SPEKTROMETRI MASSA - · PDF file• senyawa dengan BM tinggi, misalnya glikosida •...

S2-UP/MS/Hendig Winarno

1

SPEKTROMETRI MASSA (MASS SPECTROMETRY, MS)

Hendig Winarno

Revisi 03 April 2010


2

I. Introductions

II. Sample Handling

III. Instrumentation & Theory

IV. Interpretation of Mass Spectra &

Characteristic Peaks

S2-UP/MS/Hendig Winarno 3

spektrometri massa meliputi :

Metode ini sangat popular, karena berat molekul (BM) dan rumus molekul dengan cepat dapat ditentukan.

Produksi ion fragmen akan memberikan informasi yg berguna berhubungan dng struktur molekul induk. Pola fragmentasi setiap senyawa umumnya unik atau berbeda dr yg lain, shg umumnya senyawa dpt diidentifikasi melalui MS.

pemisahan dan pengukuran ion, baik ion negatif maupun ion positif dalam fasa gas berdasarkan rasio massa terhadap muatan (m/z)

Oleh karena cuplikan biasanya bermuatan netral, maka cuplikan pertama-tama harus diionisasi.

Ionisasi molekul senyawa sering diikuti dengan seri reaksi peruraian atau fragmentasi kompetitif secara spontan yang menghasilkan ion-ion tambahan.


4 m/z

inte

nsitas r

ela

tif (%

)

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

butil asetat

(M.W. 116)

spektrum massa: sajian intensitas spesi / fragmen bermuatan

sebagai fungsi massa,atau rasio massa (m/z)

Posisi dan intensitas nilai m/z memberikan informasi kualitatif

perihal bentuk senyawanya.

Contoh spektrum asam

karboksilat alifatik


5

Spektrometri massa sangat penting diantara metoda

penentuan struktur yang lain karena informasi yang diperoleh

berupa informasi kimiawi.

Informasi kuantitatif diperoleh dengan pengamatan ion

tertentu yang karakteristik sebagai fungsi jumlah cuplikan,

dibandingkan dengan standar.


6

73

58 44


7

137


8

Skema sederhana EI-Mass Spectrometer


9

Instrumentasi yang diperlukan untuk ini terdiri 4

komponen utama :

1. sistem inlet untuk penguapan,

2. sumber yang mengionisasi dan menahan ion-

ion untuk sementara waktu (biasanya sekitar 1

sec) agar fragmentasi dapat terjadi,

3. sistem analisis massa, dan

4. sistem deteksi


10

SISTEM INLET

Heated Inlet (untuk sampel murni, mudah menguap)

• Cairan volatil umumnya diinjeksikan melalui septum ke

dalam reservoir panas pada tekanan 10-2 Torr yang

dihubungkan ke sumber ion pada 10-6 Torr.

• Karena banyak senyawa tidak mempunyai tekanan uap

keseimbangan cukup besar pada suhu kamar, maka inlet

harus beroperasi pada

• Sistem inlet harus mampu menguapkan molekul senyawa.

tekanan rendah (10-5 sampai 10-7 torr) dan suhu tinggi oven (sampai 300o C).

• Sejumlah kecil cuplikan padat atau cair (sekitar 10-100g)

dimasukkan menggunakan tabung cuplikan (bisa dibuka-

tutup) ke dalam ruang inlet.


11

Direct Inlet (untuk sampel murni, tidak mudah menguap)

• Cairan non volatil atau padatan diinjeksikan ke dalam

sumber ion dengan cara ditempatkan dalam mini cup yang

terbuat dari gelas, kuarsa, stainless steel, atau emas dan

diletakkan pada ujung probe dengan melewati vaccum lock.

• Sampel masuk hingga mencapai ion chamber yang

umumnya dipanaskan 150-250oC.


12

Skema DIP dan vaccun lock

• Posisi probe dibuat tepat sehingga memberikan kecepatan

evaporasi sampel yang sesuai yang dapat dimonitor pada

TIC (total ion current) recorder.

• Waktu yang diperlukan untuk mendapatkan spektra pada

umumnya tidak lebih dari 5 menit, meskipun untuk

mengeluarkan probe harus menunggu suhu mencapai

kurang lebih 50oC.


13

Kromatografi Gas, GC (sampel murni / campuran)

• Sampel diinjeksikan ke dalam GC, setelah terpisah, masing

masing puncak (senyawa) masuk ke dalam sumber ion

melalui interface/transfer line.

