基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課件質(zhì)譜法(MS)

2023/2/61質(zhì)譜法(MS）()2023/2/62§1概述

2023/2/63

氣態(tài)分子受一定能量的電子流轟擊后，失去一個外層價電子而成為帶正電的離子。在電場和磁場的作用下，這些陽離子按照質(zhì)子質(zhì)量大小(質(zhì)荷比M／Z)依次排列而成的譜圖被記錄下來，稱為質(zhì)譜圖（亦稱質(zhì)譜，MassSpectrum）。2023/2/64

根據(jù)質(zhì)譜圖提供的信息可以進行多種有機物及無機物的定性和定量分析、復(fù)雜化合物的結(jié)構(gòu)分析、樣品中各種同位素比的測定及固體表面的結(jié)構(gòu)和組成分析等。

從20世紀(jì)60年代開始，質(zhì)譜法更加普遍地應(yīng)用到有機化學(xué)和生物化學(xué)領(lǐng)域。化學(xué)家們認(rèn)識到由于質(zhì)譜法的獨特的電離過程及分離方式，從中獲得的信息是具有化學(xué)本性，直接與其結(jié)構(gòu)相關(guān)的，可以用它來闡明各種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。正是由于這些因素，質(zhì)譜儀成為多數(shù)研究室及分析實驗室的標(biāo)準(zhǔn)儀器之一。

2023/2/65

§2基本原理()2023/2/66

通過電離源將進樣系統(tǒng)引入的氣態(tài)樣品分子轉(zhuǎn)化成離子。由于離子化所需要的能量隨分子不同差異很大，因此，對于不同的分子應(yīng)選擇不同的離解方法。通常稱能給樣品較大能量的電離方法為硬電離方法，而給樣品較小能量的電離方法為軟電離方法，后一種方法適用于易破裂或易電離的樣品。

離子源是質(zhì)譜儀的心臟，可以將離子源看作是比較高級的反應(yīng)器，其中樣品發(fā)生一系列的特征降解反應(yīng)，分解作用在很短時間（～1μs）內(nèi)發(fā)生，所以可以快速獲得質(zhì)譜。許多方法可以將氣態(tài)分子變成離子，它們已被應(yīng)用到質(zhì)譜法研究中，表1列出了各種離子源的基本特征。一、離子的產(chǎn)生2023/2/672023/2/68（一）電子轟擊

電子轟擊法是通用的電離法，是使用高能電子束從試樣分子中撞出一個電子而產(chǎn)生正離子，即

M＋e→M+＋2e

式中M為待測分子，M+為分子離子或母體離子。電子束產(chǎn)生各種能態(tài)的M+。若產(chǎn)生的分子離子帶有較大的內(nèi)能（轉(zhuǎn)動能、振動能和電子躍遷能），可以通過碎裂反應(yīng)而消去，如

M+1→M+3M+

……M+2→M+4

式中M+1，M+2…為較低質(zhì)量的離子2023/2/692023/2/610

ABCD+e→

ABCD++2e(分子離子)→

A++.BCD或.A+ABCD+ABCD+.→

AB++.CD或.AB+CD+

→

ABC++.D或.ABC+CD+AB+→

A+或

B+(正碎片離子)ABCD+.→

AD++.BC或.AD+BC+(重排)2023/2/611（2）化學(xué)電離在質(zhì)譜中可以獲得樣品的重要信息之一是其相對分子質(zhì)量。但經(jīng)電子轟擊產(chǎn)生的M+峰，往往不存在或其強度很低。必須采用比較溫和的電離方法，其中之一就是化學(xué)電離法。化學(xué)電離法是通過離子一分子反應(yīng)來進行，而不是用強電子束進行電離。離子（為區(qū)別于其他離子，稱為試劑離子）與試樣分子按下列方式進行反應(yīng)，轉(zhuǎn)移一個質(zhì)子給試樣或由試樣移去一個H+或電子，試樣則變成帶+l電荷的離子。化學(xué)電離源一般在1.3×102～1.3×103Pa壓強下工作（現(xiàn)已發(fā)展出大氣壓下化學(xué)電離技術(shù)），其中充滿CH4，首先用高能電子進行電離產(chǎn)生CH5+和C2H5+，即2023/2/612

