质谱分析法ppt课件

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1、变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第九章第九章 质谱分析法质谱分析法（mass spectrometry,MS）9.19.1 质谱分析的基本原理质谱分析的基本原理9.2 9.2 质谱仪质谱仪9.39.3 质谱中的离子类型质谱中的离子类型9.49.4 质谱分析法的应用质谱分析法的应用9.59.5 拓展视窗拓展视窗-生物大分子的质谱分析生物大分子的质谱分析 哈罗德

2、哈罗德克莱顿克莱顿尤里尤里(HaroldClaytonUrey)美国宇宙美国宇宙化学家、物理学家。化学家、物理学家。18931893年年4 4月月2929日生于美国印第安纳日生于美国印第安纳州的沃克顿。因发现氘州的沃克顿。因发现氘(重重氢，氢的同位素氢，氢的同位素)而获得而获得19341934年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。罗伯特罗伯特F.F.科尔、哈罗德科尔、哈罗德W.W.克罗托和理查德克罗托和理查德EE斯莫乐，因为他们发斯莫乐，因为他们发现了具有特殊结构的碳现了具有特殊结构的碳6060，即即“富勒烯富勒烯”。这种独特结。这种独特结构的发现，创立了一个崭新构的发现，创立了一个崭新的化学分支，

3、由此获得的化学分支，由此获得19961996年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。约翰约翰芬恩芬恩田中耕一田中耕一库尔特库尔特维特里维特里希希 年诺贝尔化学奖表年诺贝尔化学奖表彰两项成果。彰两项成果。一项是美国科学一项是美国科学家约翰家约翰芬恩与日本科学家田中芬恩与日本科学家田中耕一耕一“发明了对生物大分子的质发明了对生物大分子的质谱分析法谱分析法”，另一项是瑞士科学，另一项是瑞士科学家库尔特家库尔特维特里希维特里希“发明了利发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法大分子三维结构的方法”。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从

4、而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分9.1质谱分析的基本原理质谱分析的基本原理9.1.1 9.1.1 质谱分析的基本原理质谱分析的基本原理 磁质谱通过进样系统是将样品导入离子源。在离子源内，试样分子电磁质谱通过进样系统是将样品导入离子源。在离子源内，试样分子电离成带正荷的离子。正离子进入加速盘及狭缝区加速、准直后，射入质离成带正荷的离子。正离子进入加速盘及狭缝区加速、准直后，射入质量分析器的分离管（压力为量分析器的分离管（压力为

5、10-7Pa10-7Pa），当快速运动的粒子通过磁场时，），当快速运动的粒子通过磁场时，不同质荷比（质量电荷比，不同质荷比（质量电荷比，m/zm/z）的离子在磁场中发生偏转，按不同的）的离子在磁场中发生偏转，按不同的方向运动而得以分离。由质量分析器分离的离子被离子检测器所检测和方向运动而得以分离。由质量分析器分离的离子被离子检测器所检测和记录。记录。由离子源中产生的各种质荷比由离子源中产生的各种质荷比m/zm/z离子，在离子加速区被加速时，离子在离子，在离子加速区被加速时，离子在电场中的势能被转化为动能，即：电场中的势能被转化为动能，即：v v为加速后离子的运动速度，为加速后离子的运动速度，U

6、 U为加速电压（为加速电压（1-8 KV1-8 KV），），z z为离子电荷数，为离子电荷数，m m为离子的质量。为离子的质量。212mvzU质量为质量为m m电荷为电荷为z z的离子以速度的离子以速度v v进入质量分析器后，在高真空的分析器中，进入质量分析器后，在高真空的分析器中，离子受到磁场力的作用，将在与磁场垂直的平面内，作匀速圆周运动。离离子受到磁场力的作用，将在与磁场垂直的平面内，作匀速圆周运动。离子做圆周运动所需的向心力子做圆周运动所需的向心力 等于其在磁场中所受到的洛伦兹力等于其在磁场中所受到的洛伦兹力HzvHzv，即即:或或式中，式中，H H为磁场强度，为磁场强度，R R离子偏

7、转半径。这样就可以得到下式：离子偏转半径。这样就可以得到下式：或或 2vmR2vmHzvRHzRvm222mH RzU22UmRHz 在磁场中离子运动的半径在磁场中离子运动的半径R R由离子的质荷比由离子的质荷比m/zm/z、离子室的加速电、离子室的加速电压压U U、质量分析器中的磁场强度、质量分析器中的磁场强度H H 三者决定。当检测器位置固定（偏三者决定。当检测器位置固定（偏转半径转半径R R为确定值），且加速电压为确定值），且加速电压U U和磁场强度和磁场强度H H为一固定值时，只有为一固定值时，只有质荷比质荷比m/zm/z满足公式满足公式 的离子可以通过质量分析器的狭缝到达检测器得以检

8、测。如果的离子可以通过质量分析器的狭缝到达检测器得以检测。如果改变离改变离子源的加速电压子源的加速电压U U（电扫描）或质量分析器的磁场强度（电扫描）或质量分析器的磁场强度H H（磁扫描），（磁扫描），离子的轨道半径就发生变化，不同质荷比的离子就可以在不同的磁场离子的轨道半径就发生变化，不同质荷比的离子就可以在不同的磁场强度下先后通过质量分析器的狭缝，被检测器所检测，得到按质荷比强度下先后通过质量分析器的狭缝，被检测器所检测，得到按质荷比m/zm/z从小到大排列的质谱，这就是质谱分析的原理。从小到大排列的质谱，这就是质谱分析的原理。22UmRHz9.1.2 9.1.2 质谱图质谱图 质谱数据最