• Contoh termasuk derivat trimetilsilil alkohol atau molekul

yang mengandung gugus karbohidrat, atau derivat ester

asam organik.

• Metoda derivatisasi telah mapan dan mudah dilakukan.

• Sering juga, molekul sukar menguap diubah dulu menjadi

derivat mudah menguap sebelum dimasukkan ke dalam

spektrometer.


14

Kromatografi Cair, HPLC (sampel murni / campuran)

• Sampel diinjeksikan ke dalam HPLC, setelah terpisah,

masing masing puncak (senyawa) masuk ke dalam sumber

ion.

• Dalam LC-MS, sampel dapat diintroduksikan secara

langsung, direct liquid introduction (DLI), dari kolom LC

sebagian sampel langsung masuk ke dalam MS detektor

tanpa perlakukan khusus. Umumnya untuk sampel volatil.

• Packed column GC – carrier gas He, molekul ditarik lebih

cepat ke vakum karena massanya kecil. Komponen yang

terpisah langsung masuk ke spektrometer.


15

Skema thermospray interface

• Cara lain untuk memasukkan sampel ke dalam ion souce

yaitu termospray method.

• Sampel setelah malalui pemisahan dengan LC, disemburkan

ke dalam sistem vacum MS dalam flow rate yang tinggi, kmd

diionisasi.


16

Contoh TIC yang diintroduksi mengg. reverse phase coloumn dan

thermospray interface

Methoxy polyethylene glycol

oligomer

Spektrum (PCI)

puncak 8 min 14 s


17

1.2. SISTEM IONISASI

• Molekul sampel M masuk ke dalam ruang ion yang bekerja

dengan sistem vakum tinggi (10-4 ~10-6 Torr).

• Molekul M akan ditumbuk oleh elektron (e)yang berasal dari

filamen panas (biasanya terbuat dari Tungsten atau Rhenium),

sehingga elektron terlempar keluar dari molekul menghasilkan

radikal kation [M]+..

• Energi yang bertanggung jawab terhadap proses ionisasi hanya 10-

12 eV, tetapi dalam kenyataannya digunakan energi sebesar 70 eV.

ELECTRON IMPACT (EI) mode

(positive) electron impact merupakan mode yang umum dipakai.

M + e M 2e++


18

• Kelebihan energi dapat menyebabkan ion molekul

mengalami fragmentasi lebih lanjut.

• Dua buah tipe fragmentasi yang penting :

• Hanya spesi yang bermuatan positif akan dideteksi berdasarkan

perbandingan massa/muatan (m/z), dan spektrum massa akan

menunjukkan sinyal tidak hanya [M]+., tetapi juga A+, dan C+.,

hingga ion fragmen yang berasal dari fragmentasi lebih lanjut dari

A+ dan C+..

AM ++ B+ (kation) (radikal)

CM ++

D+ (radikal kation) (molekul netral)


19

Contoh: Hept-6-ynol, DIP, EI-MS mode


20

Contoh: Methyl dodecanoate, EI-MS mode


21

(positive) CHEMICAL IONIZATION (PCI) mode

• Teknik ini dipopulerkan th 1966 setelah EI.

• Perlu ditambahkan senyawa-antara (metana, isobutana)

dengan konsentrasi lebih tinggi daripada senyawa yang

dianalisis.

• Memerlukan tekanan tinggi (~1 Torr) dari gas reagen dala ion

source, tetapi energi yang diperlukan < 5 eV.

• Gas pembawa diionisasi, selanjutnya sampel diionisasi

dengan cara ditumbuk oleh ion dari gas pembawa.

• Salah satu teknik CI adalah atmospheric pressure CI (APCI),

yang merupakan simtem inletnya dari HPLC.

• Dalam CI, ion reagen dapat ion molekul, ion fragmen, produk

hasil reaksi ion-molekul dari ion-ion dan molekul reagen gas


22

Tahap II: ion primer bereaksi dengan kelebihan gas

menghasilkan ion sekunder.

Tahap III: ion sekunder bereaksi dengan molkl. sampel (RH)

menghasilkan ion sampel +

CH5+

C2H5

RH

RH

RH2+

RH2+

CH4+

C2H4+

+

+

Tahap I: interaksi metana dengan elektron (dari filamen)

menghasilkan ion primer/mayor.


23

Contoh spektrum PCI-MS

Methyl stearate

[288]

dengan + etana

Methyl stearate

[288]

dengan + isobutan


24

(negative) CHEMICAL IONIZATION (NCI) mode

• Dalam kondisi CI, reagen gas menghasilkan reagen ion

positif, bersama dengan elektron dari energi termal dan ion

reagen bermuatan negatif, jika anion stabil dpt terbentuk dari

gas reagen.

