Spektrometri Massa. Elusidasi struktur bahan alami

Spektrometri Massa

Elusidasi struktur bahan alami

Pendahuluan  Spekrometri massa: menggunakan elektron dengan energi tinggi untuk memecah molekul menjadi fragmen2

 Pemisahan dan analisis fragmen untuk memberikan informasi  Bobot molekul  Konfirmasi struktur:  Fragmentasi  “Exact mass”

Teori  Semburan elektron dengan energi tinggi menyebabkan molekul kehilangan elektron dan membentuk Kation radikal  Spesies dengan muatan positif dan satu elektron tidak bermuatan H H C H H

+

-

e

H H C H

-

+ 2e

H Molecular ion (M+) m/z = 16

Teori  Selain itu, elektron dengan energi tinggi dapat memecah molekul atau kation radikal menjadi fragmen2 H H

H C C H

+

molecular ion (M ) m/z = 30

H H H H H C C H

+ e

H H

-

H C C

H H

+ H

H H m/z = 29 H

H

m/z = 15

H C H

+

C H H

(not detected by MS)

Teori  Molecular ion (parent ion):  Kation radikal yang menunjukkan massa dari molekul asal H H

H H C H

H C C H

H

H H

 Umumnya ditemui sebagai massa tertinggi pada spektrum  Pengecualian: pada beberapa senyawa molecular ion tidak terbentuk

Spektrometer massa  Kation yang terbentuk dipisahkan oleh defleksi magnetik

Teori  Hanya kation yang terdeteksi.  Radikal tidak terlihat” di SM.  Jumlah defleksi yang teramati tergantung oleh mass to charge ratio (m/z).  Hampir semua kation memiliki muatan +1, sehingga jumlah defleksi yang teramati umumnya tergantung massa ion.

Spektra massa

http://ionsource.com/tutorial/spectut/spec2.htm

8

Spektrum massa: etanol base peak

M+

SDBSWeb : http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/ (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 11/1/09)

Isotop  Sebagian besar elemen muncul sebagai campuran isotop.  Keberadaan isotop yang lebih berat dalam jumlah yang signifikan menyebabkan puncak2 dengan kelimpahan lebih kecil dengan massa yang lebih besar dari puncak “parent ion”  M+1  M+2

Kelimpahan Isotop

81Br

=>

Exercises

Kitson et al., 1996, Gas Chromatography and Mass Sectrometry: A practical Guide, Academic Press, USA



Relative intensities of ions expected for various combinations of Bromine and Chlorine

Br

Br2

Br3

Cl

Cl2

Cl3

BrCl

Br2Cl

BrCl2

M+

100

51

34

100

100

100

78

45

62

M+2

94

100

100

31

65

95

100

100

100

47

97

10

31

24

74

45

14

6

M+4 M+6

31

3

http://www.chemistry.ccsu.edu/glagovich/teaching/316/ms/brandcl.html

Tips untuk interpretasi spektrum MS  Identifikasi fragmen ion karakteristik  Identifikasi kehilangan fragmen dari molecular ion  Database/literatur

Rule of Thirteen  Untuk mengidentifikasi kemungkinan formula molekul CnHm.  Step 1: n = M+/13  Step 2: m = n + sisa step 1

Rule of Thirteen  Example: M+ =106  Step 1: n = 106/13 = 8 (Sisa = 2)  Step 2: m = 8 + 2 = 10  Formula: C8H10

Rule of Thirteen  Jika terdapat heteroatom,  BM-massa heteroatom  Hitung formula hidrokarbon  Tambahkan heteroatom pada formula

Elemen yang mudah dikenali:  Nitrogen Rule  Jumlah N ganjil = BM ganjil +

CH3CN

M = 41


Elemen yang mudah dikenali  Bromine:  M+ ~ M+2 (50.5%

79Br/49.5% 81Br)

2-bromopropane

M+ ~ M+2


Elemen yang mudah dikenali  Chlorine:  M+2 is ~ 1/3 as large as M+ Cl

M+ M+2


Elemen yang mudah dikenali  Sulfur:  M+2 lebih besar dari biasanya (4% M+) S

M+

M+2


Elemen yang mudah dikenali  Iodine  I+ 127  Jeda besar

ICH2CN

Large gap

I+


M+

Pola fragmentasi  Alkana  Fragmentasi biasanya alkil sederhana  Kehilangan metil  Kehilangan etil  Kehilangan propil  Kehilangan butil

memecah grup M+ M+ M+ M+

-

15 29 43 57

 Alkana bercabang cenderung mengalami fragmentasi menjadi Karbokation yang paling stabil

Pola fragmentasi  2-metillpentana

Pola fragmentasi  Alkena: Fragmentasi umumnya membentuk karbokation alilik yang terstabilisasi dengan resonansi

Pola fragmentasi  Aromatik  Frgmen pada karbon benzilik, membentuk karbokation benzilik yang distabilkan oleh resonansi (mengalami rearrangement menjadi ion tropylium) H H C Br

H

H

H C

H C or

M+

Pola fragmentasi Aromatik biasanya juga memiliki puncak pada m/z = 77 untuk cincin benzene NO2 77

77 M+ = 123

Pola fragmentasi  Alkohol

 Mudah terfragmentasi sehingga seringkali “parent ion” tidak terdeteksi  Dapat kehilangan radikal hidroksil atau air  M+ - 17 atau M+ - 18  Biasanya kehilangan gugus alkil yang terikat karbon kabinol untuk membentuk ion oxonium  1o alkohol biasanya memiliki puncak yang signifikan pada m/z = 31 dari H2C=OH+

