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title: "質譜中的同位素分布：M+1、M+2、Cl 與 Br | MolDraw 部落格"
url: https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/isotope-pattern-mass-spec-guide.html
description: "如何判讀質譜中的同位素分布：M+1 與 M+2 經驗法則、氯與溴的峰群、單一同位素質量與平均質量、加成離子與解析度，附範例解析與免費計算器。"
lang: zh-Hant
publisher: Scidart Academy
generated: 2026-10-26
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# 質譜中的同位素分布：如何判讀 M+1、M+2 與鹵素峰群

發布日期：2026 年 10 月 19 日 · 作者：Scidart Academy · 閱讀時間：約 7 分鐘

![二氯甲烷同位素分布的長條圖，m/z 84、86 與 88 的峰比例為 100 比 64 比 10](https://www.moldraw.com/blog/thumbs/isotope-pattern-mass-spec-guide.webp)

兩個氯原子讓 CH₂Cl₂ 在 m/z 84、86 與 88 呈現 100 : 64 : 10 的同位素分布。

**簡短回答：**同位素分布是分子因原子具有多種同位素而產生的一簇峰。每個碳會在 M+1 增加約 **M 的 1.1%**。一個氯產生 M : M+2 ≈ **3 : 1**，一個溴 ≈ **1 : 1**，硫則在 M+2 增加 4.4%。CH₂Cl₂ 在 m/z 84、86 與 88 呈現 100 : 64 : 10。免費的[同位素分布計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/isotope-pattern-calculator.html)能為任何分子式或 SMILES 算出精確的分布，並支援加成離子、解析度設定，以及與你的光譜比對。

## 關鍵術語一覽

| 同位素分布 | 分子因原子以不同同位素存在，而在質譜中產生的一簇峰。 |
| --- | --- |
| M、M+1、M+2 | M 是單一同位素離子。M+1 與 M+2 分別重 1 與 2 個質量單位。 |
| 單一同位素質量 | 以各元素豐度最高的同位素計算的質量。咖啡因 C₈H₁₀N₄O₂：194.0804。 |
| 平均質量 | 以標準原子量計算的質量。咖啡因：194.19 g/mol。 |
| 標稱質量 | 由豐度最高的同位素得到的整數質量。咖啡因：194。 |
| 解析能力 | R = m/Δm，其中 Δm 是半高寬（FWHM）。 |

## 同位素經驗法則

| 元素 | 重同位素 | 天然豐度 | 對分布的影響 |
| --- | --- | --- | --- |
| C | ¹³C | 1.07% | 每個碳使 M+1 ≈ M 的 1.1% |
| N | ¹⁵N | 0.36% | 每個氮使 M+1 ≈ 0.37% |
| O | ¹⁸O | 0.20% | 每個氧使 M+2 ≈ 0.2% |
| S | ³⁴S | 4.25% | 每個硫使 M+2 ≈ 4.4% |
| Cl | ³⁷Cl | 24.24% | 每個氯 M : M+2 ≈ 3 : 1 |
| Br | ⁸¹Br | 49.31% | 每個溴 M : M+2 ≈ 1 : 1 |
| F、P、I、Na | 無 | 100% 單一同位素 | 沒有額外的峰 |

含多個鹵素時，請以二項式展開計算。n 個氯的分布大約是 (3 + 1)ⁿ。兩個 Cl 為 100 : 64 : 10，三個 Cl 為 100 : 96 : 31 : 3，兩個 Br 為 51 : 100 : 49，三個 Br 為 34 : 100 : 97 : 32。

CH₂Cl₂ 的 M+•：兩個氯原子使 m/z 84、86 與 88 的峰比例為 100 : 64 : 10。

## 精確的同位素分布如何計算

每種元素貢獻一個小多項式：它的各同位素質量與豐度。氯的多項式為 0.7576（質量 35）+ 0.2424（質量 37）。含 n 個氯原子的分子就把它取 n 次方，再把所有元素的多項式相乘。這稱為**多項式卷積**。

[同位素分布計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/isotope-pattern-calculator.html)會對每種元素的所有穩定同位素精確進行這項計算，並保留每個峰的平均質量，只捨去小於最大項 10⁻¹² 的項。對輪廓光譜而言，它也會保留精細結構，所以相差幾 mDa 的峰在高解析能力下可以分開。

