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解析未知样品的质谱图 你在行吗?

材料测试 2020-06-21 10:18:21

质谱是通过荷质比来鉴定不同的分子的,所以,其基本功能就是测定分子量。
通过分子量这一信息能够获知的信息有很多,从裂解单个分子的方向出发,比如基团信息、结构的测定。

现代的很多质谱能够保证分子的完整性,于是可以用来测序,鉴定未知的蛋白质,或者比较样本当中蛋白和肽段的丰度分布,用于临床诊断。

所以,在药学上的应用,不仅仅可以鉴定某种药物,也可以鉴定某药物的代谢过程和形式;可以鉴定跟药物分子作用的大分子,可以鉴定可能的靶点;可以检测给药之后,蛋白水平的变化,从而评价药效药理;在蛋白质组学上,质谱已经是不可或缺的仪器工具了。因此,只有你想不到,没有它做不到。

所谓质谱就是将化合物变成离子状态然后检测离子;质谱主要是作为一种分析工具,主要完成两种任务,定性和定量。
定性:化合物的质荷比就是独特的标签,串联质谱可以有二级或多级碎片帮助分析化合物结构;定量一级或多级碎片定量可以获得超高的灵敏度,ppt-ppm,ag级别吧。在药物研究中的应用,简单说就是定性:天然产物、合成的化学药物、药物代谢物;
定量:目前正在开展的是生物药的QC将由质谱来操刀;目前质谱在药物研究领域的应用已经非常广泛未来将会更加广泛。
按照分辨率的不同,先来把质谱分个类,可以分为高分辨和低分辨。高分辨质谱(飞行时间, 静电轨道阱,离子回旋共振,磁质谱)能提供精确分子量信息,从而获知可能的元素组成(分子式),获得第一手的定性信息,在药物研发的各个阶段来说都是一个强有力的工具,当然运行成本高。低分辨质谱(四极杆,四极离子阱)只能提供精确到1Da的分子量信息,适合于已知化合物的鉴别和检测,但是价格便宜,应该说相当普及了。
质谱作为单独的分析仪器应用有限,还要和色谱等其他仪器联用才能发挥最大功效,介绍几个常见的色谱质谱联用仪器:
GC/LC-QQQ, 液相/气相色谱串联四极杆,低分辨,分子量小于3k。能提供一定的分子碎片信息,定量能力强,用于一些需要微量定量的场合,例如体液中的药物浓度测定等GC/LC TOF,高分辨,分子量可达50万。特别使用于大分子研究,例如蛋白质类离子阱质谱,高分辨低分辨都有,主要特点是可以提供多级碎片信息,定性能力最强,定量性能较差,用于药物代谢,杂质研究等。
天然药化会用的比较多,有些未知结构的化合物用质谱还有红外和核磁共振可以得到化合物的结构,一般未知化合物的结构都会用到质谱,有一些高分辨率的质谱仪测定一些结构比较简单的化合物,甚至不需要用到红外和核磁共振。
老师曾说过,质谱的核心就在解谱,质谱图的解析是关键。从质谱图我们获得的一个个离子相对的数量和它们各自的分子量,通过峰与峰之间的差值我们可以推断的是杂原子的种类或者脱落碎片的分子量,再根据峰与峰高度的比值获得碳骨架的形态(部分物质),如果存在分子离子峰,可以直接得到物质的分子量。由此可以看出,通过质谱,可以了解到物质的分子量、元素组成、元素比例,甚至可以获得部分结构上的信息。之后再通过红外,碳谱氢谱就能将物质的结构完全获得了。
解析未知样的质谱图,大致按以下程序进行。
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C1、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。


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。

来源:实验与分析(本文系转载,如涉及版权等问题,请联系我们以便处理)


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