2014/11/24

1

SPEKTROMETRI

MASSA (MS)

PRINSIP DAN INSTRUMENTASI

PRINSIP MS

Spektrometri masa adalah suatu teknik untuk

menghasilkan ion-ion dalam fase gas dari

molekul atau atom dalam sampel, memisahkan

ion menurut rasio masa per muatan, dan

mengukur kelimpahan dari ion yang terbentuk

Spektrometer masa merupakan instrumen

yang memisahkan atom, molekul, dan fragmen

molekul yang terionisasi dalam fase gas

berdasar pada perbedaan rasio masa per

muatan

2014/11/24

2

PRINSIP MS

Rasio masa per muatan disimbolkan dengan m/z

m merupakan ekspresi unified atomic mass units, u

1 u = 1/12 dari masa isotop 12C

1 u = 1 Da = (amu) = 1.665402 x 10-27 kg

Z menyimbolkan jumlah muatan dari ion

q = ze, e = 1.6 x 10-19 C

PRINSIP MS

Spektrometer Masa memilah dan mengukur kelimpahan ion

berdasar m/z

0 units

2014/11/24

3

12 units

PRINSIP MS

Spektrometer Masa memilah dan mengukur kelimpahan ion

berdasar m/z

12 units

8 9 10 11 12 13 14 15 16

PRINSIP MS

Spektrometer Masa memilah dan mengukur kelimpahan ion

berdasar m/z

2014/11/24

4

14 units

8 9 10 11 12 13 14 15 16

PRINSIP MS

Spektrometer Masa memilah dan mengukur kelimpahan ion

berdasar m/z

12 units

8 9 10 11 12 13 14 15 16

m/z

Nu

mb

er

of

co

un

ts

PRINSIP MS

Spektrometer Masa memilah dan mengukur kelimpahan ion

berdasar m/z

2014/11/24

5

PRINSIP MS:

MENGHASILKAN ION

Ionisasi Elektron : membombardir sampel dengan elektron

M = molekul analit, e- = elektron dan M+ = molekul analit terionisasi

M+ = ion molekular, m/z terkait dengan bobot molekul (dalam banyak kasus z = 1)

M+ merupakan kation radikal yang terbentuk karena kehilangan 1 elektron, memiliki cukup energi untuk mengalami fragmentasi menjadi ion dengan m/z lebih kecil

PRINSIP MS:

MENGHASILKAN ION

Ionisasi elektron menggunakan beda potensial sebesar 70 V

untuk mengakselerasi elektron, bagaimana sistem ini dapat

membuat molekul organik terionisasi dan terfragmentasi?

(EK = qV = zeV, energi ikatan molekul umumnya berada pada

kisaran 200 – 600 kj/mol)

2014/11/24

6

PRINSIP MS: MEMILAH

ION

Magnetic Sector Analyzers : perangkat pemilah

ion (m/z) yang menggunakan magnet tetap

atau elektromagnet yang menyebabkan berkas

ion menempuh lintasan lengkung 180o, 90o

atau 60o

PRINSIP MS: MEMILAH

ION

Molekul dalam fase gas dari inlet diionisasi oleh berkas elektron. Berkas elektron ini dapat menyebabkan elektron dalam atom atau molekul terpental dan molekul mendapatkan energi yang dapat menyebabkan ikatan terpecah.

Ion kemudian diakselerasi dalam suatu medan listrik pada beda potensial V

EK = zeV = ½ mv2

2014/11/24

7

PRINSIP MS: MEMILAH ION

Jalur yang ditempuh oleh ion dalam sektor dihasilkan

oleh adanya kesetimbangan dua gaya yang berlaku

terhadap ion tersebut yaitu Gaya Magnetik dan Gaya

Sentripental

r

mvFdanBzeVF cM

2

PRINSIP MS: MEMILAH ION

m

Bzerv r

mvBzev

2

2

2

1mvzeV

V

erB

z

m

2

22

2014/11/24

8

PRINSIP MS: MEMILAH

ION

Berapa beda potensial (V) yang diperlukan untuk suatu

molekul air bermuatan positif satu melewati lintasan

magnetic sector analyzers jika medan magnet yang

diaplikasikan sebesar 0.240T dan lintasan lengkung ion

sebesar 12.7 cm?

