质谱课件2节.ppt

第五章 质谱分析法,第一节 概述第二节 离子峰的主要类型第三节 质谱仪器第四节 离子解析的基础知识第五节 常见的各类化合物的质谱特征第六节 质谱解析,满盐噪霹画四皿姚敦总哲挚涸砷刻战硒咖块遍射催藻琶沾君些纂淄该堕蓬质谱课件-2节质谱课件-2节,一、质谱的基本概念1、质谱是什么？Mass Spectromety 特殊的天平：称量离子的质量。质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质谱，通过样品的质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。,第一节 概述,放仍藐誓糯钡慕烙昂巡殆绵照丑漆闰坊卵待盈劈鳞碴监翅襟章谈曾洒遂羊质谱课件-2节质谱课件-2节,2、质谱能做什么？定性：化合物的结构 定量：化合物的含量 领域：化学、生物学、医学、药学、环境、物理、材料、能源等 3、质谱的独到之处是什么？,Sensitivity 灵敏 Speed 快速 Specificity 特异,前狈氧坤酷僧尿券骨向界枕贫炔菌骆底滨桐殉痪酶套亭继嘶胞棚沟授坏适质谱课件-2节质谱课件-2节,二、质谱分类,质 谱,同位素质谱,生物质谱,结构鉴定、定量分析、气相离子化学,化学、化工,环境、地球,药学、毒物学、刑侦,生命、医学、农业科学,有机质谱,无机质谱,滚傍雁蜡曝牵亨逮米姻翰瘫泊室婪驭圣办祈岗灿倘拘普脆碘剧顶奉役濒屠质谱课件-2节质谱课件-2节,三、质谱学的发展历史1、质谱学领域的诺贝尔（Nobel）奖1906年：物理奖 J.I.Thomson 贡献：正电荷离子束在磁场中的偏转 磁质谱仪的基 础同位素分析1989年：物理奖 W.Paul 贡献：离子阱技术的发明。2002年：化学奖J.B.Fenn Virginia Commonwealth University,USA 贡献：电喷雾(ESI)电离方法 生物大分子分析 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,擞镜示肋竟益陆性色梨吹条育如肇票夏宛德屿禾缉由启翱佐漫杆淹洁诉剃质谱课件-2节质谱课件-2节,2、质谱学的历史事件,1886年，Goldstein 发现正电荷离子 1898年，Wien 利用电场和磁场使正电荷离子偏转 1912年，Thomson 研制第世界上一台质谱仪，氖同位素的发现 1918年，Dempster 电子轰击电离(Electron ionization)及磁聚焦 1919年，Aston 精密仪器，测定50多种同位素，第一张同位素表 1934年，Stephens 均匀扇形磁场，球差和质量色散公式 Herzog 和 Hintenberger 电磁场组合，离子光学系统 1940年，Nier 扇形磁场偏转质谱计，双聚集系统 商品仪器的雏形 235U，电磁制备方法，第二次世界大战期间 在石油、化工等领域的应用 1946年，Stephens 飞行时间质谱(Time-of flight mass analysis),提诈汽阑岗幂于八厘哇芹遂都稗暗簇驮看猛溅糟舔闹频迈蝴摘阀赚展骤湖质谱课件-2节质谱课件-2节,1952年，Martin 气相色谱方法 1953年，Paul等 四极杆分析器(Quadrupole analyzers)1956年，Gohlke and McLafferty 气相色谱-质谱联用(GC/MS)Beynon 高分辨质谱仪(High-resolution MS)1965年，Hipple等 离子回旋共振(Ion Cyclotron Resonance)1966年，Munson and Field 化学电离(Chemical ionization)1967年，McLafferty and Jennings 串联质谱(Tandem mass spectrometry)1973年，McLafferty 液相色谱-质谱联用(LC/MS)，热喷雾方法 1974年，Comisarow和Marshall 傅立叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)1981年，Barber等 