质谱介绍及质谱图的解析(离子,质谱,质谱图,分析器) - 仪器教程 - 生物秀
标题: 质谱介绍及质谱图的解析(离子,质谱,质谱图,分析器)
摘要: [质谱介绍及质谱图的解析(离子,质谱,质谱图,分析器)] 质谱法是将被测物质离子化，按离子的质荷比分离，测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。质量是物质的固有特征之一，不同的物质有不同的质量谱——质谱，利用这一性质，可以进行定性分析（包括分子质量和相关结构信息）；谱峰强度也与它代表的化合物含量有关，可以用于定量分析。质谱仪一般由四部分组 [关键词:离子 质谱 分析器 质谱图 化合物 分子离子 电离 离子化]……
质谱法是将被测物质离子化，按离子的质荷比分离，测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。质量是物质的固有特征之一，不同的物质有不同的质量谱——质谱，利用这一性质，可以进行定性分析（包括分子质量和相关结构信息）；谱峰强度也与它代表的化合物含量有关，可以用于定量分析。质谱仪一般由四部分组成：进样系统——按电离方式的需要，将样品送入离子源的适当部位；离子源——用来使样品分子电离生成离子，并使生成的离子会聚成有一定能量和几何形状的离子束；质量分析器——利用电磁场（包括磁场、磁场和电场的组合、高频电场、和高频脉冲电场等）的作用将来自离子源的离子束中不同质荷比的离子按空间位置，时间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离；检测器——用来接受、检测和记录被分离后的离子信号。一般情况下，进样系统将待测物在不破坏系统真空的情况下导入离子源（10-6～10-8mmHg），离子化后由质量分析器分离再检测；计算机系统对进行控制、采集和处理数据，并可将质谱图与数据库中的谱图进行比较。 一、进样系统和接口技术将样品导入质谱仪可分为直接进样和通过接口两种方式实现。1.直接进样在室温和常压下，气态或液态样品可通过一个可调喷口装置以中性流的形式导入离子源。吸附在固体上或溶解在液体中的挥发性物质可通过顶空分析器进行富集，利用吸附柱捕集，再采用程序升温的方式使之解吸，经毛细管导入质谱仪。对于固体样品，常用进样杆直接导入。将样品置于进样杆顶部的小坩埚中，通过在离子源附近的真空环境中加热的方式导入样品，或者可通过在离子化室中将样品从一可迅速加热的金属丝上解吸或者使用激光辅助解吸的方式进行。这种方法可与电子轰击电离、化学电离以及场电离结合，适用于热稳定性差或者难挥发物的分析。目前质谱进样系统发展较快的是多种液相色谱/质谱联用的接口技术，用以将色谱流出物导入质谱，经离子化后供质谱分析。主要技术包括各种喷雾技术（电喷雾，热喷雾和离子喷雾）；传送装置（粒子束）和粒子诱导解吸（快原子轰击）等。2.电喷雾接口带有样品的色谱流动相通过一个带有数千伏高压的针尖喷口喷出，生成带电液滴，经干燥气除去溶剂后，带电离子通过毛细管或者小孔直接进入质量分析器。传统的电喷雾接口只适用于流动相流速为1～5μl/min的体系，因此电喷雾接口主要适用于微柱液相色谱。同时由于离子可以带多电荷，使得高分子物质的质荷比落入大多数四极杆或磁质量分析器的分析范围（质荷比小于4000），从而可分析分子量高达几十万道尔顿（Da）的物质。3.热喷雾接口存在于挥发性缓冲液流动相（如乙酸铵溶液）中的待测物，由细径管导入离子源，同时加热，溶剂在细径管中除去，待测物进入气相。其中性分子可以通过与气相中的缓冲液离子（如NH4+）反应，以化学电离的方式离子化，再被导入质量分析器。热喷雾接口适用的液体流量可达2ml/min，并适合于含有大量水的流动相，可用于测定各种极性化合物。由于在溶剂挥发时需要利用较高温度加热，因此待测物有可能受热分解。4.离子喷雾接口在电喷雾接口基础上，利用气体辅助进行喷雾，可提高流动相流速达到1ml/min。电喷雾和离子喷雾技术中使用的流动相体系含有的缓冲液必须是挥发性的。
