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第三章_质谱

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(完整版)质谱分析图谱解析

(完整版)质谱分析图谱解析
※ 查表法 Beynon and Lederbey 制作了高分辨质谱法数据表， 可查出对应于某精确质量的分子式。
※ 计算机处理
3.3 有机质谱中的反应及其机理
M+ e
50-70 eV
+. M
+
2e
-. M
+
小于1%
+.
A +. + 中性分子或碎片
M
B + + R
A +.
B+
M+·→ A+·, B+, C +·, D+ ……
y = 154 32 12×8=26 不合理 设w=1 则 y = 154 321612×8=10
分子式为C8H10OS
查Beynon表法
C H N O m/z M+1 M+2 理论计算值，会出现不符合N律和不符合DBE的一般规律。
高分辨质谱法
精确质量，与分辨率有关 ※ 试误法
精确质量的尾数=0.007825y+0.003074z-0.005085w
DBE: Double Bond Equivalents UN: Unsaturated Number
计算式为:
=C+1－H/2
C—C原子数
H—H原子数
i) 分子中含有卤素原子(X)时,它的作用等价于氢原子;
ii) 二价原子数目不直接进入计算式;
iii) 化合物中若含有一个三价N原子,它相应的化合物比链状烷烃多3个H.
H2C OC2H5
例：① 烯：
R HH
C
CH2
H2C C
C R'
H2
② 酯：

第三节 质谱

第三节 质谱

进样系统



在不破坏真空度的情况下，使样品进入离 子源。 气体可通过储气器进入离子源。 易挥发的液体，在进样系统内汽化后进入 离子源。 难挥发的液体或固体样品，通过探针直接 插入离子源。
Sample Introduction: Direct Insertion Probe (DIP)

Direct insertion probe
离子从射频场吸收能量，称之离子的回旋共振。
激发的离子运动速度( v ) 增大，运动轨道半径( r ) 增大，称之离子的回旋运动的激发。
如果磁场强度（B）一定，改变射频场的频率（） 即可激发不同m/z的离子而得到质谱。 FT-MS的核心为分析室，分析室由三对平行的极 板构成。磁力线沿z轴方向，离子的回旋运动垂直于z轴， 在与x轴方向垂直的两极板上施加激发射频，在与y轴方
质

谱


质谱（mass spectrum，简称MS），就是把化 合物分子用一定方式裂解后生成的各种离子， 按其质量大小排列而成的图谱。 常用量约1mg ，最少用量只需几微克。 利用质谱，可以测定化合物的分子量，并能测 定它的分子式以及分子结构。如将质谱仪与气 相色谱仪联用、液-质联用，还可以测定混合 物中各组分的化学结构以及它们的含量。

Using C=12, H=1, N=14 and S=32

Can we differentiate these two ions? Need to calculate the monoisotopic accurate mass
Mass Analysers: HRMS: An Example
Mass Analysers: Factors to Consider

第三章 质谱

第三章 质谱

不适合化合物结构鉴定；
阳极
+ +
+
+ + + d<1mm
+ + + + + + +
阴极
④ 快原子轰击(fast atom bombardment
FAB)
高能量的Ar原子 轰击涂在靶上的样品， 溅射出离子流。 本法适合于高极 性、大分子量、低蒸 汽压、热稳定性差的 样品。 FAB一般用作磁式 质谱的离子源。
4）进样系统
气体或低沸点液体样品的进样只需用注射 针穿过封垫圈将样品注入加热的真空储存器， 液体样品进入后立即气化，并维持一定的样品 气压。
5）检测器——用于检测各种质荷比离子的强度。
最常用的是二次电子倍增器。
电子倍增器的工作原理为：当来自于质量分析器的正 离子打击阴极表面时，阴极产生二次电子，然后用 多级瓦片状的二次电极（也称作打拿极）使二次电 子不断倍增。二次电极由铜-铍合金等特殊的材料制 成，这种材料的二次发射系数大于1。 所谓二次发射系数是指对于一个二次电极，发射的二 次电子流强度i2与入射的电子流强度i1之比。

分子离子的质量奇偶性必须符合氮规则。
氮规则：
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。
合理的中性丢失。 分子离子与最靠近它的一些碎片离子之间应有一个合 理的质量差，如果这个质量差落在4~14和21~25之间 就是不合理的。
磁场
相同质荷比，入 射方向不同的离子会 聚； 能量聚焦：
相同质荷比，速 度(能量)不同的离子 会聚；

色谱与质谱学3

色谱与质谱学3


MRM(Multiple Reaction Monitoring-多反应检测):

串联质谱的一种采集方式, 同时以SIR方式检测母离子与子离子, 特点是高选择性和高灵敏度相结合,适用于痕量目标监测物的定 量分析
质谱的名词术语

离子源(Ion source):

