第十四質(zhì)譜法

第十四質(zhì)譜法第1頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容14.1概述14-2質(zhì)譜法基本原理及質(zhì)譜儀器14-3質(zhì)譜解析基礎(chǔ)知識14-4有機波譜綜合解釋第2頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)譜法：§14-1概述將氣態(tài)離子混合物按質(zhì)荷比m/z大小不同進行分離分析的技術(shù)。質(zhì)譜法分類：原子質(zhì)譜法(無機質(zhì)譜法)atomicmassspectrometry分子質(zhì)譜法(有機質(zhì)譜法)molecularmassspectrometry第3頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)譜法優(yōu)點：唯一可以確定分子量的方法，特別適用于生物大分子分子量（數(shù)十萬）測定；極高靈敏度，檢測限達10-14g；第4頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)質(zhì)譜峰的質(zhì)荷比測定化合物的分子量，推測分子式及結(jié)構(gòu)式根據(jù)峰強度進行定量分析

質(zhì)譜表質(zhì)譜圖m/z2121314151617相對強度1.363.659.7118.8290.35100.001.14第5頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月§14-2質(zhì)譜法基本原理及質(zhì)譜儀器一、質(zhì)譜法的基本原理質(zhì)譜儀器結(jié)構(gòu)框圖第6頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月電子轟擊離子化EI（50～100eV）離子被電場加速后，動能和位能相等(加速后的電子勢能轉(zhuǎn)化為動能)分子離子，可裂解為碎片離子加速后的離子進入磁場，圓周運動的離心力和向心力相等代入上式，消去v：質(zhì)譜方程式m：離子質(zhì)量v：離子速度z：離子電荷U：電場電壓R：離子運動半徑H：磁場強度第7頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)語：

m/z∝R2，H、U一定時，m/z↑，R↑空間上分離

m/z∝H2，

R、U一定時（磁場掃描），m/z↑，H↑時間上分離m/z∝1/U，

R、H一定時（電壓掃描），m/z↑，U↓時間上分離第8頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月二、質(zhì)譜儀器質(zhì)譜儀器結(jié)構(gòu)框圖第9頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)進樣系統(tǒng)作用：在不降低真空度的條件下，將樣品分子引入到離子源中間歇式進樣系統(tǒng)直接探針進樣色譜進樣系統(tǒng)第10頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)離子源作用：使氣態(tài)樣品分子電離，轉(zhuǎn)化為帶有樣品信息的離子1.電子轟擊源(EI)燈絲電子束硬電離第11頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月++++:R1:R2:R3:R4:e+M+(M-R2)+(M-R3)+MassSpectrometer(M-R1)+第12頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月EI源：可變的離子化能量

(10~70eV)電子能量電子能量分子離子增加碎片離子增加標準質(zhì)譜圖基本都是采用EI源(70eV)獲得的適用性強,圖譜重現(xiàn)性好但圖譜復(fù)雜,分子離子峰難尋找有機分子的電離電位一般為7-15eV。可提供豐富的結(jié)構(gòu)信息。第13頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2.化學(xué)電離源(CI)甲烷電離甲烷離子與分子反應(yīng)生成加合離子軟電離(分子不穩(wěn)定)反應(yīng)氣體有甲烷、氨氣、異丁烷90%第14頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月加合離子與樣品分子反應(yīng)準分子離子:

(M±

1)+(M+1)+(M-1)+}氣體分子試樣分子準分子離子電子(M+17)+,(M+29)+采用CI源,圖譜簡單，易測得分子量第15頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月M=390COOC8H17COOC8H17第16頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電噴霧電離源(ESI)

ElectrosprayIonizaton多電荷離子測定的樣品分子量大最軟電離高電場第17頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月其它離子源：快原子轟擊FAB基質(zhì)輔助激光解吸MALDI場電離FI，場解吸FD大氣壓化學(xué)電離APCI……第18頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)質(zhì)量分析器1.單聚焦分離器只有磁場：方向聚焦結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,體積小但分辨率低第19頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2.雙聚焦分離器離子源收集器磁場電場S1S2+-方向聚焦：

相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子會聚。能量聚焦：

相同質(zhì)荷比，速度(能量)不同的離子會聚。

質(zhì)量相同，能量不同的離子通過電場和磁場時，均產(chǎn)生能量色散，兩能量色散大小相等方向相反，使質(zhì)量相同的離子會聚。第20頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月3.四級桿分析器雙曲面電場（離子振蕩運動）改變電參數(shù)，使不同m/z離子通過（大小相等，方向相反）飛行時間質(zhì)量分析器離子阱質(zhì)量分析器……第21頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(四)檢測器電子倍增器示意圖105～108法拉第環(huán)照相感版第22頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(五)真空系統(tǒng)作用：

1)

