Prinsip dasar
Apabila ada sebuah benda sedang bergerak
lurus dan diberikan gaya luar ke arah samping maka benda itu tidak akan
bergerak lurus, melainkan ia akan bergerak membelok ke arah samping
karena adanya gaya luar tersebut.Misalkan anda sedang menghadapi
sebuah bola meriam yang sedang melewati anda dan anda mau membelokkannya
pada saat tepat lewat di depan anda. Dan alat yang anda punya hanyalah
sebuah selang penyemprot air yang dihubungkan dengan sebuah pompa jet.
Sejujurnya, apa yang anda lakukan .itu tidak akan berpengaruh banyak.
Karena bola meriam itu sangat berat dan ia tidak akan membelok dari
jalur lurusnya.Tapi coba kita pikir lagi, anda mencoba membelokan
sebuah bola tenis yang sedang bergerak dengan kecepatan yang sama
dengan bola meriam tersebut dengan menggunakan selang penyemprot air
yang sama. Karena bola tenis ini sangat ringan, maka ia akan membelok
dengan amat sangat.
Berapa besar penyimpangan yang akan terjadi
karena gaya luar itu, tergantung pada massa benda tersebut (dalam hal
ini bola). Apabila kecepatan bola dan besarnya gaya luar itu
diketahuiAanda bisa menghitung massa bola tersebut jika sudah diketahui
bagaimana pola pembelokan yang terjadi pada bola tersebut. Semakin kecil
pembelokan yang terjadi, berarti semakin berat massa bola
tersebut.(Perhitungan yang sebenarnya tidaklah terlalu sulit) Prinsip
diatas tersebut dapat juga diterapkan pada benda atau partikel seukuran
atom.
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 emengambilf 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 ediambilf 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.
Diagram lengkap dari spektrometer massa:

Penjelasan tentang apa yang terjadi
Keadaan hampa udara
Penting
bagi ion-ion yang telah dibuat dalam ruang ionisasi untuk dapat
bergerak lurus dalam mesin tanpa bertabrakan dengan molekul2 udara.
Ionisasi



Sampel yang berbentuk gas (
vaporised sample)
masuk ke dalam ruang ionisasi. Kumparan metal yang dipanaskan dengan
menggunakan listrik emelepaskanf elektron-elektron yang ada pada sampel
dan elektron-elektron lepas itu menempel pada perangkap elektron (
electron trap) yang mempunyai muatan positif.
Partikel-partikel
dalam sample tersebut (atom atau molekul) dihantam oleh banyak sekali
elektron-elektron, dan beberapa dari tumbukan tersebut mempunyai energi
cukup untuk melepaskan satu atau lebih elektron dari sample tersebut
sehingga sample tersebut menjadi ion positif.
Kebanyakan ion-ion
positif yang terbentuk itu mempunyai muatan +1 karena akan jauh lebih
sulit untuk memindahkan elektron lagi dari sample yang sudah menjadi ion
positif..Ion-ion positif yang terbentuk ini ediajak keluarf dan
masuk ke bagian mesin yang merupakan sebuah lempengan metal yang
bermuatan positif (
Ion repellel).
Tambahan:
Seperti yang anda akan lihat sebentar lagi, seluruh ruang ionisasi ini
dilakukan dengan menggunakan tegangan listrik positif yang besar (10.000
V). Ketika kita berbicara tentang kedua lempengan bermuatan positif,
berarti lempengan tersebut mempunyai muatan lebih dari 10.000 V.
Percepatan


Ion-ion
positif yang ditolak dari ruang ionisasi yang sangat positif itu akan
melewati 3 celah, dimana celah terakhir itu bermuatan 0 V. Celah yang
berada di tengah mempunyai voltase menengah. Semua ion-ion tersebut
dipercepat sampai menjadi sinar yang sangat terfokus.
Pembelokkan


