BAB 7

Mass Spectrometry

Imelda Fajriati, M.Si

PENGANTAR Kebanyakan teknik spektral dibahas karena adanya

interaksi (penyerapan) energi oleh molekul, tetapi tidak

demikian dengan Spektrometri Massa (MS)

Dalam MS, sebuah sampel dalam keadaan gas dibombardir dengan elektron berenergi tinggi untuk

mencapai potensial ionisasi pertama dari molekul sampel

tersebut (molekul organik memiliki pot. Ionisasi antara

185 300 kkal/mol), sehingga molekul tersebut melepaskan salah satu/dua elektronnya sehingga menjadi

ion molekul yang tidak stabil dan pecah menjadi fragmen

yang lebih kecil baik berupa radikal atau ion-ion yang

khas

--- metode analisis struktur molekul berdasarkan perhitungan massa dari molekul tersebut serta pola

fragmentasinya

PRINSIP

Bagaimana keadaan ion molekul yang telah terpecah menjadi fragmen-fragmen yang lebih kecil?

Reaksi Fragmentasi:

Ion molekul yang telah terpecah menjadi fragmen kecil akan dipisahkan melalui pembelokan dalam

medan magnet berdasarkan massa dan muatannya.

Hanya ion molekul positif yang mengalami

pembelokan. Adanya arus (arus ion) dari muatan

fragmen ion molekul yang telah dibelokkan akan

ditangkap oleh kolektor, sehingga dapat

menunjukkan kelimpahan relatif ion molekul

tersebut.

Hasil yang ditunjukkan oleh kolektor (detektor) akan ditampilkan oleh pencatat sebagai sebuah spektra

massa, yatu berupa gambar yang menunjukkan

limpahan relatif vs perbandingan massa/muatan

(m/e)

Instrumentasi Spektrometer MS

Mass Spectrometer

PERJALANAN ION MOLEKUL POSITIF

Tahapan dalam Spektrometer Massa

1. Ionisasi

Sampel (g) dalam keadaan uap dilewatkan

dalam ionization chamber (ruang pengionan) yang

memiliki tekanan vakum

(kira-kira 10-6 mmHg). Uap

dilewatkan pada suatu celah

kemudian ditembaki dengan

seberkas elektron yang

dipercepat dengan suatu

filament (tenaga 70 eV)

menghasilkan suatu ion

molekul

Sampel yang berbentuk gas (vaporised sample) masuk ke dalam ruang ionisasi. Kumparan metal

yang dipanaskan dengan menggunakan listrik

melepaskanf elektron-elektron yang ada pada

sampel dan elektron-elektron lepas itu menempel

pada perangkap elektron (electron trap) yang

mempunyai muatan positif

Ion molekul yang terbentuk dapat mengalamai penataan ulang. Proses ini berjalan cepat (10-10 10-6 detik)

Tempat pengionan dijaga agar tetap vakum untuk meminimalkan tabrakan dan reaksi antara radikal,

molekul udara dan lain-lain.

2. Percepatan

Berbagai ion molekul positif masuk ke dalam celah yang terdiri atas dua elektroda positif tegangan 8 kv, sehingga terjadi potensial penolakan dari elektroda tersebut dan ion molekul positif dipercepat menjauhi ruang pengionan dengan energi kinetik yang sama

Ion-ion positif yang ditolak dari ruang ionisasi yang sangat positif itu akan melewati 3 celah, dimana celah terakhir itu bermuatan 0 V. Celah yang berada di tengah mempunyai voltase menengah. Semua ion-ion tersebut dipercepat sampai menjadi sinar yang sangat terfokus.

3. Pembelokan / Mass Analyzer

Ion molekul memasuki daerah medan magnet

Fragmentasi ion molekul positif yang berbeda-beda akan dibelokkan secara berbeda pula oleh medan magnet. Besarnya pembelokan yang dialami oleh sebuah ion tergantung pada:

* Massa ion. Ion-ion yang bermassa ringan akan dibelokkan lebih besar daripada ion-ion yang bermassa berat.

* Muatan ion. Ion yang mempunyai muatan +2 (atau lebih) akan dibelokkan lebih besar daripada ion-ion yang bermuatan +1.

Dua faktor diatas digabungkan ke dalam Perbandingan Massa/Muatan. Perbandingan ini mempunyai simbol m/z (atau m/e)

Dengan adanya ruang pembelokan dapat memisahkan ion-ion

molekul sesuai dengan perbandingan massa/muatan (m/e)

4. Pendeteksian

Ion-ion molekul yang terus melaju akan ditangkap oleh kotak logam yang kaya elektron.

Ion positif akan dinetralkan oleh elektron kotak logam sehingga ternetralkan, sehingga

memunculkan arus listrik yang akan dideteksi oleh

detektor

Setelah arus diperkuat dan dicatat, akan dihasilkan gambar spektra.

