SPEKTROMETRI MASSA (MASS SPECTROMETRI, MS)
Anna Permanasari 2003
1
Spektrometri massa
Teknik analisis instrumental untuk membantu identifikasi dan elusidasi struktur molekul senyawa murni berdasarkan massa mlk relatif ionnya/ion fragmennya Struktur molekul
Mr ion mlk/ corak fragmentasi
Ggs kromofor Ggs fungsi UV IR
Lingkungan
MS
proton
NMR proton 2
1
PRINSIP
Mlk senyawa murni
Ion molekul (M+) Nilai m/e dan corak fragmentasi
e berenergi tinggi
Ion fragmen
3
Ionisasi Sinar e- 50-100 eV
M
cair vakum
e-
M gas
M+
Ion-ion kecil Pengukuran spektrum (m/e)
4
2
Proses fragmentasi e-
ABCD
ABCD
A BCD
e- energi tinggi
e-
A BCD
CD AB
ABCD
B A A B
AB CD 5
Diagram Alat MS
Elektron ditembakan
Sistem Masukkan
Ruang ionisasi
anoda
Analyzer
vakum
Detektor
Pengolah sinyal
Pembacaan
6
3
Gambar dari buku
7
Ruang Ionisasi - Mengubah molekul-molekul cuplikan menjadi partikel
bermuatan, bisa + atau -, berbagai ukuran massa - caranya dengan menembakkan elektron berenergi tinggi 70 eV. - Ion + ditolak oleh pelat penolak, masuk ke sistem pemercepat ion, lalu ke analyzer 8
4
Dua proses ionisasi
Electron impact ionization (EII) menembak molekul sampel dengan elektron berenergi tinggi. Sumber elektron: filamen rhenium/tungsten dipanaskan kelemahan: sedikit yg terionisasi, ion molekul induk dgn Mr < jarang terlihat, degradasi termal pada molekul saat pembentukan gas
Chemical ionization (CI) direaksikan dengan pereaksi seperti metana, propana, isobutan, amonia 9
Analyzer • Alat pendispersi yang berfungsi sama seperti prisma. • Dispersi ini didasarkan pada massa partikel-partikel bermuatan. • ion yang massanya lebih besar lebih sukar dibelokkan • ion yang massanya besar membutuhkan kuat medan yg lebih besar
2r Ion masuk
Ion masuk ke kolektor
10
5
H = kekuatan medan magnet
Gaya sentripetal magnet, FM
e = muatan ion
FM H e ν
= kecepatan partikel
Gaya sentrifugal penyeimbang, Fe
mν 2 Fe r
m = massa partikel r = jari-jari kelengkungan
Energi kinetik partikel, E V = tegangan percepatan
E e.V 1 2 mν
2
yang digunakan dalam daerah ionisasi 11
Semua partikel yang mempunyai muatan sama, tidak memperhatikan massa, dianggap memperoleh energi kinetik yang sama selama percepatan di medan listrik Kondisi
FM = Fe
,agar partikel jalan melingkar
mν mν 2 He H eν r r Her ν m 2 m ν 1 m H2 e2 ν 2 1 2 e ν 2 m m2 m m H2 r 2 e 2ν
Variabel: H, V, r 12
6
CONTOH Spektra toluen
13
Jenis puncak: • Puncak Ion Molekul, M+ : m/e sesuai dengan Mr molekul netral, paling kanan
• Puncak utama (base peak): puncak tertinggi, intensitas 100, m/e < Mr senyawa asli. • Puncak isotop: m/e > m/e ion utama/molekul. intensitasnya tgt jumlah relatif di alam
14
7
Contoh: Perbandingan kelimpahan isotop 79Br dan 81Br adalah 50,5% : 49,5 % atau 1 : 1 Maka molekul yang mengandung atom Br akan menghasilkan dua puncak dengan intensitas + sama, pada m/e berbeda 2 satuan (m dan m+2)
Perbandingan kelimpahan isotop 35Cl dan 37Cl adalah 75,5 % : 24,5 % Perbandingan intensitasnya ? Jika dalam satu molekul terdapat dua atom Cl, bagaimana jumlah dan intensitas puncaknya ? 15
Spektrum massa metilen klorida CH2Cl+ (49)
100
CH2Cl2(84)
M+
80 12C 1H 35Cl 37Cl(86)
60
13C 1H 35Cl 37Cl
40 20 10
20
30
40
50
13C 1H 35Cl 2
(85)
70
80
60
12C 1H 37Cl 2
90
(87)
(88)
100
- Puncak ion molekul metilen klorida terjadi pada m/e = 84
- Puncak ion molekul biasanya terdapat pada kumpulan puncak paling kanan di dalam spektrum massa 16
8
Puncak isotop
- terjadi pada massa > dari ion utama dengan 1- 4 bagian massa - contoh untuk metilen klorida, isotop yg penting adalah : 12C 1H 35Cl = 2 2 13C 1H 35Cl = 2 2 12C 1H 35Cl 37Cl = 2 13C 1H 35Cl 37Cl = 2 12C 1H 37Cl = 2 2
84 85 86 87 88
Ukuran puncak isotop bergantung pada jumlah relatif isotop di alam Contoh perbandingan relatif: 35Cl : 37Cl = 3 : 1 79Br : 81Br= 1 : 1 17
H CH2Cl2 + Cl
e-
metilen klorida
2e-
+ H C
H Cl+
H C Cl+ +
ion molekul Cl
base Clpeak
Contoh lain CH3 CH3 - CH - CH2 - CH3 2-metilbutana
CH3
e
[CH - CH - CH - CH ] 3
2
3
+
M+ m/e = 72
CH3 - C+H - CH2 - CH3 +CH3 base peak m/e = 72 18
9
Contoh lain CH3
CH3
CH3 C OH
CH3
[CH3 C OH]+
CH3
C+= OH + CH3
CH3
CH3 base peak
- CH3 dibentuk dari CH3+ karena kestabilan ion karbon CH3 CH3 C+
CH3 CH3 >
CH3
C+
CH3 >
C+H3
19
Sumbangan/kontribusi Isotop-isotop ISOTOP KONTRIBUSI (%) 12 C 98,89 1 H 99,89 14 N 99,64 16 O 99,76 35 Cl 75,53 137 I 100 19 F 100 79 Br 50,52 32 S 95,52
ISOTOP 12
C H 15 N 17 O 37 Cl 2
KONTRIBUSI (%) 1,11 0,01* 0,36* 0,04* 24,47
ISOTOP
18
O
KONTRIBUSI (%)
0,20
12
C Br 33 S
81
49,48 0,35
33
S
4,22
* diabaikan
20
10
Faktor-faktor yang mempengaruhi fragmentasi 1. Energi elektron Bila E elektron = E ionisasi, hanya terjadi ion molekul
Bila E elektron > E ionisasi, maka terjadi fragmentasi 2.
21
Contoh Spektrum Massa
22
11
Contoh Spektrum Massa
23
12
