21质谱定性分析教学案例
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质谱仪(质谱法)实例分析与应用
确定元 素组成
• a.用最高质量数,如果太弱则用强的不受其他峰干扰的碎 片峰。 • b.元素原子个数多于1的,由同位素丰度计算出各种元素 的原子数 • c.若同时含两种，扣除叠加效应。 • d.一定质量范围内,元素组成是有限的,不是任意组合的。
峰强度 与结构
• 丰度大反映离子结构稳定
质谱解析的一般步骤
电离后的得到的离子种类——重排离子 对于含有如羰基这样的不饱和官凡是具有γ的氢的醛、 酮、酯、酸及烷基苯、长链烯等，都可以发生麦氏 重排。（可以有电子和自由基引起重排）
质谱分析的一般规则
确定分 子量
• 氮规则：与高质量碎片离子有合理的质量差,凡质量差在 3～14和21,25之间均不可能,则说明是碎片或杂质
图9.20是某未知物质谱图，试确定其结构
分析过程： 1、质谱图可以确定该化合物的分子量 M=154。M/z 156是m/z 154的同位素峰 2、由m/z154和m/z156之比约为3： 1，可以推测化合物中含有一个Cl原 子。 4、可能含有的官能团 3、m/z154失去15个质量单位（CH3）得 m/z139离子。 m/z139失去28个质量单位 （CO，C2H4）得m/z111离子。 m/z77、 m/z 76、m/z 51是苯环的特征离子。m/z 43 可能是-C3H7或-COCH3生成的离子。
电离后得到的离子种类——
碎片离子
碎片离子是分子离子碎裂产生的。碎片离子 还可以进一步碎裂形成更小的离子。
碎片离子形成的机理有下面几种情况：
1.游离基引发的断裂（α断裂）
2.正电荷引发的断裂（诱导断裂或i断裂）
3.σ断裂
4.环烯的断裂--逆狄尔斯-阿德尔反
电离后得到的离子种类——同位素离子
质谱分析法--定性与定量_图文
GB/T 27404-2008 实验室质量控制规范 食品理化检测 “如果检测结果用回收率进行校准，应在原始记录的结 果中明确说明并描述校准公式”
三、定量方法
2. 内标法
Ø 单点校正法 Ø 内标标准曲线法
三、定量方法
2. 内标法
内标物要满足以下要求： （a）试样中不含有该物质； （b）与被测组分性质比较接近； （c）不与试样发生化学反应； （d）出峰位置应位于被测组分附近。
ESIESI+
m/z- 179→79.9 m/z + 202→122
甜蜜素
SN/T 1948-2007 进出口食品中环己基氨
基磺酸钠的检测方法
应研究样品基质和检测器 性能引起的图谱改变
化合物 麻黄碱 伪麻黄碱
保留时间 （min）
6.9
8.0
定性离子对
166/148 166/133 166/148 166/133
•C7H6N2O2 8.50 0.72 0.45
化合物 C7H11N4
M+1 9.25
C8H6 O3 8.36
C8H8NO2 9.23
C8H11N2O 9.61
C8H12N3 9.98
二、定性（确证）方法
1. 基本原则
Ø质谱法只有在与色谱分离在线或脱机联用时才能作 为确证方法 Ø在分析仪器上的进样顺序是：空白溶剂、阴性控制 样品、要确证的样品、阳性控制样品再进样，最后是 阴性控制样品
Ø 扫描速度
ü色谱峰的数据点数目和峰宽、扫描时间有关
Ø 分辨率
质谱仪主要性能指标
质谱仪主要性能指标
分辨率
磁质谱的分辨率定义最为严格：对两个相等 强度的相邻峰，当两峰间的峰谷不大于其峰高10%时 ，则认为两峰已经分开，其分辨率：
三、定量方法
2. 内标法
Ø 单点校正法 Ø 内标标准曲线法
三、定量方法
2. 内标法
内标物要满足以下要求： （a）试样中不含有该物质； （b）与被测组分性质比较接近； （c）不与试样发生化学反应； （d）出峰位置应位于被测组分附近。
ESIESI+
m/z- 179→79.9 m/z + 202→122
