Transcript 第六章质谱

第六章
分子质谱法
一、 概述
质谱：试样分子在高能离子束作用下电离产生各种气态离子，
采用电场磁场将离子按m/z比大小分离，以此排列的图谱。
分
类
原子质谱法
元素相对原子质量
无机质谱
有机化合物
有机质谱
蛋白质多肽
生物质谱
分子质谱法
二、 质谱分析原理
进样系统
离子源
质量分析器
检测器
1.单聚焦
1.电子轰击
2.双聚焦
2.化学电离
3.飞行时间
3.场致电离
4.四极杆
4.激光
质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-3 10 -5 Pa ）
1.气体扩散
2.直接进样
3.气相色谱
质量分析器（10 -6 Pa ）
(1) 大量氧会烧坏离子源的灯丝；
(2) 用作加速离子的几千伏高压会引起放电；
(3) 引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。
原理与结构
仪器原理图
电离室原理
与结构
质量分析器原理
加速后离子的动能 :
(1/2)m 2= ze U （1）
在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；
离心力 =向心力；m  2 / R= Bz e 
 = Bz e R / m （2）
质谱方程式：m/z = (B2 e R2) / 2 U
• m/z不同，R不同；
•m/z大， R大；反之，成立。
离子在磁场中的轨道半径R取决于： m/z 、 B0 、 U
改变加速电压U, 可以使不同m/z的离子进入检测器。
［例 ］试计算在曲率半径为10cm的1.2T
的磁场中，一个质量数为100的一价正离子所
需的加速电压是多少？
解: 据方程（上式）
2
2
B r e
U 
2
2

