Infra-Red (IR) Spektroscopy(bagian 1)

JURUSAN FARMASI FKIKUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

Oleh : Hendri Wasito, S. Farm., Apt.

(http : // www.hendriapt.wordpress.com)

Tinjauan umum

Spektrum Infra Merah (IR)Daerah Spektra Sinar X UV Vis IR Gel

Mikro

Panjang Gelomban

gBilangan

Gelombang

Proses Elektron Valensi

Elektron Valensi

Vibrasi dan

Rotasi Mol

Rotasi Mol

10 nm 380 nm 780 nm0,78 mm 50 mm

106/cm 26300/cm 4000/cm 200/cm

Spektrum IR Transisi karena serapan infra merah

berkaitan dengan perubahan-perubahan vibrasi dalam molekul.

Infra merah: dekat jika bilangan gelombang > 4000

cm-1 (ltransisi vibrasional) jauh jika bilangan gelombang < 650 cm-1

(transisi vibrasional) Pada IR dekat (650-4000nm) , selalu

disertai transisi rotasional sehingga diperoleh spektrum dengan puncak-puncak yang lebar karena ada saling pengaruh antara transisi vibrasional dan rotasional

Perubahan Momen Dwi Kutub

Supaya molekul dapat menyerap energi infra merah, maka gerakan vibrasi atau rotasinya harus disertai perubahan momen dwi kutub / dipole.

Oksigen memiliki keelektronegatifan sehingga N merupakan molekul yang dipole. Jadi muatan (+) dan (-) terpisah

Jika frekuensi sinar tepat sama dengan salah satu natural vibrational frequency dari molekul, maka sinar akan diserap perubahan amplitudo

vibrasi dari molekul.

medan listrik

medan listrik bolak-balik dari sinar

antaraksi

N O

Vibrasi molekuler Posisi relatif suatu atom dengan atom

lainnya dalam suatu molekul selalu berubah-ubah akibat dari gerakan vibrasi.

Untuk molekul dwi-atom atau tri-atom, vibrasi berhubungan dengan energi absorbsi, namun tuk poliatom, vibrasi tidak mudah diperkirakan karena banyaknya pusat vibrasi yang berinteraksi.

Vibrasi molekul ada 2:1. Vibrasi ulur (stretching) 2. Vibrasi Tekuk (bending vibrations)

scisoring (v. gunting), rocking (v. Goyang), wagging (v. Kibasan), dan twisting (v. Pelintir).

Vibrasi ulur (streching)

Pada vibrasi ini terjadi perubahan terus menerus dari jarak antara 2 atom didalam suatu molekul (konstanta vibrasi antara

dua atom sepanjang sumbu ikatan).Contoh : -CH3, -CH2-, -NO2, -NH2, dan

anhidrida.

Simetri(~ 2853

/cm)Tak Simetri(~ 2926 /cm)

Vibrasi Tekuk (bending vibration) Terjadi perubahan sudut antara dua

ikatan kimia. Ada 2 bidang :a. Tekuk dalam bidang (in-plane bending)

v. Scissoring dan v. Rockingb. Tekuk keluar dalam bidang (out-of-

plane) v. wagging dan v. Twisting

Keempat vibrasi tersebut hanya mungkin bagi molekul yang memiliki lebih dari dua atom.

(~ 1450 /cm) (~ 720 /cm)

(~ 1250 /cm) (~ 1250 /cm)

Simetric streching

Asimetric streching

Scissoring

Rocking

Wagging

Twisting

Frekuensi Vibrasi (... 1) Jia ikatan antara pasangan atom ibarat

pegas, berdasar hukum Hook :

21

21 )(21

21

mmmmkkVm

m

k = tetapan gaya untuk ikatan kimia,m1 dan m2 = massa dari atom-atom

Berdasarkan tinjauan secara mekanika kantum, maka energi vibrasi itu adalah “quantisized”.

Sehingga energi potensial molekul yang bervibrasi:

ukhE

2)21(

Jadi energi vibrasi molekul hanya dapat memiliki nilai-nilai tertentu saja.

mhVE )21

(

Calculation of stretching frequencies for different

types of bondsC = C BONDING

υ = 1/2π √ (k/µ)K = 10 x 105 dyne/cmµ = (Mc.Mc) /

(Mc+Mc)= ((12) (12)) / (12 + 12)= 6

υ = 4,12 √ (10 x 105 /6)= 1682/cm (calculated)

υ = 1650/cm (eksperimental)

C - H BONDING

υ = 1/2π √ (k/µ)K = 5 x 105 dyne/cmµ = (Mc.Mc) / (Mc+Mc)

= ((12) (1)) / (12 + 1)= 0,923

υ = 4,12 √ (5 x 105 /0,923)= 3032/cm (calculated)

υ = 3000/cm (eksperimental)

Frekuensi vibrasi ( ... 2)Setiap jenis ikatan kimia memiliki frekuensi vibrasi berbeda, dan jenis ikatan kimia yang sama juga berbeda frekuensi vibrasinya jika diikat oleh senyawa yang berlainan karena lingkungan berbeda.