甜蜜素
SN/T 1948-2007 进出口食品中环己基氨
基磺酸钠的检测方法
应研究样品基质和检测器 性能引起的图谱改变
化合物 麻黄碱 伪麻黄碱
保留时间 （min）
6.9
8.0
定性离子对
166/148 166/133 166/148 166/133
•C7H6N2O2 8.50 0.72 0.45
化合物 C7H11N4
M+1 9.25
C8H6 O3 8.36
C8H8NO2 9.23
C8H11N2O 9.61
C8H12N3 9.98
二、定性（确证）方法
1. 基本原则
Ø质谱法只有在与色谱分离在线或脱机联用时才能作 为确证方法 Ø在分析仪器上的进样顺序是：空白溶剂、阴性控制 样品、要确证的样品、阳性控制样品再进样，最后是 阴性控制样品
Ø 扫描速度
ü色谱峰的数据点数目和峰宽、扫描时间有关
Ø 分辨率
质谱仪主要性能指标
质谱仪主要性能指标
分辨率
磁质谱的分辨率定义最为严格：对两个相等 强度的相邻峰，当两峰间的峰谷不大于其峰高10%时 ，则认为两峰已经分开，其分辨率：
高中化学《化学分析和质谱技术》教案
高中化学《化学分析和质谱技术》教案高中化学《化学分析和质谱技术》教案
一、教学目标
1. 掌握化学分析和质谱技术的基本概念和原理；
2. 熟悉化学分析和质谱技术的实验方法和操作；
3. 培养学生的实验操作能力和科学研究精神。
二、教学重点
1. 化学分析的基本概念和方法；
2. 质谱技术的原理和应用。
三、教学难点
1. 质谱技术的复杂性和实验操作难度；
2. 学生科研能力的培养。
四、教学内容
1. 化学分析的基本概念
（1）化学分析的定义和分类；
（2）化学分析的基本原理；
（3）常用的化学分析方法。
2. 质谱技术的原理和应用
（1）质谱技术的基本原理；
（2）质谱仪的组成和工作原理；（3）质谱技术在化学分析中的应用。
五、教学方法
1. 讲授法；
2. 实验操作法；
3. 课堂讨论法；
4. 案例分析法。
六、实验安排
1. 化学分析实验
（1）酸碱滴定法；（2）氧化还原滴定法；（3）络合滴定法。
2. 质谱技术实验
（1）离子源的制备；（2）质谱仪的操作；（3）质谱图的解析。
七、考核方式
1. 平时成绩占40%；
2. 实验成绩占30%；
3. 期末考试占30%。
八、教学反思
本节课程主要介绍了化学分析和质谱技术的基本概念和原理，以及实验方法和操作。
通过对实验的操作，可以使学生更深入地了解化学分析和质谱技术，并培养其科学研究精神和实验操作能力。
同时，通过课堂讨论和案例分析，可以使学生更好地掌握化学分析和质谱技术的应用。
质谱定性分析及图谱解析PPT课件
比最大的峰是否在所有的峰中最后消
失。最后消失的峰即为分子离子峰。
整理版课件
12
MS
有机化合物的质谱分析，最常应
用电子轰击源作离子源，但在应用这
种离子源时，有的化合物仅出现很弱
的，有时甚至不出现分子离子分子峰，
这样就使质谱失去一个很重要的作用。
为了得到分子离子峰，可以改用其它
一些离子源，如场致电离源、化学电
17
MS
8.4.2 分子式的确定
各元素具有一定的同位素 天然丰度，因此不同的分子式， 其M+1/M和M+2/M的百分比都将 不同。
整理版课件
18Biblioteka MS若以质谱法测定分子离子峰及
其 分 子 离 子 的 同 位 素 峰 （ M+1 ，
M+2 ） 的 相 对 强 度 ， 就 能 根 据
M+1/M 和 M+2/M 的 百 分 比 确 定 分
最接近的是第5式（C9H10O2）， 这 个 式 子 的 M+2 也 与 0.9 很 接 近 ，
因此分子式应为整理版C课件9H10O2。
23
MS
8.4.3 根据裂解模型鉴定化合物和确定结构
各种化合物在一定能量的离子源中是按照 一定的规律进行裂解而形成各种碎片离子的， 因而所得到的质谱图也呈现一定的规律。所 以根据裂解后形成各种离子峰就可以鉴定物 质的组成及结构。