m
2m
2
2  100 / 6 . 02  10
=6.94×103V
2
B r e
1 . 2  ( 0 . 1)  1 . 60  10
2


z
23
 19
V
三、 质谱图和质谱表
101
OH
73
100
CH3
C
C 2H 5
73
Relativ e In ten sity
C 4H 9
80
115
60
55
43
40
101
27
20
115
0
20
40
60
m /z
80
100
120
四、离子峰的主要类型
1. 分子离子峰
分子电离一个电子形成的离子所产生的峰。
M+ e-
M+ + 2e-
分子离子的质量与化合物的分子量相等，即m/z为
改化合物的相对分子质量；
一般质谱图上
质荷比最大的峰为
分子离子峰；有例
外。
形成分子离子
需要的能量最低，
一般约１０电子伏
特。
质谱图上质荷比最大的峰一定为分子离子峰吗？
如何确定分子离子峰？
（1）符合Ｎ律
由Ｃ，Ｈ，Ｏ组成的有机化合物，Ｍ一定是偶数。
由Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｎ组成的有机化合物，Ｎ奇数，Ｍ奇数。
由Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｎ组成的有机化合物，Ｎ偶数，Ｍ偶数。
（2）分子离子峰与相邻峰的质量差必须合理
• 较少出现M-3至M-14，M-21至M-24的碎片离子峰；
易于失去
H
CH3 H2O
C2H4
M-1 M-15 M-18 M-28
不易失去 CH2
M-15至 M-20 CH3 NH2 OH H2O F HF
（3）改变离子源强度，离子峰峰强度发生改变。
（4）分子离子一定为奇电子离子 （自由基离子）
奇电子离子 +·
外层电子有未成对电子
偶电子离子 +
外层电子完全成对
2. 同位素离子峰（M+1峰）
由于同位素的存在，可以看到比分子离子峰大一个质量单
位的峰；有时还可以观察到M+2，M+3………；
例如：CH4 M=16
12C+1H×4=16
M 分子离子峰
13C+1H×4=17
M+1
同
12C+2H+1H×3=17 M+1
位
素
13C+2H+1H×3=18 M+2
峰
m/z RA
3.1
1
16 12
1.0
15
13
3.9
14
9.2
15
85
16 100
17
1.1
m/z
3. 碎片离子峰
一般有机化合物的电离能为7－13电子伏特，质谱中常用
的电离电压为70电子伏特，使结构裂解，产生各种“碎片”离
子。
29
15
正
己
烷
H 3C
CH2
71
71 H3C
CH2
43
CH2
57
CH2
57 H3C
CH2
CH2
43 H3C
CH2
CH2
29 H3C
CH2
15
CH3
CH2
71
57
CH2
43
CH2
CH2
29
CH3
15
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
CH2
CH3
CH2
CH2
CH2
CH3
CH2
CH2
CH2
CH3
4. 亚稳离子峰
若质量为m1的离子离开电离源之后，进入质量分
析器之前，由于碰撞等原因，很容易失去中性碎片。
中性碎片带走一部分能量，此时的m2离子比离子源中
形成的m2离子能量小，将在磁场中产生较大的偏转，
观察到的m/z偏小，这种峰称为亚稳离子峰，用m*表
示。 m
m +Δm
1/2mv2=ZeU
1
2
M* = m22/m1
特点（1）峰宽大，2-5个质量单位；
（2）m/z不为整数；
（3）相对强度低。
五、有机分子裂解类型
（1）σ―断裂 A-B+·
29
15
H 3C
正
己
烷
CH2
71
71 H3C
·
A+ + B
CH2
43
CH2
57
CH2
57 H3C
CH2
CH2
43 H3C
CH2
CH2
29 H3C
CH2
15
CH3
CH2
71
57
CH2
43
CH2
CH2
29
CH3
15
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
CH2
CH3
CH2
CH2
CH2
CH3
CH2
CH2
CH2
CH3
（2）α―断裂
B A
R
R
R
R
A
Z
CH2 OH
CH2 OR
CH2
'
CH2
'
CH2 NR 2
CH2 SR
'
CH2
CH2
Z
B
+
OH +
'
OR +
'
NR 2+
'
SR +
R
R
R
R
α―断裂
B A
R
A
Z
CR'
O
CR'
Z
+
O +
B
R
30
CH3(CH2)9CH2NH2
M=157
44
20 30 40 50 60 70 80 90 100
m/z
H
H3C CH2 CH2
C
OH
CH3
H3C CH2 CH2
CH3
H
H
H
C
OH
CH3
H3C CH2 CH2
CH3
m/z=87(M-1)
m/z=45(M-43)
45(M-43)
α―断裂——丢失最
55[M-(H2O+CH3)]
70(M-H2O)
73(M-CH3)
88(M )
M-1
20
30
40
50
OH
H3C CH2 CH2 C
m/z=73(M-15)
C
OH
60
70
80
90 m/z
大烃基的可能性最大
丢失最大烃基原则
43
O
H3C H2C C
57
CH2 CH2 CH3
71
29
72
100(M )
20 30 40 50 60 70 80 90 100
m/z
O
H 3 C H 2C
- [CH2 CH2 CH3]
m/z=57(75%)O
H3C H2C
C
C
CH2 CH2 CH3
- [H3C H2C]
O
m/z=71(48%)
C
CH2 CH2 CH3
（3）重排断裂
麦氏重排（Mclafferty rearrangement)
麦氏重排条件：
·含有C=O， C=N，C=S及碳碳双键
·与双键相连的链上有碳，并在 碳有H原子（氢）
·六圆环过度，H 转移到杂原子上，同时 键发生断裂，

生成一个中性分子和一个自由基阳离子
R4
R3
H
CH
Z
CH
C
CH
R2
R4
ZH
CH
C
CH
R1
HC
R3
R2
R1
43
57
29
71
85
58
86
128(M )
100
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 m/z
85
O
H3C
H2C
H2C
43
C
71
57
CH2 CH2 CH2 CH3
质 谱 仪 器
（一）质谱仪的主要性能指标
1．质量测定范围
质谱仪的质量测定范围表示质谱仪所能够进行分析的
样品的相对分子质量范围，通常采用原子质量单位
（unified atomic mass unit，符号u）进行度量。原子质量
单位是由12C来定义的，即一个处于基态的12C中性原子的质
量的1/12。
测定气体用的质谱仪，一般质量测定范围在2～100，
而有机质谱仪一般可达几千。现代质谱仪甚至可以研究相
对分子质量达几十万的生化样品。
2．分辨本领
所谓分辨本领，是指质谱仪分开相邻质
量数离子的能力，一般定义是：对两个相等
强度的相邻峰，当两峰间的峰谷不大于其峰
高10％时，则认为两峰已经分开，其分辨率
R 
m1
m 2  m1

