MS(质谱图)

一、质谱分析原理二、仪器与结构三、联用仪器质谱法基本原理与质谱仪2灵敏度高，选择性强GC分离高效;灵敏度高,定量为主;定性仅凭RT;二维谱图(上);MS结构鉴定能力强;灵敏度高;求样品纯度高,难以区分异构体;SIM/MRM可准确定量；鉴定要二维谱图(中)；GC-MS三维图谱(下)提供TIC,MS,MC和RT擅长混合物定性定量GC-MS联用前后的变化考古——药物残留物桦木醇（源于桦皮焦油）乳香酸（源于乳香）4质谱法特点5仪器内部结构三、联用仪器联用仪器（THEGC/MSPROCESS）SampleSample58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBAABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometer(MS)SeparationIdentificationBACD进样系统离子源质量分析器检测器1.气体扩散2.直接进样3.气相色谱1.电子轰击2.化学电离3.场致电离4.激光1.单聚焦2.双聚焦3.飞行时间4.四极杆5.离子阱质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-310-5Pa）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。一、质谱分析原理9101112GCMS载气①分子量小,易被真空泵抽掉,具备富集样品的特性；②电离能(24.6eV)远高于一般有机化合物(10eV左右),电离效率相对低于一般有机化合物,带来的本底较低,对总离子流的干扰较小;③分子离子为m/z4低于通常质谱扫描起始质量,不干扰谱图①电离能为15.4eV，和一般有机物电离能接近，相对于氦气，电离效率较高，对总离子流有干扰；②分子量小，通常质谱扫描起始质量不会从m/zl开始，在一些应用中，可与氩气交换使用。1、化学惰性；3、不干扰质谱图；2、不干扰总离子流检测；4、有富集样品的特性。GC/MS对载气的要求：氮气N2氦气HE氢气H2①电离能为15.6eV接近一般有机物电离能，电，离效率较高，对总离子流有干扰。②分子离子m/z28离子较强，与系统残留空气的氮峰叠加，且m/z28、29、14和某些化合物的特征离子重叠，接近通常质谱扫描起始质量，产生高的本底不仅干扰低质量范围质谱图，对离子的相对丰度也会有影响。载气的选择纯度99.999%质谱仪结构图15电离室结构图在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；离心力=向心力；m2/R=H0eV曲率半径：R=（m）/eH0质谱方程式：m/e=(H02R2)/2V离子在磁场中的轨道半径R取决于：m/e、H0、V改变加速电压V,可以使不同m/e的离子进入检测器。质谱分辨率=M/M（分辨率与选定分子质量有关）加速后离子的动能:(1/2)m2=eV=[(2V)/(m/e)]1/2质量分析器原理20色谱色谱色谱---四极质谱仪（Agilent、QP、PE、Thermo）离子阱质谱仪飞行时间质谱(Varian、Thermo)(WatersGC-TOF)Agilent5975TraceDSQQP2010PremierGCTVarian4000Clarus600GC-MS联用主要台式商品仪器类型21质谱仪种类很多，一般以质量分析器分类。根据质量范围大小和分辨率高低可分为高、中、低档仪器，其结构特点、适用范围不同，体积、价格也有很大的差异。MS种类四极杆质量分离器23++++•IonsscannedbyvaryingtheDC/RFvoltagesacrossthequadrupolerodsQuadrupleMassAnalyzer二、仪器与结构联用仪器（THEGC/MSPROCESS）SampleSample58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBAABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometer(MS)SeparationIdentificationBACD26总离子流图TotalIonCurrent•GCMS中TIC图相当于色谱图•EI源的TIC图GC的FID检测器所得色谱图•每张MS图中所有离子的强度质谱图2829质谱术语30–、分子离子–、同位素离子–、碎片离子–、重排离子–、亚稳离子–、多电荷离子–、负离子–、准分子离子如MH+、MNa+、(M-H)-–、母离子与子离子–、奇电子离子和偶电子离子有机质谱中的各种离子一、分子离子峰二、同位素离子峰三、碎片离子峰四、奇电子离子峰五、偶电子离子峰第二节离子峰的主要类型一、分子离子峰分子电离一个电子形成的离子所产生的峰。分子离子的质量与化合物的分子量相等。M+e-→M＋+2e位于质谱图的右端，因为m/e最大相对强度取决于分子离子相对于裂解产物的稳定性。有机化合物分子离子峰的稳定性顺序：芳香化合物＞共轭链烯＞烯烃＞脂环化合物＞直链烷烃＞酮＞胺＞酯＞醚＞酸＞支链烷烃＞醇．分子离子峰的特点：一般质谱图上质荷比最大的峰为分子离子峰；有例外。形成分子离子需要的能量最低，一般约１０电子伏特。质谱图上质荷比最大的峰一定为分子离子峰吗？如何确定分子离子峰？343536分子离子峰的判别同位素离子峰碎片离子峰在高能量电子源轰击情况下，分子离子处于激发状态，原子间的一些键进一步断裂，产生质量数较低的碎片，获取分子结构的相关信息。（四）亚稳离子峰离子离开电离室到达收集器之前的过程中，发生分解而形成低质量的离子所产生的峰。（子离子与中性碎片）4041424344许多元素具有天然同位素，如氯元素有35Cl,37Cl在分子离子峰、碎片离子峰的右边会产生同位素峰45NextWeek4647同位素丰度50质谱法特点例如：CH4M=1612C+1H×4=16M13C+1H×4=17M+112C+2H+1H×3=17M+113C+2H+1H×3=18M+2同位素峰分子离子峰二、同位素离子峰（M+1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；有时还可以观察到M+2，M+3。。。。