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第五章MS-1 质谱

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第五章MS-1质谱

第五章MS-1质谱

丁 酮 的 质 谱 图
5.1.6 质谱术语
基峰：质谱图中离子强度最大的峰，规定其相对强度（RI）
或相对丰度（RA）为100。
精确质量：低分辨质谱中离子的质量为正数，高分辨质谱给
出分子离子或碎片离子的精确质量，其有效数字视 质谱计的分辨率而定。
CO、N2、C2H4 的精确质量依次为： 27.9949、28.0062、28.0313
HEWLETT 5972A PACKARD
Mass Selective
Detector
Mass Spectrometer (MS)
A B C D
Identification
HPLC/MS
5.1.3.3 离子源
1. 电子流轰击电离（electron impact, EI）
灯丝
电子流能量为70eV 离子化室温度为220C 排斥电极
e m/z 78
分子离子峰的应用： 分子离子峰的质荷比就是化合物的相对分子质量，所以，
用质谱法可测分子量。
磁体
检测器
仪器分辨率不高，质量范围宽，扫描速度快。
5. 傅利叶变换离子回旋共振质谱（FT—ICR）
仪器分辨率极高，测量精度好，质量范围宽，扫描速度快。
5.1.5 质谱图的组成
质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。
横坐标标明离子质荷比（m/z）的数值，纵坐标标明各峰 的相对强度，棒线代表质荷比的离子。图谱中最强的一 个峰称为基峰，将它的强度定为100。
5.1.7 质谱中的各种离子
1. 分子离子
分子被电子束轰击失去一个电子形成的离子称为分子离子。 分子离子用 M+• 表示。分子离子是一个游离基离子。
在质谱图上，与分子离子相对应的峰为分子离子峰。
质谱法(MS)

质谱法(MS)

2019/2/21
式中M+1，M+2…为较低质量的离子
8
2019/2/21
9
ABCD + e→ ABCD+ + 2e (分子离子)
ABCD+.
→ A+ + . BCD或. A + ABCD+ → AB+ + . CD或. AB + CD+ → ABC+ + . D或. ABC + CD+
(正碎片离子)
质 谱 法 (MS）
2019/2/21
1
§1 概述
2019/2/21
2
气态分子受一定能量的电子流轰击后，失去 一个外层价电子而成为带正电的离子。在电场和 磁场的作用下，这些阳离子按照质子质量大小(质 荷比 M／Z)依次排列而成的谱图被记录下来，称 为质谱图（亦称质谱，Mass Spectrum）。
2019/2/21 19
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20
2019/2/21
21
(一)真空系统
质谱仪的离子产生及经过系统必须处于高 真空状态（离子源真空度应达l．3×10-4～ l．3×10-5Pa，质量分析器中应达l．3×10-6Pa）。 若真空度过低，则会造成离子源灯丝损坏、本底 增高、到反应过多，从而使图谱复杂化、干扰离 子源的调节、加速极放电等问题。一般质谱仪都 采用机械泵预抽真空后，再用高效率扩散泵连续 地运行以保持真空。现代质谱仪采用分子泵可获 得更高的真空度。
2019/2/21 15
二、质谱方程
离子电离后经加速进入磁场中，其动能与加速电压及正离 子电荷e有关，即
eV 1 m 2 2
正离子在磁场中受的向心力和离心力相等
波谱解析MSPPT课件

