TUGAS KIMIA ORGANIK IVANALISIS SPEKTRA GC-MS GUGUS

KARBONIL

Disusun Oleh :

1. AGUSTIN PURWANINGSIH (K3310003)2. CICI PUTRI RAHMAWATI (K3310018)3. DIAS FATIN N (K3310024)4. MARGARETHA AD (K3310055)5. MUKAROMAH (K3310058)6. PATRIA SUKMAWATI (K3310065)7. RIANI DWI U (K3310072)8. YUNIARTI K (K3310088)

PROGRAM PENDIDIKAN KIMIAFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARETSURAKARTA

2013

ANALISIS SPEKTRA GC-MS GUGUS KARBONIL

A. PENDAHULUAN

Spektroskopi Massa

Mekanisme umum MS

MS adalah teknik analisis yang mengukur perbandingan massa dengan

muatan. MS digunakan untuk menentukan massa partikel, komposisi

unsur dari suatu sampel atau molekul serta untuk  menuangkan struktur

kimia dari molekul, seperti peptida dan senyawa lainnya. Prinsip MS

adalah pengionisasian senyawa kimia menghasilkan molekul atau

fragmen molekul dan mengukur rasio massa / muatan.

 

Gambar 1: komponen dan proses kerja MS

Secara umum prosedur MS :

1. Sampel  di masukkan dalam instrument MS dan mengalami penguapan.

2. Komponen dari sample diionisasikan ,dapat digunakan  berbagai

metode ,salah satunya  mengenai nya dangan sinar berelectron, sehingga

menghasilkan partikel bermuatan ( ion).

3. Ion di pisahkan berdasarkan rasio massa atau muatan dalam analizer oleh

medan elektromagnetik.

4. Ion-ion dideteksi, metode yang di gunakan biasanya kuantitatif.

5. Sinyal ion diproses menjadi  spectra massa.

Instrument MS terbagi 3 bagian :

1. Sumber ion-ion mengubah molekul sample dari fasa gas menjadi ion-ion

( memindahkan ion-ion dalam larutan menjadi fasa gas )

2. Massa analyzer memilih ion-ion berdasarkan massanya dengan

menggunakan medan elektromagnetik.

3. Detektor : mengukur nilai kuantitas dan menyediakan data untuk

menghitung kelimpuhan masing-masing ion.

Teknik yang di gunakan adalah kualitatif dan kuantitatif, meliputi

identifikasi suatu senyawanya, menentukan komposisi isotop unsure

dalam molekul dan menentukan struktur senyawa dengan mengamati

fragmen-fragmen nya. Penggunaan lain, menghitung jumlah senyawa

dalam sample dan mempelajari kimia ion  fasa gas ( kimia ion dan

neutron dalam vakum ). MS sekarang sangat umum di gunakan dalam

labor analitik yang mempelajari sifat fisika atau sifat biologi dari

senyawa-senyawa yang luar biasa bervariasi.

Contoh sederhana aplikasi pada mass-spect, contoh berikut

mendeskripsikan operasi mass analizer yang merupakan sector penting

dari MS. Sample natrium klorida dalam komponen sumber ion, di uapkan

( membentuk gas ) dan diionkan ( di rubah ke dalam partikel yang

bermuatan listrik ) Ion natrium ( Na ) dan klorida (C1). Atom natrium

adalah monoisotop, dengan massa sekitar 23 amu. Atom klorida dan ion

terdiri dari 2 isotop dengan kelimpahan 75 % 35 amu dan 25% 27 amu.

Bagian analizer terdiri dari medan magnet dan medan listrik yang

menggunakan sumber ion-ion yang berpindah melalui medan ,kecepatan

partikel bermuatan dapat di tingkatkan atau di turunkan ketika melalui

medan listrik dan arah tersebut dapat diubah oleh medan magnet. Tingkat

pembelokan pada ion-ion yang bergerak bergantung pada rasio massa

atau muatan ion-ion tersebut. Ion-ion yang lebih besar massa atau

muatannya lebih sulit di belokkan oleh sumber magnet dari pada ion

yang massa atau muatannya kecil, sesuai dengan hukum ke 2 newton f =

m.a. Arus yang melewati analizer  masuk ke defector, detektor merekam

kelimpahan relatif masing-masing ion. Informasi ini di gunakan untuk

menghitung kelimpahan relative masing-masing tipe ion. Sehingga dapat

di gunakan untuk menentukan komposisi sampel ( natrium dan klorin )

dan komposisi isotop     ( perbandingan 35 C1 dan 37 C1 ).