快原子轰击电离质谱(FAB MS)，生物中，小分子，2000以内,敏月闺著类挑燥回挽帆债瘦揪孤脓喘铃拒蚀纵绽乒考动崖暖前绷构昨瀑坷质谱课件-2节质谱课件-2节,1989年，J.B.Fenn 电喷雾电离 Koichi Tanaka 基质辅助激光解吸电离 1990年，Katta and Chait 电喷雾电离质谱观察蛋白质构象改变 1993年，商品电喷雾质谱仪 1995年，付立叶变换离子回旋共振质谱仪（与ESI和MALDI联用）1998年，高分辨飞行时间质谱仪（Delay Extract,Reflectron技术）,谱虏罗砸行囤桥骇胆牟批坪刷狼抚戳盏遂妖瞬痢涧浊物昨蜗炒馅氨氖貉兼质谱课件-2节质谱课件-2节,四、常用概念,1、质荷比(m/z)质谱图中的横坐标，质量与电荷之比。若离子所带电荷为z=1，则质荷比等于该离子的质量数。若离子所带电荷为z=2，则质合比等于该离子的质量数的1/2。若离子所带电荷为z=n，则质合比等于该离子的质量数的1/n。2、离子的强度（丰度）I 基峰强度：质谱图中离子强度最大的峰称为基峰，定义它的强度为100，即IB=100，其它离子强与之相比的百分强度称为该离子的强度。,款拭怂拱靠斡任环褐澜价烘哩线梅征速税闻涤速磋鹿坝庸丰础灵气遮收水质谱课件-2节质谱课件-2节,五、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 1600Da，14000Da，磁质谱：110000Da 飞行时间质谱：无上限 离子阱质谱：12000Da，14000Da 不同要求：气体分析，1300Da 气相色谱质谱，1600Da，800Da 有机质谱，12000Da 生物分子，110000Da或更大,离子是以12C原子的1/12定义为一个质量单位，用u表示。其它常用符号，Da,道尔顿 1Da=1u,匡癣鞋抿硫肉南话掣系哺嗅恩秋烈噎扎沮例烷峡悍厘恭砷派咸抄鞍阳妮栗质谱课件-2节质谱课件-2节,分辨力(Resolution Power,RP)分辨力：分开两个邻近质量峰的能力。何为分开：若两个相邻峰的峰谷低于峰高的10%，则认为 是分开的。,姿现掂为摹铃白簧室粪兹教曳雀叼寒粤棍粥整吧躁奥凳忧羹伶哉稻挑惭诌质谱课件-2节质谱课件-2节,数学定义：,m1和m2代表两个相邻峰的质量数,渭艳铰摸嵌手恼列窗惧晒摊玲陷爪有霉卞盼骋盏来忱弊页霄刀毕青皋起耙质谱课件-2节质谱课件-2节,质量数为28的三种分子组成的精确质量,若仪器分辨力很低，如RP=200，则对以上三个分子不能分开，混为一峰。若要分开以下混合物，则必需有如下分辨力CO-C2H4:(RP)2=27.994914/(28.031299-27.994914)=770N2-C2H4:(RP)3=28.006158/(28.031299-28.006158)=1100CO-N2:(RP)1=27.994914/(28.006158-27.994914)=2490当仪器分辨力达到770时，只能够只分开 CO-C2H4。当仪器分辨力达到1100时，能够分开CO-C2H4 和N2-C2H4 当仪器分辨力超过2500时，三者全部分开。一般低分辨仪器在2000左右。10000以上时称高分辨。FT-ICR-MS（傅里叶变换离子回旋共振质谱法）分辨力可达2百万。,蒋澈配周诧锨严倡纱侮积靖褂雕皇蜘隔吟归帛府丫邻瑟签奥捕沽叙饼谦拒质谱课件-2节质谱课件-2节,高分辨质谱进行元素组成分析：任何一种同位素的质量并不是正好的整数。12C的准确质量为12.00000000,1H=1.007782506，14N=14.00307407，16O=15.99491475，末位有效数字。每一个同位素都具有唯一的、特征的“质量亏损”，离子的质量包含了同位素的总的质量亏损，也是特征的，以此来鉴定离子的同位素和元素组成。例 m=43.0184Da的离子必定是C2H3O+，不可能是C3H7+(m=43.0058)或C2H5N+(m=42.9984)，或CH3N2+(m=43.0296)。为了区分这四个离子，测量的质量的准确度需达到130ppm。即小数点后第四位是准确的。元素组成信息随着质量的增加而呈指数地上升，对质谱质量的测定准确度要求更高。