質譜分析具有靈敏度高,樣品用量少,分析速度快,分離和鑒定同時進行等優點,廣泛應用于化學,化工,環境,能源,醫藥,運動醫學,刑事科學技術,生命科學,材料科學等各個領域。
但質譜圖解析始終是一大難題,小編無意中從萬能的網絡上挖出某質譜解析大師的解譜絕學,如獲至寶,據說,只要掌握這一點,就掌握了質譜解析的80%以上,其他20%就靠自己回去偷著演練了,這是不相當于武功里面的“葵花寶典”!質譜同學們來試試管不管用?
多級質譜解析為何難?
首先我們要明白為什么質譜,尤其是多級質譜的解析很難,甚至比核磁還難?!這是因為其提供的信息非常有限,NMR可以提供原子層次的信息,而質譜只能提供到基團(多個原子構成的特定組成)層次。這些有限的信息,少到從理論上就不可能推測出一個唯一的結構!是啊,確實如此,就像我們遇到了無解的方程,難道還有比這更難的嗎?舉了例子,對絕大多少小分子化合物來說,一套NMR圖譜(1H, 13C, HMQC, HMBC),有經驗的人就可以推測出其結構;而拿來一套小分子的多級質譜,即便有10級的數據,如果解析的人不知道其他背景知識的話,比如樣品是天然產物,還是合成的,若是天然產物,來自什么植物或藥材,有沒有紫外吸收等等,絕大多數情況沒有人可以確切的推出化合物的結構。
看到這里,是不是感覺很失望!既然這么難,為什么非要用質譜分析呢?用NMR不就得啦!不然,質譜的優勢在于其靈敏度高,同時在其與LC聯用以后,就成為一種強大的混合物分子工具(LC-MS),這是NMR不可比擬的。LC-MS成熟以前,若要研究清楚一味藥材中有哪些成份,不花幾年功夫,基本沒戲,一般一個植化的碩士或博士研究清楚一個藥材就可以畢業了!但有了LC-MS,這個過程可能只需要幾個月,甚至幾周就可以獲得以前需要幾年才能獲得的信息!因此,質譜是其他技術暫時無法替代的!
建立裂解規律
雖然普遍意義上的質譜數據沒有唯一解,但只要限定研究的范圍和條件,那還是有解可循的。就如化合物的濃度與其UV響應的關系我們是沒法知道的,可在一個很窄的范圍內,就能用直線來近似他們的關系!那么如何限定質譜研究的范圍呢?首先我有幾項假設,所有的質譜推理都建立在它們之上:
假設1:結構相似的化合物具有相同或相似的裂解規律;
假設2:化合物的裂解行為的外因是質譜構造和碰撞能量,內因是分子結構特性,外因決定幾率,內因決定終點;
假設1首先肯定了在某些情況下,即結構相似,質譜的裂解數據是有規律可循的!結構相似,可以指有相同的官能團,或者在天然產物分類上屬于一類,比如都屬于黃酮、甾體、萜等。這個相似性越接近,那么它們具有相同的裂解形式的可能越大,同屬于查爾酮的化合物間的行為就比其他黃酮更接近。
假設2更進一指明了化合物的結構與質譜的關系,主要用來解決“為什么不同質譜儀器獲得的質譜數據有很大差別”(NMR不應該有這種情況)的問題,可以肯定一點,不同儀器獲得的數據是有規律可循的,這一點也為我們建立不同質譜儀器數據的智能解析程序鑒定了基礎(我們正在開發的一種秘密武器)!“外因決定幾率”指碎片離子在質譜圖上的豐度高低,“內因決定終點”是指可能存在哪些類型的碎片離子。
通過前面兩個假設,知道了質譜的規律性在一個很小的范圍內是可以成立的,那最關鍵的就是建立這一小類化合物的裂解規律,而如何建立裂解規律呢?要先從分析已知化合物的多級質譜入手。可是我們還不知道它們的裂解規律啊,怎么分析這些質譜數據呢?
我想這就是大多數人遇到的第一個難題了,獲得了質譜數據,即便是已知化合物的,也不知道那些棒棒們代表什么!在這里,我假定大家已經知道了最基本的質譜知識,比如full scan, MS/MS, 準分子離子,碎片離子,豐度等。
直接進入傳說中最神秘的“一三斷裂”,可以說“一三斷裂”是CID(碰撞誘導解析)質譜中最常見的裂解形式,與以往70eV的EI-MS非常不相同。EI-MS中的能量太高了,一般小分子的大部分結構單元都受不起這么高的能量,碎的面目全非;而ESI-MS中的CID溫和很多,并且碰撞的能量還不是一氣就全招呼上,慢慢來,一點一點的把化合物結構中不穩定的部位給敲掉。正是因為能量不高,化合物結構中不同基團的特異性差異才得以最大化的體現,也讓分子有機會擺好“一三”的pose后,才被打掉!說的專業一點,“一三斷裂”是一種能壘較低的裂解反應!大家熟知的麥式重排僅是“一三斷裂”的一個特列而已,據我所知,現有的小分子內的重排裂解都可歸到“一三斷裂”中!

“一三斷裂”是CID(碰撞誘導解析)質譜中最常見的裂解形式。
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