质谱解析入门 基本规律
合集下载
如何解析质谱图ppt课件
12
5． 分子式的确定（高分辨质谱的应用）
13
Exact Molecular Weights
O
CH3(CH2)5CH3 Heptane
CH3CO Cyclopropyl acetate
Molecular formula C7H16 Molecular weight 100
C5H8O2 100
Exact mass 100.1253
16
2. 同位素离子丰度的计算
Isotopic Clusters
H
H
H
H
HH
HH
H
78
79
79
H
HH
HH
H
H
H
H
93.4%
6.5%
0.1%
all H are 1H and all C are 12C
one C is 13C
one H is 2H
17
Isotopic Clusters in Chlorobenzene
Relative intensity
100 80 60 40 20 0
m/z = 78
20
40
60
80
100
120 m/z 42
Alkanes undergo extensive fragmentation
CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3
Relative intensity
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
47
82
2000
35
84
1000
28
5． 分子式的确定（高分辨质谱的应用）
13
Exact Molecular Weights
O
CH3(CH2)5CH3 Heptane
CH3CO Cyclopropyl acetate
Molecular formula C7H16 Molecular weight 100
C5H8O2 100
Exact mass 100.1253
16
2. 同位素离子丰度的计算
Isotopic Clusters
H
H
H
H
HH
HH
H
78
79
79
H
HH
HH
H
H
H
H
93.4%
6.5%
0.1%
all H are 1H and all C are 12C
one C is 13C
one H is 2H
17
Isotopic Clusters in Chlorobenzene
Relative intensity
100 80 60 40 20 0
m/z = 78
20
40
60
80
100
120 m/z 42
Alkanes undergo extensive fragmentation
CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3
Relative intensity
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
47
82
2000
35
84
1000
28
气相色谱质谱联用谱图解析
依次为：间位、对位、邻位。
质谱解析
由质谱的高质量端确定分子离子峰，求出分子量。
一般来讲，分子离子峰是荷质比最大的一个， 但是对于易断裂的的物质来说，分子离子峰很小或 者没有，需积累经验。
分析同位素峰簇的相对强度比和峰与峰间的差值，
判断化合物是否含有Cl和Br等元素。
质谱解析
由分子离子峰丢失的碎片及主要碎片离子推分子式。 由分子离子峰的相对强度了解分子结构的信息。分
根据分子量判断（分子量小的先出峰）；
根据极性判断（极性柱-极性小的先出峰，非
极性柱-极性大的先出峰）。
基本规律
碳原子数相差1的一系列正构烷烃，其保留时间间
隔大致相同；
对于同分异构体，则支链烷烃比正构烷烃先出峰； 碳原子数相同则烷烃比烯烃先出峰； 对于相同取代基取代的苯的同分异构，其出峰顺序
基；若m／z 91或105为基峰或强峰，表明化合物含
有苄基或苯甲酰基。
常见失去离子碎片
M-15(CH3)
M-17(OH，NH3)
M-19(F) M-27(HCN，C2H3) M-29(CHO，C2H5) M-31(CH2OH，OCH3) M-35(Cl) M-43(CH3CO，C3H7) M-45(OC2H5，COOH)
子离子峰的相对强度由分子的结构所决定，结构稳 定性大，相对强度就大。 例如：萘分子离子峰m／z 128为基峰，蒽醌分 子离子峰m／z 208也是基峰。分子离子峰弱或不出 现，化合物可能为多片了解可能的结构
信息。 若质谱图中出现系列CnH2n+1峰，则化合物可能 含长链烷基；若出现或部分出现m／z 77，66，65， 51，40，39等弱的碎片离子蜂，表明化合物含有苯
基础知识-质谱
其中， N1，N3和 N4 为一价，三价和四价原子。
UN 1 4 7 1 1 2
如：C4H7O2Br
分子式的测量
• 经典方法?
