质谱
质谱ppt课件
m 2 Bz (2)
由此式得： R
其中：R为弧形半径 B为磁场强度
RB z
m
代入(1)式得：
m B R 2 2 （质谱基本方程） 最新版整理ppt
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z 2V
注意：
①若加速电压V和磁场强度B一定，不同m/z的离子，R不同 的的离子在质量分析器中被分开，一般重离子弧形半径R大， 轻离子R小
①R，V一定，改变B，为磁场扫描法， 当B又小到大变化时，先收集到（分离 出）的是轻离子
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§5-1 质谱法的基本知识
一、 定义：
使待测的样品分子气化，用具有一定能量的 电子束（或具有一定能量的快速原子）轰击气态分 子，使气态分子失去一个电子而成为带正电的分子 离子。分子离子还可能进一步断裂成各种碎片离子， 所有的正离子在电场和磁场的综合作用下按质荷比 （m/z）大小依次收集和记录就得到质谱图。
最常见的是麦氏重排可以发生麦氏重排的化合物， 有醛、酮、酸、酯等含C=Z的化合物（Z为O、S、N、 C等），及烯烃类和苯类化合物等。
R4 CH
H
Z
R4 C H
ZH
CH
C
R3
CH
R1
R2
CH R3
C
HC
R1
R2
化合物必须具有的结构特征最新是版整分理p子pt 中不仅有一个双
30
键而且需要在r-位上有H原子
不同种类的同位素，其同位素峰强度的求法各不相同，如下 分别介绍：
（1）对于含C、H、O、N、S的化合物，其分子式表示成 CwHxNyOzSq，M+1同位素峰相对于分子离子峰M的强度：
M 1 1 0 1 . 0 w 0 8 0 . 0 x 2 0 . 3 y 7 0 . 0 z 4 0 . 7 q 8 M
各家常见质谱
各家常见质谱质谱是一种强大的分析工具，广泛应用于化学、生物、材料科学等领域。
不同的实验室和研究机构可能会使用不同的质谱技术，下面是一些常见的质谱技术：1.气相色谱-质谱联用（GC-MS）气相色谱-质谱联用是一种常用的质谱技术，它可以将复杂的样品分离成单个组分，并对其进行鉴定。
这种技术通常用于分析挥发性化合物，如香气、有机溶剂、农药等。
在食品、环境、药物等领域有广泛的应用。
2.液相色谱-质谱联用（LC-MS）液相色谱-质谱联用是一种高效的分析方法，可以用于分析不挥发性的复杂样品，如蛋白质、多肽、核酸等。
该技术具有高灵敏度、高分辨率和高通量等优点，因此在生物医药领域应用广泛，可以用于疾病诊断、药物研发等。
3.飞行时间质谱（TOF MS）飞行时间质谱是一种高分辨率的质谱技术，可以快速分析复杂的样品。
它通过测量离子在电场中的飞行时间来推算离子的质量，从而对其进行鉴定。
该技术可以用于分析蛋白质、多肽、核酸等生物分子，也可以用于分析有机化合物和金属离子等。
4.四极杆质谱（Quadrupole MS）四极杆质谱是一种常用的质谱技术，它通过在电场中施加正弦和余弦电压来控制离子的运动，从而对其进行过滤和鉴定。
该技术可以用于分析有机化合物、药物、环境污染物等，具有高灵敏度和高选择性。
5.离子阱质谱（Ion Trap MS）离子阱质谱是一种高灵敏度的质谱技术，可以用于分析痕量样品。
它通过将离子限制在一个低电位的区域，并通过改变电压来控制离子的运动，从而对其进行鉴定和分析。
该技术可以用于分析蛋白质、多肽、核酸等生物分子，也可以用于分析有机化合物和环境污染物等。
以上是一些常见的质谱技术，它们具有各自的特点和应用范围。
在不同的实验室和研究机构中，可以根据实际需求选择适合的质谱技术来进行样品的分析和鉴定。
质谱工作原理
质谱工作原理
质谱（MS）是通过检测化合物中某种特定的元素而将化合物
中所有可能存在的原子（分子）以一定的顺序排列起来，从而对
化合物进行定性和定量分析。
质谱工作原理如下：
电离源是质谱的核心部件，它将离子从样品溶液中分离出来，再经加速和电离而得到高质量的离子束（离子源）。
常用的有分
子离子化源和化学离子化源。
分子离子化源有电喷雾质谱仪和喷雾质谱仪两种。
电喷雾质
谱的工作原理是用高压气体使样品溶液雾化，形成无数细小的液滴，在飞行时间质谱仪中被加速到一定速度后，使液滴撞击基质
中的离子发生碰撞而使样品离子与离子相碰撞而产生碎片离子。
这些碎片离子在进入质谱检测器前，会被扫描器滤除。
因此，分
子离子化源又称为滤去离子化源或滤除（filter）离子源。
这类
质谱仪以液体为工作介质。
化学离子化源是利用有机化合物分子在离子化过程中所发生
