解讀質譜

分析任何常用電離法之質譜以定分子離子、分子式、裂片路徑與分析物之結構特徵。

適用時機

• 定未知化合物之分子量與分子式
• 以分子離子與裂片確合成產物之同一
• 於樣品中識別雜質或降解產物
• 自特徵裂片損失擬議結構特徵
• 分析同位素模式以檢鹵素、硫或金屬

輸入

• 必要：質譜數據（m/z 值附相對強度，至少全掃光譜）
• 必要：所用電離法（EI、ESI、MALDI、CI、APCI、APPI）
• 選擇性：高分辨質量數據（精確質量，測 vs. 計）
• 選擇性：自他源得之分子式（元素分析、NMR）
• 選擇性：串級 MS/MS 數據（所選前驅離子之裂片）
• 選擇性：色譜上下文（LC-MS 或 GC-MS 保留時間、純度）

步驟

步驟一：識電離法與預期離子類型

指派峰之前定光譜所含物種：

1. 分類電離法：

2. 記極性模式：正模式產陽離子；負模式產陰離子。ESI 常兩用
3. 查加合與簇：軟電離除 [M+H]+ 外常產 [M+Na]+（M+23）、[M+K]+（M+39）、[2M+H]+ 與 [2M+Na]+。指派分子離子之前識別此者
4. 識多電荷離子：於 ESI，多電荷離子於 m/z = (M + nH) / n。尋分數 m/z 間距之峰（如 0.5 Da 間距示 z=2）

預期： 電離法已記錄，預期離子類型已列，加合/簇已識別，以便定真分子離子。

失敗時： 若電離法未知，察光譜尋線索：廣裂片示 EI，加合模式示 ESI，矩陣峰示 MALDI。可得則查儀器日誌。

步驟二：定分子離子與分子式

識分子離子峰並導分子式：

1. 定分子離子（M）：於 EI，M+. 為有合理同位素模式之最高 m/z 峰（於不穩化合物或弱或缺）。於軟電離，識 [M+H]+ 或 [M+Na]+ 並減加合得 M
2. 用氮規則：奇分子量示奇數氮原子。偶分子量示零或偶數氮
3. 算不飽和度（DBE）：DBE = (2C + 2 + N - H - X) / 2，X = 鹵素。每環或 pi 鍵貢 1 DBE。苯 = 4 DBE，羰基 = 1 DBE
4. 用高分辨數據：若精確質量可得，用質量缺陷算分子式。於質量精度窗內（今儀器常 < 5 ppm）比測量於所有候選式
5. 以同位素模式交叉查：觀之同位素模式必合擬議分子式（見步驟三）

預期： 分子離子已識，分子量已定，氮規則已用，分子式已擬（若可得 HRMS 則已確）。

失敗時： 若 EI 中不見分子離子（熱不穩或高度支鏈化合物常如此），試較軟電離法。若分子離子模糊，查最高 m/z 峰之常小碎片損失（如 M-1、M-15、M-18 可助定 M）。

步驟三：分析同位素模式

用同位素特徵檢特定元素：

1. 單同位素元素：H、C、N、O、F、P、I 有特徵自然豐度模式。僅含 C、H、N、O 者，M+1 峰約為每碳 1.1%
2. 鹵素模式：

3. 硫檢測：34S 於 M+2 貢 4.4%。相對 M 約 4--5%（校正 13C2 貢獻後）之 M+2 峰示一硫原子
4. 矽檢測：29Si（5.1%）與 30Si（3.4%）產顯著 M+1 與 M+2 貢獻
5. 比計算模式：用擬議分子式算理論同位素模式。疊於觀之模式以確或否分子式

