物質(zhì)的分子在高真空下，經(jīng)物理作用或化學(xué)反應(yīng)等途徑形成帶電粒子, 某些帶電粒子可進(jìn)一步斷裂，形成離子，質(zhì)譜的離子可以質(zhì)譜的核心內(nèi)容，今天就和大家聊一聊質(zhì)譜使用者都應(yīng)該知道的離子。為了得到好的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，在進(jìn)行樣品分析前應(yīng)對(duì)質(zhì)譜儀的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這個(gè)過(guò)程就是質(zhì)譜儀的調(diào)諧。調(diào)諧是質(zhì)譜使用中非常重要的一環(huán)，再跟大家聊聊調(diào)諧操作。
質(zhì)譜，物質(zhì)的分子在高真空下，經(jīng)物理作用或化學(xué)反應(yīng)等途徑形成帶電粒子，某些帶電粒子可進(jìn)一步斷裂，形成離子，每一離子的質(zhì)量與所帶電荷的比稱為質(zhì)荷比(m/z，曾用 m/e)，不同質(zhì)荷比的離子經(jīng)質(zhì)量分離器一一分離后，由檢測(cè)器測(cè)定每一離子的質(zhì)荷比及相對(duì)強(qiáng)度，由此得出的譜圖稱為質(zhì)譜。
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。
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。
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。例如乙醚，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，因此在乙醚的質(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、重排開裂
重排開裂時(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?。在開裂中， 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-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)雜開裂
復(fù)雜開裂是指在有機(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：
質(zhì)諧調(diào)諧
調(diào)諧這個(gè)詞來(lái)源于模擬電路。電路中,調(diào)節(jié)L或C使其諧振的過(guò)程,叫做調(diào)諧。在質(zhì)譜中，射頻電源(RF)含有線圈，相當(dāng)于電感L；質(zhì)量分析器相當(dāng)于電容C。
在質(zhì)譜出產(chǎn)前，實(shí)際上要調(diào)節(jié)射頻電源(RF)的線圈，使得線圈和質(zhì)量分析器組成LC電路達(dá)到諧振。這個(gè)過(guò)程就是最初的調(diào)諧。后來(lái)將調(diào)諧的概念拓展為調(diào)諧質(zhì)譜的多個(gè)參數(shù)，使其達(dá)到最佳工作狀態(tài)。
調(diào)諧中將設(shè)定離子源部件的電壓；設(shè)定amu gain和amu off值以得到正確的峰寬；設(shè)定電子倍增器（EM）電壓保證適當(dāng)?shù)姆鍙?qiáng)度；設(shè)定質(zhì)量軸保證正確的質(zhì)量分配。
調(diào)諧包括自動(dòng)調(diào)諧和手動(dòng)調(diào)諧兩類方式，自動(dòng)調(diào)諧中包括：自動(dòng)調(diào)諧、標(biāo)準(zhǔn)譜圖調(diào)諧、快速調(diào)諧等方式。如果，分析結(jié)果將進(jìn)行譜庫(kù)檢索，一般先進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧，然后，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)譜圖調(diào)諧以保證譜庫(kù)檢索的可靠性。
質(zhì)譜調(diào)諧液