4.场电离（field ionization，FI）和场解吸（field desorption，FD）FI离子源由距离很近的阳极和阴极组成，两极间加上高电压后，阳极附近产生高达107～108v/cm的强电场。接近阳极的气态样品分子产生电离形成正分子离子，然后加速进入质量分析器。对于液体样品（固体样品先溶于溶剂）可用FD来实现离子化。将金属丝浸入样品液，待溶剂挥发后把金属丝作为发射体送入离子源，通过弱电流提供样品解吸附所需能量，样品分子即向高场强的发射区扩散并实现离子化。FD适用于难气化，热稳定性差的化合物。FI和FD均易得到分子离子峰。5.大气压电离源（API）API是液相色谱/质谱联用仪最常用的离子化方式。常见的大气压电离源有三种：大气压电喷雾（APESI），大气压化学电离（APCI）和大气压光电离（APPI）。电喷雾离子化是从去除溶剂后的带电液滴形成离子的过程，适用于容易在溶液中形成离子的样品或极性化合物。因具有多电荷能力，所以其分析的分子量范围很大，既可用于小分子分析，又可用于多肽、蛋白质和寡聚核苷酸分析。APCI是在大气压下利用电晕放电来使气相样品和流动相电离的一种离子化技术，要求样品有一定的挥发性，适用于非极性或低、中等极性的化合物。由于极少形成多电荷离子，分析的分子量范围受到质量分析器质量范围的限制。APPI是用紫外灯取代APCI的电晕放电，利用光化作用将气相中的样品电离的离子化技术，适用于非极性化合物。由于大气压电离源是独立于高真空状态的质量分析器之外的，故不同大气压电离源之间的切换非常方便。6.基质辅助激光解吸离子化（MALDI）将溶于适当基质中的样品涂布于金属靶上，用高强度的紫外或红外脉冲激光照射可实现样品的离子化。此方式主要用于可达100000Da质量的大分子分析，仅限于作为飞行时间分析器的离子源使用。7.电感耦合等离子体离子化（ICP）等离子体是由自由电子、离子和中性原子或分子组成，总体上成电中性的气体，其内部温度高达几千至一万度。样品由载气携带从等离子体焰炬中央穿过，迅速被蒸发电离并通过离子引出接口导入到质量分析器。样品在极高温度下完全蒸发和解离，电离的百分比高，因此几乎对所有元素均有较高的检测灵敏度。由于该条件下化合物分子结构已经被破坏，所以ICP仅适用于元素分析。 三、质量分析器质量分析器将带电离子根据其质荷比加以分离，用于纪录各种离子的质量数和丰度。质量分析器的两个主要技术参数是所能测定的质荷比的范围（质量范围）和分辨率。1.扇形磁分析器离子源中生成的离子通过扇形磁场和狭缝聚焦形成离子束。离子离开离子源后，进入垂直于其前进方向的磁场。不同质荷比的离子在磁场的作用下，前进方向产生不同的偏转，从而使离子束发散。由于不同质荷比的离子在扇形磁场中有其特有的运动曲率半径，通过改变磁场强度，检测依次通过狭缝出口的离子，从而实现离子的空间分离，形成质谱。2.四极杆分析器因其由四根平行的棒状电极组成而得名。离子束在与棒状电极平行的轴上聚焦，一个直流固定电压（DC）和一个射频电压（RF）作用在棒状电极上，两对电极之间的电位相反。对于给定的直流和射频电压，特定质荷比的离子在轴向稳定运动，其他质荷比的离子则与电极碰撞湮灭。将DC和RF以固定的斜率变化，可以实现质谱扫描功能。四极杆分析器对选择离子分析具有较高的灵敏度。3.离子阱分析器由两个端盖电极和位于它们之间的类似四极杆的环电极构成。端盖电极施加直流电压或接地，环电极施加射频电压（RF），通过施加适当电压就可以形成一个势能阱（离子阱）。根据RF电压的大小，离子阱就可捕获某一质量范围的离子。离子阱可以储存离子，待离子累积到一定数量后，升高环电极上的RF电压，离子按质量从高到低的次序依次离开离子阱，被电子倍增监测器检测。目前离子阱分析器已发展到可以分析质荷比高达数千的离子。离子阱在全扫描模式下仍然具有较高灵敏度，而且单个离子阱通过时间序列的设定就可以实现多级质谱（MSn）的功能。
4.飞行时间分析器具有相同动能，不同质量的离子，因其飞行速度不同而分离。如果固定离子飞行距离，则不同质量离子的飞行时间不同，质量小的离子飞行时间短而首先到达检测器。各种离子的飞行时间与质荷比的平方根成正比。离子以离散包的形式引入质谱仪，这样可以统一飞行的起点，依次测量飞行时间。离子包通过一个脉冲或者一个栅系统连续产生，但只在一特定的时间引入飞行管。新发展的飞行时间分析器具有大的质量分析范围和较高的质量分辨率，尤其适合蛋白等大分子分析。5.傅里叶变换分析器在一定强度的磁场中，离子做圆周运动，离子运行轨道受共振变换电场限制。当变换电场频率和回旋频率相同时，离子稳定加速，运动轨道半径越来越大，动能也越来越大。当电场消失时，沿轨道飞行的离子在电极上产生交变电流。对信号频率进行分析可得出离子质量。将时间与相应的频率谱利用计算机经过傅里叶变换形成质谱。其优点为分辨率很高，质荷比可以精确到千分之一道尔顿。 四、串联质谱及联用技术1. 串联质谱两个或更多的质谱连接在一起，称为串联质谱。最简单的串联质谱（MS/MS）由两个质谱串联而成，其中第一个质量分析器（MS1）将离子预分离或加能量修饰，由第二级质量分析器（MS2）分析结果。最常见的串联质谱为三级四极杆串联质谱。第一级和第三级四极杆分析器分别为MS1和MS2，第二级四极杆分析器所起作用是将从MS1得到的各个峰进行轰击，实现母离子碎裂后进入MS2再行分析。现在出现了多种质量分析器组成的串联质谱，如四极杆-飞行时间串联质谱（Q-TOF）和飞行时间-飞行时间（TOF-TOF）串联质谱等，大大扩展了应用范围。离子阱和傅里叶变换分析器可在不同时间顺序实现时间序列多级质谱扫描功能。MS/MS最基本的功能包括能说明MS1中的母离子和MS2中的子离子间的联系。根据MS1和MS2的扫描模式，如子离子扫描、母离子扫描和中性碎片丢失扫描，可以查明不同质量数离子间的关系。母离子的碎裂可以通过以下方式实现：碰撞诱导解离，表面诱导解离和激光诱导解离。不用激发即可解离则称为亚稳态分解。MS/MS在混合物分析中有很多优势。在质谱与气相色谱或液相色谱联用时，即使色谱未能将物质完全分离，也可以进行鉴定。MS/MS可从样品中选择母离子进行分析，而不受其他物质干扰。MS/MS在药物领域有很多应用。子离子扫描可获得药物主要成分，杂质和其他物质的母离子的定性信息，有助于未知物的鉴别，也可用于肽和蛋白质氨基酸序列的鉴别。在药物代谢动力学研究中，对复杂基质中低浓度样品进行定量分析，可用多反应监测模（multiple reaction monitoring，MRM）消除干扰。如分析药物中某特定离子，而来自基质中其他化合物的信号可能会掩盖检测信号，用MS1/MS2对特定离子的碎片进行选择监测可以消除干扰。MRM也可同时定量分析多个化合物。在药物代谢研究中，为发现与代谢前物质具有相同结构特征的分子，使用中性碎片丢失扫描能找到所有丢失同种功能团的离子，如羧酸丢失中性二氧化碳。如果丢失的碎片是离子形式，则母离子扫描能找到所有丢失这种碎片的离子。
2.联用技术色谱可作为质谱的样品导入装置，并对样品进行初步分离纯化，因此色谱/质谱联用技术可对复杂体系进行分离分析。因为色谱可得到化合物的保留时间，质谱可给出化合物的分子量和结构信息，故对复杂体系或混合物中化合物的鉴别和测定非常有效。在这些联用技术中，芯片/质谱联用（Chip/MS）显示了良好前景，但目前尚不成熟，而气相色谱/质谱联用和液相色谱/质谱联用等已经广泛用于药物分析。（1）气相色谱/质谱联用（GC/MS）气相色谱的流出物已经是气相状态，可直接导入质谱。由于气相色谱与质谱的工作压力相差几个数量级，开始联用时在它们之间使用了各种气体分离器以解决工作压力的差异。随着毛细管气相色谱的应用和高速的使用，现在气相色谱流出物已可直接导入质谱。（2）/质谱联用（HPLC/MS）/质谱联用的接口前已论及，主要用于分析GC/MS不能分析，或热稳定性差，强极性和高分子量的物质，如生物样品（药物与其代谢产物）和生物大分子（肽、蛋白、核酸和多糖）。（3）毛细管电泳(capillary electrophoresis)/质谱联用（CE/MS）和芯片/质谱联用（Chip/MS）毛细管电泳(capillary electrophoresis)（CE）适用于分离分析极微量样品（nl体积）和特定用途（如手性对映体分离等）。CE流出物可直接导入质谱，或加入辅助流动相以达到和质谱仪相匹配。微流控芯片技术是近年来发展迅速，可实现分离、过滤、衍生等多种实验室技术于一块芯片上的微型化技术，具有高通量、微型化等优点，目前也已实现芯片和质谱联用，但尚未商品化。（4）超临界流体色谱/质谱联用（SFC/MS）常用超临界流体二氧化碳作流动相的SFC适用于小极性和中等极性物质的分离分析，通过色谱柱和离子源之间的分离器可实现SFC和MS联用。（5）等离子体发射光谱/质谱联用（ICP/MS）由ICP作为离子源和MS实现联用，主要用于元素分析和元素形态分析。 五、数据处理和应用检测器通常为光电倍增器或电子倍增器，所采集的信号经放大并转化为数字信号，计算机进行处理后得到质谱图。质谱离子的多少用丰度表示（abundance）表示，即具有某质荷比离子的数量。由于某个具体离子的“数量”无法测定，故一般用相对丰度表示其强度，即最强的峰叫基峰（base peak），其他离子的丰度用相对于基峰的百分数表示。在质谱仪测定的质量范围内，由离子的质荷比和其相对丰度构成质谱图。在LC/MS和GC/MS中，常用各分析物质的色谱保留时间和由质谱得到其离子的相对强度组成色谱总离子流图。也可确定某固定的质荷比，对整个色谱流出物进行选择离子检测（selected ion monitoring，SIM），得到选择离子流图。质谱仪分离离子的能力称为分辨率，通常定义为高度相同的相邻两峰，当两峰的峰谷高度为峰高的10%时，两峰质量的平均值与它们的质量差的比值。对于低、中、高分辨率的质谱，分别是指其分辨率在100～～1以上。质谱在药物领域的主要应用为药物的定性鉴别、定量分析和结构解析。如果一个中性分子丢失或得到一个电子，则分子离子的质荷比与该分子质量数相同。使用高分辨率质谱可得到离子的精确质量数，然后计算出该化合物的分子式，或者用参照物作峰匹配可以确证分子量和分子式。分子离子的各种化学键发生断裂后形成碎片离子，由此可推断其裂解方式，得到相应的结构信息。