质谱仪器中使样品电离生成离子的部件。如：EI，FAB，ESI， APCI等
总离子流图(Total ions current,TIC): 在选定的质量范围内, 所有离子强度的总和对时间或扫描次数所作的图。色质联 用时, TIC即色谱图
质谱的名词术语 分子离子: 分子失去一个电子生成的离子,其质荷比等于分子。
准分子离子: 指与分子存在简单关系的离子,通过它可以确定分子量。 例如:分子得到或失去一个氢生成的离子: (M+H)+,(M-H)-就是最常见的 准分子离子。 碎片离子: 分子离子裂解所生成的产物离子。激发态分子离子以多种 方式裂解生成的离子，碎片离子还会进一步裂解生成更小质量的碎片 离子，还会生成重排离子 母离子与子离子： 任何离子进一步裂解产生了某离子,则前者称为母 离子，后者称为子离子
R = m / m
m为质谱计可分辨的相邻两峰的质量差
m为可分辨的相邻两峰的平均质量
分辨率（ R ）是两峰间的峰谷为峰高的10%时的测定 值，即两峰各以5%的高度重叠。
质量分辨率的定义
–分辨率:质谱上是指分 开相邻离子的能力 –分辨率越高,越能区分 小的质量差 传统分辨率的计算公式:
分辨率R = m/Δm

质谱图给出的二维信息

质荷比及离子丰度均能表征化合物的结构特征


离子的质荷比m/z

质谱2-2018

质谱2-2018

10:54
6
五、离子-分子反应生成的离子
离子源局部浓度过大时，发生离子-分子碰撞， 生成一个比分子离子更大质量的离子，这个离 子称为离子-分子反应生成的离子。
在EI时，应避免这类离子的产生；而CI-MS 正是利用离子-分子反应使样品分子电离。
10:54
7
六、负离子
带负电荷的离子：通过电子捕获及形成离子对 等机理产生； 在EI时，负离子的丰度低（正离子的10－4）， 常规质谱研究正离子； 在CI-MS中，含电负性原子的化合物负离子产 率很高，具有高选择性，可以利用。
1、Cl、Br元素的识别和原子数目确定
Cl、Br是A＋2类元素，且重同位素丰度特 别大，利用分子离子区域的离子峰形判断。
以Cl为例 35Cl : 37Cl 3 : 1
分子中含一个Cl原子
CH335Cl CH337Cl
M
M+2
m/z 50
52
丰度比 3Leabharlann : 150(3) 52(1)
31
分子含二个Cl原子，如CH2Cl1Cl2
3、丰度与化合物类型匹配
分子离子的丰度主要取决于它的稳定性。 各类有机物分子离子稳定性顺序如下：
芳香族化合物、共轭烯烃、脂环化合物、硫 醚、直链烃、硫醇、酮、胺、酯、醚、羧酸、支 链烃和醇
10:54
21
一些典型化合物分子离子峰的相对强度
（M=130左右）
化合物名称 萘、喹啉
M+·相对强度 /% 100
第三章 有机质谱
Mass spectroscopy（MS）
第三节 质谱中的各种离子
•分子离子 •碎片离子 •同位素离子 •多电荷离子 •负离子 •离子－分子反应产生的离子 •亚稳离子

质谱发展历史-基础知识

质谱发展历史-基础知识
6、非极性物质难以离子
C:
MALDI 激光解吸附离子源
Matrix-Assisted laser
Desorption/Ionization
MALDI源的出现解决了生物大分子的离子化难题， 离子化过程与FBI有相似之处。
1、使用基质，但基质为固体。
2、 MALDI用脉冲激光束轰击样品和基质的共结晶 。
品光降解。
4、串联质谱功能较弱，除非接反 射装置进行源后衰变测量。
5、不能分析非共价键相互作用。 6、定量时需要内校准。 7、如没有反射飞行装置，不能分
析多肽修饰。
8、对各种赋形剂的容忍度低（如 含磷酸缓冲液，大于150mM的盐
等。
Sample submission
In solution, as concentrated as possible, volume 10-20 ul Minimum Concentration 10 pmol/microliter Use 200ul PCR-style eppendorf tubes
1、单同位素质量monoisotopic mass
最轻的稳定同位素的质量（也有说自然界中丰度最 大的同位素的质量）。 只有高分辨率的质量分析器才能分离出单同位素峰 。
2、化学平均分子量M 根据同位素质量及丰度计算出平均质量，
所有元素的平均质量给出分子的平均质量。
3、最高峰质量 即未分辨开质谱峰最高处的质量数。
3、中性丢失扫描：
Q₃扫描与Q₁有一特定质量差异的子离子，谱图显示的是所 有特定中性分子丢失的母离子。
B、三级四极杆飞行时间质谱仪 Quadrupole time of flight
电荷数和质量数的计算
已知
mj=(m+nj)/nj