• 现代方法 Mass Spectrometry
元素分析
• 测量分子式 (Molecular Fomular) 的经典步骤： – Qualitative elemental analysis – Quantitative elemental analysis – Molecular mass determination
p 轨道电子云密度分布
sp
3
sp3
C
sp3
sp3
C
sp 杂化轨道电子云密度分布
碳-氢,碳-碳 共 价 键
1.5
H
sp3
C
sp3
sp3
H
H
sp3
H
CH4
CH3-CH3
氮原子
Z
14
N (三价 N(R)3 ，
sp3 杂化
2pz
表示 n 电子)
1.6
c
109.5
O
能 量
X
2s
2p x
2p y
Y
氧原子 16O (二价 O(R)2 ， 表示 n 电子)
能 量
2s 2p x 2p y 2pz
sp3 杂化
H
O
105 O
px, py, pz 轨道是相互垂直的，如果未成对电子直接用 p 轨道与氢原 子成键，那麽形成的氨和水分子的键角应为 90 。实际上，氨分子的 键角是 HNH = 107，而水分子的键角是 HOH = 105 。 氮和氧原子先发生 2s 轨道和三个 2p 轨道 (即 px, py, pz) 杂化形成四个 能量相等的杂化轨道 (sp3 杂化轨道)。然后未成对电子以 sp3 杂化轨道 与氢原子成键。sp3 杂化轨道的键角应为 109.5 ，不符合氨及水分子 的实际键角，这是因为氮和氧的孤电子对(非键电子对)只有一个核的 作用，轨道中的 s 成分较多，体积较大，使键角受压而变小。氮只有 一对孤电子对，而氧有两对孤电子对，因此水分子比氨分子的键角受 压更大，因而键角更小。
UN 1 4 7 1 1 2
如：C4H7O2Br
分子式的测量
• 经典方法?
• 现代方法 Mass Spectrometry
元素分析
• 测量分子式 (Molecular Fomular) 的经典步骤： – Qualitative elemental analysis – Quantitative elemental analysis – Molecular mass determination
p 轨道电子云密度分布
sp
3
sp3
C
sp3
sp3
C
sp 杂化轨道电子云密度分布
碳-氢,碳-碳 共 价 键
1.5
H
sp3
C
sp3
sp3
H
H
sp3
H
CH4
CH3-CH3
氮原子
Z
14
N (三价 N(R)3 ，
sp3 杂化
2pz
表示 n 电子)
1.6
c
109.5
O
能 量
X
2s
2p x
2p y
Y
氧原子 16O (二价 O(R)2 ， 表示 n 电子)
能 量
2s 2p x 2p y 2pz
sp3 杂化
H
O
105 O
px, py, pz 轨道是相互垂直的，如果未成对电子直接用 p 轨道与氢原 子成键，那麽形成的氨和水分子的键角应为 90 。实际上，氨分子的 键角是 HNH = 107，而水分子的键角是 HOH = 105 。 氮和氧原子先发生 2s 轨道和三个 2p 轨道 (即 px, py, pz) 杂化形成四个 能量相等的杂化轨道 (sp3 杂化轨道)。然后未成对电子以 sp3 杂化轨道 与氢原子成键。sp3 杂化轨道的键角应为 109.5 ，不符合氨及水分子 的实际键角，这是因为氮和氧的孤电子对(非键电子对)只有一个核的 作用，轨道中的 s 成分较多，体积较大，使键角受压而变小。氮只有 一对孤电子对，而氧有两对孤电子对，因此水分子比氨分子的键角受 压更大，因而键角更小。
hrms质谱的解析
hrms质谱的解析高分辨率质谱（HRMS）是一种高精度的质谱技术，广泛应用于化学、生物学、环境科学等领域。
它能够提供分子的精确质量信息，从而帮助科研人员准确鉴定化合物的分子结构。
下面是HRMS质谱解析的基本原理和步骤：一、基本原理1. 样品电离：首先将样品转化为带电粒子（离子）。