波谱解析MSPPT课件

1. 灵敏度 2. 分辨率 3. 质量范围
波谱解析MS
5.1.3 质谱图
横坐标：质荷比(m/z) 纵坐标：离子峰的相对丰度
波谱解析MS
术语：质谱峰，基峰，分子离子峰
图中强度最大的峰（称为标准峰或基峰）为100， 其余的峰按与标准峰的比例表示，也成为百分相 对丰度。
一般质谱图上质荷比最大的峰为分子离子峰；有 例外。
CH2Cl2：因为，a=3, b=1, n=2, 因此(3+1)2=9+6+1, 即m/z84(M):m/z86(M+2):m/z88(M+4)=9:6:1
CHCl3：因为a=3, b=1, n=3, 因此，(3+1)3=27+27+9+1 即
m/z118(M):m/z120(M+2):m/z122(M+4):m/z124(M+6)=27:27:9:1
43
29 15
57
71 85 99 113 142
m/z
波谱解析MS
16
15
甲烷
m eth an e M =16
m /z
2.支链烷烃
波谱解析MS
3.环烷烃
波谱解析MS
芳烃
波谱解析MS
波谱解析MS
醇和酚
伯醇 仲醇
叔醇
波谱解析MS
m/z 31 m/z 45 m/z 59
CH3 H
H3C CH2 CH2 C OH m/z=73(M-15)
碎片离子，称重排离子。如醇分子离子经脱水后重 排可产生新的重排离子峰。
6. 多电荷离子
波谱解析MS
5.2 离子裂解的机理
波谱解析MS
5.2.1 离子的单分子裂解
第五章MS-1 质谱

第五章MS-1 质谱


27.9949、28.0062、28.0313
5.1.7 质谱中的各种离子
1. 分子离子
分子被电子束轰击失去一个电子形成的离子称为分子离子。 分子离子用 M+• 表示。分子离子是一个游离基离子。
在质谱图上，与分子离子相对应的峰为分子离子峰。
O C CH3 + · O C CH3 or
+ M · + M ·
不饱和度是否合理。
2. 低分辨质谱法 同位素相对丰度的计算法、查 Beynon 表法
1) 同位素峰簇及其相对丰度
除 F、P、I 外，都有同位素 分子离子或碎片离子峰常以同位素簇的形式存在。 低质量的同位素（A）丰度计为100
设某一元素有两种同位素，在某化合物中含有 m 个该 元素的原子，则分子离子同位素峰簇的各峰的相对丰度可 用二项式 (a+b)m 展开式的系数推算；
5.1.2 基本原理
质谱仪示意图
供电系统
进样系统
离子源
质量分析器
离子检测器
真空系统
记录仪
电 子 流 M -e
M +·
m1+ 、 m 2+ 、 m 3+ · · ·
质谱仪示意图
离子生成后，在质谱仪中被电场加速。加速后其动能和位能相等
即：
1 2 mv zV 2
(1)
其中 m: 离子质量；v: 离子速度；z: 离子电荷；V: 加速电压
M
X
McLafferty重排
5 . 多电荷离子
失掉两个以上电子的离子是多电荷离子。
如:在电喷雾质谱中蛋白质分子可形成带Z个正电荷的离子， 随着Z的增加，m/z的数值变小，扩大了质谱仪的测定范围。
MS-1质谱-波谱分析课程

MS-1质谱-波谱分析课程


Nobel Laureate (1922): Francis William Aston
(1877 - 1945) Cambridge University Cambridge, Great Britain
The Nobel Prize in Chemistry 1922
"for his discovery, by means of his mass spectrograph, of isotopes, in a large number of non-radioactive elements, and for his enunciation of the whole-number rule"
质谱
Mass Spectrum,MS
主要参考书
E.D Hoffmam,J.Charette,V.Stroobant,Mass Spectrometry, Prenciples and Applications,John Wiley & Sons,1996.
F.W.McLafferty: Interpretation of Mass Spectra,3rd ed Mill Valley: Calif. Univ. Sci. Books. 1980
1989 - ESI of Biomolecules
“The application of ESI to biomolecules was one of the most important discoveries in mass spectrometry in the latter part of the twentieth century.”
Michael Karas University of Frankfurt
质谱讲课PPT课件

