YuLee blog's: MASS SPECTROSCOPY

MAKALAH

MASS SPECTROSCOPY

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Mata Kuliah Kimia Analitik Instrument

Disusun Oleh:

Yully Supartiwi

NIM. 090621010

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH CIREBON

Jl. Fathahillah No. 40 Watu Belah Sumber

2012 – 2013

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.............................................................................. i

DAFTAR ISI.............................................................................................. ii

BAB I PENDAHULUAN......................................................................... 1

A. LATAR BELAKANG.................................................................. 1

B. RUMUSAN MASALAH............................................................... 1

BAB II PEMBAHASAN........................................................................... 2

A. Definisi............................................................................................ 2

B. Teori Dasar..................................................................................... 2

C. Prinsip Instrumentasi..................................................................... 4

D. Aplikasi........................................................................................... 5

BAB III KESIMPULAN........................................................................... 10

DAFTAR PUSTAKA............................................................................... 11

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Segala puji bagi ALLAH SWT yang telah melimpahkan karunia berupa nikmat sehat yang tak terhingga serta telah mencurahkan hidayahnya kepada kita semua, semoga kita tetap senantiasa mengucap syukur atas itu semua, Amin.

Alhamdulillah berkat izin Allah saya dapat menyelesaikan makalah ini sebagai tuntutan tugas dan sebagai salah satu bahan penilaian dari Mata Kuliah Kimia Analitik Instrumen yang telah ditugaskan oleh Ibu. Christina Mira, S.Si., M.T. selaku dosen mata kuliah yang telah menugaskan untuk menyusun makalah ini.

Dengan terwujudnya makalah ini saya berharap semoga makalah ini dapat diterima baik oleh dosen yang bersangkutan pada khususnya dan mendapat penilaian, serta dapat bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya.

Sebagai manusia biasa saya menyadari bahwa diri saya memiliki begitu banyak kekurangan, karena hanya Allah lah Yang Maha Sempurna. Oleh karena itu, mungkin dalam penyusunan makalah ini masih terdapat banyak kesalahan dan kekurangan, untuk itu saya sangat mengharap kritik serta sarannya untuk bahan instropeksi guna memperbaiki dalam pembuatan makalah berikutnya.

Wassalam.

Cirebon, 20 Desember 2012

Penulis

BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Spektroskopi massa adalah suatu instrument yang dapat menyeleksi molekul-molekul gas bermuatan berdasarkan massa atau beratnya. Teknik ini tidak dapat dilakukan dengan spekstroskopi, akan tetapi nama spektroskopi dipilih disebabkan persamaannya dengan pencatat fotografi dan spectrum garis optic. Umumnya spectrum massa diperoleh dengan mengubah senyawa suatu sample menjadi ion-ion yang bergerak cepat yang dipisahkan berdasarkan perbandingan massa terhadap muatan.

B. RUMUSAN MASALAH

Yang melatari pembuatan makalah ini adalah :

1) Apa pengertian dari mass spektroscopy?

2) Bagaimana instrumentasi dari mass spectroscopy?

BAB II

PEMBAHASAN

A. DEFINISI MASS SPECTROSCOPY

Mass Spectroscopy atau Spektrometri massa adalah alat yang digunakan untuk menentukan massa atom atau molekul, yang ditemukan oleh Franci William Aston pada tahun 1919.

Proses ionisasi menghasilkan partikel-partikel bermuatan positif, dimana massa terdistribusi adalah spesifik terhadap senyawa induk. Selain untuk penentuan stuktur molekul, spektum massa dipakai untuk penentuan analisis kuantitatif.

Jika didapat data IR dan NMR yang cukup lengkap, maka MS ini dapat digunakan untuk konfirmasi dengan memperhatikan bobot molekul dan kemungkinan rumus strukturnya.

B. TEORI DASAR

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.

Kebanyakan kation yang dihasilkan dalam spectrometer massa mempunyai muatan = 1 (z = 1), sehingga m/z secara langsung menunjukkan massa dari kation tersebut.

C. PRINSIP INSTRUMENTASI

Prinsip kerja alat ini adalah pembelokan partikel bermuatan dalam medan magnet.

Sampel diuapkan di bawah vakum dan diionkan menggunakan berkas elektron. Ion sampel dipercepat menggunakan medan listrik memasuki tabung penganalisis dan dilalukan dalam medan magnet. Dalam kekuatan medan magnet yang diberikan, hanya ion-ion positif dan radikal positif akan difokuskan ke detector, sedang ion-ion yang lain (radikal netral) akan dibelokkan ke dinding tabung. Ion dengan m/z lebih besar akan mencapai detektor lebih dulu diikuti m/z yang lebih kecil. Arus listrik yang diterima detektor akan diperkuat dan spektrum massa dari sampel akan direkam.

Prinsip Spektroskopi Massa

Merupakan suatu instrumen yang menghasilkan berkas ion dari suatu zat uji, memilah ion tersebut menjadi spektum yang sesuai dengan perbandingan massa terhadap muatan dan merekam kelimpahan relatif tiap jenis ion yang ada. Umumnya hanya ion positif yang dipelajari karena ion negatif yang dihasilkan dari sumber tumbukan umumnya sedikit.

Garis besar tentang apa yang terjadi dalam alat spektrometer massa
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. Urutannya adalah sebagai berikut :

• 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 ion-ion negatif (sebagai contoh, klor) atau unsur-unsur yang tidak pernah membentuk ion (sebagai contoh, argon). Spektrometer massa ini selalu bekerja hanya dengan ion positif.
• Tahap kedua : Percepatan

Ion-ion tersebut dipercepat supaya semuanya mempunyai energi kinetik yang sama.

• 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.
• Tahap keempat : Pendeteksian

Sinar-sinar ion yang melintas dalam mesin tersebut dideteksi dengan secara elektrik.

D. APLIKASI

Ø Mengetahui komposisi unsur dari bahan yang dianalisa sehingga diketahui berat dan rumus molekulnya

Ø Mengetahui unsure senyawa baik senyawa organic maupun anorganik

Ø Untuk analisis kualitatif maupun kuantitatif suatu kompleks

Ø Untuk penentuan struktur dari komponen permukaan padatan

Ø Untuk menentukan perbandingan isotop atom dalam suatu sampel.

Aplikasi pertama dari spektrometri massa adalah untuk ,menganalis asam amino dan peptide yang di laporkan tahun 1958. Carl-Ove Andersson mengobservasikan Ion-ion fragmen utama dalam metil ester.

Spektrometer massa juga banyak digunakan dalam misi luar angkasa untuk mengukur komposisi plasma. Misalnya, pesawat ruang angkasa Cassini membawa Cassini Plasma Spectrometer (CAPS), [43] yang mengukur massa ion dalam magnetosfer Saturnus.

Mekanisme reaksi atau struktur suatu senyawa kompleks dapat ditentukan dengan memakai atom bertanda untuk mendapatkan posisi yang tepat dari suatu fragmentasinnya. Senyawa – senyawa polimer dan bahan alam yang bertekanan uap rendah, dengan pirolisis senyawa – senyawa tersebut dapat terdekomposisi dan dapat dianalisis dengan spektrometer massa.

Menentukan massa secara pasti dapat diperoleh dengan spektrometer massa dengan ketelitian sampai 1/10⁸. Kelimpahan relatif dari istop – isotop ditentukan dengan spektrometer massa.

Spektrometer massa juga bermanfaat untuk pengolahan isotop – isotop murni.

Resolusi

Resolusi suatu instrumen ialah kemampuan suatu alat dalam membedakan dua macam ion dengan massa yang hampir sama. Spektrumnya terdiri dari puncak yang sempit. Pelebaran peak dapat disebabkan karena : distribusi energi kinetik dalam berkas, perubahan tegangan pemercepat, buruknya tumbukan berkas elektron dengan sampel, perubahan medan magnet, pelebaran berkas ion dan distribusi yang tidak seragam.

Spektrum Massa dan Struktur Molekul

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 dipergunakan minimal 7 – 15 mv.

M + e M⁺ + 2e dimana M adalah molekul sampel dan M⁺ adalah ion molekular. Semakin besar energi berkas elektron maka intensitas ion molekular makin kecil karena kelebihan energi yang diterima dipergunakan untuk berfragmentasi menjadi massa – massa yang lebih kecil. Untuk molekul dengan jumlah atom – atom yang besar, jumlah ion – ion positif yang dihasilkan juga besar.

Massa ion bermanfaat untuk mengidentifikasi senyawa. Intensitas dari puncak ion molekular tergantung pada kestabilan ion yang terbentuk. Kestabilan dari ion dipengaruhi oleh struktur dan ini tercermin pada molekul. Puncak yang paling tinggi dari spektrum massa disebut base peak. Spektrum massa fragmen – fragmen yang kecil berasal dari tumbukan – tumbukan elektron dengan molekul induk. Berkas elektron dengan energi 70 eV akan memecah ion molekul menjadi fragmen – fragmennya. Kelimpahan ion – ion dinyatakan dalam % dari base peak atau jumlah total dari ion yang dihasilkan.

Pola Fragmentasi

Sangat berguna bagi kita untuk mengetahui kejadian – kejadian dimana elektron – elktron bertumbukan dengan sumber ion pada saat energi dinaikan. Mula-mula potensial berkisar 8-12 eV dimana ion – ion mulai terbentuk, ion ini dikenal dengan ion molekular atau ion induk, dengan naiknya potensial ikatan – ikatan maka ion induk akan terfragmentasi lebih lanjut. Biasanya spektrum massa dioperasikan pada 70 eV, suatu nilai yang cukup untuk memutuskan semua ikatan. Setiap komponen memberikan rangkaian fragmentasi yang spesifik dan disebut pola fragmentasi. Pola fragmentasi merupakan deretan garis. Puncak – puncak yang kelimpahan kecil disebut puncak isotop. Instrumen beresolusi tinggi dapat memberikan informasi tentang defek massa. Misalkan perbedaan antara atom dan molekul dan semua nilai nominal. Puncak – puncak yang lebih besar dari puncak normal sehingga saling tumpang tindih dalam spektrometer biasa dapat diamatti dengan spektrometer massa resolusi tinggi. Hal ini disebabkan oleh adanya ion metastabil yang terbentuk dalam sumber ion yang spontan terdekomposisi selama dalam lintasannya. Pengamatan ion metastabil dapat dimanfaatkan untuk mempelajari organik.

Analisis Kualitatif

Spektroskopi massa memungkinkan kita untuk mengidentifikasikan suatu senyawa yang tidak diketahui, dengan mengkalibrasikan terhadap senyawa yang lebih dikenal seperti : uap merkuri (m/e = 198-204) atau perfluoro kerosin (PFK) dengan puncak – puncak CF₃ (69), C₃F₃ (93), CC₄F₃ (105), dan C₃F₅ (131). Jadi spektrum massa dipakai untuk menentukan berat molekul atau rumus molekul atau mengidentifikasi senyawa dari pola fragmentasinya.

Nilai berat molekul yang ditentukan dengan spektrometer massa bisa saja tidak sama dengan berat molekul hasil perhitungan apabila senyawa asal mengandung unsur – unsur tertentu dengan kelimpahan isotop yang tinggi.

Rumus molekul suatu senyawa dapat ditentujan jika puncak ion molekul sudah dikenal, tetapi untuk hal – hal semacam ini diperlukan spektroskopi berresolusi tinggi.

Analisis Kuantitatif

Spektrometer massa dapat dipakai untuk analisis kuantitatif suatu campuran senyawa – senyawa yang dekat hubungannya. Analisis ini dapat dipergunakan untuk analisis campuran, baik senyawa organik maupun anorganik yang bertekanan uap rendah. Karena pola fragmentasi senyawa campuran adalah aditif sifatnya, suatu campuran dapat dianalisis jika berada dalam kondisi yang sama. Spektrometer massa akan memberikan hasil yang lebih baik jika dikombinasikan dengan GC. Biasanya GC digabungnkan dengan dengan spektrometer quadrupole. Persyaratan dasar analisisnnya adalah : setiap senyawa harus mempunyai paling tidak satu puncak yang spesifik, kontribusi puncak harus aditif dan sensitifitas harus reprodusibel serta adanya senyawa referens yang sesuai. Dengan spektrometer massa berresolusi tinggi, senyawa – senyawa polimer dengan berat molekul besar dapat dianalisis, juga dapat digunakan untuk menganalisis produk – produk petroleum seperti : parafin, sikloparafin. Analisis semacam ini dipakai untuk mengenali sifat – sifat bahan bakar, minyak pelumas, aspal dan sebagainya.

Spektrometer massa dapat dipergunakan untuk analisis runutan anorganik terutama dengan menggunakan sumber bunga api listrik, dan ia juga dapat digunakan menganalisis unsur – unsur runutan dalam paduan atau dalam superkonduktor. Tipe bunga api listrik mempunyai sensitivitas tinggi dan dapat menentukan sampai tingkat ppb. Kekurangan dari spektrometer massa bunga api listrik adalah ketidak beraturan dari sumber dan kurang reprodusibel, tetapi kekurangan ini dapat diatasi dengan memakai sistem deteksi fotografi. Analisis kuantitatif instrumen semacam ini didasarkan pada garis – garis fotografi dengan standar yang sesuai.

BAB III

KESIMPULAN

Mass Spectroscopy atau Spektrometri massa adalah alat yang digunakan untuk menentukan massa atom atau molekul, yang ditemukan oleh Franci William Aston pada tahun 1919.

Aplikasi dari spekroskopi massa diantaranya untuk:

Ø Mengetahui komposisi unsur dari bahan yang dianalisa sehingga diketahui berat dan rumus molekulnya

Ø Mengetahui unsure senyawa baik senyawa organic maupun anorganik

Ø Untuk analisis kualitatif maupun kuantitatif suatu kompleks

Ø Untuk penentuan struktur dari komponen permukaan padatan

Ø Untuk menentukan perbandingan isotop atom dalam suatu sampel.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.en.wikipedia.org

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

S.M. Khopkar . Konsep Dasar Kimia Analitik.UI Press. 2008

Keenan. Kleinfelter. Wood. Ilmu Kimia Untuk Universitas. 1992. Erlangga. Jakarta