的化学反应而产生电离产物（主要是氢化物）。
这种质谱仪称为
化学电离质谱仪（CID）。
—— 1 —1 —。
质谱的原理及应用
质谱的原理及应用1. 质谱的基本原理质谱是一种重要的分析技术，它利用离子化技术将待测物质转化为离子，并通过对离子进行分析，得到物质的分子结构、组成和质量信息。
质谱的基本原理包括样品离子化、离子分离、离子检测和质量分析。
1.1 样品离子化样品离子化是质谱的第一步，常见的离子化方法包括电离和化学离子化。
电离通常采用电子轰击、电子喷雾和激光离化等方法。
1.2 离子分离离子分离是质谱的关键步骤，通过施加电场或磁场，可以将离子按照质荷比进行分离。
常见的离子分离方法包括质量过滤、离子阱和飞行时间法等。
1.3 离子检测离子检测是质谱的关键环节，常见的离子检测方法包括电子增强器、多极杆和检测器等。
离子检测器会将离子转化为电信号，并进行放大和信号处理。
1.4 质量分析质量分析是质谱的核心内容，通过质谱仪器对离子进行质量分析，可以得到物质的质量谱图。
常见的质谱分析方法包括质谱仪、质谱图和质谱库的利用。
2. 质谱的应用领域质谱作为一种高灵敏度和高分辨率的分析方法，已广泛应用于多个领域。
2.1 生物医药领域质谱在生物医药领域中主要应用于药物代谢动力学研究、蛋白质组学和分子诊断等。
通过质谱技术可以分析药物在体内的代谢途径、代谢产物和代谢酶等，对药物的疗效和安全性进行评估。
此外，质谱还可以用于分析蛋白质组的组成和结构，帮助研究蛋白质功能及其与疾病之间的关系。
2.2 环境监测领域质谱在环境监测领域中主要用于有机污染物和无机污染物的检测与分析。
通过质谱技术可以对空气、水体、土壤等中的污染物进行快速、准确的分析，有助于环境质量评估和环境治理。
2.3 食品安全领域质谱在食品安全领域中起着重要的作用，可以用于检测食品中的农药残留、重金属污染和毒素等。
通过质谱技术可以对食品样品进行快速筛查和定量分析，保障食品质量和食品安全。
2.4 新能源领域质谱在新能源领域中用于催化剂研究、电池材料分析和新能源开发等。
通过质谱技术可以研究催化剂的表面结构和反应机理，评估催化剂的催化活性和稳定性。
质谱的名词解释
质谱的名词解释质谱（Mass Spectrometry，简称MS）是一种分析化学技术，它通过将样品中的化合物分子或原子离子化，然后在电磁场中进行偏转、分离和检测，最终得到离子的质量和相对丰度信息。
质谱在生物学、化学、环境科学等领域广泛应用，被视为一项强大而多功能的实验技术。
1. 质谱的基本原理质谱的基本原理是离子分析。
它将待分析物分子通过电离源转化为离子，并利用不同质量、不同电荷的离子在电磁场中的偏转情况进行分离。
电荷离子在磁场中受到洛伦兹力的作用，偏转半径与质量和电荷量有关。
通过探测器对分离后的离子进行检测，可以得到不同离子的质量谱图。
2. 质谱的主要组成部分质谱仪主要由电离源、质量分析器和探测器组成。
电离源负责将待分析物转化为离子，常用的电离源包括电子轰击电离源、化学电离源和光电离源等。
质量分析器用于分离不同质量的离子，常见的质量分析器包括飞行时间质谱仪（Time-of-Flight Mass Spectrometer，简称TOF-MS）、电子能量分析器和磁扇形质谱仪等。
探测器则负责测量离子的相对丰度，常见的探测器有离子多道器、电子倍增管和微小通道板等。
3. 质谱的应用领域3.1 蛋白质组学质谱在蛋白质组学研究中扮演着重要的角色。
蛋白质质谱分析可以用于蛋白质结构的鉴定、定量分析以及功能研究。
利用质谱技术，可以对复杂的蛋白质样品进行分离、定性和定量分析，从而揭示蛋白质的组成、修饰和相互作用等信息。
3.2 代谢组学代谢组学研究生物体内代谢物的变化及相关的生理、病理过程。
质谱在代谢组学研究中被广泛应用，可以对细胞、组织和体液中的代谢产物进行定性和定量分析。
通过质谱技术，可以发现代谢物的新的生物标志物，并揭示代谢通路的变化，从而为疾病的诊断和治疗提供理论基础。
3.3 农残分析农残分析是农产品中残留农药的分析鉴定。
质谱在农残分析中被广泛采用，可以对食品样品中的农药残留进行快速、准确的检测和定量。
利用质谱技术，可以实现对多种农药的同时检测，提高快速筛查的效率和准确性。
质谱基本原理
质谱基本原理质谱（Mass Spectrometry，MS）是一种用于分析化合物分子结构和确定化合物分子量的重要分析技术。
它通过将化合物分子转化为离子，然后根据离子的质量和电荷比进行分析，从而得到化合物的质谱图谱。
质谱技术在化学、生物、药学等领域具有广泛的应用，是一种非常重要的分析手段。