9、常用的表示方法种是棒状图，即质谱图质谱数据最常用的表示方法种是棒状图，即质谱图（mass spectrum）。）。下图是多巴胺的质谱图。下图是多巴胺的质谱图。图图1 1 多巴胺的质谱图多巴胺的质谱图 在质谱图中，在质谱图中，一般横坐标为质荷比一般横坐标为质荷比m/z，纵坐标表示离子丰度，纵坐标表示离子丰度，通常用相对强度或相对丰度表示，以最强峰的高度定为通常用相对强度或相对丰度表示，以最强峰的高度定为100%（称（称为基峰，为基峰，base peak，见图中，见图中m/z=124的峰），其他各峰的高度相对于的峰），其他各峰的高度相对于基峰的高度即为其他离子的相对强度。从图中可以看到，除了基峰的

10、高度即为其他离子的相对强度。从图中可以看到，除了m/z=153的多巴胺分子离子峰的多巴胺分子离子峰M+（图中一般用（图中一般用M表示）以外，还有表示）以外，还有m/z为为30、36、51、77、123、124等许多丰度不等的离子峰也出现在等许多丰度不等的离子峰也出现在质谱图中，这些是多巴胺的碎片离子峰。质谱图中，这些是多巴胺的碎片离子峰。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个

11、重要组成部分9.2 质谱仪质谱仪9.2.1 9.2.1 质谱仪的构成质谱仪的构成质谱仪一般由进样系统、离子源、质量分析器、收集检测器、和真空质谱仪一般由进样系统、离子源、质量分析器、收集检测器、和真空系统等系统等5 5个部分组成。个部分组成。1 1进样系统进样系统 质谱仪的离子源、质量分析器、检测器等部分都需要在一定的真空度条质谱仪的离子源、质量分析器、检测器等部分都需要在一定的真空度条件下工作。将试样引入质谱离子源过程，必须保证基本不影响质谱仪的真空件下工作。将试样引入质谱离子源过程，必须保证基本不影响质谱仪的真空度。引入试样的方法可分为直接进样和色谱联用系统进样。度。引入试样的方法可分为直

12、接进样和色谱联用系统进样。（1 1）直接进样系统）直接进样系统直接进样系统是将气体、液体、固体试样，通过一定的装置，直接引入离子源直接进样系统是将气体、液体、固体试样，通过一定的装置，直接引入离子源的方法。根据所适用的对象，又有间隙式进样和探针杆直接进样。的方法。根据所适用的对象，又有间隙式进样和探针杆直接进样。间隙式进样间隙式进样 适用于气体或挥发性液体和固体试样。通过加热使试样管内的试适用于气体或挥发性液体和固体试样。通过加热使试样管内的试样挥发至贮样器（真空度样挥发至贮样器（真空度10-3 Pa10-3 Pa），用阀切换将贮样器内的气态试样，通过），用阀切换将贮样器内的气态试样，通过小孔

13、以分子流的形式漏入真空度更高（小孔以分子流的形式漏入真空度更高（10-5 Pa10-5 Pa）的离子源。）的离子源。探针杆直接进样探针杆直接进样 对于沸点较高的液体和固体样品，可采用探针杆直接进样。对于沸点较高的液体和固体样品，可采用探针杆直接进样。探针杆长约探针杆长约25 cm25 cm，杆尖带有一试样探针（试样杯。将探针杆的尖端插入质谱，杆尖带有一试样探针（试样杯。将探针杆的尖端插入质谱仪接近离子源后，加热升温，使样品气化为蒸气后被引入离子源。仪接近离子源后，加热升温，使样品气化为蒸气后被引入离子源。（2 2）色谱联用进样系统色谱联用进样系统 质谱进样系统发展较快的是多种色谱质谱进样系统发

14、展较快的是多种色谱/质谱联用技术，将气相、液质谱联用技术，将气相、液相色谱的柱后流出物导入质谱的离子化器，经离子化后供质谱分析。相色谱的柱后流出物导入质谱的离子化器，经离子化后供质谱分析。其特点是可用于分析复杂试样的各种组份。其特点是可用于分析复杂试样的各种组份。2 2离子源离子源 离子源离子源（ion source）是将样品的中性分子电离成离子是将样品的中性分子电离成离子。对于有机分子。对于有机分子来说，在离子化的过程中，多会发生分子的裂解，形成各种质荷比的碎片离来说，在离子化的过程中，多会发生分子的裂解，形成各种质荷比的碎片离子。离子源的性能决定了离子化效率，影响质谱仪的灵敏度，而且决定分

15、子子。离子源的性能决定了离子化效率，影响质谱仪的灵敏度，而且决定分子裂解的方式和程度，也决定化合物质谱图的面貌。裂解的方式和程度，也决定化合物质谱图的面貌。常见的常见的离子化方式离子化方式有两种：有两种：一种是气相离子源，一种是气相离子源，样品在其中以气体的形样品在其中以气体的形式被离子化。气相离子源适合用于沸点低于式被离子化。气相离子源适合用于沸点低于500 C的热稳定性化合的热稳定性化合 （分子量小于（分子量小于103）。）。另一种是解吸离子源另一种是解吸离子源，固态或液态试样不必经挥发过，固态或液态试样不必经挥发过程而直接离子化，适用于分子量较高、非挥发性或热稳定性差的试样。程而直接离子

16、化，适用于分子量较高、非挥发性或热稳定性差的试样。按照按照离子源能量离子源能量的强弱，的强弱，可分成硬离子源和软离子源可分成硬离子源和软离子源。气相离子源的离。气相离子源的离子化能量高，多产生质荷比小于分子离子的碎片离子，可以得到分子官能团子化能量高，多产生质荷比小于分子离子的碎片离子，可以得到分子官能团的信息；后者能量低，样品分子被电离后，主要是以分子离子的形式存在，的信息；后者能量低，样品分子被电离后，主要是以分子离子的形式存在，其质谱图相对简单。其质谱图相对简单。表表1 1 质谱仪常用的几种离子源质谱仪常用的几种离子源中英文名称及缩写类型离子化试剂工作状态主要特点电子轰击电离（Elect

