波谱分析 第五章 质谱分析

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1. 灵敏度 2. 分辨率 3. 质量范围
波谱解析MS
5.1.3 质谱图
横坐标:质荷比(m/z) 纵坐标:离子峰的相对丰度
波谱解析MS
术语:质谱峰,基峰,分子离子峰
图中强度最大的峰(称为标准峰或基峰)为100, 其余的峰按与标准峰的比例表示,也成为百分相 对丰度。
一般质谱图上质荷比最大的峰为分子离子峰;有 例外。
CH2Cl2:因为,a=3, b=1, n=2, 因此(3+1)2=9+6+1, 即m/z84(M):m/z86(M+2):m/z88(M+4)=9:6:1
CHCl3:因为a=3, b=1, n=3, 因此,(3+1)3=27+27+9+1 即
m/z118(M):m/z120(M+2):m/z122(M+4):m/z124(M+6)=27:27:9:1
43
29 15
57
71 85 99 113 142
m/z
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16
15
甲烷
m eth an e M =16
m /z
2.支链烷烃
波谱解析MS
3.环烷烃
波谱解析MS
芳烃
波谱解析MS
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醇和酚
伯醇 仲醇
叔醇
波谱解析MS
m/z 31 m/z 45 m/z 59
CH3 H
H3C CH2 CH2 C OH m/z=73(M-15)
碎片离子,称重排离子。如醇分子离子经脱水后重 排可产生新的重排离子峰。
6. 多电荷离子
波谱解析MS
5.2 离子裂解的机理
波谱解析MS
5.2.1 离子的单分子裂解

波谱分析第五章4各类化合物的质谱PPT课件

波谱分析第五章4各类化合物的质谱PPT课件

2

支链烷烃:
M峰较相应的直链烷烃弱,裂解发生在支链取代的位置,优 先失去大基团,正电荷带在多支链的碳上。
% OF BASE PEAK
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
0
m /z= 4 3 C3
5-M eth ylp en tad ecan e 169 141
m /z= 57 C4
H O+
H
C H2
R H C C H2 C H2
- H2C C H2
-H2O
H2C C H R
M - (Alkene + H2O)
M-46
若β- 碳上有甲基取代,失去丙烯,产生M-60峰。
- H
O+
H
C H2
RHC HC C H2 C H3
H
H2C C C H3
-H2O
H2C C H R
M-60
11
(4)羟基的Cα-Cβ键容易断裂,形成极强的m/z31、45、 59的峰,对于鉴别醇类极重要,可判断样品是醇而不是烯。
% OF BASE PEAK
1 0 0 CH 2OH 90 80 70 60 50 40 30
1-PenTanol M W 88
m/z=134
C4H9 m/z=77
8
HC CH m/z=51
% OF BASE PEAK
丁苯异构体 100 90 80 70
91 CH2 CH2 CH2 CH3
92
C H2
60
50
H
40
H m/z=92
30 20
10
0
39 51 65 77
134(M )

波谱分析质谱-5

波谱分析质谱-5
159 160 161 162 163 164
60
40
20
0 158
m/z
Br: 79Br 100%,
M Br, n=1: Br2, n=2: Br3, n=3:
100 98
81Br
98%≈100%
1 2 3
100
M+2 M+4 M+6 1 3 1
100 100
1 1 1
n! bm (n m)! m!
10H14 18O
12C
1! 10 0.021 0.02(0.2%) (1 1)!1!
m/z162, 0.74%
100
Relative Abundance
80
所以: M+• : [M+1]+• : [M+2]+• = 100 : 11 : 0.74 某个离子中含有两种或两种 以上的同位素,那么它的丰 度是各个同位素丰度之和
考察[M+2]+,分析可能含的元素:不可能含Cl、Br、 S、Si, 只可能含O,含几个O? 首先扣除13C2对[M+2]+的贡献:
98 0.0112 0.44% 2
O的贡献:
0.64% 0.44% 0.20%
n b = n 0.002 = 0.002
因此,只能含1个O,所以此化合物分子式C9H11NO
n! bm (n m)! m!
简化:
n b
1个同位素
n (n 1) 2 b 2
n (n 1) (n 2) 3 b 3 2
2个同位素
3个同位素
n: 离子中某种元素的数目 (C,O,N等); m: 元素的同位素的数目 (13C); b: 同位素(13C,18O)的相对强度值

