MAKALAH SPEKTROMETRI MASSA (MS) Dosen Pembimbing : Dewi Astriany, M.Si., Apt. Melvia Sundalian, M. Si., Apt. Disusun oleh: Denia Alvira Tezaningrum (A 171 070) Jeanice Fitria Gindani (A 171 081) Sonia Nurhasanah (A 171 100) Windania Barkah (A 171 110) PROGRAM STUDI S1 FARMASI SEKOLAH TINGGI FARMASI INDONESIA YAYASAN HAZANAH 2019 1. DASAR TEORI Dahulu, berat molekul suatu senyawa ditentukan dengan cara mengukur kerapatan uap atau penurunan titik beku senyawa tersebut, sementara rumus molekulnya ditentukan dengan cara analisis unsur. Selain lama dan merepotkan, teknik ini juga memerlukan jumlah sampel yang banyak dengan kemurnian tinggi. Perkembangan pada spektrometri massa memungkinkannya dilakukan pengukuran massa atom secara tepat. Dalam spektrometer massa satu atau beberapa elektron diambil dari setiap atom atau molekul. Spektrometri massa ditemukan oleh Francis William Aston pada tahun 1919. Perkembangan pada spektrometri massa memungkinkannya dilakukan pengukuran massa atom secara tepat. Peralatan spektrometer ini menggunakan magnet untuk membelokan berkas ion, dan banyaknya defleksi ditentukan oleh rasio massa atom terhadap muatannya. Kimiawan Francis William Aston menggunakan peralatan ini untuk mrnunjukkan bahwa isotop mempunyai massa yang berbeda. Perbedaan massa antar isotop ini berupa bilangan bulat, dan ia sebut sebagai kaidah bilangan bulat. Penjelasan pada perbedaan massa isotop ini berhasil dipecahkan setelah ditemukannya neutron, suatu partikel bermuatan netral dengan massa hamper sama dengan proton, yaitu oleh James Chadwick pada tahun 1932. Isotop kemudian dijelaskan sebagai unsur dengan jumlah proton yang sama, namun dengan jumlah neutron yang berbeda dalam inti atom. Spektrometri massa adalah adalah alat atau instrumen yang digunakan untuk menentukan struktur kimia dari molekul organik berdasarkan perhitungan massa dari molekul tersebut serta pola fragmentasinya. Spektrometer massa adalah suatu instrumen yang dapat menyeleksi molekul molekul gas bermuatan berdasarkan masa atau beratnya. Umunya spektrum masa diperoleh dengan mengubah senyawa suatu sampel menjadi ion ion yang bergerak cepat yang dipisahkan berdasarkan perbandingan massa terhadap muatan. Cara ini bisa untuk analisis kualitatif dan kuantitatif. Spektrometri massa merupakan metode paling akurat bagi kimiawan untuk menentukan massa atom dan molekul relatif. Dalam spektrometer massa satu atau beberapa elektron diambil dari setiap atom atau molekul. Spesies bermuatan positif yang dihasilkan, dinamakan ion, dipercepat oleh medan listrik kemudian dilewatkan ke medan magnet. Output dari spektrometri massa diproduksi dalam bentuk puncak pada grafik, yang dikenal sebagai spektrum massa. Grafik output dari spektrometri massa disederhanakan dalam bentuk diagram. Hal ini menggambarkan arus relatif yang dihasilkan oleh partikel bermuatan dari berbagai massa. 2. PRINSIP Prinsip kerja alat ini adalah pembelokan partikel bermuatan dalam medan magnet. 1. Tahap pertama : Ionisasi Atom di-ionisasi dengan ‘mengambil’ satu atau lebih elektron dari atom tersebut supaya terbentuk ion positif. Ini juga berlaku untuk unsur-unsur yang biasanya membentuk ionion negatif (sebagai contoh, klor) atau unsur-unsur yang tidak pernah membentuk ion (sebagai contoh, argon). Spektrometer massa ini selalu bekerja hanya dengan ion positif. 