Spektroskopi Massa

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Penjelasan tentang spektroskopi massa, instrumentasi, aplikasi, kekurangan dan kelebihan mass spectroscopy

Citation preview

Slide 1

Kelompok 8PRESENTED BYKhrisna Agung102210101077Novia Hilma122210101043Hidayah Dwi R.122210101047Nora Putri N.122210101075Afifah122210101077Siti Uswatun H.122210101083Novialda N.122210101089

What is MASS Spectrometry ?Mass Spectrometer is a kind of machine which uses an analytical technique to measure the mass to charge ratio of ions. This analytical technique is also known as Mass spectrometry. And an ion is an atom or group of atoms which have lost or gained one or more electrons, making them negatively or positively charged.

Spektroskopi massa adalah suatu instrument yang dapat menyeleksi molekul-molekul gas bermuatan berdasarkan massa atau beratnya.

Prinsip Kerja Mass SpectroscopyPrinsip kerja Mass Spectroscopy adalah pembelokan partikel bermuatan dalam medan magnet Dalam spektrometri massa, molekul sampel dalam fase uap dibombardir dengan elektron berenergi tinggi (70 eV) yang menyebabkan lepasnya satu elektron dari kulit valensi molekul tersebut.Molekul yang kehilangan satu electron akan menjadi suatu kation radikal (M) + e- (M+.) + 2e- Kation radikal tersebut mengandung semua atom-atom dari molekul asal, minus satu elektron, dan disebut ion molekul /molecular ion, dan dinyatakan dengan M+. .

Misal

Sebagai hasil dari tabrakan dengan elektron berenergi tinggi, ion molekul akan mempunyai energi yang tinggi dan dapat pecah menjadi fragmen yang lebih kecil (kation, radikal atau molekul netral).M+. m1+ + m.2 atau M+. m1+. + m2

Ion molekul, ion fragmen dan ion radikal fragmen dipisahkan menggunakan medan magnet sesuai dengan perbandingan massa /muatannya (m/z), dan menghasilkan arus listrik (arus ion) pada kolektor/detektor yang sebanding dengan kelimpahan relatifnya. Fragmen dengan m/z yang besar akan turun terlebih dahulu diikuti fragmen dengan m/z yang lebih kecil.Partikel netral (yang tak bermuatan) yang dihasilkan dalam fragmentasi tidak terdeteksi secara langsung dalam spektrometer massa.

Mass Spectrometry InstrumentationGenerally, a typical Mass Spectrometer consists of three parts : an ion source : to produce ions from the samplea mass analyzer : to separate ions with different mass-to-charge ratiosa detector : detected the number of different ions Finally, the mass spectrum is generated after all the data have been collected

a. Sumber ionMerupakan tempat pengubahan komponen cuplikan menjadi partikel bermuatan.Dapat menghasilkan spektrum partikel bermuatan dengan perbandingan massa muatan berbeda.Partikel positif dan negatif dihasilkan lalu keluar dari sumber ion

Jenis-jenis sumber ionIon Source MALDI(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization)

MALDIWhat does MALDI mean well in this type of source, one mixed their sample, peptides or proteins) with a matrix material typically a benzoic acid derivative. Then they spot it on a plate and let it dry.Then they hit the sample with a UV laser. This laser heats up the matrix material and vaporizes it which brings along the intact peptide or protein into the gas phase. So, thats how this source vaporizes the protein or peptides.

2. Electron Impact Ionization (EI)Hard ionization technique

Extensive FragmentationLimited molecular ion - molecular weightStructural informationHigh Vacuum (10-5 torr)To limit reactions between moleculesVery reproducibleLibraries for comparison

