實驗室分析方法有機質譜定量分析方法

定量分析的目的是確定待測樣品中各組分或某一組分的準確含量。定量分析的過程是依據統計數據，建立數學模型，并用數學模型計算出分析對象的各項指標及其數值的一種方法一般是在一定條件下，根據檢測器的響應因子與待測化合物含量的函數關系計算出目標化合物的含量。在有機質譜分析中，化合物特征質量離子的峰高與相應待測組分的含量成正比。如何準確得到待測化合物的特征質量離子及待測化合物的響應因子之間的函數關系是有機質譜定量分析的關鍵。

響應因子的強度測定需要標準物質，但在實際工作中，高純化合物標準物質的獲得和保存是定量分析的一個難題。因為很多化合物不穩定，或易揮發，或易降解，或易被氧化/還原，所以保存條件較為苛刻。標準樣品的配制可以制備成單標（只含一個待測組分），也可以制備成混合標樣（含數個待測組分）。要求每個組分的含量必須配制準確，再逐級稀釋母液，得到合適的標準曲線，待測樣品的含量應在標準曲線范圍內。如果需要內標作為校正手段，則在每一個標準樣品和待測樣品中加入等量的內標化合物。

一、有機物分子量的測定

質譜技術是一種鑒定技術，在有機分子的鑒定方面發揮著非常重要的作用，它能快速而準確地測定物質的分子量。關于質譜技術對有機物分子量的測定原理及方法，相關文章已有介紹，本節再補充部分說明。

1.分子量的概念

有機質譜分子量的概念與采用周期表中原子量計算的分子量是不同的，有機質譜中分子量是分子離子的質量，而分子離子是由最輕同位素的原子組成的，所以有機質譜中分子量是由最輕同位素的原子量計算而得的。一般所說的分子是由元素周期表中原子組成的，而其分子量是由各種同位素加權平均值的原子量計算而得的。

2.分子離子峰或準分子離子峰的判斷與分子量的確定

確定分子離子峰或準分子離子峰，就可以知道有機物精確的分子量。一般來說，在質譜圖中質荷比大的一群峰中常常有分子離子峰，但不是所有的有機化合物都呈現分子離子峰。

①分子離子峰或準分子離子峰（母離子）一般應是質譜中最高質量端最大豐度的峰，但具有最大質量數的峰不一定就是分子離子峰。醛類、酮類、縮醛、仲醇、含氮雜環等化合物易失掉一個氫，出現[M-1]⁺峰；而胺類、醚類、酯類、多元酸、含硫化合物，在電子轟擊條件下容易質子化出現[M＋1]⁺峰；醇類容易失水，出現[M-18]⁺峰。易于分解的有機化合物（如硝基化合物）及含支鏈烷烴，在電子轟擊條件下得不到分子離子峰，只有碎片峰。在常壓離子源中，正離子電離模式下，一般得到M＋1的準分子離子峰；而在負離子電離模式下，一般得到M-1的準分子離子峰。

②分子離子應符合氮規則。有機化合物主要由C、H、O、N、S、Cl、Br，I、F、P等元素組成。在質譜中有機化合物分子中含有偶數個（包括零）氮原子的分子離子，質量一定是偶數而含有奇數個氮原子的分子離子，質量數一定是奇數，這個規則稱為“氮規則”因為某些元素的最大豐度的同位素（輕同位素）的原子的質量數為偶數，其化合價亦為偶數，如¹²C、¹⁶O、³²S等。而質量數為奇數的原子化合價均為奇數，如¹H、³⁵Cl、³¹P等。根據各原子化合價之間平衡原理，它們之間化合時偶數化合價的原子必與偶數個奇數化合價的原子相結合，其總原子量為偶數，其組合成的化合物分子量必為偶數。但¹⁴N這個原子例外，它具有偶數原子量和奇數化合價。因此，含奇數個氮原子的化合物中，其奇數個氮必與奇數個奇數化合價的原子組合，合成的化合物分子量為奇數；而偶數個氮（或不含氮）原子必與偶數個奇數化合價的原子組合、其化合物的分子量為奇數，也就是說氮的總化合價為偶數的化合物的分子量亦為偶數（其中只有NO例外）。這規則用于其他碎片離子時，則是含偶數個氮原子的奇電子離子其質量數是偶數；而含偶數個氮原子的偶電子離子其質量數將是奇數；而分子離子均是奇電子離子，應含偶數個（或不含氮）氮原子。

