导图社区 质谱法MS
人卫教材分析化学第十六章——质谱法
编辑于2020-07-20 19:47:42系统性红斑狼疮是有很强的遗传性的,一般同卵双胎的人,患上这种疾病的概率会早50%,5%~13%的系统性红斑狼疮额患者是可以在一级、二级的亲属中找到另一位患上系统性红斑狼疮的患者,患上系统性红斑狼疮的人他们的子女中,患上这种疾病的概率会是5%,遗传也是导致患上系统性红斑狼疮的主要因素之一。
类风湿是一种由多种病因所致、以慢性关节炎为特征的结缔组织病,是儿童最常见的慢性疾病之一。儿童也会患类风湿,幼年类风湿的三点知识,你一定要知道。
很多朋友都受到高尿酸痛风的困扰,特别是痛风急性发作期间,疼痛难忍,苦不堪言。可是有的朋友却总忘不了杯中之物,总听说痛风了,啤酒不能喝,那喝点白酒,舒筋活血行不行呢?实际上,不管是啤酒还是白酒,对于有高尿酸痛风问题的朋友来说,都不建议喝,更不建议多喝。
社区模板帮助中心,点此进入>>
系统性红斑狼疮是有很强的遗传性的,一般同卵双胎的人,患上这种疾病的概率会早50%,5%~13%的系统性红斑狼疮额患者是可以在一级、二级的亲属中找到另一位患上系统性红斑狼疮的患者,患上系统性红斑狼疮的人他们的子女中,患上这种疾病的概率会是5%,遗传也是导致患上系统性红斑狼疮的主要因素之一。
类风湿是一种由多种病因所致、以慢性关节炎为特征的结缔组织病,是儿童最常见的慢性疾病之一。儿童也会患类风湿,幼年类风湿的三点知识,你一定要知道。
很多朋友都受到高尿酸痛风的困扰,特别是痛风急性发作期间,疼痛难忍,苦不堪言。可是有的朋友却总忘不了杯中之物,总听说痛风了,啤酒不能喝,那喝点白酒,舒筋活血行不行呢?实际上,不管是啤酒还是白酒,对于有高尿酸痛风问题的朋友来说,都不建议喝,更不建议多喝。
质谱法MS
基本原理
基本原理
将样品分子离子化后经加速进人磁场中,在高压电场的作用下,质量为m的正离子在磁感应强度H的磁场作用下作垂直于磁场方向的圆周运动。其动能与加速电压V及电荷z有关。具有速率v的带电粒子进入质量分析器的电磁场中,根据所选择的不同分离方式,最终实现各种离子按m/z进行分离。按各离子的m/z顺序对各离子信号相对强度大小进行记录的图谱即为质谱图。
式中,z为电荷数,e为离子的荷电单位(e=1.60×10⁻¹⁹C),m为离子的质量,v为离子被加速后运动的速率。
表示方法
质谱图/棒图:以质核比为横坐标、以相对强度为纵坐标
质谱表/表格
质谱仪
1. 真空系统
机械泵预抽真空,然后扩散泵/分子泵高效率连续地抽真空
2. 样品导入系统
间接式:气体、易挥发试样
直接探针:热敏性固体、难挥发固体或液体
色谱连用导入试样
3. 离子源
将气态样品分子转化为离子,并对离子进行加速。同时又具有准直和聚集作用,是离子汇聚成具有一定几何形状和能量的离子束进入质量分析器
a. 电子轰击电离源EI
电加热锑或钨丝到2000℃,产生高速的电子束,样品经过汽化进入电离室,与电子流撞击,若获得能量高于分子的电离能,则分子M失去电子而发生电离或碎裂,失去一个电子而形成分子离子。
优点:非选择性电离,效率高;应用最广,技术成熟,重现性好;灵敏度高,指纹图谱;稳定性高,操作简便
缺点:样品必须能汽化;有的分子离子不稳定,易碎裂
b. 化学电离源CI
在离子源内充满一定压强的反应气,用高能离子流轰击反应气使之电离,生成初级离子;初级离子与未电离的反应气进行一系列的分子-离子碰撞反应,生成二次加合离子,二次离子与样品分子发生碰撞,使之电离
优点:软电离,准分子离子峰强度大;易获得有关化合物基团的信息;适合做多离子检测
缺点:重现性差;碎片离子少,结构信息缺少;不适合于热不稳定、难挥发物质
c. 快原子轰击源FAB
由电场使 Ar(或Xe)电离,离子枪产生高能量Ar⁺,Ar⁺进人充氩气电荷交换室,经电荷交换,形成高能中性快速氩原子流,高速氩原子流撞击涂有样品的金属板,向样品分子转移能量,使其离子化,在电场作用下进人质量分析器。
优点:软电离,获得的分子离子或准分子离子较强;适合热不稳定、强极性分子、生物分子及配合物
