SPEKTROFOTOMETER INFRA REDBy : Arif setia Budicharles tandiala

Hasnawati

spektrofotometri Infra Red atau Infra Merah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75 – 1.000 µm atau pada Bilangan Gelombang 13.000 – 10 cm-1.

Dasar Spektrofotometri IR

• Dasarnya : Penyerapan Cahaya oleh molekul untuk eksitasi tingkat energi vibrasi

• Frekwensi cahaya atau panjang gelombang cahaya yang diserap adalah cahaya infra merah sesuai dengan perbedaan energi level vibrasi molekul.

• Satuan yang umum dipakai adalah bilangan gelombang ( = 1/λ dengan satuan cm-1)

• Molekul mengalami tiga macam gerak ; tranlasi, vibrasi dan rotasi.

Sinar Infra Redwafenumbe

r

Infra Red Dekat200-10cm-1

Infra Red Pertengahan

4000-200cm-1

Infra Red Jauh

12500-4000cm-1

Jenis vibrasi:1. Vibrasi ulur (Stretching Vibration), yaitu

vibrasi yang mengakibatkan perubahan panjang ikatan suatu ikatan. Macam-macam vibrasi ulur : vibrasi simetris, vibrasi asimetris

2. Vibrasi tekuk (Bending Vibrations), yaitu vibrasi yang mengakibatkan perubahan sudut ikatan antara dua ikatan Macam-macam vibrasi tekuk : vibrasi goyang, vibrasi gunting, vibrasi kibasan, vibrasi pelintiran

Setiap molekul non linier mempunyai gerak vibrasi sebanyak 3N – 6 dan untuk molekul linier 3N - 5 .

HCl mempunyai : 3x2-5 = 1 vibrasiCO2 mempunyai : 3 x 3 -5 = 4 vibrasiH2O mempunyai : 3 x 3 – 6 = 3 vibrasi

Makin rumit struktur suatu molekul, semakin banyak bentuk-bentuk vibrasi yang mungkin terjadi. Akibatnya kita akan melihat banyak pita-pita absorpsi yang diperoleh pada spektrum infra merah, bahkan bisa lebih rumit lagi bergantung pada molekul dan kepekaan instrumen. Hukum Hooke dapat membantu memperkirakan daerah dimana vibrasi terjadi.

Atom-atom di dalam suatu molekul tidak dapat diam melainkan bervibrasi (bergetar). Ikatan kimia yang menghubungkan dua atom dapat dimisalkan sebagai dua bola yang dihubungkan oleh pegas,

Hukum Hooke

• Tidak semua vibrasi dapat menyerap cahaya IR• IR active, vibrasi yang dapat menyerap cahaya

IR. Dalam gerakan vibrasinya harus menimbulkan perubahan momen dipol.

• IR inactive adalah vibrasi yang tidak menyerap cahaya IR. Gerakan vibrasinya tidak menimbulkan perubahan momen dipole.

IR Active vs IR Inactive

Spektrofotometer Infra Red

Spektrometer Dispersi FTIR (Fourier Transform Infrared) spektrometer

Instrumentasi Spektrofotometer Infra Merah

Sumber Sinar

Wadah sampel

Monokromator

Detektor

Recorder

Sumber Cahaya

Ranges

• Wavelength (µm)

• Wavenumber (cm-1)

• Energy (eV)

Far IR

• 50 –1000

• 200 –10• 0.025 –

0.001

Middle IR

• 2.5 – 50• 4000 –

200• 0.5 –

0.025

Near IR

• 0.8 –2.5• 12500 –

4000• 1.55 –

0.5

Pembagian Cahaya IR

Sumber Cahaya IR

Nerst Glower

Globar

Nichrom Wire

Laser CO2

Sumber Cahaya

Nernst Glower

• campuran oksida dari zirkon (Zr) dan yitrium (Y) yaitu ZrO2 dan Y2O3, atau campuran oksida thorium (Th) dan serium (Ce). Nernst Glower ini berupa silinder dengan D 1 sampai 2 mm dan p 20 mm. Pada ujung silinder dilapisi platina untuk melewatkan arus listrik. Nernst Glower mempunyai radiasi maks pada panjang gelombang 1.4 μm atau bilangan gelombang 7100 cm-1.

Globar

• merupakan sebatang silikon karbida (SiC) biasanya dengan diameter 5 mm dan panjang 50 mm. Radiasi maksimum Globar terjadi pada panjang gelombang 1,8-2,0 m atau bilangan gelombang 7100 cm-1.

Nichrom Wire

• campuran nikel (Ni) dan Krom (Cr). Kawat ini berbentuk spiral dan mempunyai intensitas radiasi lebih rendah dari Nernst Glower dan Globar tetapi umurnya lebih panjang.

