Perspektif

Meskipun penekanan dalam artikel ini pada kombinasi kromatografi dengan

spektrometri massa (MS), yang pertama dari aplikasi MS dalam analisis organik

menggunakan probe penyisipan langsung (dari yang hanya sebuah fraksinasi sampel mentah

campuran bisa dicapai), atau sistem inlet uap di mana sampel volatil dari bola kaca

diperkenalkan bersamaan ke sumber ion spektrometer massa. Sebelum ini, MS tidak

digunakan untuk analisis senyawa organik sama sekali. Perintis seperti Aston (yang

memenangkan hadiah aNoble untuk pengembangan MS dan instrumentasi terkait) dan

Dempster bekerja di bagian awal abad kedua puluh pada penentuan massa dan jumlah relatif

isotop. Preparatif MS digunakan di Manhattan proyek (dilaksanakan oleh Amerika Serikat

selama Perang Dunia II) untuk memisahkan isotop uranium,dan mengumpulkan cukup bahan

untuk membuat fisi atom bom pertama. Sebuah deskripsi singkat dari Calutrons yang

digunakan, yang didasarkan pada sektor instrumen dan masih digunakan untuk pengayaan

isotop, adalah diberikan kemudian.

Jika masing-masing senyawa dan setiap memberikan waktu retensi unik (atau

satu set waktu retensi unik pada kolom yang berbeda) ketika mengalami pemisahan kolom

kromatografi, hanya yang paling umum metode deteksi akan diperlukan, karena retensi kali

saja sudah cukup untuk menetapkan Senyawa identitas. Sebaliknya, jika MS memberikan

membedakan spektrum massa untuk setiap majemuk, maka tidak ada pemisahan komponen

campuran diperlukan sebelum analisis spektral.Setiap spektrum massa diukur hanya bisa

dipersulit sebagai jumlah dari spektrum massa.Sebagai campuran bahkan yang sederhana

kadang-kadang bisa mengacaukan metode analisis digunakan untuk menandai mereka.

Pendekatan untuk campuran karakterisasi selalu didasarkan pada kebebasan banyak sumber

data analisis. Semakin kompleks campuran, semakin besar kemampuan membedakan dari

metode yang diterapkan. kromatografi kolom modern (artinya kromatografi gas kolom

kapiler, kromatografi cair microcolumn,dan elektroforesis kapiler) menyediakan luar biasa

untuk pemisahan campuran kompleks.Masih harus detektor untuk melacak elusi komponen

terpisah karena mereka terelusi dari kolom, dan detektor nonspesifik akan cukup jika

pemisahan yang sempurna dan khas. Tetapi bahkan dengan kemampuan kromatografi

modern,diberi satu set benar-benar acak dari senyawa di campuran, tumpang tindih dalam

waktu retensi dapat diharapkan untuk sedikitnya 15- 20 komponen. Untuk satu set terkait

senyawa, tumpang tindih cukup bisa diharapkan terjadi pada angka yang lebih rendah dari

komponen. Di titik ini, analis harus beralih ke hasil pengukuran yang disediakan oleh

detektor independen untuk memberikan diferensiasi beberapa. Pertimbangkan berbagai

detektor digunakan dalam kromatografi gas (GC). Detektor konduktivitas termal, ionisasi

Sama detektor, detektor elektron-capture, dan detektor fotometri nitrogen / fosfor merupakan

serangkaian lulus dari lebih umum untuk lebih spesifik. Tapi penggunaan detektor ini dalam

dan dari sendiri tidak memberikan data yang diperlukan untuk mengidentifikasi suatu

senyawa yang terelusi pada waktu tertentu. Mereka memberikan informasi yang diperlukan,

tetapi tidak cukup, untuk identification.senyawa GC ditambah dengan inframerah (IR) atau

resonansi magnetik nuklir (NMR) spektroskopi menyediakan informasi yang lebih spesifik.

Namun, tingkat tertinggi membedakan kekuasaan, independensi jelas dari kromatografi,

dan kemudahan terbesar dihubungkan ke kromatografi yang kolom, disediakan dengan

menggunakan MS. Kewenangan analitis kromatografi gabungan spektrometri massa

tercermin dalam kegunaan yang metode dan berdiri dalam hukum dan tempat peraturan.