质谱用于定量分析，其选择性、精度和准确度较高。化合物通过直接进样或利用和液相色谱分离纯化后再导入质谱。质谱定量分析用外标法或内标法，后者精度高于前者。定量分析中的内标可选用类似结构物质或物质。前者成本低，但精度和准确度以使用物质为高。使用同位素物质为内标时，要求在进样、分离和离子化过程中不会丢失同位素物质。在使用FAB质谱和LC/MS（热喷雾和电喷雾）进行定量分析时，一般都需要用稳定的同位素内标。分析物和内标离子的相对丰度采用选择离子监测（只监测分析物和内标的特定离子）的方式测定。选择离子监测相对全范围扫描而言，由于离子流积分时间长而增加了选择性和灵敏度。利用分析物和内标的色谱峰面积或峰高比得出校正曲线，然后计算样品中分析物的色谱峰面积或它的量。解析未知样的质谱图，大致按以下程序进行。（一）解析分子离子区(1)标出各峰的质荷比数，尤其注意高质荷比区的峰。(2)识别分子离子峰。首先在高质荷比区假定分子离子峰，判断该假定分子离子峰与相邻碎片离子峰关系是否合理，然后判断其是否符合氮律。若二者均相符，可认为是分子离子峰。(3)分析同位素峰簇的相对强度比及峰与峰间的Dm值，判断化合物是否含有CI、Br、S、Si等元素及F、P、I等无同位素的元素。(4)推导分子式，计算不饱和度。由高分辨质谱仪测得的精确分子量或由同位素峰簇的相对强度计算分子式。若二者均难以实现时，则由分子离子峰丢失的碎片及主要碎片离子推导，或与其它方法配合。(5)由分子离子峰的相对强度了解分子结构的信息。分子离子峰的相对强度由分子的结构所决定，结构稳定性大，相对强度就大。对于分子量约200的化合物，若分子离子峰为基峰或强蜂，谱图中碎片离子较少、表明该化合物是高稳定性分子，可能为芳烃或稠环化合物。例如：萘分子离子峰m/z 128为基峰，蒽醌分子离子峰m/z 208也是基峰。分子离子峰弱或不出现，化合物可能为多支链烃类、醇类、酸类等。（二）、解析碎片离子(1)由特征离子峰及丢失的中性碎片了解可能的结构信息。若质谱图中出现系列CnH2n+1峰，则化合物可能含长链烷基。若出现或部分出现m/z 77，66，65，51，40，39等弱的碎片离子蜂，表明化合物含有苯基。若m/z 91或105为基峰或强峰，表明化合物含有苄基或苯甲酰基。若质谱图中基峰或强峰出现在质荷比的中部，而其它碎片离子峰少，则化合物可能由两部分结构较稳定，其间由容易断裂的弱键相连。(2)综合分析以上得到的全部信息，结合分子式及不饱和度，提出化合物的可能结构。(3)分析所推导的可能结构的裂解机理，看其是否与质谱图相符，确定其结构，并进一步解释质谱，或与标准谱图比较，或与其它谱（1H NMR、13C NMR、IR）配合，确证结构。
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主题：【第八届原创】基于密度泛函理论研究四环素的电喷雾质谱裂解机理
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基于密度泛函理论研究四环素的电喷雾质谱裂解机理摘要：& & 基于密度泛函理论(Densityfunctional theory,DFT)方法，考察四环素的优势构像极其在电喷雾正离子模式下准分子离子峰处于基态的最优构型，结合构形参数及质谱测定对准分子离子的最优构型进行了确认，并通过全几何结构优化，对四环素的优势构像及其在电喷雾质谱（LC-ESI-Q-Orbitrap-MS）正离子模式下准分子离子的二级谱中碎片离子的最优构型进行研究。结合高分辨率质谱数据对其质谱裂解机理进行解释。该研究可以为进一步探索四环素类化合物及其衍生物ESI-MS正离子模式下的质谱裂解规律提供参考和理论指导依据。