质谱与核磁共振、紫外光谱和红外光谱一起被称为有机化学的“四大名谱”，由于质谱是唯一能够确定分子量的分析方法，其在有机分子结构测定中扮演了十分重要的角色，现已广泛应用于各个学科领域，如药品研发、环境监测等。电喷雾电离源（ESI, Electrospray Ionization），是近年发展起来的一种软电离技术，由于能量较低，通常能够保持有机化合物的完整结构，若结合二级质谱，往往能够提供未知化合物的丰富结构信息而被广泛使用，目前也是药物杂质研究中首选电离方式[1]。然而，质谱图中看得到的仅仅是各离子峰的质荷比及相对丰度，并未自动归属各离子峰的类型，这往往需要科学合理的分析后进行准确的归属。

ESI源质谱通常有正、负两种模式，生成质子化或去质子的准分子离子(Quasi-molecula ion, [M±A]n±)，即[M+H]+和[M-H]-，同时还会生成各种类型的加合离子，如正模式下经常看到[M+NH4]+、[M+Na]+、[M+K]+、[2M+H]+、[2M+NH4]+等，而负模式下经常能够看到[M+HCl-H]-、[M+HCOOH-H]-、[M+CH3COOH-H]-、[M+CF3COOH-H]-以及 [2M-H]-等。二聚体或分子中存在多个可质子化位点的化合物，还能看到双电荷离子或多电荷离子，如[M+2H]2+/2，这些均为偶电子（ Even electron）离子。

在ESI源质谱图中，如何去判断一个离子峰的类型直接关系到未知化合物分子结构解析的准确性，故离子峰类型归属至关重要。一般情况下，丰度最高的大多数情况下就是目标化合物的准分子离子，即[M+H]+或[M-H]-，然而并非总是如此。在一张ESI源质谱图中，需要尽可能将所有的离子峰进行归属，各加合离子峰需要相互佐证、相互指正。在解析ESI源质谱时，首先假设某个离子峰为[M+H]+ 或[M-H]-，那么是否能够找到对应的[M+Na]+、[M+NH4]+、 [M+K]+以及[2M+H]+或[M+HCl-H]-、[M+HCOOH-H]-、[M+CH3COOH-H]-、[M+CF3COOH-H]-等加合离子，是判断假设成立的关键。

如上图所示（图A），在ESI正离子模式下的质谱图中，主要有两个离子峰，即m/z 468.1800和m/z 451.1531，怎么判断各离子峰的类型，即哪一个为[M+H]+，而另外一个是什么类型的加合离子峰，这时候我们需要从各离子峰质荷比的差值入手去加以判断。我们知道铵根离子精确分子量为18.0338，而氢质子的精确分子量为1.0073，两者精确差值为17.0265。在上图中，我们可以通过计算得到主要两个离子峰质荷比的差值为17.0269，这与铵根离子与氢质子间的差值一致，据此推测丰度最高的m/z 468.1800为加铵离子峰，而m/z 451.1531为加氢质子离子峰。当然，仅仅知道是加铵和加氢离子峰是不够的，因为还需要判断是[M+H]+还是[2M+H]+或[M+NH4]+ 还是[2M+ NH4]+。在以上谱图的右端，发现了与m/z 451.1531离子相对应的离子m/z 901.2963，即为其[2M+H]+峰，据此反推并确认m/z 451.1531离子即为[M+H]+准分子离子峰，而并非[2M+H]+，归属如下图所示（图B）。

大多数ESI源的质谱图中，能够观察到[M+H]+或[M-H]-，但并非总是如此，如下谱图中（图C），两个主要离子峰的质荷比分别为m/z 598.1908和m/z 593.2355，另外还有一个较大的离子峰为m/z 675.3134，根据以上提到的方法，先进行差值计算，m/z 598.1908和m/z 593.2355离子质荷比的差值为4.9553，这与钠离子与铵根离子的差值4.9554基本一致，据此推测前者为加钠峰后者为加铵峰。反推该化合物的[M+H]+精确质荷比应该为m/z 576.2089，值得注意的是谱图中并为观察到该化合物的准分子离子峰。这种情况多见与分子中不含氮原子或不含可质子化氮原子且有多个氧原子或硫原子的化合物。

在EIS负模式下，准分子离子峰为[M-H]-，一般不存在加钠和加铵离子峰（除非有多个可丢失氢质子的基团存在），取而代之的是[M-HCl-H]-、[M-HCOOH-H]-、[M-CH3COOH-H]-和[M-CF3COOH-H]-等加合离子峰，各离子峰的归属判断与正离子模式相同，通过计数精确的差值来确定。如下图ESI负模式的谱图中（图D），丰度最高的离子峰为m/z 609.2501，除该离子外，还能观察到m/z 732.2424和m/z 1219.5065两个丰度较高离子峰。通过计算，m/z 609.2501和m/z 732.2424离子峰的差值为113.9923，这与三氟乙酸的分子量一致，即前者为脱质子峰[M-H]-，而后者为加三氟乙酸根离子峰[M+CF3COOH-H]-，另外还观察到的m/z 1219.5065为[2M-H]-峰，据此也能反推m/z 609.2501即为准分子离子峰[M-H]-。

ESI源质谱图中，准分子离子峰和加合离子峰需要仔细去识别，一般可通过计算精确差值来准确判断，若使用的是低分辨质谱不能完全判断，可在高分辨质谱下进行。为大家日常解谱时方便查看，将ESI正、负模式下各加合离子的精确质量及它们之间的精确差值进行总结梳理，见下图所示。

 

参考文献：

[1] Wilfried M. A. Niessen, Ricardo A. Correa C. Interpretation of MS-MS Mass Sepctra of Drugs and Pesticides.Wiley.2017.

 

 

来源：Internet

关键词： 源质谱离子峰类型