第六章 质谱

第六章 质谱技术与质谱仪
赵进 郑州大学
蛋白质组学技术平台
一、概述
1、质谱仪的发展史
1912年: 世界第一台质谱装置 40年代: 质谱仪用于同位素测定 50年代： 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： 研究LC-MS联用技术 90年代： 研究蛋白质分析技术
设质量为m，带有电荷为e的正 离子，若其初始能量为0，在离 子室中受到加速电压V的作用， 到达离子室的出口狭缝——即分 析器的进口狭缝S1，离子具有的 动能为:
当离子进入分析器的磁场 后，受到洛伦兹力的作用而作 半径为R的圆周运动，圆周运动 的离心力要与洛伦兹力平衡， 即：
V
合并以上两式，得到:
式中H为磁分析器的磁场强度 正离子的电荷数用Z表示，的相对质量单位 数用M表示，H的单位为高斯（1高斯=104特），V的单位为伏特，R的单位为cm
（3）分子离子发生结构重排形成重排离子；
（4）通过分子离子反应生成加合离子；
（5）同位素离子
特点： 碎片离子多，结构信息丰富，有标准化合
物质谱库； 不能汽化的样品不能分析，主要用于挥发
性和分子量较小样品的电离； 有些样品得不到分子离子。
2. 化学电离（CI）
结构与EI同，但是在离子化室充CH4，电子 首先将CH4离解，其电离过程如下：
离子通过静电场分析器时， 由于受此电场力的作用，会 改变运动方向成曲线运动， 其离心力等于电场作用力， 即：
式中Rc为离子在电场分析器 的运动曲率半径，E为分析
器的电场强度。则
离子运动的轨道半径可以通 过外加静电场加以控制。只 有能动相同的离子才能通过 中间狭缝，实现能量聚焦， 然后再进行方向聚焦。

4. 场电离与场解析 FI和FD 分子离子峰较强
5. 快原子轰击 SIMS
6. 电喷雾电离源 ESI HPLC-MS
++ ++ +++
+ + +
+ +
++
+ +
+
[M+H]++ [M+K]++ [M+Na]+
7. 基质辅助激光解吸电离源 MALDI
[M+H]++ [M+K]++ [M+Na]+
7
问题二：质谱是如何测量的？ 第二节 质谱仪
质荷比
甲苯质谱表
m/z
强度
38
4
39
16
45
3.9
50
6.3
51
9.1
62
4.1
63
8.6
65
11
91 100(基峰)
92
68 (M)
93
5.3
94
0.21
3
问题一：质谱是如何产生的？ 第一节 质谱原理
二、质谱分析法特点
1. 应用范围广 2. 灵敏度高 3. 分析速度快 4. 谱图信息丰富。可用于确定分子式 5. 可与其它仪器联用 6. 仪器结构复杂、价格昂贵、使用及维修比较困难
四、质量分析器 电磁分析器
1. 单聚焦分析器
rm
1.41 B
mV z
r
2. 双聚焦分析器
8
问题二：质谱是如何测量的？ 第二节 质谱仪
四、质量分析器 电磁分析器

（ 2） 离子源： ） 离子源： 使样品产生离子的装置叫离子源。 使样品产生离子的装置叫离子源。 (a) 电子轰击源 电子轰击源(Electron Impact Source，EI)： ， ：
电离效率高,灵敏度高； 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 应用最广，标准质谱图基本都是采用EI源得到的 EI ； 稳定，操作方便，电子流强度可精密控制； 稳定，操作方便，电子流强度可精密控制； 结构简单，控温方便； 结构简单，控温方便； EI源 EI源：可变的离子化能量 (10~240eV) 电子能量↓ 电子能量↓ 分子离子增加 电子能量↑ 电子能量↑ 碎片离子增加
气态分子受一定能量的电子流冲击后， 气态分子受一定能量的电子流冲击后，失去一个 . 电子而成为带正电荷的离子M 叫分子离子。 电子而成为带正电荷的离子 + , 叫分子离子。分子离 子继续裂解成不同的正离子。这些阳离子在电场和磁 子继续裂解成不同的正离子。 场的综合作用下， 按照其质量数m和电荷数 和电荷数Z的比值 场的综合作用下 ， 按照其质量数 和电荷数 的比值 (m/z，质荷比 大小小依次排列成谱被记录下来 称为质 谱。
(d)快速原子轰击 快速原子轰击(Fast Atom Bombardment ,FAB)源和二 快速原子轰击 源和二 次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectrametry,SIMS): 次离子质谱 SIMS是将氩离子 是将氩离子(Ar+)束经过电场加速打在样品上， 样 束经过电场加速打在样品上， 是将氩离子 束经过电场加速打在样品上 品的分子离子化产生二次离子。 品的分子离子化产生二次离子。 80年代发展出新的离子源 年代发展出新的离子源FAB。 由氩离子枪产生的高 年代发展出新的离子源 。 能量的Ar 进入充满氩气的电荷交换室， 能量的 +进入充满氩气的电荷交换室，Ar+产经共振电荷 交换后保持着原来的能量，形成了高能量的中性氩原子流。 交换后保持着原来的能量，形成了高能量的中性氩原子流。 高速氩原子轰击样品分子使之离子化。 高速氩原子轰击样品分子使之离子化。 有机化合物通常用甘油（底物）调和后涂在金属靶上， 有机化合物通常用甘油（底物）调和后涂在金属靶上， 生成的离子是样品分子与甘油分子作用生成的准分子离子。 生成的离子是样品分子与甘油分子作用生成的准分子离子。 避免了对有机化合物的加热， 更加适用于热不稳定的、 避免了对有机化合物的加热 ， 更加适用于热不稳定的 、 难汽化的有机化合物分析， 难汽化的有机化合物分析，可以检测高分子量的有机化合 物。

IR：1730 cm-1 强峰结合氢谱中 9.5 ppm 峰和碳谱中 204 ppm 峰，可知分子中含有一个－CHO；
由相对分子量 125－C×7－H×11－O×1＝14，即分 子含有 1 个 N 原子，所以分子式为 C7H11NO。 (2)计算不饱和度 U＝3。（该分子式为合理的分子式）
（3）结构式推导
❖ 一般程序可以精简为3步！ 1. 确定分子式，计算不饱和度； 2. 综合运用四大波谱推导结构单元以及各结
构单元间合理的连接顺序后确定结构； 3. 结构指认
关键是第2点中要充分运用“优势互补、 交叉印证”的策略！
P189 例 4.10
例6.1：某未知物C11H16 的 UV、IR、1H NMR、MS 谱图及 13C NMR 数据如下，试推导未知物结构。
叔碳。
第六章 综合解析
各种图谱解析的主要着眼点
1. 质谱（MS）
（1）从M.+－－分子量 （2）从M、M+2、M+4－－Cl、Br、S （3）氮律 （4）主要碎片离子峰－－官能团
质谱(MS) 主要用于确定化合物的分子量、分 子式。
质谱图上的碎片峰可以提供一级结构信息。对 于一些特征性很强的碎片离子，如烷基取代苯 的m／z 91的苯甲离子及含γ氢的酮、酸、酯的 麦氏重排离子等，由质谱即可认定某些结构的 存在。
分子式的确定方法
一、元素分析法 二、质谱法 三、核磁共振法
仅限于分子组成为碳、氢、氧时
分子中不饱和度的计算方法
结构式的确定
1、整理数据 2、确定分子量，分子式和不饱和度 3、推导分子中的结构碎片 4、推导各结构碎片的连接方式，即平面结构。 5、若分子中存在不对称中心，尚须进行相对和绝对构型
的确定。