质谱讲课PPT课件

第五章 质谱
质谱的基本知识 离子裂解的机理 有机质谱中的裂解反应 常见各类化合物的质谱 有机质谱的解析及应用 最新质谱技术及应用简介
-
1
质谱仪的工作原理
质谱仪是利用电磁学原理，使带电的样品离子按质荷 比进行分离的装置。离子电离后经加速进入磁场中，其 动能与加速电压及电荷 z 有关，即
z e U = 1/2 m 2
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
-
27
质谱图上质荷比最大的峰一定为分子离子峰吗？
如何鉴别分子离子峰？
-
28
分子离子峰的判断标准
a) Ｎ律 由Ｃ、Ｈ、Ｏ、X（卤素）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。
适合分析高极性、相对分子量大 难挥发、和热稳定相差的样品， 对极性化合物测定不灵敏。常用的 基质：甘油、乙二醇胺等。
1、测定质量数可以做到7000Da。 2、快速。 3、软电离方式，碎片离子少
-
14
C. 基质辅助激光解吸附离子源（MALDI）
MALDI是通过激光束照射样品与基质的共结晶而使样品分 子电离，可以解决生物大分子的离子化难题，离子化过程 与FBI有相似之处。对基质的要求是能吸收337nm紫外光并 气化，能量由基质传给样品使样品一起气化并离子化。
质谱仪的灵敏度有绝对灵敏度、相对灵敏度和分析 灵敏度等几种表示方法。
绝对灵敏度是指仪器可以检测到的最小样品量； 相对灵敏度是指仪器可以同时检测的大组分与小组 分含量之比； 分析灵敏度则是指输入仪器的样品量与仪器输出的 信号之比。
蛋白ms1解

蛋白ms1解

蛋白ms1解
质谱（Mass Spectrometry）中的MS1（Mass Spectrometry 1）解析，这是质谱技术中的一个步骤。

质谱是一种用于测量和分析样品中分子的质量的技术。

在蛋白质质谱中，MS1解析是指对样品中蛋白质分子的质量进行初步测定和记录的阶段。

MS1解析的过程包括以下步骤：
1.离子化：样品中的蛋白质首先被离子化，通常通
过质谱仪中的电离源。

2.加速：离子化的蛋白质带有电荷，然后被加速到
较高的速度。

3.入射：加速的离子进入质谱仪的入射区域。

4.分析：这时，质谱仪会对离子进行分析，测量它
们的质荷比（m/z）。

在MS1解析中，主要关注的
是记录离子的质荷比。

5.记录谱图：质谱仪生成一个质谱图，其中包含了
不同质荷比的峰，每个峰对应一个离子的质量。

MS1解析提供了蛋白质样品中离子质量的总体概况。

在质谱分析的后续步骤中，还可能进行更详细的MS/MS（Tandem Mass Spectrometry）解析，以获得更多关于蛋白质的结构和组成的信息。

请注意，具体的蛋白质质谱分析流程和术语可能会因
实验室、仪器和应用而异。

MS1

MS1

Chpt.2 Mass Spectrometry (part 1)§1.Introduction1．质谱的本质采用物理手段（光、电、磁）将中性分子转换成带有电荷的分子离子及碎片离子，记录其相对丰度所构成的质量图谱。

横轴表示离子质荷比。

由于电荷数通常是1，因此横轴通常表示离子质量。

纵轴表示离子的相对丰度。

通常采用棒条图的形式。

见教材。

2．质谱的作用●测定分子量●推测分子式及其结构式（比较困难）●对采用其他谱学手段推测得到的分子结构进行其断裂模式分析，并与已测得的质谱相比较，从而验证得到的结构式是否合理。

3．质谱的特点高灵敏度、高分辨率、分析速度快、分子结构信息量丰富、需样品量极少。

§2.Instrumentation2.1Magnetic field only正离子z在加速电场V中获得的动能增量＝zV，当忽略正离子z在加速电场E之前获得的动能差异时，该正离子z在通过加速电场V后，其动能E＝zV，这一动能大小与该离子的质量大小无关。

即：zV=mv2/2质量m的正离子z在磁场B中运动时满足：劳仑兹力Bzv＝离心力mv2/R由此推得：v=BzR/m →zV=m(BzR/m)/2∴m/z=B2R2/2V上式表示磁场B对动能相同的入射离子具有质量层析作用。