17、ron Impact Iniozation，EI）气相高能电子真空硬离子源化学电离（Chemical Ionization，CI）气相试剂离子真空软离子源场电离（Field Ionization，FI）气相高电场软离子源，易得到分子离子峰场解吸（Field Deporption，FD）解吸高电场真空软离子源，易得到分子离子峰快速原子轰击（Fast Atom Bombardment，FAB）解吸高能原子束真空软离子源，可同时生成正负离子，两种离子都可以用质谱进行分析二次离子质谱（Secondary Ion MS，SIMS）解吸高能离子束真空软离子源，采用液体基质负载样品质子化形成MH+离子基质辅

18、助激光解吸电离（Atmospheric Pressure Matrix Assisted Laser Desorption Ionization，MALDI）解吸激光束大气压软离子源，适于结构复杂、不易气化的生物大分子电喷雾电离（Electrospray Ionization，ESI）-荷电微粒能量大气压软离子源，电离过程中产生多重质子化离子（1 1）电子轰击源）电子轰击源 电子轰击电离源（电子轰击电离源（electron impact ionization,EI）是通过电子）是通过电子束与气态的试样分子直接作用而导致分子电离甚至裂解的，其结构束与气态的试样分子直接作用而导致分子电离甚至裂解的

19、，其结构示意如下图所示。示意如下图所示。被检测样品以气态形式进入离子源被检测样品以气态形式进入离子源。在离子化室内，电加热的灯丝。在离子化室内，电加热的灯丝产生电子，在灯丝（阴极）和阳极间加数十伏直流电压，电子加速形产生电子，在灯丝（阴极）和阳极间加数十伏直流电压，电子加速形成高速电子束（能量为成高速电子束（能量为101070 eV70 eV）进入离子化区。）进入离子化区。高能电子和气态样品分子的路径垂直，它们在离子源的中心碰撞，高能电子和气态样品分子的路径垂直，它们在离子源的中心碰撞，使分子离解产生正离子。在推斥极和加速极之间的电场，引导正离子使分子离解产生正离子。在推斥极和加速极之间的电场

20、，引导正离子穿过狭缝，进入离子加速区。穿过狭缝，进入离子加速区。在加速极的高电压（数千伏）的作用下，正离子获得一定的速度，在加速极的高电压（数千伏）的作用下，正离子获得一定的速度，从狭缝射入质量分析器。电子轰击电离源的能量高，有机化合物分子从狭缝射入质量分析器。电子轰击电离源的能量高，有机化合物分子可以被打掉一个电子形成分子离子，并进一步发生化学键断裂和重排可以被打掉一个电子形成分子离子，并进一步发生化学键断裂和重排形成多种质荷比的正离子，其结果使分子离子的丰度很低。电子轰击形成多种质荷比的正离子，其结果使分子离子的丰度很低。电子轰击源是典型的硬离子源，其能提供有机化合物最丰富的结构信息，有较

21、源是典型的硬离子源，其能提供有机化合物最丰富的结构信息，有较好的重现性。好的重现性。（2 2）化学电离）化学电离 化学电离源（化学电离源（chemical ionization,CIchemical ionization,CI）工作时需要向离）工作时需要向离子室引入一定压力（约子室引入一定压力（约102 Pa102 Pa）的反应气（如甲烷、丙烷、异丁）的反应气（如甲烷、丙烷、异丁烷和氨气等）。反应气在电子流的作用下电离，生成的离子通过烷和氨气等）。反应气在电子流的作用下电离，生成的离子通过质子交换使样品分子电离。现以甲烷作为反应气，说明化学电离质子交换使样品分子电离。现以甲烷作为反应气，说明化

22、学电离的离子化过程。反应气受电子轰击，电离成离子：的离子化过程。反应气受电子轰击，电离成离子：CH4 CH4+和和CH3CH3+很快与大量存在的很快与大量存在的CH4CH4分子起反应，即分子起反应，即 生成加合离子生成加合离子CH5CH5+和和C2H5C2H5+。加合离子与试样分子（。加合离子与试样分子（SHSH）发生下列反应：发生下列反应：所生成的所生成的SH+SH+和和S+S+可进一步碎裂，形成质谱。化学电离通常可进一步碎裂，形成质谱。化学电离通常得到准分子离子，如果样品分子的质子亲和势大于反应气的质得到准分子离子，如果样品分子的质子亲和势大于反应气的质子亲和势，则生成子亲和势，则生成M+

23、HM+H+，反之则生成，反之则生成M-HM-H+。3 3质量分析器质量分析器质量分析器（质量分析器（mass analyzermass analyzer）是质谱仪中分离不同质荷比离子的部）是质谱仪中分离不同质荷比离子的部件。根据工作原理的不同，主要有件。根据工作原理的不同，主要有磁质谱分析器，飞行时间质谱分析磁质谱分析器，飞行时间质谱分析器，四极杆质谱分析器，离子阱质谱分析器和傅里叶转换质谱分析器器，四极杆质谱分析器，离子阱质谱分析器和傅里叶转换质谱分析器等。等。1 1）磁偏转式分析器）磁偏转式分析器 磁质谱分析器（磁质谱分析器（magnetic-sector analyzermagnetic