CH4

＋e→CH4+·＋2eCH4+·→CH3++H·CH4+和CH3+很快與大量存在的CH4分子起反應(yīng)，即

CH4+·＋CH4→CH5+＋CH3·CH3+＋CH4→C2H5+＋H2CH5+和C2H5+不與中性甲烷進一步反應(yīng)，一旦小量樣品（試樣與甲烷之比為1:1000）導(dǎo)入離子源，試樣分子（SH）發(fā)生下列反應(yīng)：

CH5+＋SH→SH2+＋CH4C2H5+＋SH→S+

＋C2H6。

SH2+和S+然后可能碎裂，產(chǎn)生質(zhì)譜。由(<M十H)或(M-H)離子很容易測得其相對分子質(zhì)量.

化學(xué)電離法可以大大簡化質(zhì)譜，若采用酸性比CH5+更弱的C4H9+（由異丁烷）、NH4+（由氨）、H30+（由水）的試劑離子則可更進一步簡化。2023/2/613（3）場致電離

應(yīng)用強電場可以誘發(fā)樣品電離。場電離源由電壓梯度約為107～108V·cm-1的兩個尖細(xì)電極組成。在距離很近的陰極和陽極之間，施加高電壓(10~20kV)時，陽極的尖端附近產(chǎn)生強磁場，利用這個強磁場可將接近尖端的氣態(tài)樣品分子中的電子拉走，形成正離子。電離后被陽極排斥出離子室并加速經(jīng)過狹縫進人質(zhì)量分析器。陽極前端必須非常尖銳才能達(dá)到電離所要求的電壓梯度，通常采用經(jīng)過特殊處理的電極，在電極表面制造出一些微碳針（＜1μm），大量的微碳針電極稱為多尖陳列電極，在這種電極上的電離效率比普通電極高幾個數(shù)量級。場離子化是一種溫和的技術(shù)，產(chǎn)生的碎片很少。碎片通常是由熱分解或電極附近的分子一離子碰撞反應(yīng)產(chǎn)生的，主要為分子離子和（M＋l）離子。結(jié)構(gòu)分析中，往往最好同時獲得場離子化源或化學(xué)離解源產(chǎn)生的質(zhì)譜圖和用電子轟擊源的質(zhì)譜圖，而獲得相對分子質(zhì)量及分子結(jié)構(gòu)的信息。2023/2/614

(4)場致解吸(FD)

場致解吸是通過浸漬或注射被測樣品在場致電離源的陽極表面形成一層液膜而進行的場致電離。該方法能用于電離不揮發(fā)或熱不穩(wěn)定的化合物。其缺點是所得到的總離子流比其它電離方法較低。

(5)快原子轟擊(FAB)

快原子轟擊是用2~10eV氬快原子轟擊聚集態(tài)樣品對濺射離子作質(zhì)量分析獲得快質(zhì)譜。其過程是用一個離子源將輸入的氬氣電離成離子，然后使氬離子與中性氬氣碰撞，用所發(fā)出的諧振電荷遷移過程，獲得與氬離子的能量相近的快原子束

Ar→Ar++eAr++Ar→Ar+Ar+2023/2/615（6）激發(fā)電離(火花源

)

對于金屬合金或離子型殘渣之類的非揮發(fā)性無機試樣，必須使用不同于上述離子化源的火花源。火花源類似于發(fā)射光譜中的激發(fā)源。向一對電極施加約30kV脈沖射頻電壓，電極在高壓火花作用下產(chǎn)生局部高熱，使試樣僅靠蒸發(fā)作用產(chǎn)生原子或簡單的離子，經(jīng)適當(dāng)加速后進行質(zhì)量分析。火花源具有一些優(yōu)點：對于幾乎所有元素的靈敏度較高，可達(dá)10-9；可以對極復(fù)雜樣品進行元素分析，對于某個試樣已經(jīng)可以同時測定6O種不同元素；信息比較簡單，雖然存在同位素及形成多電荷離子因素，但質(zhì)譜仍然比原子發(fā)射光譜法的光譜要簡單得多；一般線性響應(yīng)范圍都比較寬，標(biāo)準(zhǔn)核準(zhǔn)比較容易。但由于儀器設(shè)備價格高昂，操作復(fù)雜，限制了使用范圍。

