Spektrofotometer Infra-Red
A. Dasar Teori .
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 ?m atau pada Bilangan Gelombang 13.000 ? 10 cm-1. Radiasi elektromagnetik dikemukakan pertama kali oleh James Clark Maxwell, yang menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan.
Metode ini banyak digunakan pada laboratorium analisis industri dan laboratorium riset karena dapat memberikan informasi yang berguna untuk analisis kualitatif dan kuantitatif, serta membantu penerapan rumus bangun suatu senyawa.
Spektroskopi infra merah digunakan secara luas untuk analisis secara kualitatif dan analisis secara kuantitatif. Penggunaan yang paling penting dari spektroskopi infra merah adalah untuk identifikasi senyawa organik, karena spektrumnya sangat kompleks yang terdiri dari banyak puncak-puncak serapan. Spektrum infra merah dari senyawa organik mempunyai sifat-sifat fisik yang karakteristik, artinya kemungkinan bahwa dua senyawa mempunyai spektrum yang sama adalah sangat kecil, kecuali senyawa isomer optik
Gambaran berkas radiasi elektromagnetik diperlihatkan pada Gambar 1 berikut :
Saat ini telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan rentang panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan spektrum dari berbagai panjang gelombang. Berdasarkan pembagian daerah panjang gelombang pada Tabel 1 dan Gambar 2, sinar infra merah dibagi atas tiga daerah, yaitu:
a. Daerah Infra Merah dekat.
b. Daerah Infra Merah pertengahan.
c. Daerah infra merah jauh.
a. Daerah Infra Merah dekat.
b. Daerah Infra Merah pertengahan.
c. Daerah infra merah jauh.
Pembagian daerah spektrum elektromagnetik, yaitu:
Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut diatas, daerah panjang gelombang yang digunakan pada alat spektrofotometer infra merah adalah pada daerah infra merah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 ? 50 ?m atau pada bilangan gelombang 4.000 ? 200 cm-1. Satuan yang sering digunakan dalam spektrofotometri infra merah adalah Bilangan Gelombang ( ) atau disebut juga sebagai Kaiser.
Interaksi Sinar Infra Merah Dengan Molekul
Dasar Spektroskopi Infra Merah dikemukakan oleh Hooke dan didasarkan atas senyawa yang terdiri atas dua atom atau diatom yang digambarkan dengan dua buah bola yang saling terikat oleh pegas seperti tampak pada gambar disamping ini. Jika pegas direntangkan atau ditekan pada jarak keseimbangan tersebut maka energi potensial dari sistim tersebut akan naik.
Setiap senyawa pada keadaan tertentu telah mempunyai tiga macam gerak, yaitu :
1. Gerak Translasi, yaitu perpindahan dari satu titik ke titik lain.
2. Gerak Rotasi, yaitu berputar pada porosnya, dan
3. Gerak Vibrasi, yaitu bergetar pada tempatnya.
Bila ikatan bergetar, maka energi vibrasi secara terus menerus dan secara periodik berubah dari energi kinetik ke energi potensial dan sebaiknya. Jumlah energi total adalah sebanding dengan frekwensi vibrasi dan tetapan gaya ( k ) dari pegas dan massa ( m1 dan m2 ) dari dua atom yang terikat. Energi yang dimiliki oleh sinar infra merah hanya cukup kuat untuk mengadakan perubahan vibrasi.
Setiap molekul memiliki harga energi yang tertentu. Bila suatu senyawa menyerap energi dari sinar infra merah, maka tingkatan energi di dalam molekul itu akan tereksitasi ke tingkatan energi yang lebih tinggi. Sesuai dengan tingkatan energi yang diserap, maka yang akan terjadi pada molekul itu adalah perubahan energi vibrasi yang diikuti dengan perubahan energi rotasi.
Perubahan Energi Vibrasi
Atom-atom di dalam molekul tidak dalam keadaan diam, tetapi biasanya terjadi peristiwa vibrasi. Hal ini bergantung pada atom-atom dan kekuatan ikatan yang menghubungkannya. Vibrasi molekul sangat khas untuk suatu molekul tertentu dan biasanya disebut vibrasi finger print. Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu :
1. Vibrasi Regangan (Streching)
2. Vibrasi Bengkokan (Bending)
Vibrasi Regangan (Streching)
Dalam vibrasi ini atom bergerak terus sepanjang ikatan yang menghubungkannya sehingga akan terjadi perubahan jarak antara keduanya, walaupun sudut ikatan tidak berubah. Vibrasi regangan ada dua macam, yaitu:
1. Regangan Simetri, unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar.
2. Regangan Asimetri, unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar.
Vibrasi Bengkokan (Bending)
Jika sistem tiga atom merupakan bagian dari sebuah molekul yang lebih besar, maka dapat menimbulkan vibrasi bengkokan atau vibrasi deformasi yang mempengaruhi osilasi atom atau molekul secara keseluruhan. Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis, yaitu :
1. Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar.
2. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar.
3. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar.
4. Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar.
Daerah Spektrum Infra Merah
Para ahli kimia telah memetakan ribuan spektrum infra merah dan menentukan panjang gelombang absorbsi masing-masing gugus fungsi. Vibrasi suatu gugus fungsi spesifik pada bilangan gelombang tertentu. Dari Tabel 2 diketahui bahwa vibrasi bengkokan C?H dari metilena dalam cincin siklo pentana berada pada daerah bilangan gelombang 1455 cm-1. Artinya jika suatu senyawa spektrum senyawa X menunjukkan pita absorbsi pada bilangan gelombang tersebut tersebut maka dapat disimpulkan bahwa senyawa X tersebut mengandung gugus siklo pentana.
Daerah Identifikasi
Vibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi bengkokan, khususnya goyangan (rocking), yaitu yang berada di daerah bilangan gelombang 2000 ? 400 cm-1. Karena di daerah antara 4000 ? 2000 cm-1merupakan daerah yang khusus yang berguna untuk identifkasi gugus fungsional. Daerah ini menunjukkan absorbsi yang disebabkan oleh vibrasi regangan. Sedangkan daerah antara 2000 ? 400 cm-1 seringkali sangat rumit, karena vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi pada daerah tersebut.
Dalam daerah 2000 ? 400 cm-1 tiap senyawa organik mempunyai absorbsi yang unik, sehingga daerah tersebut sering juga disebut sebagai daerah sidik jari (fingerprint region). Meskipun pada daerah 4000 ? 2000 cm-1 menunjukkan absorbsi yang sama, pada daerah 2000 ? 400 cm-1 juga harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkan bahwa dua senyawa adalah sama.
Bila dibandingkan dengan daerah UV ? VIS , dimana energi dalam daerah ini dibutuhkan untuk transisi elektronik, maka radiasi infra merah hanya terbatas pada perubahan energi setingkat molekul. Untuk tingkat molekul, perbedaan dalam keadaan vibrasi dan rotasi digunakan untuk mengabsorbsi sinar infra merah. Jadi, untuk dapat mengabsorbsi, molekul harus memiliki perubahan momen dipol sebagai akibat dari vibrasi. Berarti radiasi medan listrik yang beruabah ? ubah akan berinteraksi dengan molekul dan akan menyebabkan perubahan amplitude salah satu gerakan molekul.
Konsep radiasi inframerah pertama kali diajukan oleh Sir William Herschel (1800) melalui percobaannya mendispersikan radiasi matahari dengan prisma. Ternyata pada daerah sesudah sinar merah menunjukkan adanya kenaikan temperatur tertinggi yang berarti pada daerah panjang gelombang radiasi tersebut banyak kalori (energi tinggi). Daerah spektrum tersebut yang dikenal sebagai infrared (IR, di seberang atau di luar merah).
Supaya terjadi peresapan radiasi inframerah, maka ada beberapa hal yang perlu dipenuhi, yaitu:
1. absorpsi terhadap radiasi inframerah dapat menyebabkan eksitasi molekul ke tingkat energi vibrasi yang lebih tinggi dan besarnya absorbsi adalah terkuantitasi
2. Vibrasi yang normal mempunyai frekuensi sama dengan frekuensi radiasi elektromagnetik yang diserap
3. Proses absorpsi (spektra IR) hanya dapat terjadi apabila terdapat perubahan baik nilai maupun arah dari momen dua kutub ikatan
Spektrum peresapan IR merupakan perubahan simultan dari energi vibrasi dan energi rotasi dari suatu molekul. Kebanyakan molekul organik cukup besar sehingga spektrum peresapannya kompleks. Konsep dasar dari spektra vibrasi dapat diterangkan dengan menggunakan molekul sederhana yang terdiri dari dua atom dengan ikatan kovalen.
Teori Absorbsi Infra Merah
Radiasi IR tidak memiliki cukup energi untuk transisi induksi elektronik sseperti yang dilihat pada UV. Absorbsi IR dibatasi untuk senyawa dengan perbedaan energi kecil pada vibrasi yang mungkin dan pada keadaan rotasi.
Untuk molekul mengabsorbsi IR, vibrasi atau rotasi dengan molekul seharusnya menyebabkan suatu perubahan pada momen dipole mokule. Bidang elektrik yang bertukar pada radiasi (mengingat bahwa radiasi elektromagnetik mengandung elektrikan osilasi dan osilasi magnetic, tegak lurus satu dengan yang lain) berinteraksi dengan fluktuasi pada momen dipole dari molekul. Jika frekuensi dari radiasi frekuensi vibrasi dari molekul kemudian radiasi akan diabsorbsi, penyebabnya pada amplitude dari vibrasi molekul.
