(jìn)樣復(fù)雜化合物的直接質(zhì)譜數(shù)據(jù)是沒(méi)有意義的。借助色譜的有效分離，質(zhì)譜可以在一定程度上鑒定出混合物的成分。毛細(xì)管柱氣相色譜由于載氣流量很小，與質(zhì)譜的聯(lián)用很簡(jiǎn)單，把色譜柱的出口直接插入質(zhì)譜儀的離子源中即可。液相色譜與質(zhì)譜的聯(lián)用經(jīng)歷了相當(dāng)艱難的摸索，現(xiàn)在已有十分理想的接口。目前商品化質(zhì)譜儀普遍采用的主要有大氣壓化學(xué)電離和電噴霧電離兩種方式。10.2.2 電離方式和離子源在離子源中樣品被電離成離子。不同性質(zhì)的樣品可能需要不同的電離方式。近些年來(lái)，生物大分子的分析對(duì)質(zhì)譜的電離方式提出了更高的要求，新的離子源不斷出現(xiàn)。本節(jié)中我們介紹幾種最主要的電離方式及相應(yīng)的離子源結(jié)構(gòu)

6、。10.2.2.1 電子轟擊電離電子轟擊（electron impact，EI）電離使用具有一定能量的電子直接作用于樣品分子，使其電離。圖2是典型EI離子源的結(jié)構(gòu)示意圖。用鎢或錸制成的燈絲在高真空中被電流熾熱，發(fā)射出電子。在電離盒與燈絲之間加一電壓（正端在電離盒上），這個(gè)電壓被稱(chēng)為電離電壓。電子在電離電壓的加速下經(jīng)過(guò)入口狹縫進(jìn)入電離區(qū)。樣品氣化后在電離區(qū)與電子作用一些分子獲得足夠能量后丟失一個(gè)電子形成正離子。在永久磁鐵的磁場(chǎng)作用下，電子束在電離區(qū)作螺旋運(yùn)動(dòng)，增大與中性分子的碰撞概率，從而使電離效率提高。圖2 電子轟擊離子源的結(jié)構(gòu)有機(jī)化合物的電離能在10eV左右。當(dāng)大于這一能量的電子轟擊時(shí)，樣品

7、分子獲得很大能量，電離發(fā)生后還可能進(jìn)一步碎裂。大多數(shù)EI質(zhì)譜圖集或數(shù)據(jù)庫(kù)收錄在70eV下獲得的質(zhì)譜圖中，在這個(gè)能量下，靈敏度接近最大值，而且分子電離的破碎不受電子能量的細(xì)小變化的影響。EI源電離效率高，能量分散小，這保證了質(zhì)譜儀的高靈敏度和高分辨率。10.2.2.2 化學(xué)電離(CI) 在電子轟擊電離中，樣品分子與具有一定能量的電子直接作用，產(chǎn)生分子離子，而有些化合物的分子離子熱力學(xué)能高，很不穩(wěn)定。這使得一些化合物的分子離子信號(hào)變得很弱，甚至檢測(cè)不到?；瘜W(xué)電離（chemical ionization，CI）通過(guò)引入大量的試劑氣，使樣品分子與電離電子不直接作用。試劑氣分子被電子轟擊電離后因離子-分

8、子反應(yīng)產(chǎn)生一些活性反應(yīng)離子，這些離子再與樣品分子發(fā)生離子-分子反應(yīng)，使樣品分子實(shí)現(xiàn)電離6。 化學(xué)電離源在結(jié)構(gòu)上與EI源沒(méi)有太大差別?；瘜W(xué)電離可以使用多種不同的單一或混合試劑氣。不同試劑氣的反應(yīng)離子不同，與樣品的離子-分子反應(yīng)可能是電荷交換、質(zhì)子轉(zhuǎn)移或氫負(fù)離子轉(zhuǎn)移。這個(gè)電離過(guò)程與電子轟擊相比，樣品分子電離后熱力學(xué)能相對(duì)較低，碎裂反應(yīng)減少。對(duì)于使用最普遍的甲烷試劑氣，下列離子-分子反應(yīng)給出其優(yōu)勢(shì)反應(yīng)離子CH3+和C2H5+。CH4+CH3+H (1)CH3+CH4C2H5+H2 (2)這兩個(gè)離子的共軛堿（CH4和C2H4）的低質(zhì)子親和力使其成為良好的質(zhì)子供給體，樣品分子M獲取質(zhì)子生成MH+離子。M

9、+CH5+MH+CH4 (3)M+C2H5+MH+C2H4 (4)如果樣品分子的質(zhì)子親和力更低，其他離子-分子反應(yīng)可能發(fā)生。例如： CnH2n+2+CH5+CnH2n+1+CH4+H2 (5)10.2.2.3 大氣壓化學(xué)電離(APCI)氣相中放熱的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的速率常數(shù)接近于碰撞速率常數(shù)，因此化學(xué)電離能夠高效的產(chǎn)生離子。在大氣壓下，化學(xué)電離反應(yīng)的速率更大，電離效率更高。較早的一種APCI離子源由一個(gè)小體積（1cm3）的電離盒通過(guò)一個(gè)微孔（25 m）與質(zhì)量分析器相連，樣品（如色譜的流出物）進(jìn)入電離盒中受63Ni的-射線(xiàn)輻射發(fā)生電離9。這種設(shè)計(jì)所允許的載氣流速為10100ml/min。電離過(guò)程在大

10、氣壓下進(jìn)行，色譜的流動(dòng)相起著試劑氣的作用。由于體積小，離子源一直處于加熱中，這樣可以減少源壁上的吸附。另一種設(shè)計(jì)采用的是電暈放電電離10，離子源結(jié)構(gòu)如圖3所示。電離室沒(méi)有嚴(yán)格界定的邊緣，電離區(qū)由點(diǎn)暈點(diǎn)到取樣微孔，體積相對(duì)較大。高抽速的真空泵可以維持分析室的真空，取樣微孔的孔徑也增大至100 m，所允許的載氣流速可高達(dá)9 L/s。大氣電離的一個(gè)干擾是溶劑分子（如，水）與樣品分子形成簇合離子。在電暈放電電離設(shè)計(jì)中，在取樣微孔與電離反應(yīng)區(qū)之間增加了一層幕氣流，這既可避免微孔被堵塞，同時(shí)又能使簇合離子解簇。1、霧化器氣；2、流出液；3、修飾氣；4-5、加熱器；6、氣簾；7-8、N2；9-10、二級(jí)泵區(qū)