24、-sector analyzer）是利用外加磁场使得）是利用外加磁场使得不同质荷比的离子在飞行过程中发生不同的角度偏转，使不同的离子得不同质荷比的离子在飞行过程中发生不同的角度偏转，使不同的离子得以分离。以分离。双聚焦分析器是在离子源和磁场之间增加一个静电分双聚焦分析器是在离子源和磁场之间增加一个静电分析器，析器，通过串联电场和磁场的共同作用，在实现不同质荷通过串联电场和磁场的共同作用，在实现不同质荷比离子的按不同方向聚焦的同时，还能实现质荷比相同但比离子的按不同方向聚焦的同时，还能实现质荷比相同但速度不同的离子聚焦。因此，双聚焦分析器的分辨可以高速度不同的离子聚焦。因此，双聚焦分析器的分辨可

25、以高达达100100，000000。（2 2）飞行时间质量分析器）飞行时间质量分析器 飞行时间质量分析器（飞行时间质量分析器（time of flight mass analyzer，TOF）的离子的离子分离是用非磁方式实现的。从离子源飞出的离子的动能基本一致，但分离是用非磁方式实现的。从离子源飞出的离子的动能基本一致，但因质量不同而有不同的速度因质量不同而有不同的速度v v 在从离子源射入分析器后，进入一长约在从离子源射入分析器后，进入一长约1m1m的无电场与磁场的场的无电场与磁场的场漂移管，具有初速度为漂移管，具有初速度为v v的离子经过长度为的离子经过长度为L L的漂移管所需的时间的漂移

26、管所需的时间t=L/vt=L/v，离子的飞行时间离子的飞行时间t t由离子质荷比的平方根所决定由离子质荷比的平方根所决定。2zUvm12mtLzU 飞行时间分析器设备简单（不需要磁场和电场），扫描速度快（飞行时间分析器设备简单（不需要磁场和电场），扫描速度快（1010-5-5-10-10-6-6 s s可记录整段质谱），灵敏度高，质量范围宽（可达可记录整段质谱），灵敏度高，质量范围宽（可达160000160000甚至更高），适合与研究快速反应以及与色谱的联用。飞行时间分析甚至更高），适合与研究快速反应以及与色谱的联用。飞行时间分析器与新型软离子源基质辅助激光解吸离子化源（器与新型软离子源基质辅

27、助激光解吸离子化源（MALDIMALDI）结合的质谱分）结合的质谱分析系统已成为生物大分子分析的强有力工具。析系统已成为生物大分子分析的强有力工具。（3 3）四极杆质量分析器）四极杆质量分析器 四极杆质量分析器（四极杆质量分析器（quadrupole mass filterquadrupole mass filter），由四根截面为双曲），由四根截面为双曲面或圆形的棒状电极组成。四根电极中相对的两根为一组，在两组电极上面或圆形的棒状电极组成。四根电极中相对的两根为一组，在两组电极上加一定的直流电压和射频交流电压。在一定的直流电压、交流电压和交流加一定的直流电压和射频交流电压。在一定的直流电压、

28、交流电压和交流频率下，只有符合一定质荷比频率下，只有符合一定质荷比m/zm/z的离子能通过四极杆而达到检测器，而的离子能通过四极杆而达到检测器，而其它离子却因在运动过程中碰撞圆筒形电极而被其它离子却因在运动过程中碰撞圆筒形电极而被“过滤过滤”掉。当连续改变掉。当连续改变直流电压和交流电压大小或保持电压不变连续改变交流电的频率，就可以直流电压和交流电压大小或保持电压不变连续改变交流电的频率，就可以使不同质荷比使不同质荷比m/zm/z的依次达到检测器，得到质谱图。的依次达到检测器，得到质谱图。质谱常用质量分析器的分析性能比较质谱常用质量分析器的分析性能比较a a质量分析器精密度b分辨率m/z范围扫

29、描速度磁分析器（magnetic-sector analyzer）300 000毫秒四极杆（quadrupole mass filter）0.01%(100 10-6)40004000秒离子阱（ion trap mass analyzer）0.01%(100 10-6)40004000秒傅里叶转换离子回旋共振（Fourier transform ion cyclotron resonance,FT-ICR）仲碳仲碳 伯碳伯碳。下面的碎片是。下面的碎片是2 2，2-2-二甲基丁烷在高能离子源二甲基丁烷在高能离子源中可能的断裂形式，其可以形成较为稳定的中可能的断裂形式，其可以形成较为稳定的m/z

30、m/z=71=71和和m/z m/z=57=57的叔碳的叔碳碎片离子。碎片离子。3 3亚稳离子峰亚稳离子峰 具有一定运动速度的质量为具有一定运动速度的质量为m1的离子在离开离子源、进入质量分析的离子在离开离子源、进入质量分析器之前，因为碰撞等原因发生能量交换，有可能进一步分裂失去一中性器之前，因为碰撞等原因发生能量交换，有可能进一步分裂失去一中性碎片而形成质量为碎片而形成质量为m2的离子，即的离子，即 由于一部分能量被质量为由于一部分能量被质量为m 的中性碎片带走，的中性碎片带走，m2离子比在离子源中离子比在离子源中所形成的具有相同质量的离子能量小，它在磁场中产生较大的偏转，记所形成的具有相同

31、质量的离子能量小，它在磁场中产生较大的偏转，记录得到的峰录得到的峰m/z较小。这种峰被称为亚稳离子（较小。这种峰被称为亚稳离子（metastable ion）峰，用）峰，用 m*表示，它的表观质量表示，它的表观质量m*与与m1、m2符合符合 式中，式中，m1为母离子的质量，为母离子的质量，m2为子离子的质量为子离子的质量12mmm2*21()mmm4 4重排离子峰重排离子峰 分子离子裂解为碎片离子时，有一些碎片离子并非通过简单的键分子离子裂解为碎片离子时，有一些碎片离子并非通过简单的键断裂而形成的，而是通过原子或基团的重排后再开裂而形成的一种特断裂而形成的，而是通过原子或基团的重排后再开裂而形

