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实验室分析方法--有机质谱定性分析的方法

2022.1.26

一、标准图谱法

比质谱检定化合物及确定结构更为快捷、直观的方法是计算机谱图检索。质谱仪的计算机数据系统存储有大量已知有机化合物的标准谱图构成的谱图库。这些标准谱图绝大多数是用电子轰击离子源在70eV电子束轰击下,于双聚焦质谱仪上测定的。被测有机化合物试样的质谱图是在同样条件(EI离子源,70eV电子束轰击)下得到的,然后计算机按照一定的程序与计算机内已有的标准谱图对比,计算出它们的相似性指数(或称匹配度),给出几种较相似的有机化合物名称、相对分子质量、分子式或结构式等,并提供试样谱和标准谱的比较谱图。目前,大多数有机质谱仪器厂商提供的谱图库内存有有机化合物的标准谱图十多万张,并且在不断增加中。此外,国内外一些相关的网站也能根据所得谱峰数据来检索相似谱图,如上海有机所质谱谱图数据库、NIST等网站。

 

二、标准物质对比法

根据实验所得的质谱数据来判定是否是某一化合物时,理论上可通过对谱图中各碎片离子、亚稳离子、分子离子的化学式、m/z相对峰高等信息,根据各类化合物的分裂规律,找出各碎片离子产生的途径,从而拼凑出整个分子结构。根据质谱图拼出来的结构,对照其他分析方法,得出可靠的结果。同时,也可与相同条件下获得的已知标准物质的图谱比较来进一步确认样品分子的结构(结构鉴定)。通过与标准物质质谱图中的准分子离子峰、碎片离子峰等作比对,然后计算出它们的匹配度,作为未知化合物定性分析的方法之一。如果与液相色谱联用,亦可对比两者的保留时间作为定性分析的依据。

 

三、串联质谱法

串联质谱法自1983年 McLafferty等开发研究以来,经过短短三十多年的发展,已成为种应用于多个领域的成熟技术,并发挥着巨大的作用。串联质谱法具有样品离子质量分离、离子选择传输与离子裂解的功能,能直接分析混合物组分。提及实现串联质谱,可分为空间串联与时间串联两种方式。两个或更多的质谱质量分析器连接在一起,称为空间串联质谱。最简单的串联质谱(MS/MS)由两个质谱质量分析器串联而成,其中第一个质量分析器(MS1)将离子预分离或加能量修饰,由第二级质量分析器(MS2)分析结果。最常见的串联质谱为三重四极杆串联质谱第一级和第三级四极杆分析器分别为MS1和MS2第二级四极杆分析器的作用是将从MS1得到的各个峰进行轰击,使得母离子碎裂后进入MS2再进行分析。现在出现了不同种类质量分析器组成的串联质谱,如四极杆-飞行时间串联质谱(Q-TOF)等,大大扩展了应用范围。在同一个物理场所,通过不同的时间次序来完成离子选择、碎裂和质量分离的,称为时间串联质谱,如离子阱和傅里叶变换分析器均可在不同时间顺序实现时间序列多级质谱扫描功能。


MS/MS最基本的功能是能说明MS1中的母离子和MS2中的子离子间的联系。根据MS1和MS2的扫描模式,如子离子扫描、母离子扫描和中性碎片丢失扫描,可以查明不同质量数离子间的关系。母离子的碎裂可以通过以下方式实现:碰撞诱导解离、表面诱导解离和激光诱导解离。不用激发即可解离则称为亚稳态分解。 


MS/MS在混合物分析中有很多优势。在质谱与气相色谱或液相色谱联用时,即使色谱未能将物质完全分离,也可以进行鉴定。MS/MS可从样品中选择母离子进行分析,而不受其他物质干扰。MS/MS在药物领域有很多应用。子离子扫描可获得药物主要成分、杂质和其他物质的母离子的定性信息,有助于未知物的鉴别,也可用于肽、蛋白质和氨基酸序列的鉴别。在药物代谢动力学研究中,对生物复杂基质中低浓度样品进行定量分析,可用多反应监测模式(multiple reaction monitoring,MRM)消除干扰。如分析药物中某个特定离子,而基质中其他化合物的信号可能会掩盖检测信号,用MS1/MS2对特定离子的碎片进行选择监测可以消除干扰。MRM也可同时定量分析多个化合物。在药物代谢研究中,为找到与代谢前物质具有相同结构特征的分子,可使用中性碎片丢失扫描,能找到所有丢失同种官能团的离子,如羧酸丢失的中性二氧化碳。如果丢失的碎片是离子形式,则母离子扫描能找到所有丢失这种碎片的离子。 


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