避免大量氧燒壞離子源的燈絲；2)消減離子的不必要碰撞，避免離子損失；3)避免離子－分子反應(yīng)改變裂解模式，使質(zhì)譜復(fù)雜化；4)減小本底。離子源質(zhì)量分析器真空度要求：}<10-4Pa機械泵擴散泵真空泵{第23頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月二、質(zhì)譜儀的主要性能指標1.質(zhì)量范圍質(zhì)譜儀所能測定的離子質(zhì)荷比范圍單電荷離子：質(zhì)量范圍即分子量范圍多電荷離子：分子量測定范圍比質(zhì)量范圍大。第24頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2.分辨率：分開相鄰質(zhì)量數(shù)離子的能力定義：R＜1000低分辨R＞1000高分辨第25頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月§14-3質(zhì)譜解析基礎(chǔ)知識1.分子離子(奇電子離子)分子離子的質(zhì)量與化合物的分子量相等一、質(zhì)譜中幾種主要的離子(EI源)分子離子中性分子一般有機物失去電子的程度是

n電子＞π電子＞σ電子確定分子量和分子式(Molecularion)第26頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月分子離子或準分子離子峰

質(zhì)譜中分子離子峰的識別及分子式的確定是至關(guān)重要的.分子離子峰的識別

1.

假定分子離子峰:高質(zhì)荷比區(qū)，RI較大的峰(注意：同位素峰)

2.

判斷其是否合理:與相鄰碎片離子(m/z較小者)之間關(guān)系是否合理

Δm1231516171820丟失H·H2H2,HCH3OOHH2O

NH2

Δm=4-14,21-24,37-38·····通常認為是不合理丟失第27頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

判斷其是否符合N律

不含N或含偶數(shù)N的有機分子,其分子離子峰的m/z為偶數(shù)。含奇數(shù)N的有機分子,其分子離子峰的m/z為奇數(shù)?！蚴褂肅I電離時，可能出現(xiàn)M+H,MH,M+C2H5,M+C3H5…

◎使用FAB或ESI時，可出現(xiàn)M+H,MH,M+Na,M+K…

◎較高分子量的化合物，可能同時生成M+H,M+2H,M+3H等

第28頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月同位素離子：2.同位素離子(isotopicion)由重同位素組成的分子形成的離子例如：CH413C+1H×4=17M+112C+2H+1H×3=17M+113C+2H+1H×3=18M+212C+1H×4=16M同位素離子峰一般出現(xiàn)在相應(yīng)分子離子峰或碎片離子峰的右側(cè)附近，m/z用M+1，M+2等表示。第29頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月元素相對豐度％元素相對豐度％1H2H100.000.01514N15N100.000.3612C13C100.001.0816O17O18O100.000.040.2032S33S34S100.000.784.40C、H、O、N的穩(wěn)定同位素相對豐度第30頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月化合物分子式：CwHxNyOz同位素離子峰與分子離子峰相對強度的計算公式：第31頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)質(zhì)譜圖上同位素離子峰與分子離子峰的相對強度，可以推測化合物的分子式(Beynon表)。如CH4:第32頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月含鹵素化合物：1.氟、碘是單一同位素2.

35Cl︰37Cl=3︰1，79Br︰81Br=1︰1，計算分子離子峰與同位素離子峰強度比：

(a+b)n

n=2，a2+2ab+b2a是輕質(zhì)同位素豐度n=3，a3+3a2b+3ab2+b3b是重質(zhì)同位素豐度

如：分子中有三個氯，n=3，a=3,b=1:(a+b)3=27+27+9+1即M︰(M+2)︰(M+4)︰(M+6)=27︰27︰9︰1同位素離子峰鑒定分子中氯、溴、硫原子第33頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月C6H13Br,Mr=164■含硫的樣品

32S:33S:34S=100:0.8:4.4第34頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月3.碎片離子(fragmention)1)

α斷裂帶有電荷的官能團與相連的α碳原子之間的斷裂斷裂方式均裂：X—Y=X·+Y·異裂：X—Y=X++Y-半異裂：X+?Y=X++Y·已電離含飽和雜原子+CH3CH2—I·CH3CH2·+I+均裂異裂CH3CH2++I·α-C第35頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月含不飽和雜原子均裂異裂m/z?第36頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月烯烴(烯丙斷裂)烷基苯(芐基斷裂)2)

β斷裂α碳原子和β碳原子之間的鍵的斷裂第37頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月3)