这个过程可以通过不同的电离方法完成，如电喷雾电离（ESI）、基质辅助激光解吸/电离（MALDI）等。
2. 质量分析：电离后的离子在质量分析仪中被分离。
不同的离子因为质量和电荷比（m/z）的不同，在电磁场中的行为也不同。
HRMS能够非常精确地测量这些m/z值。
3. 探测和检测：离子被分离后，会被引导到探测器，探测器记录下达到的离子的数量，从而生成质谱图。
4. 数据处理：最后，质谱图会被分析，以鉴定样品中的化合物或分析其化学性质。
二、解析步骤1. 峰的识别：在质谱图中，每个峰代表一个特定m/z 值的离子。
通过峰的位置，可以知道该离子的质量和电荷比。
2. 质量精度分析：HRMS的一个关键特点是其高质量分辨率。
它可以区分非常接近的m/z值，有助于精确确定分子质量。
3. 分子式推断：根据测量到的精确质量，可以推断可能的分子式。
这一步通常涉及对可能的分子式进行搜索和比较，以找到与实验数据最匹配的分子式。
4. 结构鉴定：如果可用，通过与已知标准物质的质谱数据比较，可以进一步确认化合物的结构。
有时还会结合其他技术（如核磁共振、红外光谱等）以提供更全面的结构信息。
5. 定量分析：HRMS还可以用于定量分析，通过比较不同样品中离子的相对丰度，可以估计特定化合物的浓度。
高分辨率质谱技术能够提供极其详尽和精确的分析结果，对于复杂混合物的分析尤为有用。
它在药物开发、环境监测、食品安全检验等领域发挥着重要作用。
质谱基础知识及分析
Br有79Br、81Br两种同位素，丰度比为1 ：1，仅含一个 溴原子，出现M，M+2峰，其强度比为1：1
21
根据相对相对强度判断分子式： 对于分子只含有同一种卤原子时，其同位素离子峰的
强度比等于二项式(a＋b)n展开式各项值之比。 n为分子中同种卤原子的个数， a为轻质量同位素的丰度比， b为重质量同位素的丰度比 判断分子中同位素原子数目
①分子离子m/e数值等于化合物的相对分子量，必位于谱图的最
右边，这在谱图解析中具有特殊意义分子离子峰的强度与假定的分子结构必须相适应；例如： 芳香族化合物和共轭链烯有利于正电荷的分散，分子离子比较稳定， 因此分子离子峰较强，有时分子离子峰就是基峰。
4
④分子离子是奇电子离子；
M M+2 M+4 M+6
以相对强度表示 33.3% 100% 100% 33.3%
如果化合物中含有多个氯或溴原子时，我们可以用二项式 （a+b）n来计算其M+2，M+4，M+6，……同位素峰的强度。
22
例如：计算CHBr3的同位素峰强度。 应为79Br相对丰度：81Br相对丰度=100：98≈1：1 即a=1，b=1，n=3 （a+b）n=a3+3a2b+3ab2+b3 =1 + 3 + 3 + 1
5
2、碎片离子峰
1）、饱和烷烃—σ键断裂 当化合物分子中没有π电子和n电子时，σ键的断裂成为主要的断裂方 法。通过半异裂形成一个偶电子离子，同时脱去一个中性自由基。 如烷烃分子离子的断裂。断裂的产物越稳定，就越易断裂。
碳正离子的稳定顺序为叔＞仲＞伯（诱导效应所致），所以异构 烷烃最容易从分支处断裂。支链大的易以自由基脱去（Stevenson规 则:较大的烷基比较容易丢失）。
21
根据相对相对强度判断分子式： 对于分子只含有同一种卤原子时，其同位素离子峰的
强度比等于二项式(a＋b)n展开式各项值之比。 n为分子中同种卤原子的个数， a为轻质量同位素的丰度比， b为重质量同位素的丰度比 判断分子中同位素原子数目
①分子离子m/e数值等于化合物的相对分子量，必位于谱图的最
右边，这在谱图解析中具有特殊意义分子离子峰的强度与假定的分子结构必须相适应；例如： 芳香族化合物和共轭链烯有利于正电荷的分散，分子离子比较稳定， 因此分子离子峰较强，有时分子离子峰就是基峰。
4
④分子离子是奇电子离子；
M M+2 M+4 M+6
以相对强度表示 33.3% 100% 100% 33.3%