2023/2/616二、質(zhì)譜方程

離子電離后經(jīng)加速進入磁場中，其動能與加速電壓及正離子電荷e有關(guān)，即

正離子在磁場中受的向心力和離心力相等

即

離子在未進入磁場前軌道是直線的，進入軌道后受洛侖茲力的作用，使帶電粒子的運動軌道彎曲。2023/2/617磁場方向電荷運動方向洛侖茲力方向2023/2/618§3質(zhì)譜儀()2023/2/619一、質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)

質(zhì)譜儀是通過對樣品電離后產(chǎn)生的具有不同m／z的離子來進行分離分析的。質(zhì)譜儀須有進樣系統(tǒng)、電離系統(tǒng)、質(zhì)量分析器和檢測系統(tǒng)。為了獲得離子的良好分析，必須避免離子損失，因此凡有樣品分子及離子存在和通過的地方，必須處于真空狀態(tài)。2023/2/620

2023/2/6212023/2/622(一)真空系統(tǒng)

質(zhì)譜儀的離子產(chǎn)生及經(jīng)過系統(tǒng)必須處于高真空狀態(tài)（離子源真空度應(yīng)達(dá)l．3×10-4～l．3×10-5Pa，質(zhì)量分析器中應(yīng)達(dá)l．3×10-6Pa）。若真空度過低，則會造成離子源燈絲損壞、本底增高、到反應(yīng)過多，從而使圖譜復(fù)雜化、干擾離子源的調(diào)節(jié)、加速極放電等問題。一般質(zhì)譜儀都采用機械泵預(yù)抽真空后，再用高效率擴散泵連續(xù)地運行以保持真空。現(xiàn)代質(zhì)譜儀采用分子泵可獲得更高的真空度。

2023/2/623(二)進樣系統(tǒng)

進樣系統(tǒng)的目的是高效重復(fù)地將樣品引人到離子源中并且不能造成真空度的降低。目前常用的進樣裝置有三種類型：間歇式進樣系統(tǒng)、直接探針進樣及色譜進樣系統(tǒng)。一般質(zhì)譜儀都配有前兩種進樣系統(tǒng)以適應(yīng)不同的樣品需要，有關(guān)色譜進樣系統(tǒng)將在專門章節(jié)介紹。2023/2/6241間歇式進樣系統(tǒng)該系統(tǒng)可用于氣體、液體和中等蒸氣壓的固體樣品進樣，典型的設(shè)計如圖3所示。通過可拆卸式的試樣管將少量（10～100μg）固體和液體試樣引入試樣貯存器中，由于進樣系統(tǒng)的低壓強及貯存器的加熱裝置，使試樣保持氣態(tài)。實際上試樣最好在操作溫度下具有1.3—0.13Pa的蒸氣壓。由于進樣系統(tǒng)的壓強比離子源的壓強要大，樣品離子可以通過分子漏隙（通常是帶有一個小針孔的玻璃或金屬膜）以分子流的形式滲透過高真空的離子源中。2023/2/6252023/2/6262直接探針進樣

對那些在間歇式進樣系統(tǒng)的條件下無法變成氣體的固體、熱敏性固體及非揮發(fā)性液體試樣，可直接引人到離子源中，圖4所示為一直接引人系統(tǒng)。2023/2/627(三)離子源2023/2/628(四)質(zhì)量分析器

質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器位于離子源和檢測器之間，依據(jù)不同方式將樣品離子按質(zhì)荷比m／z分開。質(zhì)量分析器的主要類型有：磁分析器、飛行時間分析器、四極濾質(zhì)器、離子捕獲分析器和離子回旋共振分析器等。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，也可以采用這些分析器的變型。（l）磁分析器最常用的分析器類型之一就是扇形磁分析器。離子束經(jīng)加速后飛入磁極間的彎曲區(qū)，由于磁場作用，飛行軌道發(fā)生彎曲，見圖7。2023/2/6292023/2/630