11、；11、試樣流圖3 電暈放電APCI離子源10.2.2.4 快原子轟擊電離(FAB)以高能量的初級(jí)離子轟擊表面，再對(duì)由此產(chǎn)生的二次離子進(jìn)行質(zhì)譜分析是材料表面分析的一種重要方法。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的兩種十分相似的電離技術(shù)，快原子轟擊（fast atom bombardment, FAB）和液體二次離子質(zhì)譜（liquid secondary ion mass spectrometry，LSIMS）在有機(jī)質(zhì)譜中有著重要地位。這兩種技術(shù)均采用液體基質(zhì)負(fù)載樣品，其差異僅在于初級(jí)高能量粒子不同，前者使用中性原子束，后者使用離子束。FAB使用原子束是為了避免向有高電壓的離子源引入帶電粒子可能引起的麻煩。10

12、.2.2.5 等離子體解吸質(zhì)譜等離子體解吸（plasma desorption）質(zhì)譜（PDMS）采用放射性同位素（如252Cf）的核裂變碎片作為初級(jí)粒子轟擊樣品使其電離。樣品以適當(dāng)溶劑溶解后涂布于0.51um厚的鋁或鎳箔上，252Cf 的裂變碎片從背面穿過(guò)金屬箔，把大量能量傳遞給樣品分子，使其解吸電離。252Cf 的主要裂變產(chǎn)物是Ba18+和Tc22+，動(dòng)能分別為79 MeV和104 MeV，大大高于 FAB/LSIMS所采用的初級(jí)粒子束的動(dòng)能，能在10-12s內(nèi)產(chǎn)生高度集中的過(guò)熱點(diǎn)。在制備樣品時(shí)，采用硝化纖維素作為底物使得PDMS可用以分析分子量高達(dá)14000Da的多肽和蛋白質(zhì)樣品。在電噴霧

13、電離和基質(zhì)輔助激光解吸電離出現(xiàn)之前，PDMS是唯一可用于分析大分子量生物樣品的質(zhì)譜方法。10.2.2.6 激光解吸/電離60年代后期，激光技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于質(zhì)譜分析中，這主要包括兩個(gè)方面。一是多光子技術(shù)，包括多光子電離和光致解離，通過(guò)激光光子與氣相中的分子或離子的作用使其電離或解離；所研究的是相對(duì)較小的分子。另一方面是激光解吸技術(shù)，通過(guò)激光束與固相樣品分子的作用使其產(chǎn)生分子離子和具有結(jié)構(gòu)信息的碎片；所研究的是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、不易氣化的大分子。激光解吸微探針是早期的一種離子源，其結(jié)構(gòu)與PDMS十分類(lèi)似，樣品被涂布在金屬箔上；被聚焦到功率密度高達(dá)106108W/cm2的激光束從背面照射樣品使其電離。圖4

14、是MALDI-MS儀器的結(jié)構(gòu)示意圖。采用固體基質(zhì)以分散被分析樣品是MALDI技術(shù)的主要特色和創(chuàng)新之作?；|(zhì)的主要作用是作為把能量從激光束傳遞給樣品的中間體。此外，大量過(guò)量的基質(zhì)（基質(zhì)：樣品=10 000:1）使樣品得以有效分散，從而減小被分析樣品分子間的相互作用力。1-原子槍?zhuān)?-分析器；3-樣品離子束；4-拉出和聚焦；5-樣品；6-探針圖4 MALDI-MS儀器結(jié)構(gòu)10.2.2.7 電噴霧電離電噴霧電離（electro spray ionization，ESI）21是一種使用強(qiáng)靜電場(chǎng)的電離技術(shù)22，其原理如圖5所示。內(nèi)襯彈性石英管的不銹鋼毛細(xì)管（內(nèi)徑0.10.15）被加以35kV的正電壓，與

15、相距約1接地的反電極形成強(qiáng)靜電場(chǎng)。被分析的樣品溶液從毛細(xì)管流出時(shí)在電場(chǎng)作用下形成高度荷電的霧狀小液滴；在向質(zhì)量分析器移動(dòng)的過(guò)程中，液滴因溶劑的揮發(fā)逐漸縮小，其表面上的電荷密度不斷增大。當(dāng)電荷之間的排斥力足以克服表面張力時(shí)（瑞利極限），液滴發(fā)生裂分；經(jīng)過(guò)這樣反復(fù)的溶劑揮發(fā)-液滴裂分過(guò)程，最后產(chǎn)生單個(gè)多電荷離子23。圖5 電噴霧電離原理ESI在大氣壓力和環(huán)境溫度下進(jìn)行，被分析物的分子在電離過(guò)程中通常產(chǎn)生多重質(zhì)子化的離子。ESI所能承受的液體流量通常為120L/ min。向噴霧區(qū)引入一股逆向的氮?dú)饬骺梢源龠M(jìn)霧狀液滴的脫溶劑過(guò)程。而在內(nèi)襯的彈性石英毛細(xì)管與金屬毛細(xì)管之間增加一股同軸的助霧化氣流可使液體

16、流量提高到2mL/min，這可使HPLC與質(zhì)譜直接聯(lián)用。這一技術(shù)被稱(chēng)之為離子噴霧（ionspray）24。電噴霧通常要選擇合適的溶劑。除了考慮對(duì)樣品的溶解能力外，溶劑的極性也需考慮。一般來(lái)說(shuō)，極性溶劑（如甲醇、乙腈、丙酮等）更適合于電噴霧。但對(duì)于水溶液，由于液體表面張力較大，ESI要求的閾電位也較高。為了避免高壓放電，可向噴霧區(qū)引入有效的電子清除劑（如SF6）或使離子源加熱以降低表面張力。另一種使水溶液噴霧的有效方法是在石英毛細(xì)管與金屬毛細(xì)管之間增加一股能與水互溶的同軸溶劑流，使水溶液在噴霧之前得到稀釋。10.2.3 質(zhì)量分析器10.2.3.1 扇形磁場(chǎng)和靜電場(chǎng)一個(gè)質(zhì)量為m，電荷價(jià)態(tài)為z的離子

17、經(jīng)加速電壓v加速后，獲得動(dòng)能zev并以速度v 運(yùn)動(dòng)。忽略加速前的熱運(yùn)動(dòng)，則 （6）圖6 離子在扇形磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)其中，e是一個(gè)電子的電荷。將該離子垂直射入扇形磁場(chǎng)中，在洛倫茲力作用下作圓周運(yùn)動(dòng)，如圖6所示，所受到的向心力和離心力平衡。所以 （7）其中，B為磁場(chǎng)強(qiáng)度，r為離子的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑。合并上述兩式可得 （8）這表明，不同質(zhì)量的離子具有不同的軌跡半徑，質(zhì)量越大，其軌跡半徑也越大。這意味著磁場(chǎng)具有質(zhì)量色散能力，可單獨(dú)用作質(zhì)量分析器。若改變加速電壓V（對(duì)應(yīng)于離子動(dòng)能的變化），離子的運(yùn)動(dòng)半徑軌道也發(fā)生變化。磁場(chǎng)的這一能量色散力是單聚焦質(zhì)譜儀不能獲得高分辨的原因。當(dāng)儀器將離子的運(yùn)動(dòng)軌道半徑r固定后，（