③必須有合理的質量碎片的丟失。分子離子峰的裂解過程中常常會失去小質量的中性碎片和自由基，因此裂解過程中分子離子（母離子）與子離子之間的質量數差一定要合理。例如，出現質量數差為15或18，丟失一CH₃或一H₂O是合理的，而丟失4～13個原子質量單位是不合理的。因為分子離子一般不會失去三個以上的氫或不夠一個亞甲基的碎片，即使失去一個亞甲基（14個原子質量單位），在分子離子裂解中也是極少見的。因此出現這種情況，說明該峰不是分子離子：或者該峰是分子離子，而相鄰的峰是雜質峰。同樣質量數丟失21～26、37、38、50～53、65、66等也是不合理的。

二、樣品中有機物質含量的測定

1.外標法

外標法是以待測成分的標準品作為對照物質，相對比較以求得目標物的含量。用標準樣品配制不同濃度的標樣，在與待測樣品完全相同的操作條件下，我們會得到以下三個信息：

①標準樣品的量（已知）；

②標準樣品的信號強度；

③待測樣品的信號強度（假設樣品的響應＝響應因子×濃度，從這三個信息即可算出待測樣品的量）。為了更加精確地測定未知量的樣品，我們希望標準樣品的信號強度與待測樣品的信號強度盡量接近（以減少非線性響應的影響）。因此常用的外標法會測量一系列已知量的標準樣品，繪制一條工作曲線，再用擬合曲線的方法確定未知樣的量。

2.內標法

外標法主要有以下兩方面的局限：

①標樣和待測樣是獨立進行實驗的，實驗間的偶然誤差無法消除；

②標樣和待測樣的基質（即除待分析物外的其他成分）不同，基質有可能會帶來不同的影響，也會產生誤差。那么，如果把已知量的標準樣品B直接加入待測樣品A，就可以把標準樣品和未知樣品的測定在同一次實驗和同樣基質中完成，也就消除了兩次實驗和基質不同造成的誤差，這就是內標法。內標法是質譜分析中一種比較準確的定量方法，尤其在沒有標準物對照時，此方法更顯其優越性。內標法是將一定重量的純物質作為內標物加到一定量的被分析樣品混合物中，然后對含有內標物的樣品進行質譜分析，分別測定內標物和待測組分的峰強度及相對校正因子，按一定公式和校正方法即可求出被測組分在樣品中的百分含量。

在內標法定量分析中，最理想的內標物既要和待測物相同（具有相同的響應系數）又要不同（儀器可以區分二者的信號），這對矛盾的集合體就是同位素內標。由于不同同位素的化合物具有近似相同的物理化學性質，離子化時的響應通常也是相同的，而它們具有不同的質荷比m/z，即可在質譜中被區分出來。因此同位素標準品是最理想的內標物。另外，由于某些元素的天然同位素分布有一定的比例，當我們加入一定量的同位素內標時，可以把對信號絕對強度的測量轉化為對信號相對比例的測量，從而提高實驗的準確性。

3.標準加入法

標準加入法，又稱標準增量法或直線外推法，是一種被廣泛使用的檢驗儀器準確度的測試方法，這種方法尤其適用于檢驗存在干擾物質的樣品。

當很難配制與樣品溶液相似的標準溶液，或樣品基體成分很高，而且變化不定或樣品中含有固體物質而對吸收的影響難以保持一定時，采用標準加入法是非常有效的。標準加入法是將一系列已知量的標準試樣加入到定量的待測試樣中，測得試樣量和標準試樣的總響應值后，根據響應值和加入量的擬合關系，計算得出待測試樣中的樣品含量。加入標準溶液后的濃度將比加入前的高，其增加的量應等于加入的標準溶液中所含的待測物質的量。如果樣品中存在干擾物質，則濃度的增加值將小于或大于理論值。

標準曲線法適用于標準曲線的基體和樣品的基體大致相同的情況，優點是速度快，缺點是當樣品基體復雜時不正確。標準加入法可以有效克服上面所說的缺點，因為該方法把標準品制成和樣品具有相同基質的溶液；但其缺點就是速度慢，適合于樣品數量小且基質影響顯著的情況。