实际测量时，扫描磁场B，即可使具有不同质荷比m/z的离子依次到达检测器。

注：在不同的文献中，磁场常用B及H表示。

磁场的作用小结：●当入射离子的动能相同时，可实现质量分离。

即按照m/z值的不同，随着扫描电压的变化，依次流出质谱仪，即磁场起质量层析作用。

●当同一m/z值的入射离子的动能不同时，产生能量色散，使被层析出的离子不能完全都通过收集极的窄缝，导致信号混杂。

在第一无场区即将进入质量分析器的离子特征：●各种阳离子都混杂在里面，认为其组成不随时间而变化。

●进入引导直轨道的离子的运动方向间有微小夹角。

●进入引导直轨道的离子的动能并不严格相等，大体上等于zeV。

MS-1

MS-1


缺 点：

要求样品含盐少 。 过度污染的仪器难于清洗 。 多电荷，易干扰图谱分析，尤其是分析混合物 。
47
三种电离技术的优缺点比较
•
通过分子离子反应生成加合离子。
42
电子电离(EI)优缺点
优 点：

缺 点：

高灵敏度，10-12-10-13摩尔 有超过10万个化合物的EI
只能电离气体分子，要 求试样加热汽化，限制
质谱库

了被分析物的质量范围

碎片离子信息可用于谱库 搜索，确定未知化合物
热脱附可能导致化合物 挥发前产生热分解
精确质量
精确质量：低分辨质谱中离子的质量为整数，
高分辨质谱显示分子离子或碎片离子的精确质 量，其有效数字视质谱计的分辨率而定。分子 离子或碎片离子的精确质量的计算基于精确原 子量，部分元素的天然同位素的精确质量和丰 度见Beynon质量和同位素丰度表。
由表中数据计算可将质量数都是 28的四种分
24
质谱图 • 质谱：称量离子质量的工具
12 units 14 units
8
9
10 11 12 13 14 15 16
25
• 质谱ounts
8
9
10 11 12 13 14 15 16
mass
条图表示法
27
条图表示法
28
表格表示法
甲苯的质谱
39
39
真空对质谱的重要性
检测器
检测器
高真空 气体分子 低真空
带电离子
40
(电子轰击)
（化学电离）
（快原子轰击） （场致电离） （等离子解析） Electrospray Ionization(ESI)(电喷雾电离)
第五章：质谱法测定分子结构(二)-大分子

第五章：质谱法测定分子结构(二)-大分子

➢ 电喷雾法
一个很有前途的样品制备方法是电喷雾沉积法，比起传统的干点甚或薄层法， 电喷雾法的优点在于它可以形成小而均匀的结晶体。电喷雾沉积法制得样品的点 点之间重复性好，并且信号强度较大，层式的电喷雾效果更好一些。
➢ 压片法
对于不溶的高分子样品，如聚氨酯和大的多环芳香化台物，发展了一砷新的 制样方法—压片法．即将样品和基质按一定比例混合后用球磨机研磨均匀，压成 薄片进行MALDI-TOF-MS分析。
NH2
OC2H5 NN
Cl [ N N
H
OC2H5 NN
Cl [ N N
H
OC2H5 NN
HO [ N N
H
OC2H5
HN N
N
]
n
N
Cl
OC2H5
HN N
N
]
n
N
OH
OC2H5
HN N
N ]n N
OH
3、高分子混合物分析
第五章：质谱法测定分子结构
用MALDI分析不同种类的高分子混合物的文章很少．也许是因为离 子化效率的显著不同和其他一些歧视固素。例如二两种窄分布的标准品 PS10200和和PMMA9200分别溶解在THF中，以几种体积比混合，接着以 IAA为基质加甲酸钠或以蒽三酚为基质加三氟乙酸银。在第一套实验方案 中，PS和PMMA的体积比从0:1增加到199:1，基质是IAA/Na，也就是对 PMMA是最佳条件，试验结果十分令入惊奇，甚至PMMA是以0 5％的不 纯物存在干PS中，质谱图仍然是PMMA的[M＋Na]+峰为主要峰。在第二套 实验中，PS和PMMA的体积比从1:0到1:9，基质是蒽三酚/Ag．也就是PS 的最优化条件。在所有混合物实验中，PMMA是主要离子，而PS仅以相对 干PMMA为10%的峰出现，质谱图上主要是PMMA的峰。
第五章 液相色谱质谱