σ斷裂較易發(fā)生sigma

第38頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月4.重排離子(rearrangemention)麥氏(Mclafferty)重排R1=H、R、OH、OR、NR2第39頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月5.亞穩(wěn)離子(metastableion):m*離子源內(nèi)亞穩(wěn)離子（m1速度，m2質(zhì)量）m1m2m*m/z離子源后飛行中特點：強度低、寬、跨幾個質(zhì)量數(shù)，m/z非整數(shù)，易辨認用處：證明m1→m2裂解過程第40頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月二、常見有機化合物的質(zhì)譜（一）烴類正構(gòu)烷烴：每隔14個質(zhì)量單位出峰正癸烷質(zhì)譜圖CnH2n+1離子系列第41頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月支鏈烷烴：支鏈取代位置裂解3-乙基己烷質(zhì)譜圖29438571第42頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月芳烴基峰β裂解α裂解第43頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月擴環(huán)麥氏重排裂解途徑第44頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）醇和酚醇(M-18)+(M-1)++.-+.HRCHOHCHHOHR第45頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月第46頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酚第47頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月麥氏重排（三）醛和酮第48頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）酯和酸麥氏重排第49頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月三、EI質(zhì)譜的解釋1.分子量的確定（分子離子峰的識別）

分子離子峰一般是質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比最大的峰

分子離子峰應(yīng)具有合理的質(zhì)量丟失不可能出現(xiàn)(M-3～14)+及(M-21～25)+離子峰

質(zhì)量數(shù)應(yīng)符合氮規(guī)則氮原子個數(shù){奇數(shù)：分子量為奇數(shù)偶數(shù)：分子量為偶數(shù)

特征同位素峰：有一個氯時，M和M+2強度比為3︰1，對一個溴，比例為1︰1第50頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2.分子式的確定

高分辨質(zhì)譜法

同位素豐度法Beynon表第51頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月3.分子結(jié)構(gòu)的確定1)譜圖解釋的一般方法由質(zhì)譜的高質(zhì)量端確定分子離子峰，求出分子量。采用高分辨質(zhì)譜法或同位素豐度法，求出分子式。計算不飽和度第52頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月研究高質(zhì)量端離子峰,確定化合物中的取代基M－15(CH3);M－16(O,NH2);M－17(OH,NH3);M－18(H2O);M－19(F);M－26(C2H2);M－27(HCN,C2H3);M－28(CO,C2H4);M－29(CHO,C2H5);M－30(NO);M－31(CH2OH,OCH3);M－32(S,CH3OH)M－35(Cl);M－42(CH2CO,CH2N2)M－43(CH3CO,C3H7);M－44(CO2,CS)第53頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月研究低質(zhì)量端離子峰，尋找化合物的特征離子或特征離子系列，推測化合物類型。由以上研究結(jié)果，提出化合物的結(jié)構(gòu)單元或可能的結(jié)構(gòu)。

驗證所得結(jié)果。質(zhì)譜斷裂規(guī)律；標準質(zhì)譜圖第54頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月例1：推測化合物C8H8O2的結(jié)構(gòu)。2)譜圖分析舉例第55頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月1.計算不飽和度

=1+8+1/2×(-8)=5分子中可能有苯環(huán)、一個雙鍵2.質(zhì)譜中無m/z為91的峰，說明不是烷基取代苯C2H3O2C8H8O2第56頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月可能的結(jié)構(gòu)：(A)(B)(C)(D)第57頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(A)3.質(zhì)譜驗證(B)105105第58頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(C)得不到m/z為105的碎片離子，可排除。(D)第59頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月或(A)(B)4.結(jié)論C8H8O2的結(jié)構(gòu)是第60頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月§14-4有機波譜綜合解釋1.質(zhì)譜(MS)：確定分子量、分子式4.紅外光譜(IR)：官能團類型5.核磁共振氫譜(1H-NMR)：質(zhì)子類型(具有哪些種類的含氫官能團)；氫分布(各種官能團中含氫的數(shù)目)；氫核間的關(guān)系3.紫外光譜(UV)：是否具有共軛基團，是芳香族還是脂肪族化合物。6.質(zhì)譜(MS)：驗證所推測的未知物結(jié)構(gòu)的正確性2.計算不飽和度，推測化合物的大致類型第61頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月例2:某未知化合物的四譜數(shù)據(jù)如下，試推測其結(jié)構(gòu)式。λmax（乙醇）268264262257252248243εmax10115814719415310978紫外光譜第62頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月紅外光譜核磁共振第63頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)譜M+第64頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月150M+1M+2①C7H10N4②C8H8NO2③C8H10N2O④

C8H12N3⑤C9H10O2⑥C9H12NO⑦C9H14N29.259.239.619.989.9610.3410.710.380.780.610.450.840.680.52Beynon表第65頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月解：1)質(zhì)譜M=150查Beynon表，可知分子式為：C9H10O2第66頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2)計算不飽和度

=1+9+1/2×(-10)=5分子中可能有苯環(huán)、一個雙鍵.UV譜指示有苯環(huán)（B吸收帶）λmax（乙醇）268264262257