Artikel ini memberikan rasional gambaran dari prinsip-prinsip analisis dari metode ini

sebagai alat analisis gabungan.

Ikhtisar Teknologi

Sekilas tentang rahasia teknologi dari semua, sebagai kedua ilmuwan dan

insinyur yang ingin tahu tentang instrumentasi analisis terbaru.Di mana-mana kromatografi

massa digabungkan spektrometri hasil dalam sebuah iklan yang kompetitif pasar untuk

instrumen tersebut. Produsen berusaha terus menerus untuk kedua substantif dan perbaikan.

Konfigurasi hardware / software yang tidak bersaing secara efektif, atau tidak memenuhi

kebutuhan analisis saat ini, akan segera diturunkan. Ini terburu-buru untuk kecanggihan sering

mengaburkan sejarah perkembangan / metode instrumental.Namun, hasil akhir ini berkembang. Pasar

baru merupakan dasar terinstal instrumentasi yang dapat digambarkan secara meluas, dan itu adalah

tujuan dari bagian ini.

Metode pemisahan

Bagian ini dimulai dengan gambaran singkat dari aspek metode pemisahan yang umum

dari permulaan ke MS. Kemudian setiap bagian meliputi ciri-ciri yang khusus untuk metode

tertentu.Sebagai sistem sampel pendahuluan, tujuan kromatografi kolom adalah untuk mengangkut

komponen tunggal,komponen dipisahkan dari campuran efisien dan benar-benar menjadi pada sumber

instrumentasi spektrometer massa.

Pertanyaan yang relevan karena itu sederhana. Berapa banyak materi yang diangkut? Seberapa cepat

sampel datang ? Dalam bentuk apa saja komponen sampel? Seberapa baik adalah setiap komponen

dipisahkan dalam waktu dari komponen lain dari campuran? Untuk meringkas,masalah ini adalah

skala, laju, fase, dan kemurnian.Oleh karena itu, deskripsi yang tidak akan komprehensif ikhtisar

tentang bagaimana berbagai kromatografi dihubungkan ke spektrometer massa dikembangkan atau

bagaimana mereka beroperasi, namun akan berkonsentrasi pada empat isu sentral.

Kromatografi Gas. Karakteristik GC yang membuat antarmuka ke MS (ionisasi elektron

(EI) dan ionisasi kimia (CI)) terutama langsung adalah kenyataan bahwa molekul sampel sudah

dalam fase gas, dan bahwa mereka diangkut ke sumber spektrometer massa oleh operator

gas dengan karakteristik fisik yang berbeda secara substansial dari sampel molekul secara sendiri.

Dalam GC kolom dikemas, penyebaran pembawa helium gas begitu tinggi di bawah kondisi yang

biasanya digunakan untuk pemisahan bahwa perangkat yang 'pengayaan' harus digunakan untuk

menghapus sebagian besar helium, dan karenanya meningkatkan konsentrasi molekul sampel dalam

penyebaran gas memasuki sumber. difusivitas yang lebih tinggi gas helium membentuk dasar untuk

sebagian besar pemisahan. Sebagai kecepatan memompa lebih tinggi menjadi tersedia dengan

teknologi vakum ditingkatkan, dan sebagai penggunaan GC kolom kapiler memotong perubahan

helium ke sumber dari spektrometer massa dengan sepuluh faktor,

ditemukan bahwa penyebaran gas helium (dan termasuk sampel molekul) dapat ditangani langsung

oleh peningkatan memompa di sumber spektrometer massa, menjaga tekanan pada10-5- 10-6 torr.

Helium hadir dalam sumber secara berlebihan, namun massa rendah helium adalah

keuntungan yang paling dalam Spektrum massa direkam hanya untuk batas massa yang lebih rendah

sekitar m / z 45. Jadi ion helium dari tidak direkam, dan tidak adalah ion dari nitrogen, oksigen,

argon, air, dan karbon dioksida, yang semuanya dibentuk sisa molekul dalam sistem vakum.

Karena tidak ada perangkat pengayaan terpisah, efisiensi transportasi sampel ke sumber itu 100%, dan

molekul sampel berada dalam gas fase. Sebagai kolom dikemas digantikan oleh kapiler

kolom di GC, masuknya molekul sampel berubah dari nanogram} tingkat mikrogram sampel per

puncak ke picogram} tingkat nanogram per sampel puncak. Jumlah yang lebih tinggi dari sampel

overload kapiler kolom, dan pemisahan dikompromikan, tetapi picogram jumlah nanogram} bahan

sampel masih dalam kisaran deteksi massa spektrometer. Sebagai lebar puncak di kapiler kolom yang

menurun relatif terhadap lebar yang dihasilkan dengan kromatografi kolom dikemas, laju di

hal jumlah bahan (s) masih sama, bahkan meskipun jumlah total bahan berkurang. Dari Tentu saja,

dengan lebar puncak berkurang dan pemisahan yang lebih tinggi.Resolusi, kemungkinan satu puncak

yang diberikan menjadi diatasi secara tuntas juga meningkat. Isu-isu yang tetap relevan adalah

kebutuhan untuk memindai analyzer massa cukup cepat bahwa spektrum massa perwakilan

puncak sempit dapat direkam, dan peningkatan tuntutan pada sistem data yang dipanggil untuk

catatan ribuan spektrum massa untuk ratusan diselesaikan komponen sampel campuran.

Mekanisme umum MS

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.

 

Gambar 1: komponen dan proses kerja MS

Secara umum prosedur MS :

1. Sampel  di masukkan dalam instrument MS dan mengalami penguapan.

2. Komponen dari sample diionisasikan ,dapat digunakan  berbagai metode ,salah

satunya  mengenai nya dangan sinar berelectron, sehingga menghasilkan partikel

bermuatan ( ion).

3. Ion di pisahkan berdasarkan rasio massa atau muatan dalam analizer oleh medan

elektromagnetik.

4. Ion-ion dideteksi, metode yang di gunakan biasanya kuantitatif.

5. Sinyal ion diproses menjadi  spectra massa.

Instrument MS terbagi 3 bagian :

1. Sumber ion-ion mengubah molekul sample dari fasa gas menjadi ion-ion

( memindahkan ion-ion dalam larutan menjadi fasa gas )

2. Massa analyzer memilih ion-ion berdasarkan massanya dengan menggunakan medan

elektromagnetik.

3. Detektor : mengukur nilai kuantitas dan menyediakan data untuk menghitung

kelimpuhan masing-masing ion.

Teknik yang digunakan adalah kualitatif dan kuantitatif, meliputi identifikasi

suatu senyawanya, menentukan komposisi isotop unsure dalam molekul dan menentukan

struktur senyawa dengan mengamati fragmen-fragmen nya. Penggunaan lain, menghitung

jumlah senyawa dalam sample dan mempelajari kimia ion  fasa gas ( kimia ion dan neutron

dalam vakum ). MS sekarang sangat umum di gunakan dalam labor analitik yang

mempelajari sifat fisika atau sifat biologi dari senyawa-senyawa yang luar biasa bervariasi.

Contoh sederhana aplikasi pada mass-spect, contoh berikut mendeskripsikan

operasi mass analizer yang merupakan sector penting dari MS. Sample natrium klorida dalam

komponen sumber ion, di uapkan ( membentuk gas ) dan diionkan ( di rubah ke dalam

partikel yang bermuatan listrik ) Ion natrium ( Na ) dan klorida (C1). Atom natrium adalah

monoisotop, dengan massa sekitar 23 amu. Atom klorida dan ion terdiri dari 2 isotop dengan

kelimpahan 75 % 35 amu dan 25% 27 amu. Bagian analizer terdiri dari medan magnet dan

medan listrik yang menggunakan sumber ion-ion yang berpindah melalui medan ,kecepatan

partikel bermuatan dapat di tingkatkan atau di turunkan ketika melalui medan listrik dan arah

tersebut dapat diubah oleh medan magnet. Tingkat pembelokan pada ion-ion yang bergerak

bergantung pada rasio massa atau muatan ion-ion tersebut. Ion-ion yang lebih besar massa

atau muatannya lebih sulit di belokkan oleh sumber magnet dari pada ion yang massa atau

muatannya kecil, sesuai dengan hukum ke 2 newton f = m.a. Arus yang melewati analizer  

masuk ke defector, detektor merekam kelimpahan relatif masing-masing ion. Informasi ini di

gunakan untuk menghitung kelimpahan relative masing-masing tipe ion. Sehingga dapat di

gunakan untuk menentukan komposisi sampel ( natrium dan klorin ) dan komposisi isotop     

( perbandingan 35 C1 dan 37 C1 ).