质谱法专业知识课件

质谱法专业知识课件

在离子源内，用电加热铼或钨旳灯丝到2023℃，产生高速电子 束，其能量为10～7OeV。当气态试样由分子漏入孔进入电离室 时，高速电子与分子发生碰撞，若电子旳能量不小于试样分子 旳电离电位，将造成试样分子旳电离。
碎片离子可用于有机化合物旳构造鉴定
优点： 1）稳定, 质谱图再现性好，便于计算机检索及比较； 2）离子碎片多，可提供较多旳分子构造信息。 缺陷：
4）基质辅助激光解吸离子源（MALDI）
原理：是用激光照射样品与基质形成旳共结晶薄膜，基质从 激光中吸收能量传递给样品，从而使样品解吸和电离旳过程。 它是一种软电离技术，合用于混合物及生物大分子旳测定。
（3）质量分析器
质谱仪旳质量分析器位于离子源和检测器之间。
作用 ：过滤
质量分析器旳主要类型有：磁分析器、飞行时间质量分 析器、离子阱质量分析器和四级杆质量分析器等。
质谱能做什么？
定性：化合物旳构造。 定量：混合物旳各构成含量。 领域：化学、生物学、医学、药学、环境、物理、材料、能源 等。
质谱分析法旳特点
➢（1）应用范围广。测定样品能够是无机物，也能够是有 机物。被分析旳样品能够是气体和液体，也能够是固体。 ➢（2）敏捷度高，样品用量少。目前有机质谱仪旳绝对敏 捷度可达50pg（pg为10−12g），无机质谱仪绝对敏捷度可 达10−14 g。用微克级样品即可得到满意旳分析成果。 ➢（3）分析速度快，并可实现多组分同步测定。 ➢（4）与其他仪器相比，仪器构造复杂，价格昂贵，使用 及维修比较困难。对样品有破坏性。
在一般有机分子鉴定时，能够经过同位素离子峰相对强度之 比来拟定其元素构成。
➢例如：CH4 M=16
➢12C+1H×4=16
M
➢13C+1H×4=17 M+1

质谱介绍.ppt

质谱介绍.ppt
概述
分子质量精确测定与化合物结构分析的重要工具
质谱仪的发展史
1911年:
世界第一台质谱装置（J. J. Thomson）早期应用：
原子质量、同位素相对丰度等
40年代:
用于同位素测定和无机元素分析
50年代： 开始有机物分析（分析石油）
60年代： 研究GC-MS联用技术
70年代： 计算机引入
80年代： 新的质谱技术出现：快原子轰击电离子源，基质辅助
OH R
γ
RC
α
β
OH
R
RC
OH
R
C
+
R CH2
O
C R CH3
R＝H(醛 ） ： m/z =44 R＝CH3(酮 ）：m/z =58 R=OH(羧 酸 ） ： m/z=60
5 . 多电荷离子
失掉两个以上电子的离子是多电荷离子。
离子丰度的影响因素
❖ 1．产物离子的稳定性 ❖ 2．Stevenson规则 ❖ 3．质子亲合能(PA) ❖ 4．最大烷基丢失 ❖ 5．中性产物的稳定性
一般，离子从离子源到达检测器的时间为105s数量级， 若离子M1,质量m1 ①离子寿命>105s，足以到达检测器,测的其本身m1/z
②当离子寿命< 106 s 的离子在离子源内进一步裂解 M1→M2(m2) 若M2的寿命>105s，测的是m2/z
③10-6s<离子寿命< 105 s M1→M2(m2)此时M2与M1速度相同，
最轻同位素－天然丰度最大 分子离子峰 M+
同位素离子峰 M+1 或 M+2 峰
一些同位素的自然丰度
常见同位素及其丰度
元素 Ｃ
H N O S Cl Br

质谱-分析化学

质谱-分析化学
ESI APCI
一) 离子源
1．电子轰击离子源 （Election Impact，EI） 使具有一定能量的电子直接作 用于样品分子，使其电离。（一般 能量为70ev）
M＋e → M+＋2e
Electron Impact （EI）
++
: R1
: R2
+
: R3
: R4
++
:e
(M-R3)+
(M-R2)+ (M-R1)+ M+
Specifity: 特异性； Sensitivity: 灵敏性； Speed: 快速性； Stoichiometry: 化学结合计量比的测定。
局限性
(1)异构体，立体化学方面区分能力差。 (2)定量重复性稍差，要严格控制操作条件 (3)有离子源产生的记忆效应，污染等问题。 (4)价格稍显昂贵，操作有点复杂。
4429.6 4428.6
4519.7 4649.7 4648.8
4871.8
0 3000
3200
3400
3600
3800
4000 Mass/Charge
4200
4400
4600
4800
1[c].A6
5000
树枝状化合物 (Dendrimer)
基质：CHCA 溶剂：四氢呋喃 THF
M+Na+
M+K+
CH3OH O2 差异
32.0261 u 31.9898 u 0.0363 u
分子式 C3H6O C2H2O2 C4H10
名义质量 36+6+16 = 58 24+2+32 = 58 48+10 = 58

质谱的原理及结构ppt课件

质谱的原理及结构ppt课件
电子电离 Electron Ionization, EI 化学离子 Chemical Ionization, CI 场电离，场解吸 Field Ionization FD, Field Desorption FD 快原子轰击 Fast Atom Bombardment, FAB 基质辅助激光解析电离 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI 电喷雾电离 Electrospray Ionization, ESI 大气压化学电离 Atmospheric Pressure Chemical Ionization, APCI
在不破坏真空度的情况下，使样品进入离 子源。
气体可通过储气器进入离子源。 易挥发的液体，在进样系统内汽化后进入
离子源。
难挥发的液体或固体样品，通过探针直接 进入离子源。
离子源(Ion Source)
分子失去电子，生成带正电荷的分子离子。 分子离子可进一步裂解，生成质量更小的
碎片离子。
离子源（Ion Source）
环境、地球
化学、化工
药学、毒物学、 刑侦
质谱的特点
质谱不属波谱范围。 质谱图与电磁波的波长和分子内某种
物理量的改变无关。
质谱是分子离子及碎片离子的质量与 其相对强度的谱, 谱图与分子结构有 关。
质谱的优点
质谱法进样量少, 灵敏度高,分析速度 快。
质谱是唯一可以给出分子量,结构鉴定是至关重要的。
1.3.1概述
质谱分析法主要是通过对样品离子质 荷比的分析而实现对样品进行定性和 定量的一种方法。
把化合物分子用一定方式裂解后生成 的各种离子，按其质量大小排列而成 的图谱称为质谱（Mass Spectrometry ）。