质谱的基本原理可以简单地概括为离子化、分离、检测和数据处理四个步骤。
首先，样品中的化合物分子被转化为离子，这一过程通常通过电离源完成。
常用的电离源包括电子轰击电离源、化学电离源和电喷雾电离源等。
不同的电离源适用于不同类型的化合物，选择合适的电离源对于获得准确的质谱数据至关重要。
接下来，离子经过质谱仪中的分析部分，根据其质荷比（m/z）进行分离。
质谱仪通常包括离子源、质量分析器和检测器。
质量分析器的种类有多种，包括飞行时间质谱仪、四级杆质谱仪和离子阱质谱仪等。
这些质谱仪能够根据离子的质荷比进行高效分离，从而得到高质量的质谱数据。
在检测部分，分离后的离子被检测器检测到，并转化为电信号。
这些信号随后被转化为质谱图谱，显示出离子的质荷比和相对丰度。
通过分析质谱图谱，可以得到化合物的分子量、结构信息以及相对丰度等重要数据。
最后，得到的质谱数据需要进行处理和解释。
数据处理包括质谱图谱的峰识别、质谱数据的校正和质谱图谱的解释等步骤。
这些步骤需要借助专业的质谱数据处理软件进行，以确保得到准确可靠的结果。
总的来说，质谱的基本原理是将化合物分子转化为离子，然后根据离子的质量和电荷比进行分析，最终得到化合物的质谱数据。
质谱技术在化学、生物、药学等领域具有广泛的应用，对于研究化合物的结构和性质具有重要意义。
随着质谱技术的不断发展，相信它将在更多领域展现出强大的应用潜力。
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Electron Impact (EI) Ionization
Reflector
e-
M+.
Ions get kinetic energy
1mv2 2
zVET
V kV
Electron trap
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EI 源的特点：
电离效率高，灵敏度高； 应用最广，标准质谱图基本都是采用EI源得到的； 稳定、操作方便，电子流强度10~240 eV可精密控制； 结构简单，控温方便。
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II. 质 谱 仪
一、质谱的结构和工作原理 二、质谱联用技术 三、质谱性能指标
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一、质谱的结构和工作原理
质谱分析法主要是通过对样品的离子的质荷比的分析而 实现对样品进行定性和定量的一种方法。因此，质谱仪必须 有电离装置把样品电离为离子，有质量分析装置把不同质荷 比的离子分开，经检测器检测之后可以得到样品的质谱图， 不管是哪种类型的质谱仪，其基本组成是相同，包括离子源、 质量分析器、检测器和真空系统。
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1、离子源
离子源的作用是将欲分析样品电离，得到带有样品信息的离子。质 谱仪的离子源种类很多，主要有：
A. 电子轰击电离源(Electron Impact, EI) B. 化学电离源(Chemical Ionization, CI) C. 快原子轰击源(Fast Atomic bombardment, FAB) D. 场电离源(Field ionization Sources, FI) E. 电喷雾源(Electron spray Ionization, ESI) F. 大气压化学电离源(Atmospheric pressure chemical Ionization, APCI) G. 基 质 辅 助 激 光 解 吸 电 离 源 (Matrix Assisted Laser Description Ionization, MALDI)
质谱 核磁 光谱
质谱核磁光谱
质谱、核磁和光谱是三种不同的分析方法，它们在化学、物理和生物领域都有广泛的应用。
质谱（MS）是一种测量离子质荷比的分析方法，可以用于确定分子的分子量、化学式和结构。
它通常与其他分析方法结合使用，例如红外光谱、核磁共振等，以提供更全面的分子信息。
核磁共振（NMR）是一种利用核自旋磁矩进行研究的方法，主要应用于化学、物理和生物领域。
在NMR中，原子核被置于强磁场中，并受到特定频率的电磁辐射。
当这些原子核吸收电磁辐射时，就会产生共振信号，通过对这些信号进行分析，可以确定分子的化学结构、分子构型、分子间相互作用等信息。
光谱（Spectrum）是物质与电磁辐射相互作用的结果，通过对光谱进行分析，可以确定物质的化学组成、结构和性质。