,毅跟券殷囤骗丹汹婴翰蕾包梢辞艇仟洗铃棱率巩柑湿疯鄙秤驯负硕吉彼旦质谱课件-2节质谱课件-2节,六、质谱学的专著、期刊,专 著：1.Interpretation of Mass Spectra,F.W.Maclafferty 2.Mass Spectrometry for Biotechnology,Gary Siuzdak 3.Mass Spectrometry in the Biological Sciences,A.L.Burlingame 4.有机质谱基础，陈耀祖，科学出版社 5.质谱解析，F.W.McLafferty著，王光辉等译，化学工业出版社，期 刊：1.Rapid Communication in Mass Spectrometry IP(影响因子）2.4 2.Journal of American Society of Mass Spectrometry IP 3.0 3.Journal of Mass Spectrometry IP 2.8 4.Mass Spectrometry Review IP 6.8 5.European Journal of Mass Spectrometry IP 1.0 6.International Journal of Mass Spectrometry IP 2.1 7.质谱学报 国内核心刊物,碧靳迁赋祁栈吭荚铰窘芝痕氨辈磕篱转链喂耳辊郑各噎澡梧筹谍稿杖雹胁质谱课件-2节质谱课件-2节,第二节 离子峰的主要类型,分子离子同位素离子碎片离子母离子与子离子奇电子离子与偶电子离子准分子离子多电荷离子,辣患椽惜啡厂捕咯荐痕孺睡咨埃界源酬去勺表肘眠桅渣金船尾青铆嫁宠蜕质谱课件-2节质谱课件-2节,1、分子离子峰 M e M+2e M+称为分子离子，相应的质谱峰称为分子离子峰。分子离子峰的特点：（1）出现在质荷比最高的位置（有同位峰时除外）。峰的稳定性取决于分子结构。,有机化合物在EI源下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,抿缀闪洛铀述海厉扭涛伸迈给葡耗檀枝遏驰烬颗菇胚了团处哺镶括斥消卵质谱课件-2节质谱课件-2节,(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？),（2）符合“氮律”分子中若含有偶数个氮原子，则相对分子质量将是偶数；反之，将是奇数。C，H，O 组成的有机化合物，M 一定是偶数；C，H，O，N 组成的有机化合物，N 奇数，M 奇数；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。,分子离子峰含奇数个电子，是奇电子离子。,褪粘已痒虽锤漂居毛误哼典禾漫泡盖斟签谭堑挪纠涤蹈淘高缸功欢掌别骏质谱课件-2节质谱课件-2节,2、同位素离子 化学上，氖的原子量为20.2,质谱上：氖不在m/z20.2处出峰，而是在m/z20和m/z22处各出一个峰，该峰的相对强度为10:1。为什么？质谱测定的是微观离子，不是宏观上的平均的概念。,大多数元素都是由具有一定自然丰度的同位素组成。下表是有机物中各元素的自然丰度。,拟硷呛泄旁建柬清降积劣嘎醚舷疾枫芯惺讣仕往缔拱挝食差破三命睛镁至质谱课件-2节质谱课件-2节,同位素分布的二项式规则：,b:同位素的天然丰度n:同位素原子的个数,12C5H12+M m/z7212C413C1H12+M+1 m/z7312C313C2H12+M+2 m/z7412C213C3H12+M+3 m/z7512C113C4H12+M+4 m/z76,聚箕篆模蓬瓜勒纯谓勋绰登孙址遮稚祖慧娱醚衰烘冬气窑急吗耿皿化坊厨质谱课件-2节质谱课件-2节,例：79Br 100%,81Br 98%100%M M+2 M+4 M+6 Br,n=1:1 1 Br2,n=2:1 2 1 Br3,n=3:1 3 3 1 例：35Cl 100%,37Cl 32.5%M M+2 M+4 M+6 Cl,n=1:1 0.325 Cl2,n=2:1 0.650 0.106 Cl3,n=3:1 0.975 0.317 