第五章 液相色谱质谱

第五章液相色谱-质谱分析技术理论与应用第一节液相色谱—串联质谱分析技术的原理一、质谱法质谱法(Mass Spectrometry，MS)，即用电场和磁场将运动的离子（带电荷的原子、分子或分子碎片）按它们的质荷比分离后进行检测的方法。

质谱法测量的对象是必须是带电离子。

质谱法的特点：质谱不属波谱范围；谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关；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；质谱法进样量少，灵敏度高，分析速度快；谱是唯一可以给出分子量，确定分子式的方法，而分子式的确定对化合物的结构鉴定是至关重要的。

利用质谱仪可进行同位素分析，化合物分析，气体成分分析以及金属和非金属固体样品的超纯痕量分析。

在有机混合物的分析研究中证明了质谱分析法比化学分析法和光学分析法具有更加卓越的优越性，其中有机化合物质谱分析在质谱学中占最大的比重，全世界几乎有3/4仪器从事有机分析，现在的有机质谱法，不仅可以进行小分子的分析，而且可以直接分析糖，核酸，蛋白质等生物大分子，在生物化学和生物医学上的研究成为当前的热点，生物质谱学的时代已经到来，当代研究有机化合物已经离不开质谱仪。

1、质谱法用于结构分析的流程质谱法是有机分子通过电子轰击，得到分子离子和碎片离子，通过分离、收集和记录得到样品的结构信息。

由分子结构与裂解方式的经验规律，根据分子离子和各种碎片离子的质荷比及其相对丰度，就可以进行结构分析。

具体流程如下：有机分子通过电子轰击，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。

与此同时，在磁场中还能发生质量的分离，这样就使具有同一质荷比而速度不同的离子聚焦在同一点上，不同质荷比的离子聚焦在不同的点上，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。

图谱解析

1. 确定分子式、分子量 确定分子式、 2. 计算不饱和度 3. 结构单元的确定（官能团） 结构单元的确定（官能团） 4. 结构单元的相应关系 5. 提出可能的结构式 6. 对结构式、每一个基团对照谱图进行指认。 对结构式、每一个基团对照谱图进行指认。
三、 解析实例
例1 ：
分子式：C8H8O 分子式
Structure: IUPAC Name: methyl acetate (methyl ethanoate)
例9： Analysis: C5H10O ：
U=1
Structure: IUPAC Name: diethyl ketone (3-pentanone)
例10： ：
Analysis: C4H8O2
例2 ：
Analysis: C7H8O
CH3 OH
例3 ：
Analysis: C8H7N
例4 ：
Analysis: C7H6O
例5 ：
分子式：C3H7NO 分子式
例6： Analysis: C4H8O2
或
O C O
例7： Analysis: C7H5OCl ：
CHO
Cl
例8： Analysis: C3H6O2 ：
CH 3 H 3C C CH 3
O C CH 3
例13：某未知物分子式为 5H12O，它的紫外 ：某未知物分子式为C ， 光谱在200nm以上没有吸收，其它谱图如定其结构。 确定其结构。
9 2 1
紫外在200nm以上没有 （1）分子式为 5H12O， UN=0 ， 紫外在 ）分子式为C ， 以上没有 吸收，说明该分子为醇或醚； 吸收，说明该分子为醇或醚； 左右有吸收，说明为醇； （2）红外在 ）红外在3300cm-1左右有吸收，说明为醇； （3）核磁显示该分子有三种不同环境的质子，其质子数比 ）核磁显示该分子有三种不同环境的质子， 例为1： ： ，根据分子式知，质子数即为1、 和 ， 例为 ：2：9，根据分子式知，质子数即为 、2和9，其中 有一种为活泼氢，在最低场，为OH，这也与红外结果相符。 有一种为活泼氢，在最低场， ，这也与红外结果相符。 另外，根据化学位移和质子数判断，化学位移为 另外，根据化学位移和质子数判断，化学位移为3.2的质子 的质子 相连， 为CH2，与OH相连，为-CH2OH。最高场的质子为一特丁基 相连 。 的三个CH ，化学位移约为0.9； 的三个 3，化学位移约为 ； 的碎片离子峰出现， （4）质谱有 和31的碎片离子峰出现，也显示分子为醇和 ）质谱有57和 的碎片离子峰出现 有特丁基的结构。 有特丁基的结构。

