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实验室分析方法--有机物分子量的测定

2022.1.26

质谱技术是一种鉴定技术,在有机分子的鉴定方面发挥着非常重要的作用,它能快速而准确地测定物质的分子量。关于质谱技术对有机物分子量的测定原理及方法,相关文章已有介绍,本节再补充部分说明。

 

1.分子量的概念

有机质谱分子量的概念与采用周期表中原子量计算的分子量是不同的,有机质谱中分子量是分子离子的质量,而分子离子是由最轻同位素的原子组成的,所以有机质谱中分子量是由最轻同位素的原子量计算而得的。一般所说的分子是由元素周期表中原子组成的,而其分子量是由各种同位素加权平均值的原子量计算而得的。

 

2.分子离子峰或准分子离子峰的判断与分子量的确定

确定分子离子峰或准分子离子峰,就可以知道有机物精确的分子量。一般来说,在质谱图中质荷比大的一群峰中常常有分子离子峰,但不是所有的有机化合物都呈现分子离子峰。

 

①分子离子峰或准分子离子峰(母离子)一般应是质谱中最高质量端最大丰度的峰,但具有最大质量数的峰不一定就是分子离子峰。醛类、酮类、缩醛、仲醇、含氮杂环等化合物易失掉一个氢,出现[M-1]+峰;而胺类、醚类、酯类、多元酸、含硫化合物,在电子轰击条件下容易质子化出现[M+1]+峰;醇类容易失水,出现[M-18]+峰。易于分解的有机化合物(如硝基化合物)及含支链烷烃,在电子轰击条件下得不到分子离子峰,只有碎片峰。在常压离子源中,正离子电离模式下,一般得到M+1的准分子离子峰;而在负离子电离模式下,一般得到M-1的准分子离子峰。

 

②分子离子应符合氮规则。有机化合物主要由C、H、O、N、S、Cl、Br,I、F、P等元素组成。在质谱中有机化合物分子中含有偶数个(包括零)氮原子的分子离子,质量一定是偶数而含有奇数个氮原子的分子离子,质量数一定是奇数,这个规则称为“氮规则”因为某些元素的最大丰度的同位素(轻同位素)的原子的质量数为偶数,其化合价亦为偶数,如12C、16O、32S等。而质量数为奇数的原子化合价均为奇数,如1H、35Cl、31P等。根据各原子化合价之间平衡原理,它们之间化合时偶数化合价的原子必与偶数个奇数化合价的原子相结合,其总原子量为偶数,其组合成的化合物分子量必为偶数。但14N这个原子例外,它具有偶数原子量和奇数化合价。因此,含奇数个氮原子的化合物中,其奇数个氮必与奇数个奇数化合价的原子组合,合成的化合物分子量为奇数;而偶数个氮(或不含氮)原子必与偶数个奇数化合价的原子组合、其化合物的分子量为奇数,也就是说氮的总化合价为偶数的化合物的分子量亦为偶数(其中只有NO例外)。这规则用于其他碎片离子时,则是含偶数个氮原子的奇电子离子其质量数是偶数;而含偶数个氮原子的偶电子离子其质量数将是奇数;而分子离子均是奇电子离子,应含偶数个(或不含氮)氮原子。


③必须有合理的质量碎片的丢失。分子离子峰的裂解过程中常常会失去小质量的中性碎片和自由基,因此裂解过程中分子离子(母离子)与子离子之间的质量数差一定要合理。例如,出现质量数差为15或18,丢失一CH3或一H2O是合理的,而丢失4~13个原子质量单位是不合理的。因为分子离子一般不会失去三个以上的氢或不够一个亚甲基的碎片,即使失去一个亚甲基(14个原子质量单位),在分子离子裂解中也是极少见的。因此出现这种情况,说明该峰不是分子离子:或者该峰是分子离子,而相邻的峰是杂质峰。同样质量数丢失21~26、37、38、50~53、65、66等也是不合理的。


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