1、第四章：質(zhì)譜法第一節(jié)經(jīng)驗(yàn)1）在正離子模式下，樣品主要以M+H+ 、M+Na+ 、M+K+ 準(zhǔn)分子離子被檢測(cè)；在負(fù)離子模式下，樣品則大多以M H 、 M+Cl 準(zhǔn)分子離子被檢測(cè)。2） 正離子模式下，樣品還會(huì)出現(xiàn)M-1(M-H), M-15(M-CH3), M-18(M-H2O),M-20(M-HF),M-31(M-OCH3) 等的峰。 分子離子峰應(yīng)具有合理的質(zhì)量丟失.也即在比分子離子質(zhì)量差在4-13 ，21-26 ， 37- ， 50-53 ， 65 ，66是不可能的也是不合理的，否則，所判斷的質(zhì)量數(shù)最大的峰就不是分子離子峰，.因?yàn)橐粋€(gè)有機(jī)化合物分子不可能失去413 個(gè)氫而不斷鍵 .如果斷鍵 ,

2、失去的最小碎片應(yīng)為CH3, 它的質(zhì)量是 15 個(gè)質(zhì)量單位 .3）分子離子峰應(yīng)為奇電子離子，它的質(zhì)量數(shù)應(yīng)符合氮規(guī)則：在有機(jī)化合物中，凡含有偶數(shù)氮原子或不含氮原子的，相對(duì)分子質(zhì)量一定為偶數(shù)，反之，凡今吸奇數(shù)氮原子的，相對(duì)分子質(zhì)量一定是奇數(shù)，這就是氮規(guī)則。運(yùn)用氮規(guī)則將有利于分子離子峰的判斷和分子式的推定，經(jīng)元素分析確定某化合物的元素組成后，若最高質(zhì)量的離子的質(zhì)量與氮規(guī)則不符，則該離子一定不是分子離子。如果某離子峰完全符合上述3 項(xiàng)判斷原則，那么這個(gè)離子峰可能是分子離子峰;如果 3 項(xiàng)原則中有一項(xiàng)不符合，這個(gè)離子峰就肯定不是分子離子峰.應(yīng)該特別注意的是 ,有些化合物容易出現(xiàn) M-1 峰或 M+1 峰。

3、二 常見有機(jī)化合物的質(zhì)譜（一）烴類正構(gòu)烷烴：每隔 14個(gè)質(zhì)量單位出峰43Cn H2n+1 離子系列571529718599 113142m/z正癸烷質(zhì)譜圖芳烴基峰研究高質(zhì)量端離子峰, 確定化合物中的取代基M 15(CH 3);M 16(O, NH2);M 17(OH, NH 3);M 19(F);M 27(HCN, C 2 H 3);M 29(CHO, C 2H5);M 31(CH 2OH, OCH 3);M 35(Cl);M 43(CH 3CO, C 3H7);M 18(H 2O);M 26(C 2H 2);M 28(CO, C 2H 4);M 30(NO);M 32(S, CH 3OH)M

4、 42(CH 2CO, CHM 44(CO 2, CS2)2N2)M-15(.CH )M-27(CHNH .CHCH) M-32(CH OH,S,O )32232M-16(O)M-28(CO,CH2CH2)M-33(CH +H O)32M-17(.OH,NH 3)M-29(CHO,C 2H 5)M-34(H 2S)M-18(H 2O)M-30(CH 2O,NO)M-35(Cl)M-26(CN,HCCH)M-31(OCH 3,CH 2OH)M-36(2H 2O,HCl)第二節(jié) :基本原理2.1 基本原理質(zhì)譜是唯一可以確定分子式的方法。而分子式對(duì)推測(cè)結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的。質(zhì)譜法的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它方法

5、，測(cè)試樣品的用量在不斷降低，而且其分析速度快，還可同具有分離功能的色譜聯(lián)用。具有一定壓力的氣態(tài)有機(jī)分子，在離子源中通過一定能量(70ev)的電子轟擊或離子分子反應(yīng)等離子化方式，使樣品分子失去一個(gè)電子產(chǎn)生正離子, 繼而還可裂解為一系列的碎片離子，然后根據(jù)這些離子的質(zhì)荷比(m/ ze)的不同， 用磁場(chǎng)或磁場(chǎng)與電場(chǎng)等電磁方法將這些正離子進(jìn)行分離和鑒定。由此可見質(zhì)譜最簡(jiǎn)單形式的三項(xiàng)基本功能是：（1）氣化揮發(fā)度范圍很廣的化合物；（2）使氣態(tài)分子變?yōu)殡x子（除了在氣化過程中不產(chǎn)生中性分子而直接產(chǎn)生離子的化合物）；（3）根據(jù)質(zhì)荷比 (m/ze)將它們分開，并進(jìn)行檢測(cè)、記錄。由于多電荷離子產(chǎn)生的比例比單電荷離子

