SPEKTROMETRI MASSA (MS)

2014/11/24

SPEKTROMETRI MASSA (MS) PRINSIP DAN INSTRUMENTASI

PRINSIP MS Spektrometri masa adalah suatu teknik untuk menghasilkan ion-ion dalam fase gas dari molekul atau atom dalam sampel, memisahkan ion menurut rasio masa per muatan, dan mengukur kelimpahan dari ion yang terbentuk Spektrometer masa merupakan instrumen yang memisahkan atom, molekul, dan fragmen molekul yang terionisasi dalam fase gas berdasar pada perbedaan rasio masa per muatan

1

2014/11/24

PRINSIP MS Rasio masa per muatan disimbolkan dengan m/z m merupakan ekspresi unified atomic mass units, u 1 u = 1/12 dari masa isotop 12C

1 u = 1 Da = (amu) = 1.665402 x 10-27 kg Z menyimbolkan jumlah muatan dari ion q = ze, e = 1.6 x 10-19 C

PRINSIP MS Spektrometer Masa  memilah dan mengukur kelimpahan ion berdasar m/z

0 units

2

2014/11/24


12 units


12 units 8

9

10 11 12 13 14 15 16

3

2014/11/24


14 units 8

9

10 11 12 13 14 15 16

PRINSIP MS

12 units

Number of counts

Spektrometer Masa  memilah dan mengukur kelimpahan ion berdasar m/z

8

9

10 11 12 13 14 15 16

m/z

4

2014/11/24

PRINSIP MS: MENGHASILKAN ION Ionisasi Elektron : membombardir sampel dengan elektron

M = molekul analit, e- = elektron dan M+ = molekul analit terionisasi M+ = ion molekular, m/z terkait dengan bobot molekul (dalam banyak kasus z = 1) M+ merupakan kation radikal yang terbentuk karena kehilangan 1 elektron, memiliki cukup energi untuk mengalami fragmentasi menjadi ion dengan m/z lebih kecil

PRINSIP MS: MENGHASILKAN ION Ionisasi elektron menggunakan beda potensial sebesar 70 V untuk mengakselerasi elektron, bagaimana sistem ini dapat membuat molekul organik terionisasi dan terfragmentasi? (EK = qV = zeV, energi ikatan molekul umumnya berada pada kisaran 200 – 600 kj/mol)

5

2014/11/24

PRINSIP MS: MEMILAH ION Magnetic Sector Analyzers : perangkat pemilah ion (m/z) yang menggunakan magnet tetap atau elektromagnet yang menyebabkan berkas ion menempuh lintasan lengkung 180o, 90o atau 60o

PRINSIP MS: MEMILAH ION Molekul dalam fase gas dari inlet diionisasi oleh berkas elektron. Berkas elektron ini dapat menyebabkan elektron dalam atom atau molekul terpental dan molekul mendapatkan energi yang dapat menyebabkan ikatan terpecah. Ion kemudian diakselerasi dalam suatu medan listrik pada beda potensial V EK = zeV = ½ mv2

6

2014/11/24

PRINSIP MS: MEMILAH ION

Jalur yang ditempuh oleh ion dalam sektor dihasilkan oleh adanya kesetimbangan dua gaya yang berlaku terhadap ion tersebut yaitu Gaya Magnetik dan Gaya Sentripental 2

FM  BzeV dan Fc 

mv r


v

Bzer m

mv2 Bzev  r zeV 

1 2 mv 2

m B 2 r 2e  z 2V

7

2014/11/24

PRINSIP MS: MEMILAH ION Berapa beda potensial (V) yang diperlukan untuk suatu molekul air bermuatan positif satu melewati lintasan magnetic sector analyzers jika medan magnet yang diaplikasikan sebesar 0.240T dan lintasan lengkung ion sebesar 12.7 cm? 19

(1 T = 1 Vs/m2, Mr H2O+ = 18.02 g/mol, C, 1 V = 1 kg m2/s2 C)

e = 1.60 x 10-


2 2

m B r e  z 2V

Lintasan lengkung, r, ion tergantung pada B, V, dan m/z Jika B dan V konstan ion dengan m/z berbeda akan memiliki r yang berbeda sehingga hanya m/z tertentu yang akan masuk ke dalam detektor

