質量分析器是質譜儀的核心,它將離子源產生的離子按其質荷比(m/z)的不同,按空間的位置、時間的先后或軌道的穩定與否進行分離,以便得到按質荷比大小順序排列而成的質譜圖。
一、分子離子峰
1.分子離子峰強度
分子離子是質譜圖中最有價值的信息,它不但是測定化合物分子量的依據,而且可以推測化合物的分子式。從分子中失去的電子應該是分子中束縛最弱的電子,如雙鍵或三鍵的π電子,雜鍵上的非鍵電子。
易失去電子的化合物,如環狀化合物,雙鍵化合物等,其分子離子穩定,分子離子峰較強,而長碳鏈烷烴,支鏈烷烴等正與此相反。各類化合物分子離子穩定性次序大致為:芳香環(芳香雜環)>共軛烯>烯>脂環>硫醚,硫酮>酰胺>酮>醛>直鏈烷烴>醚>酯>胺>羧酸>腈>伯醇>仲醇>叔醇>高度支鏈烴。芳環、脂環、硫醚、硫酮、共軛烯分子離子峰比較明顯,直鏈酮、酯、酸、醛、酰胺、鹵化物等通常顯示分子離子峰,脂肪族醇、胺、亞硝酸酯、硝酸酯、硝基化合物、腈類及多支鏈化合物容易裂解,分子離子峰通常很弱或不出現。
分子離子峰不出現或豐度極低難以確認,可根據不同情況改變實驗條件。
1)降低轟擊電子的能量:將常用的70eV改變15eV以減少形成的分子離子繼續斷裂的幾率,降低了碎片離子的豐度,使分子離子峰的相對豐度增加,從而可能辨認出分子離子。
2)用CI,FI,FD等軟電離方法:降低轟擊電子能量的結果會使儀器的靈敏度下降,雖然分子離子峰的豐度有所提高但離子的絕對強度降低,一些由于熱不穩定和低揮發性等原因而不出現分子離子峰的化合物,用這種辦法不會得到預期的效果,這時可采取各種軟電離的辦法,雖然碎片離子大量減少,但可以突出分子離子峰。
2.分子離子峰的識別
解析時一般把譜圖中最高質荷比的離子假設為分子離子,后用分子離子的判別標準一一對比,若被檢查離子不符其中任何一條標準,則它一定不是分子離子,若被檢查離子符合所有條件,則它有可能是分子離子。
1)分子離子必須是奇電子離子
2)是否符合氮規則(有機化合物的分子量是偶數或奇數與所含有的氮原子的數目有關。凡不含氮原子或偶數個氮原子的化合物,其分子量必為偶數,含奇數個氮原子的化合物,其分子量必為奇數)。
3)合理的中性碎片的丟失。這些中性碎片可能是小分子或者自由基基團。這些中性碎片有著特殊的質量數,m/z最高值與臨近的碎片離子之間應有一個合理的質量差。如果這個質量差落在4-14和21-25之間就是不合理,如果在M-4到M-13的范圍內存在峰,則說明原所假定的分子離子峰不是分子離子峰。
二、碎片離子
碎片離子的質荷比及其豐度在質譜數據中占很大比例。碎片離子的相對豐度與分子結構有密切關系,高豐度的碎片峰代表分子中易于裂解的部分,如果有幾個主要碎片峰,并且代表著分子的不同部分,則由這些碎片峰就可以粗略地把分子骨架拼湊起來。
1.α斷裂:飽和雜原子、不飽和雜原子、烯烴類的烯丙位裂解。
2.誘導斷裂。
3.重排開裂:麥氏重排、逆迪爾斯-阿爾德重排、脫去小分子化合物的重排、復雜開裂骨架重排。
質譜技術作為目前最主流的成分鑒定檢測的方法,已經廣泛應用于化學化工、醫藥科學、生命科學、環境科學等眾多研究領域并形成一系列交叉學科。有機質譜解析是質譜技術的基礎,對于物質的確定有著重要的意義。隨著質譜技術的發展,學者和儀器廠商也開發出新的質譜解析方法及軟件并得到廣泛證實應用。
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