## 如何使用同位素分布計算器

1. 開啟[同位素分布計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/isotope-pattern-calculator.html)。
2. 選擇**輸入類型**：**分子式**或 **SMILES**。在**分子式或 SMILES**中輸入，例如 `C6H5Br` 或 `Pt(NH3)2Cl2`。
3. 選擇**離子類型**：EI 用 M+•，正離子 ESI 用 [M+H]⁺、[M+Na]⁺ 或 [M+K]⁺，負離子模式用 [M−H]⁻ 或 [M+Cl]⁻；若是像 `[Pt(NH3)4]2+` 這樣帶電的分子式，請選擇 **Ion as written**（依所寫離子）。
4. 讀取單一同位素質量、平均質量與標稱質量、最強峰，以及 M+1 與 M+2 的數值與經驗法則估計值。
5. 把**顯示方式**設為**輪廓圖（可選解析度）**，並輸入**解析能力（m/Δm）**，即可看到在你的儀器上的峰形。
6. 展開**與觀測光譜比對**，貼上你的 m/z 與強度數據，並查看比對結論。按**載入範例**試試看。
7. 用**下載 SVG**、**下載 PNG**或**下載 CSV**儲存。

## 範例解析

### 1. 二氯甲烷，CH₂Cl₂

³⁵Cl₂、³⁵Cl³⁷Cl 與 ³⁷Cl₂ 離子出現在 m/z 84、86 與 88。比例 = 0.7576² : 2 × 0.7576 × 0.2424 : 0.2424² = **100 : 64 : 10**。較小的 M+1（1.1%）來自那一個碳。

### 2. 溴苯，C₆H₅Br

M 位於 m/z 156，M+2 位於 m/z 158，比例為 **100 : 97.5**，因為 ⁷⁹Br 與 ⁸¹Br 分別占 50.69% 與 49.31%。六個碳使 M+1 為 6.5%。

### 3. 正離子電灑游離中的咖啡因

C₈H₁₀N₄O₂ 的單一同位素質量為 194.0804。加上一個質子（1.00728）得到 [M+H]⁺，位於 **m/z 195.0877**。M+1 為 M 的 10.3%：碳貢獻 8 × 1.08%，氮貢獻 4 × 0.37%。

### 4. C₆₀ 富勒烯

單一同位素質量為 720.0000。60 個碳使 M+1 為 M 的 65%，M+2 為 21%。超過約 90 個碳時，M+1 就會比 M 高。

### 5. 萬古黴素，C₆₆H₇₅Cl₂N₉O₂₄

[M+H]⁺ 位於 m/z 1448.4375。66 個碳使 M+1 約為 77%，兩個氯又把 M+2 推高到約 98%，因此 M、M+1 與 M+2 的高度幾乎相同。

### 6. 順鉑，Pt(NH₃)₂Cl₂

鉑有四種主要同位素（¹⁹⁴Pt 32.9%、¹⁹⁵Pt 33.8%、¹⁹⁶Pt 25.2%、¹⁹⁸Pt 7.4%）。再加上 Cl₂，峰群從 m/z 296 延伸到 306，最高峰位於 m/z 300，而不是單一同位素的 299。

## 整理表：同位素分布告訴你什麼

| 你看到的現象 | 可能的原因 |
| --- | --- |
| M+1 ≈ M 的 1.1% × n | n 個碳原子 |
| M+2 ≈ M 的 33% | 一個氯 |
| M+2 ≈ M | 一個溴 |
| M : M+2 : M+4 ≈ 100 : 64 : 10 | 兩個氯 |
| M : M+2 : M+4 ≈ 1 : 2 : 1 | 兩個溴 |
| M+2 ≈ M 的 4% 到 5% | 一個硫 |
| 同位素峰相隔 0.5 | 2+ 離子 |
| 由許多峰組成的寬峰群 | 具有多種同位素的金屬（Sn、Pt、Hg、Ru、Pd） |