8

2014/11/24

PRINSIP MS: MEMILAH ION Pemayaran (scanning) ion berdasarkan m/z dapat dilakukan dengan mengubah B atau V

Modern magnetic sector spectrometers menggunakan B diubah, V konstan dan r konstan Pemayaran akan menghasilkan Spektrum Masa, plot antara m/z dan kelimpahan ion

PRINSIP MS: SPEKTRUM MASSA Base peak : puncak tertinggi dari spektrum Base peak  menjadi basis skala 100, ion lain skala puncaknya relatif terhadap base peak Mr  masa molekul ratarata, masa ion  jumlah masa akurat dari isotop penyusunnya Ion molekular, ion fragmen sebagai pengganti parent ion dan daughter ion Precursor ion dan product ion digunakan dalam sistem MS-MS Spektrum masa kokain

9

2014/11/24

PRINSIP MS: SPEKTRUM MASSA Resolusi, R, merupakan kemampuan suatu spektrometer masa untuk mendiferensiasi diantar masa

R

m m

m = beda masa diantara dua puncak yang berdekatan, m = masa dari puncak pertama (tapi kadang-kadang digunakan juga nilai rataratanya)

PRINSIP MS: SPEKTRUM MASSA Dua puncak dikatakan terpisah jika tinggi lembah diantaranya tidak lebih dari 10% dari tinggi puncaknya Kadangkala resolusi dinyatakan dalam ppm, m/m x 106

10

2014/11/24

PRINSIP MS: SPEKTRUM MASSA Berapa resolusi yang dibutuhkan untuk memisahkan ion C2H4+ dan CH2N+, dengan masa 28.0313 dan 28.0187?

CONTOH PERHITUNGAN Tentukan resolusi yang diperlukan untuk memisahkan ion C2H4+ dan CH2N+ dengan massa masing-masing 28.0313 dan 28.0187 Jawab m = 28.0313 – 28.0187 = 0.0126 Rerata kedua massa = 28.0250 R = m/m = 28.0250/0.0126 = 2.22 x 103

11

2014/11/24

INSTRUMENTASI MS

TIMELINE FOR MS DEVELOPMENT 1897 Early Mass Spectrometry 1919 The observation of isotopes using mass spectrometry 1934 Double Focusing Analyzer 1939 Accelerator Mass Spectrometry

Joseph John Thomson

1946 Time-of-Flight Mass Spectrometry

"In recognition of the great merits

1947 Preparative Mass Spectrometry

of his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gases.“ 1906 Nobel Prize

1949 Ion Cyclotron Resonance (ICR) 1953 Reverse Geometry Double focusing MS 1953 Quadrupole Analyzers

Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

"At first there were very few who believed in the existence of these bodies smaller than atoms. I was even told long afterwards by a distinguished physicist who had been present at my [1897] lecture at the Royal Institution that he thought I had been 'pulling their legs." Replica of J.J. Thomson's third mass spectrometer.

12

2014/11/24

CONTINUATION OF TIMELINE 1956 Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC/MS) 1956 Identifying Organic Compounds with Mass Spectrometry 1962 Mass Spectrometry Imaging 1966 Chemical Ionization

1966 Peptide Sequencing 1966 Tandem Mass Spectrometry 1966 Metabolomics 1968 Electrospray Ionization

Francis William Aston "For his discovery, by means of his mass spectrograph, of isotopes, in a large number of non-radioactive elements, and for his enunciation of the whole-number rule."

1968 Collision Induced Dissociation

Mass spectrometry of isotopes

1969 Field Desorption-MS of Organic Molecule

1922 Nobel Prize


CONTINUATION OF TIMELINE 1974 Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance 1974 Extra-Terrestrial Mass Spectrometry 1975 Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI) 1976 Californium-252 Plasma Desorption MS

Wolfgang Paul

1978 GC-C-IRMS 1978 Triple Quadrupole Mass Analyzer 1980 Inductively Coupled Plasma MS 1981 Matrix-Assisted Desorption Ionization 1984 Quadrupole/Time-Of-Flight Mass Analyzer 1985 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