Gambar 2: Proses kerja pemisahan ion berdasarkan massanya pada MS

 Komponen MS

 1. Teknologi sumber ion

Sumber ion adalah bagian MS yang berfungsi untuk  mengionkan material analit.

Ion kemudian di transfer oleh medan listrik dan medan magnet ke massa analizer . Karena ion

sangat reaktif dan massa hidupnya singkat, pembentukan dan pemanipulasian harus di

lakukan di ruang vacum, tekanan atmosfer sekitar 760 toor. Tekanan ion dapat di gunakan

sekitar 10 sampai 10 torr. Pada umumnya, ionisasi di pengaruhi oleh energy sinar  yang

tinggi dari electron, dan pemisahan electron di capai dengan meningkatkan dan memfokuskan

sinar ion, yang kemudian di bengkokkan oleh medan magnet eksternal. Ion –ion kamudian di

deteksi  sehingga  menghasilkan informasi dan di analisis dalam computer.

Jantung spectometer adalah sumber ion ( gambar 2), disini molekul sample ( titik

hitam ) di hancurkan oleh electron ( garis biru ) dikeluarkan dari filaman panas. Ini disebut

sumbar EI ( electron-impact ). Gas dan sampel volatil padatan dan cairan non volatil dapat di

hubungkan secara lansung. Cation dibentuk oleh pembom electron ( titik merah ) yang di

dorong oleh plat repeller lain, mempunyai celah yang berbanding terbalik dengan massa tiap-

tiap ion. Ion berat di belokkan lebih sulit dangan memvariasikan medan magnet, ion yang

mempunyai massa berbeda dapat difokuskan untuk di lanjutkan ke defector.

 Gambar 3: Proses pengionan sampel

Katika electron berenergi tinggi bertumbukan dengan molekul  analit akan terjadi

ionisasi dengan mengetuk salah satu electron molekul ( electron ikatan dan non ikatan ). Ini

meninggalkan ion molekul ( berwarna merah gambar 3 ). Energy yang tersisa dari tumbukan

dapat menyebapkan ion molekul terbagi menjadi bagian neutron ( warna hijau ) dan bagian

ion yang lebih kecil ( warna pink  dan orange ). Ion molekul adalah kation bebas, tetapi

fragmen ion dapat berupa kation bebas ( pink ) atau karbokation ( orange ) bergantung pada

sifat neutron.

Gambar 4:  Fragmen – fragmen analit saat diionisasikan

Teknik ionisasi adalah kunci menentukan apakah tipe sampel yang dapat

dianalisis oleh MS. ionisasi electron dan ionisasi kimia digunakan untuk gas dan uap. Dalam

sumber ionisasi kimia, analit di ionisasikan oleh reaksi ion-molekul selama tumbuhan dan

dua teknik yang ini sering digunakan pada sampel cairan atau padatan  biologis meliputi

ionisasi electrospray ( di kembangkan oleh John Fenn ) dan matrix-assisted laser desorption /

ionization ( MAIDI di kembangkan oleh K. Tanaka ).

Inductively Couple Plasma ( ICP ), sumber yang digunakan untuk menganalisis kation.

Plasma keseluruhannya adalah listrik netral, tetapi punya fraksi atom yang terionisasi oleh 

temperature tinggi, digunakan untuk mengatokan molekul sampel  selanjutnya memotong

electron terluar dari atom ini. Plasma biasanya dihasilkan dari gas argon, energy ionisasi

pertama gas argon lebih tinggi dari ite, O,F dan Nc, tetapi lebih rendah dari energy ionisasi

kedua untuk semua unsure kecuali arus logam  frekuensi yag melewati coil sekeliling plasma.

2. Teknologi Penganalisis Massa ( Mass Analyzer )

Mass Analzer memisahkan ion berdasarkan perbandingan massa dengan muatan.