通常一般的調(diào)諧用PFTBA（全氟三丁胺）。還有高質(zhì)量低質(zhì)量調(diào)諧的特殊（目標(biāo)）調(diào)諧。全氟三丁胺 (PFTBA) 放在緊靠著真空室下面的標(biāo)樣小瓶?jī)?nèi)。當(dāng)一開始調(diào)諧時(shí)，PFTBA 自動(dòng)進(jìn)入離子源內(nèi)。通常 PFTBA 使用一年或更長(zhǎng)的時(shí)間才需要更換。這種化合物的穩(wěn)定性為再現(xiàn)調(diào)諧提供了必要的條件。同樣，這種化合物具有足夠的揮發(fā)性使其進(jìn)入離子源，而不需要加熱。PFTBA 碎片離子質(zhì)量數(shù)覆蓋了很寬的質(zhì)量范圍，并且由于只有 C-13 和 N-15 同位素，使碎片離子質(zhì)量容易解析。
質(zhì)譜調(diào)諧故障分析
故障現(xiàn)象：
調(diào)諧參數(shù)改變時(shí), 調(diào)諧峰強(qiáng)度的變化滯后。
產(chǎn)生故障的可能原因及排除方法：
a.離子源被污染，排除方法是對(duì)離子源依次用甲醇、丙酮超聲清洗各15min；
b.預(yù)四級(jí)桿被污染，排除方法是對(duì)預(yù)四級(jí)桿依次用甲醇、丙酮超聲清洗各15min；
c.離子源部件未安裝到位，電路未接通，排除方法是將離子源拆下，重新安裝。
故障現(xiàn)象：
調(diào)諧質(zhì)譜儀時(shí)，需要過(guò)高的離子能量和推斥電壓。
產(chǎn)生故障的可能原因及排除方法：
a.高離子能量過(guò)高是由于離子源被污染，推斥電壓過(guò)高是預(yù)四級(jí)桿、四級(jí)桿被污染，排除方法是對(duì)離子源、預(yù)四級(jí)桿、四級(jí)桿依次用甲醇、丙酮超聲清洗各15min及保養(yǎng)維護(hù)；
b. 質(zhì)譜儀調(diào)諧未達(dá)到最佳狀態(tài)，排除方法是重新調(diào)諧質(zhì)譜儀。
故障現(xiàn)象：
調(diào)諧參數(shù)改變時(shí)，儀器響應(yīng)不明顯產(chǎn)生故障的。
可能原因及排除方法：
離子源短路或電路未接通，排除方法是取出離子源，用萬(wàn)用表測(cè)量各部件間的電路連接是否正常。
故障現(xiàn)象：
調(diào)諧峰的形狀不好，有肩峰。
產(chǎn)生故障的可能原因及排除方法：
a.質(zhì)譜儀調(diào)諧未達(dá)到最佳狀態(tài)，排除方法是重新調(diào)諧質(zhì)譜儀；
b.離子源被污染，排除方法是對(duì)離子源依次用甲醇、丙酮超聲清洗各15min；
c.分析器有缺陷或損壞，排除方法是檢查分析器外觀是否有缺陷或損壞。
故障現(xiàn)象：
調(diào)諧時(shí)，無(wú)參考峰出現(xiàn)。
產(chǎn)生故障的可能原因及排除方法：
a.參考標(biāo)樣全氟只丁氨瓶中無(wú)參考標(biāo)樣，排除方法是添加參考標(biāo)樣全氟硯丁氨于質(zhì)譜儀內(nèi)置的參考樣瓶中；
b.參考標(biāo)樣的管路被堵塞，排除方法是拆下管路，用丙酮超聲清洗；
c.空氣泄漏，排除方法是檢查空氣峰m/z 28的高度，若大于10%氦氣峰m/z 4的高度，表明有空氣泄漏，用注射器將丙酮滴在各接口處，通過(guò)觀察丙酮的分子離子峰m/z58的強(qiáng)度變化, 進(jìn)一步查明泄漏的確切位置。
故障現(xiàn)象：
出現(xiàn)不規(guī)則、粗糙的調(diào)諧峰。
產(chǎn)生故障的可能原因及排除方法：
a. 離子源被污染，排除方法是對(duì)離子源依次用甲醇、丙酮超聲清洗各15min；
b. 燈絲老化，排除方法是更換燈絲；
c.質(zhì)譜儀調(diào)諧未達(dá)到最佳狀態(tài)，排除方法是重新調(diào)諧質(zhì)譜儀。
故障現(xiàn)象：
m/z 18、28、32峰大于10%氦氣峰m/z 4。
產(chǎn)生故障的可能原因及排除方法：
a. 空氣泄漏，排除方法是檢漏，檢查柱子的連接情況；
b. 氦氣即將用盡, 氣瓶?jī)?nèi)雜質(zhì)富集，排除方法是更換載氣瓶并安裝脫氣裝置；
c. 新近清洗的離子源未烘干，排除方法是設(shè)置250℃的離子源溫度烘烤離子源；
d. 柱子被污染，排除方法是老化柱子。
故障現(xiàn)象：
燈絲狀態(tài)良好時(shí)，無(wú)離子產(chǎn)生。
產(chǎn)生故障的可能原因及排除方法：
a. 離子源需要重新校準(zhǔn)，排除方法是利用校準(zhǔn)工具重新校準(zhǔn)離子源；
b. 空氣泄漏嚴(yán)重，排除方法是檢漏并緊固各連接處。
故障現(xiàn)象：
調(diào)諧質(zhì)譜儀時(shí), 高質(zhì)量峰m/z 502、614不顯示。
產(chǎn)生故障的可能原因及排除方法：
預(yù)四級(jí)桿短路，排除方法是將預(yù)四級(jí)桿拆下，用氦氣或氮?dú)獯蹈伞?/span>
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