关键词：密度泛函理论(DFT)；静电轨道离子阱(Orbitrap)；四环素(Tetracycline)1 实验部分1.1 仪器与试剂Thermo Scientific：Q Exactive Orbitrap ，Merck：CH3OH，Standard: Tetracycline（上海士锋生物科技有限公司）1.2 分析条件质谱（Mass Spectrometry）:Ion Source:ESI, MS Type:MS2,Ion Mode:Positive(+)，Fragmentation Mode:HCD，Collsion Energy:30ev色谱（Chromatography）:Column Name:WatersXBridge TM（Waters，C18）3.5um，2.1*50mmFlow Gradient:90A(0min)-50A(5min)-5A(25min)-90A(30min)，FlowRate:200ul/minSolvent A：H2O+0.1%Acid，Solvent B：CH3OH+0.1%Acid1.3 量子化学计算& & 使用密度泛函的B3LYP方法，以6-311+G*为基组，对反应势能面上的各驻点的构型进行了全几何参数优化，并由频率分析确认了稳定点的正确性，为了得到更精确的能量信息，又在B3LYP//6-311++G(3df,3pd)水平上计算了各驻点的单点能，所有计算采用Gaussian 03程序包完成。前言& & 四环素类(Tetracyclines,TCs)是由链霉菌产生的一类广谱抗生素（1）,在化学结构上都属于多环并四苯羧基酰胺母核的衍生物。四环素类可分为天然品和半合成品两大类。天然品为从放线菌金色链丛菌的培养液等分离出来的抗菌物质，四环素类药物为广谱抗生素,广泛用于临床治疗,并常被用做动物促生长剂,但耐药性的出现限制了该类药物的使用。目前关于四环素类抗生素的分析大多采用液相色谱质谱联用技术分析（2-9），并多数是采用电喷雾离子源。随着串联质谱技术的不断发展，采用量子化学方法及理论计算从分子水平研究化合物的质谱裂解规律及机理受到广泛而长期的关注。采用量子化学理论在质谱的裂解机理计算中，准分子离子几何构型的可靠性直接影响后续更加深层次的分析，而确定准分子离子最可能的最优构型是解析谱裂解机理的首要解决问题，本研究采用量子化学计算方法，依据密度泛函理论，并借助高斯软件Gaussian 03计算分析，计算了四环素正离子模式下准分子离子的最优构型，并且结合高分辨率质谱静电轨道离子阱质谱(Q-Orbitrap-MS)给出的可靠数据，对特征离子的裂解做以归属，为此类化合的鉴定解析提供理论依据。四环素的结构及其空间三维立体模型见图1图1 Tetracycline结构及其空间立体构型2 结果分析2.1 量子化学计算各质子化位点的质子亲和势能 & & & 由于化合物结构有多个质子化位点，所以需通过计算确定其最稳定构型及最大可能质子化位点，质子化反应方程为：RX+H+→RH+分子的气相碱性由其质子化方程的焓变ΔrH来确定，即质子亲和能EPA=-ΔrH，质子亲和能较大的化合物，其气相碱性较强，按照分子轨道理论，质子化方程的气相质子亲和能WPA与分子RX的最高占据道HOMO和质子H+的最低未占据轨道LUMO的差值有关，由于H+的LUMO是一个定值，所以可以认定WPA只与RX的HOMO相关并呈线性关系，原则上RX分子的HOMO能级值可以由量子计算得到。在B3LYP/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311++G(d,p),B3LYP/6-311++G(3df,2p)//B3LYP/6-311++G(3df,2p)和B3P86/6-311++G(3df,2p)//B3P86/6-311++G(3df,2p)基础下，计算了各质子化位点的平衡几何构型，优化得到的分子平衡几何构型都经频率计算证明是势能面上的极小点（无虚频），获得各质子化位点的质子亲和能(E)，各质子结合位点的质子亲和能计算结果见表1表1 四环素各质子结合位点的质子亲和能EPATabel 1 Protonaffinity for proton binding sites of Tetracycline(EPA)通过表1可以看出质子结合位点位于氨基上具有较高的质子亲和能，表明N上孤对电子可能占据HOMO轨道，所以质子化位点极可能位于氨基上。