• Jadi reaksi lebih lanjut untuk menghasilkan ion negatif dari

sampel melalui e kategori, yaitu tangkapan elektron termal

oleh molekul sampel dan reaksi ion-molekul antara sampel

dan ion gas reagen.

• Pembentukan ion negatif oleh interaksi elektron dan molekul

dapat terjadi melalui 3 mekanisme sbb:


25

Contoh spektrum NCI

senyawa

purpureaglycoside A


26

Fast Atomic Bombardment (FAB) mode

• Untuk sampel dengan titik didih tinggi, misalnya peptida,

karbohidrat;

• sampel yang mudah terurai; senyawa garam;

• senyawa dengan BM tinggi, misalnya glikosida

• Senyawa polar, misalnya polifenol

• Atom cepat dihasilkan dari sumber ion, dengan cara

memasukkan accelerated ion beam ke dalam collision

chamber dan bertukar energi dengan atom netral.

Xe (fast) + Xe+

Xe + Xe (fast)+


27

Skema diagram sumber ion

pada FAB-MS


28

Umumnya digunakan Ar atau Xe.

Xe : massanya >>> energi >>> produksi ion smpel >>>

• Atom cepat yang dihasilkan diarahkan langsung ke sampel

dalam cairan matriks (umumnya gliserol).

• Dengan mengatur potensial sumber ion, maka terbentuk

muatan positif atau negatif.

• Senyawa polar lebih mudah dianalisis dengan FAB, karena

mudah menerima atau melepas proton.

• Pada (positive) FAB-MS, akan terdeteksi m/z (M+1)+ dan

seringkali muncul (M+G+1)+ atau (2M+1)+ ; G = gliserol = 92.

• Pada (neg.) FAB-MS, akan terdetekdi (M-1)- dan (M+G-1)-.


29

Preparasi sampel adalah sebagai berikut:

• Ujung logam dibersihkan dengan solven atau asam agar

tidak ada impuritis.

• Satu mikroliter (1 l) lrt sampel dalam solven yang sesuai

(air, metanol, asetonitril (1 g/l), bersama dengan aditif

(asam, TFA, garam kationik) ditambahkan ke dalam gliserol

2-3 l (sbg matriks) yang telah didispersikan pada ujung

probe. Kemudian probe diintroduksikan MS dan dihasilkan

spektra.

• Selain gliserol, m-nitrobenzil alkohol (m-NBA) juga dapat

digunakan sbg matriks.

• Untuk nefative FAB-MS, 3-aminopropane-1,2-diol,

triethanolamine, dan diethanolamine umum digunakan.


30

• Dalam kondisi normal, FAB-MS akan memberikan hasil yang

baik jika senyawa yang dianalisis mempunyain pusat

asam/basa relatif , misalnya mampu beraksi sbg donor atau

akseptor proton. Atau senyawa yg telah memiliki pusat

muatan, misal garam -NH4, garam –Na, asam karboksilat.

• Senyawa aditif dapat mempromosikan terbentuknya ion

dalam fase kondensasi, sehingga menghasilkan spektra yang

lebih intens. TFA, acetic acid, p-toluenesufonic acid

memperbesar intensitas (M+H)+ bagi senyawa yng

mempunyai basic center, sedangkan NH4OH, NaOH, t-

Buthylammonium hydroxide memperbesar intensitas (M-H)-.

• Aditif garam: NaCl, Li+, K+, juga sering digunakan untuk

menghasilkan (M+Na)+, (M+Li)+, (M+K)+.


31

MW=276

Contoh 1: (positive) FAB-MS; Matrix : Glycerine

(M+G+1)+

(M+H)+

COOH

octadeca-8,10-diynoic acid

[276]

(2M+H)+


32

Contoh 2: (positive) FAB-MS; Matrix : Glycerine

(M+H)+

(M+Na)+


33

Lanjutan contoh 2: (positive) FAB-MS; Matrix : Glycerine

C19H31O2

[291.2324]

COOCH3

octadeca-8,10-diynoic acid

methyl ester [290]

IR,UV

Full data NMR

SPEKTROMETRI MASSA - · PDF file• senyawa dengan BM tinggi, misalnya glikosida •...

Documents

Transcript of SPEKTROMETRI MASSA - · PDF file• senyawa dengan BM tinggi, misalnya glikosida •...