此時離子受到磁場施加的向心力Bzeυ作用，且離子的離心力mυ2·r-1也同時存在，r為離子圓周運動的半徑。只有在上述兩力平衡時，離子才能飛出彎曲區(qū)，即

HeV=mυ2/R

其中B為磁感應(yīng)強度，e為電荷，υ為運動速度，m為質(zhì)量，r為曲率半徑。調(diào)整后，可得

υ2=HeR/m,∵eV=1/2mυ2∴2023/2/6312飛行時間分析器

（TimeofFlight，TOF）

這種分析器的離子分離是用非磁方式達(dá)到的，因為從離子源飛出的離子動能基本一致，在飛出離子源后進入一長約lm的無場漂移管，在離子加速后的速度為：此離子達(dá)到無場漂移管另一端的時間為

t=L/υ

2023/2/6322023/2/6333四極濾質(zhì)器

(QuadrupoleMassFilter)

四極濾質(zhì)器由四根平行的金屬桿組成，其排布見圖9所示。理想的四桿為雙曲線，但常用的是四支圓柱形金屬桿，被加速的離子束穿過對準(zhǔn)四根極桿之間空間的準(zhǔn)直小孔。通過在四極上加上直流電壓U和射頻電壓Vcosωt，在極間形成一個射頻場，正電極電壓為U＋Vcosωt，負(fù)電極為-(U＋Vcosωt).離子進入此射頻場后，會受到電場力作用，只有合適m／z的離子才會通過穩(wěn)定的振蕩進入檢測器。只要改變U和V并保持U／V比值恒定時，可以實現(xiàn)不同m／z的檢測。四極濾質(zhì)器分辨率和m／z范圍與磁分析器大體相同，其極限分辨率可達(dá)2000，典型的約為700。其主要優(yōu)點是傳輸效率較高，人射離子的動能或角發(fā)散影響不大；其次是可以快速地進行全掃描，而且制作工藝簡單，儀器緊湊，常用在需要快速掃描的GC－MS聯(lián)用及空間衛(wèi)星上進行分析。2023/2/634

2023/2/6354離子阱檢測器

離子阱是一種通過電場或磁場將氣相離子控制并貯存一段時間的裝置。已有多種形式的離子阱使用，但常見的有兩種形式：一種是后面要講到的離子回旋共振技術(shù)，另一種是下述的較簡單的離子阱。

圖10是離子阱的一種典型構(gòu)造及示意圖，由一環(huán)形電極再加上下各一的端罩電極構(gòu)成。以端罩電極接地，在環(huán)電極上施以變化的射頻電壓，此時處于阱中具有合適的m/z加的離子將在環(huán)中指定的軌道上穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，若增加該電壓，則較重離子轉(zhuǎn)至指定穩(wěn)定軌道，而輕些的離子將偏出軌道并與環(huán)電極發(fā)生碰撞。當(dāng)一組由電離源（化學(xué)電離源或電子轟擊源）產(chǎn)生的離子由上端小孔中進入阱中后，射頻電壓開始掃描，陷入阱中離子的軌道則會依次發(fā)生變化而從底端離開環(huán)電極腔，從而被檢測器檢測。這種離子阱結(jié)構(gòu)簡單、成本低且易于操作，已用于GC－MS聯(lián)用裝置用于m／Z200－2000的分子分析。2023/2/6362023/2/6375離子回旋共振分析器

（IicCyclotronResonance，ICR）

當(dāng)一氣相離子進入或產(chǎn)生于一個強磁場中時，離子將沿與磁場垂直的環(huán)形路徑運動，稱之為回旋，其頻率ωc可用下式表示：回旋頻率只與m／z的倒數(shù)有關(guān)。增加運動速度時，離子回旋半徑亦相應(yīng)增加。2023/2/638

