3.4 Spektrometer massa

Metode yang paling langsung dan paling akurat untuk menentukan massa atom dan molekul adalah metode spektrometri massa, yang ditunjukkan pada Gambar 3.3. Dalam satu jenis spektrometer massa, sampel gas dibombardir oleh aliran elektron berenergi tinggi. Tabrakan dan tumbukan antara elektron dan atom gas (atau molekul) menghasilkan ion positif dengan melepaskan elektron dari setiap atom atau molekul. Ion positif ini (massa m dan muatan e) dipercepat oleh dua pelat bermuatan listrik berlawanan saat melewati pelat. Ion-ion yang muncul kemudian dibelokan oleh sebuah magnet sehingga bergerak melengkung. Jari-jari lintasannya tergantung pada rasio muatan listrik dan massa (yaitu, e/m). Ion-ion dengan rasio e/m yang lebih kecil mempunyai lintasan seperti kurva dengan jari-jari yang lebih besar daripada ion-ion yang memiliki rasio e/m yang lebih besar, sehingga ion-ion dengan muatan listrik yang sama tetapi memiliki massa yang berbeda dipisahkan satu sama lain. Massa dari setiap ion (dan karenanya atom atau molekul induk) ditentukan dari besarnya defleksinya atau sejauh mana ion tersebut dibelokkan. Akhirnya ion-ion tersebut sampai pada detektor, yang mencatat arus listrik untuk setiap jenis ion. Jumlah arus yang dihasilkan berbanding lurus dengan jumlah ion, sehingga memungkinkan kita untuk menentukan kelimpahan relatif dari isotop-isotopnya.

Gambar 3.3 Skema diagram dari satu jenis spektrometer

Spektrometer massa pertama yang dikembangkan pada tahun 1920 oleh fisikawan Inggris F. W. Aston, terlalu sederhana menurut standar saat ini. Namun demikian, spektrometer itu memberikan bukti tak terbantahkan tentang keberadaan isotop neon-20 (massa atom 19,9924 sma dan kelimpahan alami 90,92 persen) dan neon-22 (massa atom 21,9914 sma dan kelimpahan alami 8,82 persen). Ketika spektrometer massa yang lebih canggih dan sensitif telah tersedia, para ilmuwan dikejutkan dengan temuan bahwa neon memiliki isotop stabil ketiga dengan massa atom 20,9940 sma dan kelimpahan alami 0,257 persen (Gambar 3.4). Contoh ini mengilustrasikan bagaimana keakuratan eksperimental yang sangat penting bagi ilmu kuantitatif seperti kimia. Percobaan awal gagal mendeteksi neon-21 karena kelimpahan alaminya hanya 0,257 persen. Dengan kata lain, hanya 26 dari 10.000 atom Ne adalah neon-21. Massa molekul dapat ditentukan dengan cara yang sama dengan spektrometer massa.

Gambar 3.4 Spektrum massa dari ketiga isotop neon