Metode karakterisasi khas CND dapat diklasifikasikan berdasarkan perannya. Pertama, spektroskopi optik, termasuk spektroskopi UV-vis dan fluoresensi, memberikan informasi yang berguna tentang sifat optik CND; ini termasuk penyerapan, emisi, dan perilaku PL hasil kuantum. Metode karakterisasi struktural seperti mikroskop elektron transmisi (TEM) dan mikroskop gaya atom (AFM) menawarkan wawasan tentang morfologi, ukuran, dan struktur permukaan CND pada tingkat skala nano, sedangkan analisis komposisi kimia seperti XPS dan FTIR memungkinkan penentuan komposisi unsur dan gugus fungsi permukaan yang ada di titik-titik karbon. Namun, MS memungkinkan identifikasi dan karakterisasi terperinci dari berbagai komponen dalam sampel yang kompleks dengan memberikan informasi tentang komposisi molekul, distribusi massa, dan fitur struktural. Spektrometri massa adalah teknik yang sangat penting untuk mengungkap modifikasi struktur pada CND.
Komponen permukaan dapat dengan mudah diprediksi jika sintesis dimulai dengan senyawa dengan struktur yang diketahui dengan jelas. Dengan demikian, teknik ini memastikan perlekatan obat ke permukaan CND. Selain itu, MS dapat memberikan informasi tentang doping heteroatom dalam struktur inti CND. Menurut penelitian, baik permukaan maupun inti CND dikarakterisasi oleh MS. Selain itu, CNDs mampu berinteraksi dengan reseptor seluler. Interaksi tersebut dapat dibandingkan dengan senyawa organik bioaktif. Dengan demikian, penentuan struktur CND yang akurat sangat penting. Dalam Ulasan ini, kami melaporkan perkembangan terbaru dalam upaya untuk mengungkap struktur CND. Penekanan akan diberikan pada investigasi yang melibatkan MS sebagai salah satu teknik untuk menjelaskan strukturnya (Skema 1). Pada akhirnya, kami akan membahas tantangan yang dihadapi dalam elusidasi struktur karbon nanodots dan menutup dengan prospek masa depan.
Kandungan
Spektrometri massa adalah teknik elusidasi yang terutama digunakan bersama teknik lain untuk mengkarakterisasi senyawa organik, anorganik, dan senyawa makromolekul lainnya berdasarkan rasio massa terhadap muatan (m/z). MS adalah teknik yang sangat diperlukan yang digunakan dalam berbagai bidang, termasuk fisika, kimia organik, kimia makanan, dan aplikasi militer untuk penentuan kualitatif dan kuantitatif zat yang tidak diketahui.
Pada prinsipnya, semua jenis spektrometri MS mengikuti pola yang sama. Pertama, pembentukan ion dari senyawa/bahan yang dianalisis. Kemudian, fragmen terionisasi ini dipisahkan berdasarkan m/z dan kelimpahannya, diikuti dengan deteksi kualitatif dan kuantitatif. Dalam kebanyakan kasus, ionisasi sampel menghasilkan fragmen terionisasi yang terdeteksi oleh detektor. Umumnya, puncak dengan m/z tertinggi dianggap sebagai massa keseluruhan sampel yang dimaksud. Oleh karena itu, teknik ini dapat memberi kita massa molekul dari sampel yang dianalisis.
Mengikuti metode ionisasi, spektrometri MS dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa jenis. Namun, jenis tertentu digunakan untuk karakterisasi nanopartikel. Teknik yang digunakan adalah spektrometri massa plasma yang digabungkan secara induktif (ICP-MS), spektrometri massa ionisasi elektrospray (ESI-MS), dan desorpsi laser berbantuan matriks / ionisasi MS (MALDI-MS). Ketiga teknik ini adalah teknik yang paling banyak digunakan untuk mengkarakterisasi nanopartikel, meskipun ada modifikasi tambahan yang dapat dilakukan. Di antara ketiganya, analisis MS berbasis MALDI adalah teknik yang paling umum untuk karakterisasi CND.