取长补短。
整理版课件
35
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就不是分子离子峰。
整理版课件
7
MS
（3）分子离子峰与邻近峰的质量差是否
合理。如有不合理的碎片峰，就不是分
21质谱定性分析
查Beynon表，质量数为72的大组，共有15个 元 列于素表组2合1-，4.与上述(IM+1/IM),(IM+2/IM)接近的
化三学者式只可有能C5为H1C2的5H(1I2MS+.1／IM)％最接近，故
3.结构鉴定
纯物质结构鉴定是质谱最成功的应用领 域，通过对谱图中各碎片离子、亚稳离子、 分子离子的化学式、m/z相对峰高等信息， 根据各类化合物的分裂规律，找出各碎片离 子产生的途径，从而拼凑出整个分子结构。 根据质谱图拼出来的结构，对照其他分析方 法，得出可靠的结果。
3．混合物的定量分析
利用质谱峰可进行各种混合物组分分析，早期质谱 的应用很多是对石油工业中挥发性烷烃的分析。
在进行分析的过程中，保持通过质谱仪的总离子流 恒定，以使用于得到每张质谱或标样的量为固定值，记 录样品和样品中所有组分的标样的质谱图，选择混合物 中每个组分的一个共有的峰，样品的峰高假设为各组分 这个特定m／z峰峰高之和，从各组分标样中测得这个组 分的峰高，解数个联立方程，似求得各组分浓度。
2.无机痕量分析
火花源的发展使质谱法可应用于无机固 体分析，成为金属合金、矿物等分析的重要 方法，它能分析周期表中几乎所有元素，、 灵敏度极高，可检出或半定量测定10-9范围 内浓度。由于其谱图简单且各元素谱线强度 大致相当，应用十分方便。
电感耦合等离子光源引入质谱后（ICP －MS），有效地克服了火花源的不稳定、 重现性差、离子流随时间变化等缺点，使其 在无机痕量分析中得到了广泛的应用。
说 明 未 知 物 中 含 有 1 个 S ， 且 不 含 Cl 、 Br 。 因 Beynon 表 只 列 有 含 C,H,N,0 的 有 机 物 数 值 ， 故扣除S的贡献：
(IM+1/IM)=6.45-0.80=5.65 (IM+2/IM)% = 4.77-4.44=0.33 剩余质量 =104—32＝72
质谱定性分析及图谱解析
实验步骤与操作
1. 样品准备
选择合适的溶剂将待测样品溶解，并调整至适当的浓度 。
2. 质谱仪调试
打开质谱仪，调整仪器参数，如离子源电压、质量分析 器参数等，以确保仪器处于最佳工作状态。
3. 样品进样
将准备好的样品通过进样系统注入到离子源中。
4. 质谱图获取
启动数据采集系统，记录质谱图。根据需要，可以选择 不同的扫描范围和扫描速度。
峰检测与识别
利用算法对预处理后的数据进行峰检测，识别出质谱图中 的各个峰，并记录其质荷比（m/z）和强度信息。
峰对齐与校正
对多个样本的质谱数据进行峰对齐操作，确保相同物质在 不同样本中的峰能够对应起来。同时，进行峰校正，消除 由于仪器误差等因素引起的峰偏移。
峰匹配与注释
将检测到的峰与已知的化合物数据库进行匹配，对峰进行 注释，明确各个峰所代表的化合物。
重金属污染物检测
通过质谱技术可以准确地检测环境中的重金属污染 物，如铅、汞、镉等，为环境治理提供依据。
大气颗粒物分析
质谱技术可用于分析大气颗粒物的化学组成 和来源，为大气污染防控提供科学支持。
食品安全检测中的应用
农药残留检测
质谱技术可用于检测食品中的农药残留，保障食品的 安全性和消费者的健康。
食品添加剂检测
质谱定性分析及图谱解析
汇报人：文小库
2024-01-20
CONTENTS
• 质谱技术概述 • 质谱定性分析方法 • 图谱解析方法 • 质谱定性分析实验设计 • 质谱定性分析数据处理与结果
展示 • 质谱定性分析应用实例
01
质谱技术概述
质谱技术原理
离子化过程
将待测样品转化为气态离 子，常见的方法有电子轰
第五章质谱分析法ppt课件
