Example of a GC-MS
Kromatografi gas-spektrometri massa (GC-MS) adalah sebuah metode yang menggabungkan fitur dari gas-cair kromatografi dan spektrometri massa untuk mengidentifikasi zat yang berbeda dalam sampel uji. Aplikasi GC-MS termasuk deteksi narkoba, kebakaran investigasi, analisis lingkungan, investigasi bahan peledak, dan identifikasi sampel tidak diketahui. GC / MS juga dapat digunakan dalam keamanan bandara untuk mendeteksi zat dalam bagasi atau pada manusia. Selain itu, dapat mengidentifikasi elemen dalam bahan yang sebelumnya dianggap telah hancur di luar identifikasi.
GC-MS telah banyak digembar-gemborkan sebagai "standar emas" untuk identifikasi zat forensik karena digunakan untuk melakukan tes tertentu. Sebuah tes yang spesifik positif mengidentifikasi kehadiran sebenarnya zat tertentu dalam sampel yang diberikan. Sebuah tes non-spesifik hanya menunjukkan bahwa zat yang jatuh ke dalam kategori zat. Meskipun tes non-spesifik statistik bisa menyarankan identitas substansi, ini bisa menyebabkan identifikasi positif palsu.
[sunting] Sejarah
Penggunaan spektrometer massa sebagai detektor dalam kromatografi gas dikembangkan selama tahun 1950-an oleh Roland Gohlke dan Fred McLafferty. [1] [2] Perangkat ini sensitif yang besar, rapuh, dan awalnya terbatas pada pengaturan laboratorium. Perkembangan komputer terjangkau dan miniatur telah membantu dalam penyederhanaan penggunaan instrumen ini, serta perbaikan besar diperbolehkan dalam jumlah waktu yang diperlukan untuk menganalisis sampel. Pada tahun 1996 yang top-of-the-line kecepatan tinggi GC-MS unit menyelesaikan analisis dari accelerants api dalam waktu kurang dari 90 detik, sedangkan generasi pertama GC / MS akan diperlukan setidaknya 16 menit [rujukan?]. Hal ini telah menyebabkan untuk diadopsi secara luas dalam sejumlah bidang.
[
edit] Instrumentation
The insides of the GC-MS, with the column of the gas chromatograph in the oven on the right.
Bagian dalam GC-MS, dengan kolom kromatografi gas di oven di sebelah kanan.
GC-MS terdiri dari dua blok bangunan utama: kromatografi gas dan spektrometer massa. The kromatografi gas menggunakan kolom kapiler yang tergantung pada dimensi kolom ini (panjang, diameter, ketebalan film) serta sifat fase (misalnya 5% fenil polisiloksan). Perbedaan sifat kimia antara molekul yang berbeda dalam campuran akan memisahkan molekul sebagai sampel perjalanan panjang dari kolom. Molekul-molekul mengambil jumlah waktu yang berbeda (disebut waktu retensi) untuk keluar dari (elusi dari) kromatografi gas, dan ini memungkinkan hilir spektrometer massa untuk menangkap, mengionisasi,
mempercepat, menangkis, dan mendeteksi molekul terionisasi secara terpisah. Spektrometer massa melakukan hal ini dengan memecah molekul masing-masing menjadi fragmen
terionisasi dan mendeteksi fragmen menggunakan massa mereka dengan perbandingan massa dan muatan.
GC-MS schematic
Kedua komponen, digunakan bersama-sama, memungkinkan tingkat yang jauh lebih halus identifikasi substansi dari salah satu unit yang digunakan secara terpisah. Hal ini tidak mungkin untuk membuat identifikasi yang akurat dari suatu molekul tertentu dengan kromatografi gas atau spektrometri massa saja. Proses spektrometri massa biasanya
membutuhkan sampel yang sangat murni sedangkan kromatografi gas menggunakan detektor tradisional (misalnya Flame Detector Ionisasi) mendeteksi beberapa molekul yang terjadi untuk mengambil jumlah waktu yang sama untuk melakukan perjalanan melalui kolom (yaitu memiliki waktu retensi yang sama) yang mengakibatkan dalam dua atau lebih molekul ko-elusi. Kadang-kadang dua molekul yang berbeda juga dapat memiliki pola yang sama dari fragmen terionisasi dalam spektrometer massa (spektrum massa). Menggabungkan dua proses membuatnya sangat tidak mungkin bahwa dua molekul yang berbeda akan berperilaku
dengan cara yang sama di kedua kromatografi gas dan spektrometer massa. Oleh karena itu ketika sebuah spektrum massa mengidentifikasi muncul pada waktu retensi karakteristik dalam analisis GC-MS, biasanya meminjamkan untuk kepastian meningkat bahwa analit dari bunga dalam sampel.