波谱解析-第五章质谱

波谱解析-第五章质谱

1
0.975 0.317 0.034
2)用同位素丰度的分布可判断峰的元素组成
• 一个峰组中的A峰应是仅含最大丰度同位素 (如12C、16O、35Cl)的最高 质量峰。 • 优先考虑A+2型元素存在的可能性,因A+2 峰受A+1元素的影响较小,A+2元素同位素 的自然丰度也较高,容易判断,尤其是氯 和溴。 • 然后再判断A+1元素,可根据其与A峰的强 度比,大致判断A+1元素的种类和所含个数。
质谱峰强度
1
nb
n(n-1)b2/2!
n(n-1)(n-2)b3/3!
M M+1 M+2 M+3 M+4 m/z72 m/z73 m/z74 m/z75 m/z76
……
100
80
60
40
12C H + 5 12 12C 13C H + 4 1 12 12C 13C H + 3 2 12 12C 13C H + 2 3 12 12C 13C H + 1 4 12
57 CH2 43 CH2 CH2 CH2 CH2
71 CH2 29 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 15 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
H 3C
86
71 H3C 57 H3C 43 H3C 29 H3C 15 CH3
CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2
CH2
CH2
常见的丢失
(2)直链的酮、酯、酸、醛、酰胺、卤化物等通 常显示分子离子峰; (3)脂肪族的醇、胺、亚硝酸酯、硝基化合物、 腈等化合物以及高分支化合物无分子离子峰。 11
B、分子离子峰的特点

波谱分析第五章质谱

波谱分析第五章质谱




②含有奇数氮原子的化合物其分子量为奇数。 例如:C2H6 30 CH3NH2 31 H2NNH2 32 注意:若是碎片离子时: ①由电子转移(复杂断裂)等产生的奇电子离 子,其质量数符合上述氮规律; ②由简单断裂生成的偶电子离子则刚好相反。 (4)合理的中性碎片(小分子及自由基)的 丢失。即要注意m/z最高值与邻近离子的质量 差是否合理。
第一项计算值—表示离子全部由轻质同位素组 成, 第二项计算值—表示离子含有一个重质同位素 的原子组成,其余类推。 ★课堂练习 CHCl3的质谱图中,在M+· 峰附近,各同位素 峰的丰度比是多少?

答案是:M:M+2:M+4:M+6=27:27:9:1


当一个分子中含有不同的多种同位素时(如含 氯和溴原子),则同位素峰族各峰之间的强度 比可按下式计算: (a+b)m(c+d)n 式中:a和b分别代表氯元素轻和重质同位素 的相对丰度比(a:b=3:1) c和d分别代表溴元素轻和重质同位素 的相对丰度比(c:d=1:1) m—氯原子的数目 n—溴原子的数目
(1.1w 0.016 x 0.36 y 0.04z )
(1.1w 0.36 y)
M 2 (1.1 w) 0.20 z M 200
2
★相反,我们可以应用一个分子离子同位素峰族的相对 强度来推测化合物的分子式。具体方法是:



首先准确测定M、M+1、M+2峰的相对强度, 计算M+1/ M和M+2/M百分比; 然后根据质谱所得的M+1/ M和M+2/M的百分 比与Beynon表中的计算值相比较,就可推测 分子式了。 Beynon表参见教材附录Ⅸ。 例1.某一化合物,质谱实验测得M+· m/z=150, M、M+1、M+2峰的相对丰度比如下,推测其 分子式。 m/z 丰度比 150(M) 100 151(M+1) 10.2 152(M+2) 0.88