18、8）式可改寫(xiě)為 （9）式中，k為一常數(shù)。這表明，離子的質(zhì)核比（m/z）與磁場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比，而與加速電壓成反比。若將加速電壓固定，掃描磁場(chǎng)則可檢出樣品分子生成的各種m/z值的離子。（9）式還表明，增加磁場(chǎng)強(qiáng)度使儀器的質(zhì)量范圍增大；降低加速電壓也能達(dá)到相同目的，但儀器靈敏度有所下降。將離子垂直射入由一對(duì)半徑分別為r1和r2的同軸扇形柱面電極組成的靜電場(chǎng)中，離子作半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng)，受到的電場(chǎng)力和離心力平衡。所以， (10)將離子的動(dòng)能代入上式得 （11）式中Er為離子運(yùn)動(dòng)軌跡上的電場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)此值一定時(shí)，加速電壓（對(duì)應(yīng)于離子的動(dòng)能）的改變將導(dǎo)致離子運(yùn)動(dòng)軌跡半徑的改變。因此，扇形靜電場(chǎng)是一個(gè)能量分

19、析器。在半徑為re的圓弧上，電場(chǎng)強(qiáng)度 （12）其中，E是靜電場(chǎng)的電壓。將上式代入式中，得 （13）扇形電極的半徑r1和r2是固定的。因此，在雙聚焦儀器中，靜電場(chǎng)電壓和加速電壓維持著一定的比例關(guān)系。扇形磁場(chǎng)具有質(zhì)量色散和能量色散，扇形靜電場(chǎng)具有能量色散。此外，它們都具有方向聚焦能力。將扇形磁場(chǎng)和電場(chǎng)串接，并安排適當(dāng)?shù)碾x子光學(xué)參數(shù)，則在某點(diǎn)可達(dá)到的方向和能量的雙聚焦，如圖7所示。1-離子源；2-加速區(qū)；3-狹縫；4-靜電分析器；5-磁場(chǎng)分析器；6-收集器圖7 逆置雙聚焦質(zhì)譜儀的離子光學(xué)磁場(chǎng)在電場(chǎng)之后的構(gòu)型是順置的幾何結(jié)構(gòu)；磁場(chǎng)在電場(chǎng)之前的構(gòu)型（逆置幾何結(jié)構(gòu)）是最重要的質(zhì)譜/質(zhì)譜串聯(lián)結(jié)構(gòu)之一。在圖7

20、所示的構(gòu)型中，離子源與磁場(chǎng)之間的區(qū)域是第一無(wú)場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)與電場(chǎng)之間為第二無(wú)場(chǎng)區(qū)，是最重要的無(wú)場(chǎng)區(qū)，其中可以設(shè)置各種碰撞室和電極，以觀察離子的碎裂反應(yīng)。10.2.3.2 四級(jí)桿質(zhì)量分析器四極分析器由四根平行電極組成。理想的電極截面是兩組對(duì)稱(chēng)的雙曲線(xiàn)，如圖8所示。在一對(duì)電極上加電壓U+Vcost，另一對(duì)上加電壓-(U+Vcost)，其中，U是直流電壓，Vcost是射頻電壓，由此形成一個(gè)四極場(chǎng)，其中任意一點(diǎn)上的電位圖8 四極質(zhì)量分析器 （14）當(dāng)質(zhì)荷比為m/e的離子沿z軸方向射入四極場(chǎng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方程為 （15） （16）令，=t/2，上述方程組可簡(jiǎn)化為 （17） （18）這是典型的Mathieu方程，

21、其解十分復(fù)雜，所代表的物理意義可由以a，q為坐標(biāo)的軸線(xiàn)表示。a，q值在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的離子產(chǎn)生穩(wěn)定振蕩，順利通過(guò)四極場(chǎng)到達(dá)檢測(cè)器；a，q值在非穩(wěn)定區(qū)的離子因產(chǎn)生不穩(wěn)定振蕩而被電極中和。對(duì)于一臺(tái)四極質(zhì)譜儀，其場(chǎng)半徑r0為確定值，也選為定值。若以a / q = U / V = 常數(shù)對(duì)V進(jìn)行掃描，可使一組不同質(zhì)量的離子先后進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)而被檢測(cè)。顯然，a / q值越大（掃描成的斜率越大），在掃描線(xiàn)上穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的質(zhì)量范圍越窄，儀器的分辨率越高。由此也可看出，四極質(zhì)量分析器實(shí)際上是一個(gè)質(zhì)量過(guò)濾器。10.2.3.3 飛行時(shí)間質(zhì)譜在離子源中產(chǎn)生的離子經(jīng)電壓V加速后獲得的速度為 （19）其中，ze是離子的電荷，m是其質(zhì)量

22、。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的漂移管到達(dá)檢測(cè)器，離子飛行需要的時(shí)間 （20）由式（19）和（20）可以看出，質(zhì)量越大的離子飛行速度越小，到達(dá)檢測(cè)器所需要的時(shí)間也越長(zhǎng)。兩個(gè)質(zhì)量分別為m1和m2的離子飛行時(shí)間之差 （21）儀器的質(zhì)量分辨率可近似地由時(shí)間表示，（22）由此可見(jiàn)，提高加速電壓，使離子的飛行時(shí)間縮短，儀器分辨率下降；而增加漂移管的長(zhǎng)度，是離子的飛行時(shí)間增加，儀器分辨率提高。飛行時(shí)間質(zhì)譜首先要考慮的問(wèn)題是如何使離子在被注入漂移區(qū)后既無(wú)空間發(fā)散又無(wú)能量發(fā)散。如果相同質(zhì)量的離子在不同時(shí)間離開(kāi)離子源或存在能量分散，分辨率將大為下降。解決這個(gè)問(wèn)題有兩種方法。兩級(jí)加速技術(shù)，如圖9所示，使離子在被加速到最終動(dòng)能之前