[Sunting] Split / splitless GC-MS inlet
Sampel diperkenalkan ke kolom melalui inlet. Inlet ini biasanya injeksi melalui septum. Setelah di inlet, ruang dipanaskan bertindak untuk menguapkan sampel. Dalam sistem split, aliran konstan gas pembawa bergerak melalui inlet. Sebagian dari aliran gas pembawa bertindak untuk mengangkut sampel ke dalam kolom. Bagian lain dari aliran gas pembawa akan diarahkan untuk membersihkan inlet dari setiap injeksi berikut sampel (pembersihan septum). Namun bagian lain dari aliran diarahkan melalui ventilasi perpecahan dalam rasio set yang dikenal sebagai rasio split. Dalam sistem splitless, keuntungan adalah bahwa jumlah yang lebih besar dari sampel diperkenalkan ke kolom. Namun, sistem split lebih disukai bila detektor sensitif untuk melacak jumlah analit dan ada kekhawatiran tentang overloading kolom.
[Sunting] Purge dan perangkap GC-MS
Untuk analisis senyawa volatil sistem konsentrator Purge dan Perangkap (P & T) dapat digunakan untuk memperkenalkan sampel. Analit target diekstrak dan dicampur dengan air dan dimasukkan ke dalam ruang kedap udara. Gas inert seperti Nitrogen (N2) ditiupkan melalui air, hal ini dikenal sebagai pembersihan. Senyawa-senyawa volatil pindah ke ruang atas di atas air dan ditarik sepanjang gradien tekanan (yang disebabkan oleh pengenalan gas pembersihan) keluar dari ruangan. Senyawa-senyawa yang mudah menguap diambil
sepanjang garis dipanaskan ke 'perangkap'. perangkap adalah kolom bahan adsorben pada suhu ambien yang memegang senyawa dengan mengembalikan mereka ke fase cair.
Perangkap tersebut kemudian dipanaskan dan senyawa sampel diperkenalkan ke kolom GC-MS melalui antarmuka volatil, yang merupakan sistem inlet perpecahan. P & T GC-GC-MS sangat cocok untuk senyawa organik volatil (VOC) dan senyawa BTEX (senyawa aromatik terkait dengan minyak bumi) [3].
[Sunting] Jenis Detektor Spektrometer Massa
Jenis yang paling umum dari spektrometer massa (MS) terkait dengan kromatografi gas (GC) merupakan spektrometer massa quadrupole, kadang-kadang disebut dengan nama Hewlett-Packard (sekarang Agilent) perdagangan "Mass Detector Selektif" (MSD). Lain detektor relatif umum adalah spektrometer massa perangkap ion. Selain itu orang dapat menemukan spektrometer massa sektor magnetik, namun instrumen tertentu yang mahal dan besar dan tidak biasanya ditemukan di high-throughput laboratorium layanan. Detektor lainnya dapat ditemui seperti waktu penerbangan (TOF), tandem quadrupoles (MS-MS) (lihat di bawah), atau dalam kasus sebuah perangkap MSN ion dimana n menunjukkan tahap nomor massa spektrometri.
[Sunting] Analisis
Sebuah spektrometer massa biasanya digunakan dalam salah satu dari dua cara: Full Scan atau Pemantauan Ion Selektif (SIM). Instrumen GC / MS khas mampu melakukan kedua fungsi baik secara individu atau bersamaan, tergantung pada konfigurasi instrumen tertentu. [Sunting] Full Scan MS
Ketika mengumpulkan data dalam modus scan penuh, berbagai target fragmen massa ditentukan dan dimasukkan ke dalam metode instrumen. Sebuah contoh dari berbagai khas fragmen massa untuk memantau akan m / z 50 sampai m / z 400. Penentuan apa yang berkisar untuk menggunakan sebagian besar ditentukan oleh apa yang salah mengantisipasi berada di sampel sementara yang sadar akan kemungkinan gangguan pelarut dan lainnya. Sebuah MS tidak harus ditetapkan untuk mencari fragmen massa terlalu rendah atau pun seseorang bisa mendeteksi udara (ditemukan sebagai m / z 28 karena nitrogen), karbon
dioksida (m / z 44) atau gangguan lain yang mungkin. Selain itu jika satu adalah dengan menggunakan berbagai besar scan maka sensitivitas instrumen yang menurun karena
melakukan scan lebih sedikit per detik karena setiap scan harus mendeteksi berbagai fragmen massa.