(1 T = 1 Vs/m2, Mr H2O+ = 18.02 g/mol, e = 1.60 x 10-

19 C, 1 V = 1 kg m2/s2 C)

PRINSIP MS: MEMILAH ION

Lintasan lengkung, r, ion tergantung pada B, V, dan m/z

Jika B dan V konstan ion dengan m/z berbeda akan memiliki r yang berbeda sehingga hanya m/z tertentu yang akan masuk ke dalam detektor

V

erB

z

m

2

22

2014/11/24

9

PRINSIP MS: MEMILAH

ION

Pemayaran (scanning) ion berdasarkan m/z dapat dilakukan dengan mengubah B atau V

Modern magnetic sector spectrometers menggunakan B diubah, V konstan dan r konstan

Pemayaran akan menghasilkan Spektrum Masa, plot antara m/z dan kelimpahan ion

PRINSIP MS:

SPEKTRUM MASSA

Base peak : puncak tertinggi dari spektrum

Base peak menjadi basis skala 100, ion lain skala puncaknya relatif terhadap base peak

Mr masa molekul rata-rata, masa ion jumlah masa akurat dari isotop penyusunnya

Ion molekular, ion fragmen sebagai pengganti parent ion dan daughter ion

Precursor ion dan product ion digunakan dalam sistem MS-MS

Spektrum masa kokain

2014/11/24

10

PRINSIP MS: SPEKTRUM MASSA

Resolusi, R, merupakan kemampuan suatu

spektrometer masa untuk mendiferensiasi

diantar masa

m = beda masa diantara dua puncak yang

berdekatan, m = masa dari puncak pertama (tapi

kadang-kadang digunakan juga nilai rata-

ratanya)

m

mR

PRINSIP MS:

SPEKTRUM MASSA

Dua puncak dikatakan

terpisah jika tinggi

lembah diantaranya

tidak lebih dari 10%

dari tinggi puncaknya

Kadangkala resolusi

dinyatakan dalam ppm,

m/m x 106

2014/11/24

11

PRINSIP MS:

SPEKTRUM MASSA

Berapa resolusi yang dibutuhkan untuk memisahkan ion

C2H4+ dan CH2N

+, dengan masa 28.0313 dan 28.0187?

CONTOH

PERHITUNGAN

Tentukan resolusi yang diperlukan untuk memisahkan ion

C2H4+ dan CH2N

+ dengan massa masing-masing 28.0313 dan

28.0187

Jawab

m = 28.0313 – 28.0187 = 0.0126

Rerata kedua massa = 28.0250

R = m/m = 28.0250/0.0126 = 2.22 x 103

2014/11/24

12

INSTRUMENTASI MS

Replica of J.J. Thomson's third mass spectrometer.

1897 Early Mass Spectrometry

1919 The observation of isotopes using mass spectrometry

1934 Double Focusing Analyzer

1939 Accelerator Mass Spectrometry

1946 Time-of-Flight Mass Spectrometry

1947 Preparative Mass Spectrometry

1949 Ion Cyclotron Resonance (ICR)

1953 Reverse Geometry Double

focusing MS

1953 Quadrupole Analyzers

Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

Joseph John Thomson

"In recognition of the great merits

of his theoretical and experimental

investigations on the conduction of

electricity by gases.“

1906 Nobel Prize

"At first there were very few who believed in the

existence of these bodies smaller than atoms. I was

even told long afterwards by a distinguished physicist

who had been present at my [1897] lecture at the

Royal Institution that he thought I had been 'pulling

their legs."