23、先被引出極A加速；在這個(gè)過(guò)程中，高柵極A較遠(yuǎn)的離子將比較近的離子獲得更多動(dòng)能（存在電位梯度），因此可以趕上后者。兩級(jí)加速可是空間發(fā)散和能量不均大為減小。1-脈沖電壓；2-燈絲；3-電離室；4-電子接受極；5-柵極；6-離子檢測(cè)器圖9兩級(jí)加速式飛行時(shí)間質(zhì)譜另一種方法是采用離子反射技術(shù)，使不同動(dòng)能的離子得到聚焦。在經(jīng)過(guò)漂移管后，離子進(jìn)入減速反射區(qū)；動(dòng)能較大的離子在該區(qū)中進(jìn)入較深（存在運(yùn)動(dòng)慣性），反射過(guò)來(lái)所需要的時(shí)間也稍長(zhǎng)，這使動(dòng)能較小的離子可以趕上。因此，經(jīng)過(guò)反射質(zhì)量相同而動(dòng)能略有不同的離子可以同時(shí)到達(dá)檢測(cè)器。10.2.3.4 離子阱質(zhì)量分析器離子阱檢測(cè)主要有兩種情況：一種是僅有RF外加電壓；另一

24、種是僅有DC外加電壓。在多數(shù)離子阱儀器中，應(yīng)用了僅有DC外加電壓和掃描電壓的方法。掃描電壓的增加可以依次將離子按質(zhì)荷比的大小推出穩(wěn)定區(qū)。被推出當(dāng)僅穩(wěn)定區(qū)的離子由放置在離子阱后方的檢出器接受。當(dāng)僅有RF外加電壓，不存在直流項(xiàng)時(shí)，ar和az為零。另外，徑向上的強(qiáng)迫振蕩wr不如軸向上的wz容易實(shí)現(xiàn)共振，在此不加以論述。如果僅考慮軸向上的強(qiáng)迫振蕩，有近似式 （23a）或 （23b）離子振蕩的半徑R為 （24）式中，u為離子振蕩的圓周速度，可以分解為軸向速度uz和徑向速度ur。在熱平衡時(shí)，圓周速度的大小由離子的熱運(yùn)動(dòng)決定，因此，通常離子阱中離子受迫運(yùn)動(dòng)的半徑受到離子熱運(yùn)動(dòng)的限制，R值很小，與離子阱尺寸有

25、幾個(gè)數(shù)量級(jí)的差異，幾乎不會(huì)再離子阱電極上得到信號(hào)。由于離子阱的捕獲離子空間主要集中在離子阱中央，離子主要在中央?yún)^(qū)域運(yùn)動(dòng)，離子阱其它部分空間電勢(shì)隨雙曲線(xiàn)增加，限制了離子的逃逸。在無(wú)直流項(xiàng)外外電壓時(shí)，穩(wěn)定振蕩的阱的深度為 （25a） （25b）不難計(jì)算阱深的數(shù)量級(jí)在離中心10V左右的區(qū)域，要精確測(cè)量離子受迫振蕩頻率wz，其振蕩半徑R必須加大以致在電極上可以測(cè)到足夠的離子信號(hào)。實(shí)現(xiàn)給定質(zhì)量數(shù)離子的共振是一種有效的方法。在端電壓上加上共振頻率為wz的激發(fā)電壓，并滿(mǎn)足關(guān)系式(23b)，該離子在電場(chǎng)吸收共振頻率的能量為E(E與共振電壓持續(xù)時(shí)間有關(guān))。10.2.3.5 傅里葉變換-離子阱回旋共振質(zhì)譜儀傅里葉

26、變換-離子回旋共振質(zhì)譜是現(xiàn)代分析科學(xué)領(lǐng)域中十分重要的一類(lèi)儀器，它是根據(jù)離子在磁場(chǎng)中會(huì)進(jìn)行回旋運(yùn)動(dòng)的特色設(shè)計(jì)的。目前全球也只有Bruker、IonSpec等公司此類(lèi)儀器。當(dāng)離子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)受到洛侖磁力的作用，因此會(huì)在垂直于磁場(chǎng)的平面做環(huán)形運(yùn)動(dòng)，當(dāng)離子在一定的軌跡上做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其受到的洛侖磁力Flor和向心力Fcen是一對(duì)平衡力，即 因此 所以而，由此得出 （26）因?yàn)楣视?（27）從式(27)可以看出離子回旋運(yùn)動(dòng)的頻率是和離子的質(zhì)荷比有關(guān)的函數(shù)，由此，測(cè)定出離子回旋運(yùn)動(dòng)的頻率就可以確定離子的質(zhì)荷比。在這類(lèi)儀器中關(guān)鍵的部分是超導(dǎo)磁場(chǎng)和離子俘獲池(也就是離子進(jìn)行回旋運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)所)。此類(lèi)商品化儀器中

27、的超導(dǎo)磁場(chǎng)的強(qiáng)度一般是310T不等。傅里葉變換-離子回旋共振質(zhì)譜突出的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量分辨率很高，R = ，增加磁場(chǎng)的強(qiáng)度和延續(xù)離子運(yùn)動(dòng)的壽命可以顯著提高分辨率。表1所示為不同質(zhì)荷比下的分辨率水平。表1 不同質(zhì)荷比下分辨率水平離子m/z分辨率Ar40200 000 000PEG3200200 000PPG600050 000(CsI)xCs10 00050 000傅里葉變換-離子阱共振回旋質(zhì)譜儀可以和多種離子源結(jié)合使用，如電子轟擊、場(chǎng)致電離、離子轟擊、快原子轟擊、基質(zhì)輔助激光離解源、電噴霧、熱噴霧等。和電噴霧離子源結(jié)合使用時(shí)，利用電噴霧電離使分析物帶多電荷的特性可以檢測(cè)幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)道爾頓的大分子

28、。由于此類(lèi)儀器具有離子俘獲的功能，所以也很容易實(shí)現(xiàn)多級(jí)質(zhì)譜檢測(cè)。傅里葉變換-離子回旋共振質(zhì)譜儀的優(yōu)點(diǎn)有以下5條。(1) 高分辨率，大約106，而且子離子的分辨率不比母離子差，甚至還略好些。(2) 檢測(cè)的靈敏度不隨分辨率和質(zhì)荷比的改變而不同。(3) 質(zhì)量檢測(cè)精度高，在經(jīng)常進(jìn)行質(zhì)量校正的情況下，質(zhì)量的檢測(cè)誤差小于210-6，而不進(jìn)行質(zhì)量校正也可以使檢測(cè)的誤差小于110-4。(4) 正離子和負(fù)離子的檢測(cè)都十分簡(jiǎn)易。(5) 比較適合進(jìn)行MSn的檢測(cè)。但傅里葉變換-離子回旋共振質(zhì)譜儀也有一些缺陷。比如，由于維護(hù)超導(dǎo)磁場(chǎng)必須使用大量的液氦，費(fèi)用較高；離子運(yùn)動(dòng)的模式還沒(méi)有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型加以描述。10.2.4