Full scan berguna dalam menentukan senyawa yang tidak diketahui dalam sampel. Ini menyediakan informasi lebih dari SIM ketika datang untuk konfirmasi atau menyelesaikan senyawa dalam sampel. Selama pengembangan instrumen metode mungkin umum untuk pertama menganalisa larutan uji dalam modus scan penuh untuk menentukan waktu retensi dan sidik jari fragmen massa sebelum pindah ke metode instrumen SIM.
[Sunting] pemantauan ion terpilih
Dalam pemantauan ion terpilih (SIM) fragmen ion tertentu dimasukkan ke dalam metode instrumen dan hanya fragmen massa yang terdeteksi oleh spektrometer massa. Keuntungan dari SIM adalah bahwa batas deteksi yang lebih rendah karena instrumen yang hanya melihat sejumlah kecil fragmen (misalnya tiga fragmen) selama setiap scan. Lebih scan dapat terjadi setiap detik. Karena hanya fragmen massa beberapa bunga sedang dipantau, gangguan matriks biasanya lebih rendah. Untuk tambahan mengkonfirmasi kemungkinan hasil positif potensial, relatif penting untuk memastikan bahwa rasio ion fragmen massa berbagai sebanding dengan standar referensi yang dikenal.
[Sunting] Jenis Ionisasi
Setelah molekul perjalanan panjang kolom, melewati jalur transfer dan masuk ke dalam spektrometer massa mereka terionisasi dengan berbagai metode dengan metode yang biasanya hanya satu yang digunakan pada waktu tertentu. Setelah sampel terfragmentasi maka akan terdeteksi, biasanya oleh dioda multiplier elektron, yang pada dasarnya mengubah massa fragmen terionisasi menjadi sinyal listrik yang kemudian terdeteksi.
Teknik ionisasi yang dipilih adalah independen menggunakan Full Scan atau SIM. [Sunting] Elektron Ionisasi
Sejauh ini merupakan bentuk paling umum dan mungkin standar ionisasi adalah ionisasi elektron (EI). Molekul-molekul masuk ke dalam MS (sumber adalah quadrupole atau perangkap ion sendiri dalam perangkap ion MS) di mana mereka dibombardir dengan elektron bebas yang dipancarkan dari filamen, tidak banyak berbeda dengan filamen yang akan menemukan di bola lampu standar. The membombardir elektron molekul, menyebabkan molekul untuk fragmen dengan cara yang khas dan direproduksi. Ini "keras ionisasi" hasil teknik dalam penciptaan fragmen lebih banyak massa rendah untuk mengisi rasio (m / z) dan sedikit, jika ada, molekul mendekati unit massa molekul. Ionisasi keras dianggap oleh spectroscopists massa sebagai mempekerjakan pemboman elektron molekul, sedangkan "ionisasi lunak" adalah biaya oleh tabrakan molekul dengan gas diperkenalkan. Pola
fragmentasi molekul tergantung pada energi elektron diterapkan pada sistem, biasanya 70eV (elektron Volt). Penggunaan 70eV memfasilitasi perbandingan spektrum yang dihasilkan dengan National Institute of Standar (NIST-USA) perpustakaan spektrum menerapkan program pencocokan algoritma dan penggunaan metode analisis yang ditulis oleh lembaga standardisasi metode banyak.
[Sunting] Ionisasi Kimia Artikel utama: ionisasi kimia
Dalam ionisasi kimia gas pereaksi, biasanya metana atau amonia dimasukkan ke dalam spektrometer massa. Tergantung pada teknik (CI positif atau negatif CI) yang dipilih, ini gas reagen akan berinteraksi dengan elektron dan analit dan menyebabkan 'soft' ionisasi molekul bunga. Sebuah ionisasi lembut fragmen molekul ke tingkat yang lebih rendah daripada ionisasi keras EI. Salah satu manfaat utama menggunakan ionisasi kimia adalah bahwa sebuah fragmen massa erat sesuai dengan berat molekul analit kepentingan diproduksi. Positif Kimia Ionisasi
Dalam Ionisasi Kimia Positif (PCI) gas reagen berinteraksi dengan molekul target, paling sering dengan pertukaran proton. Ini menghasilkan spesies dalam jumlah yang relatif tinggi. Negatif Kimia Ionisasi
Dalam Ionisasi Kimia Negatif (NCI) gas pereaksi mengurangi dampak elektron bebas pada analit target. Ini energi menurun biasanya meninggalkan fragmen pasokan yang besar. Bagian ini membutuhkan ekspansi dengan:
Memperbarui. Informasi berikut ini dalam proses sedang diperbarui:.