TIMELINE FOR MS DEVELOPMENT

2014/11/24

13

1956 Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC/MS)

1956 Identifying Organic Compounds with Mass

Spectrometry

1962 Mass Spectrometry Imaging

1966 Chemical Ionization

1966 Peptide Sequencing

1966 Tandem Mass Spectrometry

1966 Metabolomics

1968 Electrospray Ionization

1968 Collision Induced Dissociation

1969 Field Desorption-MS of Organic Molecule

"For his discovery, by means of his mass

spectrograph, of isotopes, in a large number

of non-radioactive elements, and for his

enunciation of the whole-number rule."

Mass spectrometry of isotopes

1922 Nobel Prize

Francis William Aston

Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

CONTINUATION OF TIMELINE

1974 Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance

1974 Extra-Terrestrial Mass Spectrometry

1975 Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI)

1976 Californium-252 Plasma Desorption MS

1978 GC-C-IRMS

1978 Triple Quadrupole Mass Analyzer

1980 Inductively Coupled Plasma MS

1981 Matrix-Assisted Desorption Ionization

1984 Quadrupole/Time-Of-Flight Mass Analyzer

1985 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI)

Wolfgang Paul

“For the development

of the ion trap technique.”

1989 Nobel prize

Hans Georg Dehmelt

Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

CONTINUATION OF TIMELINE

2014/11/24

14

1987 Soft Laser Desorption of Proteins

1989 ESI on Biomolecules

1989 Monitoring Enzyme Reactions with ESI-MS

1990 Protein Conformational Changes with ESI-MS

1990 Clinical Mass Spectrometry

1991 MALDI Post-Source Decay

1991 Non-covalent Interactions with ESI

1992 Low Level Peptide Analysis

1993 Oligonucleotide Ladder Sequencing

1993 Protein Mass Mapping

1996 Intact Virus Analyses

John B. Fenn

"For the development of soft desorption

ionisation methods for mass spectrometric

analyses of biological macromolecules."

Koichi Tanaka

ESI

MALDI

Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

CONTINUATION OF TIMELINE

1998 Electron Capture Dissociation (ECD)

1999 Nanostructure Desorption/Ionization

1999 Quantitative Proteomics and Metabolomics with

Isotope Labels

2000 Orbitrap

2004 Desorption Electrospray Ionization (DESI)

2004 Electron Transfer Dissociation (ETD)

2005 Direct Analysis in Real Time (DART)

Cited from: http://masspec.scripps.edu/mshistory/

Fred W. McLafferty

Alfred O.C. Nier

Alan G. Marshall

Klaus Biemann

R. Graham Cooks

Donald F. Hunt

Catherine Fenselau

Franz Hillenkamp

Carol V. Robinson

Michael Karas

Malcolm Dole

Brian T. Chait

CONTINUATION OF TIMELINE

2014/11/24

15

KOMPONEN ALAT

Sampel

Inlet

sistem

Vacum

system

Signal

processor

Detector Mass

analyzer

Ion

Source

Readout

10-6-10-7 torr

INSTRUMENTASI: SAMPLE

INLET SYSTEM

Ekspansi Gas

• Diperuntukkan bagi gas dan liquid dengan tekanan uap yang tinggi

• Gas atau uap dibuat agar berekspansi pada bejana yang dipanaskan dan divakumkan

• Sampel dibiarkan „bocor‟ ke dalam sumber ionisasi melalui lubang penutup lembaran emas “molecular leak” inlet

• Diatur oleh pompa vacum pada tekanan di sumber ionisasi sebesar 10-6-10-8 tor

2014/11/24

16

INSTRUMENTASI: SAMPLE

INLET SYSTEM Direct insertion and direct exposure probes

• Direct insertion probes digunakan untuk cairan dengan titik didih tinggi

• Sampel diletakkan pada gelas kapiler yang dimasukkan dalam ujung probe. Probe dimasukkan dalam sumber ionisasi dan dipanaskan secara elektrik. Sampel menguap dan terionisasi