Gambar 2: Proses kerja pemisahan ion berdasarkan massanya pada MS

 Komponen MS

1. Teknologi sumber ion

Sumber ion adalah bagian MS yang berfungsi untuk  mengionkan

material analit. Ion kemudian di transfer oleh medan listrik dan medan

magnet ke massa analizer . Karena ion sangat reaktif dan massa hidupnya

singkat, pembentukan dan pemanipulasian harus di lakukan di ruang

vacum, tekanan atmosfer sekitar 760 toor. Tekanan ion dapat di gunakan

sekitar 10 sampai 10 torr. Pada umumnya, ionisasi di pengaruhi oleh

energy sinar  yang tinggi dari electron, dan pemisahan electron di capai

dengan meningkatkan dan memfokuskan sinar ion, yang kemudian di

bengkokkan oleh medan magnet eksternal. Ion –ion kamudian di deteksi 

sehingga  menghasilkan informasi dan di analisis dalam computer.

Jantung spectometer adalah sumber ion ( gambar 2), disini

molekul sample ( titik hitam ) di hancurkan oleh electron ( garis biru )

dikeluarkan dari filaman panas. Ini disebut sumbar EI ( electron-impact ).

Gas dan sampel volatil padatan dan cairan non volatil dapat di

hubungkan secara lansung. Cation dibentuk oleh pembom electron ( titik

merah ) yang di dorong oleh plat repeller lain, mempunyai celah yang

berbanding terbalik dengan massa tiap-tiap ion. Ion berat di belokkan

lebih sulit dangan memvariasikan medan magnet, ion yang mempunyai

massa berbeda dapat difokuskan untuk di lanjutkan ke defector.

 Gambar 3: Proses pengionan sampel

Ketika electron berenergi tinggi bertumbukan dengan molekul  analit

akan terjadi ionisasi dengan mengetuk salah satu electron molekul

( electron ikatan dan non ikatan ). Ini meninggalkan ion molekul

( berwarna merah gambar 3 ). Energy yang tersisa dari tumbukan dapat

menyebapkan ion molekul terbagi menjadi bagian neutron ( warna hijau )

dan bagian ion yang lebih kecil ( warna pink  dan orange ). Ion molekul

adalah kation bebas, tetapi fragmen ion dapat berupa kation bebas

( pink ) atau karbokation ( orange ) bergantung pada sifat neutron.

Gambar 4:  Fragmen – fragmen analit saat diionisasikan

Teknik ionisasi adalah kunci menentukan apakah tipe sampel yang dapat

dianalisis oleh MS. ionisasi electron dan ionisasi kimia digunakan untuk

gas dan uap. Dalam sumber ionisasi kimia, analit di ionisasikan oleh

reaksi ion-molekul selama tumbuhan dan dua teknik yang ini sering

digunakan pada sampel cairan atau padatan  biologis meliputi ionisasi

electrospray ( di kembangkan oleh John Fenn ) dan matrix-assisted laser

desorption / ionization ( MAIDI di kembangkan oleh K. Tanaka ).

Inductively Couple Plasma ( ICP ), sumber yang digunakan untuk

menganalisis kation. Plasma keseluruhannya adalah listrik netral, tetapi

punya fraksi atom yang terionisasi oleh  temperature tinggi, digunakan

untuk mengatokan molekul sampel  selanjutnya memotong electron

terluar dari atom ini. Plasma biasanya dihasilkan dari gas argon, energy

ionisasi pertama gas argon lebih tinggi dari ite, O,F dan Nc, tetapi lebih

rendah dari energy ionisasi kedua untuk semua unsure kecuali arus logam

frekuensi yag melewati coil sekeliling plasma.

2. Teknologi Penganalisis Massa ( Mass Analyzer )

Mass Analyzer memisahkan ion berdasarkan perbandingan massa dengan

muatan. Dua hukum dinamika muatan partikel dalam medan magnet dan

medan listrik dalam vakum

F = Q ( E+V+B )                 hukum lorentz

F = ma

( Hukum kedua neoton pada kasus non relative vistik, kecepatan ion

lebih rendah dari kecepatan cahaya )

F adalah gaya yang dipilih untuk ion, m=massa ion

A= percepatan ion

Q= muatan ion

E= medan listrik

V X B vector kecepatan ion dan medan magnet

Persamaan disederhanakan

( M/Q ) a = E+V x B

Banyak massa analyzer  yang dapat digunakan di antaranya :

1) Sector

Sector field mass analyzer manggunakan medan magnet dan medan

listrik untuk meningkatkan kecepatan partikel bermuatan dan mengukur

berdasarkan rasio massa atau muatan.