Hans Georg Dehmelt

“For the development of the ion trap technique.” 1989 Nobel prize

13

2014/11/24

CONTINUATION OF TIMELINE ESI

1987 Soft Laser Desorption of Proteins 1989 ESI on Biomolecules 1989 Monitoring Enzyme Reactions with ESI-MS

John B. Fenn

1990 Protein Conformational Changes with ESI-MS 1990 Clinical Mass Spectrometry 1991 MALDI Post-Source Decay

MALDI

1991 Non-covalent Interactions with ESI 1992 Low Level Peptide Analysis

Koichi Tanaka

1993 Oligonucleotide Ladder Sequencing "For the development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules."

1993 Protein Mass Mapping 1996 Intact Virus Analyses Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

CONTINUATION OF TIMELINE 1998 Electron Capture Dissociation (ECD) 1999 Nanostructure Desorption/Ionization 1999 Quantitative Proteomics and Metabolomics with Isotope Labels

Fred W. McLafferty Alfred O.C. Nier Alan G. Marshall

2000 Orbitrap 2004 Desorption Electrospray Ionization (DESI) 2004 Electron Transfer Dissociation (ETD) 2005 Direct Analysis in Real Time (DART)

Michael Karas

Malcolm Dole

Brian T. Chait

Klaus Biemann

R. Graham Cooks Donald F. Hunt

Catherine Fenselau Franz Hillenkamp Carol V. Robinson


14

2014/11/24

KOMPONEN ALAT Sampel

Inlet sistem

Ion Source

Mass analyzer

Detector

10-6-10-7 torr

Vacum system

Signal processor

Readout

INSTRUMENTASI: SAMPLE INLET SYSTEM Ekspansi Gas • Diperuntukkan bagi gas dan liquid dengan tekanan uap yang tinggi • Gas atau uap dibuat agar berekspansi pada bejana yang dipanaskan dan divakumkan • Sampel dibiarkan „bocor‟ ke dalam sumber ionisasi melalui lubang penutup lembaran emas  “molecular leak” inlet • Diatur oleh pompa vacum pada tekanan di sumber ionisasi sebesar 10-6-10-8 tor

15

2014/11/24

INSTRUMENTASI: SAMPLE INLET SYSTEM Direct insertion and direct exposure probes

• Direct insertion probes digunakan untuk cairan dengan titik didih tinggi • Sampel diletakkan pada gelas kapiler yang dimasukkan dalam ujung probe. Probe dimasukkan dalam sumber ionisasi dan dipanaskan secara elektrik. Sampel menguap dan terionisasi • Sampel dalam kapiler yang cukup banyak dapat mengkontaminasi spektrometer masa • Direct exposure probes menggunakan probes yang memiliki ujung glas bundar • Sampel di teteskan pada ujung probes, pelarut dibiarkan menguap dan menyisakan lapis tipis sampel

INSTRUMENTASI: SAMPLE INLET SYSTEM

Sistem Kromatografi dan Elektroforesis

• Mass Spectroscopist memandang kromatografi sebagai sistem inlet • Chromatographer memandang MS sebagai sistem detector • Permasalahan utama • Berjalan pada tekanan atmosfer/tekanan tinggi • Mengandung gas pembawa atau solvent dalam jumlah besar

• Gas pembawa atau solvent dibuang tanpa kehilangan analit sebelum analit dimasukkan dalam sumber ionisasi • Menggunakan sumber ionisasi yang dapat mengionkan analit pada kondisi „tekanan tinggi‟ yang disebabkan oleh fluida pembawa dan kemudian secara selektif mengekstrak ion ke dalam daerah yang bertekanan rendah sementara mengalihkan dan membuang kebanyakan molekul fluida yang teruapkan

16

2014/11/24


Ion Source

Inlet sistem

Mass analyzer

Detector

10-6-10-7 torr

Signal processor

Vacum system

Readout

SUMBER PENGIONAN

DESORPSI

FASA GAS

EI

CI

ESI

FAB

DI

FI

MALDI

ION

17

2014/11/24

BERDASARKAN ENERGI PROSES IONISASI, SUMBER ION: Sumber keras • Energi yang diberikan kuat  ion dalam keadaan tereksitasi  ikatan dapat putus  menghasilkan fragmen  gugus fungsi dan struktur Sumber lunak • Fragmentasi lebih sedikit, umumnya yang terlihat hanya ion molekul  untuk informasi MS