第三章紫外光谱和质谱

第三章紫外光谱和质谱

③ π-π*跃迁
是π电子从π成键向反键π*轨道的跃迁，含有π电子基团的不饱和有 机化合物，都会发生π-π*跃迁，如有 、 等的有机化合
物。π－π*跃迁所需的能量比σ－σ*跃迁小，也一般比n－σ*跃迁小，吸收 峰一般在200nm附近。
π-π*还具有以下特点：
吸收波长一般受组成不饱和键的原子影响不大，如 及 的λmax 都是 175 nm；摩尔吸光系数都比较大，通常在104以上，为强吸收带；
特点：光谱原理简单，识谱容易，信息量较少， 应用仍较广泛。
一、基本原理
1．紫外光谱的产生 E = E0 + E平动 + E转动 + E振动 + E电子 图中A、B表示不同能量的两个电 子能级，在每个电子能级中还分 布着若干振动能量不同的振动能 级，它们的振动量子数V=0、1、 2、3…表示，而在同一电子能级 和同一电子能级和同一振动能级 中，还分布着若干能量不同的转 动能量，它们的转动能级数J=0、 1、2、3……表示。 在分子能级跃迁所产生的能级变化ΔE中，电子能级跃 迁的能量变化ΔEe是最大的，一般在1～20eV之间， 它对应的电磁辐射能量主要在紫外－可见光区。
3．某些常见化合物的吸收光谱 ① 饱和烃及其取代衍生物 饱和烃中只有σ键，即只有σ电子，因此只能产生σ-σ*跃 迁，饱和烃的取代衍生物引入具有未成键n电子的杂原子， 可以产生n -σ*跃迁，吸收波长变大 。 如CH4的吸收波长为125 nm，而CH3Cl、CH3Br和CH3I的 吸收波长分别为173、204 和258 nm。 饱和烃是测定紫外－可见光谱时的良好溶剂。 ② 不饱和烃及共轭烯烃 可以产生σ-σ*跃迁和π-π*跃迁，一般在近紫外光区，为强吸收带在 分析上较有实用价值。 不饱和烃中，如果存在着共轭体系，共轭使电子离域大，-*能 量降低，跃迁几率增加，吸收波长变长，吸收变大。共轭程度越大， 则λmax越大，εmax也越大。 如：乙烯(193 nm)，1,3-丁二烯(217 nm)，己三烯(258 nm)，辛四 烯(300 nm) 在共轭体系下，π－π*跃迁所产生的吸收带，又称为K带。

ms

ms

不适合的溶剂和缓冲液 a 不挥发的盐 b 表面活性剂/洗涤剂 c 无机酸 其它溶剂和调节剂 a 异丙醇、2-甲氧基乙醇及乙醇等 b 三氟醋酸（TFA）常用于LC-MS分析肽和蛋白质 的化合物 c 三乙胺（TEA） d 四氢呋喃（THF)
3.3 色谱－质谱联用仪
质谱：纯物质结构分析 色谱：化合物分离 色谱-质谱联用：共同优点 GC-MS；LC-MS；CZE-MS （毛细管电泳-质谱） 困难点： 困难点： 载气(或流动液)的分离； 出峰时间监测； 仪器小型化； 关键点： 关键点：接口技术(分子分离器)
43 57 29 15 71 85 99 113 142 m/z
3.2.4 真空系统
质谱仪器中凡有样品分子和离子的地方必须抽成 真空状态，即质谱仪的离子源、质量分析器及检 测系统都必须处于真空状态下工作（一般为 1.333×10-4～1.333 ×10-6Pa ）。质谱仪的真空 系统要求残余气体中不能留有对测定不利的气体 成分，要求本底小，否则：空气中的氧会烧坏离 子源的灯丝；会引起额外的离子－分子反应，使 质谱复杂化，且干扰离子源中电子束的正常调节， 影响一起的分辨率；真空度低会使本底增高，干 扰质谱图。
3.3.1 GC-MS联用仪器 联用仪器
HEWLETT PACKARD 5972A Mass Selective Detector
1.0 DEG/MI N
MS
HEWLETT PACKARD
5890
Sample
Gas Chromatograph (GC)
B
Mass Spectrometer
A B C D
是一种使用强静电场的电离技术。 原理：不锈钢毛细管被加以3-5kV的正电压，与相距约 1cm接地的反电极形成强静电场。被分析的样品溶液从毛 细管流出时在电场作用下形成高度荷电的雾状小液滴；在 向质量分析器移动的过程中，液滴因溶剂的挥发逐渐缩小， 其表面上的电荷密度不断增大。当电荷之间的排斥力足以 克服表面张力时，液滴发生裂分；经过这样反复的溶剂挥 发－液滴裂分过程，最后产生单个多电荷离子。 电喷雾通常要选择合适的溶剂。除了考虑对样品的溶解能 力外，溶剂的极性也需考虑。一般来说，极性溶剂（如甲 醇、乙腈、丙酮等）更适合于电喷雾。