Laser CO2

• Laser CO2 mempunyai radiasi pada daerah 1100-900 cm-1

• Sampel bisa berbentuk padat, cair maupun gas yang harus diperlakukan tertentu kemudian dipasang di tempat sampel.

• Sampel padat dapat diukur absorbansinya dengan dua cara,a. Dibuat pasta dengan Nujol kemudian dioleskan ditengah dua plat NaClb. Dibuat tablet setelah dicampur KBr.

• Sample cair, dioleskan ditengah dua plat NaCl menjadi sandwich.

• Sampel gas harus dimasukan dengan tekanan 5-10 torr ke tempat sampel berbentuk silinder dengan window yang terbuat dari NaCl atau KBr .

Preparasi Sampel

Wadah Sampel

Digunakan untuk menghalangi cahaya secara periodik sehingga cahaya yang masuk sampel seperti terpotong-potong. Akibatnya signal listrik yang dihasilkan detektor akan menjadi gelombang kotak dengan frekwensi tertentu.

Chopper

Monokromator• Digunakan untu memilih cahaya monokromatik

dengan panjang gelombang tertentu dari cahaya polikromatik.

• Ada dua macam pemecah cahaya grating dan prisma.

Monokromator Czerney-Turner : grating

Monokromator bunsen : Prisma

Ada 2 macam tipe detector yaitu :

Detector tipe fotokonduktor

Bersifat semikonduktor yang umum dibuat adalah campuran PbS atau PbSe dengan logam

Germanium kurang memberikan informasi pada daerah vibrasi gugus fungsi dan sidik jari.

Detector tipe hantar bahang (bahang : hawa panas yang terjadi karena nyala api /dari panas

tubuh)

Bekerjanya detector tipe ini atas dasar efek bahang dari radiasi IR.Dikenal 3 jenis, yaitu

thermokopel, balometer dan Golay pneumatic. Detektor golay bekerja atas dasar perubahan

bahan radiasi IR yang akan menaikkan tekanan gas didalamnya.Alat2 yang modern

kebanyakan memakai detector “Thermopile”. Dasar kerjanya adalah jika 2 kawat logam

berbeda dihubungkan antara ujung kepala dan ekor menyebabkan adanya arus yang mengalir

dalam kawat. Dalam spektrofotometer infrared arus ini akan sebanding dengan intensitas

radiasi yang jatuh pada thermopile

Detektor

Terdiri dari berbagai rangkaian elektronika yang

berfungsi antara lain:

Penguatan signal listrik (amplifier)

Filter listrik , hanya signal yang frekwensinya sama

dengan frekwensi chopper yang dapat lolos.

Analoog to digital converter (ADC)

Averaging untuk meningkatkan signal to noise

ratio.

Signal Prosessor

Bagan Instrumentasi Spektrofotometer Infrared Dispesif

bagan instrumentasi spektrofotometer Fourier Transform Infrared

Analisa dengan spektrofotometri IR

Analisa

Kualitatif

Kuantitatif

Serapan khas untuk setiap ikatan dalam gugus. Secara sederhana, identifikasi suatu zat dilakukan dengan membandingkan spektrumnya dengan spektrum dari zat standar. Bila zat yang diperiksa sama dengan standar, maka posisi dan itensitas relatif dari puncak-puncak resapan harus sama.

a. Analisa Kualitatif (gugus fungsi)

Langkah-langkah pembacaan spektrum IR

1. Tentukan sumbu X dan Y-sumbu dari spektrum. X-sumbu dari spektrum IR diberi label sebagai "bilangan gelombang" dan jumlahnya berkisar dari 400 di paling kanan untuk 4.000 di paling kiri. X-sumbu menyediakan nomor penyerapan. Sumbu Y diberi label sebagai "transmitansi Persen" dan jumlahnya berkisar dari 0 pada bagian bawah dan 100 di atas.

2. Tentukan karakteristik puncak dalam spektrum IR. Semua spektrum inframerah mengandung banyak puncak. Selanjutnya melihat data daerah gugus fungsi yang diperlukan untuk membaca spektrum. Daerah dengan bilangan gelombang 1400 – 4000 cm-1yang berada dibagian kiri spektrum IR, merupakan daerah yang khusus berguna untuk identifikasi gugus-gugus fungsional, Selanjutnya daerah yang berada disebelah kanan bilangan gelombang 1400 cm-1 disebut daerah sidikjari (fingerprint region)

3. Tentukan daerah spektrum di mana puncak karakteristik ada. Spektrum IR dapat dipisahkan menjadi empat wilayah. Rentang wilayah pertama dari 4.000 ke 2.500. Rentang wilayah kedua dari 2.500 sampai 2.000. Ketiga wilayah berkisar dari 2.000 sampai 1.500. Rentang wilayah keempat dari 1.500 ke 400.

4. Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah pertama. Jika spektrum memiliki karakteristik puncak di kisaran 4.000 hingga 2.500, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh NH, CH dan obligasi OH tunggal.

5. Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah kedua. Jika spektrum memiliki karakteristik puncak di kisaran 2.500 hingga 2.000, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan rangkap tiga.

6. Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah ketiga. Jika spektrum memiliki karakteristik puncak di kisaran 2.000 sampai 1.500, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan rangkap seperti C = O, C = N dan C = C.

7. Bandingkan puncak di wilayah keempat ke puncak di wilayah keempat spektrum IR lain. Yang keempat dikenal sebagai daerah sidik jari dari spektrum IR dan mengandung sejumlah besar puncak serapan yang account untuk berbagai macam ikatan tunggal. Jika semua puncak dalam spektrum IR, termasuk yang di wilayah keempat, adalah identik dengan puncak spektrum lain, maka Anda dapat yakin bahwa dua senyawa adalah identik.

Cara membaca spektrum1. Perhatikan, apakah ada gugus karbonil (C=O) pada daerah 1820-

1600 cm-1 yang puncaknya tajam dan sangat karakteristik.

2. Bila ada gugus karbonil, maka perhatikan kemungkinan gugus

fungsional berikut, jika tidak ada maka dilanjutkan pada langkah

3.

Asam karboksilat akan memunculkan serapan OH apda

daerah 3500-3300 cm-1

Amida akan memberikan serapan N-H yang tajam pada

daerah sekitar 3500 cm-1

Ester akan memunculkan serapan C-O tajam dan kuat pada

1300-1000 cm-1

Anhirida akan memunculkan serapan C=O kembar pada

1810 dan 1760 cm-1.

Aldehida akan memunculkan C-H aldehida intensitas

lemah tajam pada 2850-2750 cm-1 baik yang simetri

maupun anti-simetri

Keton, bila semua yang di atas tidak muncul.

3. Bila serapan karbonil tidak ada maka:

Ujilah alkohol (-OH), dengan memperhatikan adanya serapan

yang melebar (khas sekali) pada 3500-3300 cm-1

(dikonformasi dengan asam karboksilat) dan diperkuat dengan

serapan C-O pada sekitar 1300-1000 cm-1

Ujilah amina (N-H), dengan memperhatikan adanya serapan

medium pada sekitar 3500 cm-1 (dikonformasi dengan amida)

Ujilah eter (C-O), dengan memperhatikan serapan pada 1300-

1000 cm-1 (dikonformasi dengan alkohol dan ester)

4. Ikatan C=C alkena dan aromatis. Untuk alkena serapan akan muncul

pada 1650 cm-1, sedangkan untuk aromatis sekitar 1650-1450 cm-1.

Serapan C-H alifatik alkena akan muncul di bawah 3000 cm-1,

sedangkan C-H vinilik benzena akan muncul di atas 3000 cm-1

5. Ikatan C≡C alkuna akan muncul lemah tajam pada 2150 cm-1,

sedangkan C≡N nitril medium dan tajam akan muncul pada 2250 cm-1

6. Gugus nitro NO2, memberikan serapan kuat sekitar 1600-1500 cm-1

dari anti-simetris dan juga pada 1390-1300 cm-1 untuk simetris

7. Bila informasi 1 sampai 6 di atas tidak ada maka dugaan kuat

spektrum IR adalah dari senyawa hidrokarbon.

Jarang dilakukan karena spektra IR rumit. Namun prinsipnya adalah Hukum Lambeer-Beer: Yaitu penentuan konsentrasi sebanding dengan serapan. Teknik yang umum dilakukan untuk pembuatan spektra pada analisis kuantitatif yaitu solution spektra atau KBr disc.

b. Analisa Kuantitatif

Pada konsentrasi tinggi, absorbansi tinggiTidak memenuhi hukum Beer dikarenakan adanya penentuan dengan menyeleksi pita absorbsi yang dianalisis yang tidak terjatuh kembali pada pita komponen yang dianalisis.

Metode Base Line

REFERENSI

• http://id.wikipedia.org/wiki/Spektrofotometer_Inframerah_Transformasi_Fourier

• http://wocono.wordpress.com/2013/03/03/spektrofotometri-infra-merah/

• http://eskrimsandwich.blogspot.com/2013/07/spektrofotometer-infra-merah.html