2) Time-of-flight

Menggunakan medan listrik untuk meningkatkan kecepatan ion-ion

melalui pokusial sama, dan mengukur waktu yang di perlukan untuk

mensapai defaktor. Jika partikel mempunyai muatan sama, energy kinetik

sama dan kecepatan akan bergantung pada massa nya.  Ion ringan akan

mencapai defaktor terlebih dahulu.

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, tetapi

nilai potensial terhadap muatan di biarkan tersapu dengan cepat.

Quadrupole pertama bertindak sebagai massa filter dan quadrupole ke

dua bertindak sebagai sel penumbuk dimana ion di pecah menjadi

fragmen-fragmen. Fragmen yang di filter oleh quadrupole ke tiga yang

selanjutnya dibiarkan melewati defector menghasilkan rumus fragmen

ms/ms.

4) Three-dimensional qudrupole

Ion dapat juga di keluarkan dengan metode eksitasi resonansi, dimana

tegangan eksitasi penggerak tambahan dipilih sebagai elektroda dan

memerangkap tegangan amplitude atau frekuensi tegangan eksitasi di

keluarkan untuk membawa ion-ion dalam kondisi resonansi dan di susun

menurut perbandingan massa atau muatan.

5) Linear qudrupole ion trap

Sama dengan quadrupole ion trap, tapi pemerangkap ion 2  (2D)dimensi

diganti dengan medan tiga dimensi ( 3 D )

3. Detektor

Unsure terakhir dari MS adalah detector. Detector menghitung muatan

yang terinduksi atau arus yang dihasilkan ketika ion dilewatkan atau

mengenai  suatu permukaan. Dalam scanning instrument, sinyal

dihasilkan dalam detector selama scanning, dimana scanning massa dan

menghitung ion sebagai m/z. menurut tipenya, beberapa tipe elektron

multipileir digunakan, meliputi faradaycups dan detektor ion ke photon

karena jumlah ion yang yang meninggalkan massa analizer cukup kecil,

maka sering di gunakan Microchanels plate defector, defector ini terdiri

dari sepasang logam pada permukaan dengan massa analizer atau daerah

pemerangkap ion.

Karakteristik penganalisis

1. Mass Rosolving power

Adalah ukuran kemampuan membeda-badakan dua puncak yang

perbedaannya kecil ( m/z )

2. Mass Accuracy

Rasio kesalahan pengukuran m/z di banding dengan kebenaran m/z

biasanya di ukur dalam ppm atau mili massa unit.

3. Mass Range

Adalah batas m/z yang dapat di terima, yang di berikan oleh analizer.

4. Linear Dinamic Range

Batas yang menunjukkan bahwa sinyal ion linear dengan konsentrasi

analit

5. Speed

Menunjukkan waktu awal dan akhir, percobaan di gunakan untuk

menentuksn jumlah spectra per unit waktu  yang dapat di hasilkan.

Spectrum massa biasanya di tampilkan sebagai grafik vertical

menunjukkan rasio massa atau muatan dan horizonta menunujukkan

kelimpahan relatif unsure.

( http://www.en.wikipedia.org dan

http://www.chemistry.msu.edu/faculty/research/virtex.html )

Gugus Karbonil

Dalam kimia organik, gugus karbonil adalah sebuah gugus fungsi

yang tersiri dari sebuah atom karbon yang berikatan rangkap denggan

sebuah atom oksigen C=O. Istilah karbonil juga dapat merujuk ke karbon

monoksida sebagai sebuah ligan pada senyawa organik atau kompleks

organologam (misalnya nikel karbonil), dalam situasi ini karbon

berikatan rangkap tiga dengan oksigen C=O. Senyawa karbonil

dikarakteristikan oleh jenis-jenis senyawa berikut :

-       Senyawa aldehida

-       Keton

-       Asam karboksilat

-       Ester

-       Anida enon

-       Asil klorida

-       Anhidrida asam

Struktur umum dari gugus karbonil adalah R-CHO, senyawa karbonil

lainnya termasuk urea dan karbenat.

Gugus karbonil ini terdapat dalam Karbohidrat,lemak, protein dan

steroid. Gugus karbonil dapat dijumpai dalam  senyawa ALDEHIDA dan

KETON.