2. Tahap kedua : Percepatan Ion-ion tersebut dipercepat supaya semuanya mempunyai energi kinetik yang sama. Ion – ion positif yang ditolak dari ruang ionisasi yang sangat positif itu akan melewati 3 celah, dimana celah terakhir itu 0V. Semua ion ion tersebut dipercepat sampai menjadi sinar yang sangat terfokus. 3. Tahap ketiga : Pembelokan Ion-ion tersebut dibelokkan dengan menggunakan medan magnet, pembelokan yang terjadi tergantung pada massa ion tersebut. Semakin ringan massanya, akan semakin dibelokan. Besarnya pembelokannya juga tergantung pada besar muatan positif ion tersebut. Dengan kata lain, semakin banyak elektron yang ‘diambil’ pada tahap 1, semakin besar muatan ion tersebut, pembelokan yang terjadi akan semakin besar. 4. Tahap keempat : Pendeteksian Sinar-sinar ion yang melintas dalam mesin tersebut dideteksi secara elektrik. Gambar 2.1 Sistem Spektrometri Massa 3. INSTRUMENTASI 1. Sistem penanganan sampel : fungsinya mengubah sampel agar mempunyai bentuk gas pada tekanan rendah dan reprodusibel. 2. Sumber ion : fungsinya untuk mengubah molekul molekul menjadi ion dalam bentuk gas. 3. Penganalisis massa : untuk memisahkan ion ion dengan perbandingan massa terhadap terhadap muatan yang berbeda beda. Jenis jenis penganalisis : a. Penganalisis berfokus tunggal dengan pembentukan magnet b.Penganalisis berfokus ganda c. penganalisis lintasan waktu d. Penganalisis kuadrupol 4. Pengumpul ion. Gambar 3.1 Cara Kerja Spektrometri Massa 4. KEGUNAAN Spektrometri massa (MS) memiliki kegunaan sebagai berikut : a. Deteksi senyawa tidak diketahui. b. Penentuan komposisi isotop elemen hadir dalam senyawa. c. Penentuan struktur senyawa dengan mempelajari fragmentasinya. d. Mengevaluasi jumlah senyawa hadir dalam sampel. e. Menentukan kimia, biologi dan sifat-sifat fisik lain dari suatu senyawa. 5. MEKANISME PEMISAHAN Mekanisme umum Spektrometri Massa (MS) adalah : Spektrometri Massa (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. 6. CARA KERJA Atom dapat dibelokkan dalam sebuah medan magnet (dengan anggapan atom tersebut diubah menjadi ion terlebih dahulu). Karena partikel-partikel bermuatan listrik dibelokkan dalam medan magnet dan partikel-partikel yang tidak bermuatan (netral) tidak dibelokkan. Sampel dalam bentuk gas mula-mula ditembaki dengan berkas elektron berenergi tinggi. Perlakuan ini menyebabkan atom atau molekul sampel berionisasi (melepas elektron sehingga menjadi ion positif). Ion-ion positif ini kemudian dipercepat oleh suatu beda potensial dan diarahkan ke dalam suatu medan magnet melalui suatu celah sempit. Gambar 6.1 Tahap-tahap menghitung dengan Spektrometri Massa Pembelokan ion dalam medan magnet bergantung kepada : a. Kuat medan listrik yang mempercepat aliran ion. Makin besar potensial listrik yang digunakan, makin besar kecepatan ion dan makain kecil pembelokan. b. Kuat medan magnet. Makin kuat magnet, makin besar pembelokan. c. Massa partikel (ion). Makin besar massa partikel, makin kecil pembelokan . d. Muatan partikel. Makin besar muatan, makin besar pembelokan. 7. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN SPEKTROMETRI MASSA 7.1 Kelebihan Spektrometri Massa (MS) Kelebihan utama yang dimiliki Spektroskopi Massa adalah penggunaan tandem Spektroskopi Massa. Detektor dapat diprogram untuk memilih ion tertentu pada fragmen. Proses ini pada dasarnya adalah teknik seleksi, namun sebenarnya lebih kompleks. Kuantitas yang diukur adalah jumlah molekul fragmen dipilih oleh operator. Selama tidak ada gangguan atau penindasan ion, pemisahan LC bisa sangat cepat. Dengan menggunakan Spektroskopi Massa waktu analisis bisa hanya 1 menit atau kurang, dibandingkan dengan lebih dari 10 menit dengan deteksi UV. a. Dapat diaplikasikan untuk hampir semua senyawa volatil b. Dapat menghasilkan spektrum massa c. Fragmentasi menyediakan informasi struktur d. Perpustakaan spektrum massa dapat dicari "sidik jari" massa EI spektral e. Cepat dan mudah. 