Tidak ada molekul yang berbeda strukturnya yang memiliki pola absorbsi-IR atau spektrum-IR yang sama (fingerprint spectrum)

Cara Vibrasi MolekulBerapakah vibrasi fundamental dari suatu

molekul1. Untuk molekul linear

Vibrasi fundamental = 3n - 5 n = banyaknya atom

Misal: CO2 O = C = O2. Untuk molekul tidak linear = 3n – 6Dapat terjadi penyimpangan jika:a. Vibrasi tersebut tidak disertai dengan

perubahan netto moment dwi kutubb. Energi dari 2 jenis vibrasi fundamental adalah

identik 1 puncak serapan sajac. Intensitas serapan vibrasi fundamental sangat

kecil sehingga tidak terdeteksi oleh alatd. Energi suatu jenis vibrasi fundamental terletak

di yang di luar jangkauan alat pendispersi.

Penyerapan Sinar Infra Merah (IR)oleh molekul

Jika energi sinar –IR diserap oleh molekul, maka energi sinar tersebut akan menyebabkan transisi tingkat energi vibrasi molekul dari tingkat yang rendah ke yang lebih tinggi.

Tetapi transisi terjadi jika: Energi sinar infra merah tersebut = ∆E dari kedua

tingkat energi vibrasi yang bersangkutan. Vibrasi yang berubah tingkat energinya itu

menyebabkan perubahan netto momen dwikutub.Av3

Av2

Av1

Av0

Energi yang diperlukan untuk

transisi dari Av0 ke Av1= Av1 – Av2

sama dengan Av2 – Av3.

Instrumentasi Spektro-IR (...1)Komponen dasar

spektro-IR sama dengan UV-

Visibel, namun sumber radiasi, detektor, dan

komponen optiknya sedikit

berbeda.

Umumnya alat IR menggunakan berkas ganda

yang dirancang ebih sederhana daripada berkas

tunggal.

Temperatur dan kelembaban (max. 50 %) ruang harus dikontrol.

Kelembaban tinggi

mengakibatkan permukaan

prisma dan sel alkali-halida

akan jadi suram

Perubahan suhu berpengaruh

pada ketepatan dan kalibrasi λ

Instrumentasi Spektro-IR (...2)

Sumber radiasi umum digunakan Nernest atau

lampu Glower (oksida-ksida zirkonium dan ytrium)Monokromator yang

digunakan terbuat dari berbagai bahan (prisma dan

celah dari gelas, lelehan silika, CaF2, NaCl, AgCl, KBr,

CsI)Prisma NaCl (4000-60/cm) dan prisma KBr (400/cm)Detektor yang digunakan

umumnya termal (termokopell), dan yang non

termal (sel fotkonduktif)

Penyiapan SampelAlkali halida sebagai window material (NaCl-626/cm, KBr-385/cm, CSI-250/cm) ditempat terbuka permukaan jadi kusam.Umumnya sampel dikerjakan pada suhu kamar dalam keadaan murni dengan ketebalan film 0,01-0,05 mm.Bila sampel padat maka dilarutkan dengan CS2 (2222-1540/cm) atau CCl4 (800-740cm)Serbuk dan padatan harus diperkecil dengan menggerus dalam cairan kental (Nujol mull)Semua pelarut yang digunakan harus bebas airZat taransparan jika dapat mentransmisikan sinar > 75%

Ada berbagai tehnik untuk persiapan sampel, bergantung pada bentuk fisik sampel yang akan dianalisis.A. Padat

1. Nujol MullSampel digerus dengan mortar dan pestle agar diperoleh bubuk yang halus. , dicampur dengan Nujol agar terbentuk pasta, kemudian beberapa ditempatkan antara dua plat sodium klorida(NaCl) (plat ini tidak mengabsorbsi inframerah pada wilayah tersebut.

2. Pelet KBrSedikit sampel padat (kira-kira 1 - 2 mg), kemudian

ditambahkan bubuk KBr murni (kira-kira 200 mg) dan diaduk hingga rata. Campuran ini kemudian ditempatkan dalam cetakan dan ditekan dengan menggunakan alat tekanan mekanik. kemudian sampel (pelet KBr yang terbentuk) diambil dan dianalisis.

B. CairanSetetes sampel ditempatkan antara dua plat KBr atau

plat NaCl untuk membuat film tipisC. Gas

Untuk menghasilkan sebuah spektrum inframerah pada gas, dibutuhkan sebuah sel silinder/tabung gas dengan jendela pada setiap akhir pada sebuah material yang tidak aktif inframerah seperti KBr, NaCl atau CaF2. Sel biasanya mempunyai inlet dan outlet dengan keran untuk mengaktifkan sel agar memudahkan pengisian dengan gas yang akan dianalisis.

Interpretasi Spektrum (...pengantar)

Spek tro-IR menentukan posisi dan ukuran relatif absorbsi atau puncak serapan.

Spektrum IR menggambarkan hubungan intensitas absorbsi (% T) dengan bilangan

gelombang (cm-1).

Untuk mempermudah interpretasi dapat digunakan bagan korelasi dan tabel

Kuat lemahnya intensitas puncak dinyatakan dengan huruf S (strong = kuat),

M (medium = sedang), dan W (weak = lemah)

Latihan Soal Tentukan gugus-gugus fungsi yang terdapat

dalam spektra-IR berikut dan tentukan struktur molekul sampel yang memberikan spektra-IR sebagai berikut :

JAWABAN :

HATUR NUHUN PISAN ......

Jangan lupa untuk membaca literatur lainnya baik dari buku maupun internet serta banyak latihan soal ...

Kita BISA karena BIASA ...