回旋的離子可以從與其匹配的交變電場中吸收能量（發(fā)生共振）。當(dāng)在回族器外加上這種電場，離子吸收能量后速度加快，隨之回旋半徑逐步增大；停止電場后，離子運動半徑又變?yōu)槌?shù)。當(dāng)圖11中為一組m／z相同的離子時，合適的頻率將使這些離子一起共振而發(fā)生能量變化，其他m／z離子則不受影響。由于共振離子的回族可以產(chǎn)生稱之為相電流的信號，相電流可以在停止交變電場后觀察到。將圖中開關(guān)置于2位時，離子回旋在兩極之間產(chǎn)生電容電流,電流大小與離子數(shù)有關(guān)，頻率由共振離子的m/z決定。在已知磁場B存在時通過不同頻率掃描,可以獲得不同m／z的信息。感應(yīng)產(chǎn)生的相電流由于共振離子在回旋時不斷碰撞而失去能量并歸于熱平衡狀態(tài)而逐步消失，這個過程的周期一般在0.1～0.10s之間,相電流的衰減信號與Fourier變換NMR中的自由感應(yīng)衰減信號（FIDSignal）類似。2023/2/6392023/2/640(五)檢測與記錄

質(zhì)譜儀常用的檢測器有法拉第杯(FaradayCup)、電子倍增器及閃爍計數(shù)器、照相底片等。

Faraday杯是其中最簡單的一種，其結(jié)構(gòu)如圖12所示。Faraday杯與質(zhì)譜儀的其他部分保持一定電位差以便捕獲離子，當(dāng)離子經(jīng)過一個或多個抑制柵極進入杯中時，將產(chǎn)生電流，經(jīng)轉(zhuǎn)換成電壓后進行放大記錄。Faraday杯的優(yōu)點是簡單可靠，配以合適的放大器可以檢測≈10-15A的離子流。但Faraday杯只適用于加速電壓＜1kV的質(zhì)譜儀，因為更高的加速電壓使產(chǎn)生能量較大的離子流，這樣離子流轟擊入口狹縫或抑制柵極時會產(chǎn)生大量二次電子甚至二次離子，從而影響信號檢測。2023/2/6412023/2/642

二、質(zhì)譜儀類型

現(xiàn)代質(zhì)譜儀類型蘩多，分類方法不一。一般是按質(zhì)量分析器的工作狀態(tài)分為靜態(tài)質(zhì)譜儀和動態(tài)質(zhì)譜儀兩大類型。靜態(tài)質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器是利用穩(wěn)定的磁場，按空間位置來分離離子束（如單聚焦、雙聚焦質(zhì)譜儀），動態(tài)質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器或者是利用純高頻電場，按離子軌跡穩(wěn)定或不穩(wěn)定來分離離子束（四極質(zhì)譜儀），或者是利用無場漂移空間，按離子飛行時間的快慢來分離（如飛行時間質(zhì)譜儀）。

()2023/2/643

僅用一個扇形磁場進行質(zhì)量分析的質(zhì)譜儀稱為單聚焦質(zhì)譜儀，設(shè)計良好的單聚焦質(zhì)譜儀分辨率可達(dá)5000。若要求分辨率大于5000則需要雙聚焦質(zhì)譜儀。單聚焦質(zhì)譜儀中影響分辨率提高的兩個主要因素是離子束離開離子槍時的角分散和動能分散，因為各種離子是在電離室不同區(qū)域形成的。為了校正這些分散，通常在磁場前加一個靜電分析器（ElctrostaticAnalyzer，ESA），這種設(shè)備由兩個扇形圓筒組成，向外電極加上正電壓，內(nèi)電極為負(fù)壓（見圖8）。一般商品化雙聚焦質(zhì)譜儀的分辨率可達(dá)150000，質(zhì)量測定準(zhǔn)確度可達(dá)0.03μg·g-1，即對于相對分子質(zhì)量為600的化合物可測至誤差上±0．0002u。2023/2/6442023/2/645三、質(zhì)譜儀的主要性能指標(biāo)

1．質(zhì)量測定范圍

質(zhì)譜儀的質(zhì)量測定范圍表示質(zhì)譜儀所能夠進行分析的樣品的相對原子質(zhì)量（或相對分子質(zhì)量）范圍，通常采用原子質(zhì)量單位（unifiedatomicmassunit，符號u）進行度量。原子質(zhì)量單位是由12C來定義的，即一個處于基態(tài)的12C中性原子的質(zhì)量的1/2，即=1.66054×10-24g/12C原子=1.66054×10-27kg/12C原子2023/2/646