29、 離子檢測(cè)器和記錄器作為離子檢測(cè)器的電子倍增器種類(lèi)很多，但基本工作原理相同。一定能量的離子打到電極的表面，產(chǎn)生二次電子，二次電子又受到多極倍增放大，然后輸出到放大器，放大后的信號(hào)供記錄器記錄。電子倍增器常有1020級(jí)，電流放大倍數(shù)為105108倍。電子通過(guò)電子倍增器時(shí)間很短，利用電子倍增器可實(shí)現(xiàn)高靈敏度和快速測(cè)定。質(zhì)譜儀常用的記錄器是紫外線(xiàn)記錄器。紫外線(xiàn)由高壓水銀燈發(fā)生，照射到振子（檢流計(jì)）反射鏡上，當(dāng)放大后的離子流信號(hào)加到振子的動(dòng)圈上時(shí)，振子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角與信號(hào)幅值成比例，因此，由振子反射鏡反射的光線(xiàn)，表示了不同m/z離子流的強(qiáng)度。反射的紫外線(xiàn)通過(guò)透鏡作用到轉(zhuǎn)動(dòng)的紫外感光記錄紙上，即得到質(zhì)

30、譜圖。10.2.5 質(zhì)譜儀的主要性能指標(biāo)10.2.5.1 分辨率（resolution power） 分辨率表示儀器分開(kāi)兩個(gè)相鄰質(zhì)量的能力，通常用R=M/M表示。M/M是指儀器記錄質(zhì)量分別為M與M+M的譜線(xiàn)時(shí)能夠辯認(rèn)出質(zhì)量差M的最小值。在實(shí)際測(cè)量中并不一定要求兩個(gè)峰完全分開(kāi)，一般規(guī)定強(qiáng)度相近的相鄰兩峰間谷高小于兩峰高的10%作為基本分開(kāi)的標(biāo)志（見(jiàn)圖10），這時(shí)分辨率用R10%表示。例 CO和N2所形成的離子，其質(zhì)荷比分別為27.9949（M）及28.0061（M+M），若某儀器剛能基本分開(kāi)這兩種離子則該儀器的分辨率為：圖10 分辨率10.2.5.2 質(zhì)量范圍 質(zhì)譜儀的質(zhì)量范圍是指儀器所能測(cè)量的

31、離子質(zhì)荷比范圍。如果離子只帶一個(gè)電荷，可測(cè)的質(zhì)荷比范圍實(shí)際上就是可測(cè)的分子量或原子量范圍，有機(jī)質(zhì)譜儀的質(zhì)量范圍一般從幾十到幾千。10.2.5.3 靈敏度 有機(jī)質(zhì)譜儀常采用絕對(duì)靈敏度，它表示對(duì)于一個(gè)樣品在一定分辨率情況下，產(chǎn)生具有一定信噪比的分子離子峰所需要的樣品量。10.2.6 質(zhì)譜數(shù)據(jù)的表示質(zhì)譜的表示方式很多，除用紫外記錄器記錄的原始質(zhì)譜圖外，常見(jiàn)的是經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后的棒圖及質(zhì)譜表。其他尚有八峰值及元素表（高分辨質(zhì)譜）等表示方式。（1）棒圖中，橫座標(biāo)表示質(zhì)荷比（m/z），其數(shù)值一般由定標(biāo)器或內(nèi)參比物定出來(lái)?？v座標(biāo)表示離子豐度（ion abundance）即離子數(shù)目的多少。表示離子豐度的方法有

32、兩種，即相對(duì)豐度和絕對(duì)豐度。相對(duì)豐度（retalive abundance），又稱(chēng)相對(duì)強(qiáng)度，是以質(zhì)譜中最強(qiáng)峰的高度定為100%，并將此峰稱(chēng)為基峰（base peak）。然后，以此最強(qiáng)峰去除其他各峰的高度，所得的分峰即為其他離子的相對(duì)豐度。百分強(qiáng)度：所有峰的強(qiáng)度之各為100，每個(gè)離子所占的份額即為其百分強(qiáng)度，百分強(qiáng)度= (Ii/SIi)100%，其中Ii為第i個(gè)離子的強(qiáng)度。（2）質(zhì)譜表 把原始質(zhì)譜圖數(shù)據(jù)加以歸納，列成以質(zhì)荷比為序的表格形式。（3）八峰值 由化合物質(zhì)譜表中選出八個(gè)相對(duì)強(qiáng)峰，以相對(duì)峰強(qiáng)為序編成八峰值，作為該化合物的質(zhì)譜特征，用于定性鑒別。未知物，可利用八峰值查找八峰值索引（eight

33、 peak index of mass spectra）定性。用八峰值定性時(shí)應(yīng)注意，由于質(zhì)譜受實(shí)驗(yàn)條件影響較大，同一化合物質(zhì)譜八峰值可能含有明顯差異。（4）元素表（element list）高分辨質(zhì)譜儀可測(cè)得分子離子及其它各離子的精密質(zhì)量，經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算、對(duì)比，可給出分子式及其他各種離子的可能化學(xué)組成。質(zhì)譜表中，具有這些內(nèi)容時(shí)稱(chēng)為元素表。10.3 串聯(lián)質(zhì)譜及聯(lián)用技術(shù)10.3.1 串聯(lián)質(zhì)譜兩個(gè)或更多的質(zhì)譜連接在一起，稱(chēng)為串聯(lián)質(zhì)譜。最簡(jiǎn)單的串聯(lián)質(zhì)譜（MS/MS）由兩個(gè)質(zhì)譜串聯(lián)而成，其中第一個(gè)質(zhì)量分析器（MS1）將離子預(yù)分離或加能量修飾，由第二級(jí)質(zhì)量分析器（MS2）分析結(jié)果。最常見(jiàn)的串聯(lián)質(zhì)譜為三級(jí)四極