有机质谱原理及应用

有机质谱原理及应用

三、仪器技术指标
质量范围(Mass Range) 质谱仪所能检测的最小到最大的质量范围。
不同仪器： 四极杆 1~600Da，1~4000Da， 磁质谱：1~10000Da 飞行时间质谱：无上限 离子阱质谱：1~2000Da，1~4000Da 不同要求：气体分析， 1~300Da 气相色谱质谱， 1~600Da，800Da 有机质谱， 1~2000Da 生物分子， 1~10000Da或更大
Electrospray Ionization for Mass Spectrometry of Large Biomolecules," J. B. Fenn, M. Mann, C. K. Meng, S. F. Wong and C. M. Whitehouse, Science 246, 64 (1989)
Koichi Tanaka (田中耕一) Shimadzu Corporation,Japan 贡献：激光辅助解吸电离质谱(MALDI)电离方法 生物大分子分析
Rapid Communications in Mass Spectrometry 2, 151 - 153 (1988), Koichi Tanaka, Hiroaki Waki, Yutaka Ido, Satoshi Akita, Yoshikazu
有机质谱原理及应用
浙江大学理学院
无机与材料化学研究所
刘子阳
教授，博士生导师
课 程 安 排
第一部分：理论基础 第一章：导论 第二章：有机质谱仪 第三章：质谱/质谱 第四章：质谱法测定分子结构（一），小分子 第五章：质谱法测定分子结构（二），大分子 第六章：LC/MS，LC/MS/MS应用举例 第二部分： LCQ离子阱质谱仪原理及应用 第一章：Thermo Finnigan LCQ离子阱质谱仪介绍 第二章：Xcalibur软件应用技巧 第三章：Mass Frontier 软件辅助解析 第三部分：上机实验 时间安排大致如下：第一部分，6-8次课。 第二部分，1-2次课。 第三部分，1次课或第一和第二部分课后进行或单独安排时间。

高中物理(3-1)最基础考点系列考点31 质谱仪 含解析

高中物理(3-1)最基础考点系列考点31 质谱仪 含解析

质谱仪(选修3-1第三章:磁场的第六节带电粒子在匀强磁场中的运动)★★★○○○○质谱仪：根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，制造出的能够分离和检测不同同位素的仪器。

1、构造：如图甲所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。

2、原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qU＝错误!mv2。

粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvB＝m错误!。

由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷等。

粒子轨道半径r＝错误!错误!,粒子质量m＝错误!，比荷错误!＝错误!。

质谱仪的主要特征将质量数不等，电荷数相等的带电粒子经同一电场加速后进入偏转磁场.各粒子由于轨道半径不同而分离，其轨道半径r＝错误!＝错误!＝错误!＝错误!错误!.在上式中，B、U、q对同一元素均为常量，故r∝错误!，根据不同的半径，就可计算出粒子的质量或比荷。

例:(多选）（2009年高考广东物理）如图是质谱仪的工作原理示意图。

带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器。

速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场分别为B和E。

平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。

平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场.下列表述正确的是（）A．质谱仪是分析同位素的重要工具B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内C．能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小【答案】AC1、(2015-2016学年陕西省三原县北城中学高二第四次月考)如图所示,有A、B、C、D四个离子，它们带等量的同种电荷，质量关系m A=m B<m C=m D，以不等的速度v A<v B=v C<v D进入速度选择器后,只有两种离子从速度选择器中射出,进入B2磁场,由此可以判断A．离子应带负电B．进入B2磁场的离子是C、D离子C．到达b位置的是C离子D．到达a位置的是C离子【答案】D【点拨】本题题干虽然没有明确说明该装置为质谱仪,但也能判断出来，明确只有速度满足一定条件时才能通过速度选择器，由洛仑兹力提供向心力能够推导出粒子偏转半径公式，判断半径与哪些因素有关.2、(2016全国新课标I 卷，15）现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示,其中加速电压恒定.质子在入口处从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。