CONTOH

18

2014/11/24

INSTRUMENTASI: SUMBER IONISASI

Ionisasi Elektron • Beda potensial pada filamen dan anoda menghasilkan berkas elektron. • Ion terbentuk pada area di atas 2 repellers (blok warna padat) • Muatan positif pada repellers dan potensial negatif pada elektroda fokus menyebabkan ion positif diakselerasi ke arah mass analyzer

Tabrakan antara ion dan molekul pada sumber ionisasi dapat menghasilkan ion dengan m/z lebih tinggi dari ion molekular  MH+ atau ((M+H)+, puncak (M+1)

INSTRUMENTASI: SUMBER IONISASI Ionisasi Elektron, Hard Ionization H H H C C H

H H e-

+

H H H H

H C C H

H C C+

H H H

)+

(M-R2 Spektrum Masa (M-R + 1) M+ (M-R3)+

H

H H

H C+ H

H C H H

19

2014/11/24

INSTRUMENTASI: SUMBER IONISASI Ionisasi Kimia • Soft Ionisasi • Sedikit fragmentasi, menghasilkan ion molekular yang lebih banyak, sedikit mengandung informasi struktur molekul • Sensitivitas untuk medeteksi ion tertentu meningkat  Aplikasi kuantitatif melalui SIM (Selected Ion Monitoring) • Gas reagen  Metana, Isobutana, Amonia, diberikan berlebih 1000-10000 x lebih tinggi dibanding sampel

INSTRUMENTASI: SUMBER IONISASI Ionisasi Kimia

20

2014/11/24

INSTRUMENTASI: SUMBER IONISASI Ionisasi Kimia – CI Metana 1.

Ionisasi elektron dari CH4: •

2.

CH4 + e-  CH4+ + 2e• Bentuk fragmentasi CH3+, CH2+, CH+

Reakasi molekul-ion membentuk ion reagen yang stabil: • •

CH4+ + CH4  CH3 + CH5+ CH3+ + CH4  H2 + C2H5+ • CH5+ dan C2H5+ adalah ion dominan

INSTRUMENTASI: SUMBER IONISASI Ionisasi Kimia – Beberapa tipe reaksi yang terjadi • Bentuk ion Pseudomolecular (M+1) • CH5+ + M  CH4 + MH+ • M+1 Ions dapat terfragmentasi lebih jauh menghasilkan spektrum masa CI yang kompleks

• Bentuk ion adduct • C2H5+ + M  [M + C2H5]+ • C3H5+ + M  [M + C3H5]+

M+29 Adduct M+41 Adduct

• Ion molekular melalui transfer muatan • CH4+ + M  M+ + CH4

• Pengurangan Hidrida (M-1) • C3H5+ + M  C3H6 + [M-H]+ • Umum untuk hidrokarbon jenuh

21

2014/11/24

INSTRUMENTASI: SUMBER IONISASI Ionisasi Kimia

Properties of CI Advantages

Disadvantages No Fragment Library

Parent Ion Interface to GC Insoluble Samples

Need Volatile Sample Need Thermal Stability Quantitation Difficult Low Mass Compounds (<1000 amu) Solids Probe Requires Skilled Operator

22

2014/11/24

FIELD IONIZATION (FI) Field ionization (FI) is a method that uses very strong electric fields to produce ions from gas-phase molecules.

阳极

+ +

+

+ + + d<1mm

+ + + + + + + 阴极

INSTRUMENTASI: SUMBER IONISASI Sumber Ionisasi tekanan Atmosfer • ESI (Electrospray Ionization) dan APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) • ESI untuk molekul besar dapat menghasilkan ion dengan muatan beragam, Mn+, (M+nH)n+  M9+, M10+, M11+ • M = 14,300 Da  m/z 1588.9, 1430.0, 1300.0, memerlukan mass analyzer dengan range lebih rendah sehingga lebih murah