m1
m
其中m1、m2为质量数，且叫m1＜m2。，故在两峰质
量数较小时，要求仪器分辨率越大。
而在实际工作中，有时很难找到相邻的
且峰高相等的两个峰，同时峰谷又为峰高的
10％。在这种情况下，可任选一单峰，测其
峰高5％处的峰宽W0.05，即可当作上式中的
Δm，此时分辨率定义为
R = m/W0.05
如果该峰是高斯型的，上述两式计算结果是
一样的。
【例16．1】要鉴别N+2（m/z为28．006）和CO+
（m/z为27．995）两个峰，仪器的分辨率至少是多少?
在某质谱仪上测得一质谱峰中心位置为245u，峰高5
％处的峰宽为0.52u，可否满足上述要求？
解: 要分辨N+2和CO+，要求质谱仪分辨率
至少为：
R need 
27 . 995
28 . 006  27 . 995
 2545
质谱仪的分辨率： Rsp=245/0.52=471
Rsp＜Rneed，
故不能满足要求。
质谱仪的分辨本领几乎决定了仪器的
价格。分辨率在500左右的质谱仪可以满足
一般有机分析的要求，此类仪器的质量分析
器一般是四极滤质器、离子阱等，仪器价格
相对较低。
若要进行准确的同位素质量及有机分子
质量的准确测定，则需要使用分辨率大于
10000的高分辨率质谱仪，这类质谱仪一般
采用双聚焦磁式质量分析器。目前这种仪器
分辨率可达100000，当然其价格也将会是低
分辨率仪器的4倍以上。
3．灵敏度
绝对灵敏度是指仪器可以检测到的最小样品量；
相对灵敏度是指仪器可以同时检测的大组分与小组
分含量之比；
分析灵敏度则指输入仪器的样品量与仪器输出的信
号之比。
（二）质谱仪的基本结构
1．真空系统
质谱仪的离子产生及经过系统必须处
于高真空状态（离子源真空度应达
l．3×10-4～l．3×10-5Pa，质量分析器中
应达l．3×10-6Pa）。若真空度过低，则
会造成离子源灯丝损坏、本底增高、副反
应过多，从而使图谱复杂化、干扰离子源
的调节、加速极放电等问题。
一般质谱仪都采用机械泵预抽真空后，
再用高效率扩散泵连续地运行以保持真空。
现代质谱仪采用分子泵可获得更高的真空
度。
2．进样系统
进样系统的目的是高效重复地将样
品引人到离子源中并且不能造成真空度
的降低。目前常用的进样装置有三种类
型：间歇式进样系统、直接探针进样及
色谱进样系统。一般质谱仪都配有前两
种进样系统以适应不同的样品需要，有
关色谱进样系统将在专门章节介绍。
（l）间歇式进样系统
该系统可用于气体、液体和中等蒸气压的固体
样品进样，典型的设计如图21．3所示。
通过可拆卸式的试样管将少量（10～100μg）
固体和液体试样引入试样贮存器中，由于进样系
统的低压强及贮存器的加热装置，使试样保持气
态。实际上试样最好在操作温度下具有1.3—
0.13Pa的蒸气压。由于进样系统的压强比离子源的
压强要大，样品离子可以通过分子漏隙（通常是
带有一个小针孔的玻璃或金属膜）以分子流的形
式渗透过高真空的离子源中。
该系统可用于气体、液体和中等蒸气压的固
体样品进样，典型的设计如图21．3所示。