3. ESI Electrospray Source IonizationA soft ionization techniqueSolvated drop of analyte is ionizedSolvent is removed in vacuuo Charged analyte left for MS analysisHigh m/z analytes easily examined

b. Penganalisa massaMerupakan bagian yg digunakan untuk memisahkan ion-ion dengan perbandingan massa terhadap muatan yg berbeda-beda.Pemisahnya berupa lintasan berkas dengan sudut 180, 90, 60.Gaya sentripetal Fm = H evdimana H = medan magnit, v=kecepatan partikel, e=muatan ion.Gaya sentrifugal yang menyeimbangkan gaya sentripetal adalah = m v2/rDengan menggabungkan persamaan diperoleh m/e= H2r2/2v dimana v=tegangan yg dipakai dalam ruang ionisasi.Agar lintasan berupa lingkaran, Fm dan Fe harus sama berarti H ev= mv2/r.Jenis-jenis Penganalisa Massaa. MALDI-TOFPreparasi sampelPersiapan sampel untuk MALDI sangat sederhana , namun merupakan langkah yang paling penting dalam proses analisis MALDI . MALDI lebih toleran terhadap kontaminan sampel, tetapi kontaminan serius dapat mengganggu penggabungan molekul sampel dengan matriks kristal. Hal ini menyebabkan bintik-bintik pada pelat target, menyebabkan sinyal rendah untuk sensitivitas.Sampel dapat disiapkan dalam dua cara yang berbeda. 1)Menghilangkan kontaminan sebelum menerapkannya ke matriks.2) Menghilangkan kontaminan setelah sampel terlihat pada pelat sebelum atau setelah menambahkan matriks.

Adapun langkah kerja dari analisis dengam MALDI-TOF MS yaitu :

Melarutkan sampelMencampurkan dengan zat khusus(pelarut) Mengubah cairan(protein) menjadi padatan dengan meletakan didalam ruang Mengeluarkan udara dari ruang yang menyebabkan pelarut menguap Sinar laser di fokuskan ke permukaan matriks-analit padat(matriks eksitensi)Matriks menyerap energi foton dan terionisasiBahan yang melewati sepanjang energi UV ke molekul protein menguap ,kemudian terionisasiTerjadi tabrakan antara molekul matriks dan mengakibatkan sampel (analit) terionisasi di udara. Setelah molekul analit terionisasi , analit di ambil dari ruang penguapan ke MS oleh tegangan yang diberikan pada ruang.

SamplesPeptides Provides MW (high resolution)Protein Provides a MW (low resolution)ApplicationsProtein Mass FingerprintingQuality control for synthetic peptidesOthers. (Recombinant protein, cleavage sites, kinetic assays, protein modifications, etc.)

MALDI-TOF ApplicationsMALDI-TOF ApplicationsThis can be used on peptides or entire proteins also DNA and RNA The two most common applications are protein mass fingerprinting and quality control for synthetic proteins.It can be used for a whole host of other things. Whenever the weight of a protein or DNA molecule would be helpful People have used it to examine recombinant proteins, get some idea about cleavage sites, or monitoring post translational modification, just to name a few.

b. GC-MSPrinsip Kerja GC-MSGC-MS terdiri dari dua bagian yaitu gas chromatography (GC) dan mass spectrometry (MS) yang masing-masing mempunyai fungsi yang berbeda. GC berfungsi untuk memisahkan senyawa-senyawa dalam sampel. Pemisahan terjadi pada bagian kolom. Prinsip pemisahan berdasarkan perbedaan tingkat volatilitas dari senyawa dan juga berdasarkan interaksi dengan fase diam. Pada kolom diberlakukan gradien suhu dan holding untuk mengoptimalkan proses pemisahan senyawa tersebut.

Senyawa-senyawa yang sudah terpisah pada kolom GC, akan memasuki MS. MS terdiri dari tiga bagian yaitu sumber ion, mass analyzer dan detektor. Senyawa yang masuk ke MS akan mengalami ionisasi dan fragmentasi menjadi ion-ion fragmen ionisasi terjadi karena adanya elektron yang berasal dari sumber ion. Ion-ion fragmen akan memasuki mass analyzer dan akan dipisahkan berdasarkan nilai massa/muatannya.