而在非精確測量物質(zhì)的場合，常采用原子核中所含質(zhì)子和中子的總數(shù)即“質(zhì)量數(shù)”來表示質(zhì)量的大小，其數(shù)值等于其相對質(zhì)量數(shù)的整數(shù)。測定氣體用的質(zhì)譜儀，一般質(zhì)量測定范圍在2～100，而有機質(zhì)譜儀一般可達(dá)幾千?，F(xiàn)代質(zhì)譜儀甚至可以研究相對分子質(zhì)量達(dá)幾十萬的生化樣品。2023/2/6472．分辨本領(lǐng)

所謂分辨本領(lǐng)，是指質(zhì)譜儀分開相鄰質(zhì)量數(shù)離子的能力，一般定義是：對兩個相等強度的相鄰峰，當(dāng)兩峰間的峰谷不大于其峰高10％時，則認(rèn)為兩峰已經(jīng)分開，其分辨率其中m1、m2為質(zhì)量數(shù)，且叫m1＜m2。，故在兩峰質(zhì)量數(shù)較小時，要求儀器分辨率越大。

2023/2/6482023/2/6493．靈敏度

質(zhì)譜儀的靈敏度有絕對靈敏度、相對靈敏度和分析靈敏度等幾種表示方法。

絕對靈敏度是指儀器可以檢測到的最小樣品量；相對靈敏度是指儀器可以同時檢測的大組分與小組分含量之比；分析靈敏度則指輸入儀器的樣品量與儀器輸出的信號之比。

2023/2/650§4離子的主要類型()2023/2/651

質(zhì)譜信號十分豐富。分子在離子源中可以產(chǎn)生各種電離，即同一種分子可以產(chǎn)生多種離子峰，其中比較主要的有分子離子峰、同位素離子峰、碎片離子峰、重排離子峰、亞穩(wěn)離子峰等。

一、分子離子峰

試樣分子在高能電子撞擊下產(chǎn)生正離子，即M＋e→M+＋2eM+稱為分子離子或母離子(parrention）。2023/2/652

分子離子的質(zhì)量對應(yīng)于中性分子的質(zhì)量，這對解釋本知質(zhì)譜十分重要。幾乎所有的有機分子都可以產(chǎn)生可以辨認(rèn)的分子離子峰，有些分子如芳香環(huán)分子可產(chǎn)生較大的分子離子峰，而高分子量的烴、脂肪醇、醚及胺等則產(chǎn)生較小的分子離子峰。若不考慮同位素的影響，分子離子應(yīng)該具有最高質(zhì)量。分子中若含有偶數(shù)個氮原子，則相對分子質(zhì)量將是偶數(shù)；反之，將是奇數(shù)。這就是所謂的“氮律”。正確地解釋分子離子峰十分重要。2023/2/653二、同位素離子峰

有些元素具有天然存在的穩(wěn)定同位素，所以在質(zhì)譜圖上出現(xiàn)一些M＋l，M＋2的峰，由這些同位素形成的離子峰稱為同位素離子峰。一些常見的同位素相對豐度如表2所示，其確切質(zhì)量（以C為12.000000為標(biāo)準(zhǔn)）及天然豐度見p232表3。2023/2/654

在一般有機分子鑒定時，可以通過同位素峰的統(tǒng)計分布來確定其元素組成，分子離子的同位素離子峰相對強度之比總是符合統(tǒng)計規(guī)律的。如在CH4質(zhì)譜中，有其分子離子峰m／z=17、16，而其相對強度之比I17／I16=0.011,而在丁烷中，出現(xiàn)一個13C的幾率是甲烷的4倍，則分子離子峰m／z=59、58的強度之比I59／I58=0.044同樣，在丁烷中出現(xiàn)M+2(m/z=60)同位素峰的幾率為0.00024，即I60/I58＝0．00O24，非常小，故在丁烷質(zhì)譜中一般看不到(M＋2)+峰。在其他元素存在時也有同樣的規(guī)律性，如在CH3Cl、C2H5Cl等分子中IM＋2／IM=32.5%,而在含有一個溴原子的化合物中(M+2)+峰的相對強度幾乎與M+峰的相等。2023/2/655三、亞穩(wěn)離子峰