通过可拆卸式的试样管将少量（10～
100μg）固体和液体试样引入试样贮存器中，
由于进样系统的低压强及贮存器的加热装置，
使试样保持气态。实际上试样最好在操作温
度下具有1.3—0.13Pa的蒸气压。由于进样系
统的压强比离子源的压强要大，样品离子可
以通过分子漏隙（通常是带有一个小针孔的
玻璃或金属膜）以分子流的形式渗透过高真
空的离子源中。

（2）直接探针进样对那些在间歇式进样系统
的条件下无法变成气体的固体、热敏性固体
及非挥发性液体试样，可直接引人到离子源
中，图21．4所示为一直接引人系统。
第六章
分子质谱法（二）
任课教师：孙国英
副教授
授课班级：090704 100705
3. 电离源
将引入的样品转化成为离子的装置。根据样品离子化方式和电
离源能量高低，通常可将电离源分为：
气相电离源：先蒸发成气态，再受激离子化，适于沸点低于500oC、对热稳
定的样品的离子化，包括电子轰击源、化学电离源、场电离源、火花源；
解吸电离源：固态或液态样品不需要挥发而直接被电离，适用于分子量高
达105的非挥发性或热不稳定性样品的离子化。包括场解吸源、快原子轰
击源、激光解吸源、离子喷雾源和热喷雾离子源等。
硬电离源：离子化能量高，如EI。伴有化学键的断裂，谱图复杂，可得到
分子官能团的信息；
软电离源：离子化能量低，如场解吸源。产生的碎片少，谱图简单，可得
到分子量信息。
因此，应根据分子电离所需能量的不同来选择不同电离源。
（l）电子轰击源
电子轰击法是通用的电离法，是使用高能电
子束从试样分子中撞出一个电子而产生正离子，
即
M＋e- → M+＋2e式中M为待测分子，M+为分子离子或母体离子。
电子束产生各种能态的M+ 。若产生的分子离子带有较大
的内能（转动能、振动能和电子跃迁能），可以通过碎裂
反应而消去，如
M +1 → M+3
M+
……
M+2 → M+4
式中M+1，M+2…为较低质量的离子
作用过程：
采用高速(高
能)电子束冲击样
品， 从而 产生分
子离子M+，M+继
续受到电 子轰击
而引起化 学键的
断裂或分 子重排
，瞬间产 生多种
离子。
电子能量越大，被轰击
分子获得的能量也越大
，进一步裂解的可能性
就越大。
特 点：
使用最广泛 ， 谱库
最完整（70eV）；电离
效率高；结构简单，操
作方便；但分子离子峰
强度较弱或不出现（因
不同能量下获得的苯甲酸质谱图
电离能量最高）。
（2）化学电离源
作用过程：
采用一种反应气体(通常是甲烷，异丁烷和氨气)，反应气体与样品比例
约为103:1，因此样品分子与电子的碰撞几率极小，电子首先将反应气
体电离，然后反应气体离子与试样分子进行离子—分子反应，实现试
样电离。
CH
4
 e  CH
CH

4
 CH

3

4
 CH
  2 e  4  CH
 CH

5
 CH
3


 H   4  C 2 H 5  H 2
进入电离源的分子R-CH3大部分与CH5+碰撞产生(M+1)+离子；小部分与
C2H5+反应，生成(M-1)+离子：
CH

5
 MH  CH

4
 MH

2
( M  1离子 )

