1、1質譜如何確定化合物分子式質譜如何確定化合物分子式 主講人：孫啟慧主講人：孫啟慧 學號：學號：201302063201302063v首先明確質譜的定義、組成和意義。首先明確質譜的定義、組成和意義。v確定化合物分子式的一般思路。確定化合物分子式的一般思路。vHPLC-TOF/MS數(shù)據(jù)處理舉例。數(shù)據(jù)處理舉例。23質譜的定義和作用質譜的定義和作用 質譜法質譜法：是將被測物質離子化，按離子的質荷比分離，測量是將被測物質離子化，按離子的質荷比分離，測量各種離子譜峰的強度而實現(xiàn)分析目的的一種各種離子譜峰的強度而實現(xiàn)分析目的的一種分析方法分析方法。 質量是物質的固有特征之一，不同的物質有不同的質量，利質量是

2、物質的固有特征之一，不同的物質有不同的質量，利用這一性質，可以進行定性分析（包括分子質量和相關結構信用這一性質，可以進行定性分析（包括分子質量和相關結構信息）息）。4質譜儀的組成質譜儀的組成Components of any Mass Spectrometer5質譜的數(shù)據(jù)采集質譜的數(shù)據(jù)采集檢測器檢測器：通常為光電倍增器或電子倍增器，所采集的信號經通常為光電倍增器或電子倍增器，所采集的信號經放大并轉化為數(shù)字信號，計算機進行處理后得到質譜圖。放大并轉化為數(shù)字信號，計算機進行處理后得到質譜圖。（1 1）橫坐標表示）橫坐標表示 m/zm/z，由于分子離子或碎片離子在大多數(shù)情，由于分子離子或碎片離子在大

3、多數(shù)情況下只帶一個正電荷，所以通常稱況下只帶一個正電荷，所以通常稱m/zm/z為質量數(shù)，對于低分辨為質量數(shù)，對于低分辨率的儀器，離子的質荷比在數(shù)值上就等于它的質量數(shù)。率的儀器，離子的質荷比在數(shù)值上就等于它的質量數(shù)。（2 2）縱坐標表示離子強度，在質譜中可以看到幾個高低不同）縱坐標表示離子強度，在質譜中可以看到幾個高低不同的峰，縱坐標峰高代表了各種不同質荷比的離子豐度的峰，縱坐標峰高代表了各種不同質荷比的離子豐度- -離子流離子流強度。強度。6質譜離子的多少用豐度表示（質譜離子的多少用豐度表示（abundanceabundance）表示，即具有某質）表示，即具有某質荷比離子的數(shù)量。由于某個具體離

4、子的荷比離子的數(shù)量。由于某個具體離子的“數(shù)量數(shù)量”無法測定，無法測定，故一般用相對豐度表示其強度，即最強的峰叫基峰（故一般用相對豐度表示其強度，即最強的峰叫基峰（base base peakpeak），其他離子的豐度用相對于基峰的百分數(shù)表示。在質），其他離子的豐度用相對于基峰的百分數(shù)表示。在質譜儀測定的質量范圍內，由離子的質荷比和其相對豐度構成譜儀測定的質量范圍內，由離子的質荷比和其相對豐度構成質譜圖。質譜圖。在在LC/MSLC/MS和和GC/MSGC/MS中，常用各分析物質的色譜保留時間和由質中，常用各分析物質的色譜保留時間和由質譜得到其離子的相對強度組成色譜譜得到其離子的相對強度組成色譜總

5、離子流圖總離子流圖。也可確定某。也可確定某固定的質荷比，對整個色譜流出物進行選擇離子檢測固定的質荷比，對整個色譜流出物進行選擇離子檢測（selected ion monitoringselected ion monitoring， SIM SIM），得到選擇離子流圖），得到選擇離子流圖7離子流強度有兩種不同的表示方法離子流強度有兩種不同的表示方法: : （1 1）絕對強度絕對強度 是將所有離子峰的離子流強度相加作為總離子流，用各是將所有離子峰的離子流強度相加作為總離子流，用各離子峰的離子強度除以總離子流，得出各離子流占總離子流離子峰的離子強度除以總離子流，得出各離子流占總離子流的百分數(shù)的百分數(shù)