Makin banyak ion positif yang dinetralkan, semakin besar arus listrik yang ditimbulkan

Macam-macam Sumber Pengionan

1. Elektron Impact

Akibat bombardir elektron, sesuai untuk molekul BM rendah

dan yang mudah menguap, teknis sederhana dan tidak mahal

2. MALDI (Laser Desorption and Matrix Assisted Laser Desorption) LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Dalam metode MS ini, yang digunakan adalah matriks padat, yang menyerap cahaya pada panjang gelombang

laser. Sampel tersebut dicampur dengan larutan

matriks di piring sasaran. Ketika laser ditembakkan

pada target matriks, menyerap energi laser cahaya yang

menguap dan ini membawa sampel. Pada saat itu,

tegangan pulsa laser ditembakkan ke pelat target untuk

mempercepat sampel terionisasi menuju analyzer massa

time of flight. ToF ini dapat dioperasikan baik

dalam modus linear atau reflectron dan

dengan mudah dapat memisahkan protein

hingga 500 kDa. Presisi metode ini sekitar 10

ppm

Cara Kerja MALDI

Mengelurakan udara dari ruang yang menyebabkan pelarut menguap, mentaburi garam

(molekul sampel atau analit) pada matriks (pada kenyataannya,

proporsi analit untuk matriks lebih kecil dalam sebuah MALDI

aktual-kecil seperti 100 bagian per juta);

Sinar laser difokuskan ke permukaan matriks-anlit padat

Matriks menyerap energi foton dan menjadi terionisasi dalam proses;

Bahan yang melewati sepanjang energi UV ke molekul protein menguap, kemudian terionisasi;

Terjadi tabrakan antara molekul matriks dan mengakibatkan molekul sampel terionisasi

Setelah molekul analit terionisasi, mereka keluar dari ruang pengionan oleh tegangan yang diberikan di seluruh ruangan untuk

menuju mass analyzer

3. Fast Atom Bombardment (FAB)

Macam-macam Mass Analyzer

1. Magnetic Sector

2. Time of Flight

TOF: Menggunakan medan listrik untuk meningkatkan kecepatan ion-ion melalui kondisi yang sama, dan mengukur waktu yang di perlukan untuk mensapai detektor. Jika partikel mempunyai muatan sama, energy kinetik sama dan kecepatan akan bergantung pada massa nya. Ion ringan akan mencapai defaktorterlebih dahulu

Mekanisme MALDI - TOF

3. Quadrupole Mass Filter

Menggunakan madan listrik yang bergerak-gerak untuk menstabilkan ion yang melewati medan rasio frekuensi ( rf ) quadrupole di buat 4 tangkai parallel.Hanya ion dalam batas mass atau muatan tertentu, yang di biarkan tersapu dengan cepat.Quadrupole pertama bertindak sebagai massa filter dan quadrupole ke duabertindak sebagai sel penumbuk dimana ion di pecah menjadi fragmen-fragmen.Fragmen yang di filter oleh quadrupole ke tiga yang selanjutnya dibiarkanmelewati defector menghasilkan rumus fragmen ms/ms

JENIS DETEKTOR DALAM MASS

SPECTROMETRY

Spektrum Mass Spectrometry

Gambar yang dihasilkan dari pencatat menunjukkan kecenderungan / pola pemecahan (fragmentasi) dari molekul

tersebut

Ketika sampel organik yang teruapkan melewati kamar ionisasi spektrometer massa, uap akan ditembak oleh berkas elektron.

untuk membentuk ion positif. Ion ini disebut ion molekuler -

kadang disebut juga ion induk.

Ion molekuler disimbolkan dengan M+ atau M +. ,

Ion-ion molekuler tidak stabil secara energetika, dan beberapa diantaranya akan terpecah menjadi bagian-bagian yang lebih

kecil, di mana kadang mengandung radikal bebas

SPEKTRUM MASSA

Spektrum massa adalah suatu plot antara kelimpahan relatif vs m/z.

Kelimpahan fragmen tergantung pada kesetimbangan antara kecepatan pembentukan dan dekomposisinya.

Fragmen yang melimpah terbentuk dengan mudah dan

mempunyai tendensi yang rendah untuk terfragmentasi

lebih lanjut, atau relatif stabil.

Fragmen yang paling melimpah dinyatakan mempunyai kelimpahan relatif (relative abundance = RA) 100% dan

disebut dengan base peak. Kelimpahan fragmen-

fragmen yang lain dinyatakan relatif terhadap base peak

SPEKTRUM MASSA UNSUR -UNSUR

Spektrum Massa Boron

Spektrum Massa Benzena

Spektrum Massa Pentana

Mass Spectra 2 metil pentana

More stable carbocations will be more abundant.

=>