34、桿串聯(lián)質(zhì)譜。第一級(jí)和第三級(jí)四極桿分析器分別為MS1和MS2，第二級(jí)四極桿分析器所起作用是將從MS1得到的各個(gè)峰進(jìn)行轟擊，實(shí)現(xiàn)母離子碎裂后進(jìn)入MS2再行分析?，F(xiàn)在出現(xiàn)了多種質(zhì)量分析器組成的串聯(lián)質(zhì)譜，如四極桿-飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜（Q-TOF）和飛行時(shí)間-飛行時(shí)間（TOF-TOF）串聯(lián)質(zhì)譜等，大大擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。離子阱和傅里葉變換分析器可在不同時(shí)間順序?qū)崿F(xiàn)時(shí)間序列多級(jí)質(zhì)譜掃描功能。 MS/MS最基本的功能包括能說(shuō)明MS1中的母離子和MS2中的子離子間的聯(lián)系。根據(jù)MS1和MS2的掃描模式，如子離子掃描、母離子掃描和中性碎片丟失掃描，可以查明不同質(zhì)量數(shù)離子間的關(guān)系。母離子的碎裂可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：碰撞誘

35、導(dǎo)解離，表面誘導(dǎo)解離和激光誘導(dǎo)解離。不用激發(fā)即可解離則稱(chēng)為亞穩(wěn)態(tài)分解。 MS/MS在混合物分析中有很多優(yōu)勢(shì)。在質(zhì)譜與氣相色譜或液相色譜聯(lián)用時(shí)，即使色譜未能將物質(zhì)完全分離，也可以進(jìn)行鑒定。MS/MS可從樣品中選擇母離子進(jìn)行分析，而不受其他物質(zhì)干擾。 MS/MS在藥物領(lǐng)域有很多應(yīng)用。子離子掃描可獲得藥物主要成分，雜質(zhì)和其他物質(zhì)的母離子的定性信息，有助于未知物的鑒別，也可用于肽和蛋白質(zhì)氨基酸序列的鑒別。 在藥物代謝動(dòng)力學(xué)研究中，對(duì)生物復(fù)雜基質(zhì)中低濃度樣品進(jìn)行定量分析，可用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式（multiple reaction monitoring，MRM）消除干擾。如分析藥物中某特定離子，而來(lái)自基質(zhì)中其

36、他化合物的信號(hào)可能會(huì)掩蓋檢測(cè)信號(hào)，用MS1/MS2對(duì)特定離子的碎片進(jìn)行選擇監(jiān)測(cè)可以消除干擾。MRM也可同時(shí)定量分析多個(gè)化合物。在藥物代謝研究中，為發(fā)現(xiàn)與代謝前物質(zhì)具有相同結(jié)構(gòu)特征的分子，使用中性碎片丟失掃描能找到所有丟失同種功能團(tuán)的離子，如羧酸丟失中性二氧化碳。如果丟失的碎片是離子形式，則母離子掃描能找到所有丟失這種碎片的離子。10.3.2 聯(lián)用技術(shù) 色譜可作為質(zhì)譜的樣品導(dǎo)入裝置，并對(duì)樣品進(jìn)行初步分離純化，因此色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可對(duì)復(fù)雜體系進(jìn)行分離分析。因?yàn)樯V可得到化合物的保留時(shí)間，質(zhì)譜可給出化合物的分子量和結(jié)構(gòu)信息，故對(duì)復(fù)雜體系或混合物中化合物的鑒別和測(cè)定非常有效。在這些聯(lián)用技術(shù)中，芯片/

37、質(zhì)譜聯(lián)用（Chip/MS）顯示了良好前景，但目前尚不成熟，而氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用和液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用等已經(jīng)廣泛用于藥物分析。 （1） 氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用（GC/MS） 氣相色譜的流出物已經(jīng)是氣相狀態(tài)，可直接導(dǎo)入質(zhì)譜。由于氣相色譜與質(zhì)譜的工作壓力相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，開(kāi)始聯(lián)用時(shí)在它們之間使用了各種氣體分離器以解決工作壓力的差異。隨著毛細(xì)管氣相色譜的應(yīng)用和高速真空泵的使用，現(xiàn)在氣相色譜流出物已可直接導(dǎo)入質(zhì)譜。 （2） 液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（HPLC/MS） 液相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用的接口前已論及，主要用于分析GC/MS不能分析，或熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)極性和高分子量的物質(zhì)，如生物樣品（藥物與其代謝產(chǎn)物）和生物大分子（肽、蛋白、

38、核酸和多糖）。 （3） 毛細(xì)管電泳/質(zhì)譜聯(lián)用（CE/MS）和芯片/質(zhì)譜聯(lián)用（Chip/MS） 毛細(xì)管電泳（CE）適用于分離分析極微量樣品（nl體積）和特定用途（如手性對(duì)映體分離等）。CE流出物可直接導(dǎo)入質(zhì)譜，或加入輔助流動(dòng)相以達(dá)到和質(zhì)譜儀相匹配。微流控芯片技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展迅速，可實(shí)現(xiàn)分離、過(guò)濾、衍生等多種實(shí)驗(yàn)室技術(shù)于一塊芯片上的微型化技術(shù)，具有高通量、微型化等優(yōu)點(diǎn)，目前也已實(shí)現(xiàn)芯片和質(zhì)譜聯(lián)用，但尚未商品化。 （4） 超臨界流體色譜/質(zhì)譜聯(lián)用（SFC/MS） 常用超臨界流體二氧化碳作流動(dòng)相的SFC適用于小極性和中等極性物質(zhì)的分離分析，通過(guò)色譜柱和離子源之間的分離器可實(shí)現(xiàn)SFC和MS聯(lián)用。 （5）

39、 等離子體發(fā)射光譜/質(zhì)譜聯(lián)用（ICP/MS） 由ICP作為離子源和MS實(shí)現(xiàn)聯(lián)用，主要用于元素分析和元素形態(tài)分析。10.3 質(zhì)譜法測(cè)定分子結(jié)構(gòu)原理10.3.1 有機(jī)質(zhì)譜測(cè)定有機(jī)質(zhì)譜提供的分子結(jié)構(gòu)信息主要包括三個(gè)方面：1、分子量；2、元素組成；3、由質(zhì)譜裂解碎片檢測(cè)官能團(tuán)，辨認(rèn)化合物類(lèi)型，推導(dǎo)碳骨架?，F(xiàn)分別敘述于下。必須注意，雖然質(zhì)譜能提供結(jié)構(gòu)信息，有時(shí)甚至是主要的關(guān)鍵信息，但是單憑質(zhì)譜數(shù)據(jù)來(lái)確定一個(gè)有機(jī)分子式很少見(jiàn)的。推導(dǎo)結(jié)構(gòu)時(shí)，往往須綜合運(yùn)用其它波譜數(shù)據(jù)，特別是核磁共振譜，此外如紅外光譜的X光單晶衍射數(shù)據(jù)等。若樣品是已知化合物，則根據(jù)EI質(zhì)譜圖，運(yùn)用電腦質(zhì)譜圖庫(kù)中檢索(確定譜圖庫(kù)中已有該化合物