2.2 四环素在LC-ESI-Q-Orbitrap-MS下的质谱裂解途分析通过以上计算，以质子化位点位于氨基上为起点，并结合高分辨率质谱数据对其质谱裂解途径和机理进行分析，使用(LC-Q-Orbitrap-MS)获得准分子离子峰m/z 445.1594的二级谱，质谱碎片离子及相对丰度见表2表2 四环素电喷雾离子源下准分子离子（MS2）的碎片离子及其相对丰度Tabel 2 Relative abundancesof characteristic ions in the ESI(MS2) mass spectra of Tetracycline依据表1计算结果，对比质子亲和能，质子最可能的结合位点为氨基上氮原子，氮原子的一对未成键电子最可能占据HOMO轨道，所以以质子结合到氨基上所形成的准分子离子峰为起始点（备注：只是最可能概率最大的，但是不排除其他小概率的质子结合位点所引发的裂解），对其可能的质谱裂解途径做以下分析。准分子离子峰失去H2O中性分子后得到碎片离子m/z427.1500，与理论误差为-2.61ppm。而失去H2O中性分子可能有多个不同位点，1.2-消除脱水和-2.4消除脱水，从空间立体构型中可以看到氢和羟基均位于一侧，所以有利于发生1.2-消除和2.4-消除，如此就有了三种可能的脱水方式，所以通过计算得到不同三种方式下脱水后生成离子的稳定构型及其能量，见表3。由表3可以看出第一种模式下生成的离子能量最低，表明此方式为主要途径，更容易进行。准分子离子通过正电荷转移失去NH3可以生成离子m/z 428.1340，与理论误差为0.02ppm，β为的氢重排到侧链氮原子上可以脱去侧链CH3NHCH3得到碎片离子m/z 383.0761，与理论值误差为1.01ppm。该离子进一步通过1.2-消除脱H2O后生成离子m/z 365.0656，与理论值误差为0.19ppm。后通过2.4-消除脱水生成离子m/z 347.0550，与理论值误差为-1.91ppm。，由于2.4-消除相比1.2-消除难所以生成的离子丰度相对较低，离子m/z 383.0761失去多个CO生成离子m/z 297.0757，进一步裂解生成离子m/z 269.0808，与理论值误差为-1.65ppm。 碎片离子m/z 383.0761，失去CO后生成碎片离子m/z 355.0812，与理论值误差为-0.19ppm。该离子通过1.2-消除反应脱水后得到离子m/z 337.0707，与理论值误差为-0.43ppm。后通过1.4-消除反应脱H2O得到离子m/z 319.0601，与理论值误差为-3.01ppm。准分子离子可以通过逆狄尔斯-阿德尔反应(Retro Diels-Alder reaction,RDA反应)生成离子m/z 171.0764，与理论值误差为-0.11ppm。该离子通过电荷转移脱去NH3后得到离子m/z 154.0499，与理论值误差为-0.39ppm。进一步失去CO得到离子m/z 126.0550，与理论值误差为-0.59ppm。准分子离子通过1.2-消除后发生RDA裂解反应得到离子m/z 257.0808。& 准分子离子脱NH3后生成的离子通过两次1.2-消除后生成离子m/z 410.1124和离子m/z 392.1129，相对误差分别为0.13ppm和0.25ppm。离子m/z 392.1129脱去中性分子CO后生成离子m/z 364.1179，相对误差为1.49ppm，由离子m/z 365.0656脱H2O得到离子m/z 349.0707，后脱去CO得到离子m/z 321.0757。其可能的裂解途径见图2图2 四环素电喷雾离子源下(MS2)可能的质谱裂解途径Fig.2 Possible cleavage pathways of Tetracycline in the ESI(MS2) mass spectra2.3 准分子离子峰消去H2O能量计算表3 四环素正离子的总能量及脱水后离子能量计算基组及水平：B3LYP//6-311++G(3df,3pd)Table 3aTotal energies(TEs) and binding energies (BEs) of Tetracycline positive ion andloss H2O calculated at the B3LYP//6-311++G(3df,3pd) levelin gas phase3 结论本文通过使用LC-Q-Orbitrap-MS对四环素在电喷雾离子源，正离子模式下的质谱碎裂途径和机理做以解析，并使用密度泛函理论结合量子化学计算，运用Gaussian 03计算分析，计算了不同质子结合位点的质子亲和能，构建了准分子离子的优势构型。量子计算表明质子结合位点位于氨基上具有较高概率，以其为初始进行裂解途径分析与高分辨率质谱给出数据一致，同时对化合物结构中可能的脱水位点进行计算，发现1.2-消除脱水比2.4-消除脱水方式更加容易进行。通过研究发现化合物可以失去通过β位氢重排失去侧链二甲胺，失去水和一氧化碳等裂解过程，通过文中信息可以为此类化合物的结构鉴定提供理论指导依据。