6、（2 2）相對強度相對強度 以質譜峰中最強峰作為以質譜峰中最強峰作為100100，稱為基峰（該離子的豐度，稱為基峰（該離子的豐度最大、最穩(wěn)定），然后用各種峰的離子流強度除以基峰的離最大、最穩(wěn)定），然后用各種峰的離子流強度除以基峰的離子流強度，所得的百分數(shù)就是相對強度。子流強度，所得的百分數(shù)就是相對強度。8解析質譜圖，解析質譜圖，一般流程一般流程1.1.解析分子離子區(qū)解析分子離子區(qū)(1) (1) 標出各峰的質荷比數(shù)，尤其注意高質荷比區(qū)的峰。標出各峰的質荷比數(shù)，尤其注意高質荷比區(qū)的峰。(2) (2) 識別分子離子峰。首先在高質荷比區(qū)假定分子離子峰，識別分子離子峰。首先在高質荷比區(qū)假定分子離子峰，判

7、斷該假定分子離子峰與相鄰碎片離子峰關系是否合理，然判斷該假定分子離子峰與相鄰碎片離子峰關系是否合理，然后判斷其是否符合氮律。若二者均相符，可認為是分子離子后判斷其是否符合氮律。若二者均相符，可認為是分子離子峰。峰。(3) (3) 分析同位素峰簇的相對強度比及峰與峰間的分析同位素峰簇的相對強度比及峰與峰間的DmDm值，判斷值，判斷化合物是否含有化合物是否含有C1C1、BrBr、S S、SiSi等元素及等元素及F F、P P、I I等無同位素等無同位素的元素。的元素。9解析質譜圖，解析質譜圖，一般流程一般流程氮規(guī)律：氮規(guī)律： 含有偶數(shù)含有偶數(shù)N N時，其分子離子峰的時，其分子離子峰的m/zm/z一

8、定是偶數(shù)。一定是偶數(shù)。 含有奇數(shù)含有奇數(shù)N N原子時，其分子離子峰的原子時，其分子離子峰的m/zm/z一定是奇數(shù)。凡一定是奇數(shù)。凡不符合氮規(guī)律的離子峰一定不是分子離子峰不符合氮規(guī)律的離子峰一定不是分子離子峰特殊元素：特殊元素： 當化合物中含當化合物中含S S、BrBr、ClCl時，可利用時，可利用M M與與M+2M+2峰的比例來確峰的比例來確定分子離子峰定分子離子峰3535ClCl、7979BrBr、3232S S的同位素的同位素3737ClCl、8181BrBr、3434S S相對豐相對豐度較大分別為：度較大分別為：75.7775.77，50.53750.537，95.0095.00； 24

9、.3324.33，49.46349.463，4.224.22。M+2M+2的同位素峰十分明顯。通過的同位素峰十分明顯。通過M M和和M+2M+2峰的比例來確認。峰的比例來確認。 例：若分子中含一個氯原子，例：若分子中含一個氯原子，M M和和M+2M+2強度比為強度比為3 31 1；若；若分子中含一個溴原子，分子中含一個溴原子，M M和和M+2M+2強度比為強度比為1 11 110(4) (4) 推導分子式，計算不飽和度。由高分辨質譜儀測得的精推導分子式，計算不飽和度。由高分辨質譜儀測得的精確分子量或由同位素峰簇的相對強度計算分子式。若二者均確分子量或由同位素峰簇的相對強度計算分子式。若二者均難

10、以實現(xiàn)時，則由分子離子峰丟失的碎片及主要碎片離子推難以實現(xiàn)時，則由分子離子峰丟失的碎片及主要碎片離子推導，或與其它方法配合。導，或與其它方法配合。(5) (5) 由分子離子峰的相對強度了解分子結構的信息。分子離由分子離子峰的相對強度了解分子結構的信息。分子離子峰的相對強度由分子的結構所決定，結構穩(wěn)定性大，相對子峰的相對強度由分子的結構所決定，結構穩(wěn)定性大，相對強度強度較較大。對于分子量約大。對于分子量約200200的化合物，若分子離子峰為基峰的化合物，若分子離子峰為基峰或強蜂，譜圖中碎片離子較少、表明該化合物是高穩(wěn)定性分或強蜂，譜圖中碎片離子較少、表明該化合物是高穩(wěn)定性分子，可能為芳烴或稠環(huán)化

11、合物。子，可能為芳烴或稠環(huán)化合物。11例如：萘分子離子峰例如：萘分子離子峰m mz 128z 128為基峰，蒽醌分子離子峰為基峰，蒽醌分子離子峰m mz z 208208也是基峰。也是基峰。分子離子峰弱或不出現(xiàn)，化合物可能為多支鏈烴類、醇類、分子離子峰弱或不出現(xiàn)，化合物可能為多支鏈烴類、醇類、酸類等。酸類等。122.2.解析碎片離子解析碎片離子(1) (1) 由特征離子峰及丟失的中性碎片了解可能的結構信息。由特征離子峰及丟失的中性碎片了解可能的結構信息。若質譜圖中出現(xiàn)系列若質譜圖中出現(xiàn)系列CnH2n+1CnH2n+1峰，則化合物可能含長鏈烷基。峰，則化合物可能含長鏈烷基。若出現(xiàn)或部分出現(xiàn)若出現(xiàn)