32、成的一种特殊碎片离子，这些特殊的离子称为重排离子（殊碎片离子，这些特殊的离子称为重排离子（rearrangement ion）。）。例如，芳香族化合物的裂解，可以先失去取代基，再形成稳定的且具例如，芳香族化合物的裂解，可以先失去取代基，再形成稳定的且具有代表性的有代表性的m/z=91m/z=91的的“卓鎓卓鎓”离子：离子：有机化合物有多种类型的重排裂解，最为常见的是有机化合物有多种类型的重排裂解，最为常见的是Mclafferty重排，故重排，故称为麦氏重排。当化合物中含有不饱和中心称为麦氏重排。当化合物中含有不饱和中心C=X（X为为O、N、S、C）基团）基团时，且与该基团相连的键上具有时，且与

33、该基团相连的键上具有 氢原子，该氢原子可以转移到氢原子，该氢原子可以转移到X原子上并原子上并发生发生键的断裂，脱去一个中性分子，重排的通式可表示为：键的断裂，脱去一个中性分子，重排的通式可表示为：在酮、醛、链烯、酰胺、腈、酯、芳香族化合物、磷酸脂和亚硫酸酯在酮、醛、链烯、酰胺、腈、酯、芳香族化合物、磷酸脂和亚硫酸酯的质谱上，都可以找到由麦氏重排产生的离子。的质谱上，都可以找到由麦氏重排产生的离子。5 5同位素离子同位素离子 有些元素具有天然存在的稳定同位素，化合物中含有这些元素时，这有些元素具有天然存在的稳定同位素，化合物中含有这些元素时，这些元素的同位素就会以一定的丰度出现在化合物中。些元素

34、的同位素就会以一定的丰度出现在化合物中。当化合物电离时，由于同位素质量不同，在质谱图会同时出现强度不当化合物电离时，由于同位素质量不同，在质谱图会同时出现强度不等的同位素离子峰，如等的同位素离子峰，如M M、M+1M+1或或M+2M+2的分子离子的同位素峰，而且的分子离子的同位素峰，而且M M与与M+1M+1或或M+2M+2峰的峰高比例符合同位素的丰度比。由这些同位素形成的离子峰称峰的峰高比例符合同位素的丰度比。由这些同位素形成的离子峰称为同位素离子（为同位素离子（isotopic ion）峰。例如，溴有两种同位素）峰。例如，溴有两种同位素79Br和和81Br，它，它们在自然界的丰度各为们在自

35、然界的丰度各为50.54%和和49.46%（约（约1：1）。因此，在含有一。因此，在含有一个溴原子的有机物质谱图中，常会出现质量数差个溴原子的有机物质谱图中，常会出现质量数差2 2但峰高比为但峰高比为1：1的溴同的溴同位素峰，位素峰，含一个氯原子（同位素丰度比含一个氯原子（同位素丰度比35Cl:37Cl 3：1）的有机化合物质谱）的有机化合物质谱图中，常有质量数差图中，常有质量数差2、峰高近似、峰高近似3：1的氯同位素离子峰的氯同位素离子峰M M（64）和）和M+2（66），以及碎片离子），以及碎片离子m/z49和和m/z51。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，

36、从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分9.4 质谱分析法的应用质谱分析法的应用9.4.1 9.4.1 有机物的定性和结构分析有机物的定性和结构分析 纯物质的质谱图能提供有关分子结构的多种信息，因此，通过对所得到纯物质的质谱图能提供有关分子结构的多种信息，因此，通过对所得到的质谱图进行解析，可以对待分析物的进行定性分析或分子结构的鉴定。的质谱图进行解析，可以对待分析物的进行定性分析或分子结构的鉴定。1.1.相对分子质量的确定相对分

37、子质量的确定 质谱法确定有机化合物相对分子质量的依据是分子离子峰的质谱法确定有机化合物相对分子质量的依据是分子离子峰的m/zm/z值。除值。除同位素峰以外，分子离子峰应该出现在质谱图的最高质量处。化合物分子离同位素峰以外，分子离子峰应该出现在质谱图的最高质量处。化合物分子离子峰的识别，一般可遵循以下几个原则：子峰的识别，一般可遵循以下几个原则：（1 1）分子离子的质量数服从氮律。）分子离子的质量数服从氮律。不含氮元素的化合物，其分子离子峰的质量数是偶数。含氮化合物，若分子不含氮元素的化合物，其分子离子峰的质量数是偶数。含氮化合物，若分子内含奇数个氮原子，则质量是奇数；若含偶数个氮，则质量数为偶

38、数。凡不内含奇数个氮原子，则质量是奇数；若含偶数个氮，则质量数为偶数。凡不符氮律的均不是分子离子峰。符氮律的均不是分子离子峰。（2 2）存在合理的碎片质量损失。）存在合理的碎片质量损失。有机化合物离子化过程中，分离离子可能因化学键断裂而丢失有机化合物离子化过程中，分离离子可能因化学键断裂而丢失H、CH3、H2O、C2H4 等中性碎片，相应地会出现等中性碎片，相应地会出现M-1,M-15,M-18，M-28等碎片离子，但不可能出现等碎片离子，但不可能出现M-3至至M-14,M-21至至M-24范围内的碎片峰。可范围内的碎片峰。可以根据分子离子峰的质量数与邻近峰的质量数之差是否符合上述规则来鉴以根