C 2 H 5  MH  C 2 H 6  M ( M  1离子 )
特点：电离能小（软电离技术），质谱峰数少，图谱简单；
准分子离子(M+1)+峰大,可提供分子量这一种要信息。
（3）场电离源
应用强电场(电压梯度107-108V/cm)诱导样品电离。如下图。
过
程：强电场(电极间距0.5-2mm)—分子电子的量子隧道效应*—价电子逸出
—分子离子—阳极排斥并加速进入磁场
*量子隧道效应(Quantum mechanical tunneling): 分子电子被微针“萃出”，分子本身很
少发生振动或转动，因而分子不过多碎裂。
电极要求：电极尖锐，使用微碳针(W丝上的苯基腈裂解生成)构成多尖陈列电
极可提高电离效率。
特
点：电离温和，碎片少，主要产生分子离子M+和(M+1)+峰。
4) 场解吸电离源
(Field desorption, FD)
类似于场电离源，它也有一个表面长
满 “ 胡 须 ” ( 长 0.01mm) 的 阳 极 发 射 器
(Emitter)。
过 程：样品溶液涂于发射器表面---蒸发
除溶剂——强电场——分子电
离——奔向阴极——引入磁场
特 点：特别适于非挥发性且分子量高的
样品。离子峰和准分子离子峰，谱图最
为简单。
（5）快原子电离源（FAB）
高速电子轰击氩气电离
离子枪
经电场加速
Ar+
电荷交换室
原子枪
共振电子转移
高能中性原子束
轰击试样浓缩液
甘油或
硫甘油
（6）基质辅助激光解析电离源（MALDI）
脉冲式激光
脉冲激光束经平面镜和透镜系统照射到试样靶上，基质和试
样分子吸收激光能量后气化，激光先将基质分子电离，然后
在气相中基质将质子转移到试样分子上使试样分子电离。
4．质量分析器
功能：依据不同方式把不同质荷比m／z的离子分开
排列成谱，是质谱仪的核心。
类型：不同的质量分析器有不同的原理、特点、适
用范围和功能。用于有机质谱仪的质量分析器有磁
式双聚焦分析器、飞行时间分析器、四极杆分析器、
离子阱分析器 和回旋共振分析器等。
（l）磁式单聚焦分析器
R小于5000
质量色散能力：对不同质量的离子有分散能力；
能量色散能力：质量相同，能量不同的离子不能聚焦到一点；
方向聚焦能力：质量速度相同，方向不同离子可聚焦到一点。
磁式双聚焦分析器
扇形电场特点：
方向聚焦能力
能量色散能力
无质量色散能力
R大于15万
（2）飞行时间分析器（TOF）
不同荷电碎片在飞出离子源的速度（动能）基本一致。某离子在到达无场漂移
管前端时，其速度大小为：
2 Uze 2
v  (
)
m
到达无场漂移管末端的时间为：
t 
L
v
不同离子通过同一长度为L的无场漂移管，所需时间相差：
 t  L(
1
v1
t  L