23

2014/11/24

INSTRUMENTASI: SUMBER IONISASI

Sumber Ionisasi tekanan Atmosfer

• Pada ESI, medan listrik kuat (3-8 kV) diaplikasikan pada carian yang melalui kapiler logam, cairan terdispersi kedalam bentuk semprotan halus dari butiran yang bermuatan positif atau negatif, electrospray • Karena „coulumbic interaction‟, butiran mengecil melalui serangkaian letupan • Sampai butiran cukup kecil, analit akan terlepas dari butiran dan menuju ke mass analyzer • Butiran atau ion melewati serangkaian lubang (orifices) dan penyaring (skimmer). Keduanya berfungsi untuk mengalihkan dan mencegah butiran yang tidak tervaporasi dan kelebihan solvent tervaporasi masuk ke dalam daerah vakum dimana ion analit di akselerasi dan di analisis • Aliran gas seperti nitrogen atau argon bertugas untuk mendesolvasi butiran dan memecah ion kluster

ELECTROSPRAY IONIZATION (ESI) Electrospray is abbreviated to ESI ，ample is sprayed out of a narrow nozzle in a high potential field. Generates positive (M+nH)n+ and negative (M - nH)n- ions and almost no fragmentation. Generates multiple charged ions.

24

2014/11/24

PROPERTIES OF ESI Advantages Electrospray Ionization can be easily interfaced to LC. Absolute signals from Electrospray are more easily reproduced, therefore, better quantitation. Mass Accuracy is considered better. Multiple charging is more common then MALDI.

Disadvantages No Fragmentation Need Polar Sample Need Solubility in Polar Solvent (MeOH, ACN, H2O, Acetone are best) Sensitive to Salts Suppression

INSTRUMENTASI: SUMBER IONISASI Ionisasi Desorpsi • Laser Desorption and Matrixassisted Laser Desorption Ionization (MALDI) • Molekul analit terisolasi terdesorpsi dari landasan molekul matriks menggunakan radiasi laser • Serangkaian desolvasi dan ionisasi dari molekul analit terjadi melalui proses yang belum dipahami • Matriks  molekul organik kecil, menyerap dengan kuata pada  laser, stabil dalam vakuk, tidak bereaksi secara kimiawi, dan kecenderungan tersublimasi yang rendah

25

2014/11/24

MATRIX ASSISTED LASER DESORPTION IONIZATION (MALDI)

sample is co-crystallized with a matrix and then irradiated with laser.

MALDI is achieved in two steps. In the first step, the compound to be analyzed is dissolved in a solvent containing in solution small organic molecules, called the matrix. The second step occurs under vacuum conditions inside the source of the mass spectrometer.

PROPERTIES OF MALDI Good solubility

Vapour pressure must be sufficiently low to maintain vacuum conditions Viscosity must allow diffusion of the analyte from the bulk to the surface Polar : to solvate and separate preformed ion Less Sensitive to Salts Lower PRACTICAL detection limits Easier to interpret spectra (less multiple charges) Quick and easy Higher mass detection Higher Throughput (>1000 samples per hour)

26

2014/11/24

Principle of MALDI

MALDI mass spectrometry has become a powerful analytical tool for both synthetic polymers and biopolymers.

FAST ATOM BOMBARDMENT ( FAB) Softer than EI and CI. Ions are produced by bombardment with heavy atoms. Gives (M+H)+ ions and litle fragmentation. Good for more polar compounds. Ar+

Ar + e Ar+ + Ar fast

slow

acceleration (5-15 KeV) Ar + Ar+ + 8 KeV fast slow

27

2014/11/24

PROPERTIES OF FAB Advantages Parent Ion

High Mass Compounds (10,000 amu) Thermally Labile Compounds (R.T.)

Disadvantages No Fragment Library Solubility in Matrix (MNBA, Glycerol) Quantitation Difficult Needs Highly Skilled Operator Relatively Low Sensitivity

SUMBER ION Diuapkan lalu diionisasi, td <500oC

Konversi cairan atau padatan menjadi ion gas

28

2014/11/24


Inlet sistem

Ion Source

Mass analyzer

Detector

10-6-10-7 torr

Vacum system

Signal processor

Readout

INSTRUMENTASI: MASS ANALYZERS Magnetic and Electric Sector • Range masa untuk magnetic sector instruments adalah m/z 1– 1400 untuk single-focusing instruments dan m/z 5000–10,000 untuk doublefocusing instruments

(a) Aston, 1919; (b) Dempster, 1918; (c) Mattauch–Herzog, 1935; (d) Bainbridge, 1933, c dan d adalah dispersive magnetic sector