## 常見錯誤

- 直接拿 ESI 峰與中性分子質量比較。應先加上或減去加成離子。
- 在高解析度工作中使用平均質量。HRMS 量測的是單一同位素 m/z。
- 以為 M 一定是最高峰。大分子與許多金屬的最高峰都在 M 之上。
- 計算精確 m/z 時忘了電子質量。每個電荷 0.000549 Da，在 ppm 等級時很重要。
- 把鈷寫成 CO，把氯寫成 CL。應寫成 Co 與 Cl。

## 考試要點

- **A-level 與 IB：**相隔兩個單位、比例 3 : 1 的一對峰代表一個 Cl；比例 1 : 1 的一對峰代表一個 Br。比例 1 : 2 : 1 的三個峰代表兩個 Br；9 : 6 : 1 代表兩個 Cl。
- **A-level：**碳原子數 ≈（M+1 高度 / M 高度）× 100 / 1.1。
- **AP 化學：**元素的質譜可直接得到同位素豐度。平均原子質量 = Σ（同位素質量 × 分率）。
- **JEE 與 NEET：**練習由同位素數據計算平均原子質量，例如 Cl：0.7576 × 34.969 + 0.2424 × 36.966 = 35.45。
- **大學：**結合精確質量（5 ppm 以內）與同位素分布，從候選分子式中做出選擇，並用 A+2 峰算出 S、Cl 與 Br 的數目。

用[同位素分布計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/isotope-pattern-calculator.html)檢查任何分子式，再到[質譜檢視器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/mass-spec-viewer/)中與你的光譜比對。

## 問與答

### 質譜中的同位素分布是什麼？

由於分子中的原子以不同的同位素存在，分子會產生一組峰。M、M+1、M+2 等峰的相對高度取決於所含的元素及其數目。

### 如何在質譜中辨認氯與溴？

一個氯會產生比例 3 : 1 的 M 與 M+2。一個溴會產生比例 1 : 1 的 M 與 M+2。兩個氯為 100 : 64 : 10，兩個溴約為 1 : 2 : 1。

### 如何從 M+1 峰求出碳原子數？

把 M+1 的高度（以 M 的百分比表示）除以 1.1。M+1 為 11% 表示約有 10 個碳。每個氮原子約貢獻 0.37%，所以含 N 時要先減掉這部分。

### 咖啡因的單一同位素質量是多少？

咖啡因 C₈H₁₀N₄O₂ 的單一同位素質量為 194.0804，平均質量為 194.19。它的 [M+H]⁺ 離子出現在 m/z 195.0877。

### 為什麼大分子的最高峰不是單一同位素峰？

每個碳有 1.07% 的機率是 ¹³C。碳數達到約 90 個以上時，大部分分子都至少含有一個 ¹³C，所以 M+1 峰會比 M 高。

### 棒狀圖模式與輪廓圖模式有什麼不同？

棒狀圖（centroid）模式中，每個同位素峰以一根棒表示。輪廓圖（profile）模式顯示真實的峰形，峰寬由解析能力決定，FWHM = m/R，因此相近的峰在低解析度下會合併，在高解析度下會分開。

### 為什麼有些離子的同位素峰相隔 0.5？

間距為 1/z。像 [M+2H]²⁺ 這樣的雙電荷離子，同位素峰相隔 0.5 m/z；三電荷離子則相隔 0.33。

## 相關工具

[同位素圖譜計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/isotope-pattern-calculator.html) [分子軌域圖產生器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/molecular-orbital-diagram-generator.html) [晶體場分裂圖](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/crystal-field-splitting-diagram.html) [精確質量計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/exact-mass-calculator.html) [質譜預測器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/mass-spectrum-predictor.html) [質譜檢視器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/mass-spec-viewer/) [分子量計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/molecular-weight-calculator.html) [分子式搜尋工具](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/molecular-formula-finder.html)

## 相關指南

[質譜檢視器指南](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/mass-spectrum-viewer-guide.html) [AI 光譜外掛程式](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/ai-spectroscopy-plugin-nmr-ms-uv-prediction.html) [分子軌域圖指南](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/molecular-orbital-diagram-guide.html) [晶體場理論指南](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/crystal-field-theory-splitting-guide.html) [NMR 光譜檢視器指南](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/nmr-spectrum-viewer-guide.html) [免費化學工具與計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/free-chemistry-tools-and-calculators.html)

最後更新：2026 年 10 月 19 日