5-1质谱


§5.2 质谱图 离 子 的 丰 度
质荷比
5. 2. 1 分子离子峰
+
•
分子失去一个电子生成自由基分子离子 M
分子离子
分子离子峰
m/e 数值
分子量
分子离子峰 一般处于质荷比最高值
但： （1）同位素峰 （2）很弱或不存在（支链烷烃，醇类）
5. 2. 2 基本峰
谱中最高的峰
丰度100
相对值 相对丰度
M.+ —— A+ (正离子）+ B（. 自由基）
M.+ —— C+. (自由基正离子）+ D（偶数电子
中性分子） 偶数电子离子 A+ —— E+ (正离子）+ F（偶数电子中性分子）
（2）影响离子分裂的主要因素
( I ) 碎片离子的稳定性
形成最稳定正离子。 质谱中正离子稳定性与普通有机化学 正离子的稳定性一致。
-----------------------------------------------------------------------------------
58
M+1
M+2
MW
N3O
1.18
0.21 ¦
58.0042
C3H6O 3.38
0.24 ¦
58.0419
C4H10
4.48
0.08
58.0783
c: C 个数 h: H个数 n: N个数 o: O个数 CH4 (M+1)/M = 1(1.107/98.893) + 4 (0.015/99.985) = 0.0118
M, M+2 峰相对强度

质谱(MS)