29

2014/11/24

ADVANTAGES Double focusing magnetic sector mass analyzers are the "classical" model against which other mass analyzers are compared. Classical mass spectra Very high reproducibility Best quantitative performance of all MS analyzers High resolution High sensitivity 10,000 Mass Range Linked scan MS/MS does not require another analyzer

Disadvantages Requires Skilled Operator Usually larger and higher cost than other mass analyzers Difficult to interface to ESI Low resolution MS/MS without multiple analyzers

Applications All organic MS analysis methods Accurate mass measurements Quantitation Isotope ratio measurements

30

2014/11/24

INSTRUMENTASI: MASS ANALYZERS Time of Flight Analyzer (TOF) • Denyut ion diakselerasi di dalam daerah bebas medan yang divakum, drift tube • Denyut ion dengan 2 m/z berbeda memasuki drift tube. Sebagaimana ion-ion ini melayang melalui drift tube, ion yang lebih ringan bergerak lebih cepat menuju detektor

INSTRUMENTASI: MASS ANALYZERS Time of Flight Analyzer (TOF) • Ion dipisahkan dalam drift tube berdasar pada kecepatannya • Persamaan yang menggambarkan pemisahan dan waktu „terbang‟ ion

v

2 zV L dan v  m t

m 2Vt 2 m  2 dan t  L z L 2 zV

31

2014/11/24

PRINCIPLE OF TOF ANALYZER Uses a pulse of ion mixtures, not steady stream Ions accelerated into drift tube by a pulsed electric

field called the ion-extraction field Drift Tube is usually 1-2 m long, under vacuum Ions traverse the drift tube at different speeds ( L / t ) = v = ( 2zV / m )½

ADVANTAGES OF TOF ANALYZER Good for kinetic studies of fast reactions and for use with gas chromatography to analyze peaks from chromatograph High ion transmission Can register molecular ions that decompose in the flight tube Extremely high mass range (>1MDa)

Fastest scanning

32

2014/11/24

Disadvantages Requires pulsed ionization method or ion beam switching (duty cycle is a factor) Low resolution (4000) Limited precursor-ion selectivity for most MS/MS experiments

Applications Almost all MALDI systems Very fast GC/MS systems

INSTRUMENTASI: MASS ANALYZERS Quadrupole mass analyzer • Memisahkan ion dalam medan listrik yang divariasikan terhadap waktu • Medan ini dibuat menggunakan voltase frekuensi radio (RF) yang berisolasi dan voltase arus searah (DC) yang konstan yang diaplikasikan pada satu set (4 batang) logam yang dibuat secara presisi

33

2014/11/24

INSTRUMENTASI: MASS ANALYZERS Quadrupole mass analyzer • Pasangan batang AB dan CD dihubungkan dengan ujung sumber DC yang berlawanan sehingga ketika CD negatif maka AB positif • Pasangan elektroda tersebut juga dihubungkan dengan sumber listrik berisolasi RF, Voltase RF > Voltase DC • Ion yang masuk ke dalam ruang diantara batang akan mengalami gerak menyamping yang rumit karena medan DC dan RF

34

2014/11/24

+ +

-

-

+

+ + -

-

+

35

2014/11/24

+ Splat

+

-

-

+

-

+

+

+

-

36

2014/11/24

-

+

+

+

-

-

+

+ +

-

37

2014/11/24

+

-

+ +

INSTRUMENTASI: MASS ANALYZERS Quadrupole mass analyzer • Kecepatan ion pada arah x adalah fungsi dari posisi sepanjang y • Untuk suatu besaran rasio tertentu antara DC ke RF pada frekuensi tertentu hanya ion denga m/z tertentu yang akan sampai ke detektor • Jika m/z dan frekuensi tidak sesuai dengan kondisi yang diminta persamaan, ion akan berosilasi dengan jalur yang lebar yang menyebabkan ion bertubrukan dengan batang atau tertarik oleh vakum. • Hanya nilai m/z tunggal yang dapat melewati quadrupole pada kondisi yang diberikan  mass filter • m/z range 1-1000 Da

d 2x 2  (VDC  VRF cos 2ft ) y  0 dt 2 r 2 ( m ) z

d2y 2  (VDC  VRF cos 2ft ) x  0 dt 2 r 2 ( m ) z

38

2014/11/24

Advantages Easy to use ,simple construction,fast Good reproducibility Relatively small and low-cost systems Quadrupoles are now capable of routinely analyzing up to a m/q ratio of 3000,which is useful in electrospary ionization of biomolecules, which commonly produces a charge distribution below m/z 3000

