Spektra Massa – Puncak Ion Molekuler (M+)

Halaman ini menjelaskan bagaimana menentukan massa rumus relatif (massa molekul relatif) suatu senyawa organik dari spektrum massanya. Halaman ini juga menunjukkan bagaimana spektrum massa resolusi tinggi dapat dipakai untuk menentukan rumus molekul suatu senyawa.

Menggunakan spektrum massa untuk menentukan massa rumus relatif

Pembentukan ion molekuler

Ketika sampel organik yang teruapkan melewati kamar ionisasi spektrometer massa, uap akan ditembak oleh berkas elektron. Elektron-elektron ini mempunyai energi yang cukup untuk mengeluarkan sebuah elektron dari molekul organik untuk membentuk ion positif. Ion ini disebut ion molekuler.
Ion molekuler disimbolkan dengan M⁺ atau – titik pada versi yang kedua menunjukkan fakta bahwa pada ion terdapat elektron tunggal tak berpasangan. Merupakan setengah dari pasangan elektron dalam keadaan normal – setengah yang lain dihilangkan pada proses ionisasi.
Ion molekuler cenderung tidak stabil dan pecah menjadi fragmen-fragmen yang lebih kecil. Fragmen-fragmen ini menghasilkan diagram garis. Fragmentasi tidak relevan dibahas di halaman ini – kita lebih memfokuskan pada ion molekuler.
Menggunakan ion molekuler untuk menentukan massa rumus relatif
Pada spektrum massa, ion paling berat (ion dengan nilai m/z paling besar) akan dianggap sebagai ion molekuler. Beberapa senyawa mempunyai spektra massa yang tidak mengandung puncak ion molekuler, karena semua ion molekuler pecah menjadi fragmen-fragmen.
Sebagai contoh, pada spektrum massa pentana, ion paling berat mempunyai m/z 72.

Karena nilai m/z terbesar adalah 72, itu menunjukkan ion terbesar yang melewati spektrometer massa – dan anda dapat menganggap itu sebagai ion molekuler. Karena itu, massa rumus relatif senyawa tersebut adalah 72.
Menentukan massa rumus relatif (massa molekul relatif) dari spektrum massa adalah mudah. Carilah puncak dengan nilai m/z tertinggi, nilai itu merupakan massa rumus relatif senyawa.
Dengan demikian, ada kerumitan yang muncul karena kemungkinan ada isotop yang berbeda (misal pada karbon, klorin, atau bromin) pada ion molekuler. Kasus ini dibahas di halaman terpisah.

Menggunakan spektrum massa untuk menentukan rumus molekul

Sejauh ini kita telah melihat nilai m/z pada spektrum massa sebagai angka keseluruhan, tetapi mungkin juga untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat dengan menggunakan spektrometer massa resolusi tinggi. Anda dapat menggunakannya untuk informasi yang lebih akurat tentang massa ion molekuler untuk mengetahui rumus molekul suatu senyawa.

Massa-massa isotop yang akurat

Untuk fungsi perhitungan normal, anda cenderung untuk menggunakan massa isotop relatif. Sebagai contoh, anda terbiasa dengan angka-angka:

1H		1
12C		12
14N		14
16O		16

Untuk 4 angka desimal, dengan demikian, ini adalah massa isotop relatifnya:

1H		1.0078
12C		12.0000
14N		14.0031
16O		15.9949

Nilai karbon adalah 12.0000, tentu, karena semua massa unsur lain dihitung terhadap skala karbon-12 yang didasarkan pada isotop karbon-12 yang mempunyai massa tepat 12.

Menggunakan nilai yang akurat ini untuk menentukan rumus molekul

Dua senyawa organik sederhana mempunyai massa rumus relatif 44 – propena, C₃H₈, dan etanal, CH₃CHO. Dengan spektrometer massa resolusi tinggi, anda dapat dengan mudah menentukan senyawa yang manakah yang anda miliki.
Pada spektrometer massa resolusi tinggi, puncak ion molekuler untuk dua senyawa memberikan nilai m/z sebagai berikut:

C3H8		44.0624
CH3CHO		44.0261

Anda dapat dengan mudah mengecek dengan menambahkan angka-angka dari tabel massa isotop relatif yang akurat di atas.

Pertanyaan yang mungkin di ujian

Suatu gas diketahui hanya mengandung unsur-unsur dari daftar berikut:

1H		1.0078
12C		12.0000
14N		14.0031
16O		15.9949

Pada spektrometer massa resolusi tinggi gas tersebut mempunyai puncak ion molekuler pada m/z = 28.0312. Gas apakah itu?
Setelah sedikit berhitung, anda akan mendapatkan 3 gas yang memiliki massa rumus relatif mendekati 28 dan yang mengandung unsur-unsur dari daftar. Yaitu N₂, CO dan C₂H₄.
Perhitungan massa rumus relatifnya secara akurat diperoleh:

N2		28.0062
CO		27.9949
C2H4		28.0312

Jelas gas itu adalah C₂H₄.