Tujuan utama dari analisis instrumen untuk mengukur jumlah zat. Hal ini dilakukan dengan membandingkan konsentrasi relatif antara massa atom dalam spektrum yang dihasilkan. Dua jenis analisis yang mungkin, komparatif dan asli. Analisis Perbandingan dasarnya
membandingkan spektrum yang diberikan ke perpustakaan untuk melihat apakah spektrum karakteristiknya hadir untuk beberapa sampel di perpustakaan. Hal ini paling baik dilakukan oleh komputer karena ada segudang distorsi visual yang dapat terjadi karena variasi dalam skala. Komputer juga dapat secara bersamaan berkorelasi lebih banyak data (seperti waktu retensi diidentifikasi oleh GC), untuk lebih akurat berhubungan data tertentu.
Metode lain dari analisis mengukur puncak dalam hubungannya dengan satu sama lain. Dalam metode ini, puncak tertinggi diberikan 100% dari nilai, dan puncak lainnya yang ditugaskan nilai proporsional. Semua nilai di atas 3% ditugaskan. Massa total senyawa yang tidak diketahui biasanya ditandai dengan puncak orangtua. Nilai ini puncak orangtua dapat digunakan agar sesuai dengan rumus kimia yang mengandung berbagai unsur yang diyakini berada di kompleks. Pola isotop dalam spektrum, yang unik untuk elemen yang memiliki isotop banyak, juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi berbagai elemen hadir. Setelah rumus kimia telah disesuaikan dengan spektrum, struktur molekul dan ikatan dapat
diidentifikasi, dan harus konsisten dengan karakteristik direkam oleh GC / MS. Biasanya, identifikasi dilakukan secara otomatis oleh program yang datang dengan instrumen, diberi daftar unsur-unsur yang bisa hadir dalam sampel.
Sebuah "spektrum penuh" analisis menganggap semua "puncak" dalam spektrum. Sebaliknya, ion pemantauan selektif (SIM) hanya memonitor puncak yang dipilih terkait dengan zat tertentu. Hal ini dilakukan dengan asumsi bahwa pada waktu retensi yang
diberikan, satu set ion adalah karakteristik dari senyawa tertentu. Ini adalah analisis cepat dan efisien, terutama jika analis memiliki informasi sebelumnya tentang sampel atau hanya mencari beberapa zat-zat tertentu. Ketika jumlah informasi yang dikumpulkan tentang ion dalam kromatografi menurun diberikan puncak gas, sensitivitas meningkat analisis. Jadi, analisis SIM memungkinkan untuk jumlah yang lebih kecil dari suatu senyawa untuk dideteksi dan diukur, tetapi tingkat kepastian tentang identitas senyawa yang berkurang. [Sunting] GC-MS/MS
Ketika fase kedua fragmentasi massa ditambahkan, misalnya menggunakan quadrupole kedua dalam instrumen quadrupole, hal itu disebut MS / MS atau Tandem MS. Tandem spektrometri massa (MS / MS) adalah teknik yang lebih kuat untuk quantitate tingkat rendah senyawa target di hadapan latar belakang matriks sampel tinggi.
The kuadrupol pertama (Q1) terhubung dengan sel tabrakan (q2) dan quadrupole lain (Q3). Kedua quadrupoles dapat digunakan dalam pemindaian atau mode statis, tergantung pada jenis MS / MS analisis yang dilakukan. Jenis analisis meliputi produk ion scan, prekursor ion scan, Pemantauan Reaksi Tunggal (SRM) dan Pemantauan Reaksi Beberapa (MRM) dan Scan Rugi Netral. Sebagai contoh: Ketika Q1 berada dalam mode statis (melihat satu massa hanya seperti di SIM), dan Q3 berada dalam mode pemindaian, satu memperoleh apa yang disebut produk spektrum ion (juga disebut "putri spektrum"). Dari spektrum ini, seseorang dapat memilih ion produk terkemuka yang dapat menjadi ion produk untuk ion prekursor yang dipilih. Pasangan ini disebut "transisi" dan membentuk dasar untuk SRM (MRM
kadang-kadang digunakan sebagai istilah). SRM sangat spesifik dan hampir menghilangkan latar belakang matriks.
