波谱作业 MS常见结构的离子峰

更新时间:2023-05-03 01:49:02 阅读: 评论:0

1. 简要归纳出常见结构类型的裂解方式及其主要碎片离子峰;
1. 饱和烷烃
1)直链烷烃
 直链烃弱的分子离子峰相对丰度随碳链的增长而下降;直链烷烃的质谱由一系列峰簇(cluster, CnH2n+1、CnH2n、CnH2n-1)组成,峰簇之间差1个质量单位。峰簇中的最高峰元素组成为CnH2n+1。CnH2n-1来自CnH2n+1脱H2,有亚稳离子峰证实;各峰簇的顶端形成一平滑曲线,最高点在C3或C4,原因是各个C-C键的断裂均有一定几率,断裂以后离子进一步断裂,最后使得C3或C4离子峰的峰度最高;m/z 43,57相对强度较大,往往是基峰,这是由于可异构化为稳定性较高的异丙基离子和叔丁基离子;直链烷烃比M+• 峰质量数低的下一个峰簇顶点是M-29(M-C2H5),而有甲基分支的烷烃将有M-15 (M-CH3),这是直链烷烃与带有甲基分支的烷烃相区别的标志。
2)支链烷烃
 支链烷烃的分子离子峰强度较相应的直链烷烃降低;分支处易断裂,优先失去大基团,正
电荷留在有分支的碳离子上,这是因为碳离子的稳定顺序如下,支链处峰强度增大;各峰簇顶点不再形成一平滑曲线(因在分支处易断裂,分支处离子强度增加)。
3)环烷烃
 由于环的存在,分子离子峰强度相对增加;通常在环的支链处断开,特征是失去乙烯(或取代乙烯),产生CnH2n-1峰和CnH2n-2峰;质谱图中可见m/z 41,55,56,69等特征碎片离子峰;烷基取代的环烷烃易丢失侧链烷基,优先失去大基团,正电荷留在环上。
2. 烯烃
双键的引入增加分子离子峰强度;形成间隔14质量单位的一系列峰簇(CnH2n+1、CnH2n、
CnH2n-1) ,但峰簇内最高峰为CnH2n-1 。m/z 41往往是基峰,是由于烯丙基离子的高稳定性所致;形成上述峰簇的原因是在分子中双键已电离的情况下,双键的位置可迁移(只有当双键上多民营企业融资 取代或此双键与其它双键共轭时,双键位置才不迁移)。
烯烃:烯烃发生的断裂,称烯丙基断裂。烯丙基断裂“烯系列” (27, 41, 55, 69…41+14n, CnH2n-1 )
3. 芳烃
芳烃类化合物稳定,分子离子峰强;烷基取代苯:分子离子峰中等强度或较强,易发生C-C键的裂解,生成m/z 91的苄基离子(卓鎓离子), m/z 91的峰一般较强,往往是基峰;麦氏重排:当相对苯环有 氢存在时,可发生麦氏重排,生成m/z 92的离子;生成的卓鎓离子、苯离子等还能够继续裂解,脱去乙炔分子(C2H2)。质谱图可见m/z 39, 51, 65, 77, 78(弱),91, 92(强)等特征碎片离子峰。
1. 醇
 醇类分子离子峰弱或不出现,易观察到M-H、M-H2O 峰;醇的C-C键裂解生成31+14n 的含氧碎片离子峰;醇的脱水反应(1, 3和1, 4脱水)给出M-18 峰。脱水后,谱图与烯烃十分相似,区别:是否有醇的m/z 31,45,59,73…… (31+14n) 的特征含氧碎片离子峰;通过饱和环过渡态氢重排,生成(M-18-28) (失水和乙烯)的奇电子离子峰及系列CnH2n+1,CnH2n-1碎片离子峰。
2. 酚
 酚类的分子离子峰(M+•)很强,往往是基峰。酚易失去CO和CHO形成M-28 (M-CO)和M-29(M-CHO)的离子峰。
3. 醚