12、或部分出現(xiàn)m mz 77z 77，6666，6565，5151，4040，3939等弱的碎片等弱的碎片離子蜂，表明化合物含有苯基。若離子蜂，表明化合物含有苯基。若m mz 91z 91或或105105為基峰或強為基峰或強峰，表明化合物含有芐基或苯甲酰基。若質譜圖中基峰或強峰，表明化合物含有芐基或苯甲酰基。若質譜圖中基峰或強峰出現(xiàn)在質荷比的中部，而其它碎片離子峰少，則化合物可峰出現(xiàn)在質荷比的中部，而其它碎片離子峰少，則化合物可能由兩部分結構較穩(wěn)定，其間由容易斷裂的弱鍵相連。能由兩部分結構較穩(wěn)定，其間由容易斷裂的弱鍵相連。13(2) (2) 綜合分析以上得到的全部信息，結合分子式及不綜合分析以上得

13、到的全部信息，結合分子式及不飽和度，提出化合物的可能結構。飽和度，提出化合物的可能結構。(3) (3) 分析所推導的可能結構的裂解機理，看其是否與分析所推導的可能結構的裂解機理，看其是否與質譜圖相符，確定其結構，并進一步解釋質譜，或與質譜圖相符，確定其結構，并進一步解釋質譜，或與標準譜圖比較，或與其它譜標準譜圖比較，或與其它譜(1H NMR(1H NMR、13C NMR13C NMR、IR)IR)配合，確證結構。配合，確證結構。14數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理-2-2種質譜定性分析方法種質譜定性分析方法v有機質譜提供分子結構的信息包括：分子量，元素組成以有機質譜提供分子結構的信息包括：分子量，元素組成以及

14、由裂解碎片檢測官能團、辨認化合物的類型、推導碳骨及由裂解碎片檢測官能團、辨認化合物的類型、推導碳骨架。架。v有機質譜儀按其性能可分為低分辯和高分辯兩種有機質譜儀按其性能可分為低分辯和高分辯兩種15數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理- -質譜定性分析質譜定性分析v低分辯質譜可以確定分子和碎片離子的整數(shù)質量，同時顯低分辯質譜可以確定分子和碎片離子的整數(shù)質量，同時顯示出相應同位素離子的相對豐度。在分子離子峰相當強的示出相應同位素離子的相對豐度。在分子離子峰相當強的情況下，根據(jù)同位素的相對豐度能夠估計可能的分子式。情況下，根據(jù)同位素的相對豐度能夠估計可能的分子式。同理，也可以估計某些碎片的離子的元素組成，結合對分同理，

15、也可以估計某些碎片的離子的元素組成，結合對分子斷裂規(guī)律的分析，可以得到有機化合物骨架結構的啟示子斷裂規(guī)律的分析，可以得到有機化合物骨架結構的啟示和官能團存在的信息。和官能團存在的信息。v再由高分辯質譜給出的精確相對分子質量和碎片離子質量，再由高分辯質譜給出的精確相對分子質量和碎片離子質量，可以計算出該化合物的分子式和碎片離子的元素組成，為可以計算出該化合物的分子式和碎片離子的元素組成，為結構式的推斷提供很大方便。結構式的推斷提供很大方便。16低分辨質譜確定分子式低分辨質譜確定分子式v各元素具有一定的同位素天然豐度，因此不同的分子式，各元素具有一定的同位素天然豐度，因此不同的分子式，其其M+1/

16、MM+1/M和和M+2/MM+2/M的百分比都將不同。的百分比都將不同。v若以質譜法測定分子離子峰及其分子離子的同位素峰（若以質譜法測定分子離子峰及其分子離子的同位素峰（M+M+1 1，M+2M+2）的相對強度，就能根據(jù)）的相對強度，就能根據(jù)M+1/MM+1/M和和M+2/MM+2/M的百分比確的百分比確定分子式。為此，定分子式。為此，J. H. BeynonJ. H. Beynon等計算了含碳、氫、氧的等計算了含碳、氫、氧的各種組合的質量和同位素豐度比。各種組合的質量和同位素豐度比。v例如，某化合物，根據(jù)其質譜圖，已知其相對分子質量為例如，某化合物，根據(jù)其質譜圖，已知其相對分子質量為1501