6、要小得多，通常取z 等于 1， e 為常數(shù)（ 1 個(gè)電子的電荷） ，因而就表征了離子的質(zhì)量。這樣，質(zhì)譜就成為了產(chǎn)生并稱量離子的裝置。由于各化合物所形成的離子的質(zhì)量以及各種離子的相對(duì)強(qiáng)度都是各化合物所特有的，故可從質(zhì)譜圖形中確定分子量及其結(jié)構(gòu)。(一)電離方式：一般， MS 測(cè)定采用電子轟擊法（ electron impact ionization ，簡(jiǎn)稱 EI ），故稱 EIMS 。它是應(yīng)用最普遍、發(fā)展最成熟的電離方法。測(cè)定 EI-MS 時(shí)，需要先將樣品加熱氣化，而后才能電離。故容易發(fā)生熱分解的化合物，如醇、糖苷、部分羧酸等，往往測(cè)不到分子離子峰，看到的只是其碎片峰。而一些大分子物質(zhì)， 如糖的聚

7、合物、 肽類等， 也因難于氣化而無法測(cè)定。故近來多將一些對(duì)熱不穩(wěn)定的樣品，如糖類、醇類等，進(jìn)行乙酰化或三甲基硅烷化（TMS 化），形成對(duì)熱穩(wěn)定性好的揮發(fā)性衍生物后再進(jìn)行測(cè)定。近二十余年來， 在電離方式的研發(fā)方面取得了巨大成績(jī)， 針對(duì)生物大分子等大極性、 難氣化、不穩(wěn)定的化合物，開發(fā)了多種使樣品不必加熱氣化而直接電離或者防止化合物熱分解的新電離方法（軟電離方法），如：1. 化學(xué)電離（ Chemical ionization, 簡(jiǎn)稱 CI）2. 場(chǎng)致電離（ field ionization, 簡(jiǎn)稱 FI ）和場(chǎng)解析電離 (field desorption ionization ，簡(jiǎn)稱 FD)3.

8、快速原子轟擊電離（ fast atom bombardment, 簡(jiǎn)稱 FAB）4. 基質(zhì)輔助激光解吸電離（ matrix-assisted laser desorption ionization ，簡(jiǎn)稱 MALDA ）5. 電噴霧電離（ electrospray ionization ，簡(jiǎn)稱 ESI）6. 大氣壓化學(xué)電離（ atmospheric pressure chemical，簡(jiǎn)稱 APCI ）等。目的是一方面使質(zhì)譜能顯示出那些不穩(wěn)定、高極性、難氣化、難電離的化合物的分子離子峰，另一方面通過檢測(cè)多電荷離子，使質(zhì)量分析器檢測(cè)的質(zhì)量提高幾十倍甚至更高。要注意的是，軟電離方法一般顯示明顯的準(zhǔn)

9、分子離子峰，如M+H +或M-H + 峰、有時(shí)會(huì)出現(xiàn)M+Na +、 M+K +峰等，而碎片離子峰往往很少，甚至沒有。第三節(jié) . 分子量和分子式的確定3.1 分子量的確定從理論上講，除同位素峰外，分子離子峰(Molecular Ion, M +.)呈現(xiàn)在譜圖中的最高質(zhì)量位置。但當(dāng)分子離子不穩(wěn)定時(shí)，可能導(dǎo)致分子離子峰不在譜圖中出現(xiàn)，或生成大于或小于分子離子質(zhì)量的(M+H) +、(M-H) +或(M+Na) +峰等。M + e M+. + 2e對(duì)于純化合物而言，判斷分子離子峰時(shí)應(yīng)注意：1. 峰的強(qiáng)度分子離子峰的強(qiáng)度依賴于分子離子的穩(wěn)定性。當(dāng)分子具有大的共軛體系時(shí)，其穩(wěn)定性高；其次是有雙鍵的化合物的分

10、子離子穩(wěn)定性較高；環(huán)狀結(jié)構(gòu)因斷裂一個(gè)鍵后仍未改變質(zhì)量，其分子離子峰也強(qiáng)；支鏈越多，分子離子越不穩(wěn)定; 雜原子攜帶正電荷的能力按周期表自上而下的位置依次增強(qiáng), 因而硫醇和硫醚的分子離子比醇和醚穩(wěn)定.通常有機(jī)化合物在質(zhì)譜中表現(xiàn)的穩(wěn)定性有以下次序：芳香環(huán)>脂環(huán) >硫醚、硫酮>共軛烯> 直鏈碳?xì)浠衔?gt; 羰基化合物> 醚> 胺>支鏈烴> 晴>伯醇> 仲醇>叔醇> 縮醛.2. 氮規(guī)則(Nitrogen Rule)對(duì)于只含有C、H 、O、N 的有機(jī)化合物，若其分子中不含氮原子或含有偶數(shù)個(gè)氮原子，則其分子量為偶數(shù)；若其分子中含有奇