波谱分析第五章质谱分析

波谱分析第五章质谱分析
❖质谱图是以质荷比(m/z)为横坐标, 相对强度为纵坐标构成。
※图中的竖线称为质谱峰,不同的质谱峰代 表有不同质荷比的离子,峰的高低表示产 生该峰的离子数量的多少。
※一般将原始质谱图上最强的离子峰为基峰 并定为相对强度为100%,其它离子峰以 对基峰的相对百分值表示。
二、质谱图上离子峰的类型
分子在离子源中可以产生各种电离生成各 种离子,主要的有分子离子、碎片离子、 亚稳离子、重排离子和同位素离子等。
③ 电喷雾电离源 ( ESI )
※从雾化器套管的毛细管端喷出的带电样品液 滴,随着溶剂的不断快速蒸发,液滴迅速变 小,表面电荷密度不断增大。由于电荷间的 排斥作用,就会排出溶剂分子,得到样品的 准分子离子。
※通常小分子得到带单电荷的准分子离子, 而大分子则得到多种多电荷离子。检测质 量可提高几十倍。是很软的电离方法,通 常无碎片离子峰,只有整体分子的峰,十 分有利于生物大分子的质谱测定。
d 对于复杂分子或碎片,电荷位置不易 确定的, 用“ ”表示。
(3)分子离子峰的鉴别
a. 注意m/z 值的奇偶规律(N律)
由C、H、O、X(卤素)组成的有机
化合物,其分子离子峰的m/z一定是偶数。
2021/4/24
35
由C、H、O、N组成的有机化合物, N原子个数为奇数时,其分子离子峰的 m/z 一定是奇数; N原子个数为偶数时,其分子离子峰的 m/z 一定是偶数。
原理
m B2r2
z 2V
※离子的m/z大,偏转 半径也大,通过磁 场可以把不同离子 分开;
※当 r 为仪器设置不变时,改变加速电压或 磁场强度,则不同m/z的离子依次通过狭缝 到达检测器,形成质谱。
※现代质谱仪一般是保持V、r不变,通过电

有机波谱分析 第五章 波谱综合解析

有机波谱分析 第五章  波谱综合解析

(5)主要碎片离子峰-官能团
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四大光谱综合波谱解析
一般情况,由IR、1H NMR及MS三种光谱提供的数据,即可确定未知 物的化学结构。若不足,再增加13C NMR等。
在进行综合光谱解析时,不可以一种光谱 “包打天下”,各有所长,
取长补短,相互配合、相互补充。
如何利用紫外光谱,红外光谱、核磁共振光谱和质谱的资料推断结构、
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波谱综合解析步骤
4) 通过谱图解析确定存在的官能团以及结构单元 (1) 红外光谱
IR能给出大部分官能团和某些结构单元存在的信息,从谱
图特征区可以清楚地观察到存在的官能团,从指纹区的某些 相关峰也可以得到某些官能团存在的信息。
(2) 有机质谱
MS除了能够给出分子式和相对分子量的信息,还可以
某种波谱分析可能会产生反映某个原子团或官能 团存在最明显的谱峰,进而得出某个官能团明显存在 的结论,对进一步的谱图综合解析工作具有至关重要 的意义。
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波谱综合解析步骤
3)分子式的确定及不饱和度的计算
采用高分辨质谱分析可以获得分子的精确分子量并给出分
子式; 通过元素分析数据可以求出化合物的分子式; 低分辨质谱可以获得整数分子量数据,借助同位素峰的相 对强度根据Beynon表也可以得到化合物的分子式; 通过谱图综合解析获得基本结构单元,进而获得分子式; 根据确定的分子式计算出该化合物的不饱和度。
第五章 波谱综合解析
一、波谱综合解析方法
了解每一种有机波谱分析方法的特点,以及从哪个侧
面反映分子骨架和部分结构(基团或原子团)的信息。
不同分析方法获得的信息和数据在彼此相互补充和印证

