章质谱法解析.pptx
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1、 第一节质谱法的基本原理和质谱仪第1页/共69页单聚焦质谱仪示意图。e-+-+。阴极阳极狭缝容器A放大器记录仪磁体收集狭缝D电子倍增管泵样品探针E狭缝B控制器相对强度质荷比加速电位推斥电位一、质谱的基本原理m/z=Bm/z=B2 2r re e/2V/2V第2页/共69页二、质谱的表示方法二、质谱的表示方法二、质谱的表示方法二、质谱的表示方法0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100M+1M+2基峰分子离子峰CH3(分子量92)第3页/共69页三、质谱仪三、质谱仪三、质谱仪三、质谱仪(一)真空系统保证质谱中裂解反应发生的是单分子反应。(二)样品导入系统 是质谱仪的进样系统
2、,作用是高效重复地将样品引入到离子源中并且不能造成真空度的降低。间接式进样、直接探针进样、色谱联用进样系统。(三)离子源又称电离室 将进样系统引入的气态样品分子转化成离子,并使其具有一定的能量后,进入质量分析器。在离子源中,样品分子离子化方法有多种:第4页/共69页1 1、电子轰击电离(、电子轰击电离(EIEI),又称电子电离又称电子电离MMMM+F+.M+F+F+e-e-e-e-e-e-S NS NMSVacc离子排斥电极离子排斥电极磁体磁体阴极阴极电子接收电子接收离子聚焦离子聚焦M+.分子离子分子离子碎片离子及亚稳离子碎片离子及亚稳离子M M M M+(高速)(高速)(高速)(高速)(低速
3、)(低速)(低速)(低速)第5页/共69页电子轰击电离(电子轰击电离(EIEI)的优点:)的优点:有较多的与结构密切相关的碎片,对推测未知有较多的与结构密切相关的碎片,对推测未知化合物结构具有重要意义。图谱重现性好、便于利化合物结构具有重要意义。图谱重现性好、便于利用数据库实现计算机检索及图谱对比。用数据库实现计算机检索及图谱对比。1 1)试样分子稳定性不高时,分子离子峰难以获)试样分子稳定性不高时,分子离子峰难以获得,丰度较低或难以测得分子离子峰。得,丰度较低或难以测得分子离子峰。电子轰击电离(电子轰击电离(EIEI)的缺点:)的缺点:2 2)不能气化的试样分子或热不稳定试样,无法)不能气化
4、的试样分子或热不稳定试样,无法获得分子离子峰。获得分子离子峰。1 1、电子轰击电离(、电子轰击电离(EIEI),又称电子电离又称电子电离第6页/共69页2 2、化学电离法(、化学电离法(CICI)CHCH4 4+e CH+e CH4 4.+2e.+2e CHCH4 4.+CH.+CH4 4 CH CH5 5+CH+CH3 3.CHCH5 5+M CH+M CH4 4 +MH +MH+化学电离时,试样分子的电离是经过离子化学电离时,试样分子的电离是经过离子-分分子反应而完成的。子反应而完成的。+X X-+M M-H+M M-H-+HX +HX 化学电离法,生成的最大化学电离法,生成的最大m/zm
5、/z的峰不是分子离的峰不是分子离子峰子峰,而是而是(M+H)(M+H)或或(M-H)(M-H)峰或其它峰峰或其它峰,这些峰被称这些峰被称为准分子离子峰为准分子离子峰,在计算分子量时在计算分子量时,应注意这一点应注意这一点.第7页/共69页ArAr+(高动能高动能)+Ar()+Ar(热运动的热运动的)Ar(Ar(高动能高动能)+Ar)+Ar+(热运动的热运动的)3 3 3 3、快速原子轰法(、快速原子轰法(、快速原子轰法(、快速原子轰法(FABFABFABFAB)进入质量分析器进入质量分析器MMMMMMMH+MH+MXe探头探头=基质表面的分子基质表面的分子快原子快原子溶解于基质中的试样溶解于基
6、质中的试样不锈钢靶不锈钢靶FAB-MSFAB-MS的离子源的离子源特点特点:FAB FAB质谱不仅出强质谱不仅出强的准分子离子峰,还产的准分子离子峰,还产生大量碎片离子,这些生大量碎片离子,这些碎片离子峰碎片离子峰 对测定样品对测定样品的结构是很有用的。的结构是很有用的。第8页/共69页(四)(四)质量分析器质量分析器、四极质量分析器、四极质量分析器、U、V 优点:结构简单,优点:结构简单,体积小,重量轻,价格体积小,重量轻,价格便宜,清洗方便,操作便宜,清洗方便,操作容易。容易。适合与气相毛细管适合与气相毛细管色谱及液相色谱联机。色谱及液相色谱联机。缺点:分辨率不够高,对较高质量的离子有缺点