• Sampel dalam kapiler yang cukup banyak dapat mengkontaminasi spektrometer masa

• Direct exposure probes menggunakan probes yang memiliki ujung glas bundar

• Sampel di teteskan pada ujung probes, pelarut dibiarkan menguap dan menyisakan lapis tipis sampel

INSTRUMENTASI: SAMPLE

INLET SYSTEM Sistem Kromatografi dan Elektroforesis

• Mass Spectroscopist memandang kromatografi sebagai sistem inlet

• Chromatographer memandang MS sebagai sistem detector

• Permasalahan utama • Berjalan pada tekanan atmosfer/tekanan

tinggi

• Mengandung gas pembawa atau solvent dalam jumlah besar

• Gas pembawa atau solvent dibuang tanpa kehilangan analit sebelum analit dimasukkan dalam sumber ionisasi

• Menggunakan sumber ionisasi yang dapat mengionkan analit pada kondisi „tekanan tinggi‟ yang disebabkan oleh fluida pembawa dan kemudian secara selektif mengekstrak ion ke dalam daerah yang bertekanan rendah sementara mengalihkan dan membuang kebanyakan molekul fluida yang teruapkan

2014/11/24

17

KOMPONEN ALAT

Sampel

Inlet

sistem

Vacum

system

Signal

processor

Detector Mass

analyzer

Ion

Source

Readout

10-6-10-7 torr

SUMBER PENGIONAN

FASA GAS DESORPSI

EI CI ESI FAB FI MALDI DI

ION

2014/11/24

18

BERDASARKAN ENERGI PROSES

IONISASI, SUMBER ION:

Sumber keras

• Energi yang diberikan kuat ion dalam keadaan tereksitasi

ikatan dapat putus menghasilkan fragmen gugus

fungsi dan struktur

Sumber lunak

• Fragmentasi lebih sedikit, umumnya yang terlihat hanya ion

molekul untuk informasi MS

CONTOH

2014/11/24

19

INSTRUMENTASI: SUMBER

IONISASI

Ionisasi Elektron

• Beda potensial pada filamen dan anoda menghasilkan berkas elektron. • Ion terbentuk pada area di atas 2 repellers (blok warna padat) • Muatan positif pada repellers dan potensial negatif pada elektroda fokus

menyebabkan ion positif diakselerasi ke arah mass analyzer

Tabrakan antara ion dan molekul pada sumber ionisasi dapat menghasilkan ion dengan m/z lebih tinggi dari ion molekular MH+ atau ((M+H)+, puncak (M+1)

INSTRUMENTASI:

SUMBER IONISASI

Ionisasi Elektron, Hard Ionization

M+

(M-R2)+

(M-R3)+

Spektrum Masa (M-R1)+

e- + H C

H

H

C

H

H

H

H C

H

H

C

H

H

H

H C

H

H

C

H

H

+ H

H C

H

H

C

H

H

H

+

2014/11/24

20

INSTRUMENTASI:

SUMBER IONISASI

Ionisasi Kimia

• Soft Ionisasi

• Sedikit fragmentasi, menghasilkan ion molekular yang lebih banyak, sedikit mengandung informasi struktur molekul

• Sensitivitas untuk medeteksi ion tertentu meningkat Aplikasi kuantitatif melalui SIM (Selected Ion Monitoring)

• Gas reagen Metana, Isobutana, Amonia, diberikan berlebih 1000-10000 x lebih tinggi dibanding sampel

INSTRUMENTASI:

SUMBER IONISASI

Ionisasi Kimia

2014/11/24

21

INSTRUMENTASI:

SUMBER IONISASI

Ionisasi Kimia – CI Metana

1. Ionisasi elektron dari CH4:

• CH4 + e- CH4+ + 2e-

• Bentuk fragmentasi CH3+, CH2

+, CH+

2. Reakasi molekul-ion membentuk ion reagen yang stabil:

• CH4+ + CH4 CH3 + CH5

+

• CH3+ + CH4 H2 + C2H5

+

• CH5+ dan C2H5

+ adalah ion dominan

INSTRUMENTASI: SUMBER

IONISASI

Ionisasi Kimia – Beberapa tipe reaksi yang terjadi

• Bentuk ion Pseudomolecular (M+1)