KELEBIHAN & KEKURANGAN GC-MSKELEBIHANTidak memerlukan standart eksternalDapat digunakan untuk identifikasi senyawa baruKEKURANGANMemerlukan update library secara periodikAda beberapa senyawa yang mempunyai pola m/z yang hampir sama sehingga dikenal nilai similarity index (SI).

c. Quadrupole-q-TOFFour parallel rods or poles through which the ions being separated are passed.Poles have a fixed DC and alternating RF voltages applied to them.

Depending on the produced electric field, only ions of a particular m/z will be focused on the detector, all the other ions will be deflected into the rods.Scanning by varying the amplitude of the voltages (AC/DC constant)d. Analyzer is a TOF or Time-of-FlightOnce the ion source produces the ions, they are accelerated by a high accelerating potential (V) depicted here. All the like charged ions share the same initial kinetic energy when they enter the flight tube. In the flight tube since all the ions have the same kinetic Energy, the ions with a smaller mass to charge ratio reach the detector first and the larger ones reach the detector last. It is called time of flight because from the time the ions take to transverse the tube, one can determine their mass to charge ratio.

Time of Flight (TOF)

c. DetektorDetektor 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.

MS detectorsMany different types availableElectron multipliers (EM) are often usedContinuous Dynode Version mainly in GC-MS

The EM multiplies incident charges, thereby amplifying the signal. The current is measured that is proportional to the amount of analyte in the sample.EMs have limited lifetime which is dependent on the number of ions that hits the device, i.e., the amount of samples introduced and number of samples analyzed.

+Fast response+ High sensitivity

Sample introductionIonization of sample in the ion sourceSeparation of ions by mass analyzerDetectorComputer systemGeneral principles on mass spectrometryHow to Use?Di dalam spektrometermassa, sumber ion berguna untuk mengubah komponen cuplikan menjadi partikel bermuatan. Dalam proses ini, pemecahan molekul analit kadang-kadang menghasilkan spektrum partikel bermuatan dengan perbandingan massa muatan yang berbeda. Partikel positif dan negatif dihasilkan di dalam proses ionisasi, dan satu persatu dari partikel-partikel itu dikeluarkan dari sumber ion.

Prosedur kerja dari spektroskopi massa adalah :

1. Semikro mol atau kurang cuplikan dimasukkan kepada sumber ion yang dijaga pada tekanan sekitar 10-5 torr. Umumnya cuplikan dalam bentuk gas, tetapi dapat juga berbentuk cair dan padat.2. Molekul molekul cuplikan diionkan dan dipecahkan oleh benturan dengan aliran elektron, ion-ion, atom-atom cepat, foton, panas, atau potensial listrik tinggi.3. Ion- ion positif dipisahkan dari ion-ion negatif oleh potensial negatif yang menarik ion positif ke celah penganalisi massa (kadang-kadang, potensial positif digunakan untuk menolak ion positif dan mempercepat ion negatif ke dalam penganalisis).4. Dalam penganalisis, ion-ion yang bergerak cepat dihamburkan dan kemudian difokuskan pada detektor.5. Dari penganalisis, ion-ion jatuh pada suatu elektroda pengumpul; arus ion yang dihasilkan diperkuat dan dicatat sebagai fungsi waktu.

Sumber ionDisini molekul-molekul diubah menjadi ion dalam bentuk gas. Cara yang umum untuk menghasilkan ion-ion meliputi penembakan sampel dengan berkas elektron berenergi tinggi yang berasal dari suatu ion gun atau ion penembak. Pada cara elektron impact, tumbukan dengan elektron menyebabkan fragmentasi molekul-molekul yang membentuk sejumlah ion-io positif dari berbagai massa. Pada cara chemical ionization, CH4 dimasukkan kedalam sumber berkas elektron. Interaksi berkas elektron dengan gas CH4 menghasilkan sekumpulan ion-ion seperti CH5+, CH4+, CH2+ dan sebagainya. CH5+ merupakan donor proton yang kuat dan bereaksi lebih lanjut seperti CH5+MH MH2+CH4, dimana MH adalah sampel yang dianalisis. Metode ini memberikan fragmentasi yang lebih sederhana.

