質譜分析法在化學分析中的應用

龐桑桑

摘 要：隨著經濟社會的快速發展，科學技術不斷進步，研究水平不斷提高，先進技術方法在化學分析中的應用水平實現了很大程度的提升，為化學分析的精準度與效率提高提供了有力的技術支持。在這其中質譜分析法的研究程度與應用水平的提高十分明顯，所發揮的作用也愈發突出，在測定相對分子量、確定化學式和鑒定結構方面是十分有力的工具及技術方法。本文主要分析闡述質譜分析法在化學分析中的應用的相關內容，以期為提高質譜分析法在化學分析中的應用水平提供幫助。

關鍵詞：質譜分析法;化學分析;應用

質譜分析法的應用范圍廣泛，現階段已在有機化學、石油化學、食品化學、臨床醫學、環境保護、生化研究等方面取得了豐碩的應用成果。通過質譜分析法，可以對物質離子進行分析，從而獲取離子之間的相互關系等信息。

一、質譜分析法的概述

質譜分析法，即Mass Spectrometry，簡稱MS。早期的質譜分析法主要是被用來進行原子量的測定，隨著光學理論與科技水平的提高，質譜分析法的應用范圍逐漸擴大到測定無機與有機化合物領域。現階段，在精密機械技術與電子信息技術的發展推動之下，質譜分析法應用的相關儀器性能不斷提高，在化學分析中的應用水平得到了質的飛躍。

簡單來說，質譜分析法是根據離子質荷比，也就是物質具有質量這一固有特性，在電場和磁場的作用下將運動的離子進行分離后再檢測的技術方法，主要使用的技術儀器是質譜儀，質譜儀可以繪制離子譜，通過對離子譜峰的強度與化合物含量進行觀察分析，再基于離子核素質量的各異性等特點，可以獲取包括分子量、裂解規律、化學結構式等相關信息，從而實現對化學的分析。

化學分析時需要將試樣放入質譜儀中以生成不同的荷質比離子，并在電場加速的作用下形成離子束。離子束會在質量分析器中在電場和磁場的作用下出現速度色散，通過電場后離子束慢離子偏轉大，快離子偏轉小，通過磁場后離子會出現相反的角速度矢量偏轉，慢離子偏轉大，快離子偏轉小。當通過電場和磁場時所發生的偏轉作用互相補償時，軌道會出現相交。在通過磁場的過程中離子質量會發生分離，由此會使質荷比相同但速度各異的離子形成聚焦，從而出現不同質荷比的聚焦點，這些聚焦點再進行二次聚焦后就會形成質譜圖，據此就可以確定離子的質量情況。

需要特別注意的是質譜分析法適用于進行定性分析而不是定量分析，這是因為質譜分析法在進行定量分析時需要進行分離純化的復雜操作。

質譜圖是質譜分析法在化學分析應用中離不開的重要工具，其所反映的內容是化合物分子在離子化后，質荷比與相對豐度共同構成的圖譜。質譜圖基峰為豐度最大的離子峰，基峰豐度規定為100，其他離子峰豐度都是其與基峰豐度之比。在表達上，質譜圖具有直觀、簡潔的特點，但是在具體應用中，質譜圖在質荷比、豐度等關鍵化學分析要素的表達上準確性及細致程度不足，這在進行譜圖解析時會制造一定的困難。

二、質譜分析法在化學分析中的應用

質譜分析法在進行化學分析的過程中，具有樣品用量極微的特點，也正是因為這一特點使得質譜分析法在化學分析當中扮演了及其重要的角色，成為了十分有效的工具。通過質譜分析法得到的化合物質譜圖可以提供內容多樣而豐富的信息，主要包括分子結構、分子量、分子式等內容，這些信息都可以通過質譜圖直觀獲得。對于一些較為復雜的化學分析，在應用質譜分析法的基礎上，還需要與核磁共振、光譜、色譜等分析方法進行結合。

（一）測定相對分子質量

所謂相對分子質量，即指化合物的分子離子質荷比。在進行質譜圖的分析時，要首先在綜合考慮樣品源、樣品化學性質等因素的基礎上，對分子離子峰進行確認，只有在分子離子峰確認后才能對相對分子質量進行測定。如果在測定的過程中發現分子離子峰缺失或者不可確定，那需要嘗試使用其他方法對分子離子峰進行確定。

（二）確定分子化學組成式

在質譜分析法發展的初期階段，一般的EI質譜很難對分子化學組成式進行有效的確認。為此，人們希望通過分子離子峰中的同位素峰進行分子化學組成式的確認。C、H、O、N等有機化合物分子的組成元素基本上都具有同位素，也正是因為這些同位素的存在，才使得分子離子峰之外，還出現了同位素峰，分子離子峰的質量為M，而同位素峰的質量為M+1、M+2。

不同的分子元素組合形成了不同的化合物，不同的化合物具有不同的同位素豐度，通過貝農表可以將C，H，O，N等各種元素組成的化合物的質量M、M+1、M+2的強度值編制成豐度和質量表，通過在表中獲得的化合物分子量和質量M、M+1、M+2的強度比，就可以對分子化學組成式進行確定。

比如，在某化合物分子量質量150和豐度100%已知的情況下，質量M+1和M+2的豐度分別是9.9%和0.88%。根據以上信息，通過貝農表可以查到質量M=150的化合物共有29個，滿足已知數據條件的為C9H10O2，由此就可以對分子化學組成式進行確認，但是通過這種方法進行分子化學組成式的確認的前提是要準確測定同位素峰，而且這種方法比較適用于較小分子量。

現階段，隨著電子信息技術和計算機技術的發展，對于分子離子峰較強的化合物，只需要利用計算機檢索功能就可以得到具有準確性的分子化學組成式查詢結果，諸如上述通過質譜圖檢索和計算同位素峰的方法已經基本被取代。

隨著質譜儀功能水平的提高，諸如傅立葉變換質譜儀、雙聚焦質譜儀、飛行時間質譜儀等高分辨質譜儀都可以通過計算機快速、準確、高效、簡單的計算出不同元素的數量，并給出分子化學組成式的元素組成。這是因為碳的原子量為12.000000，氫的原子量為10.07825，氧的原子量為15.994914，氮的原子量為14.003074，這些分子量的測定都極為精準。

（三）純物質結構鑒定

質譜分析法在化學分析中應用的最成功領域是純物質結構鑒定。

純物質結構鑒定是將碎片離子、亞穩離子、分子離子的化學式、m/z相對峰高等信息在質譜圖中進行確認，從而找出不同化合物的分裂規律以及碎片離子產生途徑，以此得出分子的完整結構。通過純物質結構鑒定確認結果后再與其他方法進行對照比對會使結果更加準確可靠。

除了純物質結構鑒定的方法外，利用相同條件下獲得的已知物質標準圖譜來確認樣品分子化學組成結構也是有效的方法之一。

結語：

現階段，質譜分析法在化學分析中的應用水平不斷提高，隨著研究的不斷深入，質譜分析法已經成為最具有發展前景的分析方法，應用范圍不斷擴大，在食品、環境、藥物等方面的研究都取得了豐碩的應用成果。基于質譜分析法是可以直接獲得化學分子式及分子量的科學研究技術，未來，質譜分析法在化學分析當中所發揮的作用將愈發重要，在材料科學、精密機械、真空技術等方面也將有廣闊的應用空間。

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