• CH5+ + M CH4 + MH+

• M+1 Ions dapat terfragmentasi lebih jauh menghasilkan spektrum

masa CI yang kompleks

• Bentuk ion adduct

• C2H5+ + M [M + C2H5]+ M+29 Adduct

• C3H5+ + M [M + C3H5]+ M+41 Adduct

• Ion molekular melalui transfer muatan

• CH4+ + M M+ + CH4

• Pengurangan Hidrida (M-1)

• C3H5+ + M C3H6 + [M-H]+

• Umum untuk hidrokarbon jenuh

2014/11/24

22

INSTRUMENTASI: SUMBER IONISASI

Ionisasi Kimia

Advantages

Parent Ion

Interface to GC

Insoluble Samples

Disadvantages

No Fragment Library

Need Volatile Sample

Need Thermal Stability

Quantitation Difficult

Low Mass Compounds

(<1000 amu)

Solids Probe Requires

Skilled Operator

Properties of CI

2014/11/24

23

FIELD IONIZATION (FI)

Field ionization (FI) is a method that uses very strong

electric fields to produce ions from gas-phase molecules.

阳极 +

+

+ +

+

+ +

+

+

+

+

+

+

阴极 d<1mm

INSTRUMENTASI:

SUMBER IONISASI

Sumber Ionisasi tekanan Atmosfer

• ESI (Electrospray Ionization) dan APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization)

• ESI untuk molekul besar dapat menghasilkan ion dengan muatan beragam, Mn+, (M+nH)n+ M9+, M10+, M11+

• M = 14,300 Da m/z 1588.9, 1430.0, 1300.0, memerlukan mass analyzer dengan range lebih rendah sehingga lebih murah

2014/11/24

24

INSTRUMENTASI:

SUMBER IONISASI

Sumber Ionisasi tekanan Atmosfer

• Pada ESI, medan listrik kuat (3-8 kV) diaplikasikan pada carian yang melalui kapiler logam, cairan terdispersi kedalam bentuk semprotan halus dari butiran yang bermuatan positif atau negatif, electrospray

• Karena „coulumbic interaction‟, butiran mengecil melalui serangkaian letupan

• Sampai butiran cukup kecil, analit akan terlepas dari butiran dan menuju ke mass analyzer

• Butiran atau ion melewati serangkaian lubang (orifices) dan penyaring (skimmer). Keduanya berfungsi untuk mengalihkan dan mencegah butiran yang tidak tervaporasi dan kelebihan solvent tervaporasi masuk ke dalam daerah vakum dimana ion analit di akselerasi dan di analisis

• Aliran gas seperti nitrogen atau argon bertugas untuk mendesolvasi butiran dan memecah ion kluster

Electrospray is abbreviated to ESI ，ample is sprayed out of

a narrow nozzle in a high potential field. Generates positive

(M+nH)n+ and negative (M - nH)n

- ions and almost no

fragmentation. Generates multiple charged ions.

ELECTROSPRAY IONIZATION (ESI)

2014/11/24

25

Advantages

Electrospray Ionization can be

easily interfaced to LC.

Absolute signals from

Electrospray are more easily

reproduced, therefore, better

quantitation.

Mass Accuracy is considered

better.

Multiple charging is more

common then MALDI.

