Cara Kerja Spektrometri Massa

 

 





https://microbenotes.com/mass-spectrometry-ms-principle-working-instrumentation-steps-applications/

1.   Dalam teknik ini, molekul dibombardir dengan seberkas elektron berenergi.

2.   Molekul-molekul tersebut terionisasi dan terpecah menjadi banyak fragmen, beberapa di antaranya merupakan ion positif. Setiap jenis ion memiliki rasio massa terhadap muatan tertentu, yaitu rasio m/e (nilai).

3.   Bagi sebagian besar ion, muatannya satu, sehingga rasio m/e hanyalah massa molekul ion.

4.   Ion-ion melewati medan magnet dan listrik untuk mencapai detektor tempat mereka dideteksi dan sinyal direkam untuk memberikan spektrum massa.

 

Cara Kerja Spektrometri Massa (MS)

ü  Dalam prosedur umum, sampel, yang bisa berupa padat, cair, atau gas, diionisasi, misalnya dengan membombardirnya dengan elektron.

ü  Hal ini dapat menyebabkan beberapa molekul sampel terpecah menjadi fragmen bermuatan. Ion-ion ini kemudian dipisahkan berdasarkan rasio massa terhadap muatannya, biasanya dengan mempercepatnya dan menempatkannya dalam medan listrik atau magnet:

ü  Ion dengan rasio massa terhadap muatan yang sama akan mengalami jumlah pembelokan yang sama.

ü  Ion-ion tersebut dideteksi oleh mekanisme yang mampu mendeteksi partikel bermuatan, seperti pengganda elektron. Hasilnya ditampilkan sebagai spektrum kelimpahan relatif ion yang terdeteksi sebagai fungsi rasio massa terhadap muatan.

ü  Atom atau molekul dalam sampel dapat diidentifikasi dengan menghubungkan massa yang diketahui (misalnya seluruh molekul) dengan massa yang diidentifikasi atau melalui pola

Instrumentasi dan Langkah-Langkah Spektrometri Massa (MS)


A. Saluran Masuk Sampel

ü  Sampel yang disimpan dalam reservoir besar tempat molekul mencapai ruang ionisasi pada tekanan rendah dalam aliran tetap melalui lubang jarum yang disebut “Kebocoran molekul”.

B. Ionisasi

ü  Atom terionisasi dengan melepaskan satu atau lebih elektron untuk menghasilkan ion positif melalui pemboman aliran elektron. Sebagian besar ion positif yang terbentuk akan bermuatan +1.

ü  Ionisasi dapat dicapai dengan:

o    Ionisasi Elektron (EI-MS)

o    Ionisasi Kimia (CI-MS)

o    Teknik Desorpsi (FAB)

C. Percepatan

ü  Ion dipercepat sehingga semuanya memiliki energi kinetik yang sama.

ü  Ion positif melewati 3 celah dengan tegangan dalam urutan menurun.

ü  Celah tengah membawa tegangan menengah dan akhir pada nol volt.

D. Defleksi

ü  Ion dibelokkan oleh medan magnet karena perbedaan massanya.

ü  Makin ringan massanya, makin besar pula pembelokannya.

ü  Itu juga tergantung pada jumlah muatan +ve yang dibawa ion; semakin banyak muatan +ve, semakin besar pula pembelokannya.

E. Deteksi

ü  Berkas ion yang melewati penganalisa massa dideteksi oleh detektor berdasarkan rasio m/e.

ü  Ketika ion mengenai kotak logam, muatannya dinetralkan oleh elektron yang melompat dari logam ke ion.

ü  Jenis-jenis penganalisa:

o    Penganalisis massa sektor magnetik

o    Penganalisis fokus ganda

o    Penganalisis massa kuadrupol

o    Penganalisis Waktu Penerbangan (TOF)

o    Penganalisis perangkap ion

o    Penganalisis siklotron ion


Melalui spektrometer massa, para ilmuwan berhasil menemukan bahwa unsur hidrogen memiliki tiga isotop utama, yaitu:


🌿 1. Protium (^1H)

  • Jumlah proton: 1

  • Jumlah neutron: 0

  • Massa atom: ~1,0078 sma

  • Kelimpahan di alam: ~99,985%

  • Isotop paling umum dan paling ringan


💧 2. Deuterium (^2H atau D)

  • Jumlah proton: 1

  • Jumlah neutron: 1

  • Massa atom: ~2,0141 sma

  • Kelimpahan di alam: ~0,015%

  • ✅ Digunakan dalam penelitian nuklir dan air berat (D₂O)


☢️ 3. Tritium (^3H atau T)

  • Jumlah proton: 1

  • Jumlah neutron: 2

  • Massa atom: ~3,0160 sma

  • Kelimpahan di alam: sangat kecil (radioaktif, tidak stabil)

  • ✅ Diproduksi secara buatan dalam reaktor nuklir, digunakan dalam pelacakan reaksi dan senjata nuklir


🔬 Bagaimana spektrometer massa menemukannya?

Spektrometer massa bekerja dengan:

  1. Mengionisasi atom, biasanya menjadi ion bermuatan positif.

  2. Mempercepat ion ke dalam medan magnet.

  3. Mendeteksi perbedaan massa berdasarkan lintasan ion dalam medan magnet (massa yang lebih berat akan menyimpang lebih sedikit).

Karena tiap isotop punya massa berbeda, maka akan muncul puncak-puncak berbeda dalam hasil grafik spektrometer massa — inilah cara ilmuwan membedakan isotop-isotop hidrogen.


📘 Kesimpulan:

Tiga isotop hidrogen yang ditemukan melalui spektrometer massa adalah:

  1. Protium (^1H)

  2. Deuterium (^2H atau D)

  3. Tritium (^3H atau T)

Pengukuran Proton

Langkah 1: Ionisasi

Proton sudah bermuatan positif secara alami, jadi tidak perlu diionisasi seperti atom netral lainnya.

Langkah 2: Perangkap Magnetik (Penning Trap)

Proton dimasukkan ke dalam medan magnetik dan listrik yang sangat kuat.

Proton akan bergerak melingkar karena pengaruh medan magnet → menghasilkan frekuensi siklotron.

Langkah 3: Pengukuran Frekuensi Gerak

Gerakan melingkar proton menyebabkan frekuensi tertentu (disebut frekuensi siklotron).

Frekuensi ini tergantung pada rasio massa terhadap muatan (m/q).


Dengan keterangan : ·         f = frekuensi siklo siklotronq = muatan protomB = kaut medan magnetm = masa proton

      Langkah 4: Hitung Massa Proton

Karena nilai q dan B diketahui, dan f bisa diukur sangat presisi, maka massa proton m bisa dihitung dari persamaan di atas.

Hasil Akhir:

·         Massa proton diperoleh dalam satuan kilogram, lalu sering diubah menjadi satuan massa atom (sma):

1 proton ≈1,007276u =1,6726×1027kg



Tidak ada komentar: