5.2 分子离子与分子式
5.2.1 分子离子峰的识别
1. 在质谱图中，分子离子峰应该是最高质荷比的
离子峰（同位素离子及准分子离子峰除外）。 2. 分子离子峰是奇电子离子峰。 3. 分子离子能合理地丢失碎片（自由基或中性分子）， 与其相邻的质荷比较小的碎片离子关系合理)。
4. 氮律：当化合物不含氮或含偶数个氮时，该化合物
1, 2
[M + nH]+
大气压化学电离（APCI）与ESI相似，可相互补充。
2002年诺贝尔化学奖 生物大分子进行识别和结构分析
约翰· 芬恩
田中耕一
库尔特· 维特里希
开发出了用来确定溶液中生物 大分子三维结构的核磁共振技术
对生物大分子进行质谱分析的 “软解吸附作用电离法”
5.1.4 质量分析器
当被加速的离子进入磁分析器时，磁场再对离子进行作用，让每
一个离子按一定的弯曲轨道继续前进。其行进轨道的曲率半径决 定于各离子的质量和所带电荷的比值m/z。此时由离子动能产生的 离心力(mv2/R)与由磁场产生的向心力(Hzv)相等：
mv 2 Hzv R
由此式得：
(2)
其中：R为曲率半径 H为磁场强度
5.1.3.2 进样系统
样品量一般在10ug以下 进样方式：
直接进样 色谱进样
GC/MS
联用仪器（ THE GC/MS PROCESS ）
HEWLETT PACKARD 5972A Mass Selective Detector
1.0 DEG/MI N
HEWLETT PACKARD
5890
Sample
Cl : 个数
1 2 3
峰形
3:1 9:6:1 27:27:9:1
Br : 个数
1 2 3
峰形
1:1 1:2:1 1:3:3:1
若化合物含有 i 种元素，它们都有非单一的同位素组成， 总的同位素峰簇各峰之间的强度可用下式表示： (a1+b1)m1 (a2+b2)m2 … (ai+bi)mi
2）利用同位素峰簇的相对丰度推导化合物的分子 式 a. 从 M+1 峰与 M 峰强度的比值 可估算出分子中含碳的数目
式中 I(M+1) 和 I(M) 分别表示 M+1 峰和 M 峰的（相对）强度 b. 从 M+2 峰与 M 峰强度的比值 可估算出分子中含 S，Cl，Br 的数目 S 4.4% ； M+2, M+4, M+6 峰很特征
c. 其它元素的存在及其原子数目
① 氟的存在可以从分子离子失去20，50 u （分别对应失去HF，CF2）而证实 ② 碘的存在可以从 M－127 得到证实 ③ 若存在 m/z 31，45，59 …的离子，说明有醇、醚 形式的氧存在。从分子量与已知元素组成质量的 较大差额也可估计氧原子的存在个数。
1. 单个扇形磁场组成的单聚焦质量分析器
分辨率较低
2. 扇形静电场和扇形磁场组成的双聚焦质量分析器
分辨率高，适用于高分辨质谱（HRMS）的分析
3. 四极杆质量分析器
分辨率低，常用与组成 色—质联用仪和串连质谱
4. 飞行时间质谱（TOF）
灯丝 磁体 加速 电场V离子漂 移 Nhomakorabea管L
排斥 电极
收集 电极 S 磁体 检测器
27.9949、28.0062、28.0313
5.1.7 质谱中的各种离子
1. 分子离子
分子被电子束轰击失去一个电子形成的离子称为分子离子。 分子离子用 M+• 表示。分子离子是一个游离基离子。
在质谱图上，与分子离子相对应的峰为分子离子峰。
O C CH3 + · O C CH3 or
+ M · + M ·
样品不需要气化，可使很多难挥发及加热时发生分解的样品获 得稳定的分子离子峰。
5. 快原子轰击电离（fast atom barmbardment, FAB）
该方法使分子电离的能量很低，容易得到（M+1）峰，特别适 用于高极性、分子量大、难挥发和受热分解化合物的质谱测定。
6. 基质辅助激光解吸电离（matrix assisted laser desorption/ ionization， MALDI）
仪器分辨率不高，质量范围宽，扫描速度快。
5. 傅利叶变换离子回旋共振质谱（FT—ICR）
仪器分辨率极高，测量精度好，质量范围宽，扫描速度快。
5.1.5 质谱图的组成
质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。
横坐标标明离子质荷比（m/z）的数值，纵坐标标明各峰
的相对强度，棒线代表质荷比的离子。图谱中最强的一
Gas Chromatograph (GC)
B
A C D
Mass Spectrometer (MS)
A B C D
D A
C
B
Separation
Sample
Identification
HPLC/MS
5.1.3.3 离子源
1. 电子流轰击电离（electron impact, EI）
灯丝
磁体
电子流能量为70eV 离子化室温度为220C
个峰称为基峰，将它的强度定为100。
丁 酮 的 质 谱 图
5.1.6 质谱术语
基峰：质谱图中离子强度最大的峰，规定其相对强度（RI）
或相对丰度（RA）为100。
精确质量：低分辨质谱中离子的质量为正数，高分辨质谱给
出分子离子或碎片离子的精确质量，其有效数字视
质谱计的分辨率而定。
CO、N2、C2H4 的精确质量依次为：
常很弱或不出现。
5.2.3 M+. 峰和 (M+1)+ 峰或 (M-1)+ 峰的判别
醚、酯、胺、酰胺、腈化物、氨基酸酯、胺醇 等
可能有较强的 (M+1)+ 峰；芳醛、某些醇或某些含氮
化合物可能有较强的 (M-1)+ 峰。
5.2.4 分子式的推导
1. 如何判断分子式的合理性
该式的式量等于分子量；是否符合氮律；
该方法适合于大分子如蛋白质、核酸等的质谱分析。
7. 电喷雾电离（electrospray ionization，ESI）
带正电荷的液滴 注 射 器 进 样 器 泵 样品 强静电场 接地电极 加上3~5KV的正电压 多电荷离子 质量分析器
溶 剂
该方法适合于分析极性强、热稳定性差的大分子如 2. 带电液 1. 溶剂 蛋白质、多肽、糖类等的质谱分析。 滴裂分 挥发
5.1.2 基本原理
质谱仪示意图
供电系统
进样系统
离子源
质量分析器
离子检测器
真空系统
记录仪
电 子 流 M -e
M +·
m1+ 、 m 2+ 、 m 3+ · · ·
质谱仪示意图
离子生成后，在质谱仪中被电场加速。加速后其动能和位能相等
即：
1 2 mv zV 2
(1)
其中 m: 离子质量；v: 离子速度；z: 离子电荷；V: 加速电压
RHz v m
代入(1)式得：
H 2 R2 m/ z 2V
这就是质谱的基本方程
5.1.3 质谱仪
质谱仪器主要由真空系统、 进样系统、离子源、加速 电场、质量分析器、收集 和记录装置组成。
5.1.3.1 真空系统
整个系统都为高真空， 离子源： 10-610-7 mmHg 质量分析器:10-710-8 mmHg。
不饱和度是否合理。
2. 低分辨质谱法 同位素相对丰度的计算法、查 Beynon 表法
1) 同位素峰簇及其相对丰度
除 F、P、I 外，都有同位素 分子离子或碎片离子峰常以同位素簇的形式存在。 低质量的同位素（A）丰度计为100
设某一元素有两种同位素，在某化合物中含有 m 个该 元素的原子，则分子离子同位素峰簇的各峰的相对丰度可 用二项式 (a+b)m 展开式的系数推算；
79Br
M
M+2
分子中含有两个氯: M （2个35Cl）、M+2（35Cl和37Cl）和
M+4（2个37Cl）峰 质谱中三个峰的相对强度可近似地用二项式 (a+b)n 展开的方法来 计算。式中a为轻同位素丰度；b为重同位素丰度；n为分子中该元 素的原子数目。含有两个氯时，a为35Cl（相对丰度为100%），b 为37Cl（相对丰度为32.5%），n等于2，则
(a + b)n = a2 + 2ab + b2 M∶(M + 2)∶(M + 4) = 12∶2 1 0.325∶0.3252 =1∶0.65∶0.1056 =9.5∶6.16∶1 9 ∶ 6∶ 1
M、M+2和M+4三峰高的比例约为9∶6∶1
M
M+2
M+4
化合物中若含有两种不同的同位素，如氯和溴，则近似地用 (a + b)n (c + d)m的公式来计算。其中n代表其中的一种元素的 个数，m代表另一种元素的个数
排斥电极
离子
加速电场
质量分析器
收集电极 S 磁体
EI法可以使很多的有机化合物产生分子离子的同时， 产生相当多的碎片离子。
2. 化学电离（chemical ionization，CI）
在离子化室中用电子流轰击反应气体甲烷，生成相应的离子， 再让离子与所测样品进行离子—分子反应，得到样品的分子离 子（M+1）。
-e
+ · O C CH3
分子离子峰是否出现决定于它的稳定性，只要分子离子中的正 电荷可以被分散，则可使分子离子稳定，分散程度越大，分子 离子越稳定。