缺点:重现性差,对非极性化合物灵敏度低,基质在低质量区易产生较多干扰峰
d. 大气压电离源API
包括ESI、APCI、APPI,ESI和APCI常色谱质谱联用。
e. 基质辅助激光解析电离源MALDI
利用对使用的激光波长范围具有吸收并能提供质子的基质,将样品与其混合溶解并形成混合体,MALDI在真空下用激光束轰击样品和基质的共结晶,基体吸收激光能量,并传递给样品,从而是样品解吸电离
优点:准分子离子峰强,对杂质的耐受量大,应用于多肽、蛋白质、低聚核苷酸、低聚糖,可测M>40万以上的物质
4. 质量 分析器
依据不同方式将样品离子按质荷比分开,得到按质荷比大小顺序排列的谱图
a. 磁质量分析器
单聚焦:能对离子束实现质量色散和方向聚焦作用
当加速电压V或磁场强度H一定时,磁场可将不同质量的离子按m/z大小顺序分成不同的离子束;而具有相同m/z的离子,无论其进人磁场时方向如何,经质量色散后均具有相同的运动半径R,因而最终都能被集中成一个离子束通过狭缝到达检测器。
不能对不同动能的离子实现聚焦,分辨率较低
双聚焦:能对离子束实现质量色散、能量聚焦和方向聚焦作用
在加速电场和磁场之间增加了一个具有能量色散作用的静电分析器,只有动能与其运动半径R相应的离子才能通过静电场狭缝进人磁场。在磁场进行质量色散和方向聚焦之前,即实现了能量(或速度)聚焦,避免了m/z相同而能量不同离子通过磁场后产生的发散,从而大大提高了分辨率
优点:分辨率高于单聚焦;质量准确度高;误差小
缺点:价格贵,体积大,调整操作较困难
b. 四级杆质量分析器
被加速的离子東穿过对准四根极杆之间空间的准直小孔,通过在四极上加上直流电压U和射频电压Vcosωt。在极间形成一个射频场,正电极电压为U+Vcosωt,负电极为-(U+Vcosωt)。离子进人此射频场后,受到电场力作用,只有合适m/z的离子才会通过稳定的振荡进人检测器发生信号,其他离子在运动过程中撞击在筒形电极上而被“过滤”掉,最后被真空泵抽走。只要改变直流电压U和射频电压V并保持U/V比值恒定时,就能将离子按照m/z大小分开来形成质谱图。
优点:可在较低的真空度下工作;扫描速度快;结构简单、体积小,自动化程度高
缺点:分辨率低于双聚焦质量分析器;质量范围较窄,;不能提供亚稳离子信息
c. 飞行时间质量分析器TOF
主要组成部分是一个离子漂移管,从离子源飞出的离子被加速获得相等的动能,计算离子飞出离子源的速率,以该速率飞越长度L的无场漂移管,离子质量越大,到达接收器所需时间越长,离子质量越小,到达接收器所用时间越短,根据这一原理,可以把不同质量的离子按m/z值大小进行分离。
优点:测离子的质荷比没有上限;可获得高分辨质谱,不同质荷比离子可同时检测,可实现快速的离子传输,结构简单,便于维护
缺点:要求离子尽可能同时开始飞行,需要脉冲开关。
d. 离子阱质量分析器
核心部件
5. 离子检测器
接受由质量分析器分离的离子进行离子计数并转换成电信号放大输出,经计算器采集和处理,得到按不同质荷比值排列和对应离子丰度的质谱图
6. 主要性能指标
a. 质量范围
b. 分辨率R
c. 灵敏度
d. 质量准确度
主要离子
1. 分子离子
化合物分子通过某种电离方式,失去一个外层价电子而形成带正电荷的离子
m/z=M
2. 碎片离子
具有较高能量的分子离子进一步碎裂产生的离子
3. 亚稳离子
离子离开离子源由于某些原因在飞行过程中裂解失去中性碎片而形成低质量的离子
峰宽大(2~5),相对强度低,m/z不为整数
通过亚稳离子找到母离子的质量和子离子的质量确定裂解途径
4. 同位素离子
同位素离子形成的M、M+1、M+2等峰
a. 元素最轻同位素的天然丰度最大,分子离子峰由该种同位素组成
b. 碳 的同位素峰比较常见
c. 根据M⁺、[M+2]⁺两个峰强度比推断分子中是否含有S、Cl、Br及其原子数
S:M+2/M=0.044n
单独含有氯或溴,峰强比近似(a+b)ⁿ展开式
氯:a=3,b=1
溴:a=1,b=1
裂解类型