Ion
yang berbeda-beda akan dibelokkan secara berbeda pula oleh medan
magnet. Besarnya pembelokan yang dialami oleh sebuah ion tergantung
pada:
* Massa ion tersebut.
Ion-ion yang bermassa ringan akan dibelokkan lebih daripada ion-ion yang bermassa berat.
* Muatan ion.
Ion yang mempunyai muatan +2 (atau lebih) akan dibelokkan lebih daripada ion-ion yang bermuatan +1.
Dua faktor diatas digabungkan ke dalam
Perbandingan Massa/Muatan. Perbandingan ini mempunyai simbol m/z (atau m/e)
Sebagai
contoh: Apabila sebuah ion mempunyai massa 28 dan bermuatan +1, maka
perbandingan massa/muatan ion tersebut adalah 28. Ion yang mempunyai
massa 56 dan bermuatan +2 juga mempunyai perbandingan massa/muatan yang
sama yaitu 28.
Pada gambar diatas, sinar A mengalami pembelokkan
yang paling besar, yang berarti sinar tersebut terdiri dari ion-ion yang
mempunyai perbandingan massa/muatan yang terkecil. Sedangkan sinar C
mengalami pembelokkan yang paling kecil, berarti ia terdiri dari ion-ion
yang mempunyai perbandingan massa/muatan yang paling besar.
Akan
jauh lebih mudah untuk membahas masalah ini jika kita menganggap bahwa
muatan semua ion adalah +1. Hampir semua ion-ion yang lewat dalam
spektrometer massa ini bermuatan +1, sehingga besarnya perbandingan
massa/muatannya akan sama dengan massa ion tersebut.
Tambahan:
Anda juga harus mengerti bahwa kemungkinan adanya ion bermuatan +2(atau
lebih), tetapi kebanyakan soal-soal akan memberikan spektrum massa
dimana ion-ion nya hanya bermuatan +1. Kecuali bila ada petunjuk dalam
soal tersebut, anda bisa menganggap bahwa ion yang sedang dibicarakan
dalam soal tersebut adalah bermuatan +1
Jadi dengam menganggap
semua ion bermuatan +1, maka sinar A terdiri dari ion yang paling
ringan, selanjutnya sinar B dan yang terdiri dari ion yang paling berat
adalah sinar C. Ion-ion yang ringan akan lebih dibelokkan daripada ion
yang berat.
Pendeteksian
Pada gambar diatas,
hanya sinar B yang bisa terus melaju sampai ke pendetektor ion. Ion-ion
lainnya bertubrukan dengan dinding dimana ion-ion akan menerima elektron
dan dinetralisasi. Pada akhirnya, ion-ion yang telah menjadi netral
tersebut akan dipisahkan dari spektrometer massa oleh pompa vakum.

Ketika
sebuah ion menubruk kotak logam, maka ion tersebut akan dinetralisasi
oleh elektron yang pindah dari logam ke ion (gambar kanan). Hal ini akan
menimbulkan ruang antara elektron-elektron yang ada dalam logam
tersebut, dan elektron-elektron yang berada dalam kabel akan mengisi
ruang tersebut.Aliran elektron di dalam kabel itu dideteksi
sebagai arus listrik yang bisa diperkuat dan dicatat. Semakin banyak ion
yang datang, semakin besat arus listrik yang timbul.
Mendeteksi ion-ion lainnya.
Bagaimana ion-ion lainnya dapat dideteksi – padahal sinar A dan sinar B sudah tidak ada lagi dalam mesin?
Ingat
bahwa sinar A dibelokkan paling besar, berarti ia mempunyai nilai m/z
yang paling kecil(ion yang paling ringan bila bermuatan +1) Untuk
membuat sinar ini sampai ke detektor ion, anda perlu membelokkan sinar
tersebut dengan menggunakan medan magnet yang lebih kecil(gaya luar yang
lebih kecil).
Untuk membuat ion-ion yang mempunyai nilai m/z yang
besar(ion yang berat bila bermuatan +1) sampai ke detektor ion, maka
anda perlu membelokkannya dengan menggunakan medan magnet yang lebih
besar.
Dengan merubah besarnya medan magnet yang digunakan, maka
anda bisa membawa semua sinar yang ada secara bergantian ke detektor
ion, dimana disana ion-ion tersebut akan menimbulkan arus listrik dimana
besarnya berbanding lurus dengan jumlah ion yang datang. Massa dari
semua ion yang dideteksi itu tergantung pada besarnya medan magnet yang
digunakan untuk membawa sinar tersebut ke detektor ion. Mesin ini dapat
disesuaikan untuk mencatat arus listrik (yang merupakan jumlah ion-ion)
dengan m/z secara langsung. Massa tersebut diukur dengan menggunakan
skala
12C.
Tambahan: Skala
12C adalah skala dimana isotop
12C mempunyai berat tepat 12 unit.
Bagaimana bentuk output dari spektrometer massa
Hasil
dari pencatat diagram disederhanakan menjadi ediagram garisf. Ini
menunjukkan arus listrik yang timbul oleh beragam ion yang mempunyai
perbandingan m/z masing2.
Diagram garis Molybdenum (Mo) adalah sebagai berikut:

Garis
tegak lurus itu menunjukkan besarnya arus listrik yang diterima oleh
alat pencatat arus yang berarti banyaknya ion datang ke detektor.
Seperti yang anda bisa lihat dari diagram diatas, ion yang paling banyak
adalah ion yang mempunyai perbandingan m/z 98. Ion-ion lainnya
mempunyai perbandingan m/z 92,94,95,96,97 dan 100.
Ini berarti
molybdenum mempunyai 7 macam isotop. Dengan menganggap bahwa semua ion
tersebut bermuatan +1 maka berarti massa dari ketujuh isotop tersebut
adalah 92,94,95,96,97 ,98 dan 100.
Tambahan: Bila
ada ion bermuatan +2 , maka anda akan tahu karena semua garis yang ada
pada diagram diatas akan mempunyai garis lain dengan besar 1/2 dari
nilai m/z (karena, sebagai contoh, 98/2=49). Garis-garis itu akan jauh
lebih sedikit daripada garis ion +1 karena kemungkinan terbentuknya ion
+2 adalah jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan kemungkinan
terbentuknya ion +1.
sumber : http://www.chem-is-try[dot]org