质谱.pptzhuqing

质谱.pptzhuqing
+
m/z 71 CH3
H3C C CH3 m/z=57 H3C
3．同位素离子 除P,F,I外，组成有机化合物的常见的十几种元素，如 C,H,O,N,S,Cl,Br等都有同位素，因而在质谱中会出现 由不同质量的同位素形成的峰。
同位素13C/12C 1H/2H 17O/16O18O/16O
15N/14N 33S/32S 37Cl/35Cl 81Br/79Br
质谱仪工作原理图
质谱仪的一般分类
质谱仪种类非常多，工作原理和应用范围也有很大的不同。 从应用角度，质谱仪可以分为下面几类： 有机质谱仪 ① 气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）
② 液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）
③ 其他有机质谱仪（基质辅助激光解吸飞行时间质谱 仪（MALDI-TOFMS），傅里叶变换质谱仪（FT-MS） ） 无机质谱仪 ① 火花源双聚焦质谱仪。
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三、质谱的基本原理
1.质谱的基本原理概述
2.质谱的形成过程
1.质谱的基本原理概述 使试样中各组分电离生成不同荷质比的离 子，经加速电场的作用，形成离子束，进 入质量分析器，利用电场和磁场使发生相 反的速度色散——离子束中速度较慢的离 子通过电场后偏转大，速度快的偏转小； 在磁场中离子发生角速度矢量相反的偏转， 即速度慢的离子依然偏转大，速度快的偏 转小；当两个场的偏转作用彼此补偿时， 它们的轨道便相交于一点。
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二、 离子类型与形成：（要求掌握五种）
1．分子离子：分子失去一个电子所形 成的离子。一般出现在质谱图的最右端， 其峰的质荷比是确定分子量和分子式的 重要依据。
如何辩认分子离子峰
1)原则上除同位素峰外，分子离子峰是最高质量的峰。 但要注意“醚、胺、脂的(M+H)+峰”及“芳醛、醇等的 (M-H)+峰”。 2)分子离子峰应符合“氮律”。在C、H、O组成的化合物 中，分子离子峰的质量数一定是偶数；在含C、H、O、N化 合物中，含0个或偶数个N的分子量为偶数，含奇数个N的 分子量为奇数。

同位素质谱分析

同位素质谱分析
利用碳旳还原作用先生成CO，然后转化成CO2供 质谱分析。
3、碳同位素制样
自然界中旳碳可分为无机碳和有机碳，不论以什么 形式存在，都要把它们转化为CO2后才干供质谱 分析。
对于无机碳矿物一般采样磷酸法，对于有机碳或元 素碳，将其在高温（1000℃）氧气流中燃烧，使 之转变为CO2气体。
4、硫同位素制样
GC分离
H2O+CO2
水阱除H2O NAFIONTM
GC
Combustion Interface
CO2
MS
外精度 (n=10，std.dev；n-C14、C15、C16烷烃， 每次1 nmol C,即12ng进入柱内) ：0.2‰
单体化合物中15N/14N 测定旳基本原理：
氧化炉氧化 CuO；940℃
氧化炉
气体、液体 有机混合物
H2+CO
TC
18O/16O : 1250℃ （Pt/Ni）
D/H : 1450℃
GC分离
GC
Combustion Interface
MS
外精度 (n=5，std.dev；FID MIX 标样300 ng/μl=45 ng H2；无分流) ：5.0‰
3、元素分析仪-连续 流界面Ⅲ+ 质谱
在同位素比值测定中，常给出丰度敏捷度。若大丰 度旳M质量峰旳离子流强度为IM，该峰旳“拖尾” 对于相邻旳低小丰度旳若离子质量峰强度旳贡献 为ΔIM，则 丰度灵敏度＝ IM
I M
所以， ΔIM越小，丰度敏捷度越大。 5、精密度和精确度
精密度表达仪器所进行旳反复测量旳符合程度。以
原则偏差S表达：
S
(Xi X )2
• REAL32操作系统下旳应用软件，但支持鼠标； • 能控制上述多种配置，涉及质谱和样品前处理

(完整版)质谱分析图谱解析全

(完整版)质谱分析图谱解析全

■ 含硫的样品 32S : 33S : 34S = 100 : 0.8 :4.4
RI(M+1) / RI(M) ×100 = 1.1x + 0.37z+ 0.8S RI(M+2) / RI(M) ×100 = （1.1x）2 / 200 + 0.2w +4.4S
■ 含Si的化合物 28 Si : 29Si : 30Si = 100 : 5.1 : 3.4
9 24 22 8 1
即 M: (M+2): (M+4): (M+6): (M+8)＝9: 24: 22: 8: 1
如果两个离子分别含有1个溴和3个氯，虽然(M+2)峰的相对强 度差不多，但是(M+4)峰却有差别。在考虑(M+2)峰的相对强 度时，还必须考虑(M+1)峰对它的贡献。
DBE（或UN）的计算
同位素峰簇及其相对丰度
■ 对于C, H, N, O组成的化合物， 其通式：CxHyNzOw RI(M+1) / RI(M) ×100 = 1.1x + 0.37z ( 2H 0.016, 17O 0.04忽略 ) RI(M+2) / RI(M) ×100 = (1.1x）2 / 200 + 0.2w
设x = 5, w=1,
则 y =9, 可能的分子式 C5H9OBr, Ω =1 也合理
由碎片离子 可判断其为
C6H13Br
例 设 m/z 154为分子离子峰, 154-139=15, 合理 m/z 154 155 156 157 RI 100 9.8 5.1 0.5
分子中含有1个s x = (9.80.8)/1.18
例：化合物中含有2个氯和2个溴原子

