質(zhì)譜(Mass Spectrometry)|質(zhì)譜分析

質(zhì)譜是有機(jī)化合物鑒定的有力工具之一，包括相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定、化學(xué)式確定及結(jié)構(gòu)鑒定等。

1、相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定

從分子離子峰的質(zhì)荷比可以準(zhǔn)確地測(cè)定其相對(duì)分子質(zhì)量。理論上可認(rèn)為除同位素峰外，分子離子峰應(yīng)該是最高質(zhì)量處的峰，但有時(shí)由于分子離子的穩(wěn)定性差而觀察不到分子離子峰。在純樣品質(zhì)譜中，分子離子峰應(yīng)具有以下性質(zhì):

（1）原則上除同位素峰外，分子離子峰是最高質(zhì)量的峰。但某些樣品會(huì)形成質(zhì)子化離子峰及締合離子峰。下圖是樣品可能會(huì)形成的加合離子。在ESI源條件下，雙電荷離子如(M+2H)^2+^，(M-2H)^2-^和二聚體離子如(2M+H)^+^，(2M+HCOO)^-^也經(jīng)常被觀測(cè)到。

（2）符合氮規(guī)則：在只含C、H、O、N的化合物中，不含或含偶數(shù)個(gè)氮原子的分子的質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)，含有奇數(shù)個(gè)氮原子的分子的質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)。這是因?yàn)樵谟蒀、H、O、N、P、鹵素等元素組成的有機(jī)分子中，只有氮原子的化合價(jià)為奇數(shù)而質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)。

（3）存在合理的碎片丟失。有機(jī)分子經(jīng)離子化后，分子離子可能丟失一個(gè)H或CH 3 、H2O、C2H4等碎片，相應(yīng)會(huì)出現(xiàn)M-1、M-15、M-18、M-28的碎片峰。

2、化學(xué)式的確定

（1）高分辨的質(zhì)譜儀可以精確地測(cè)定分子離子或碎片離子的質(zhì)荷比，則可利用化合物的確切質(zhì)量推算出其元素組成。如CO與N 2 ，兩者的質(zhì)量數(shù)都是28，但兩者確切質(zhì)量為27.9949與28.0061，若質(zhì)譜儀測(cè)得的質(zhì)荷比為28.0040，則可推斷其為N 2 。

（2）有些元素具有天然存在的穩(wěn)定同位素，所以在質(zhì)譜圖上出現(xiàn)一些M+1、M+2的峰，由這些同位素形成的離子峰稱為同位素離子峰。

分子離子的同位素離子峰相對(duì)強(qiáng)度之比符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律:

對(duì)于碳原子來說，^12^C的天然豐度為98.9%，^13^C的天然豐度為1.07%，從M+1峰與M峰強(qiáng)度的比值，可估算出分子中含碳的數(shù)目，碳原子的數(shù)目上限＝I(M+1)/I(M)÷1.1％，式中I(M+1)和I(M)分別表示M+1峰和M峰的強(qiáng)度。因此，含有一個(gè)碳原子的化合物如甲烷，M=17 與M=16的峰強(qiáng)度之比應(yīng)該為0.011.

其他元素也有同樣的規(guī)律，含有一個(gè)氯原子的化合物中，I(M+2)/I(M)=32.5%，而在含有一個(gè)溴原子的化合物中，I(M+2)/I(M)=1.對(duì)于含有C、Br、Cl等同位素天然豐度較高的元素的化合物，其同位素離子峰相對(duì)強(qiáng)度可由(a+b)^n^展開式計(jì)算，式中a、b分別為該元素輕、重同位素的相對(duì)豐度，n為分子中該元素個(gè)數(shù)。在含有兩個(gè)氯原子的化合物中，a=3，b=1，n=2，故(a+b) ^2^ =9+6+1，則其分子離子峰與相應(yīng)同位素離子峰強(qiáng)度之比為9：6：1.

3、結(jié)構(gòu)鑒定

通過對(duì)譜圖中各碎片離子、亞穩(wěn)離子、分子離子的化學(xué)式、m/z、相對(duì)峰高等信息分析，根據(jù)各類化合物的分裂規(guī)律，找出各碎片離子產(chǎn)生的途徑，從而拼湊出整個(gè)分子結(jié)構(gòu)。

有機(jī)質(zhì)譜中常見的裂解反應(yīng)如下：

（1）α裂解：在奇電子離子中，與其相鄰原子的外側(cè)鍵斷裂，屬于該原子的一個(gè)電子轉(zhuǎn)移，并與游離基中心的未成對(duì)電子形成新鍵，構(gòu)成較穩(wěn)定的碎片離子。

（2）i裂解：在奇電子離子中，與正電荷中心相連的鍵的一對(duì)電子全被正電荷所吸引，造成單鍵的斷裂和電荷的轉(zhuǎn)移。

（3）σ裂解：分子中σ鍵在電子轟擊下失去一個(gè)電子，隨后分子裂開生成碎片離子。

（4）γ裂解：由自由基引發(fā)、重新組成新鍵而在γ位導(dǎo)致碎裂的過程。

（5）麥?zhǔn)现嘏牛壕哂笑?*- 氫原子的側(cè)鏈苯、烯烴、環(huán)氧化合物、醛、酮等經(jīng)過六元環(huán)狀過渡態(tài)使γ -**氫轉(zhuǎn)移到帶有正電荷的原子上，同時(shí)在α、β原子間發(fā)生裂解。

（6）逆Diels-Alder（RDA）裂解：具有環(huán)己烯結(jié)構(gòu)類型的化合物可發(fā)生此類裂解，一般形成一個(gè)共軛二烯正離子和一個(gè)烯烴中性碎片。