40、譜圖)，對(duì)照相應(yīng)譜圖可鑒定該化合物。10.3.1.1 分子量的測(cè)定用EI質(zhì)譜法研究過(guò)的有機(jī)化合物中，幾乎有75%可以直接由譜圖上讀出其分子量。若樣品化合物所產(chǎn)生的分子離子足夠穩(wěn)定，能正常達(dá)到檢測(cè)器，則只要讀出質(zhì)譜圖中分子離子峰的質(zhì)量即其分子量。不過(guò)由于下列幾個(gè)原因，使確認(rèn)分子離子峰會(huì)遇到困難：(1) 分子離子不夠穩(wěn)定，在質(zhì)譜上不出現(xiàn)分子離子峰。各類(lèi)化合物EI質(zhì)譜中M+穩(wěn)定性次序大致為：芳香環(huán)(包括芳香環(huán)雜環(huán)) 脂環(huán)硫醚、硫酮共軛烯直鏈烷烴酰胺酮醛胺脂醚羧酸支鏈烴腈伯醇仲醇叔醇縮醛胺、醇等化合物的EI質(zhì)譜中往往見(jiàn)不到分子離子峰。所以在測(cè)EI譜之后，最好能再測(cè)軟電離質(zhì)譜，以確定分子量。(2) 有時(shí)

41、在質(zhì)譜中不形成分子離子而產(chǎn)生加合離子，如在CI譜和FAB譜中形成(M+1)+的準(zhǔn)分子離子（quasimolecular ion），這樣，所測(cè)質(zhì)量數(shù)減去1才是樣品的分子量。在負(fù)離子質(zhì)譜圖（如負(fù)離子FAB質(zhì)譜圖）中會(huì)出現(xiàn)(M-1)+準(zhǔn)分子離子，則測(cè)出的質(zhì)量數(shù)加1才是分子量。在測(cè)EI質(zhì)譜時(shí)，若采用NH3作反應(yīng)氣，則可能出現(xiàn)(M+NH3)+加合離子；在FAB質(zhì)譜中有時(shí)可能出現(xiàn)金屬加合離子，如(M+Na)+ 等。(3) 質(zhì)譜中有時(shí)出現(xiàn)多電荷離子，尤其是ESI譜中更是如此。遇到這種情況，實(shí)際分子量應(yīng)該是質(zhì)譜表觀分子量的n倍，n為電荷數(shù)。要判斷質(zhì)譜中高質(zhì)量區(qū)的離子峰是否是分子離子峰可根據(jù)下列幾點(diǎn)來(lái)考慮：(1

42、) 看是否符合氮素規(guī)則 有機(jī)化合物主要由C，H，O，N，F(xiàn)，Cl，Br，I，S等元素組成。凡不含氮原子或含偶數(shù)個(gè)氮原子的分子，其分子量必為偶數(shù)(以最豐同位素原子質(zhì)量數(shù)計(jì)算)；而含奇數(shù)個(gè)氮原子的分子，其分子量必為奇數(shù)。這就是氮素規(guī)則。改規(guī)則對(duì)于判斷分子離子很有用。對(duì)這個(gè)規(guī)則的解釋是：C，O，S等元素的最豐同位素質(zhì)量數(shù)及化合物均為偶數(shù)，而H及鹵素?zé)粼拥膬r(jià)卻為奇數(shù)(3或5)。由C，H，O，S，鹵素?zé)粼咏M成的分子或含有偶數(shù)個(gè)或不含N原子的分子，其H和鹵素原子總數(shù)必為偶數(shù)，所以它的分子量也必為偶數(shù)，而含奇數(shù)個(gè)N原子的分子，其H和鹵素原子數(shù)之和必為奇數(shù)，所以分子量也必為奇數(shù)。(2) 看丟失是否合理 分

43、子峰的質(zhì)量數(shù)與其相鄰的次一個(gè)峰質(zhì)量數(shù)之差m是丟失碎片的質(zhì)量。如m=15為丟失甲基的峰(M-CH3) +，m=17為丟失羥基的峰(M-OH) +，m=18為丟失水分子的峰，m=30為丟失CH2O或NO的峰(M-CH2O) +或(M-NO) +等，這些丟失都是合理的。表2中列出了質(zhì)譜中從分子“一般丟失”的數(shù)據(jù)。表2 從分子離子丟失的中性裂片離子中性裂片可能的推斷M-1M-2HH2醛（某些酯和胺）M-14M-15M-16M-16M-16M-17M-17M-18M-19M-20CH3CH3+HONH2OHNH3H2O，NH4FHF 同系物 高度分支的碳鏈，在分支處甲基裂解，醛，酮，酯高度分支的碳鏈，在

44、分支處裂解硝基物、亞砜、吡啶N-氧化物、環(huán)氧、醌等ArSO2NH2，CONH2醇R+OH，羧酸RCO+OH醇、醛、酮、胺等氟化物M-26M-26M-27M-27M-28M-28M-29M-29C2H2 COCH2CHHCN CO，N2 C2H4 C2H5 CHO芳烴腈酯、R2CHOH氮雜環(huán)醌、甲酸酯等芳香乙醚乙酯，正丙基酮，環(huán)烷烴、烯烴高度分支的碳鏈，在分支處乙基裂解；環(huán)烷烴醛續(xù)表離子中性裂片可能的推斷M-30M-30M-30 M-30M-31M-31M-31M-32M-32M-33M-33M-33M-34C2H6CH2ONONH2CH2OCH3 CH2OH CH3NH2 CH3OH S H2

45、O+CH3 CH2F HS H2S高度分支的碳鏈，在分支處裂解芳香甲醚Ar-NO2伯胺類(lèi)甲酯，甲醚 醇 胺 甲酯 氟化物 硫醇 硫醇 M-35 M-36 M-37 M-39 M-40 Cl HCl H2Cl C3H3 C3H4 氯化物(注意37Cl同位素峰) 氯化物 氯化物 丙烯酯 芳香化合物 M-41 M-42M-42M-43M-43M-43M-44M-44M-44M-44M-45M-45M-46M-46M-47M-48M-49 C3H5 C3H6 CH2CO C3H3NHCO CH3CO CO2 C3H8 CONH2 CH2CHOH CO2H C2H5O C2H5OH NO2 C2H4F

