元素组成分析是质谱技术中信息量最大的技术之一。有了适当的质谱数据,元素组成往往可以确定分子离子的明确元素组成。
不过,这种技术只能通过高精度的质谱得出合理的结果。对于小于或等于 m/z 200 的离子,通常需要 5 ppm 以内的测量精确质量来确定元素组成。对于更高的 m/z 值,测量的精确质量值可能需要大大低于 5 ppm。
根据用户提供的限制条件(见下文),所使用的算法会详尽计算所有可能的元素公式组合。在某些情况下,会对数百万个可能的公式进行评估,但由于算法速度快,评估过程也非常迅速。
如果 m/z 值的精度很高,通常为 5 ppm 或更高,那么该功能对于计算波谱中一个或多个质量峰的元素组成非常有用。

首先,您应该确定计算的约束条件,只需点击菜单中的适用选项,就会显示下面的对话框:

点击该图标 添加更多 "元素约束":

您还可以选择 "双键等价(Double Bond Equivalence)"、"容差(Tolerance)"、"最大结果数(Maximum Result Count)"、"电子模式(Electron Mode)"、"电荷状态(Charge State)"、"加成(Adduct)"和 "阈值(Fitness Thresholdness)"。
双键等价(DBE): 环 + 双键
容差:计算成分与目标 m/z 匹配的容差。如果波谱质量精度以 ppm 为单位,则匹配的容差也应以 ppm 为单位。以 Da 为单位的典型值应为 0.01 或以下,或以 ppm 为单位的 5 或以下。 允差如果远大于此值,通常会产生过多的匹配结果。
m/z:表示离子质量的符号,单位为道尔顿(Da),用统一原子质量单位除以离子的电荷数(不考虑符号)。
最大结果数: 返回结果的最大数量。
电子模式:电子模式可以是偶数、奇数或两者兼有。 通常,EI(电子碰撞)产生带正电荷的奇数电子离子,而 ESI(电喷雾电离)产生带正电荷或负电荷的偶数电子离子。
EI:电子对原子或分子的电离,电子通常被加速到 10 到 150 eV 之间的能量,以从分子中去除一个或多个电子。电子撞击一词已不再使用。
ESI:在高电场(1,000 至 10,000 V 电位)作用下,在大气压力下从窄孔针尖喷射溶液,通过高电荷细滴从溶液中产生气相电离物种的过程。
电荷状态:是一个带符号的值。 大小(1、2、3......)是实验电离技术的函数,而符号(+/-)则由产生和检测实验波谱的模式决定。 对于电子碰撞(EI)波谱,电荷状态通常为+1,而对于大多数有机化合物,ESI 的电荷状态通常为+1 或-1。 肽的电荷状态可能更高。
加合物: 加合物通常出现在 ESI 等软电离技术中。质子(H)在有机化合物中最为常见,而 H 和/或 Na(或其他 1A 族碱金属阳离子)则可能出现在蛋白质、肽或聚合物波谱中。 注:如果指定了加合物,则在计算成分前会从目标质量中减去其质量(*电荷状态)。 成分计算假定质量为中性(不带电、无加成)。
适合度阈值: 符合其他标准但合适度低于此阈值的结果将被丢弃。 匹配度范围为 0.0(与实验波谱不匹配)至 1.0(完全匹配)。匹配度的计算方法是将实验同位素簇与公式的计算簇进行匹配,同时考虑 / m/z 和强度。
完成约束后,单击 "元素组成 "图标,用十字准线选择质谱中需要的峰值。结果表格将显示出来(也可以在 "查看/表格 "菜单下找到该表格)。所有得到的结果都将满足成分、DBE 和容差约束条件,并按合适度递减顺序排列。请注意,匹配度值为 1 时为完全匹配。

通过 "更新 "按钮可以 修改约束条件,并将这些修改应用到当前的元素组合结果中。
单击元素组成表中的适用按钮可删除高亮区域。
您还可以根据给定的 m/z 值计算元素组成表:

请注意,质谱仪测量的单同位素 m/z 值与分子量值(根据每个元素的天然同位素丰度加权后的 平均质量计算得出)不同。例如,C20H23N 的化学分子量为 277.402,而单异构分子量为 277.182。下面列出了一些元素的精确质量:
元素
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元素符号
|
精确质量
|
|
|
|
氢
|
H
|
1.00783
|
|
2H (D)
|
2.0141
|
碳
|
12C
|
12
|
|
13C
|
13.0034
|
氮
|
14N
|
14.0031
|
|
15N
|
15.0001
|
氧
|
16O
|
15.9949
|
|
17O
|
16.9991
|
|
18O
|
17.9992
|
氟
|
F
|
18.9984
|
硅
|
28Si
|
27.9769
|
|
29Si
|
28.9765
|
|
30Si
|
29.9738
|
磷
|
P
|
30.9738
|
硫
|
32S
|
31.9721
|
|
33S
|
32.9715
|
|
34S
|
33.9679
|
氯
|
35Cl
|
34.9689
|
|
37Cl
|
36.9659
|
溴
|
79Br
|
78.9183
|
|
81Br
|
80.9163
|
碘
|
I
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126.9045
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我们使用美国 NIST 公布的表格: https://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl
此处介绍了其数据来源:
https://www.nist.gov/pml/atomic-weights-and-isotopic-compositions-relative-atomic-masses
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