参考文献：1庞国芳, 曹彦忠, 张进杰,等. 高效液相色谱法同时测定禽肉中土霉素、四环素、金霉素、强力霉素残留的研究. 分析测试学报,-63.2贾薇, 孙璐, 史向国,等. 液相色谱-质谱联用法测定牛奶中4种四环素类药物残留量. 沈阳药科大学学报, -100.3岳振峰, 邱月明, 林秀云,等. 高效液相色谱串联质谱法测定牛奶中四环素类抗生素及其代谢产物. 分析化学, 5-1259.4孙广大, 苏仲毅, 陈猛,等. 固相萃取-超高压液相色谱-串联质谱同时分析环境水样中四环素类和喹诺酮类抗生素. 色谱, -58.5沈颖, 魏源送, 郭睿,等. 超高效液相色谱串联质谱检测猪粪中残留的四环素类抗生素. 环境化学, ):747-752.6程雪梅, 苏青云, 胡炎明. 液相色谱-串联质谱法分析海产品中四环素类药物残留. 质谱学报, ):74-77.7薛晓锋, 张金振, 赵静,等. 液相色谱质谱法测定蜂王浆中四环素族抗生素残留. 现代科学仪器,):74-76.8孙雷, 张骊, 刘琪,等. 猪肉组织中四环素类药物残留检测――高效液相色谱-串联质谱法研究. 中国兽药杂志, -29.9刘正才, 杨方, 余孔捷,等. 超高效液相色谱-串联质谱法快速检测鳗鱼中磺胺类、喹诺酮类、四环素族抗生素药物残留. 食品科学, ):167-170.
18:54:31 Last edit by wy
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机理解析，好高大上啊
hujiangtao
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原文由 hujiangtao(hujiangtao) 发表:太专业了，有点深奥 是有点儿深奥
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老师呀& 原创大赛最后三天了&
要不要再来一个原创？
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ID：ie4680180
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我只想问问这样的文章可以发表在那些期刊啊？呵呵
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原文由 ie4680180(ie4680180) 发表:我只想问问这样的文章可以发表在那些期刊啊？呵呵 呵呵？
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ID：liufeilzu
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不懂量化计算，但是对文章有些小疑问：1为什么要用色谱呢，直接把样品注射进去不是可以更长时间的采集谱图；2算了好多可能，可是没有一张质谱图，更别说二级谱图，无法验证作者做的计算和实验直接有什么关系，我是看不懂的；3很多种可能的分子离子峰。但是如何从质谱图上区别呢；4碎片碎裂只是从带氨基的分子离子开始碎裂吗赶脚文章很不完整，细节和一些数据不见了
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原文由 liufeilzu(liufeilzu) 发表:不懂量化计算，但是对文章有些小疑问：1为什么要用色谱呢，直接把样品注射进去不是可以更长时间的采集谱图；2算了好多可能，可是没有一张质谱图，更别说二级谱图，无法验证作者做的计算和实验直接有什么关系，我是看不懂的；3很多种可能的分子离子峰。但是如何从质谱图上区别呢；4碎片碎裂只是从带氨基的分子离子开始碎裂吗赶脚文章很不完整，细节和一些数据不见了1.色谱质谱联用为了扣除干扰，获得更加清晰的谱图，谱图采集和色谱有关么？谱图采集是质谱质量分析器扫描完成的无论DI直接进样还是色谱串联质谱进样分析对采集时间没有任何影响，串联只是为了更好的分离，减少杂质的干扰，获得完善的谱图，不然何必要有GCMS LCMS2.量子计算是为了确定初始电离位点，跟质谱图无关，仅仅是分析母离子在二级裂解下碎片离子的行为和来源，所有特征离子及其丰度表2已给出3.何所谓很多的分子离子峰？质谱图上只有一个准分子离子峰，当然不排除质子加和到不同位置，但是究竟哪一个位点的概率最大，可以通过计算得出，文章也是基于此的，而质谱采集只是根据质量数出峰的，所以无论加和到那个位点，质量数也是一样的，质谱图是无法区分的，这个如果懂得质谱相关理论你应该是明白的。