11、數(shù)個(gè)氮原子，則其分子量為奇數(shù)。凡是奇電子離子（包括碎片離子）都符合氮規(guī)則，而偶電子離子則剛剛相反。3. 中性碎片（小分子及自由基）的丟失是否合理如一般由 M +.減去 4 14 個(gè)質(zhì)量單位或減去21 25 個(gè)質(zhì)量單位是不可能的。4. 可采用軟電離方法驗(yàn)證a降低電子束能量。b降低樣品加熱溫度。c擴(kuò)散法。d (M+H) +峰的判別。e軟電離方法： 場(chǎng)電離（ FI ）、場(chǎng)解吸（ FD ）、化學(xué)電離（ CI）、解吸化學(xué)電離 （ DCI ）、快原子轟擊 （ FAB ）、電噴霧電離（ ESI）等軟電離方法一般顯示明顯的準(zhǔn)分子離子峰，如 M+H +或M-H + 峰、有時(shí)會(huì)出現(xiàn) M+Na + 、M+K +峰等

12、，而碎片離子峰往往很少，甚至沒有。3 2分子式測(cè)定1同位素豐度法 貝農(nóng)（ Beynon）表 分子式測(cè)定可采用同位素豐度法貝農(nóng)（ Beynon）表 ，但此法對(duì)分子量大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不穩(wěn)定的化合物是不適用的?，F(xiàn)在一般都采用高分辨質(zhì)譜法測(cè)定，可直接顯示可能分子式及可能率。若測(cè)出的分子量數(shù)據(jù)與按推測(cè)的分子式計(jì)算出的分子量數(shù)據(jù)相差很小(與儀器精密度有關(guān), 一般小于0.003), 則可認(rèn)為推測(cè)可信的。表：有機(jī)化合物常見元素同位素及其豐度12C(100%),13C(1.08%);1H(100%), 2 H(0.016%);16O(100%), 17O(0.04%), 18O(0.20%);14N(100%),

13、 15N(0.37%);32S(100%), 33S(0.80%), 34S(4.60%);35Cl(100%), 37Cl(32.5%);79Br(100%), 81Br(98.0%).第四節(jié) 電子轟擊電離過程+-n+ （ n+1） e-1. 電離： ABC + e - ABC +2eABC + e - ABC2。碎裂：ABC + + e- A+ +BC （AB+C 或A+BC+ ）簡(jiǎn)單斷裂ABC + + e- AC+B重排3。分子 -離子反應(yīng)+締合ABC + ABC ABCABC+原子或基團(tuán)剝奪ABC + ABC ABCA + BC4。共振俘獲：ABC + e- ABC5離解共振俘獲：AB

14、C + e - AB- + C6生成離子偶：ABC + e- AB+ + C -+ e-目前，大多數(shù)質(zhì)譜儀的分析數(shù)據(jù)取自正離子。例 1某化合物分子式為C4H8O，其 MC 圖如下，試推斷其結(jié)構(gòu)例 2. 某化合物的分子式為C8 H 16O,質(zhì)譜數(shù)據(jù)如下 , 推斷化合物結(jié)構(gòu).例 3. 某化合物的質(zhì)譜數(shù)據(jù)如下, 推斷化合物結(jié)構(gòu).m/z : 43(30%), 51(15%), 76(20%), 77(8%), 111(28%), 113(9%), 139(100%), 141(33%), 154(55%), 156(19%).解:例 4. 某化合物結(jié)構(gòu)見下圖,并有如下質(zhì)譜數(shù)據(jù), 試用質(zhì)譜證實(shí)其結(jié)構(gòu).N

15、Nm/z : 322(15%), 249(17%), 206(16%), 117(50%), 116(56%), 113(100%), 98(60%), 86(90%).例 5. 某化合物分子式為C8H 8O2, 其質(zhì)譜數(shù)據(jù)如下, 并在 31003700cm-1 處無紅外吸收 , 推斷化合物結(jié)構(gòu).m/z : 136(M), 105(100%), 77, 51, 39.例 6. 某化合物分子式為C6H 12O, 其質(zhì)譜數(shù)據(jù)如下, 推斷化合物結(jié)構(gòu).例 7.某烷烴的質(zhì)譜數(shù)據(jù)如下 ,推斷化合物結(jié)構(gòu) .m/z : 114(M, 2%), 99(7%), 85(50%), 71(67%), 57(53%)

16、, 43(100%), 29(35%).例 8.抗真菌的大環(huán)多烯抗菌素-欽氏菌素 (Chainin) 結(jié)構(gòu)如下 C33H54O10,用質(zhì)譜證實(shí)其取代基位置 .OH OH OHOH OHOHOOOHOH85197407還原295M=464NH例 9. 化合物的質(zhì)譜數(shù)據(jù)如下, 解釋各碎片離子峰.m/z : 113(M, 25), 98(12), 84(100), 85(14),70(60), 56(35), 41(38), 27(20).例 10. 下列三個(gè)化合物的質(zhì)譜數(shù)據(jù)如下(碎片峰強(qiáng)度順序遞減), 指出其對(duì)應(yīng)關(guān)系.OHOHOABC(1). m/z : 154(M,12.8), 84(100), 1