17、50，由質譜測定，由質譜測定，m/z150m/z150、151151和和152152的強度比為的強度比為M(150)=M(150)=100%100%，M+1(151)=9.9%M+1(151)=9.9%，M+2(152)=0.9%M+2(152)=0.9%，試確定此化合物，試確定此化合物的分子式。的分子式。17v從從M+2/M=0.9%M+2/M=0.9%可見，該化合物不含可見，該化合物不含S S，BrBr或或C1C1。在。在BeynonBeynon的表中相對分子質量為的表中相對分子質量為150150的分子式共的分子式共2929個，其中（個，其中（M+2M+2）/ M / M 的百分比為的百分

18、比為9-119-11的分子式有如下的分子式有如下7 7個：個：v 分子式分子式 M+1 M+2M+1 M+2v （1 1）C C7 7H H1010N N4 4 9.25 0.389.25 0.38v （2 2）C C8 8H H8 8NONO2 2 9.23 0.78 9.23 0.78 v （3 3）C C8 8H H1010N N2 2O O 9.61 0.619.61 0.61v （4 4）C C8 8H H1212N N3 3 9.98 0.459.98 0.45v （5 5）C C9 9H H1010O O2 2 9.96 0.84 9.96 0.84 v （6 6）C C9 9H

19、 H1212NO NO 10.34 0.6810.34 0.68v （7 7）C C9 9H H1414N N2 2 10.71 0.5210.71 0.5218v 此化合物的相對分子質量是偶數(shù)，根據(jù)前述氮規(guī)則，可此化合物的相對分子質量是偶數(shù)，根據(jù)前述氮規(guī)則，可以排除上列第以排除上列第2 2、4 4、6 6三個式子，剩下四個分子式中，三個式子，剩下四個分子式中，M+1M+1與與9.99.9最接近的是第最接近的是第5 5式（式（C C9 9H H1010O O2 2），這個式子的），這個式子的M+2M+2也也與與0.90.9很接近，因此分子式應為很接近，因此分子式應為C C9 9H H1010O

20、 O2 2。19v根據(jù)裂解模型鑒定化合物和確定結構根據(jù)裂解模型鑒定化合物和確定結構v 各種化合物在一定能量的離子源中是按照一定的規(guī)律各種化合物在一定能量的離子源中是按照一定的規(guī)律進行裂解而形成各種碎片離子的，因而所得到的質譜圖也進行裂解而形成各種碎片離子的，因而所得到的質譜圖也呈現(xiàn)一定的規(guī)律。所以根據(jù)裂解后形成各種離子峰就可以呈現(xiàn)一定的規(guī)律。所以根據(jù)裂解后形成各種離子峰就可以鑒定物質的組成及結構。鑒定物質的組成及結構。v 同時應注意，同一種化合物在不同的質譜儀中就可能同時應注意，同一種化合物在不同的質譜儀中就可能得到不同的質譜圖。得到不同的質譜圖。 20v例如：有一未知物，經初步鑒定是一種酮，

21、它的質譜圖如例如：有一未知物，經初步鑒定是一種酮，它的質譜圖如圖圖8-128-12所示，圖中分子離子質荷比為所示，圖中分子離子質荷比為100100。因而這個化合。因而這個化合物的相對分子質量物的相對分子質量M M為為100100。21v m/zm/z=85: =85: 脫落脫落 -CH-CH3 3（質量（質量1515）v M/zM/z=57: =57: 脫落脫落 -C=O-C=O（質量（質量2828）v M/zM/z=57: =57: 的碎片離子峰豐度很高，是標準峰，表示這個的碎片離子峰豐度很高，是標準峰，表示這個碎片離子很穩(wěn)定，也表示這個碎片和分子的其余部分是比碎片離子很穩(wěn)定，也表示這個碎片

22、和分子的其余部分是比較容易斷裂的。這個碎片離子很可能是較容易斷裂的。這個碎片離子很可能是C(CHC(CH3 3) ) 3 3。 22v圖中質荷比為圖中質荷比為4141和和3939的兩個質譜峰，則可認為是碎片離子的兩個質譜峰，則可認為是碎片離子進一步重排和斷裂后所生成的碎片離子峰，這些重排和斷進一步重排和斷裂后所生成的碎片離子峰，這些重排和斷裂過程可表示如下：裂過程可表示如下： 23高分辨質譜高分辨質譜- -確定化合物分子式確定化合物分子式v質譜觀測到的分子量是精確的分子質量（質譜觀測到的分子量是精確的分子質量（Exact MassExact Mass），），是由組成分子的各種元素豐度最高的同位素的精確質量計是由組成分子的各種元素豐度最高的同位素的精確質量計算出來的。算出來的。v高分辨質譜法高分辨質譜法質荷比均為質荷比均為 28 28 的分子：的分子：CO:27.9949CO:27.9949 12.0000( 12.0000(1212C C)+1