Pola fragmentasi  1-propanol CH3CH2CH2OH

H2C OH

M+-18

M+


Pola fragmentasi  Amina  M+ ganjil (nitrogen jumlah ganjil)  a-cleavage mendominasi membentuk ion iminium CH3CH2

CH2

N CH2 H

CH2CH2CH3

CH3CH2CH2N CH2 H m/z =72

iminium ion

Pola fragmentasi 86 CH3CH2

CH2

N CH2 H 72

CH2CH2CH3

Pola fragmentasi  Eter  a-cleavage membentuk ion oxonium

 Kehilangan gugus alkil membentuk ion oxonium

 Kehilangan gugus alkil membentuk Karbokation

Pola fragmentasi Dietil eter (CH3CH2OCH2CH3) H O CH2

CH3CH2O CH2 H O CHCH3

Pola fragmentasi  Aldehid (RCHO)  Fragmentasi dapat membentuk ion acylium RC O  Fragmen yang lazim ditemui:  M+ - 1

RC O

 M+ - 29

R

(i.e. RCHO - CHO)

Pola fragmentasi  Hidrosinamaldehid 105

91

H H O C C C H H H 133 91

M+ = 134 105


Pola fragmentasi O  Keton RCR'  Fragmentasi menyebabkan pembentukan ion acylium  Kehilangan R:

R'C O

 Kehilangan R’

RC O

Pola fragmentasi  2-pentanone

O CH3CCH2CH2CH3

CH3C O

CH3CH2CH2C O M+


Pola fragmentasi  Ester (RCO2R’)  Pola fragmentasi umum  Kehilangan OR’  M+ - OR’  Kehilangan R’  M+ - R’

Pola fragmentasi 105

77 O C O CH3 105

77 M+ = 136


Prinsip dasar:  Kehilangan /ketambahan 1 elektron: menghasilkan ion dengan jumlah elektron ganjil atau  Kehilangan /ketambahan partikel bermuatan: menghasilkan ion dengan jumlah elektron genap

LC/MS vs GC/MS LC/MS Analit :  Polar-semi polar  Non volatile  Thermolabile

GC/MS Analyte:  Volatile dan semi volatile  Thermostable  Non volatile dan non stable, dapat melalui tahapan derivatization

43

http://www.shimadzu.com/an/lcms/support/intro/lib/lctalk/48/ 48intro.html 44

Triana232 #611 RT: 17.12 AV: 1 NL: 8.53E8 T: + c ESI sid=25.00 Full ms [ 100.00-1000.00] 474.0

100 95 90 85

H

80

H

75 70

5

65

4

60

O

N 1

18 2

Br 6

3

Br

20

NH 7

14

10 11 9

55

O

472.2

50

13

12

8

15 16

475.9

45 40 35 30 25 20 229.2

15

301.3

10 5 146.0 172.0

0 100

200

246.2

327.2 300

476.9

392.8 430.4 400

521.8 500

603.8 647.7 678.7 744.9 600

m/z

700

883.1 928.3 969.4 800

900

N+H

1000

19 17

Triana232 #651 RT: 17.96 AV: 1 NL: 7.86E8 T: + c ESI sid=25.00 Full ms [ 100.00-1000.00] 520.1

100

521.9

95 90

H

85

H

80 75

5

70

4

65

20 O

N 1

18 2

I 6 NH 7

3

Br

60

13

12

8

14

10 11 9

O

15

55

16 50 45 40 35 30 25 349.2

20

522.9

229.2

15 10 5 150.2 174.0

0 100

200

292.3 232.2 293.2 300

350.3 400

474.3 463.8

543.9

500

641.5 600

m/z

695.8 709.2 700

796.6 800

855.8

928.4 960.1 900

47

1000

N+H 19

17

Multiple Charging Peptida dengan BM 10000 ESI-MS, muatan dengan penambahan jumlah H+

M + nH+  MnHn+ Ion2 yang terbentuk adalah: z = 1 m/z = (10000+1)/1 = 10001 z = 2 m/z = (10000+2)/2 =

5002

z = 3 m/z = (10000+3)/3 =

3334.3

z = 4 m/z = (10000+4)/4 =

2501

z = 5 m/z = (10000+5)/5 =

2001 48

Figure from The Expanding Role of MS in Bio-technology – G . Siuzdak

49

Multiple charge ion

http://www.astbury.leeds.ac.uk/facil/MStut/mstutorial.htm

Spektrum Lysozyme For example, if the ions appearing at m/z 1431.6 in the lysozyme spectrum have "n" charges, then the ions at m/z 1301.4 will have "n+1" charges 1431.6 = (MW + nH+)/n and 1301.4 = [MW + (n+1)H+] /(n+1) These simultaneous equations can be rearranged to exclude the MW term: n(1431.6) - nH+ = (n+1)1301.4 - (n+1)H+ n(1431.6) = n(1301.4) +1301.4 - H+ n(1431.6 - 1301.4) = 1301.4 - H+ n = (1301.4 - H+) / (1431.6 - 1301.4) hence the number of charges on the ions at m/z 1431.6 = 1300.4/130.2 = 10. Putting the value of n back into the equation: 1431.6 = (MW + nH+) n gives 1431.6 x 10 = MW + (10 x 1.008) and so MW = 14,316 - 10.08 therefore MW = 14,305.9 Da

51

Spektrometri Massa. Elusidasi struktur bahan alami

Recommend Documents