Disadvantages Low resolution(<4000) Slow scanning Low accuracy (>100ppm) Applications Majority of benchtop GC/MS and LC/MS systems Separation of proteins and other biomolecules with electrosprary Sector / quadrupole hybrid MS/MS systems

39

2014/11/24

Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance (FT ICR) analyzers Most FTICR mass spectrometers use superconducting magnets, which provide a relatively stable calibration over a long period of time. Although some mass accuracy can be obtained without internal calibrant, mass accuracy and resolution are inversely proportional to m/z, and the best accurate mass measurements require an internal calibrant. Unlike the quadrupole ion trap, the FTICR mass spectrometer is not operated as a scanning device.

Advantages

The highest recorded mass resolution of all mass

spectrometers (>500,000) Very good accuracy (<1ppm) Well-suited for use with pulsed ionization methods such as MALDI Non-destructive ion detection; ion remeasurement Stable mass calibration in superconducting

magnet FTICR systems

40

2014/11/24

Disadvantages Expensive Requires superconducting magnet Subject to space charge effects and ion molecule reactions

Artifacts such as harmonics and sidebands are present in the mass spectra Many parameters (excitation, trapping, detection conditions) comprise the experiment sequence that defines the quality of the mass spectrum Generally low-energy CID, spectrum depends on collision energy, collision gas, and other parameters.

Applications

Ion chemistry High-resolution MALDI and electrospray experiments for high-mass analytes Laser desorption for materials and surface characterizatio

41

2014/11/24


Ion Source

Inlet sistem

Mass analyzer

Detector

10-6-10-7 torr

Vacum system

Signal processor

Readout

INSTRUMENTASI: DETEKTOR Electron Multiplier • Mirip dengan photomultiplier • Berbasis Dynode: Suatu elektroda yang memiliki permukaan yang dapat mengemisikan elektron ketika ditabrak oleh elektron, ion positif, ion negatif dan spesi netral yang bergerak cepat • Dalam dynode, satu ion dapat menghasilkan 105 elektron atau lebih, gain = rasio elektron yang terukur perion, gain detektor dapat berkisar diantara 104-108

42

2014/11/24

Hyphenated Mass Techniques Chromatography: Separation Mass: Detection

Chromatography-Mass Spectroscopy : Separation + Detection

43 57 29 15

GC-MS

LC-MS

71

85

99 113

CZE-MS

142 m/z

Hyphenated GC-MS Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) is a method that combines the features of gas-liquid chromatography and mass spectrometry to identify different substances within a test sample. HEWLETT PACKARD

5972A

Mass Selective Detector

1.0 DEG/MI N

MS HEWLETT PACKARD

5890

Gas Chromatograph (GC)

Sample

D A

A C

C B

B

A

C

D

DB

Sample

Separation

Mass Spectrometer A B C D

Identificatio n

43

2014/11/24

Hyphenated GC-MS

GAS CHROMATOGRAPHY MASS SPECTROMETRY

Hyphenated GC-MS GAS CHROMATOGRAPHY • The sample is injected into the GC inlet where it is heated and swept onto a chromatographic column by a carrier gas. • The pure compounds in a mixture are separated by interacting with the coating or packing of the column (stationary phase) and the carrier gas (mobile phase). • This separation is often improved by programming changes in column temperature and pressure.

44

2014/11/24

Hyphenated LC-MS Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) is an analytical chemistry technique that combines the physical separation capabilities of liquid chromatography with the mass analysis capabilities of mass spectrometry. Different compounds exit at different time

Identification of each molecule ion

LC

MS

B C

A

Peak A: mass1 Peak B: mass2 Peak C: mass3

t/min

Hyphenated LC-MS

Liquid chromatography-mass spectrometry (Ion trap LCMS system )

45

2014/11/24

Tandem Mass Spectrometry Tandem mass spectrometry, also known as MS/MS, involves multiple steps of mass spectrometry selection, with some form of fragmentation occurring in between the stages.

TERIMAKASIH!

46

SPEKTROMETRI MASSA (MS)

Recommend Documents