内容
第一节、质谱法的基本原理 第二节、质谱仪（自学） 第三节、质谱及主要离子峰的类型 第四节、质谱法的应用
1
第一节、质谱法的基本原理
一、概述
• 质谱分析法是在高真空系统中测定样品的分子离子及碎片离 子质量，以确定样品相对分子质量及分子结构的方法。
• 化合物分子受到电子流冲击后，形成的带正电荷分子离子及
静电分析器将具有相同 速度（或能量）的离子 分成一类；进入磁分析 器后，再将具有相同质 荷比而能量不同的离子 进行分离。 分辨率高，但体积大。
28
3. 四极滤质器（四极杆质量分析器）
特点： • 结构简单、体积小，分析速度快，适合与色谱联用 • 分辨率较高（比磁分析器略低） • 准确度和精密度低于磁偏转分析器，对质量较高的
醛，乙基取代物 伯胺 醇，甲酯类 乙酰基，丙基取代物 烷烃 结构中有芳环
CH3COOH+· C6H5CH2+ C6H5CO+
羧酸，乙酸酯，甲酯 苄基 苯甲酰基
36
·OCH3, CH3NH2
37
对于一般有机物电子失去的程度：
n电子 > 电子 > 电子
O
失去一个n电子形成的分子离子：
-e R C R'
质谱仪按用途分： 同位素质谱仪（测定同位素）、无机质谱仪（测定无机化合物）、
有机质谱仪（测定有机化合物）等。 根据质量分析器的工作原理分：
静态仪器：采用稳定磁场，按空间位置区分不同质荷比的离子 单聚焦和双聚焦质谱仪
动态仪器：采用变化的电磁场，按时空来区分不同质荷比的离子 飞行时间和四极滤质器式质谱仪
在电子轰击下，甲烷首先被电离： CH4+ →CH4+＋CH3+＋CH2+＋CH+＋C+＋H+
第一节、质谱法的基本原理 第二节、质谱仪（自学） 第三节、质谱及主要离子峰的类型 第四节、质谱法的应用
1
第一节、质谱法的基本原理
一、概述
• 质谱分析法是在高真空系统中测定样品的分子离子及碎片离 子质量，以确定样品相对分子质量及分子结构的方法。
• 化合物分子受到电子流冲击后，形成的带正电荷分子离子及
静电分析器将具有相同 速度（或能量）的离子 分成一类；进入磁分析 器后，再将具有相同质 荷比而能量不同的离子 进行分离。 分辨率高，但体积大。
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3. 四极滤质器（四极杆质量分析器）
特点： • 结构简单、体积小，分析速度快，适合与色谱联用 • 分辨率较高（比磁分析器略低） • 准确度和精密度低于磁偏转分析器，对质量较高的
醛，乙基取代物 伯胺 醇，甲酯类 乙酰基，丙基取代物 烷烃 结构中有芳环
CH3COOH+· C6H5CH2+ C6H5CO+
羧酸，乙酸酯，甲酯 苄基 苯甲酰基
36
·OCH3, CH3NH2
37
对于一般有机物电子失去的程度：
n电子 > 电子 > 电子
O
失去一个n电子形成的分子离子：
-e R C R'
质谱仪按用途分： 同位素质谱仪（测定同位素）、无机质谱仪（测定无机化合物）、
有机质谱仪（测定有机化合物）等。 根据质量分析器的工作原理分：
静态仪器：采用稳定磁场，按空间位置区分不同质荷比的离子 单聚焦和双聚焦质谱仪
动态仪器：采用变化的电磁场，按时空来区分不同质荷比的离子 飞行时间和四极滤质器式质谱仪
在电子轰击下，甲烷首先被电离： CH4+ →CH4+＋CH3+＋CH2+＋CH+＋C+＋H+
质谱定性分析及谱图解析
MS
MS
横坐标表示 m/z(实际上就是磁场强度)，由于分子离 子或碎片离子在大多数情况下只带一个正电荷，所以 通常称m/z为质量数，例如-CH3离子的质量数(m/z)是 15，对于低分辨率的仪器，离子的质荷比在数值上就 等于它的质量数。
质谱图的纵坐标表示离子强度，在质谱中可以看到 几个高低不同的峰，纵坐标峰高代表了各种不同质荷 比的离子丰度-离子流强度。
O
CH2
R`
H
R CH2 O+ CH2 R` + [M+1]+
.