Disadvantages

No Fragmentation

Need Polar Sample

Need Solubility in Polar Solvent (MeOH, ACN,

H2O, Acetone are best)

Sensitive to Salts

Suppression

PROPERTIES OF ESI

INSTRUMENTASI:

SUMBER IONISASI

Ionisasi Desorpsi

• Laser Desorption and Matrix-assisted Laser Desorption Ionization (MALDI)

• Molekul analit terisolasi terdesorpsi dari landasan molekul matriks menggunakan radiasi laser

• Serangkaian desolvasi dan ionisasi dari molekul analit terjadi melalui proses yang belum dipahami

• Matriks molekul organik kecil, menyerap dengan kuata pada laser, stabil dalam vakuk, tidak bereaksi secara kimiawi, dan kecenderungan tersublimasi yang rendah

2014/11/24

26

MATRIX ASSISTED LASER DESORPTION

IONIZATION (MALDI)

MALDI is achieved in two steps. In the first step, the

compound to be analyzed is dissolved in a solvent

containing in solution small organic molecules, called

the matrix. The second step occurs under vacuum

conditions inside the source of the mass spectrometer.

sample is co-crystallized with a matrix and then irradiated

with laser.

Good solubility

Vapour pressure must be sufficiently low to maintain vacuum conditions

Viscosity must allow diffusion of the analyte from the bulk to the surface

Polar : to solvate and separate preformed ion

Less Sensitive to Salts

Lower PRACTICAL detection limits

Easier to interpret spectra (less multiple charges)

Quick and easy

Higher mass detection

Higher Throughput (>1000 samples per hour)

PROPERTIES OF MALDI

2014/11/24

27

MALDI mass spectrometry has become a powerful analytical

tool for both synthetic polymers and biopolymers.

Principle of MALDI

FAST ATOM BOMBARDMENT ( FAB)

Softer than EI and CI. Ions are produced by bombardment with heavy atoms. Gives (M+H)+ ions and litle fragmentation. Good for more polar compounds.

Ar + e Ar+ acceleration (5-15 KeV)

Ar+ + Ar Ar + Ar+

fast slow + 8 KeV

fast slow

2014/11/24

28

Advantages

Parent Ion

High Mass Compounds (10,000 amu)

Thermally Labile Compounds (R.T.)

Disadvantages

No Fragment Library

Solubility in Matrix

(MNBA, Glycerol)

Quantitation Difficult

Needs Highly Skilled

Operator

Relatively Low Sensitivity

PROPERTIES OF FAB

SUMBER ION

Diuapkan lalu

diionisasi, td

<500oC

Konversi cairan

atau padatan

menjadi ion gas

2014/11/24

29

KOMPONEN ALAT

Sampel

Inlet

sistem

Vacum

system

Signal

processor

Detector Mass

analyzer

Ion

Source

Readout

10-6-10-7 torr

INSTRUMENTASI:

MASS ANALYZERS

Magnetic and Electric Sector

• Range masa untuk magnetic sector instruments adalah m/z 1–1400 untuk single-focusing instruments dan m/z 5000–10,000 untuk double-focusing instruments (a) Aston, 1919; (b) Dempster,

1918; (c) Mattauch–Herzog,

1935; (d) Bainbridge, 1933, c

dan d adalah dispersive

magnetic sector

2014/11/24

30

Double focusing magnetic sector mass analyzers are the "classical" model against which other mass analyzers are compared.

Classical mass spectra

Very high reproducibility

Best quantitative performance of all MS analyzers

High resolution

High sensitivity

10,000 Mass Range

Linked scan MS/MS does not require another analyzer

ADVANTAGES

Disadvantages

Requires Skilled Operator

Usually larger and higher cost than other mass analyzers

Difficult to interface to ESI

Low resolution MS/MS without multiple analyzers

Applications

All organic MS analysis methods

Accurate mass measurements

Quantitation

Isotope ratio measurements

2014/11/24

31

INSTRUMENTASI:

MASS ANALYZERS

Time of Flight Analyzer (TOF)

• Denyut ion diakselerasi di dalam daerah bebas medan yang divakum, drift tube

• Denyut ion dengan 2 m/z berbeda memasuki drift tube. Sebagaimana ion-ion ini melayang melalui drift tube, ion yang lebih ringan bergerak lebih cepat menuju detektor