46、SO CH2Cl 烯烴(烯丙基裂解)，丙基酯，醇 丁基酮，芳香醚，正丁基芳烴，烯，丁基烷烴 甲基酮，芳香乙酸酯，ArNHCOCH3高度分支碳鏈分支處有丙基，丙基酮，醛，酯，正丁基芳烴環(huán)胺脂 甲基酮 酯(碳架重排) 高度分支的碳鏈 酰胺 醛 羧酸 乙基醚，乙基酯 乙酯 Ar-NO2 氟化物 芳香亞砜 氯化物(注意37Cl同位素峰) M-53 M-55 M-56 M-57 M-57M-58 M-59 C4H5 C4H7C4H8 C4H9 C2H5CO C4H10 C3H7O丁烯酯丁酯，烯Ar-n-C5H11，ArO-n-CH11，Ar-O-i-C4H9戊基酮，戊酯 丁基酮，高度分支碳鏈 乙基酮高度

47、分支碳鏈丙基醚，丙基酯續(xù)表M-59M-60M-63M-67 M-69 COOCH3 CH3COOHC2H4ClC5H7 C5H9R+COOCH3乙酸酯氯化物戊烯酯酯，烯 M-71 M-72 M-73 M-74 M-77 M-79 C5H11 C5H12 COOC2H5 C3H6O2 C6H5 Br高度分支碳鏈，醛，酮，酯高度分支碳鏈酯一元羧酸甲酯芳香化合物溴化物(注意81Br同位素峰) M-127 I碘化物若m=14則為丟失一個(gè)氮原子或亞甲基。從分子中丟失一個(gè)氮原子，需要斷裂三根鍵，丟失一個(gè)亞甲基要斷裂兩根鍵，從能量上看，顯然是不合理的。這些情況在質(zhì)譜中幾乎沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)過(guò)。此外，在只含有C，H，

48、O，N，鹵素的化合物中，丟失513u實(shí)際上也是不可能的。因?yàn)橐獊G失許多氫原子(或氫分子)需要很高的能量，丟失35個(gè)氫的概率是很小的。例如二峰的m=3時(shí)，則表示是分子量應(yīng)該比該最高峰15，比次大峰高18，很可能是由于一個(gè)支鏈醇分子丟失一個(gè)甲基和丟失一個(gè)水分子所形成的兩個(gè)峰，這兩個(gè)峰質(zhì)量差剛好為3，而真正的分子離子峰在質(zhì)譜中并未出現(xiàn)。(3) 注意加合離子峰 某些化合物(如醚、酯、胺、酰胺、腈、氨基酸酯和胺醇等)的EI質(zhì)譜上分子離子峰往往很弱，或者基本上不出現(xiàn)，而(M+H)+峰卻相當(dāng)明顯。在CI譜或FAB譜中經(jīng)常出現(xiàn)的是(M+H)+準(zhǔn)分子離子。在FAB質(zhì)譜中金屬離子 與有機(jī)物結(jié)合所形成的加合離子往往

49、有較強(qiáng)的豐度，可用來(lái)判斷分子離子。最常用的金屬離子是堿金屬離子，如K+，Na+和Li+。若在樣品中同時(shí)混入NaCl和LiCl，會(huì)產(chǎn)生一對(duì)(M+Na)+和(M+Li)+加合離子，m=16，這種質(zhì)量差很獨(dú)特，有利于辨認(rèn)這一對(duì)準(zhǔn)分子離子而確定試樣分子量。有趣的是：在FAB質(zhì)譜中，只有分子離子形成這種堿金屬加合離子，碎片離子不形成這種加合離子。如皂苷的FAB質(zhì)譜即如此。因此，在混合皂苷樣品中加入NaCl和LiCl，則譜圖中相應(yīng)于每一種皂苷出現(xiàn)一對(duì)對(duì)(M+Na)+和(M+Li)+峰，因此，混合物苷毋需經(jīng)過(guò)事先分離即可由質(zhì)譜中出現(xiàn)的各個(gè)這樣的相應(yīng)離子峰對(duì)測(cè)出各皂苷分子量。糖苷的負(fù)離子FAB質(zhì)譜出現(xiàn)(M-H

50、)-準(zhǔn)分子離子的豐度比相應(yīng)正離子FAB譜出現(xiàn)的(M+H)+準(zhǔn)分子離子豐度要強(qiáng)，易于辨認(rèn)。10.3.1.2 元素組成的確定過(guò)去運(yùn)用質(zhì)譜測(cè)定化合物元素的組成，即它的分子式或?qū)嶒?yàn)式，是用同位素峰(M+1)+和(M+2)+的相對(duì)豐度比法。目前已少用這種方法，因?yàn)橥凰胤逡话愫苋鹾茈y精確量出其豐度值。目前主要用高分辨質(zhì)譜法。用高分辨質(zhì)譜儀測(cè)定有機(jī)化合物元素組成是基于這樣的事實(shí)：當(dāng)以12C=12.000000為基準(zhǔn)，各元素原子質(zhì)量嚴(yán)格來(lái)說(shuō)不是整數(shù)。例如，根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，氫原子H的精確質(zhì)量數(shù)不是剛好為1個(gè)原子質(zhì)量單位(u), 而是1.007823，氧原子O 的精確質(zhì)量也不是整數(shù)16，而是15.994914。這

51、種非整數(shù)是由于每個(gè)原子的“核斂集率”(nuclear packing fraction)所引起的。用高分辨質(zhì)譜儀可測(cè)得小數(shù)點(diǎn)后46位數(shù)字，實(shí)驗(yàn)誤差為0.006的精確數(shù)值。符合這一精確數(shù)值的可能分子數(shù)目大為減少，若再配合其他信息，遂可確定試樣的化合物的元素組成。有人將CHON各種組合結(jié)構(gòu)的分子式的精確質(zhì)量數(shù)排列成表(J. H. Beyon, A. E. Williams, mass and abundance table for use in mass spectrometry(質(zhì)譜用質(zhì)量與豐度表)，Elsevier, Amsterdam, 1963)。將實(shí)測(cè)精確分子峰與該數(shù)據(jù)表核對(duì)，即可方便的推定分子式，茲舉例說(shuō)明如下：例：用高分辨質(zhì)譜測(cè)得試樣分子離子峰的質(zhì)量數(shù)為150.1045。這個(gè)化合物的紅外光譜上出現(xiàn)明顯的羰基吸收峰（1730cm-1），求它的分子式。解：如果質(zhì)譜測(cè)得試樣分子離子峰的質(zhì)量數(shù)的誤差是0.006，小數(shù)部分的波動(dòng)范圍將是0.09850.1105。查上述質(zhì)譜用質(zhì)量與豐度表中，質(zhì)量數(shù)為150，小數(shù)部分在這個(gè)范圍的式子有下列4個(gè)：分子式 分子量C3H12N5O2 150.099093C5H14N2O3 159.100