；1615m/zRA13.1121.0133.9149.2158516100171.1m/z甲烷的碎片离子峰有机化合物中常见元素及其天然同位素丰度54分子式的确定155分子式的确定256分子式的确定357S和C的同位素峰簇化合物中含有Cl或Br时，可以利用M与M+2比例来确定分子离子峰。对卤素有机物，F、I单一同位素35Cl,37Cl3:179Br,81Br1:1对于多个Cl、Br化合物，有非常强的M+2，M+4，M+6同位素离子峰，使用（a+b）n.a:轻质同位素丰度b：重质同位素丰度n:同种卤原子的个数n=3（a+b）3=a3+3a2b+3ab2+b3a=3b=1=33+3×32×1+3×3×12+1=27+27+9+1M:M+2:M+4:M+6,27:27:9:159Cl和Br的同位素簇60616263同位素离子峰—分子式化合物中含有Cl或Br时，可以利用M与M+2比例来确定分子离子峰。对卤素有机物，F、I单一同位素35Cl,37Cl3:179Br,81Br1:1对于多个Cl、Br化合物，有非常强的M+2，M+4，M+6同位素离子峰，使用（a+b）n.a:轻质同位素丰度b：重质同位素丰度n:同种卤原子的个数n=3（a+b）3=a3+3a2b+3ab2+b3a=3b=1=33+3×32×1+3×3×12+1=27+27+9+1M:M+2:M+4:M+6,27:27:9:16566N规则Ｎ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。分子离子峰与相邻峰的质量差必须合理。TheNitrogenRuleAmoleculewithanoddnumberofnitrogenshasanoddmolecularweight.AmoleculethatcontainsonlyC,H,andOorevennumberofnitrogenshasanevenmolecularweight.NH293138NH2O2N183NH2O2NNO2三、碎片离子峰一般有机化合物的电离能为7－13电子伏特，质谱中常用的电离电压为70电子伏特，使结构裂解，产生各种“碎片”离子。H3CCH2CH2CH2CH2CH315712957434357297115H3CCH2CH2CH2CH2CH3H3CCH2CH2CH2CH2CH3H3CCH2CH2CH2CH2CH3H3CCH2CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH31529435771正己烷碎片离子峰H3CCCH3CH3H3CCHCH3H3CCH2CH3m/z15294357859911314271正癸烷747576777879常见的特征离子180常见的特征离子281828320406080100120m/zm/z=78100806040200RelativeintensitySomemoleculesundergoverylittlefragmentationBenzeneisanexample.Themajorpeakcorrespondstothemolecularion.Propylbenzenefragmentsmostlyatthebenzylicposition20406080100120m/zRelativeintensity12091CH2—CH2CH3100806040200EI有机化合物裂解的一般规律影响裂解主要因素影响离子丰度的因素1影响离子丰度的因素2甲烷的碎片离子峰——奇/偶电子离子9192similaritysearch•谱图检索–EI–70eV•NIST–ID：化合物在库中的顺序号–CAS：化学文摘登记号–化合物名称、分子式、分子量939495969798SCAN和SIM扫描方式•SIM：selectedionmonitoring–MIC质量色谱图•扫描SCAN中峰度最高的几个峰–其余离子不检测•可以检测纯度–纯物质的特征离子色谱峰只有一个保留时间–混合物略有差别•SCAN–TIC：totalioncurrent–受背景噪声影响较大•检测所有离子灵敏度：SIMSCAN100不同进样方式有不同型号隔垫(SPME特殊)；使用耐高温、低流失隔垫以减少污染(隔垫流失TIC及MS如下图)；保持隔垫吹扫(3ml/min)，以去除进样口残留（进针掉渣）；隔垫需经常更换，以防止进样口漏气。73100281SSSSSiSiSi503994503070110150190230270310350390430470510(mainlib)Cycloheptasiloxane,tetradecamethyl-147OOOOOOO32741550385221341隔垫101色谱固定相和隔垫材料都是硅氧烷聚合物，由于聚合不完全及在高温下热解产生小分子化合物，伴随载气、样品进入离子源离子化，形成质谱的背景，干扰分析结果。硅氧烷结构固定相类型e)色谱柱流失、隔垫流失102隔垫流失MS图检索103SE-3073147167207221267281327355415429503柱型碎片离子质量DB-573147156191207253281327331405443SE-5473147156207221253281327355405429OV-10173147163191207221281325355415429503OV-173147191207221253281341355415429503OV-22573135156197253269313327343403405417OV-1773147197221253281327355FFAP5769971231731912072192402642