有机结构分析8-MS.ppt

质谱应用 主要内容 8.1 概述 8.2 质谱仪及其工作原理 8.3 离子的类型 8.4 分子离子峰的确定和分子式的推测 8.5 分子的裂解及其分类 8.6 各类有机化合物的质谱 8.7 质谱解析示例 8.1 概述 质谱分析法(mass spectrometry，MS): 利用高速电子撞击气态试样分子，使化合物形成各种离子和碎片离子，带正电荷的碎片离子在磁场及静电场的作用下，按质荷比m/z的大小顺序分离，依次到达检测器，记录成按质荷比顺序排列的质谱图，根据质谱峰的位置可进行定性分析和结构分析，根据质谱峰的强度可进行定量分析 质谱分析法的特点 应用范围广：质谱仪种类多，可进行同位素分析、化合物分析；有机结构和无机成分分析 灵敏度高，样品用量少，常规10-7 ~ 10-8 g, 单离子检测可达10-12 g 分析速度快，扫描1 ~ 100原子质量单位一般仅需求1至几秒，最快可达1/1000秒，可实现色谱-质谱在线(on-line)联用 确定分子量准确，其它技术无法比 便于混合物分析，LC/MS、MS/MS对于难分离的混合物特别有效，其它技术无法胜任 局限性 异构体和立体化学方面区分能力差 重复性稍差，要严格控制操作条件。不能象低场NMR和IR等自己动手，须专人操作 有离子源产生的记忆效应和污染等问题 价格稍显昂贵，操作有点复杂 基本原理 在质谱计的离子源中有机化合物的分子被离子化，丢失一个电子形成带一个正电荷的奇电子离子(M+·)叫分子离子，化学键继续断裂生成各种碎片离子 经整理可写成： 式中：m/e为质荷比是离子质量与所带电荷数之比，近年来常用m/z表示质荷比；z表示带一个至多个电荷。由于大多数离子只带一个电荷，故m/z就可以看作离子的质量数 基本原理 c. 若磁场强度和离子的轨道半径rm一定时，离子的 质荷比m/z与加速电压V成反比(m/z ? 1/V)，表明 加速电压越高，仪器所能测量的质量范围越小。 就测量的质量范围而言，希望质量范围大一些， 这就必须降低加速电压。从提高灵敏度和分辨率 来讲，需要提高加速电压。这是一对矛盾，解决 的办法是在质量范围够用的情况下尽量提高加速 电压，高分辨质谱计加速电压为8 kV，中分辨为3 ~ 4 kV 主要性能指标：质量范围 质量范围(mass range): 表示质谱仪所能够进行分析的样品的相对原子质量(或相对分子质量)范围，通常采用原子质量单位(unified atomic mass unit，u)进行度量。原子质量单位是由12C来定义的，即一个处于基态的12C中性原子的质量的1/12 质谱仪所能测定的离子质荷比的范围 四极质谱： 1000以内 离子阱质谱： ~ 6000 飞行时间质谱： 无上限 测定气体用的质谱仪，一般质量测定范围在2 ~ 100，而有机质谱仪一般可达几千，现代质谱仪甚至可以研究相对分子量达几十万的生化样品 主要性能指标 ：分辨率 分辨率(Resolution，R): 分离质量数为M1及M2的相邻质谱峰的能力。若近似等强度的质量分别为M1及M2的两个相邻峰正好分开，则质谱仪的分辨率定义为： 不同仪器比较标准： 1）R10%：两峰间的峰谷高度为 峰高的10%时的测定值； 2）一般难找到两个质量峰等高， 则定义： 式中 a为相邻两峰的中心距离；b为峰高5%处的峰宽 不同分辨率的影响 R值越高越能与质荷比相近的离子分开 对于质荷比m/z = 100的离子，分辨率为： R = 100时， 能与m/z = 101的峰分辨开 R = 1000时， 能与m/z = 100.1的峰分辨开 R = 10000时，能与m/z = 100.01的峰分辨开 如：十三烷基苯(C19H32), M = 260.2505 十一烷基苯酮(C18H28O), M = 260.2140 1,2-二甲基-4-苯甲酰基萘(C19H16O), M = 260.1204 分辨率R = 1000的低分辨仪器在m/z = 260处出现重叠峰 R = 100000时，仪器可将三个峰分辨开，并给出如上精确相对分子质量，从而可以确定元素组成和分子式 不同分辨率的影响 低分辨率质谱仪：R 1000，不能分辨m/z相差很小的碎片离子，通常通过同位素相对丰度法来确定分子的化学式 高分辨率质谱仪：R 10000，(FT-ICR MS：R = 1 ? 106)可分辨质荷比相差很小的分子离子或碎片离子 利用高分辨率质谱仪可测定精确的质量数： CO、N2和C2H4分子离子的m/z均为28，但其准确质荷比分别为CO: 27.9949;