R CH2 O CH R`
（游离基）
出现M-1峰较典型的化合物是醛类、醇类或含 氮化合物，如：
+.
RC O
H
[M]+
+ RC O
[M-1]+
例： 2-甲基-2-丁醇质谱图
100
观察图中最高质量数峰 为87，但它不应是分子离 子峰。Why？
Байду номын сангаас
分子离子 （8-1）
MS
碎片离子
ABCD+
BCD + A+
CD + AB+
B + A+ 或 A + B+
AB + CD+
D + C+ 或 C + D+
MS
重排后裂分
ABCD+
ADBC+
分子离子反应
BC + AD+ 或 AD + BC+
ABCD+ + ABCD
(ABCD)
+ 2
BCD + ABCDA+
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查Beynon表，质量数为72的大组，共有15个 元 列于素表组2合1-，4.与上述(IM+1/IM),(IM+2/IM)接近的
化三学者式只可有能C5为H1C2的5H(1I2MS+.1／IM)％最接近，故
3.结构鉴定
纯物质结构鉴定是质谱最成功的应用领 域，通过对谱图中各碎片离子、亚稳离子、 分子离子的化学式、m/z相对峰高等信息， 根据各类化合物的分裂规律，找出各碎片离 子产生的途径，从而拼凑出整个分子结构。 根据质谱图拼出来的结构，对照其他分析方 法，得出可靠的结果。
（四）质谱定性分析
质谱是纯物质鉴定的最有力工具 之一，其中包括相对分子质量测定、 化学式确定及结构鉴定等。 1．相对分子质量的测定
如前所述，从分子离子峰的质荷比的数据可 以准确地测定其相对分子质量，所以准确地确 认分子离子峰十分重要。虽然理论上可认为除 同位素峰外分子离子峰应是最高质量处的峰， 但在实际中并不能由此简单认定。有时由于分 子离子稳定性差而观察不到分子离子峰，因此 在实际分析时必须加以注意。
I I M M 2 % 1 2 1 9 .1 .w 9 8 2 0 9 .0 .9 x 9 1 2 8 5 0 9 .0 .6 y 9 3 2 3 7 9 0 .0 .7 z 9 2 4 6 z 9 0 . .7 2 9 6 1% 0
在纯样品质谱中，分子离子峰应高质量 的峰。但要注意某些样品会形成质子化 离子(M＋H)+峰（醚，脂，胺等），去质 子化离子(M－H)+峰（芳醛、醇等）及 缔合离子(M＋R)+峰。
（2）它要符合“氮律”。在只含C，H，0， N的化合物中，不含或含偶数个氮原子 的分子的质量数为偶数，含有奇数个氮 原子的分子的质量数为奇数。这是因为 在由C，H，0，N,P卤素等元素组成的有 机分子中，只有氮原子的化合价为奇数 而质量数为偶数。
忽略2H,17O影响，则上述二式略为
IM1%(1.1w0.37 y)% IM
IM2 IM
% (12 .1w 0)2 00.2z %
利用精确测定的(M+1)+，(M+2)+相对于M+的强度 比值，可从Beynon表中查出最可能的化学式，再结合其 他规则，确定化学式。
对于含有Cl，Br，S等同位素天然丰度较 高的元素的化合物，其同位素离子峰相对强 度可由（a＋b）n展开式计算，式中a，b分别 为该元素轻、重同位素的相对丰度，n为分子 中 说，该a元=3素,b个＝数l，。n＝如2在故C（Ha2＋Clb2中）n，=9对＋元6＋素l，Cl则来 其分子离子峰与相应同位素离子峰相对强度 之比为:
2.无机痕量分析
火花源的发展使质谱法可应用于无机固 体分析，成为金属合金、矿物等分析的重要 方法，它能分析周期表中几乎所有元素，、 灵敏度极高，可检出或半定量测定10-9范围 内浓度。由于其谱图简单且各元素谱线强度 大致相当，应用十分方便。
32.5＞（IM+2/IM）＞4.44 说 明 未 知 物 中 含 有 1 个 S ， 且 不 含 Cl 、 Br 。 因
Beynon 表 只 列 有 含 C,H,N,0 的 有 机 物 数 值 ， 故扣除S的贡献：
(IM+1/IM)=6.45-0.80=5.65 (IM+2/IM)% = 4.77-4.44=0.33 剩余质量 =104—32＝72
另一种方法就是与相同条件下获得的已 知物质标准图谱比较来确认样品分子的结构。
（五）质谱定量分析
1.同位素测量
同位素离子的鉴定和定量分析是质谱发展起来的 原始动力，至今稳定同位素测定依然十分重要，只不 过不再是单纯的元素分析而已。分子的同位素标记对 有机化学和生命化学领域中化学机理和动力学研究十 分重要，而进行这一研究前必须测定标记同位素的量， 质谱法是常用的方法之一。如确定氘代苯C6D6。的纯度， 通常可用C6D6+与C6D5H+、C6D6H2+等分子离子峰的相对强 度来进行。对其他涉及标记同位素探针、同位素稀释 及同位素年代测定工作都可以用同位素离子峰来进行。 后者是地质、考古等工作中经常进行的质谱分析，一 般通过测定36Ar／40Ar（由半衰期为 1.3×109α的40K 之K俘获产生）的离子峰相对强度之比求出4OAr,从而推 算出年代。
2．化学式的确定
由于高分辨的质谱仪可以非常精确地测 定分子离子或碎片离子的质荷比（误差可小 于10-5），则利用表21-3中的确切质量求算出 其 但元从素表2组1成-3可。算如出CO其与确N切2两质者量的为质27量.9数94都9与是28 28.0061，若质谱仪测得的质行比为28.0040 则 也可可推算断出其。为N2。同样，复杂分子的化学式
（3）存在合理的中性碎片损失。因为在 有机分子中，经电离后，分子离子可能 损失一个H或CH3，H20，C2H4…等碎片， 相应为 M-l， M-15， M-18，M-28… 碎片峰，而不可能出现M－3至M—14，M 一21至M－24范围内的碎片峰，若出现 这些峰，则峰不是分子离子峰。
（4）在EI源中，若降低电子轰击电压， 则分子离子峰的相对强度应增加；若不 增加则不是分子离子峰。
在低分辨的质谱仪上，则可以通过同位素相 对丰度法推导其化学式，同位素离子峰相对强度 与其中各元素的天然丰度及存在个数成正比，对
于一个CwHxNyOz的化合物，其同位素离子峰
(M+l)+、(M＋2)+与分子离子峰M+的强度之比为
IM 1% [w (1 .1) x (0 .0)1 y (5 0 .3) 7z(0 .0)4 ]1% 0 IM 9.9 8 9.9 989.6 939.7 96
m/z84(M):m/z86(M+2):m/z88(M+4)=9:6:1
若有多种元素存在时，则以 (a+b)n×(a’+b’)n’…计算。
［例21-3］某有机物的Mr为104,(IM+1/IM)% = 6.45，(IM+2/IM)% =4.77，试推出其化学式。
解存: 由在于，(但IM+2/IM)% ＞4.44,说明有S，Cl，Br等