1
)
v2
( m / z )1 
( m / z )2
2U
由于不同m/z的离子，其飞出漂移管的时间不同，因而实现了离子的分离。因为连续
电离和加速使检测器产生连续输出而不能得到有效信息，因此实际工作中常采用相同频
率的电子脉冲电离和脉冲电场加速，被加速的粒子经不同的时间到达收集极上，并反馈
到示波器上记录，从而得到质谱图。
特 点：扫描速度快(1000幅/s)，可用于研究快速反应或与GC联用；可用于高质量离子分
析；体积小，操作容易；分辨率比磁分析器稍差。
(3)四极滤质器
(Quadrupole Mass Filter)
过程：在两个相对的极杆之间加电压(U+Vcost)，
在另两个相对的极杆上加-(U+Vcost)。
与前述双聚焦仪的静电分析器类似，离子进入可变
电场后，只有具合适的曲率半径的离子可以通过中
心小孔到达检测器。
改变U和V并保持U/V比值一定，可实现不同m/z离
子的检测。
特点：分辨率比磁分析器略低(max.2000); m/z范围与
磁分析器相当；传输效率较高；扫描速度快，可用
于GC-MS 联用仪。
（4）离子阱检测器
由一环形电极再加上下各一的端罩电极构成。以端罩电
极接地，在环电极上施以变化的射频电压，此时处于
阱中具有合适的m/z加的离子将在环中指定的轨道上
稳定旋转，若增加该电压，则较重离子转至指定稳定
轨道，而轻些的离子将偏出轨道并与环电极发生碰撞。
当一组由电离源（化学电离源或电子轰击源）产生的
离子由上端小孔中进入阱中后，射频电压开始扫描，
陷入阱中离子的轨道则会依次发生变化而从底端离开
环电极腔，从而被检测器检测。这种离子阱结构简单、
成本低且易于操作，已用于GC－MS联用装置用于m
5 检测与记录
质 谱 仪 常 用 的 检 测 器 有 法 拉 第 杯 (Faraday
Cup)、电子倍增器及闪烁计数器、照相底片等。
Faraday杯是其中最简单的一种，其结构如图
21-12所示。Faraday杯与质谱仪的其他部分保持一
定电位差以便捕获离子，当离子经过一个或多个
抑制栅极进入杯中时，将产生电流，经转换成电
压后进行放大记录。Faraday杯的优点是简单可靠，
配以合适的放大器可以检测≈10-15A的离子流。但
Faraday杯只适用于加速电压＜1kV的质谱仪，因
为更高的加速电压使产生能量较大的离子流，这
样离子流轰击入口狭缝或抑制栅极时会产生大量
二次电子甚至二次离子，从而影响信号检测。
一、饱合烃
alkanes
质谱分析
mass spectrometry，MS
二、芳烃
aromatic hydrocarbons
三、醇和酚
alcohols and phenols
四、 醚
ethers
五、 醛、酮
aldehydes and ketones
一、饱合烃的质谱图
alkanes
1.直链烷烃
43
正癸烷
57
29
15
71
85
99 113
142
m /z
1 在烷烃质谱中 C3H7+、 C4H9+（m／z依次为43，和57）
占优势，在m／z＞57区出现峰的相对强度随m／z增大
而减小，而且会出现一系列m／z相差14的离子峰，这是
由 于 碎 裂 下 来 一 C H 2 一 的 结 果 。
m/z=43 C3
% O F B AS E P E AK
100
C4 m/z=57
90
80
n-Hexadecane
70
C5 m/z=71
CH3(CH2)14CH3
60
50
40
MW 226
m/z=29 C2
m/z=85
C6
30
20
C7
10
m/z=226
99
113 127 141 155 169 183 197
C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14
M
C16
0
0
10 20 30 40 50
60 70 80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210220 230
2 分子离子：C1(100%)， C10(6%)， C16(小)， C45(0)
3 有m/z ：29，43，57，71，……CnH2n+1 系列峰(σ—断裂)
2.支链烷烃
5-Methylpentadecane
m/z=43
C3
100
169
141
% O F BASE PEAK
90
80
m/z=57
CH3(CH2)3
C4
70
60
C6 m/z=85
50
m/z=71
C5
40
30
20
(CH2)9CH3
85
m/z=99
C7
10
57
CH
CH3
113
C8 C C
9
10
M
C12
M 15
C16
0
0
10 20 30 40 50
60 70 80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210220 230
二、芳烃的质谱图