[Sunting] Aplikasi
[Sunting] Pemantauan Lingkungan dan Pembersihan
GC-MS menjadi alat pilihan untuk melacak polutan organik di lingkungan. Biaya GC-MS peralatan telah menurun secara signifikan, dan kehandalan telah meningkat pada saat yang sama, yang telah memberikan kontribusi terhadap peningkatan adopsi dalam studi
lingkungan. Ada beberapa senyawa yang GC-MS tidak cukup sensitif, termasuk pestisida dan herbisida tertentu, tetapi untuk analisis yang paling organik dari sampel lingkungan, termasuk kelas utama banyak pestisida, sangat sensitif dan efektif.
[Sunting] Forensik Pidana
GC-MS dapat menganalisis partikel dari tubuh manusia dalam rangka untuk membantu menghubungkan seorang kriminal untuk kejahatan. Analisis puing-puing kebakaran menggunakan GC-MS mapan, dan bahkan ada American Society didirikan untuk Bahan Pengujian (ASTM) standar untuk analisis kebakaran puing-puing. GCMS / MS sangat berguna di sini sebagai sampel sering mengandung matriks yang sangat kompleks dan hasil, yang digunakan di pengadilan, harus sangat akurat.
[Sunting] Penegakan Hukum
GC-MS semakin digunakan untuk mendeteksi narkotika ilegal, dan akhirnya bisa
menggantikan obat-mengendus anjing [1]. Hal ini juga sering digunakan dalam toksikologi forensik untuk menemukan obat dan / atau racun dalam spesimen biologi dari tersangka, korban, atau almarhum .
[Sunting] Keamanan
A pasca-11 September pengembangan, sistem deteksi bahan peledak telah menjadi bagian dari semua bandara AS. Sistem ini berjalan pada sejumlah teknologi, banyak dari mereka didasarkan pada GC-MS. Hanya ada tiga produsen disertifikasi oleh FAA untuk menyediakan sistem ini, [rujukan?] Salah satunya adalah Thermo Detection (sebelumnya Thermedics), yang menghasilkan Egis, garis GC-MS berbasis detektor bahan peledak. Dua lainnya produsen Teknologi Barringer, kini dimiliki oleh Sistem Deteksi Smith dan Instrumen Jalur Ion, bagian dari Infrastruktur Umum Sistem Keamanan Listrik.
[Sunting] Makanan, Minuman dan Parfum Analisis
Makanan dan minuman mengandung senyawa aromatik banyak, sebagian alami terdapat dalam bahan baku dan beberapa membentuk selama pemrosesan. GC-MS secara luas
digunakan untuk analisis senyawa yang meliputi ester, asam lemak, alkohol, aldehida, terpene dll Hal ini juga digunakan untuk mendeteksi dan mengukur kontaminan dari pembusukan atau pemalsuan yang mungkin berbahaya dan yang sering dikendalikan oleh pemerintah lembaga, untuk pestisida misalnya.
[Sunting] Astrochemistry
Beberapa GC-MS telah meninggalkan bumi. Dua dibawa ke Mars oleh program Viking. [4] Venera 11 dan 12 dan Pioneer Venus menganalisis atmosfer Venus dengan GC-MS. [5] Probe Huygens dari misi Cassini-Huygens mendarat satu GC-MS pada Saturnus terbesar bulan, Titan [6]. Materi di 67P/Churyumov-Gerasimenko komet akan dianalisa oleh misi Rosetta dengan kiral GC-MS pada tahun 2014. [7]
[Sunting] Kedokteran
Dalam kombinasi dengan pelabelan isotop senyawa metabolik, GC-MS digunakan untuk menentukan aktivitas metabolik. Sebagian besar aplikasi didasarkan pada penggunaan 13C sebagai label dan pengukuran rasio 13C/12C dengan spektrometer massa rasio isotop
(IRMS), sebuah MS dengan detektor yang dirancang untuk mengukur ion pilih beberapa dan kembali nilai-nilai sebagai rasio.