Aldehid

Keton

- Aldehid adalah senyawa organik yang karbon-karbonilnya(karbon

yang terikat pada oksigen) selalu berikatan dengan paling sedikit 1

hidrogen. Rumus Umum aldehid adalah RCHO 

- Keton adalah senyawa organik yang karbonil-karbonilnya

dihubungkan dengan dua karbon lain. Rumus umumnya : RCOR

          Reaktivitas karbonil lebih elektropositif daripada oksigen, sehingga

rapatan elektron akan tertarik dari karbon dan meningkatkan polaritas

ikatan. Oleh karena itu, karbon karbonil bersifat elektrofilik sehingga

lebih reaktif terhadap nukleofil. Selain itu, oksigen yang elektronegatif

juga dapat bereaksi dengan elektrofil. Hidrogen alfa pada senyawa

karbonil lebih asam daripada ikatan OH yang biasa. Sebagai contoh nilai

pKa asetaldehida dan aseton adalah 16,7 dan 19. Gugus karbonil dapat

direduksi reagen hidrida seperti NaBHu dan LiAlHu dan oleh reagen

brinad.

Aldehid dan keton adalah senyawa-senyawa sederhana yang

mengandung sebuah gugus karbonil, sebuah ikatan rangkap CHO.

Aldehid dan keton termasuk senyawa yang sederhana. Jika ditinjau

berdasarkan tidak adanya gugus-gugus reaktif yang lain seperti –OH atau

–Cl yang terikat langsung pada atom karbon digugus karbonil, seperti

yang bisa ditentukan misalnya pada atom-atom karboksilat yang

mengandung gugus –COOH.

http://yolanisyaputri.blogspot.com/2012/01/identifikasi-alkohol-karbonil-

dan-asam.html

B. SPEKTRA GUGUS KARBONIL (ASAM PALMITAT)

Spektrogram Massa Asam Palmitat

C. FRAGMENTASI SPEKTRA GUGUS KARBONIL (ASAM

PALMITAT)

Penyusunan Ulang Mc Lafferty Asam Palmitat

D. ANALISA HASIL FRAGMENTASI SPEKTRA GUGUS KARBONIL

(ASAM PALMITAT)

Asam palmitat dengan berat

molekul 256, mengalami fragmentasi

pertama membentuk ion (2) dengan

berat molekul 227 dan melepas C-C

sebagai radikal. Selanjutnya ion (2)

melepaskan C=C membentuk ion (3)

dengan melepas C=C sebagai radikal.

Ion (3) ini memiliki berat molekul 199.

Ion (3) mengalami fragmentasi kembali

dengan melepaskan C=C sebagai

radikal sehingga berat molekulnya

menjadi 171 sebagai ion (4).

Selanjutnya terfragmentsi lagi

menjadi ion (5) yang memiliki berat

molekul 143, dengan melepaskan C=C

sebgai radikal. Ion (5) melepaskan C=C

sebagai radikal membentuk ion (6)

dengan berat molekul 115. Kemudian

ion (6) melepas 1-propena untuk

membentuk ion (7) sehingga didapatkan

berat molekul sebesar 73.

Sama halnya dengan pola fragmentasi

bagan pertama. Asam palmitat yang

mula-mula memilki berat molekul 256

terfragmentasi menjadi ion (2) dengan

berat molekul menjadi 213 dan

melepas radikal propil. Selanjutnya

ion (2) terfragmentasi melepas radikal

etena sehingga membentuk ion (3)

dengan berat molekul 185. Ion (3)

mengalami fragmentasi melepas

radikal etena kembali sehingga

membentuk ion (4) dengan berat

molekul 157. Sama halnya

fragmentasi ion (4) menjadi ion (5)

dengan berat molekul 129. Kemudian

ion (5) terfragmentasi dengan melepas

CO2 sehingga membentuk ion (6)

dengan berat molekul 85. Ion (6)

mengalami fragmentasi kembali

dengan melepas propil dan

membentuk ion (7) dengan berat

molekul 41.

Penyusunan Ulang Mc Lafferty Asam Palmitat

Asam karboksilat mengalami penataan ulang Mc Lafferty karena memiliki

atom hidrogen (H) yang terikat pada atom C gamma (ɤ). Pada penataan ulang Mc

Lafferty, satu atom H yang terikat pada atom C gamma akan berikatan dengan

atom O karbonil. Kemudian ikatan rangkap antara atom C dan O karbonil akan

berpindah (rearrangement) ke atom C sebelahnya membentuk ikatan rangkap.

Ikatan antara atom C alfa dan atom C betta akan berpindah sehingga ikatan antara

atom C alfa dan betta putus dan terbentuk senyawa :

Asam palmitat mengalami

fragmentasi membentuk ion (2) dengan

melepas senyawa alkena yang memiliki

C14, sehingga berat molekul yang

awalnya 256 menjadi 60.

Selanjutnya ion (2) melepas OH

sebagai radikal, membentuk ion (3) yang

memiliki berat molekul 43.

dan