如果化合物中含有多个氯或溴原子时，我们可以用二项式 （a+b）n来计算其M+2，M+4，M+6，……同位素峰的强度。
22
例如：计算CHBr3的同位素峰强度。 应为79Br相对丰度：81Br相对丰度=100：98≈1：1 即a=1，b=1，n=3 （a+b）n=a3+3a2b+3ab2+b3 =1 + 3 + 3 + 1
5
2、碎片离子峰
1）、饱和烷烃—σ键断裂 当化合物分子中没有π电子和n电子时，σ键的断裂成为主要的断裂方 法。通过半异裂形成一个偶电子离子，同时脱去一个中性自由基。 如烷烃分子离子的断裂。断裂的产物越稳定，就越易断裂。
碳正离子的稳定顺序为叔＞仲＞伯（诱导效应所致），所以异构 烷烃最容易从分支处断裂。支链大的易以自由基脱去（Stevenson规 则:较大的烷基比较容易丢失）。
质谱解析基础ppt课件
• 降低轰击电子能量的结果会使仪器的灵敏度下降，虽然分子离子峰的 丰度有所提高，但离子的绝对强度降低，一些由于热不稳定和低挥发 性等原因而不出现分子离子峰的化合物，用这种办法不会得到预期的 效果，这时可采取各种软电离的办法，虽然碎片离子大量减少，但可 以突出分子离子峰。
• C、降低样品的气化温度
• 气化温度的降低可以减少分子离子进一步断裂的可能性，分子离子峰 的相对丰度增加。如三十烷烃在340℃时气化，不出现分子离子峰， 改变70℃气化时分子离子峰的丰度接近基峰。
精品课件
（3）σ断裂
如果化合物分子中具有σ键，如烃类化合物，则会发生σ键断裂。σ 键断裂需要的能量大，当化合物中没有π电子和n电子时，σ键的断 裂才可能成为主要的断裂方式。断裂后形成的产物越稳定，这样的断 裂就越容易进行，阳碳离子的稳定性顺序为叔>仲>伯>，因此，碳氢 化合物最容易在分支处发生键的断裂。并且，失去最大烷基的断裂最 容易进行。例如
精品课件
2．重排开裂
重排开裂时涉及到两个键的断裂，脱去一个中性 分子，同时发生H重排。重排的结果产生了在原化合物中 不存在的结构单元的离子 （1）麦氏重排(Mclafferty rearrangement) • 分子离子或碎片离子结构中有双键，且在γ位上有H原子 的正离子都能发生麦氏重排。在开裂中，γ位上的H通过 六元环过渡态的迁移到电离的双键碳或杂原子上，同时烯 丙键断裂，生成中性分子和碎片离子。通式如下：
根据质谱解析原理，可从质谱图获得组分的分子量和分子结构信息
精品课件
二、分子量的测定
质谱最重要的作用是测定物质的准确分子量。分子离子峰的m/z 值示出准确的 相对分子质量，高分辨质谱的分子离子峰还可提供精确的相对分子质量，由此 可方便地推断出化合物的分子式，所以识别分子离子峰是很重要的
质谱分析的基本原理及方法
MW：
C7H8N3O2
166.0570~166.0690 166.0617
C9H10O3 166.0630
C12H8N 166.0657
同位素离子峰鉴定分子中氯、溴、硫原子。 如:CH3CH2Br 天然丰度% 79Br 50.537% ; 81Br 49.463% 相对强度： M：100% M+2 97.87% 峰强度比：1 1
C
CH2
CH3 CH
CH3
CH3 C CHCH3 + CH2 CH2 m/e 72
3. 某醛质谱图中m/e 44 处有一个强峰，试问其结构可能是
下列哪一个化合物？
CH3
(A) CH3CH2CH2CHO
(B) CH3CHCHO
4. 某酮分子式C10H12O，其质谱图给出m/e值为： 15、43、 57、91、105、148。试写出此化合物的结构。
a. 醛酮等化合物的a-裂解
a-裂解: 带电荷的有机官能团与相连的碳原子之间的裂解。
.+
醛 RCO
+
R +H C O
m/e 29
H
酮
O
-e CH3CH2CCH3
+
O
a
CH3CH2 C CH3
ab
m/e 72
b
+
CH3CH2 + CH3C O m/e 43
CH3
+ CH3CH2C
+
O
m/e 57
-CO
[质谱表]
甲烷的质谱表
m/e
2
相对强度 1.36