 脂肪醚分子离子峰弱,芳香醚的M+•较强;自由基引发的裂解(碳-碳键断裂,均裂),生成氧鎓离子,生成的氧鎓离子可继续重排开裂,脱去烯烃分子,生成系列CnH2n+1O+(如:m/z 31、45、59……,31+14n) 的含氧碎片离子峰;醚还可进行正电荷诱导的碳-氧键的i异裂,正电荷在烃类碎片上,生成系列43,57,71等CnH2n+1的碎片离子;芳香醚:M+较强,裂解方式与脂肪醚类似,可见m/z 77,65, 39等苯的特征碎片离子峰。
三. 羰基化合物
 羰基化合物(醛、酮、酸、酯、酰胺等)分子离子峰一般
都可见; 裂解时正电荷往往保留在含氧碎片上;碳-碳键异裂生成系列CnH2n+1碎片离子峰;常出现 氢重排生成的奇电子离子峰。
 1. 醛
脂肪醛分子离子峰明显; 裂解生成(M-1)(-H),(M-29) (-CHO)和强的m/z29 (HCO+)的离子峰,同时伴随有m/z 43, 57, 71…CnH2n+1等烃类的特征碎片峰;氢重排时,生成m/z为44 (44 +14n)的奇电子离子峰。位无取代基时,丁醛以上的醛m/z 44的峰为基峰或强峰;乙醛、丙醛:m/z 29(100)(裂解)为基峰;芳醛分子离子峰M+• 强。
2. 酮
 分子离子峰较强;两种裂解(优先失去大基团),生成系列含氧碎片离子(43,57,71,…);氢重排时,生成m/z(58+14n)的奇电子离子峰及其再次重排生成m/z 58的奇电子离子峰;芳酮分子离子峰明显增强。
3. 羧酸
 脂肪族一元羧酸的分子离子峰弱,相对强度随分子量的增大而降低。小分子羧酸出现(M-17)(-OH), M-18(失去H2O),(M-45)(COOH),m/z 45(COOH+)峰及烃类系列碎片峰。随着碳
数的增加,[M-OH]+和[M-H2O]+峰逐渐减弱,甚至消失;羧酸位有取代基R′,氢重排生成60+14n的奇电子离子,若R’ ≥C2,发生二次 氢重排,生成m/z 60的乙酸分子离子。m/z 60是丁酸以上没有支链脂肪羧酸最特征离子峰;芳香羧酸M+• 峰相当强,有M-17、M-45离子峰;邻位取代芳香羧酸易产生M-18的失水离子峰(芳环邻位效应)。
4. 酯
 酯类化合物中甲酯或乙酯分子离子峰明显;分子中羰基氧和酯基氧都可引发裂解, 裂解生成(M-OR)或(M-R)的离子,可用于判断酯的类型。如甲酯出现(M-31)(-OCH3)、乙酯(M-45)(-OC2H5)的离子峰;裂解产生的离子常为质谱图中的强峰或基峰;碳-碳键断裂生成CnH2nCOOR系列的m/z 为73,87,101等m=14的含氧碎片峰;长链酯类氢重排生成m/z (74+14n)的碎片离子,长链烷酸;乙酯、丙酯等经二次氢重排,生成m/z 60乙酸小分子奇电子离子。
5. 酰胺
 分子离子峰明显;裂解反应与酯类化合物类似,酰基氧原子和氮原子均可引
发裂解反应。裂解方式主要包括:
 含4个C以上的伯酰胺主要发生-氢重排反应;不能发生-氢重排的伯酰胺主要发生键断裂,生成(m/z 44)离子
四. 其他类化合物
1. 硫醇、硫醚
 硫醇M+ 峰较强,出现m/z为(M-33)(-HS),(M-34)(-H2S),33(HS+),34(H2S+);C-C键裂解产生m/z 47,61,75,89等系列(47+14n)的含硫特征碎片离子峰;(裂解)出现CnH2n+1 及CnH2n-1的烃类碎片峰;(47+14n)的含硫特征碎片离子峰;硫醇失硫化氢后,继续碎裂产
生系列烯的离子峰:m/z 41,55,69… (CnH2n-1) ;(47+14n)的含硫特征碎片离子峰:47,