质谱

质谱
1
2 3
?
tryptic digestion mass spectrometry
Protein
stored data or theoretical peptides
compare: ?? is identical to ??
ESI 四极 质谱
N Gold-coated glass capillary 搒pray
U V cos 2 f t
Detector
ions with corresponding m/z
U + V cos 2 f t
ions collide with the rods
Scanning of measuring range: U and V are varied ac and dc voltages U (DC voltage) V (peak amplitude of a radio frequency)
vacuum
+
+
+
strong electric field
Vacc
cloud of protonated peptide molecules
Time Of Flight tube
MALDI-TOF 质谱仪原理
Linear Time Of Flight tube
ion source
detector
–Proteolytic processing, truncation
•Trypsin, Endoproteinase mapping
–Acylation
•Missing of N-terminal peptide
–Phosphorylation
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麦氏重排条件：
含有C=O， C=N，C=S及碳碳双键 与双键相连的链上有 碳，并在 碳上有H原子（氢）
4、检测器
最主要的检测器是电子倍增管，它可以测出10-17A 微弱电流。如果电流更微弱，则需采用渠道式电子倍增 器阵列，它可以使电流放大。
三、质谱的表示Βιβλιοθήκη 法在质谱分析中，质谱的表示方法有条图和表格形式：
m / z值 相对强度
27 —
39
51 —
以质荷比m/z 为横坐标，离子相对强度为纵坐标，
相对强度是把原始质谱图上最强的离子峰定为基峰，规 定其相对强度为100%，其它离子峰以对基峰的相对百分 值表示，由质谱图很直观地观察整个分子的质谱信息。
40年代出现高分辨率质谱仪，可用于有机化合物结构 分析。 60年代末出现了色谱-质谱联用仪，可用于有机混合 物分离分析，促进天然有机化合物结构分析的发展。
有机质谱仪按其性能可分为低分辩和高分辩两种。 低分辩质谱可以确定分子和碎片离子的整数质量， 同时显示出相应同位素离子的相对丰度。在分子离子峰
相当强的情况下，根据同位素的相对丰度能够估计可能 的分子式。同理，也可以估计某些碎片的离子的元素组 成，结合对分子断裂规律的分析，可以得到有机化合物 骨架结构的启示和官能团存在的信息。
C7 CHO C6COOH C8NH2 C8OH C7Cl
C5 COOCl
二、碎片离子峰
当轰击电子的能量超过分子离子电离所需的能量 时（约为50~70eV），使分子离子的化学键进一步断 裂，产生质量数较低的碎片，称为碎片离子，在质谱 图上相应的峰，称为碎片离子峰。 碎片离子峰在质谱图上位于分子离子峰的左侧。
（2）双聚焦质量分析器
高分辨率质谱仪一般采用双聚焦质量分析器 单聚焦质量分析器中离子源产生的离子在进入加速 电场前，其初始能量并不为零，能量各不相同，最后不 能全部聚焦在检测器上，使仪器分辨率低，使用双聚焦 质量分析器可解决离子能量分散的问题
磁场
静电场
双聚焦质量分析器是指同时实现方向聚焦和能量（速 度）聚焦。将一静电场分析器置于离子源和磁场之间。 静电分析器是由恒定电场下的一个固定半径的管道构成。 加速的离子束进入静电场后，只有动能与其曲率半径相 应的离子才能通过狭缝2 进入磁场。在进行方向聚焦之 前，实现了能量（或速度）上的聚焦，大大提高分辨率 结构：磁场 电场 原理：能量聚焦 方向聚焦 特点：高分辨率 操作复杂