7、:分辨率不够高,对较高质量的离子有质歧视效应。质歧视效应。第12页/共69页、离子阱质量分析器、离子阱质量分析器、优点:优点:1 1、单一的离子阱、单一的离子阱可实现多级串联质谱可实现多级串联质谱(MSMS)n n。2 2、结构简单,价格、结构简单,价格低,灵敏度高。低,灵敏度高。3 3、质量范围大。、质量范围大。缺点:所得质谱与标准谱图有一定差别,这是由于在缺点:所得质谱与标准谱图有一定差别,这是由于在 离子阱中生成的离子有较长的停留时间,可能离子阱中生成的离子有较长的停留时间,可能 发生分子离子反应。发生分子离子反应。第13页/共69页、质量范围:、质量范围:质谱仪能够进行分析的样品的相对
8、原质谱仪能够进行分析的样品的相对原子质量或相对分子质量或最小到最大的质量范围子质量或相对分子质量或最小到最大的质量范围 是接收由质量分析器分离的离子进行离子计数并转是接收由质量分析器分离的离子进行离子计数并转换成电压信号放大输出,经计算机采集和外理,得到按不换成电压信号放大输出,经计算机采集和外理,得到按不同质荷比值排列和对应离子丰度的质谱图同质荷比值排列和对应离子丰度的质谱图(六)质谱仪的主要性能指标(六)质谱仪的主要性能指标(五)离子检测器(五)离子检测器、灵敏度:、灵敏度:绝对灵敏度:绝对灵敏度:仪器可以检测到的最小样品量仪器可以检测到的最小样品量 相对灵敏度:相对灵敏度:仪器可以同时检
9、测的大组分与小组分含仪器可以同时检测的大组分与小组分含量之比量之比 分析灵敏度:分析灵敏度:指输入仪器的样品量与仪器产生的信号指输入仪器的样品量与仪器产生的信号强度之比强度之比第14页/共69页、质谱仪的分辨率定义为:R=M/M 所谓正好被分离,国际上大多采用10%谷底的定认,即该两种离子峰间的峰谷高度如低于两峰平均高度的10%,则认为该两种离子已被分离,反之,则认为未被分离。h2 h1a h=(h1+h2)/2 100%10%ah第15页/共69页例如:质量数为100和101两种离子,则好被分离,仪器 分辨率为:R1001100若仪器的分辨率为10000,则该仪器分离质量数为100附近的两种
10、相邻离子时,有下列关系:10000100MM0.01 这表示该仪器可以将质量数为100.00和100.01的两种离子分离第16页/共69页、质量准确度又称质量精度:、质量准确度又称质量精度:离子质量实测值与理论值M0的相对误差 质量精度质量精度0 实测值理论值员,理论值员,其测定的质量精度为其测定的质量精度为第17页/共69页171428151618142928161214思考题:思考题:未知化合物未知化合物A的质谱图的质谱图未知化合物未知化合物B的质谱图的质谱图未知化合物未知化合物C的质谱图的质谱图第18页/共69页第二节第二节 质谱中的主要离子及其裂解类型质谱中的主要离子及其裂解类型一、质
11、谱中的主要离子一、质谱中的主要离子(一)分子离子(一)分子离子 M M e e M M.+2e2e m/e=m/e=分子量 可测的精确分子量 (二)碎片离子(二)碎片离子 M MM M.+初级碎片离子 次级碎片离子裂解裂解第19页/共69页(三)亚稳离子1、亚稳离子(m*)的产生 质谱中的离子峰都是尖锐的,但也存在小数较宽的峰,且强度较低,m/z也不是整数值这类峰称为亚稳离子峰。2、如果裂解是在进入时磁场发生,生成的碎片离子就会在质荷比小于的地方被检出1、正常的裂解是在电离室中进行的。m1(母离子)m2(碎片离子)中性碎片3、m1、m2和m*之间的存在下列关系:m*=m22/m1第20页/共6
12、9页2、亚稳离子峰在解析质谱中的意义(1)亚稳定离子在质谱图中可出现亚稳离子峰,该峰可用来证明裂解过程。(2)确定质谱中没出现的分子离子峰。(C6H5COCH3)(C6CH5)+COCH3(C6H5CO)(C6CH5)+CO苯乙酮质谱中有m/z120,m/z105,m/z77m/z56.47出现亚稳离子峰m/z77m/z120m/z105m/z77第21页/共69页(二)同位素离子(二)同位素离子1 1、同位素离子及同位素离子峰、同位素离子及同位素离子峰第22页/共69页 例如:CH4 M=1612C+1H4=164=16 M13C+1H4=17 4=17 M+112C+2H+1H3=17 M