aromatic hydrocarbons
91
% OF BASE PEAK
100
90
CH2 CH2 CH2 CH3
80
92
70
60
50
40
134(M )
30
20
10
39 51
65 77
0
0 10 20 30 40 50
60 70
80
90 100 110 120 130 140
CH 2CH 2CH 3
CH2
CH2 CH2 CH2 CH3
m/z=91
m/z=134
m/z=65
m/z=39
HC
CH
CH
m/z=91
CH2
H2
C
CH2
HC
CH2
CH
H
CH3
H
CH3
CH2CH2CH2CH3
m/z=134
HC
H
HC
C4H9
m/z=77
m/z=92
CH
m/z=51
1、芳香烃电离易失去电子，芳香烃的电子的电离
势低，因此其分子离子丰度强；
2、芳环最典型的质谱反应是苄基断裂反应；
3、由芳香环碎裂生成系列离子，它们的质荷比为39，
65， 91；51，77，很容易通过这些离子的存在判断
芳环存在。
4烷基 C  3, 则 H 重排失去一个中性分子，生成
m/e 92 峰
三、醇和酚的质谱图
alcohols
and phenols
R1
-
R2
C
OH
R3
R3
R1
C
OH
R2
m/z: 31,59,73,
1、由于OH基团反应活性高，M+• 易分解，分子离子峰
很弱或消失；
2、醇类化合物较易丢失最大烷基形成特征离子；
3、直链醇易发生脱水反应,也可能发生麦氏重排（1，
4失水），同时脱水和脱烯；而支链醇通常失去烷基。
% O F B AS E P E AK
100
CH2OH
1-PenTanol MW88
90
80
70
M - (H2O and CH2
CH2)
CH3(CH2)3
CH2OH
60
50
M - (H2O and CH3)
31
40
30
M - H2O
20
10
M-1
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110 120 130 140 150
45
% O F B AS E P E AK
100
2 -PenTanol MW88
90
80
H
C
CH3(CH2)2
70
OH
60
45
50
40
30
20
10
0
CH3
M - (H2O and
CH2
CH2 )
M - (H2O and CH3)
M - H 2O
M - CH3
M-1
M
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110 120 130140150
2-Methyl-2-butanol MW88
59
CH3
% O F B AS E P E AK
100
90
CH3CH2
80
70
C
OH
M - (H2O and
60
CH2
50
CH2)
CH3
M - CH3
59
M - (H2O and CH3)
40
30
20
M - H2O
10
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110 120 130140150
101
OH
73
100
CH3
C
C 2H 5
73
Relativ e In ten sity
C 4H 9
80
115
60
55
43
40
101
27
20
115
0
20
40
60
m /z
80
100
120
OH
CH2OH
m/z=107
m/z=108
H
- CO
- H
H
- H2
H
H
H
H
H
m/z=79
m/z=77
四、 醚的质谱图
ethers
H3C
C
H
45
% O F B AS E P E AK
100
OH
Ethyl sec-butyl ether
90
MW 102
80
M-CH3CH2
70
60
50
40
30
20
10
73
CH3CH2
CH3 CH2
29
57
73
H
C
CH3
M-CH3
57
87 102 M
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110 120 130140150
29
O
CH2 CH3
87
五、酮、醛的质谱图
1、羰基上孤对电子容易失去，因此M+•较明显，芳香酮
类化合物的M+•更为明显；
2、断裂特征主要是-断裂和麦氏重排。
3、脂肪酮产生的几种主要离子，分别来自-断裂和
i-断裂。
R
R'
C
.+
O
1
2
i1
i2
.
R + R' C
.
R' + R C
R+ + R'
R'+ + R
O+
O+
µçºÉ±£Áô
.
C
.
C
O
O
µçºÉתÒÆ
4、酮类化合物的麦氏重排是很特征的反应，而位没
有分支的酮类化合物,其麦氏重排离子为m/z58。
R
H
.+
O
.
R
rH
H
+
O
H
R