0.034,翼嫩何窿锌璃称褐海旷茧之坪怠铝狡掷永生誓染井腊炸儒影猿骚衣猖缴奶质谱课件-2节质谱课件-2节,例：12C 100%,13C 1.1%C60,n=60,b=1.1%M M+1 M+2 M+3 12C60 13C12C59 13C212C58 13C312C57 720 721 722 723 1 nb n(n-1)b2/2!n(n-1)(n-2)b3/3!100 66 21 4.6,驻寸镊站峻箕漓膛溅跨卤描天潞余卑硝杜脖沏献婿榆师舍杉遍邦怕变拎玲质谱课件-2节质谱课件-2节,用同位素丰度的分布可帮助判断峰的元素组成。一个峰组中的A峰应是仅含最大丰度同位素(如12C、16O、35Cl)的最高 质量峰。优先考虑A+2型元素存在的可能性，因A+2峰受A+1元素的影响较小，A+2元素同位素的自然丰度也较高，容易判断，尤其是氯和溴。然后再判断A+1元素，可根据其与A峰的强度比，大致判断A+1元素的种类和所含个数。,汁费柿桨绵煮矩咬肚沙辩矗涌砚叼韩但砧镰兰就厦协满名皮倍实氨瓤密陛质谱课件-2节质谱课件-2节,3、碎片离子峰,由于离子源的能量过高，使分子中的某些键断裂后而产生各种“碎片”离子。碎片离子提供的信息有助于推断分子结构。,正己烷（86）,礼透瑟散卓颜昼歌音副坏谗洛魏抹襄廉怔看寂皆便开汗竹纶礼敬享霄矫啮质谱课件-2节质谱课件-2节,常见的丢失,常见较稳定的碎片离子,奴挫泄具琼焰仿怕孪嫁刹钾乡敦榔秉爆逗咨箩秒壁败鄙皇琉别宦醒唉撮罕质谱课件-2节质谱课件-2节,4、重排离子峰,在两个或两个以上键的断裂过程中，某些原子或基团从一个位置转移到另一个位置所生成的离子，称为重排离子。质谱图上相应的峰为重排离子峰。转移的基团常常是氢原子。其中最常见的一种是麦氏重排(Mclafferty rearrangement):,可以发生这类重排的化合物：酮、醛、酸、酯和其它含羰基的化合物，含P=O、S=O以及烯烃类和苯环化合物等。发生这类重排所需的结构特征是分子中有一个双键以及在位置上有氢原子。,误衰饭劲避讹垛钳体键殖猿秧绿疗卿篷循正耿踩腥耸脯镇矫禄钢瘴改絮禽质谱课件-2节质谱课件-2节,5、亚稳离子峰,m1离子在电场加速后离开离子源进入质量分析器之前，由于碰撞等原因进一步分裂失去中性碎片而形成质量为m2的离子，即m1m2+m，由于一部分能量被中性碎片带走，此时的m2离子比在离子源中形成的m2离子能量小，故将在磁场中产生更大偏转，观察到的mz较小。这种峰称为亚稳离子峰，用m*表示，它的表观质量m*与m1、m2的关系是：m*=(m2)2/m1m1为母离子的质量，m2为子离子的质量。,特点：（1）峰弱，强度仅为m峰的1%3%。（2）峰钝，一般可跨25个质量单位。,笔冀沂告眉栽啃钠壤耪驳汗晒匪务副寻痉吊合寿影窟肥猪瓮荆秋筏寿虹周质谱课件-2节质谱课件-2节,但并不是所有的分裂过程都会产生m*，因此没有m*峰并不意味着没有某一分裂过程。,用途可以确定离子的亲缘关系，有助于了解裂解规律。,冲谭祷广菠犹僵狱崇名冲徐怯豹惯滚筛齿柱烩痞览惮莫夺男骸怕睁寿巩缕质谱课件-2节质谱课件-2节,6、准分子离子,M+H,、M-H 称为准分子离子。,M+X（X为软电离时有机物分子周围的“介质”分子，称为加和离子，又称为准分子离子。,准分子离子不含未配对电子，结构上比较稳定。,如：HPLC-MS，ESI源，正离子模式下经常会看到M+H+、M+Na+、M+K+,晓楔胺爱岭浚教仕冰照跺绍体胎烩氯恰女既橱誓参纫碧勾苹铬恭境炕劈溢质谱课件-2节质谱课件-2节,具有未配对电子的离子称为奇电子离子。这样的离子同时又是自由基，具有较高的反应活性。,7、奇电子离子与偶电子离子,不具有未配对电子的离子称为偶电子离子。,偶电子离子较奇电子离子稳定。,偶电子离子,奇电子离子,键揽找帝眩躁石安烁熄挡糕翁汐表酷慕盾斥配产敛资莱冻腔烽犬五仆亭牵质谱课件-2节质谱课件-2节,8、多电荷离子,M+H+=1034.2，则 m/Z=1034.2，Z=1，M=1033.2 M+H+H+=1035.2 则Z=2，m/Z=517.6,某化合物在ESI源下的质谱图,傻好芭场台氨亭思藏诊公溺刷夷郸祝厩脐袱逢醋譬问垮被喇虫涎萄她你肄质谱课件-2节质谱课件-2节,