手机版|
二维码|
一、质谱法分析技术的基本原理
质谱分析法(Mass Spectrometry，MS)，顾名思义是物质分子的质量谱，实际上是分离和测定分子的质量、强度信息的一种物理方法，并由此表示物质的成分与结构。通过质谱分析可以得到化合物的相对分子质量、分子式以及元素组成等信息。质谱分析具有样品用量少，对样品纯度要求不高，且有很大的化合物谱库信息，是一种十分常用的物质结构分析方法。
质谱分析法的基本原理是：首先将样品中的分子电离，不同质量离子在电场或磁场中，将按其质量和所带的电荷比(质荷比，m/z)进行的分离和排序，根据质荷比的大小和相对强度形成有规则的质谱，从而对物质进行结构鉴定和定量分析。
二、质谱分析的种类
(一)磁质谱(Magrletic Field Mass Spectrometer，MF-MS)
磁质谱是利用扇形电场和磁场分析器，将不同质量的离子进行相互分离。
磁质谱的特点是：可实现很高的分辨率，对许多中、小分子质量的化合物，可给出准确的分子质量、离子质量及其元素组成，但仪器体积较大，结构复杂，价格昂贵，且使用和维护也较为麻烦。
(二)四级杆质谱(Quadropole Mass Spectrometer，QUAD MS)
由四根棒状电极组成质量分析器，在两对电极中间加交变射频场，在一定的射频电压和射频频率下，只能允许一定质量的离子通过四级分析器，而达到接收系统。
四级杆质谱的特点是：仪器结构简单，体积小，价格低廉，操作、维护容易，扫描响应速度快，尤其适合与气相色谱联用。但其分辨率较低，分析的相对分子质量范围一般为1 000以内。
(三)离子阱质谱(Quadropole Ion Storage Trap Mass Spectrometer，QIST MS)
将样品的离子引入并储存在圆形电极和一组射频电极组成的离子盒中，通过改变射频逐个拉出所有的离子。
离子阱质谱的特点：通过改变射频场的电压，即可实现多级质谱联动扫描，即由母离子可以找到与之相关的子离子;仪器结构紧凑，可联气相色谱或液相色谱检测器而方便地成为联用仪。
(四)飞行时间质谱(Time-Of Flight Mass Spectrometer，TOF MS)
将离子加速并通过一个真空且无场区，不同质量的离子由于具有不同的能量，在无场区的飞行时间长短不同，因而可依次被收集和检测出来。
飞行时间质谱的特点：由于飞行距离可任意改变，且离子延迟引出技术等手段的使用，目前此方法的质量分辨率为数千至上万。这种方法还有灵敏度高、扫描速度快等优点，是目前应用较为广泛的一种质谱方法。
三、质谱分析过程和步骤
质谱分析中所提供的相对分子质量、元素组成和分子式的信息，对判定物质结构是很重要的。对结构较为简单的分子，由质谱给出丰富的碎片信息以及相对分子质量、分子式等参数，分析各碎片间的相互关系，组合出可能的结构单元，就可进行结构的初步推测。进行质谱分析时，以下三个问题是需要特别注意的：①注意判断质谱提供的数据是否可靠;②注意判断质谱提供的信息是否合理;③注意分析基峰和较大强度的峰，识别质谱分析中的记忆峰和仪器的本底峰等。只有在确认了质谱图给出的信息完全可靠的前提下，进行质谱结构的推测才具有实际意义。
常用的质谱分析过程如下：
(1)研究所有可能得到的样品信息：包括样品的来源、样品的化学性质、光学性质等。
(2)分析分子离子峰的正确性：分子离子峰应是质谱图中的高质量峰。
(3)判断分子中含碳、氢以及其他杂原子的数目：根据分子离子质量数和同位素的丰度进行判别。
(4)找出奇电子离子：分析奇电子离子与分子离子之间的关系。
(5)谱图分析：分析分子的稳定性、各峰间的相互关系以及所含的特征碎片离子。
(6)列出可能的分子式：根据高质量离子、低质量离子和各种特征离子相互间的关系，计算分子的不饱和度，分析可能的分子结构式。
(7)进行图谱解析：参考标准化合物图谱或类似化合物图谱，并考虑裂解机理进行图谱分析。
(8)谱库检索：每个质谱数据库均储存了较多的图谱，且一般都是棒状图。数据的检索较为方便，某些质谱数据的计算机智能化检索与解析程序已能够完成实际的分析需要。一般采用纯度、匹配系数和逆匹配系数反映检索结果的可信程度。
①纯度：指检索出的已知物图谱与未知分析物之问的符合程度。若两张图谱完全一致，则纯度表示为1000;当纯度大于900时，检索结果才是基本可被接受的。
②匹配系数：指未知图谱中包含已知图谱的程度。匹配系数的大值为l000，提示已知图谱中的所有峰都在未知图谱中出现，且两图中各对应峰的强度比例也相同;匹配系数越大，则检索结果的可信度也越高。
③逆匹配系数：与匹配系数相反，指已知图谱中包含未知图谱的程度。
应当指出的是，计算机谱库检索法也存在一定的局限性，主要表现在：
①现有的质谱库仅有电子电离型离子源(EI)的数据，对在不同仪器、不同实验条件下得到的结果，谱图的重现性不好。
②对结构相近的同系物和同分异构体的区分较为困难。
③若样品的纯度不够时，杂质峰的存在会带来检索的误差。
四、质谱分析技术在食品分析中的应用
目前，质谱技术是进行天然产物分子结构分析为灵敏和可靠的方法之一。质谱不仅可以给出化合物的相对分子质量、分子式，而且还能提供化合物的结构类型等重要信息。由于质谱的高分辨率，因此在进行物质结构分析时，具有较好的灵敏性、选择性和准确性。
图10 6所示为从一种发霉食品中分离出来的有毒物质的高分辨质谱图，由此图进行有毒物质可能的结构分析如下。
由M+(m/z 186)的高分辨数据得出分子式为C9H18N202(理论计算值为186.1368，实际值为186.1375，仅偏差0.7mu)，其不饱和度为2;m/z 30峰，其组成为CN4(30.0311)和NO+(29.9980);m/z 42峰为C2H4N+(42.0344);由此可判断两个氮原子一个构成了胺基、一个构成了亚硝基，另外包含一个氧并有一个不饱和键。
初步推测这个物质的结构为：
分析m/z43峰，高分辨数据提示其包含CH3CO+(43.0187)和C3H7+(43.0549)组成，说明另一个氧是一个乙酰基;R1和R2的其余部分则为饱和结构。此外，m/z 98峰的组成为C6H12N+(98.0966)，即R1由C5H11组成，低端偶电子离子m/z 29、43、57、71也证明了这一点;其他部分应与乙酰基共同组成R2，分为两种可能性，即：
从高强度的M-43(M-CH3CO)峰分析，应符合胺类 断裂的情况，因此，(Ⅱ)结构更为合理。即由羰基产生的 断裂得到m/z43峰，而不是(M一43)峰。
从(M一57)峰(m/z129.0672)分析，C15H11部分丢失的是C4H9提示出R1应与N原子直接相连接的C上没有支链，因此得出结论，该化合物的结构为：
关注本网官方微信 随时阅读专业资讯
