清华课件材料研究与测试方法7质谱

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1、第6章质谱Massspectra质谱分析方法是通过对样品离子的质量和强度的测定来进行成分和结构分析的一种方法。样品离子化将离子按质荷比分开，并测离子的质荷比强度分析样品成分、结构和相对分子质量6.1概述6.1.1质谱分析方法的特点：应用范围广——同位素分析，有机结构分析，样品可以是气、固、液态；灵敏度高，样品用量少，灵敏度可达50pg(50×10–12g)；分析速度快，可实现多组分同时检测；但仪器结构复杂，价格昂贵。6.1.2质谱中的离子在有机化合物的质谱图中可以产生：分子离子；碎片离子；亚稳离子、同位素离子、络合离子和负离子等。对于判断结

2、构和确定相对分子质量最有效的离子为分子离子。分子离子有机化合物的分子受电子轰击或给其能量而被离子化了，形成带正电荷的奇电子离子叫分子离子碎片离子分子离子能量较高时，会断裂原子间的一些键，产生质量数较低的碎片叫碎片电离子同位素离子有机化合物一般是由C、H、O、N、S、F、Cl、Br、I、Si、P组成的，这些元素中有些是有同位素的。分子离子有同位素离子，碎片离子也有同位素离子6.1.3判断分子离子峰M+e——M+·2e（右边的两个电子，一个是作用电子，另一个是分子失去的电子。）质谱的一个很大的用途就是可以确定相对分子质量，从而得到分子式，一个化

3、合物的相对分子质量就是从质谱的分子离子峰的m／e值获得的(m／e称为质荷比)，找到分子离子就知道相对分子质量，所以正确判断出分子离子峰是很重要的。判断方法有如下：（1）分子离子峰一定是质谱中质量最大的峰，多数情况下质谱高质量端较强峰就是分子离子峰。（2）最高质量的峰与邻近碎片离子峰之间的质量差是否合理：比分子离子峰小4～13及20~25个质量单位处不应有离子峰出现，否则质量数最大的峰就不是分子离子峰，而是碎片离子峰或杂峰。因为一般化合物不可能失去～13H而不断链。如果断链，失去的最小碎片应为—CH3，它的质量为15个质量单位。失去14个质量

4、单位（CH2）和19个质量单位（如F）的情况极为少见。同样也不可能失去20~25个质量单位。（3）氮规则方法：不含氮的化合物分子离子(M·+)的质量数(相对分子质量)应该是偶数。由于元素N的质量数是偶数，而化合价是奇数，因此有如下规律：含偶数N原子的化合物其分子离子(M·+)的质量数(相对分子质量)是偶数。含奇数N原子的化合物其分子离子(M1+)的质量数(相对分子质量)是奇数。当知道了分子中含有的N原子数时，可以利用氮规则来核对相对分子质量，如果含N数与相对分子质量的奇偶数不符，则该离子不是分子离子，分子中含氮原子数可用元素分析仪等确定（4

5、）如果分子离子峰太弱，或经过判断后认为分子离子峰没有出现，此时可通过改进实验技术来测定相对分子质量。降低轰击电子的能量提高仪器的灵敏度加大进料量6.2质谱仪6.2.1质谱仪的结构进样系统、离子源、质量分析器、检测器和记录器组成。样品进样系统离子器质量分析器离子检测器质谱记录器图6-1质谱仪方块图一、离子源质谱分析的对象是样品离子，因此首先要把样品分子或原子电离成离子，产生离子的装置叫离子源离子源种类很多，常用的有电子轰击源，化学电离源和高频火花源二、质量分析器它是质谱仪中一个重要的组成部分，由它将离子源产生的离子按m／e分开。三、离子检测器

6、和记录器利用照相感版作为离子检测和记录的方法法拉弟盒、电子倍增器等几种检测方法记录器一般采用紫外线记录器质谱仪比较擅长定性分析。但对于复杂有机物的分离则非常繁琐，因此60年代后发展了色谱—质谱联用仪器包括气相色谱-质谱联用仪(CCMC)和液相色谱-质谱联用(LCMC)，并且与计算机联用，已经成为有机分析的重要工具6.2.2测试原理样品通过进样系统进入离子源，在离子源中样品分子或原子被电离成离子；带有样品信息的离子经过质量分析器即可按质荷比分开，再经检测、记录，即得到样品的质谱图。在谱图中每个质谱峰表示一种质荷比的离子，质谱峰的强度表示该种离

7、子峰的多少，因此根据质谱峰出现的位置可以进行定性分析，根据质谱峰的强度可以进行定量分析。空气的质谱图N2O2CO26.3质谱图的表示和解释方法6.3.1质谱的表示方法一、横坐标表示m/e(实际上就是磁场强度)，由于分子离子或碎片离子在大多数情况下只带一个正电荷，所以通常m／e称为质量数，例如-CH3离子的质量数(m／e)是15，对于低分辨仪，离子的质荷比在数值上就等于它的质量数。二、质谱图的纵坐标纵坐标表示离子强度，在质谱中可以看到几个高低不同的峰，纵坐标峰高代表了各种不同质荷比m/e的离子丰度——离子流强度离子流强度有两种不同的表示方法（

8、1）绝对强度将所有离子峰的离子流强度相加作为总离子流，将总离子流作为分母，用各离子峰的离子强度除以总离子流，得出各离子流占总离子流的百分数(总离子流是100％)。20%：此离子