而裂解行为来讲通过个人的经验，某一种化合物的裂解有时也并非由一个位点引发，但是有一个主要的裂解途径，而占据主导优势，举个简单的例子乙基苯乙酮在EI离子源下裂解会失去甲基自由基，那么会有两种可能，首先对于分子离子峰讲，电离的可能是羰基氧上的一对n电子，因为其电离能最低，但是也有可能是苯环上的一对π电子，那么一般怎么认为呢？我们只能计算其电离能来判断主要的方式，诚然，主要被电离的是杂原子氧上的一对非键合的n电子，所以这两种质谱图是无法区分的，或者只能说质谱图上的分子离子峰是这多种方式之和，再说掉甲基自由基，可能是苄基断裂失去甲基，也可能是乙酰基断裂失去的，那么我们对比羰基氧上电子被电离占据主导优势，所以因其引发的游离基中心诱导的α断裂占据主导，所以认为是羰基裂解失去的，当然其分子离子峰失去甲基在质谱图中表现的可能是两种方式加和的，但是另外一种我们没办法排除，只能说是竞争力不足概率微乎其微，所以一般对于此类不多加以考虑，我们只考虑主要的关键的。这么说不知是否认可4.事无绝对这个问题3已经说了，我们不排除其他方式，但是只考虑主要的具有竞争力的方式，对于其他的小概率的不能一一考虑您觉得还缺少那些数据？
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原文由 rbitrap(wy) 发表:1.色谱质谱联用为了扣除干扰，获得更加清晰的谱图，谱图采集和色谱有关么？谱图采集是质谱质量分析器扫描完成的无论DI直接进样还是色谱串联质谱进样分析对采集时间没有任何影响，串联只是为了更好的分离，减少杂质的干扰，获得完善的谱图，不然何必要有GCMS LCMS2.量子计算是为了确定初始电离位点，跟质谱图无关，仅仅是分析母离子在二级裂解下碎片离子的行为和来源，所有特征离子及其丰度表2已给出3.何所谓很多的分子离子峰？质谱图上只有一个准分子离子峰，当然不排除质子加和到不同位置，但是究竟哪一个位点的概率最大，可以通过计算得出，文章也是基于此的，而质谱采集只是根据质量数出峰的，所以无论加和到那个位点，质量数也是一样的，质谱图是无法区分的，这个如果懂得质谱相关理论你应该是明白的。而裂解行为来讲通过个人的经验，某一种化合物的裂解有时也并非由一个位点引发，但是有一个主要的裂解途径，而占据主导优势，举个简单的例子乙基苯乙酮在EI离子源下裂解会失去甲基自由基，那么会有两种可能，首先对于分子离子峰讲，电离的可能是羰基氧上的一对n电子，因为其电离能最低，但是也有可能是苯环上的一对π电子，那么一般怎么认为呢？我们只能计算其电离能来判断主要的方式，诚然，主要被电离的是杂原子氧上的一对非键合的n电子，所以这两种质谱图是无法区分的，或者只能说质谱图上的分子离子峰是这多种方式之和，再说掉甲基自由基，可能是苄基断裂失去甲基，也可能是乙酰基断裂失去的，那么我们对比羰基氧上电子被电离占据主导优势，所以因其引发的游离基中心诱导的α断裂占据主导，所以认为是羰基裂解失去的，当然其分子离子峰失去甲基在质谱图中表现的可能是两种方式加和的，但是另外一种我们没办法排除，只能说是竞争力不足概率微乎其微，所以一般对于此类不多加以考虑，我们只考虑主要的关键的。这么说不知是否认可4.事无绝对这个问题3已经说了，我们不排除其他方式，但是只考虑主要的具有竞争力的方式，对于其他的小概率的不能一一考虑您觉得还缺少那些数据？ 不懂计算，看不懂请楼主见谅，我做结构的时候，比如H/D交换，比如弱相互作用，我一般会用静态nano，选用比较纯的物质，不断调整参数（必要会调整溶剂），cid，hcd和etd步进调整，观察碎片丰度变化来判断碎裂过程和可能的结构信息。前段接分离设备，担心对物质的分析就是一个色谱峰宽的时间，看完楼主的讲解觉得可能这样做不是很恰当；我说看楼主的文章算出来质子加在分子很多位置，就是我说的很多分子离子峰（抱歉我表述不好),在质谱上应该只观察到一个M+H，那么这些计算的指导意义是？或者楼主算出来的每个M+H后续有不同的裂解途径?因为大部分人看到第一眼就觉得质子会加在氨基上，那些不在氨基上的是否如计算那样存在呢？如何证明它们存在呢？我觉得可以多做些结构类似物和同分异构体，在计算一下异同（个人意见，楼主不要生气）因为您说“为此类化合物的鉴定解析提供理论依据”，一个化合物有点太特殊，看过一些质谱碎片归属的免费软件算法，虽然我不是很明白，觉得是在某个理论指导下，统计和机器人学习很多化合物碎片，形成算法，推算碎片过程。。。}