39、据分子离子峰的质量数与邻近峰的质量数之差是否符合上述规则来鉴别拟定的分子离子峰是否合理。别拟定的分子离子峰是否合理。（3 3）对于电子轰击源，当降低电子轰击电压时，分子离子峰应该增强，否）对于电子轰击源，当降低电子轰击电压时，分子离子峰应该增强，否则就不是分子离子峰。则就不是分子离子峰。除以上三条原则外，还应该注意，某些化合物会形成质子化离子峰除以上三条原则外，还应该注意，某些化合物会形成质子化离子峰(M+H)+（醚、酯、胺等）、去质子化离子峰（醚、酯、胺等）、去质子化离子峰(M-H)+(M-H)+（芳醛、醇等）、及（芳醛、醇等）、及缔合离子峰缔合离子峰(M+R)+，如，如(M+NH3)+。出

40、现这样的情况，应该进行必要的校。出现这样的情况，应该进行必要的校正。对于可能出现的多电荷离子，也应该注意。在确定有机化合物的相对正。对于可能出现的多电荷离子，也应该注意。在确定有机化合物的相对分子质量时，要根据化合物的具体情况加以辨别。分子质量时，要根据化合物的具体情况加以辨别。易从分子中脱去的常见中性碎片的质量数和结构易从分子中脱去的常见中性碎片的质量数和结构 2.2.分子式的确定分子式的确定 有机化合物的分子式，可以通过高分辨质谱仪精确测定分子离子的有机化合物的分子式，可以通过高分辨质谱仪精确测定分子离子的分子量后来确定。高分辨质谱仪可以将质量测定值的有效数字精确至小分子量后来确定。高分辨

41、质谱仪可以将质量测定值的有效数字精确至小数点后数点后4-6位，因而能够区分质量相差千分之几个质量单位的分子。拜诺位，因而能够区分质量相差千分之几个质量单位的分子。拜诺（BeynonBeynon）等已经将）等已经将C、H、O、N原子可能组合的分子式的精确质量数原子可能组合的分子式的精确质量数（精确到小数点后三位数字）编排成表。因此，用高分辨质谱仪确定化（精确到小数点后三位数字）编排成表。因此，用高分辨质谱仪确定化合物的准确相对分子量后，与合物的准确相对分子量后，与Beynon的的“质量与同位素丰度表质量与同位素丰度表”中的质中的质量部分数据对照，就可以将分子式的可能范围大大缩小，再结合其他有量部

42、分数据对照，就可以将分子式的可能范围大大缩小，再结合其他有关结构的信息，即可从少数几个可能的分子式中最终确定待分析物的分关结构的信息，即可从少数几个可能的分子式中最终确定待分析物的分子式。子式。例例 用高分辨质谱测得某纯有机化合物样品的分子离子质量数为用高分辨质谱测得某纯有机化合物样品的分子离子质量数为150.1045150.1045，该，该化合物的红外光谱出现强羰基吸收峰（化合物的红外光谱出现强羰基吸收峰（1730 cm-11730 cm-1）。试利用）。试利用Beynon Beynon 表，表，确定该有机物的分子式。确定该有机物的分子式。解解：假设高分辨质谱的测定误差是：假设高分辨质谱的测

43、定误差是0.0060.006，所以所测分子离子质量的波动范，所以所测分子离子质量的波动范围是围是150.0985-150.1105150.0985-150.1105。查阅。查阅Beynon Beynon 表，质量数为表，质量数为150150，小数部分在，小数部分在0.0985-0.11050.0985-0.1105范围内的分子式有范围内的分子式有4 4个：个：其中，第其中，第1和第和第3式含奇数式含奇数N N原子，与分子离子的质量数为偶数不相符。原子，与分子离子的质量数为偶数不相符。第第2 2式的不饱和度式的不饱和度U=0，是一种饱和化合物，不含有羰基，与红外光谱测定，是一种饱和化合物，不含有

44、羰基，与红外光谱测定不符。排除不符。排除1，2，3后，所分析的化合物的分子式只可能是第后，所分析的化合物的分子式只可能是第4 4式，即为式，即为C10H14O。例例 某有机化合物的分子量为某有机化合物的分子量为104，（，（IM+1/IM）%=6.45，（，（IM+2/IM）%=4.77，试推测其化学结构式。试推测其化学结构式。解解：由于：由于（IM+2/IM）%4.44，说明可能有，说明可能有S，Cl，Br等元素存在；等元素存在；又由于又由于32.5（IM+2/IM）%4.44说明化合物中含有说明化合物中含有1 1个个S，而不含，而不含Cl和和Br。故扣除故扣除S的贡献：的贡献：剩余质量剩余

45、质量=104-32=72（IM+1/IM）%=6.45-0.85=5.60（IM+2/IM）%=4.77-4.44=0.33查阅查阅Beynon表，质量数为表，质量数为72的共有的共有15种组合，与上述种组合，与上述（IM+1/IM）%，（IM+2/IM）%接近的列于下表中接近的列于下表中。经过分析，只有经过分析，只有C5H12的（的（IM+1/IM）%最为接近，所以该有机物的化学式可能最为接近，所以该有机物的化学式可能是是C5H12S。3.3.未知化合物的结构解析未知化合物的结构解析 对于未知化合物，在确定分子量和分子式后，要根据化合物的质谱裂对于未知化合物，在确定分子量和分子式后，要根据化

46、合物的质谱裂解规律，推断未知化合物的分子结构。很多情况下，仅仅依靠质谱还难以解规律，推断未知化合物的分子结构。很多情况下，仅仅依靠质谱还难以断定未知化合物的结构，常常需要配合紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱断定未知化合物的结构，常常需要配合紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱的信息对化合物的结构进行解析。在获得化合物分子量和分子式后，有机的信息对化合物的结构进行解析。在获得化合物分子量和分子式后，有机化合物质谱解析的一般程序如下：化合物质谱解析的一般程序如下：计算化合物的不饱和度。计算化合物的不饱和度。解析某些主要的碎片离子峰以及各碎片离子峰的关系。解析某些主要的碎片离子峰以及各碎片离子峰的关系。综合