Kami bertujuan untuk menghidupkan kembali penggunaan MS untuk mendukung elusidasi struktur nanodot karbon. Teknik umum yang digunakan dalam karakterisasi nanomaterial meliputi desorpsi/ionisasi laser (LDI), LDI berbantuan matriks (MALDI), plasma yang digabungkan secara induktif (ICP), dan ionisasi elektrospray (ESI) MS. Untuk karakterisasi CND, LDI-MS, MALDI-MS, dan ESI-MS digunakan. Teknik-teknik ini membutuhkan instrumentasi lebih lanjut dari time-of-flight (TOF), untuk MALDI, dan TOF, quadrupole (Q), dan tandem (MS/MS) untuk ESI. LDI-MS dapat diaplikasikan untuk membuktikan komposisi struktur permukaan dan inti nanodot karbon. Sementara itu, MALDI-MS digunakan untuk menjelaskan struktur permukaan CND. Terakhir, ESI-MS dapat memberikan wawasan yang signifikan tentang komposisi struktur dan pola ikatan nanodot karbon. Singkatnya, MS dapat dikombinasikan dengan teknik lain untuk menjelaskan struktur nanodot karbon secara jelas.
Kesimpulan
Tidak seperti material nano berbasis karbon, seperti tabung nano karbon atau graphene, nanodot karbon dicirikan oleh fitur strukturalnya yang beragam. Sifat ini memberikan CND banyak aplikasi potensial dalam bidang kedokteran, fotokatalisis, dan banyak lainnya. Namun, kita perlu memahami dengan jelas struktur nanomaterial yang menjanjikan ini untuk mendapatkan keuntungan dari aplikasi CND yang ada di mana-mana. Teknik MS telah memberikan informasi yang signifikan mengenai fitur struktur kimia. Lebih banyak data tentang fitur struktur permukaan CND diperoleh dibandingkan dengan struktur inti. Akibatnya, tidak banyak penelitian yang menyelidiki struktur inti yang tersedia. Oleh karena itu, ada kebutuhan untuk lebih banyak penelitian mengenai struktur CND dengan menggunakan teknik MS. Sangat diyakini bahwa teknik MS, bersama dengan teknik lain seperti resonansi magnetik magnetik nuklir (NMR), spektroskopi inframerah (IR), dan XPS, dapat membantu dalam menjelaskan struktur CND, menawarkan wawasan tentang komposisi kimia, gugus fungsi, dan sifat struktural.
Selain itu, salah satu kondisi yang perlu ditingkatkan lebih lanjut adalah potensi kesalahan dalam akurasi massa. Kesalahan ini dapat menyebabkan penentuan rumus molekul struktur kompleks yang tidak akurat. Untuk mengatasi kelemahan ini, pertimbangan harus diberikan untuk meningkatkan resolusi instrumen. Hal ini dapat meningkatkan akurasi dan sensitivitas instrumen MS. Selain itu, pelabelan isotop dapat meningkatkan akurasi dan keandalan analisis MS. Lebih lanjut, meningkatkan metode pretreatment sampel dapat membantu mengisolasi titik-titik karbon untuk meningkatkan sensitivitas dan selektivitas.
Kelemahan lainnya adalah sulitnya memprediksi CND dari prekursor yang tidak spesifik seperti bagian tanaman atau sumber mentah lainnya. Salah satu cara untuk mengatasi tantangan ini adalah dengan menggunakan pendekatan pustaka GC-MS. Dengan kata lain, perpustakaan spektrum MS dari berbagai macam CND dari prekursor yang terdefinisi dengan baik dapat dikembangkan, dan perpustakaan tersebut dapat digunakan untuk memprediksi struktur yang paling mendekati CND yang disintesis dari prekursor mentah yang tidak terdefinisi. Oleh karena itu, penelitian di masa depan harus mempertimbangkan untuk mengatasi kekurangan yang dibahas sambil menggunakan teknik MS untuk karakterisasi CND.
Penulis: Prof. Mochamad Zakki Fahmi, S.Si., M.Si., Ph.D.
Link:
