一、不同離子的概念

1、分子離子分子被電子束轟擊失去一個(gè)電子形成的離子稱為分子離子。分子離子用 M+表示。分子離子是一個(gè)游離基離子。在質(zhì)譜圖中與分子離子相對(duì)應(yīng)的峰為分子離子峰。分子離子峰的質(zhì)荷比就是化合物的相對(duì)分子質(zhì)量, 所以,用質(zhì)譜法可測(cè)分子量。

2、同位素離子含有同位素的離子稱為同位素離子。在質(zhì)譜圖上,與同位素離子相對(duì)應(yīng)的峰稱為同位素離子峰。

3、碎片離子分子離子在電離室中進(jìn)一步發(fā)生鍵斷裂生成的離子稱為碎片離子。

4、重排離子經(jīng)重排裂解產(chǎn)生的離子稱為重排離子。其結(jié)構(gòu)并非原來(lái)分子的結(jié)構(gòu)單元。在重排反應(yīng)中，化學(xué)鍵的斷裂和生成同時(shí)發(fā)生, 并丟失中性分子或碎片。

5、奇電子離子與偶電子離子具有未配對(duì)電子的離子為奇電子離子。這樣的離子同時(shí)也是自由基，具有較高的反應(yīng)活性。無(wú)未配對(duì)電子的離子為偶電子離子。

6、多電荷離子分子中帶有不止一個(gè)電荷的離子稱為多電荷離子。當(dāng)離子帶有多電荷離子時(shí)，其質(zhì)核比下降，因此可以利用常規(guī)的四極質(zhì)量分析器來(lái)檢測(cè)大分子量化合物。

7、亞穩(wěn)離子從離子源出口到檢測(cè)器之間產(chǎn)生的離子。即在飛行過(guò)程中發(fā)生裂解的母離子。由于母離子中途已經(jīng)裂解生成某種離子和中性碎片，記錄器中只能記錄這種離子，也稱這種離子為亞穩(wěn)離子，由它形成的質(zhì)譜峰為亞穩(wěn)峰。

8、準(zhǔn)分子離子比分子量多或少 1 質(zhì)量單位的離子稱為準(zhǔn)分子離子，如：(M+H)+， (M-H)+。其不含未配對(duì)電子，結(jié)構(gòu)上比較穩(wěn)定。

二、分子離子峰

1、分子離子峰強(qiáng)度分子離子是質(zhì)譜圖中最有價(jià)值的信息，它不但是測(cè)定化合物分子量的依據(jù)，而且可以推測(cè)化合物的分子式，用高分辨質(zhì)譜可以直接測(cè)定化合物的分子式。

一般來(lái)講，從分子中失去的電子應(yīng)該是分子中束縛最弱的電子，如雙鍵或叁鍵的π電子，雜原子上的非鍵電子。

分子離子的豐度主要取決于其穩(wěn)定性和分子電離所需要的能量。易失去電子的化合物，如環(huán)狀化合物、雙鍵化合物等，其分子離子穩(wěn)定、分子離子峰較強(qiáng);而長(zhǎng)碳鏈烷烴、支鏈烷烴等正與此相反。

各類化合物分子離子穩(wěn)定性次序大致為：芳香環(huán)(包括芳香雜環(huán))>共軛烯>烯>脂環(huán)>硫醚、硫酮>酰胺>酮>醛>直鏈烷烴>醚>酯 >胺>羧酸>腈>伯醇>仲醇>叔醇>高度支鏈烴。

芳環(huán) (包括芳雜環(huán)) 、脂環(huán)化合物、硫醚、硫酮、共軛烯分子離子峰比較明顯，直鏈酮、酯、酸、醛、酰胺、鹵化物等通常顯示分子離子峰，脂肪族醇、胺、亞硝酸酯、硝酸酯、硝基化合物、腈類及多支鏈化合物容易裂解, 分子離子峰通常很弱或不出現(xiàn)。分子離子峰不出現(xiàn)或豐度極低難以確認(rèn)，可根據(jù)不同情況改變實(shí)驗(yàn)條件予以驗(yàn)證。

(1)降低轟擊電子的能量將常用的70eV 改變15eV 以減少形成的分子離子繼續(xù)斷裂的幾率，降低了碎片離子的豐度，使分子離子峰的相對(duì)豐度增加，從而可能辨認(rèn)出分子離子。

(2)用CI, FI, FD等軟電離方法降低轟擊電子能量的結(jié)果會(huì)使儀器的靈敏度下降，雖然分子離子峰的豐度有所提高，但離子的絕對(duì)強(qiáng)度降低，一些由于熱不穩(wěn)定和低揮發(fā)性等原因而不出現(xiàn)分子離子峰的化合物，用這種辦法不會(huì)得到預(yù)期的效果，這時(shí)可采取各種軟電離的辦法，雖然碎片離子大量減少，但可以突出分子離子峰。

(3)降低樣品的氣化溫度氣化溫度的降低可以減少分子離子進(jìn)一步斷裂的可能性，分子離子峰的相對(duì)豐度增加。如三十烷烴在340℃時(shí)氣化，不出現(xiàn)分子離子峰，改變70℃氣化時(shí)分子離子峰的豐度接近基峰。

(4)制備衍生物某些化合物不易揮發(fā)或熱穩(wěn)定性差，可以衍生化處理。例如，可將某有機(jī)酸制備成相應(yīng)的酯，酯容易氣化，而且易得到分子離子峰，由此來(lái)推斷有機(jī)酸的分子量。

2、分子離子峰的識(shí)別解析時(shí)一般把譜圖中最高質(zhì)荷比的離子假設(shè)為分子離子，后用分子離子的判別標(biāo)準(zhǔn)一一對(duì)比，若被檢查離子不符其中任何一條標(biāo)準(zhǔn)，則它一定不是分子離子;若被檢查離子符合所有條件，則它有可能是分子離子。分子離子的判別可以參考如下標(biāo)準(zhǔn)：

(1)分子離子必須是奇電子離子。由于有機(jī)分子都是偶電子，所有失去一個(gè)電子生成的分子離子必是奇電子離子。

(2)是否符合氮規(guī)則 (Nitrogen Rule) 。有機(jī)化合物的分子量是偶數(shù)或奇數(shù)與所含有的氮原子的數(shù)目有關(guān)。凡不含氮原子或含偶數(shù)個(gè)氮原子的化合物，其分子量必為偶數(shù);含奇數(shù)個(gè)氮原子的化合物，其分子量必為奇數(shù)，這就是所謂的氮規(guī)則。

(3)合理的中性碎片的丟失。這些中性碎片可能是小分子或者自由基基團(tuán)。這些中性碎片有著特殊的質(zhì)量數(shù)，m/z最高值與鄰近的碎片離子之間應(yīng)有一個(gè)合理的質(zhì)量差。

例如：M+丟失一個(gè)質(zhì)子H、CH3、H2O,C2H4等是合理的。如果這個(gè)質(zhì)量差落在4~14和21~25之間就是不合理的，也即如果在M-4到M-13的范圍內(nèi)存在峰，則說(shuō)明原所假定的分子離子峰不是分子離子峰。

三、碎片離子

碎片離子的質(zhì)荷比及其豐度在質(zhì)譜數(shù)據(jù)中占很大比例。碎片離子的相對(duì)豐度與分子結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，高豐度的碎片峰代表分子中易于裂解的部分，如果有幾個(gè)主要碎片峰，并且代表著分子的不同部分，則由這些碎片峰就可以粗略地把分子骨架拼湊起來(lái)。質(zhì)譜解析的大量工作就是分析碎片離子的形成過(guò)程。

1、α斷裂分子失去電子，形成游離基離子，它的電子有強(qiáng)烈的成對(duì)傾向，電子轉(zhuǎn)移與鄰近原子形成一個(gè)新鍵，同時(shí)鄰近原子的α鍵斷裂。因此，這種斷裂通常稱為“α”斷裂反應(yīng)。

(1)飽和雜原子：雜原子的孤對(duì)電子電離能較低，很容易去失，形成游離基離子，進(jìn)而發(fā)生α斷裂，如：

(2)不飽和雜原子：例如羰基化合物的α斷裂過(guò)程如下：

(3)烯烴類的烯丙位裂解：

上述反應(yīng)的進(jìn)行與游離基中心給電子傾向有密切的關(guān)系。氮原子給電子能力很強(qiáng)，α斷裂在脂肪族胺中占主導(dǎo)地位，其次是氧族元素，由給電子能力的差別造成的α斷裂反應(yīng)的難易程度按下列順序排列：N>S、O、π，R>Cl、Br>H。當(dāng)一個(gè)化合物有幾個(gè)α鍵時(shí)，最容易去失的是最大的烷基游離基。

2、i斷裂（誘導(dǎo)斷裂）誘導(dǎo)斷裂是由正電荷誘導(dǎo)、 吸引一對(duì)電子而發(fā)生的斷裂, 其結(jié)果是正電荷的轉(zhuǎn)移。誘導(dǎo)斷裂常用i來(lái)表示。一般情況下，電負(fù)性強(qiáng)的元素誘導(dǎo)力也強(qiáng)。在有些情況下，誘導(dǎo)斷裂和α斷裂同時(shí)存在。由于i斷裂需要電荷轉(zhuǎn)移，因此，i斷裂不如α斷裂容易進(jìn)行。

表現(xiàn)在質(zhì)譜中，相應(yīng)α斷裂的離子峰強(qiáng)，i斷裂產(chǎn)生的離子峰較弱。i斷裂和α斷裂同時(shí)存在，α斷裂的幾率大于i斷裂。但由于α斷裂生成的m/z 59還有進(jìn)一步的斷裂，因此在的質(zhì)譜中，m/z59并不比m/z 29強(qiáng)。

3、σ斷裂如果化合物分子中具有σ鍵，如烴類化合物，則會(huì)發(fā)生σ鍵斷裂。σ鍵斷裂需要的能量大，當(dāng)化合物中沒(méi)有π電子和n電子時(shí)，σ鍵的斷裂才可能成為主要的斷裂方式。斷裂后形成的產(chǎn)物越穩(wěn)定，這樣的斷裂就越容易進(jìn)行，陽(yáng)碳離子的穩(wěn)定性順序?yàn)槭?gt;仲>伯。因此，碳?xì)浠衔镒钊菀自诜种幇l(fā)生鍵的斷裂。并且，失去最大烷基的斷裂最容易進(jìn)行。

4、重排開(kāi)裂重排開(kāi)裂時(shí)涉及到兩個(gè)鍵的斷裂，脫去一個(gè)中性分子，同時(shí)發(fā)生H重排。重排的結(jié)果產(chǎn)生了在原化合物中不存在的結(jié)構(gòu)單元的離子。

(1)麥?zhǔn)现嘏?Mclafferty rearrangement)分子離子或碎片離子結(jié)構(gòu)中有雙鍵，且在γ位上有H原子的正離子都能發(fā)生麥?zhǔn)现嘏拧Ｔ陂_(kāi)裂中，γ位上的H通過(guò)六元環(huán)過(guò)渡態(tài)的遷移到電離的雙鍵碳或雜原子上，同時(shí)烯丙鍵斷裂，生成中性分子和碎片離子。

醛、酮、羧酸、酯、酰胺、碳酸酯、磷酸酯、肟、腙、烯、炔以及烷基苯等的含有γ-H的有機(jī)化合物很容易發(fā)生麥?zhǔn)现嘏拧?/span>

(2)逆迪爾斯一阿爾德重排(retro Diels-Alder fragmentation,RDA)對(duì)具有環(huán)內(nèi)雙鍵結(jié)構(gòu)的化合物能發(fā)生RDA開(kāi)裂，一般生成一個(gè)帶正電荷的共軛二烯自由基和一個(gè)中性分子。

(3)脫去小分子化合物的重排在一些醇類、硫醇類、鹵代烴等有機(jī)化合物分子的質(zhì)譜中經(jīng)常出現(xiàn)脫去水、硫化氫、鹵化氫等小分子化合物而生成的碎片離子。醇非常容易脫去水分子，所以醇類化合物的分子離子峰相對(duì)豐度很小，甚至不出現(xiàn)分子離子峰。

(4)復(fù)雜開(kāi)裂復(fù)雜開(kāi)裂是指在有機(jī)化合物的質(zhì)譜中，經(jīng)常出現(xiàn)離子中兩個(gè)或兩個(gè)以上化學(xué)鍵連續(xù)發(fā)生斷裂生成碎片的過(guò)程。除了重排反應(yīng)以外，環(huán)狀化合物的質(zhì)譜碎裂也是如此。復(fù)雜斷裂一般是指環(huán)狀化合物發(fā)生的多個(gè)鍵斷裂，有時(shí)涉及一個(gè)氫原子的轉(zhuǎn)移。

(5)骨架重排骨架重排是指在有機(jī)化合物裂解過(guò)程中，部分基團(tuán)如甲基、芳香基以及含O、N、S等的基團(tuán)發(fā)生遷移，生成一些小的中性碎片、自由基離子等的過(guò)程。常見(jiàn)的中性碎片如CO、SO、SO2. S2. CH=CH等。如蒽醌發(fā)生芳基遷移，存在下列裂解：

四、質(zhì)譜常見(jiàn)問(wèn)題解析

1、質(zhì)譜不出峰的可能原因？

解析：

1)進(jìn)樣系統(tǒng)與離子源沒(méi)連接或有漏液

2)六通閥漏液

3)霧化氣沒(méi)開(kāi)

4)噴霧電壓沒(méi)有

5)離子進(jìn)入分析器的離子通道堵塞

6)噴霧毛細(xì)管堵塞

2、如何根據(jù)樣品選擇離子源？

解析：

可根據(jù)分子量的大小、極性。APCI適合小分子，極性小的化合物;ESI適合分析的分子量范圍較大、分子要求帶有一定極性。一般先考慮用ESI分析，如果極性實(shí)在太小，才想到用APCI。

3、等度還是梯度洗脫如何選擇？

解析：

其實(shí)只做一兩個(gè)化合物，是等度洗脫好，速度快，但也并非越快越好，特別在分析生物樣品時(shí)，考慮到基質(zhì)效應(yīng)，保留因子控制在2-3左右較好。梯度洗脫適合分析多個(gè)結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)，如化合物與代謝產(chǎn)物一同鑒定的時(shí)候，比如苷和苷元的一同測(cè)定。另外很多做合成化學(xué)的分析實(shí)驗(yàn)室用的也是一通用的梯度洗脫方法，一個(gè)方法搞定大部分樣品。一般來(lái)說(shuō)對(duì)于組成簡(jiǎn)單的樣品可以采用等度洗脫，而對(duì)于那些復(fù)雜的樣品分離通常需要進(jìn)行梯度洗脫。

4、氣質(zhì)和液質(zhì)系統(tǒng)對(duì)比？

解析：

除了采用的分離手段不同(氣相和液相)外主要的區(qū)別在于真空系統(tǒng)和電離方式。氣質(zhì)的真空系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，只要一個(gè)小的機(jī)械泵和一個(gè)分子渦輪泵就可以了。液質(zhì)的機(jī)械泵要比氣質(zhì)大，需要兩個(gè)分子渦輪泵。氣質(zhì)的電離方式有電子電離(EI)和化學(xué)電離(CI)。液質(zhì)的電離方式有電噴霧電離(ESI)、大氣壓化學(xué)電離(APCI)和大氣壓光電離(APPI)。

5、APCI和ESI的不同點(diǎn)？

解析：

1)離子產(chǎn)生的方式不同。APCI利用電暈放電離子化，氣相離子化。ESI利用離子蒸發(fā)，液相離子化。

2)能被分析的化合物類型不同。APCI適合弱極性，小分子化合物，且具有一定的揮發(fā)性;ESI 極性化合物和生物大分子。

3)流速不同。ESI一般流速較小，約0.001到0.25 mL/min，APCI 相對(duì)較大，約0.2到2 mL/min。

4)多電荷。APCI不能生成一系列多電荷離子，所以不適合分析大分子;ESI 能生成一系列多電荷離子，特別適用于蛋白，多肽類等生物分子。

6、CID和CAD區(qū)別？

解析：

CID，碰撞誘導(dǎo)解離。通常在真空接口處調(diào)節(jié)電壓發(fā)生CID現(xiàn)象，一般是去除溶劑，如果電壓增大，也會(huì)產(chǎn)生碎片離子。這是一級(jí)質(zhì)譜的原理。CAD碰撞活化解離。做二級(jí)質(zhì)譜時(shí)，選擇的母離子進(jìn)入Q2后，碰撞活化產(chǎn)生子離子，這個(gè)過(guò)程稱為 CAD。以API3200譜儀為例，CID指的是Q0里面的誘導(dǎo)碰撞的氣體，CAD指的是Q3里面的誘導(dǎo)碰撞氣體。也就是說(shuō)，在這里的CID&CAD都是指氮?dú)狻?/span>

7、氮?dú)獍l(fā)生器該使用嗎？

解析：

氮?dú)獍l(fā)生器的工作原理是分離空氣，電解膜的負(fù)極側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，“吃掉”空氣中的氧化性氣體，在正極側(cè)還原，空氣流過(guò)電解池后就只剩下氮?dú)夂投栊詺怏w。故國(guó)內(nèi)發(fā)生器的純度大多標(biāo)有“相對(duì)含氧量”。氮?dú)獾募兌群涂諝饬魉佟⒂行Х纸饷娴拈L(zhǎng)度、電解電勢(shì)的強(qiáng)弱都有關(guān)系。這種分離方法也決定了氮?dú)獾募兌炔豢赡茏龅暮芨摺＜尤腚娊赓|(zhì)的作用就是提高水的導(dǎo)電率，使電化學(xué)反應(yīng)能順利進(jìn)行。發(fā)生器對(duì)質(zhì)譜的影響有一點(diǎn)常常被忽略，就是發(fā)生器內(nèi)的開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓造成一定的干擾(壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停止也會(huì))。

8、串聯(lián)質(zhì)譜如何定量？

解析：

串聯(lián)質(zhì)譜定量時(shí),是以后面產(chǎn)生的碎片峰(子離子)定量。但是這一子離子是由母離子在碰撞室產(chǎn)生的特征性碎片，所以用MRM定量靈敏度會(huì)比用SIM定量好很多。建立方法的步驟是：用一定溶度的標(biāo)準(zhǔn)品溶液(1-10 ug/mL)調(diào)諧化合物的一級(jí)質(zhì)譜條件，找到母離子的最佳質(zhì)譜條件。然后對(duì)母離子進(jìn)行打碎，優(yōu)化碰撞能量，得到其特征性的子離子。最后利用該質(zhì)譜條件和該母離子->子離子對(duì)進(jìn)行定量。

9、質(zhì)量偏差怎么辦？

解析：

質(zhì)譜的質(zhì)量數(shù)偏了，說(shuō)明你的儀器該校正了，一般3個(gè)月就要校一次機(jī)。一般每個(gè)廠家都會(huì)隨機(jī)帶有校正液。

10、如何更換機(jī)械泵油？

解析：

一般3個(gè)月到半年更換一次泵油，可同時(shí)停機(jī)對(duì)儀器進(jìn)行一次清洗。更換泵油的時(shí)候，先開(kāi)啟振氣閥5-10分鐘，待將泵內(nèi)沉淀振起后，關(guān)閉振氣閥，同時(shí)關(guān)閉電源。打開(kāi)泵下的泵油排放閥門，放掉舊油。如果泵油已經(jīng)很臟，則可取少許新油清洗泵后放掉再注入新油。

11、產(chǎn)生碰裝室離子交互影響（Collision Cell Cross Talk）的原因及消除？

解析：

多通道掃描(MRM)時(shí)，如果兩個(gè)離子掃描通道的碎片離子一樣(或類似如相差1-2分子量單位)，前一個(gè)離子通道掃描結(jié)束后，碰裝室里的離子來(lái)不及清除，影響下一個(gè)離子通道反應(yīng)的定量(如果色譜分離全則無(wú)此影響)。

可能的消除方法：

1)選擇特異的子離子(特別是在用穩(wěn)定同位素內(nèi)標(biāo)時(shí))

2)增加離子通道掃描反應(yīng)之間的時(shí)間間隔(如100 ms→300 ms)

3)可設(shè)置額外的“無(wú)用的離子掃描通道(dummy MRM)”

12、排除色譜柱流失問(wèn)題的最佳方法是什么？

解析：

診斷色譜柱是否存在流失問(wèn)題的方法是第一次在方法條件下安裝色譜柱時(shí)，做一次空白色譜圖，然后將最近的運(yùn)行和空白運(yùn)行色譜圖對(duì)比。如果在空白運(yùn)行中產(chǎn)生了很多峰，則色譜柱性能改變，這可能是由于載氣中含有氧氣，也可能是由于樣品殘留。如果有 GC-MS，則低極性色譜柱的典型流失離子(例如 DB/HP-1或5)質(zhì)/荷比m/z 將為 207、73、281、355 等，大多數(shù)為環(huán)硅氧烷。

13、譜圖為什么只有溶劑峰？

解析：

可能有以下原因

1)進(jìn)樣針損壞

2)載氣流速太低

3)樣品濃度太低

4)樣品被柱或進(jìn)樣器襯套吸附

14、質(zhì)譜基線高是什么原因？

解析：

質(zhì)譜的基線其實(shí)跟液相的紫外檢測(cè)器和熒光檢測(cè)器一樣，基線高的原因不外乎內(nèi)部和外部的原因。

1)選擇的流動(dòng)相在質(zhì)譜的響應(yīng)比較高，比如水相比較多的時(shí)候，噪音比較大些;還有如果鹽含量比較大的時(shí)候，噪音更大些。

2)檢測(cè)器的靈敏度越高的時(shí)候，噪音應(yīng)該越高。如果質(zhì)譜的污染比較嚴(yán)重時(shí)，基線肯定比較高。比如離子阱檢測(cè)器，用得久了，阱中的離子就會(huì)增多，一方面降低了質(zhì)譜的靈敏度，另一方面增加了基線噪音。

3)質(zhì)譜的基線很多時(shí)候還跟你選擇的離子寬度有關(guān)。比如作選擇離子掃描的時(shí)候，基線就低些。作選擇反應(yīng)掃描的時(shí)候，離子寬度不要選得太寬，太寬噪音就高些。

4)多級(jí)質(zhì)譜一般做二級(jí)或三級(jí)質(zhì)譜，基線噪音就低很多。