INSTRUMENTASI: MASS ANALYZERS

Time of Flight Analyzer (TOF)

• Ion dipisahkan dalam drift tube berdasar pada kecepatannya

• Persamaan yang menggambarkan pemisahan dan waktu „terbang‟ ion

t

Lvdan

m

zVv

2

zV

mLtdan

L

Vt

z

m

2

22

2

2014/11/24

32

Uses a pulse of ion mixtures, not steady stream

Ions accelerated into drift tube by a pulsed electric

field called the ion-extraction field

Drift Tube is usually 1-2 m long, under vacuum

Ions traverse the drift tube at different speeds

( L / t ) = v = ( 2zV / m )½

PRINCIPLE OF TOF ANALYZER

Good for kinetic studies of fast reactions and for

use with gas chromatography to analyze peaks

from chromatograph

High ion transmission

Can register molecular ions that decompose in the

flight tube

Extremely high mass range (>1MDa)

Fastest scanning

ADVANTAGES OF TOF ANALYZER

2014/11/24

33

Disadvantages

Requires pulsed ionization method or ion beam switching (duty cycle is a factor)

Low resolution (4000)

Limited precursor-ion selectivity for most MS/MS experiments

Applications

Almost all MALDI systems

Very fast GC/MS systems

INSTRUMENTASI:

MASS ANALYZERS

Quadrupole mass analyzer

• Memisahkan ion dalam medan listrik yang divariasikan terhadap waktu

• Medan ini dibuat menggunakan voltase frekuensi radio (RF) yang berisolasi dan voltase arus searah (DC) yang konstan yang diaplikasikan pada satu set (4 batang) logam yang dibuat secara presisi

2014/11/24

34

INSTRUMENTASI:

MASS ANALYZERS

Quadrupole mass analyzer

• Pasangan batang AB dan CD dihubungkan dengan ujung sumber DC yang berlawanan sehingga ketika CD negatif maka AB positif

• Pasangan elektroda tersebut juga dihubungkan dengan sumber listrik berisolasi RF, Voltase RF > Voltase DC

• Ion yang masuk ke dalam ruang diantara batang akan mengalami gerak menyamping yang rumit karena medan DC dan RF

2014/11/24

35

+

+

+

- -

+

+

+

- -

2014/11/24

36

+

+

+

- -

Splat

+

-

-

+ +

2014/11/24

37

+

-

-

+ +

+

-

-

+ +

2014/11/24

38

+

+

+

- -

INSTRUMENTASI: MASS ANALYZERS

Quadrupole mass analyzer

• Kecepatan ion pada arah x adalah fungsi dari posisi sepanjang y

• Untuk suatu besaran rasio tertentu antara DC ke RF pada frekuensi tertentu hanya ion denga m/z tertentu yang akan sampai ke detektor

• Jika m/z dan frekuensi tidak sesuai dengan kondisi yang diminta persamaan, ion akan berosilasi dengan jalur yang lebar yang menyebabkan ion bertubrukan dengan batang atau tertarik oleh vakum.

• Hanya nilai m/z tunggal yang dapat melewati quadrupole pada kondisi yang diberikan mass filter

• m/z range 1-1000 Da

0)2cos(

)(

2

22

2

yftVV

z

mr

dt

xdRFDC

0)2cos(

)(

2

22

2

xftVV

z

mr

dt

ydRFDC

2014/11/24

39

Advantages

Easy to use ,simple construction,fast

Good reproducibility

Relatively small and low-cost systems

Quadrupoles are now capable of routinely

analyzing up to a m/q ratio of 3000,which is

useful in electrospary ionization of biomolecules,

which commonly produces a charge distribution

below m/z 3000

Disadvantages

Low resolution(<4000)

Slow scanning

Low accuracy (>100ppm)

Applications

Majority of benchtop GC/MS and LC/MS systems

Separation of proteins and other biomolecules

with electrosprary

Sector / quadrupole hybrid MS/MS systems

2014/11/24

40

Most FTICR mass spectrometers use superconducting

magnets, which provide a relatively stable calibration over a

long period of time.