2021/3/12
• 〈3〉.根据断裂方式来判断分子离子峰：
• 例如：醇的分子离子峰往往看不到，但经 常可以看到最高质量的两个峰相差三个质 量单位，这是由M-CH3和M-H2O产生的，假定 这两个峰的m/e分别为M1和M2，则相对分子 量就是M1 + 15 或M2 +18
2021/3/12
• 〈4〉.注意M + 1峰和M – 1峰： • 醚、酯、胺、酰胺、腈、芳基酸
2021/3/12
• 2. 利用经验规律：
• 〈1〉.氮原子规则：
• 凡不含氮或含偶数氮原子的分子其分子量
必为偶数，而含奇数氮原子的分子其分子量必 然为奇数。
• 例如：
•
CH3NH2
•N
奇
CH3N=NCH3 偶
•M
31
58
• 如果不符合该规律就必然不是分子离子。
2021/3/12
〈2〉.判断最高质量峰与其他碎片离子峰之 间的质量差是否合理： 以下质量差不可能出现：4-13，19-25 （含F例外） 、 37、38、50-53、65、66， 如果出现这些质量差，最高质量峰的离子就 不是分子离子。 如果质量差为14（CH2或N），不可能失 去CH2或N，此种情况说明可能有同系物存在 。
. R +
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〈二〉、分子离子峰的识别：
用质谱研究过的化合物中，～75%的 化合物可以产生足够稳定的分子离子。
有时识别分子离子峰时会遇到困难 ，原因是： （1）分子离子不稳定； （2）分子离子与其他离子或分子碰撞而产 生质量数不同的离子； （3）由于杂质产生高质量的离子峰。
2021/3/12
•
• √氯 35Cl 34.9688 75.56
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5.2 分子离子与分子式
5.2.1 分子离子峰的识别
1. 在质谱图中，分子离子峰应该是最高质荷比的
离子峰（同位素离子及准分子离子峰除外）。 2. 分子离子峰是奇电子离子峰。 3. 分子离子能合理地丢失碎片（自由基或中性分子）， 与其相邻的质荷比较小的碎片离子关系合理)。
4. 氮律：当化合物不含氮或含偶数个氮时，该化合物
1, 2
[M + nH]+
大气压化学电离（APCI）与ESI相似，可相互补充。
2002年诺贝尔化学奖 生物大分子进行识别和结构分析
约翰· 芬恩
田中耕一
库尔特· 维特里希
开发出了用来确定溶液中生物 大分子三维结构的核磁共振技术
对生物大分子进行质谱分析的 “软解吸附作用电离法”
5.1.4 质量分析器
当被加速的离子进入磁分析器时，磁场再对离子进行作用，让每
一个离子按一定的弯曲轨道继续前进。其行进轨道的曲率半径决 定于各离子的质量和所带电荷的比值m/z。此时由离子动能产生的 离心力(mv2/R)与由磁场产生的向心力(Hzv)相等：
mv 2 Hzv R
由此式得：
(2)
其中：R为曲率半径 H为磁场强度
5.1.3.2 进样系统
样品量一般在10ug以下 进样方式：
直接进样 色谱进样
GC/MS
联用仪器（ THE GC/MS PROCESS ）
HEWLETT PACKARD 5972A Mass Selective Detector
1.0 DEG/MI N
HEWLETT PACKARD
5890
Sample
Cl : 个数
1 2 3
峰形
3:1 9:6:1 27:27:9:1
Br : 个数
1 2 3
峰形
1:1 1:2:1 1:3:3:1
若化合物含有 i 种元素，它们都有非单一的同位素组成， 总的同位素峰簇各峰之间的强度可用下式表示： (a1+b1)m1 (a2+b2)m2 … (ai+bi)mi
2）利用同位素峰簇的相对丰度推导化合物的分子 式 a. 从 M+1 峰与 M 峰强度的比值 可估算出分子中含碳的数目
式中 I(M+1) 和 I(M) 分别表示 M+1 峰和 M 峰的（相对）强度 b. 从 M+2 峰与 M 峰强度的比值 可估算出分子中含 S，Cl，Br 的数目 S 4.4% ； M+2, M+4, M+6 峰很特征
c. 其它元素的存在及其原子数目
① 氟的存在可以从分子离子失去20，50 u （分别对应失去HF，CF2）而证实 ② 碘的存在可以从 M－127 得到证实 ③ 若存在 m/z 31，45，59 …的离子，说明有醇、醚 形式的氧存在。从分子量与已知元素组成质量的 较大差额也可估计氧原子的存在个数。
1. 单个扇形磁场组成的单聚焦质量分析器
分辨率较低
2. 扇形静电场和扇形磁场组成的双聚焦质量分析器
分辨率高，适用于高分辨质谱（HRMS）的分析
3. 四极杆质量分析器
分辨率低，常用与组成 色—质联用仪和串连质谱
4. 飞行时间质谱（TOF）
灯丝 磁体 加速 电场V离子漂 移 Nhomakorabea管L
排斥 电极
收集 电极 S 磁体 检测器
27.9949、28.0062、28.0313
5.1.7 质谱中的各种离子
1. 分子离子
分子被电子束轰击失去一个电子形成的离子称为分子离子。 分子离子用 M+• 表示。分子离子是一个游离基离子。
在质谱图上，与分子离子相对应的峰为分子离子峰。
O C CH3 + · O C CH3 or
+ M · + M ·