61,89,103硫醚分子离子峰较相应的硫醇强,裂解方式与醚类似;裂解生成CnH2n+1S+系列含硫的碎片离子:m/z 47,61,75,89等的(47+14n)的含硫特征碎片离子。
2. 胺类化合物
脂肪胺分子离子峰很弱,仲胺、叔胺或较大分高清情侣头像动漫 子的伯胺M+•峰一般不出现;主要裂解方式裂解和经过四元环过渡态的氢重排,出现m/z 30, 44, 58,72等系列30+14n的含氮特征碎片离子峰
(CnH2n+温州雁荡山 2N+ )及CnH2n+1, CnH2n-1的系列烃类碎片峰;伯胺m/z 30峰(CH2=N+H2)强,仲胺或叔胺裂解后氢重排得到m/z 30 离子峰相对强度较弱。
3. 卤代烃
 脂肪族卤代烃的分子离子峰弱,芳香族卤代烃的强。分子离子峰的相对强度随F、Cl、Br、I 的顺序依次增大;卤代烃主要有杂原子的裂解、碳-卤键的断裂及饱和过渡态氢的重排。质谱图中可见(M-X)+,(M-HX)+ ,X+及CnH2n, CnH2n+1系列峰;碳-氟/氯键断裂(i 异裂)时,正电荷带在烃类碎片上;溴或碘代烷,正电荷也可带在溴或碘上,出
现m/z 79,81(Br+)或m/z 127 (I+) 的碎片峰;19F, 127I 无重同位素,其存在由M-19, M-20及M-127,127等碎片离子峰来判断。35Cl, 79Br有重同位素存在,碎片离子中Cl,Br原子的存在及数目由其同位素峰簇的相对强度来判断。
芳环“邻位效应”是指在邻位取代芳环中,取代基经过六元环过渡态氢的重排,失去中性小分子,生成奇电子离子的裂解过程。
2. 简要归纳出主要的质谱技术类型及其主要特点。
1.电子轰击电离(electron impact ionization EI)
 作用过程:采用高速(高能)电子束冲击样品,从而产生电子和分子离子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。
轰击电压50-70eV, 有机分子的电离电位一般为7-15eV,碎片离子较多,可提供丰富的结构信息。
特点:应用最广泛,发展最成熟的电离方法;EI谱重现性好,谱库最完整;缺点是样品
必须加热汽化后才可进行离子化,不适用于难挥发,热不稳定化合物的分析。分子离子峰强度较弱或不出现,碎片离子较多。无法串联HPLC。
2.化学电离(Chemical Ionization,CI)
化学电离是利用离子—分子反应使样品分子电离。高能电子束与小分子反应气(如甲烷、丙烷、异丁烷等)作用,使其电离生成初级离子,这些初级离子再与气体样品分子反应,得到准分子离子。
 特点:电离能小,质谱峰数少,图谱简单;准分子离子(M+H)+ 、(MH)+
峰强,可提供分子量重要信息。样品需加热汽化,不适用难挥发、
热不稳定化合物分析。软电离,CI和EI谱构成较好的互补关系
3.场致电离Field Ionization (FI)
 当样品蒸汽接近或接触带高正电位的金属针时,在强电场(107~108V/cm)的作用下发生电离。要求样品分子处于气态,灵敏度不高,应用逐渐减少。
4.场解吸Field Desorption (FD)
 样品不需汽化,预先附在处理好的场离子发射体上,送入离子源,然后通以微弱电流,使样品分子从发射体上解吸下来,并扩散至高场强的场发射区,进行离子化。适用于难汽化, 热不稳定的样品如: 糖类,肽类,金属有机化合物,聚合物等。
 由FI、FD得到的质谱,分子离子峰或准分子离子峰较强,碎片离子峰较少,属于软电离。

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