47、分子式、不饱和度、分子碎片的关系，推断化合物可能的分子结构。综合分子式、不饱和度、分子碎片的关系，推断化合物可能的分子结构。结合紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱的信息，进一步确认分子结构。结合紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱的信息，进一步确认分子结构。查对标准图谱进行验证或参考相关图谱进行综合解析。查对标准图谱进行验证或参考相关图谱进行综合解析。例例 某有机物，其分子质量数为某有机物，其分子质量数为100100，经初步鉴定为一种酮，其质谱如下图所，经初步鉴定为一种酮，其质谱如下图所示，试推测其结构式。示，试推测其结构式。解解：因为已经初步鉴定其为酮，所以为一含羰基：因为已经初步鉴定其为酮，所以为一

48、含羰基C=OC=O的化合物。又其分子质的化合物。又其分子质量为量为100100，故，故 m/zm/z=100=100的就是其分子离子峰。的就是其分子离子峰。m/zm/z=85=85的碎片离子可以判断的碎片离子可以判断为是断裂为是断裂-CH3-CH3（质量为（质量为1515）的碎片后所形成，）的碎片后所形成，m/zm/z=57=57的碎片离子可以判断的碎片离子可以判断为是断裂为是断裂COCO（质量为（质量为2828）的碎片后所形成。其中）的碎片后所形成。其中m/zm/z=57=57的碎片离子峰丰度的碎片离子峰丰度很高，表示该碎片离子很稳定，也表示该碎片与分子的其他部分是比较容很高，表示该碎片离子

49、很稳定，也表示该碎片与分子的其他部分是比较容易断裂，这个碎片离子很可能是：易断裂，这个碎片离子很可能是：该有机物的断裂过程可以进行如下的推断：该有机物的断裂过程可以进行如下的推断：所以，该有机物的结构式可能是所以，该有机物的结构式可能是CH3-CO-CCH3-CO-C（CH3CH3）3 3。对于。对于m/zm/z为为2929和和4141的碎片离子峰，可以应用所学的碎片重排知识，进行可能的碎片离子峰，可以应用所学的碎片重排知识，进行可能的推测。的推测。例例 某化合物的分子式为某化合物的分子式为C4H8O2，试根据其质谱图，推断其结构。，试根据其质谱图，推断其结构。解解：计算该化合物的不饱和度：计

50、算该化合物的不饱和度：从图谱可以知道从图谱可以知道m/z=88为分子离子峰，为分子离子峰，m/z=60的为基峰，是羧酸麦氏重的为基峰，是羧酸麦氏重排后的特征峰，故此化合物为一羧酸。因为该化合物只有排后的特征峰，故此化合物为一羧酸。因为该化合物只有4 4各碳原子，所各碳原子，所以是正丁酸。以是正丁酸。CHXN2222 48122NNNNU 4.4.标准图谱的检索标准图谱的检索 在一定条件下得到的纯未知物质谱图，可以通过与相同条件下的标准在一定条件下得到的纯未知物质谱图，可以通过与相同条件下的标准图谱对照来对其定性。应用最多的是电子轰击源（图谱对照来对其定性。应用最多的是电子轰击源（70V）的标准

51、图谱。现）的标准图谱。现代质谱仪均配有质谱数据库，待测物的质谱数据获得后可以通过电脑在数代质谱仪均配有质谱数据库，待测物的质谱数据获得后可以通过电脑在数据库中进行检索。通过检索一般可得到几个可能的化合物，并按匹配度大据库中进行检索。通过检索一般可得到几个可能的化合物，并按匹配度大小的次序给出化合物名称、分子式、相对分子量、结构式等数据。分析人小的次序给出化合物名称、分子式、相对分子量、结构式等数据。分析人员可以根据检索的结果结合其他信息，对待测物进行定性。应用比较普遍员可以根据检索的结果结合其他信息，对待测物进行定性。应用比较普遍的有的有NIST数据库和数据库和Willey数据库。数据库。变电

52、站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分拓展视窗拓展视窗-生物大分子的质谱分析生物大分子的质谱分析 上世纪上世纪80年代，由于电离技术的制约，质谱只能用于小分子化合物年代，由于电离技术的制约，质谱只能用于小分子化合物的分析。随着快原子轰击（的分析。随着快原子轰击（FAB）等软电离技术的相继出现，使得质谱）等软电离技术的相继出现，使得质谱可用于高极性、难挥发和热不稳定的生

53、物大分子分析。尤其是可用于高极性、难挥发和热不稳定的生物大分子分析。尤其是1987年德年德国物理学家国物理学家 Hillenkamp和生物物理学家和生物物理学家 Karas，以及日本科学家，以及日本科学家Tanaka同时发明了基质辅助激光解吸电离质谱同时发明了基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI-MS)，1988年年美国耶鲁大学美国耶鲁大学 Fenn发明了电喷雾电离质谱发明了电喷雾电离质谱(ESI-MS)，使得质谱分析，使得质谱分析可在可在f mol乃至乃至a mol水平检测相对分子量高达几十万的生物大分子，从水平检测相对分子量高达几十万的生物大分子，从而开拓了质谱学中的一个新领域而开拓了质谱

54、学中的一个新领域生物质谱。生物质谱。MALDI是一种软离子源，可使生物大分子形成单电荷离子，当与是一种软离子源，可使生物大分子形成单电荷离子，当与飞行时间质量分析器结合成飞行时间质量分析器结合成MIALDI-TOF-MS，质量检测范围可从几，质量检测范围可从几百至几十万百至几十万Da。MIALDI-TOF-MS所得谱峰与样品各组分的质量数有所得谱峰与样品各组分的质量数有一一对应的关系，能直接提供生物大分子的相对分子质量，最适合多一一对应的关系，能直接提供生物大分子的相对分子质量，最适合多肽及蛋白质等生物大分子混合物的质量分析。肽及蛋白质等生物大分子混合物的质量分析。电喷雾离子源产生的生物大分子