第五章 有机质谱学 有机波谱分析 课件

第五章 有机质谱学 有机波谱分析 课件
并非所有初始动能相等,这样加速后获得的速度不同, 会造成分辨率下降。当加入静电分析器之后,不同动 能的相同质荷比离子首先获得分离,可以大大提高分 辨率 特点:重现性好,高分辨,高动态范围。
re 2V E
有机波谱学
双聚焦质谱工作原理示意图
有机波谱学
有机波谱学
主要质量分析器的结构与工作原理-续2
1 rm B 2V (m / ze)
有机波谱学
单聚焦质谱仪工作示意图
有机波谱学
有机波谱学
有机波谱学
有机波谱学
主要质量分析器的结构与工作原理续-1
双聚焦质谱: 结构:在单聚焦质谱基础之上在离子源和偏转磁场之
间加入偏转电场E(静电分析器),提高分辨率。
作用原理:相同质/荷比的离子在被电场V加速之前,
有机波谱学
电子轰击电离(EI, electron impact ionization)
过程:阴极发射的电子在加速电压(一般为 70V)驱动下,飞向被预先汽化的样品分子产 生轰击效应,产生的分子离子和片段离子束, 被电场引出,并被高电场(数千伏)所加速。
特点:常规方法,使用的最多,技术最成熟, 标准图最多,可以获得丰富的碎片离子峰,便 于结构解析,但是分子离子峰小,甚至没有。
有机波谱学
有机波谱学
用电将锑或钨丝加热到2000度以上,发射出电子 束轰击由分子漏入孔进入的气态分子样品,使分 子发生电离和碎裂,产生的离子碎片加速、聚焦 进入质量分离装置
有机波谱学
有机波谱学
++
: R1
: R2
+
: R3
++
: R4 :e
(M-R2)+
(M-R1)+
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CI
反应气离子
FAB
高能原子束
适合难挥发、极性大的样品。生成 准分子离子和少量的碎片离子
生成多电荷离子,碎片少,适合极 性大的分子分析,也用作LC-MS的 接口
ESI
高电场
(4)离子的分析方法(质量分析器,mass analyzer)
a.双聚焦分析器(double focusing analyzer)
b.四极杆分析器(quadrupole analyzer) c.飞行时间质量分析器(time-of-flight analyzer) d.离子阱质量分析器(ion trap analyzer)
电场
磁场
+
S 2收集器
S 1 离子源
质量分析器比较
质量分析器 四极杆 测定参数 按m/z大 小过滤 质量范围 ~3000 分辨率 2000 优点 缺点 适合电喷雾,易于 质量范围有限 正负离子模式切换, 体积小,价格低 体积小,中等分辨 率,设计简单,价 格低,适合多级质 谱,正负离子模式 易于切换 分辨率高,分子量 测定准确,中等测 量范围 质量范围宽,扫描 速度快,设计简单 质量范围有限
二、质谱仪的主要性能指标
1、质量范围(mass range)
指质谱仪所能测量的最大的m/z值;
2、分辨率(reslution)
指质谱仪对质量非常接近的两种离子的分离能力; 对于质荷比m/z100的离子,分辨率R=100时,它能与m/z101的峰分辨 开;R=1000时它能与m/z100.1的峰分辨开;R=10000时它能与m/ z100.01的峰分辨开,R值越高越能与质荷比相近的离子分开。 如十三烷基苯(C19H32)M=260.2505,十一烷基苯酮 (C18H28O)M=260.2140和l,2-二甲基4-苯甲酰基萘 (C19H160)M=260.1204,分辨率R=1000的低分辨仪器在m/z 260处 出现三个化合物的重叠峰。若R=100000时,仪器可将三个峰分辨开,并给 出如上精确相对分子质量,从而可以确定元素组成和分子式。
离子阱
频率
~2000
1500
磁场
动量/电荷
~20000
10000
要求高真空, 价格高,操作 繁琐,扫描速 度慢 价格高
飞行时间
飞行时间
~∞
15000
(5)真空系统(vacuum system)
为了保证离子源中灯丝的正常工作,保证离子在离子源和质量分析器内 正常运行,减少本底和记忆效应,质谱仪的离子源和分析器都必须在真空系 统。一般真空系统有机械真空泵和涡轮分子真空泵组成。
3、灵敏度(sensitivity)
指质谱仪对样品在量的方面的检测能力;
三、质谱的离子类型
1、分子离子
有机化合物的分子受电子轰击或得到能量丢失一个电子,形成 带电荷的正离子 M+e→M+· +2e (1)分子离子产生的必要条件