若質(zhì)量為m1的離子在離開離子源受電場加速后，在進入質(zhì)量分析器之前，由于碰撞等原因很容易進一步分裂失去中性碎片而形成質(zhì)量為m2的離子，即m1→m2+Δm，由于一部分能量被中性碎片帶走，此時的m2離子比在離子源中形成的m2離子能量小，故將在磁場中產(chǎn)生更大偏轉(zhuǎn)，觀察到的m／z較小。這種峰稱為亞穩(wěn)離子峰，用m*表示，它的表觀質(zhì)量m*與m1、m2的關(guān)系是：

m*＝（m2）2/m1

式中m1為母離子的質(zhì)量，m2為子離子的質(zhì)量。

2023/2/656

亞穩(wěn)離子峰由于其具有離子峰寬大（約2～5個質(zhì)量單位）、相對強度低、m／z不為整數(shù)等特點，很容易從質(zhì)譜圖中觀察出來。通過亞穩(wěn)離子峰可以獲得有關(guān)裂解信息，通過對m*峰觀察和測量，可找到相關(guān)母離子的質(zhì)量m1與子離子的質(zhì)量m2，從而確定裂解途徑。如在十六烷質(zhì)譜中發(fā)現(xiàn)有幾個亞穩(wěn)離子峰，其質(zhì)荷比分別為32.8，29.5，28.8，25.7和21.7，其中29.5≈412／57，則表示存在分裂：

C4H9+→C3H5+＋CH4

（m／z=57）（m／z=41）但并不是所有的分裂過程都會產(chǎn)生m*,因此沒有m*峰并不意味著沒有某一分裂過程。2023/2/657四、碎片離子峰

分子離子產(chǎn)生后可能具有較高的能量，將會通過進一步碎裂或重然而釋放能量，碎裂后產(chǎn)生的離子形成的峰稱為碎片離子峰。有機化合物受高能作用時會產(chǎn)生各種形式的分裂，一般強度最大的質(zhì)譜峰相應(yīng)于最穩(wěn)定的碎片離子，通過各種碎片離子相對峰高的分析，有可能獲得整個分子結(jié)構(gòu)的信息。但由此獲得的分子拼接結(jié)構(gòu)并不總是合理的，因為碎片離子并不是只由M+一次碎裂產(chǎn)生，而且可能會由進一步斷裂或重排產(chǎn)生，因此要準(zhǔn)確地進行定性分析最好與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進行比較。2023/2/658

有機化合物斷裂方式很多，也比較復(fù)雜，但仍有幾條經(jīng)驗規(guī)律可以應(yīng)用。有機化合物中，C－C鍵不如C－H鍵穩(wěn)定，因此烷烴的斷裂一般發(fā)生在C－C鍵之間，且較易發(fā)生在支鏈上。形成正離子穩(wěn)定性的順序是三級＞二級＞一級，如2，2′一二甲基丁烷，可以預(yù)期在高能離子源中斷裂發(fā)生在帶支鏈的碳原子周圍。形成較穩(wěn)定的m／z=71或m／z=57的離子2023/2/659

在烴烷質(zhì)譜中C3H5+、C3H7+、C4H7+、C4H9+（m／z依次為41，43，55和57）占優(yōu)勢，在m／z＞57區(qū)出現(xiàn)峰的相對強度隨m／z增大而減小，而且會出現(xiàn)一系列m／z相差14的離子峰，這是由于碎裂下來一CH2一的結(jié)果。2023/2/660

在含有雜原子的飽和脂肪族化合物質(zhì)譜中，由于雜原子的定位作用，斷裂將發(fā)生在雜原子周圍。對于含有電負(fù)性較強的雜原子如Cl、Br等，發(fā)生以下反應(yīng)：