13、+113C+2H+1H3=18 M+2同位素峰分子离子峰1 1、同位素离子及同位素离子峰、同位素离子及同位素离子峰1 1)C C同位素峰同位素峰M+1M+1峰常见峰常见第23页/共69页CH3CH2Cl=(M+2)/M=1:3含有一个氯原子(37Cl=32.5)CH3CH2Br=(M+2)/M=1:1含有一个溴原子(81Br=98)2)2)3434S S、3737ClCl、8181BrBr丰度相当大,分子离子或碎片离子丰度相当大,分子离子或碎片离子M+2M+2峰强度相当大,所以通过峰强度相当大,所以通过M M与与M+2M+2峰强度就容易判峰强度就容易判断化合物是否含有断化合物是否含有S S、C
14、lCl、BrBr 含氯和溴的有机化合物一般有较强的含氯和溴的有机化合物一般有较强的M+2M+2、M+4M+4、M+6M+6等离子峰。等离子峰。第24页/共69页分分分分子离子子离子 或碎片离子或碎片离子 与同位素之间的丰度比为与同位素之间的丰度比为:(a+b)na-a-较轻元素丰度、较轻元素丰度、较轻元素丰度、较轻元素丰度、b-b-较重元素丰度、较重元素丰度、较重元素丰度、较重元素丰度、n-n-卤素原子个数卤素原子个数卤素原子个数卤素原子个数3 3)含氯和溴的化合物的同位素含氯和溴的化合物的同位素峰强度可用二项式展开式表示:峰强度可用二项式展开式表示:如:CHCl3含有3个氯原子,35Cl丰度
15、为75.4,37Cl丰度为24.6,二者丰度比为3:1,n3。(a+ba+b)3 3=a=a3 3+3a+3a2 2b +b +3ab3ab2 2+b b3 3=3=33 3+33+332 2 1+33 1+33112 2+1+13 3=27=27+27+9+127+9+1即即 M:M+2:M+4:M:M+2:M+4:M+6 M+6=27:27:9:1=27:27:9:1第25页/共69页5-35 5-35 一氯甲烷质谱图一氯甲烷质谱图丰度丰度9000900080008000700070006000600050005000400040003000300020002000100010000 00
16、 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 1000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100151435375047一氯甲烷质谱图一氯甲烷质谱图第27页/共69页5-41 5-41 氯仿的质谱图氯仿的质谱图丰度丰度9000900080008000700070006000600050005000400040003000300020002000100010000 00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 13
17、0 140 150 160 170 180 190 2000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200118118 120120838385858787474748483535 氯仿的质谱图氯仿的质谱图(同位素离子峰的相对强度同位素离子峰的相对强度)9:6:19:6:127:27:9:127:27:9:1第28页/共69页5-26 5-26 溴分子质谱图溴分子质谱图丰度丰度90009000800080007000700060006000500050004000400030003000200020
18、00100010000 00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 2000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200160160162162158158797981817979BrBr7979Br(M)Br(M)7979BrBr8181Br(M+2)Br(M+2)8181BrBr7979Br(M+2)Br(M+2)8181BrBr8181Br(M+4)Br(M+4)M:(M+2):(M+4)=1:2
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