12
13
3.65 9.71
14 18.82
质谱法简介—质谱法基本原理(分析化学课件)
m/z 123 －CH3
－CO 108
80
m/z 80 离子是由分子离子经过两步裂解产生的，而不是一步形成的
质谱法基本原理
4.同位素离子
大多数元素都是由具有一定自然丰度的同位素组成。化合物 的质谱中就会有不同同位素形成的离子峰，由于同位素的存在， 可以看到比分子离子峰大一个质量单位的峰M+1；有时还可以 观察到M+2，M+3。通常把由同位素形成的离子峰叫同位素峰。
离子子还可能进一步裂解成更小的碎片离子，在裂解的同时也可能
发生重排。
质谱法基本原理
3.亚 稳 离 子（m*）
在离子源中形成的碎片离子没有进一步裂解，而是在 飞行进入检测器的过程中发生自行的裂解，这样所形成的低 质量的离子叫亚稳离子。 形成过程 m1 (母离子) m2 (子离子) 中性碎片
表观质量 m m22
37
(a+b)n=(3+1)2=9+6+1
即三种同位素离子强度之比为9:6:1。 这样，如果知道了同位素的元素个数，可以推测各同
位素离子峰强度之比。 同样，如果知道了各同位素离子强度之比，可以估计
出分子中是否含有S、Cl、Br原子以及含有的个数。
质谱法基本原理 四、质谱法的特点与主要用途
❖ 特点： ❖ 1．样品用量少。灵敏度高，精密度好。 ❖ 2．分析速度快。 ❖ 3．分析范围广，适合联机。 ❖ 4．能够同时给出样品的精确分子质量和结构信息
色谱-质谱联用分析法 气质联用（GC-MS）的应用领域：
气质联用已经成为有机化合物常规检测中的
必备工具。环保领域的有机污染物检测，特别是
低浓度的有机污染物；药物研究生产质控的进出
口环节；法庭科学中对燃烧爆炸现场调查，残留
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
生物分子质谱的解析
生物分子：肽、寡核苷酸和寡糖
生物分子的分子离子的裂解，遵循偶电子离子的裂 解规律 肽、糖和核苷酸离子具有其特定的裂解途径，产生 的碎片离子有其特定的命名
13
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
肽产生的离子的命名
质谱解析入门－基本规律
奇电子离子和偶电子离子
奇电子离子：含有一个未成对电子的离子 偶电子离子：不含未成对电子(即电子全配对)的离子 奇电子离子碎裂可产生奇电子碎片离子或偶电子碎片离 子 偶电子离子碎裂产生偶电子碎片离子是有利的
通常大气压下电离产生的都是准分子离子，属于 偶电子离子。
H H2C H R N H2C H R H N H3C H N CH2
+
R
如烃链较长，通过六元环的γ位氢重排为优势过程， 这是发生在偶电子离子上的Mclaffenternational Trading (Shanghai) Co. Limited
R R
NH2 H N PH OH OR' COOH R'
质谱解析 -基本的偶电子离子裂解反应
常见的偶电子离子裂解反应： 邻近带电位点的键的裂解，伴随电荷转移并丢失 一稳定的小分子 偶电子离子裂解反应服从宇称规律，一个偶电子 离子产生另一偶电子离子及中性碎片
8
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
4
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
质谱解析入门－基本规律
环加双键值
分子中双键的数目和环数的总和就是该分子的环加双键 值，也称为不饱和度。 从分子式CxHyNzOn可计算出环加双键值（若有Si或P， 则Si的数目应加到C的数目x，P的数目应加到N的数目z ）。若该分子为全饱和而且无环，H的数目应为2x+2+z ，而实际H的数目为y，因此该分子的环加双键值应为： 环加双键值 = (2x+2+z-y)/2 根据环加双键值可推测化合物类型。
质谱解析入门
1