单纯开裂
1. 均裂:电子一人一半
2. 异裂:电子都归其中一个
3. 半异裂:已离子化的σ键开裂
烷烃谱图上出现CnH2n+1的系列峰,以m/z43,57最大
裂开重排
1. 麦氏重排
醛、酮、酸、酯、酰胺、羰基衍生物、烯、炔及烷基苯环
含C=O、C=N、C=S、C=C及苯环的化合物,且与该基团相连的键上有γ-H原子
γ-H转移到杂原子或双键碳原子上,同时发生β键的断裂,形成一个中性分子和一个质量数为偶数、电子书为奇数的离子
2. 逆狄-阿重排RDA
不饱和环的开裂
环己烯裂解成一离子化的共轭双烯化合物(或衍生物)和乙烯(或衍生物)
单电子引发,经过两次α断裂
分子式确定
分子离子峰的识别 往往在最右端
1. 分子离子峰的质量必须符合氮数规律
不含氮或含偶个氮的化合物m/z一定是偶数;含奇个氮化合物是奇数
2. 有机物分子离子峰稳定性顺序
a. 碳数越多,碳链较长和有支链的分子,分裂概率较高,峰稳定性低
b. 具有π键合芳香族化合物和共轭链烯。分子离子稳定,峰大
c. 规律:芳环>共轭多烯>烯>环状化合物>羰基化合物>直链烷烃>醚>酯>胺>酸>醇>高度分支烷烃
3. 分子离子峰与其相邻质荷比小的碎片离子的质量差应合理
4~14、21~25、37、38、50~52都不合理
4. 分子离子峰强弱跟实验条件有关
5. 考虑准分子离子峰[M+1]⁺和[M-1]⁺峰
[M+1]⁺:醚、酯、胺、酰胺、腈化合物等
[M-1]⁺:芳醛、某些醇、某些含氮化合物
相对分子质量的测定
一般质荷比等于相对分子质量
分子式的确定
由同位素离子峰确定分子式
高分辨质谱仪精确测定相对分子质量
有机化合物的质谱
1. 烃类
a. 烷烃
有m/z29,43,57,71…(差14)一系列碎片离子峰,强度逐渐减弱
正构烷烃碎片离子峰峰顶连起来是圆滑的抛物线
m/z43和57的峰强度大
有m/z28、42、56、70…一系列弱峰
m/z71、85、113、127强度不规则,该处一定是分支
b. 烯烃
分子离子峰比烷烃强
有一系列m/z27、41、55、69…的峰
易发生β-裂解得到烯丙基离子峰
含γC和伽马H,发生麦氏重排
c. 芳烃
分子离子峰较强
烷烃苯易发生β-裂解,产生m/z91䓬鎓特征离子
产生m/z91的峰进一步产生m/z65及39
烷基苯α-裂解产生m/z77的苯基离子峰,进一步产生m/z51分峰
具有γ-H的烷基取代苯,麦氏重排,产生m/z92峰
特征峰有:m/z91、m/z77、m/z65、m/z39
2. 饱和脂肪醇
分子离子峰很弱
易发生α-断裂
易发生脱水重排,产生m-18离子
直链伯醇会出现含羟基离子(m/z 31+14n)、烷基离子及烯烃离子(m/z27、41、55)三种碎片离子,质谱法较多
3. 醛和酮
醛
分子离子峰较强
α裂解产生m/z29峰和[M-1]⁺
[M-1]⁺是醛的特征峰
具有γ-H的醛发生麦氏重排,得到m/z 44/58/72的离子峰
长链脂肪醛可以发生β裂解,产生m/z 29、43、57…的峰
酮
α断裂,遵循丢失最大烃基规则
有明显的m/z58/72/86峰和α断裂形成的m/z(43+14n)峰
γ-H的醛麦氏重排
4. 羧酸和酯类
一元脂肪酸及其酯的分子离子峰都是中弱峰;芳酸及其酯的分子离子峰较强
易发生α裂解
具有γ-H的酸和酯麦氏重排产生m/z60强特征峰
芳香羧酸M-17、M-45
5. 含氮化合物
a. 脂肪胺
分子离子峰弱甚至没有
易发生α断裂,丢失最大烃基,产生m/z(30+14n)峰
伯酰胺m/z30处强峰
b. 芳胺类
分子离子峰强,有一个中等强度的[M-1]⁺峰
伯胺产生m/z66和65的明显峰
有烃基侧链的苯胺m/z106
c. 酰胺类
分子离子峰较弱
易发生α裂解
有γ-H麦氏重排,m/z59
谱图解析
由高m/z值确定分子离子峰、相对分子质量,从强弱判断化合物类型和是否有Cl、Br、S
根据同位素丰度确定分子离子和重要碎片离子元素组成、分子式
由分子式算不饱和度
研究质谱概貌,判断分子类型
m为离子质量的整数