Dua hukum dinamika muatan partikel dalam medan magnet dan medan listrik dalam vakum

F = Q ( E+V+B )                 hukum lorentz

F = ma

( Hukum kedua neoton pada kasus non relative vistik, kecepatan ion lebih rendah dari

kecepatan cahaya )

F adalah gaya yang dipilih untuk ion, m=massa ion

A= percepatan ion

Q= muatan ion

E= medan listrik

V X B vector kecepatan ion dan medan magnet

Persamaan disederhanakan

( M/Q ) a = E+V x B

Banyak massa analyzer  yang dapat digunakan di antaranya :

1. Sector

Sector field mass analyzer manggunakan medan magnet dan medan listrik untuk

meningkatkan kecepatan partikel bermuatan dan mengukur berdasarkan rasio massa atau

muatan.

2.Time-of-flight

Menggunakan medan listrik untuk meningkatkan kecepatan ion-ion melalui

pokusial sama, dan mengukur waktu yang di perlukan untuk mensapai defaktor. Jika partikel

mempunyai muatan sama, energy kinetik sama dan kecepatan akan bergantung pada massa

nya.  Ion ringan akan mencapai defaktor terlebih dahulu.

3.Quadrupole mass filter

Menggunakan madan listrik yang bergerak-gerak untuk menstabilkan  ion yang

melewati medan rasio frekuensi ( rf ) quadrupole di buat 4 tangkai parallel. Hanya ion dalam

batas mass atau muatan tertentu, tetapi nilai potensial terhadap muatan di biarkan tersapu

dengan cepat. Quadrupole pertama bertindak sebagai massa filter dan quadrupole ke dua

bertindak sebagai sel penumbuk dimana ion di pecah menjadi fragmen-fragmen. Fragmen

yang di filter oleh quadrupole ke tiga yang selanjutnya dibiarkan melewati defector

menghasilkan rumus fragmen ms/ms.

4.Three-dimensional qudrupole

Ion dapat juga di keluarkan dengan metode eksitasi resonansi, dimana tegangan

eksitasi penggerak tambahan dipilih sebagai elektroda dan memerangkap tegangan amplitude

atau frekuensi tegangan eksitasi di keluarkan untuk membawa ion-ion dalam kondisi

resonansi dan di susun menurut perbandingan massa atau muatan.

5. Linear qudrupole ion trap

Sama dengan quadrupole ion trap, tapi pemerangkap ion 2  (2D)dimensi diganti

dengan medan tiga dimensi ( 3 D )

3. Detektor

Unsur tarakhir dari MS adalah detector. Detector menghitung muatan yang

terinduksi atau arus yang dihasilkan ketika ion dilewatkan atau mengenai  suatu permukaan.

Dalam scanning instrument, sinyal dihasilkan dalam detector selama scanning, dimana

scanning massa dan menghitung ion sebagai m/z. menurut tipenya, beberapa tipe elektron

multipileir digunakan, meliputi faradaycups dan detektor ion ke photon karena jumlah ion

yang yang meninggalkan massa analizer cukup kecil, maka sering di gunakan Microchanels

plate defector, defector ini terdiri dari sepasang logam pada permukaan dengan massa

analizer atau daerah pemerangkap ion.

Karakteristik penganalisis

1. Mass Rosolving power

Adalah ukuran kemampuan membeda-badakan dua puncak yang perbedaannya kecil ( m/z )

2. Mass Accuracy

Rasio kesalahan pengukuran m/z di banding dengan kebenaran m/z biasanya di ukur dalam

ppm atau mili massa unit.

3.Mass Range

Adalah batas m/z yang dapat di terima, yang di berikan oleh analizer.

4.Linear Dinamic Range

Batas yang menunjukkan bahwa sinyal ion linear dengan konsentrasi analit

4.Speed

Menunjukkan waktu awal dan akhir, percobaan di gunakan untuk menentuksn jumlah spectra

per unit waktu  yang dapat di hasilkan.

Spectrum massa biasanya di tampilkan sebagai grafik vertical menunjukkan rasio

massa atau muatan dan horizonta menunujukkan kelimpahan relatif unsur.

 Bentuk- Bentuk spectra MS

1. Spekta MS n-dekana

2. Spectra MS benzyl alkohol

3. Spectra MS unsure yang mempunyai isotop (2 kloropropana)

 

References

http://www.en.wikipedia.org

http://www.chemistry.msu.edu/faculty/research/virtex.html

K. L. Busch, Mass Spectrometry Kennesaw State University,Kennesaw, GA, USACopyright 2000 Academic Press