預期： 同位素模式已分析，Cl、Br、S、Si 之存否已定，模式與擬議分子式一致。

失敗時： 若同位素分辨不足（低分辨儀器），M+2 模式或不可分。記此限並依精確質量與他光譜數據定元素組成。

步驟四：識裂片損失與關鍵碎片離子

繪裂片路徑以抽結構信息：

1. 錄主要碎片：列所有相對強度 > 5--10% 之峰與其 m/z 值
2. 自分子離子計中性損失：

3. 識特徵碎片離子：

4. 繪裂片路徑：以連續損失連碎片離子，自 M 至低質量碎片構裂片樹
5. 識重排離子：麥克拉弗蒂重排（γ 氫轉與 β 裂）自含羰化合物產偶電子離子。逆狄爾斯-阿爾德裂片為環己烯系之特徵

預期： 所有主要碎片離子已指派，中性損失已算並關於結構特徵，裂片樹已建。

失敗時： 若碎片不對應自分子離子之簡單損失，思重排過程。未指派之碎片或示意外官能團、雜質，或矩陣/背景峰。

步驟五：評純度並擬結構

評整體光譜以尋純度指標並合結構提議：

1. 純度查：於 GC-MS 或 LC-MS 中察色譜尋附加峰。於直接進樣 MS 中尋非主分析物之碎片或加合之意外離子
2. 背景與污染峰：常污染含酞酸酯增塑劑（m/z 149、167、279）、柱流失（GC-MS 之矽氧烷於 m/z 207、281、355、429），與溶劑簇
3. 結構提議：合分子式（步驟二）、同位素模式（步驟三）與裂片（步驟四）以擬一結構或候選結構集
4. 排候選：用裂片樹排結構候選。最佳結構以最少臨時假設釋最多碎片
5. 交叉驗證：比擬議結構於他技術（NMR、IR、UV-Vis）之數據。質譜單獨鮮為新化合物供明確結構

預期： 純度已評，若存污染已識，結構提議（或已排之候選清單）與所有 MS 數據一致，可得處已交叉驗證。

失敗時： 若光譜似含多組分而未用色譜分離，標混合物並建議 LC-MS 或 GC-MS 再分析。若無令人滿意之結構提議現，識別何附加數據（HRMS、MS/MS、NMR）可解模糊。

驗證

• 電離法已識別並記錄預期離子類型
• 分子離子已定並與加合、碎片與簇別
• 氮規則已用並與擬議式一致
• 不飽和度已算並於結構中解
• 同位素模式合擬議分子式
• 主要碎片離子已指派附中性損失與結構理由
• 裂片樹已自分子離子建至低質量碎片
• 常污染與背景峰已識別並排除
• 結構提議已與他光譜數據交叉驗證

常見陷阱

• 誤識分子離子：於 EI，基峰常為碎片，非分子離子。分子離子為有化學合理同位素模式之最高 m/z 峰。ESI 之加合離子（[M+Na]+、[2M+H]+）亦可誤作分子離子
• 忽氮規則：奇質量分子離子需奇數氮。忘之致不可能之分子式
• 混同質量損失：28 Da 損失可為 CO 或 C2H4；29 可為 CHO 或 C2H5。需高分辨 MS 或附加裂片數據別同質量損失
• 忽多電荷離子：於 ESI，雙或三電荷離子於預期 m/z 之半或三分之一。尋同位素峰間非整數間距為多電荷之診斷
• 過解低豐度峰：相對強度 < 1--2% 之峰或為噪音、同位素貢獻，或次污染，非有意義碎片
• 假純樣：多現實光譜為混合物。恒查色譜純度並尋與擬議結構不合之離子

相關技能

• interpret-nmr-spectrum — 定連接性與氫環境供結構確認
• interpret-ir-spectrum — 識釋觀之裂片之官能團
• interpret-uv-vis-spectrum — 刻畫分析物中之發色團
• interpret-raman-spectrum — 互補振動分析
• plan-spectroscopic-analysis — 於數據獲取前擇並排序分析技術
• interpret-chromatogram — 分析與 MS 聯用之 GC 或 LC 色譜數據