光谱法通常分为吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法和拉曼光谱法等。
在化学分析中，光谱法是一种非常重要的手段，可以用于测定化合物的分子量和化学式，以及研究分子的结构和化学反应过程。
总之，质谱、核磁和光谱都是非常重要的分析方法，在化学、物理和生物领域都有广泛的应用。
它们可以提供关于分子结构、化学反应过程和物质组成的重要信息。
质谱的应用范围
质谱（Mass Spectrometry，MS）是一种用于分析样品中化合物的技术，通过测量分子或离子的质量和相对丰度，可以提供关于样品的化学组成、结构、分子量、碎片信息等详细信息。
质谱在各个领域中有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：
生物医学研究：质谱可用于生物分子（如蛋白质、核酸、代谢物等）的鉴定、定量和结构解析，用于生物标志物的发现、药物代谢研究、蛋白质组学、蛋白质互作研究等。
药物分析：质谱可用于药物的分析、质量控制、药代动力学研究和药物代谢研究，以及毒物学研究中的药物检测和毒性分析。
环境监测：质谱可用于分析空气、水、土壤等环境样品中的有机物、无机物和污染物，例如挥发性有机化合物（VOCs）的监测和分析、水体中的重金属分析等。
食品和农产品安全：质谱可用于食品中的农药残留检测、添加剂分析、食品中的污染物检测，以及农产品质量控制和追溯等方面。
石油和能源行业：质谱可用于石油和天然气中的成分分析、燃料质量分析、石油产品中的污染物检测等。
法医学和毒理学：质谱可用于毒物分析、毒物代谢研究、尸体分析、毒品分析等领域，对犯罪调查、毒物鉴定和法医研究具有重要意义。
除了上述应用范围，质谱还广泛应用于材料科学、化学工艺、地质学、天文学等领域，为科学研究和工业应用提供了强大的分析工具和技术支持。
由于质谱技术的高灵敏度、高分辨率和多功能性，其应用领域不断拓展和深化。
质谱介绍
质量分析器
检测器
倍增器 SEM 微通道板 MCP
数据系统
真空系统
离子源（10-3 10 -5 Pa ） 质量分析器（10 -6 Pa ）
How does it work?
ionise
accelerate
separate
ee+
+4000 V
0V
Magnetic and/or electric field
+
v a c u u m
heavy light
vapourise
eesample
A+
B
+ +
Mass spectrometry
C
A+
B+
C+
5
e-
二、质谱仪的结构
（一）进样系统 （二）离子源 （三）质量分析器 （四）检测系统 （五）真空系统 （六）数据处理系统
（一）进样系统
• 将样品引入到离子源中 （1） 间歇式进样系统
基质辅助激光解吸电离谱图
各种离子化方法的使用范围
离子 选择的依据 ESI或MALDI 热稳定性 极性 要求取得的 结构信息 极性 APCI
Thermospray
EI 或 CI 非极性
PB
分子量 (Da)
离子源的特点总结
离子化方法选择
● 碱性化合物宜用正离子方式 ● 酸性化合物宜用负离子方式 ● 如未知,可能正负都要做 ● 有些化合物正、负模式都出峰，选择灵敏度 高的方式，不明确的优先试用正离子方式
质谱分析
一、质谱的基本知识 二、仪器与结构 三、联用仪器
一、质谱的基本知识
1、什么是质谱？
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常见同位素的丰度表
A
C H N O F Si P S Cl Br I 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
A+1
1.11 0.015 0.37 0.04 5.10
A+2
0.20
3.35
0.78
4.40 32.5 98.0
分子中溴、氯元素的识别
溴和氯都是A+2元素，而且两种同位素的丰度都比 较高
CH2 CH2 CH2 CH3 92
134(M ) 39 51 65 77
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
五、 酸的质谱图
合理利用前人总结的经验和数据
15 CH3 16 O 17 H2O,NH2
77 C6H5
91 C7H7
第四章 质 谱
质谱的定义
质谱的发展历史
质谱图上提供的信息
仪器简介
离子化的方法
1. 电子轰击（EI）
2. 化学电离（CI）