样品不需要气化，可使很多难挥发及加热时发生分解的样品获 得稳定的分子离子峰。
5. 快原子轰击电离（fast atom barmbardment, FAB）
该方法使分子电离的能量很低，容易得到（M+1）峰，特别适 用于高极性、分子量大、难挥发和受热分解化合物的质谱测定。
6. 基质辅助激光解吸电离（matrix assisted laser desorption/ ionization， MALDI）
仪器分辨率不高，质量范围宽，扫描速度快。
5. 傅利叶变换离子回旋共振质谱（FT—ICR）
仪器分辨率极高，测量精度好，质量范围宽，扫描速度快。
5.1.5 质谱图的组成
质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。
横坐标标明离子质荷比（m/z）的数值，纵坐标标明各峰
的相对强度，棒线代表质荷比的离子。图谱中最强的一
Gas Chromatograph (GC)
B
A C D
Mass Spectrometer (MS)
A B C D
D A
C
B
Separation
Sample
Identification
HPLC/MS
5.1.3.3 离子源
1. 电子流轰击电离（electron impact, EI）
灯丝
磁体
电子流能量为70eV 离子化室温度为220C
个峰称为基峰，将它的强度定为100。
丁 酮 的 质 谱 图
5.1.6 质谱术语
基峰：质谱图中离子强度最大的峰，规定其相对强度（RI）
或相对丰度（RA）为100。
精确质量：低分辨质谱中离子的质量为正数，高分辨质谱给
出分子离子或碎片离子的精确质量，其有效数字视
质谱计的分辨率而定。
CO、N2、C2H4 的精确质量依次为：
常很弱或不出现。
5.2.3 M+. 峰和 (M+1)+ 峰或 (M-1)+ 峰的判别
醚、酯、胺、酰胺、腈化物、氨基酸酯、胺醇 等
可能有较强的 (M+1)+ 峰；芳醛、某些醇或某些含氮
化合物可能有较强的 (M-1)+ 峰。
5.2.4 分子式的推导
1. 如何判断分子式的合理性
该式的式量等于分子量；是否符合氮律；
该方法适合于大分子如蛋白质、核酸等的质谱分析。
7. 电喷雾电离（electrospray ionization，ESI）
带正电荷的液滴 注 射 器 进 样 器 泵 样品 强静电场 接地电极 加上3~5KV的正电压 多电荷离子 质量分析器
溶 剂
该方法适合于分析极性强、热稳定性差的大分子如 2. 带电液 1. 溶剂 蛋白质、多肽、糖类等的质谱分析。 滴裂分 挥发
5.1.2 基本原理
质谱仪示意图
供电系统
进样系统
离子源
质量分析器
离子检测器
真空系统
记录仪
电 子 流 M -e
M +·
m1+ 、 m 2+ 、 m 3+ · · ·
质谱仪示意图
离子生成后，在质谱仪中被电场加速。加速后其动能和位能相等
即：
1 2 mv zV 2
(1)
其中 m: 离子质量；v: 离子速度；z: 离子电荷；V: 加速电压
RHz v m
代入(1)式得：
H 2 R2 m/ z 2V
这就是质谱的基本方程
5.1.3 质谱仪
质谱仪器主要由真空系统、 进样系统、离子源、加速 电场、质量分析器、收集 和记录装置组成。
5.1.3.1 真空系统
整个系统都为高真空， 离子源： 10-610-7 mmHg 质量分析器:10-710-8 mmHg。
不饱和度是否合理。
2. 低分辨质谱法 同位素相对丰度的计算法、查 Beynon 表法
1) 同位素峰簇及其相对丰度
除 F、P、I 外，都有同位素 分子离子或碎片离子峰常以同位素簇的形式存在。 低质量的同位素（A）丰度计为100
设某一元素有两种同位素，在某化合物中含有 m 个该 元素的原子，则分子离子同位素峰簇的各峰的相对丰度可 用二项式 (a+b)m 展开式的系数推算；
79Br
M
M+2
分子中含有两个氯: M （2个35Cl）、M+2（35Cl和37Cl）和
M+4（2个37Cl）峰 质谱中三个峰的相对强度可近似地用二项式 (a+b)n 展开的方法来 计算。式中a为轻同位素丰度；b为重同位素丰度；n为分子中该元 素的原子数目。含有两个氯时，a为35Cl（相对丰度为100%），b 为37Cl（相对丰度为32.5%），n等于2，则
(a + b)n = a2 + 2ab + b2 M∶(M + 2)∶(M + 4) = 12∶2 1 0.325∶0.3252 =1∶0.65∶0.1056 =9.5∶6.16∶1 9 ∶ 6∶ 1
M、M+2和M+4三峰高的比例约为9∶6∶1
M
M+2
M+4
化合物中若含有两种不同的同位素，如氯和溴，则近似地用 (a + b)n (c + d)m的公式来计算。其中n代表其中的一种元素的 个数，m代表另一种元素的个数
排斥电极
离子
加速电场
质量分析器
收集电极 S 磁体
EI法可以使很多的有机化合物产生分子离子的同时， 产生相当多的碎片离子。
2. 化学电离（chemical ionization，CI）
在离子化室中用电子流轰击反应气体甲烷，生成相应的离子， 再让离子与所测样品进行离子—分子反应，得到样品的分子离 子（M+1）。
-e
+ · O C CH3
分子离子峰是否出现决定于它的稳定性，只要分子离子中的正 电荷可以被分散，则可使分子离子稳定，分散程度越大，分子 离子越稳定。