有机质谱解析
质量分析器是质谱仪的核心,它将离子源产生的离子按其质荷比(m/z)的不同,按空间的位置、时间的先后或轨道的稳定与否进行分离,以便得到按质荷比大小顺序排列而成的质谱图。
一、分子离子峰
1.分子离子峰强度
分子离子是质谱图中最有价值的信息,它不但是测定化合物分子量的依据,而且可以推测化合物的分子式。从分子中失去的电子应该是分子中束缚最弱的电子,如双键或三键的π电子,杂键上的非键电子。
易失去电子的化合物,如环状化合物,双键化合物等,其分子离子稳定,分子离子峰较强,而长碳链烷烃,支链烷烃等正与此相反。各类化合物分子离子稳定性次序大致为:芳香环(芳香杂环)>共轭烯>烯>脂环>硫醚,硫酮>酰胺>酮>醛>直链烷烃>醚>酯>胺>羧酸>腈>伯醇>仲醇>叔醇>高度支链烃。芳环、脂环、硫醚、硫酮、共轭烯分子离子峰比较明显,直链酮、酯、酸、醛、酰胺、卤化物等通常显示分子离子峰,脂肪族醇、胺、亚硝酸酯、硝酸酯、硝基化合物、腈类及多支链化合物容易裂解,分子离子峰通常很弱或不出现。
分子离子峰不出现或丰度极低难以确认,可根据不同情况改变实验条件。
1)降低轰击电子的能量:将常用的70eV改变15eV以减少形成的分子离子继续断裂的几率,降低了碎片离子的丰度,使分子离子峰的相对丰度增加,从而可能辨认出分子离子。
2)用CI,FI,FD等软电离方法:降低轰击电子能量的结果会使仪器的灵敏度下降,虽然分子离子峰的丰度有所提高但离子的绝对强度降低,一些由于热不稳定和低挥发性等原因而不出现分子离子峰的化合物,用这种办法不会得到预期的效果,这时可采取各种软电离的办法,虽然碎片离子大量减少,但可以突出分子离子峰。
2.分子离子峰的识别
解析时一般把谱图中最高质荷比的离子假设为分子离子,后用分子离子的判别标准一一对比,若被检查离子不符其中任何一条标准,则它一定不是分子离子,若被检查离子符合所有条件,则它有可能是分子离子。
1)分子离子必须是奇电子离子
2)是否符合氮规则(有机化合物的分子量是偶数或奇数与所含有的氮原子的数目有关。凡不含氮原子或偶数个氮原子的化合物,其分子量必为偶数,含奇数个氮原子的化合物,其分子量必为奇数)。
3)合理的中性碎片的丢失。这些中性碎片可能是小分子或者自由基基团。这些中性碎片有着特殊的质量数,m/z最高值与临近的碎片离子之间应有一个合理的质量差。如果这个质量差落在4-14和21-25之间就是不合理,如果在M-4到M-13的范围内存在峰,则说明原所假定的分子离子峰不是分子离子峰。
二、碎片离子
碎片离子的质荷比及其丰度在质谱数据中占很大比例。碎片离子的相对丰度与分子结构有密切关系,高丰度的碎片峰代表分子中易于裂解的部分,如果有几个主要碎片峰,并且代表着分子的不同部分,则由这些碎片峰就可以粗略地把分子骨架拼凑起来。
1.α断裂:饱和杂原子、不饱和杂原子、烯烃类的烯丙位裂解。
2.诱导断裂。
3.重排开裂:麦氏重排、逆迪尔斯-阿尔德重排、脱去小分子化合物的重排、复杂开裂骨架重排。
质谱技术作为目前最主流的成分鉴定检测的方法,已经广泛应用于化学化工、医药科学、生命科学、环境科学等众多研究领域并形成一系列交叉学科。有机质谱解析是质谱技术的基础,对于物质的确定有着重要的意义。随着质谱技术的发展,学者和仪器厂商也开发出新的质谱解析方法及软件并得到广泛证实应用。
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精英视角
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项目成果