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
质谱解析入门－基本规律
质谱解析的基本规律
奇电子离子和偶电子离子 氮规则 环加双键值 同位素峰
低分辨液质联用仪质谱图解析基本步骤
2
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
质谱解析 -基本的偶电子离子裂解反应
3、 环状离子断裂两个键，电荷保留
4、两个键的断裂，伴随着重排
10
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
质谱解析 -基本的偶电子离子裂解反应
OH R C O H H R OH C OH
+
酯类经过类似的反应生成相当于质子化酸的碎片离子。
3
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
质谱解析入门－基本规律
氮规则
不含氮的有机物：分子量为偶数 含氮的有机物
分子量(单同位素)含有奇数氮的有机物，其分子量为奇数； 含有偶数氮的有机物，其分子量为偶数。 奇电子离子：含有奇数氮的奇电子离子的质荷比为奇数；含 有偶数氮的奇电子离子的质荷比为偶数。 偶电子离子：含有奇数氮的偶电子离子的质荷比为偶数；含 有偶数氮的偶电子离子的质荷比为奇数。
有利于质子 化（生成正 离子）
R2 R2 R2 R
R2 R2 R
PH3 SH C O
有利去质子 （生成负离 子）
SO3H R RPO3H 少数情况，偶电子离子产生奇电子离子， 巨大的π 系统离子
12
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
质谱解析 -基本的偶电子离子裂解反应
1、单键裂解伴随电荷的迁移
CH3-CH2-OH2+ → CH3-CH2+ + H2O
2、键的裂解伴随环化及电荷的迁移
如果杂原子处于适当的位置，易于发生环化反应，则产物离 子的强度较高
H O H O H H O O H H O H
+ H2O
9
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
未知化合物的质谱解析
找到准分子离子峰和加合离子峰 推断出单同位素分子量 根据同位素丰度、氮规则等推断元素个数 根据环加双键值、碎片离子和其他已知信息推断结构 高分辨质谱、核磁共振确证
7
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
14
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
寡核苷酸产生的离子的命名
磷酸二酯键的4种可能的裂解产生8种离子，含5’-OH的离子称an 、bn 、cn和dn而含3’OH的离子称wn 、xn 、yn和zn。下标n指示其裂解位置。碱基的进一步丢失用括号表示， 如a3-B3（A）表示键的开裂发生在3位的磷酸二酯基的核糖碳原子和氧原子之间并在同 一位置进一步丢失了腺苷碱基。
4、给出可能的分子式
6
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
质谱解析入门－基本步骤
已知分子式化合物的定性确证
判断准分子离子峰：正离子模式[M+H]+；负离子模式[M-H] 判断加合离子峰：正离子模式加钠，加钾等；负离子模式加氯等 判断同位素丰度与理论值是否吻合
5
Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited
质谱解析入门－基本规律
同位素峰
同位素丰度的分布可帮助判断峰的元素组成。对于大气压下电离，方法如下： 1、获取准分子离子峰 2、找到单同位素峰 3、推断元素个数 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。