a.分子离子一定是奇电子离子( OE );
b.分子离子峰一定是质谱图中除同位素峰以外的最高质量数的峰。分子离子 的质量数代表了该化合物的相对分子质量; c.分子离子有合理的丢失; d.分子离子必须符合氮规律; 由C,H,O 组成的有机化合物,M 一定是偶数。 由C,H,O,N 组成的有机化合物,N 奇数,M 奇数。 由C,H,O,N 组成的有机化合物,N 偶数,M 偶数。
离子源的功能是提供能量使待分析样品电离,得到含有含有样品结构 信息的离子。
a.电子轰击离子源(EI)
主要用于挥发性样品的电离 b.化学电离源(CI)
c.快原子轰击源(FAB)
主要用于极性强、分子量大的样品分析 d.电喷雾电离源(ESI)
e.大气压化学电离源(APCI)
主要离子源的特点比较
离子源 EI 离子化能量 高能电子 特点及主要应用 适合挥发性样品。灵敏度高,重现 性好,有特征碎片离子。用于分子 结构的判定 适合挥发性样品。准分子离子,分 子量的确定
离子源(10-310-5Pa)、质量分析器(10-6Pa)
(1)大量氧会烧坏离子源的灯丝; (2)用作加速离子的几千伏高压会引起放电; (3)引起额外的离子-分子反应,改变裂解模型, 谱图复杂化。
(2)进样系统
进样方式取决于样品的物理化学性质(熔点、蒸气压、纯度)
(3)离子的产生方法(离子源,ion source)
2、质谱仪
(1)仪器基本构造
进样系统 离子源 质量分析器(真空系统) 检测器
直接进样 GC进样 LC进样 参考进样
EI CI ESI APCI APPI FAB MALDI
四极杆质量过滤器 飞行时间 离子阱 双聚焦 FT-MS 涡轮分子泵 机械泵
电子倍增器 光电放大器 MCP
质谱仪需要在高真空下工作:
(2)分子离子峰的判别方法
①引入了高质量的杂质,杂质峰出现在最高质量端; ②汽化温度过高导致样品分解; ③化合物自身不稳定,分子离子又进一步碎裂,如醇类的H很容易被电子轰 击而丢失,故醇的M+峰很弱甚至观察不到,而M-1峰较强。又如新戊烷C(CH3)4很容易丢失甲基,MS图中得不到m/z72的分子离子峰,只能得到 M-CH3m/z57的强峰。 a. 氮规律的办法:质谱中最高质量数(m/z)为奇数,表明化合物含奇数个氮原 子。若得到的分子式不含氮或含偶数个氮原子,则说明此分子式不正确,或 这个最高质量数为奇数的离子不是分子离子,而是碎片离子。 b.用合理的质量差来判断 分子离子峰与相邻碎片峰的质量差必须合理。 如图所示,某化合物的质谱图中最高质量端有两 个峰 m/z57和m/z58,若判断 m/z57是分子离 子峰其分子式为C3H7N,符合氮规律,m/z42可能 是M-CH3,m/z41可能是M-NH2,都是合理的丢失, 但是,m/z43是M-CH2这种丢失是不合理的。 若判断m/z58是分子离子峰,分子式为C4H10符合氮规律,m/z43可能是 M-CH3,m/z42可能是M-CH4,m/z41可能是M-CH3-H2。所以m/ z58的峰与相邻峰的质量差都较合理,很可能是分子离子峰。
(6)检测器(detector)
质谱仪的检测器主要使用电子倍增器,也有的使用光电倍增管。由质量 分析器出来的离子打到高能打拿级上产生电子,电子经电子倍增器产生 电信号,记录不同离子的电信号即得质谱。信号增益与倍增器电压有关, 提高倍增器电压可以提高灵敏度,但同时会降低倍增器寿命,因此,应 该在保证仪器灵敏度的前提下用尽量低的倍增器电压。由倍增器出来的 电信号经计算机处理后可以得到质谱图等各种信息。
质谱分析
一、质谱分析基本原理及质谱仪
1、概述
质谱分析法是通过一定手段使被测样品分子产生气态 离子,然后按质核比(m/z)对这些离子进行分离和检 测的一种分析方法。 (1)历史:a.第一台质谱仪:1912年;早期应用:原子质量、
同位素相对丰度等;b. 40年代:高分辨率质谱仪出现,有机化合物 结构分析;c. 60年代末:色谱-质谱联用仪出现,有机混合物分离分 析;促进天然有机化合物结构分析的发展; (2)分类:无机质谱、有机质谱、同位素质谱 (3)特点:a.应用范围广;b.灵敏度高,样品用量少;c.分析速度 快;d.能同时提供有机样品的精确相对分子量、元素组成、碳骨架 及官能团结构信息;e.结构复杂、价格昂贵、维修比较困难;f.样品 被破坏,无法回收。
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