55、离子经常带电喷雾离子源产生的生物大分子离子经常带10个以上电荷数，形个以上电荷数，形成成M+nHn+系列多电荷离子，导致离子的荷质比系列多电荷离子，导致离子的荷质比m/z减小，这可以弥减小，这可以弥补四极杆、离子肼等分析器补四极杆、离子肼等分析器m/z测量范围窄（测量范围窄（154000 Da）的缺点。通）的缺点。通过过ESI-MS质谱图上带不同电荷数的一系列荷质比峰，可以计算出生物质谱图上带不同电荷数的一系列荷质比峰，可以计算出生物大分子的相对分子质量。大分子的相对分子质量。下下图是雌马肌红蛋白的图是雌马肌红蛋白的ESI-MS谱，由它们的质荷比谱，由它们的质荷比m/z值所计算出来的值所计算出

56、来的分子量分子量M为为16951.7Da。（实际值为。（实际值为M=16951.5Da）。）。此外，电喷雾离子源与多级质量分析器串联此外，电喷雾离子源与多级质量分析器串联组成组成ESI-MS/MS串联质谱，串联质谱，可分别检测母离子和碎片离子的荷质比，提供离子的结构信息，常用于多可分别检测母离子和碎片离子的荷质比，提供离子的结构信息，常用于多肽、核酸的序列测定。肽、核酸的序列测定。用质谱法进行生物大分子（如蛋白质）结构分析时，最适合的离子源为：用质谱法进行生物大分子（如蛋白质）结构分析时，最适合的离子源为：A电子轰击电离源电子轰击电离源 B化学电离源化学电离源 C场电离源场电离源 D基质辅助激

57、光解吸电离源基质辅助激光解吸电离源气相色谱分析仪器中的通用型检测器是：气相色谱分析仪器中的通用型检测器是：.（）A氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器 B热导池检测器热导池检测器 C示差折光检测器示差折光检测器 D.火焰光度检测器火焰光度检测器 用正相液用正相液-液色谱方法分离甲、乙两组分，若甲组分的极性大于乙组分的极性，则两组分流出液色谱方法分离甲、乙两组分，若甲组分的极性大于乙组分的极性，则两组分流出色谱柱的顺序是：色谱柱的顺序是：.（）A 甲先于乙甲先于乙 B 乙先于甲乙先于甲 C甲和乙甲和乙 同时出柱同时出柱 D无法确定无法确定在其它色谱条件相同时，若将色谱柱的长度增加到原来柱长的在其

58、它色谱条件相同时，若将色谱柱的长度增加到原来柱长的3倍，则两个十分接近的色谱峰倍，则两个十分接近的色谱峰的分离度将增加到原来的：的分离度将增加到原来的：.（）A3倍倍 B1.7倍倍 C1.5倍倍 D1倍倍色谱分析法中，用于定性的参数是：色谱分析法中，用于定性的参数是：.（）A保留时间保留时间 B 分配比分配比 C峰高峰高 D峰宽峰宽在质谱图中，被称为基峰或标准峰的是：在质谱图中，被称为基峰或标准峰的是：.（）A一定是分子离子峰一定是分子离子峰 B质荷比最大的峰质荷比最大的峰 C强度最大的峰强度最大的峰 D强度最小的峰强度最小的峰质谱法与红外、紫外等波谱法不同之处在于，它是通过检测样品被离子化后

59、产生各种离子的质谱法与红外、紫外等波谱法不同之处在于，它是通过检测样品被离子化后产生各种离子的 和和 两个质谱图信息进行分析。两个质谱图信息进行分析。质谱图中的横坐标和纵坐标分别是质谱图中的横坐标和纵坐标分别是_ _ _和和_。在气相色谱分析中，保留值实际上所反映的分子间的相互作用力是在气相色谱分析中，保留值实际上所反映的分子间的相互作用力是 A A组份和组份组份和组份 B B载气和固定液载气和固定液 C C组份和固定液组份和固定液 D D组份和载气组份和载气高效液相色谱柱具有较高的理论塔板数，其主要原因是：高效液相色谱柱具有较高的理论塔板数，其主要原因是：A A柱径较粗柱径较粗 B B填料粒

60、径小且均匀填料粒径小且均匀 C C固定液用量大固定液用量大 D D柱长较长柱长较长欲用气相色谱法测定某样品中的微量水份，只能选用的检测器是：欲用气相色谱法测定某样品中的微量水份，只能选用的检测器是：A A氢火焰氢火焰 B B热导池热导池 C C电子俘获电子俘获 D D差示折光差示折光分析环境样品痕量含氯农药残留物，下列色谱分析方法最可行的是：分析环境样品痕量含氯农药残留物，下列色谱分析方法最可行的是：A AHPLCHPLC反相模式分离反相模式分离示差折光检测示差折光检测 B BGCGC分离分离ECDECD检测检测C CGCGC分离分离 TCD TCD检测器检测器D D.HPLC.HPLC离子交换模式分离离子交换模式分离UVUV检测检测气相色谱定性分析中，用下列哪种参数对被测物进行定性较为可靠？气相色谱定性分析中，用下列哪种参数对被测物进行定性较为可靠？A A保留时间保留时间 B B调整保留时间调整保留时间 C C相对保留值相对保留值 D D保留指数保留指数质谱仪可以与下列哪种仪器联用，对混合物进行定性和定量分析？质谱仪可以与下列哪种仪器联用，对混合物进行定性和定量分析？A A气相色谱气相色谱 B B红外光谱仪红外光谱仪 C C高效液相色谱高效液相色谱 D DA A和和C C均可均可