3. 场致离（FI）和场解吸 （ FD ）
4. 快原子轰击（FAB） 5. 电喷雾电离（ESI）
分子离子的主要类型
分子碎片的问题
由于质谱图是有机化合物裂解得到的一系列大大小小不同荷质 比的峰，不同的荷质比就代表了不同大小的分子碎片，因此必 须了解所谓的合理的分子碎片。
（3）σ- 断裂
2.重排反应
同时涉及至少两根键的变化，在重排中既有键的
断裂也有键的生成。
生成的某些离子的原子排列并不保持原来分子结 构的关系，发生了原子或基团的重排。 质量奇偶不变，失去中性分子。
麦氏重排
R4
CH CH
H
Z C R1
R4
CH CH HC R2
ZH C R1
R3
CH R2
R3
麦氏重排
电子轰击电离时： 电离电位最低的n电子容易失去 其次为电子 最后是电子
O
O
O
均裂
O m/z 43
+ CH3
O
异裂
O
+ CH3 m/z 15
（1） -裂解
（1） -裂解
（1） -裂解
（2）i-断裂 (或叫正电荷诱导裂解) 由正电荷（阳离子）引发的碎裂过程。它涉及 两个电子的转移。
麦氏重排
逆Diels-Alder 开裂
逆Diels-Alder 开裂 Nhomakorabea一、饱合烃的质谱图
1.直链烷烃
alkanes
16 15
43 57 29 15 71 85
99 113
142 m/z
methane M=16
m/z
二、芳烃的质谱图
91
100
% OF BASE PEAK
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
例如：m/z=15，则可能为甲基， m/z=18，则为H2O， m/z=77，则为苯基， 有些是需要通过长期积累，获得大量的经验才能正确判断出有 机化合物分子裂解的方式和可能的分子碎片。
A类，
如：F、P、I等
A+1类，如：C、H、N等 A+2类，如：Cl、Br、Si、S等 对于有机分子，总有一些M+1、M+2、M+3等峰 伴随着分子离子峰M出现，即以同位素峰簇存在。
例： 确定分子量
M+、 M+2
解：有m/z=228，(m+2)/z=230，所以可能有A+2类元素（Cl、Br、Si、S）， 由于两个峰等值，且228与149相差79，正好是一个Br的原子量，而228， 230；183，185；169，171几乎等高峰强度，所以可以认为此化合物只含一 个Br，其分子量为228。
这些峰的个数和强度就直接和分子中的溴或氯 元素有关，质谱峰的丰度比就可用后面的两项 展开式来计算。
同位素个数与m/z峰强度的关系
如果某一元素有两种同位素，在某化合物中含有m个该元素 的原子，则分子离子同位素峰簇的各峰相对强度可用二项式 （a+b）m计算：
m(m 1) m 2 2 (a b) a ma b a b 2! m(m 1) (m k 1) m k k a b bm k!
79 35
Br: Br=100:98≈1:1 Cl: Cl=100:32.5≈3:1
37
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如果分子中含有一个溴或氯，则质谱图上分子离子 峰就会有两个相差两个质量单位的 M 和 M+2 峰， 它们的强度比约为 1:1 和 3:1 。
化合物为： C10H11BrO2
注意：
如果分子中含两个或两个以上的溴或氯，则质 谱图中就会出现同样相隔两个质量单位的 M、 M+2、M+4、……峰
m m m 1
式中：a 为轻同位素的相对丰度，b 为重同位素的相对丰度。
例: 计算C3H4Cl2的 M:M+2:M+4 的相对强度
解:氯的同位素比值为3:1,则用二项式计算: (3+1)2 = 9 + 6 + 1 所以 C3H4Cl2 中氯元素在质谱中峰的强度比是: 9:6:1
9:6:1
碎裂的一般规律
+
O
i-碎裂
CH3CH2+ + OCH2CH3
-断裂与i-断裂是两种相互竞争的反应。
N 一般进行-断裂；卤素则易进行 i-断裂
（2）i-断裂 (或叫正电荷诱导裂解)
（3）σ- 断裂
当化合物不含杂原子、也没有不饱和键时，只 能发生 σ-断裂。
与分子结构的关系
有利于稳定碳正离子：
+ .
.
+
+
.
29 CH3CH2,CHO 30 NH2CH2,CH2O,NO 31 CH3,CH2OH,CH3NH2
77 C6H5
79 Br 91 C6H5CH2
例：确定分子量
M+
解：最大荷质比m/z为102，下一个荷质比的峰m/z为87，相差15，对应一 个-CH3，中性碎片丢失合理，所以可以确定m/z(102)为分子离子峰，分子 量为102。