+
O
+
µçºÉ±£Áô
.
R
rH
i
.
+
m/z 58
H
O
+
µçºÉתÒÆ
甲基酮
麦氏重排
芳香酮类化合物
1、芳香酮类化合物的分子离子M+•较强；
2、-断裂是其特征反应,生成稳定结构的苯酰离子
（m/z105），通常为基峰，是芳香酮的特征离子。

C
C
CH3
O+
m/z 105
.+
O
i
i
+
m/z 77
+ .CH3
O
% O F B AS E P E AK
100
Cl
C O
C
p-Chlorobenzophenone
216(M) 100.0
90
80
Cl
70
C6H5
60
50
40
Cl
30
20
10
C O
217(M+1) 19.28
218(M+2) 33.99
219(M+3) 6.21
220(M+4) 0.98
M M+1
M+2
M+3
M+4
0
0 10 20 30 40 50
60 70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230
醛类化合物
1、羰基上孤对电子容易失去，因此M+•较明显，芳
香醛的M+•更为明显；
2、断裂特征主要是-断裂和麦氏重排。
57
Relative Intensity
100
72
2-乙基已醛
80
60
43
40
29
20
0
20
40
60
80
m/z
100
100
128
120
140
C 2H 5
H
.+

O
+
HC
O
m/z 29
H
rH
H
+
.
C 2H 5
OH
(1)
ÂóÊÏÖØÅÅ
+
O

C 2H 5
m/z 72
+ .
H
H

H
H
rH, -C 2 H 4
C2H5
.
m/z 100
-HCO
s

O
(2)
ÂóÊÏÖØÅÅ
i
+
+
C 4 H 9 (C 2 H 5 )CH
m/z 99
C2H5
+
·ÖÖ¦´¦
m/z 57
+
O
-C 3 H 7
H
H
m/z 57
57
100
90
CH3(CH2)7CHO
% O F B ASE PEAK
80
70
MW 142
60
44
50
40
M-44
M-43
30
20
M-CH2CH2
M-H2O
10
M-1
M
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130 140 150
Ch3(CH2)4CO
CH3(CH2)4
CH3(CH)3
(small) 99
71
57
CH3(CH2)2 43
O
CH3CH2
CH3
29
CH2
CH2
CH2
CH2
C
45
59(small)
73
87
OH
CO2H
CH2CO2H
(CH2)2CO2H
(CH2)3CO2H
分子质谱法应用
一、相对分子质量测定
1．分子离子峰必须符合氮律，有C，H，
CO等 有机化合物中，有偶数氮（含0个），
分子离子峰m/e一定是偶数。若有奇数N，
分子离子峰m/e是奇数。
由于C，H，N，O，S，X中，只有N化合
价是3，奇数，而质量数是偶数。
2．观察被确定离子峰与邻近离子峰的质量
差。
一般可以失去1-3H，不能同时失去4-13个
H。
3 化合物中含有Cl或Br时，可以利用M与M+2比例来确
定分子离子峰。
对卤素有机物，F、I单一同位素
35Cl, 37Cl 3:1
79Br, 81Br 1:1
对于多个Cl、Br化合物，有非常强的同位素离子峰
M+2，M+4，M+6，其强度比值可由（a+b） n 展开式
计算。a:轻质同位素丰度 b：重质同位素丰度 n:同种
卤原子的个数
如C6H4Cl2 a =3 b = 1 n = 2 (3+1)2 = 9 + 6 + 1
M : M+2 : M+4 = 9:6:1
C10H6Br2 a = 1 b = 1 n = 2 (1 + 1)2 = 1 + 2 +1
M : M+2 : M+4 = 1:2:1
C3H7ClBr （a+b）n × （a’+b’）n’
（3+1） ×（1+1）= 3 +（3 +1） +1 =3：4：1
M : M+2 : M+4 = 3：4：1
二 由同位素相对丰度确定分子式
拜诺表 相对分子质量500以下，只含C，
H，N，O
如102处有分子离子峰，M+1，M+2相对
其强度为7.81%，0.35%。从表中可知
C6H2N2，C7H2O，C7H4N。相对分子质
量为偶数。从N规律，可以排除C7H4N。
化合物结构鉴定--质谱解析步骤
（1）化合物的分子量，分子式
（2）计算不饱和度
（3）分子离子峰与其它峰的相对强度

化合物类型
（4） 分子离子峰
碎片离子峰 m/e 差值

可能脱掉的碎片或中性分子

分子结构和断裂类型
（5） 可能存在的离子
（6） 拼出整个分子结构
例1:
例2:
第六章
分子质谱法
------波谱综合解析
任课教师：孙国英
副教授
授课班级：090704 100705
波谱综合解析步骤:
1.确定分子离子峰，以确定分子量。
2.利用质谱的分子离子峰（M）和同位素峰（M+1）,
（M+2）的相对强度可得出最可能的分子式。
3.由分子式可计算不饱和度，进而推测化合物的
大致类型，如是否芳香化合物，有否羰基等。
4.从紫外光谱可计算出值，根据值及max的位置，
可推测化合物中有否共轭体系或芳香体系。
5.红外光谱可提供分子中可能含有的官能团信息.。
6.由质谱的分子离子峰，碎片离子峰可推知可能
存在的分子片断，根据分子离子峰与碎片离子
峰以及各碎片离子峰m/e的差值可推知可能失去
的分子片断，从而给出可能的分子结构。
7.核磁共振谱可给出分子中含几种类型氢，各种
氢的个数以及相邻氢之间的关系，以验证所推
测结构是否合理。
四
三
四
七
四
三
四
三
四