Penganalisis massaSetelah sampel dalam bentuk ion, selanjutnya berkas elektron dilewat kan melalui medan elektrostatik. Medan ini hanya memfokuskan partikel-partikel yang berenergi kinetik sama. Pada jenis yang ketiga yaitu pengananlisis lintasan waktu, semua ion-ion meninggalkan medan pemercepat dengan energi kinetik yang sama, tetapi dengan kecepatan yang tergantung massanya. Dengan memfokuskan magnetik, ion-ion akan dipisahkan akibat perbedaan arahnya. Apabila ion-ion mulai melintas sepanjang garis lurus melalui daerah bebas medan, ion-ion tersebut memerlukan waktu yang berbeda-beda untuk menempuh lintasan yang sama. Pengukuran waktu lintasan adalah dasar alat pemisah nonmagnetik.

Spektrum massaSpektrum massa merupakan rangkaian puncak-puncak yang berbeda-beda tingginya. Bentuk spektrumnya tergantung dari sifat molekul, potensial ionisasi, mudah tudaknya sampel itu menguap dan konstruksi alat. Spektrum yang dihasilkan terdiri dari berbagai puncak dimana puncak yang paling tinggi disebut dengan base peak.

Kekurangan dan KelebihanKekuranganInformasi strukturalnya terbatasUntuk peptida massa fingerprint:Protein harus murniLebih baik untuk jamur atau E.coliMasalah dengan adanya kontaminasiKelebihanCepat dan mudahTidak mahalHigh throughputKegunaan Spektroskopi MassaUntuk menentukan berat molekul dengan sangat teliti sampai 4 angka dibelakang desimal.Spektoskopi massa dapat digunakan untuk mengetahui rumus molekul tanpa melalui analisis unsur.Merupakan alat yang paling berguna untuk menentukan struktur molekul ketika kita mendapatkan molekul tersebul dalam bentuk gasMetode kuantitatif untuk penentuan komponen dalam campuran hidrokarbon yang kompleksDigunakan untuk identifikasi dan analisis struktur senyawa kompleksf. Untuk mengidentifikasi suatu senyawa yang tidak diketahui, dengan mengkalibrasi terhadap senyawa yang telah dikenal.g. Dapat dipakai untuk analisis kuantitatif suaru campuran senyawa-senyawa yang dekat hubungannya.h. Dapat digunakan untuk analisis runtutan anorganik.Struktur dan massa fragmen memberi petunjuk mengenai struktur indukj. Untuk menentukan perbandingan isotop atom dalam suatu sampel

VideoKesimpulanSpektroskopi massa adalah suatu instrument yang dapat menyeleksi molekul-molekul gas bermuatan berdasarkan massa atau beratnya.Prinsip kerja Mass Spectroscopy adalah pembelokan partikel bermuatan dalam medan magnet.Instrumen Mass Spectroscopy terdiri dari Sumber ion, penganalisis massa, dan detektor.Salah satu manfaat Mass Spectroscopy adalah untuk identifikasi dan analisis struktur senyawa kompleks.

Thank You....ReferensiAnonim. 2012. Standard Operating Procedures for Instrument. Saudi Arabia: King Faisal UniversityBramer, Scott E. Van. 1998. An Introduction to Mass Spectrometry. Widener University, Department of Chemistry One University Place Chester, PA 19013. http://science.widener.edu/~svanbram.[10 Februari 2014]Hendayana, Sumar dkk. 1994. Kimia Analitik Instrumen Edisi Kesatu. Semarang : IKIP Semarang PressKhopkar, S.M.1990.Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta: UI PressDiskusi PertanyaanMengapa pada spektroskopi massa tekanannya harus dijaga (Putu Argianti Meyta Sari 122210101003)Jawab :Karena ion sangat reaktif dan massa hidupnya singkat, sehingga pembentukan dan pemanipulasiannya harus dilakukan di ruang vakum dengan tekanan atmosfer kurang lebih 10^-5 torr. Selain itu, untuk mencegah ion kontak dengan udara.