R＋X→R+＋X·

而可以通過共振形成正電荷穩(wěn)定化的離子時，可發(fā)生以下反應(yīng)2023/2/661

烯烴多在雙鍵旁的第二個鍵上斷裂，丙烯型共振結(jié)構(gòu)對含有雙鍵的碎片有著明顯的穩(wěn)定作用，但因重排效應(yīng)，有時很難對長鏈烯烴進行定性分析。

CH3-CH==CH—CH3→CH—CH==C+H

含有C＝0的化合物通常在與其相鄰的鍵上斷裂，正電荷保留在含C＝0的碎片上：2023/2/662

苯是芳香化合物中最簡單的化合物，其圖譜中M+通常是最強峰。在取代的芳香化合物中將優(yōu)先失去取代基形成苯甲離子，而后進一步形成草嗡離子：

因此在苯環(huán)上的鄰、間、對位取代很難通過質(zhì)譜法來進行鑒定。2023/2/663五、多電荷離子峰

一分子失去一個電子后，成為高激發(fā)態(tài)的分子離子，為單電荷離子．有時，某些非常穩(wěn)定的分子，能失去兩個或兩個以上的電子，這時在質(zhì)量數(shù)為m/ze（z為失去的電子數(shù)）的位置上，出現(xiàn)多電荷離子峰．應(yīng)該指出，多電荷離子峰的質(zhì)荷比，可能是整數(shù)，也可能不是整數(shù)，如是后者在質(zhì)譜圖上容易發(fā)現(xiàn)。多電荷離子峰的出現(xiàn)。表明被分析的樣品異常的穩(wěn)定，例如，芳香族化合物和含有共軛體系的分子，容易出現(xiàn)雙電荷離子峰．2023/2/664六、重排離子峰

在兩個或兩個以上鍵的斷裂過程中，某些原子或基團從一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置所生成的離子，稱為重排離子．質(zhì)譜圖上相應(yīng)的峰為重排離子峰．轉(zhuǎn)移的基團常常是氫原子．這種重排的類型很多．其中最常見的一種是麥?zhǔn)现嘏牛∕claffertyrearrangement）形式可以歸納如下：2023/2/665

可以發(fā)生這類重排的化合物有：酮、醛、酸、酯和其它合羰基的化合物，含P==O，夕S==0的化合物合物以及烯烴類和苯環(huán)化合物等．不難看出，發(fā)生這類重排所需的結(jié)構(gòu)特征是，分子中有一個雙鍵以及在γ位置上有氫原子．

2023/2/666§5分子的裂解()2023/2/667

1．相對分子質(zhì)量的測定

如前所述，從分子離子峰的質(zhì)荷比的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確地測定其相對分子質(zhì)量，所以準(zhǔn)確地確認(rèn)分子離子峰十分重要。雖然理論上可認(rèn)為除同位素峰外分子離子峰應(yīng)是最高質(zhì)量處的峰，但在實際中并不能由此簡單認(rèn)定。有時由于分子離子穩(wěn)定性差而觀察不到分子離子峰，因此在實際分析時必須加以注意。在純樣品質(zhì)譜中，分子離子峰應(yīng)具有以下性質(zhì)：

質(zhì)譜是純物質(zhì)鑒定的最有力工具之一，其中包括相對分子質(zhì)量測定、化學(xué)式確定及結(jié)構(gòu)鑒定等。2023/2/668（l）原則上除同位素峰外它是最高質(zhì)量的峰。但要注意某些樣品會形成質(zhì)子化離子(M＋H)+峰（醚，脂，胺等），去質(zhì)子化離子(M－H)+峰（芳醛、醇等）及締合離子(M＋R)+峰。（2）它要符合“氮律”。在只含C，H，0，N的化合物中，不含或含偶數(shù)個氮原子的分子的質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)，含有奇數(shù)個氮原子的分子的質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)。這是因為在由C，H，0，N,P鹵素等元素組成的有機分子中，只有氮原子的化合價為奇數(shù)而質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)。2023/2/669

（3）存在合理的中性碎片損失。因為在有機分子中，經(jīng)電離后，分子離子可能損失一個H或CH3，H20，C2H4…等碎片，相應(yīng)為