Although some mass accuracy can be obtained without

internal calibrant, mass accuracy and resolution are inversely

proportional to m/z, and the best accurate mass

measurements require an internal calibrant.

Unlike the quadrupole ion trap, the FTICR mass

spectrometer is not operated as a scanning device.

Fourier Transform Ion Cyclotron

Resonance (FT ICR) analyzers

Advantages

The highest recorded mass resolution of all mass

spectrometers (>500,000)

Very good accuracy (<1ppm)

Well-suited for use with pulsed ionization

methods such as MALDI

Non-destructive ion detection; ion remeasurement

Stable mass calibration in superconducting

magnet FTICR systems

2014/11/24

41

Disadvantages

Expensive

Requires superconducting magnet

Subject to space charge effects and ion molecule reactions

Artifacts such as harmonics and sidebands are present in the mass spectra

Many parameters (excitation, trapping, detection conditions) comprise the experiment sequence that defines the quality of the mass spectrum

Generally low-energy CID, spectrum depends on collision energy, collision gas, and other parameters.

Applications

Ion chemistry

High-resolution MALDI and electrospray

experiments for high-mass analytes

Laser desorption for materials and surface

characterizatio

2014/11/24

42

KOMPONEN ALAT

Sampel

Inlet

sistem

Vacum

system

Signal

processor

Detector Mass

analyzer

Ion

Source

Readout

10-6-10-7 torr

INSTRUMENTASI:

DETEKTOR

Electron Multiplier

• Mirip dengan photomultiplier

• Berbasis Dynode: Suatu elektroda yang memiliki permukaan yang dapat mengemisikan elektron ketika ditabrak oleh elektron, ion positif, ion negatif dan spesi netral yang bergerak cepat

• Dalam dynode, satu ion dapat menghasilkan 105 elektron atau lebih, gain = rasio elektron yang terukur perion, gain detektor dapat berkisar diantara 104-108

2014/11/24

43

Hyphenated Mass Techniques

m/z

15

29

43

57

8599 113 142

71

Mass: Detection

Chromatography-Mass Spectroscopy :

Separation + Detection

GC-MS LC-MS CZE-MS

Chromatography: Separation

Hyphenated GC-MS

Sample

Sample

5890

1.0 DEG/MI

N

HEWLETT

PACKARD

HEWLETT

PACKARD 5972A

Mass Selective Detector

D C B A

A

B

C

D

Gas Chromatograph (GC) Mass Spectrometer

Separation Identification

B

A C D

A D

B

C

MS

Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) is a method that combines

the features of gas-liquid chromatography and mass spectrometry to identify

different substances within a test sample.

2014/11/24

44

GAS CHROMATOGRAPHY MASS SPECTROMETRY

Hyphenated GC-MS

• The sample is injected into the GC inlet where it is heated and swept onto a chromatographic column by a carrier gas.

• The pure compounds in a mixture are separated by interacting with the coating or packing of the column (stationary phase) and the carrier gas (mobile phase).

• This separation is often improved by programming changes in column temperature and pressure.

GAS CHROMATOGRAPHY

Hyphenated GC-MS

2014/11/24

45

Hyphenated LC-MS

Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) is an analytical

chemistry technique that combines the physical separation capabilities of

liquid chromatography with the mass analysis capabilities of mass

spectrometry.

LC MS

Different compounds exit

at different time

Identification of each molecule

ion

A

B

C

t/min

Peak A: mass1

Peak B: mass2

Peak C: mass3

Liquid chromatography-mass spectrometry (Ion trap LCMS system )

Hyphenated LC-MS

2014/11/24

46

Tandem Mass Spectrometry Tandem mass spectrometry, also known as MS/MS, involves multiple

steps of mass spectrometry selection, with some form of fragmentation

occurring in between the stages.

TERIMAKASIH!