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从有机化合物的质谱图中可以看到许多离子峰,这些峰的m/z和相对强度取决于分子结构,并与仪器类型,实验条件有关。质谱中主要的离子峰有分子离子峰、碎片离子峰、同位素离子峰、重排离子峰及亚稳离子峰等。正是这些离子峰给出了丰富的质谱信息,为质谱分析法提供依据。下面对这些离子峰进行简要介绍。分子离子峰,分子受电子束轰击后失去一个电子而生成的离子M称为分子离子,例如:M+e→M + 2e。
在质谱图中由M所形成的峰称为分子离子峰。因此,分子离子峰的m/z值就是中性分子的相对分子质量Mr,而Mr是有机化合物的重要质谱数据。分子离子峰的强弱,随化合物结构不同而异,其强弱一般为:芳环>醚>酯>胺>酸>醇>高分子烃。分子离子峰的强弱可以为推测化合物的类型提供参考信息。碎片离子峰,当电子轰击的能量超过分子离子电离所需要的能量时(约为50~70eV),可能使分子离子的化学键进一步断裂,产生质量数较低的碎片,称为碎片离子。在质谱图上出现相应的峰,称为碎片离子峰。碎片离子峰在质谱图上位于分子离子峰的左侧。同位素离子峰,在组成有机化合物的常见十几种元素中,有几种元素具有天然同位素,如C,H,N,O,S,Cl,Br等。所以,在质谱图中除了最轻同位素组成的分子离子所形成的M峰外,还会出现一个或多个重同位素组成的分子离子峰,如(M+1)、(M+2)、(M+3)等,这种离子峰叫做同位素离子峰。对应的m/z为M+1、M+2、M+3表示。人们通常把某元素的同位素占该元素的原子质量分数称为同位素丰度。同位素峰的强度与同位素的丰度是相对应的,下表列出了有机化合物中元素的同位素丰度及峰类型。由下表可见,S、Cl、Br等元素的同位素丰度高,因此,含S、C、Br等元素的同位素其M+2峰强度较大。一般根据M和M+2两个峰的强度来判断化合物中是否含有这些元素。
一般而言,质谱是与液相色谱或气相色谱联用进行检测的。气相色谱和液相色谱的作用是分离,而质谱的作用是检测。质谱的检测我们在电脑上得到的是一张质谱图,由物质的质荷比来确定所要分析的有机化合物。
就拿LC-MS(液质联用)做例,LC-MS用的是三重四级杆作为检测装置,四级杆是一种质量检测装置,它能测定进入质谱的离子的质荷比。三重四级杆分为三个部分,质量分析器-活化碰撞室-质量分析器。首先有机化合物经过液相色谱分离后进入质谱仪,先通过电喷雾电离源,将分子软电离,获得或失去一个质子成为离子,离子通过质量分析器Q1,就能测定其质荷比,该离子成为母离子。母离子继续前进,进入活化碰撞室,与氦气碰撞后被打碎成碎片离子,该碎片离子成为子离子。而子离子继续前进,就进入另一根质量分析器Q2中,就能测定子离子的质荷比。
由于LC-MS拥有三重四级杆,因此有六大检测模式:全扫描,选择离子扫描;子离子扫描,母离子扫描,中性丢失,多反应监测。
在测定物质前,首先要做一次全扫描,扫描对象是所有进入到第一根质量分析器中所有的母离子,这样就能得到你要检测的混合液中多有存在的物质。
选择离子监测模式(Selective Ion Monitoring,SIM):使用的也只有Q1段,但它检测的不是一定范围,而是已知质量的母离子,通常是对指定化合物进行定量分析。
子离子扫描模式(Product Scan):就是在Q1中选择一个特定的母离子,使其通过Q1后进入Q2碰撞活化室中打碎,然后通过Q3再进行一次全扫描,来检测所有母离子可以产生的碎片离子,寻找碎片离子峰用于定性,得到该母离子其分子可能拥有的官能团。
母离子扫描模式(Precursor Scan):母离子扫描和子离子正好相反,在Q1阶段做全扫描,到Q2后碰撞活化,在Q3选择指定的特征离子质量,在反推得能产生该子离子的母离子。该方法一般用于定性分析化合物中的同系物。
中性丢失扫描模式(Neutral Loss):它使用的样品脱去的是一个中性分子,因此对样品本身的要求就很高,而我们手头没有这样的样品,所以这种模式我们不会做。
多反应监测模式(MRM):我们在Q1中选择的是一个特定的母离子,它通过Q2碰撞活化之后,进入Q3再选择该母离子的一个特定的子离子将进行扫描。由于经过两次指定的选择,它的干扰小而且信噪比最高,用于定量分析。
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1、有机质谱仪基本工作原理:以电子轰击或其他的方式使被测物质离子化,形成各种质荷比(m/e)的离子,然后利用电磁学原理使离子按不同的质荷比分离并测量各种离子的强度,从而确定被测物质的分子量和结构。
2、无机质谱仪与有机质谱仪工作原理不同的是物质离子化的方式不一样,无机质谱仪是以电感耦合高频放电 (ICP)或其他的方式使被测物质离子化。
质谱分析法的特点是测试速度快,结果精确。广泛用于地质学、矿物学、地球化学、核工业、材料科学、环境科学、医学卫生、食品化学、石油化工等领域以及空间技术和公安工作等特种分析方面。
扩展资料:
质谱仪的应用
质谱仪最重要的应用是分离同位素并测定它们的原子质量及相对丰度。测定原子质量的精度超过化学测量方法,大约2/3以上的原子的精确质量是用质谱方法测定的。由于质量和能量的当量关系,由此可得到有关核结构与核结合能的知识。
对于可通过矿石中提取的放射性衰变产物元素的分析测量,可确定矿石的地质年代。质谱方法还可用于有机化学分析,特别是微量杂质分析,测量分子的分子量。
为确定化合物的分子式和分子结构提供可靠的依据。由于化合物有着像指纹一样的独特质谱,质谱仪在工业生产中也得到广泛应用。
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