7.2 Kekurangan Spektrometri Massa (MS) Spektrometri massa kini tidak digunakan dalam pengendalian mutu rutin tapi ditempatkan dalam suatu lingkungan penelitian dan pengembangan yang digunakan untuk mengatasi masalah-masalah spesifik yang berasal dari proses rutin atau dalam pnegembangan proses intrumentasi ini mahal dan membutuhkan dukungan personel yang sangat terlatih dan pemeliharaan yang teratur. a. Sampel harus secara termal mudah menguap dan stabil. b. Molekul Ion mungkin lemah atau tidak ada untuk banyak senyawa. c. Hanya dapat menganalisis senyawa dengan berat molekul rendah (<1000 Amu) d. Informasi strukturalnya terbatas e. Untuk peptida massa fingerprint: protein harus murni, dan masalah dengan adanya kontaminasi. 8. SPEKTRUM MASSA Output dari spektrometri massa diproduksi dalam bentuk puncak pada grafik, yang dikenal sebagai spektrum massa. Grafik output dari spektrometri massa disederhanakan dalam bentuk diagram. Hal ini menggambarkan arus relatif yang dihasilkan oleh partikel bermuatan dari berbagai massa. Spektrum massa merupakan rangkaian puncak-puncak yang berbeda-beda tingginya. Bentuk spektrumnya tergantung dari sifat molekul, potensial ionisasi, mudah tidaknya sampel itu menguap dan kontruksi alat. Untuk menghasilkan spektrum massa, dalam proses ionisasi berkas elektron digunakan minimal 7-15 mv. Puncak paling tinggi pada spektrum massa disebut base peak. Kelimpahan ion-ion dinyatakan dalam % dari base peak atau total dari jumlah ion yang dihasilkan. Gambar 8.1 Contoh Spektrum Massa Gambar 8.2 Contoh Spektrum Massa 9. ANALISIS KUALITATIF Spektrometri massa dipakai untuk menentukan berat molekul atau rumus molekul atau mengidentifikasi senyawa dari pola fragmentasinya. Rumus molekul suatu senyawa dapat ditentukan jika puncak ion molekul sudah dikenal, tetapi untuk hal-hal semacam ini diperlukan spektrometri beresolusi tinggi. Aturan nitrogen dapat dimanfaatkan untuk membantu penentuan rumus ini, lazimnya semua senyawa organik yang mempunyai berat molekul genap tidak mengandung nitrogen atau sejumlah atom nitrogen yang genap, sedangka semua senyawa organik dengan berat molekul ganjil mengandung jumlah atom nitrogen ganjil. Aturan ini berlaku untuk senyawa kovalen yang mengandung C, H, O S dan Halogen. 10. ANALISIS KUANTITATIF Spektrometri massa dapat dipakai untuk analisis kuantitatif suatu campuran senyawasenyawa yang dekat hubungannya. Analisis ini dapat digunakan untuk analisis campuran, baik senyawa organik maupun anorganik yang bertekanan uap rendah. Spektrometer massa akan memberikan hasil yang lebih baik jika dikombinasikan dengan GC. Persyaratan dasar analisisnya : a. Setiap senyawa harus mempunyai paling tidak satu puncak yang spesifik b. Kontribusi puncak harus aditif c. Sensitivitas harus reprodusibel serta adanya senyawa referens yang sesuai. DAFTAR PUSTAKA Jumini, Sri. 2018. Fisika Inti. Wonosobo : CV. Mangku Bumi Media Oxtoby, David W. dkk. 2001. Prinsip-Prinsip Kimia Modern. Edisi IV. Jakarta : Erlangga. Khopkar, S.M. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : Universitas Indonesia