称分子离子峰
M e M 2e
分子



分子离子
由 M 所形成的峰称为分子离子峰。因此，分子离 子峰的m/z的数值就是该化合物的相对分子质量Mr。是 有机化合物的重要质谱数据
分子离子峰若能出现，应位于质谱图的右端。 几乎所有的有机分子都可以产生可以辨认的分子离 子峰。有些分子如芳香环分子可产生较大的分子离子峰， 而高分子量的脂肪醇、醚及胺等则产生较小的分子离子 峰。若不考虑同位素的影响，分子离子应该具有最高质 量。 其相对强弱随化合物结构而变化，其强弱顺序一般 为芳环 > 共轭多烯 > 烯 > 环状化合物 > 羰基化合物 > 醚 > 酯 > 胺 > 酸 > 醇 > 高度分支的烃类。分子离子峰 的强弱也与实验条件有关。
一般有直接进样、间接进样、色谱进样三种方式： 直接进样——高沸点的试液、固体试样可用探针或直 接进样器送入离子源，调节温度使试样气化 间接进样——一般气体或易挥发试样 色谱进样——色谱-质谱联用仪器中，经色谱分离的组 分通过接口元件直接导入离子源。
2、离子源
离子源是质谱仪的心脏部分，最早使用的电子轰击
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
利用氮规律，M相对分子质量为150,偶数，N应为偶数
②、④、⑥排除，剩下①、③、⑤、⑦。 ⑤式中峰的强度百分比9.96%与9.9%最接近，强度比 0.84%与0.9%也最接近。所以该化合物的化学式应该为 C9H10O2
2、氯、溴元素的识别和数量的确定
氯的同位素的比值接近3：1，溴的同位素的比值接 近1：1，它们存在从质谱图中很容易识别。 碘代烃、多氯代烃和多溴代烃经常没有分子离子峰， 氟代烃经常有分子离子峰。氯代烃和溴代烃的质谱图中 经常有丰度较大的M+2峰。 如分子中含有两个氯或两个溴的化合物质谱图比较 复杂，还会出现M+4、M+6的峰。
有机结构分析课件
第五章 质谱
学习要求：
1、掌握质谱仪的工作原理、质谱仪的基本结构 2、掌握质谱图、分子离子峰、碎片离子峰、亚稳离子 峰、同位素离子峰的基本概念 3、了解质谱图、质谱表、分子离子峰、碎片离子峰、 亚稳离子峰、同位素离子峰的应用
分子质量精确测定是化合物结构分析的重要工具。
1912年出现第一台质谱仪，可用于原子质量、同位 素相对丰度的测定。
3、分子中硫元子存在识别和数量的确定
34S的丰度为32S的4.42％，所以在没有氯、溴原子
存在的分子中，在M+2位置观察到大于4.42的相对丰
度时，就可以认为有硫元素的存在。
四、重排离子峰
分子离子在裂解成碎片时，某些原子或基团重新排
列或转移而形成的离子，称为重排离子，质谱图上相 应的峰为重排离子峰。 重排的类型很多，其中最重要的是麦氏重排。可发 生麦氏重排的化合物有：酮，醛，酸，酯等。
离子源（electron impact sourse, EI）。至今仍是使用 最广泛的最重要的离子源。 它具有如下特点：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， 电子流强度可精密控制；结构简单，控温方便； 除了电子轰击离子源外，还有化学电离源(Chemical Ionization，CI)、场致电离源(Field Ionization，FI)。
若固定加速电压V，连续改变磁场强度H，称为磁场扫 描 m / z ∝H2 若固定磁场强度H，连续改变加速电压V，称为电场扫 描 m / z ∝1/V 常用的为磁场扫描，无论什么扫描，m / z 相同的离子 汇聚成离子束，即方向聚焦 离子的m/z大，偏转半径也大，通过磁场可以把不同离子分 开 在一定加速电压U，改变磁场强度B下，或在一定磁场 强度B下，连续改变加速电压U，可以使不同离子先后通过 检测器，实现质量扫描，得到质谱。 单聚焦质量分析器结构简单，操作方便，但分辨率低
（2）质量差是否合理 分子离子峰与相邻峰的质量差必须合理
3、分子离子峰强度与结构的关系
M=130 M (RA) 100 N 100 C3 C C C4 20 6 2 0.5 0.5 0.1 0.1 O C2 C C5 8 2 1 0.5 0.1 C4 O C 4 O C6 C NH2 90 M=130 M (RA) 100
1、同位素离子峰 除P、F、I外，组成有机化合物的常见的十几种元素
中C、H、O、N、S、Cl、Br等都有同位素，因而在质 谱图中会出现不同质量的同位素形成的峰，称为同位素 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；有时还可以观察到M+2，M+3……
例如：CH4 M=16
12C
+ 1H×4=16（M）
13C
12C 13C
+ 1H×4=17（M+1）
+ 2H + 1H×3=17（M+1） + 2H + 1H×3=18（M+2）
m/z RA 3.1 1 16 12 1.0 15 13 3.9 14 9.2 15 85 16 100 17 1.1 m/z
例：某化合物的质谱数据如下，试确定该化合物的化学式
1、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；但有
例外，由稳定性判断。形成分子离子需要的能量最低， 一般约10电子伏特。
2、分子离子的判断 （1）Ｎ 规律
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。
71 H3C 57 H3C 43 H3C 29 H3C 15 CH3
m/z=58 分子离子
m/z=43 碎片离子
m/z=15 新的碎片离子
分子的断裂即产生什么样的碎片离子与分子结构有
密切的关系。 通常根据主要碎片离子峰及相对强度为推测分子结 构提供参考信息。
常见离子碎片的质量：
三、同位素离子峰（M+1峰）
3、质量分析器——质谱仪的主体
质量分析器的作用是将离子源产生的离子按照质荷
比 m / z 的大小分离，使符合条件的离子飞过分析器， 不符合条件的离子即被过滤掉 常见的有单聚焦质量分析器，双聚焦质量分析器和 四极滤质器等
（1） 单聚焦质量分析器
加速后离子的动能 :(1/2)m 2= e V， = [(2V)/(m/e)]1/2 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= H0 e ；曲率半径： R= （m ）/ e H0 ；质谱方程式：m/e = (H02 R2) / 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）
第一节 基本原理与质谱仪
一、质谱仪
质谱仪需要在高真空下工作：离子源(10-3 10-5 Pa)； 质量分析器(10-6 Pa)。 原因：大量氧会烧坏离子源的灯丝；用作加速离子的 几千伏高压会引起放电；引起额外的离子-分子反应，改变 裂解模型，谱图复杂化
结构原理图：
1、进样系统
进样系统的作用是将待测物质（即试样）送进离子源。
表格形式表示质谱数据，由质谱表可准确地给出m/z 值及相对强度。
第二节 质谱中主要离子峰
从质谱图上可看到许多离子峰，这些峰的m/z和相对 强度取决于分子结构，还与仪器类型，实验条件有关。 质谱中出现离子峰，归纳起来有以下几种：分子离子峰， 碎片离子峰，同位素离子峰，重排离子峰及亚稳离子峰 等。