Rotasi Molekul
Transisi rotasi dari sebagian kecil digunakan pada spektoskopi. Tingkatan rotasi dikuantitasi dan absorbsi IR oleh gas yang menghasilkan garis spectra. Bagaimanapun, pada kondisi cair atau padat, garis pita menjadi kontinyu dalam kaitan dengan benturan antar molekul dan interaksi lainnya. Energi yang dibutuhkan untuk menyebabkan perubahan dalam tingkat rotasi adalah kecil. Molekul dalam padatan dan cairan berotasi secara terbatas sedangkan dalam gas tidak.
B. Bentuk alat spektrofotometer IR
Bagian-bagian spektrofotometer IR,yaitu:
1. Sumber radiasi
Radiasi infra merah dihasilkan dari pemanasan suatu sumber radiasi dengan listrik sampai suhu antara 1500 dan 2000 K. Sumber radiasi yang biasa digunakan adalah Nernst Glower, Globar, dan kawat nikrom.
Nernst Glower merupakan campuran oksida dari zirkom (Zr) dan Yitrium (Y) yaitu berupa senyawa ZrO2 dan Y2O3 atau campuran oksida thorium (Th) dan Cerium (Ce). Nernst Glower ini berupa silinder dilapisi platina untuk melewatkan arus listrik. Nernst Glower mempunyai radiasi maksimum pada panjang gelombang 1,4 mm atau bilangan gelombang 7100 cm-1.
Globar merupakan sebatang silicon karbida (SiC) dengan ukuran diameter sekitar 5 mm dan panjang 50 mm. Radiasi maksimum Globar pada panjang gelombang 1,8 ? 2,0 mm atau pada bilangan gelombang 5500 ? 5000 cm-1.
Kawat Nikrom merupakan campuran nikel (Ni) dan khrom (Cr). Kaawat nikhrom berbentuk spiral dan mempunyai identitas radiasi yang lebih rendah dari Nernst Glower dan Globar tetapi mempunyai umur yang lebih panjang.
2. Tempat sampel
Tempat sampel atau sel tergantung dari jenis sampel. Untuk sampel berbentuk gas digunakan sel gas dengaan lebar sel atau panjang berkas radiasi 40 mm. Hal ini dimungkinkan untuk menaikkan sensitivitas karena adanya cermin yang dapat memantulkan berkas radiasi berulang kali melalui sampel.
Tempat sampel untuk sampel yang berbentuk cairan umumnya mempunyai panjang berkas radiasi kurang dari 1 mm biasanya dibuat lapisan tipis (film) diantara dua keeping senyawa yang transparan terhadap radiasi infra merah. Senyawa yang biasa digunakan adalah natrium klorida (NaCl), kalsium fluoride (CaF2), dan kalsium iodide (CaI2). Dapat juga dibuat larutan yang kemudian dimasukkan ke dalam sel larutan. Wadah sampel untuk larutan disebut sel larutan. Sampel dilarutkan ke dalam pelarut organic dengan konsentrasi 1 ? 5%. Pelarut organic yang biasa dipakai adalah karbon tetraklorida (CCl4), karbon disulfide (CS2) dan kloroform (CHCl3).
Wadah sampel untuk sampel padat mempunyai panjang berkas radiasi kurang dari 1 mm. Pelet KBr dibuat dengan menggerus sampel dan Kristal KBr (0,1 ? 2,0 % berdasarkan berat) sehingga merata, kemudian ditekan (sekitar 8 ton) sampai diperoleh pellet atau pil tipis. Bentuk pasta dibuat dengan mencampur sampel dan setets bahan pasta sehingga merata kemudian dilapiskan antara dua keeping NaCl yang transparan terhadap radiasi infra merah. Bahan pasta yang biasa digunakan adalah paraffin cair. Lapis tipis dibuat dengan meneteskan larutan dalam pelarut yang mudah menguap pada permukaan kepingan NaCl dan dibiarkan sampai menguap.
3. Monokhromator
Pada pemilihan panjang gelombang infra merah dapat digunakan filter, prisma atau grating. Seperti alat spektroskopi pada gambar di atas, berkas radiasi terbagi dua, sebagian melewati sampel dan sebagian melewati blanko (referece). Setelah itu kedua berkas sinar tersebut bergabung kembali dan kemudian dilewatkan ke dalam monokhromator
Filter biasa digunakan untuk tujuan analisis kuantitatif, sebagai contoh dengan panjang gelombang 9,0 mm untuk penentuan asetaldehida. Filter dengan panjang gelombang 13,4 mm untuk penentuan 0-diklorobenzena, dan filter dengan panjang gelombang 4,5 mm untuk penentuan dinitrogen oksida. Ada juga filter yang mempunyai panjang gelombang pada kisaran antara 2,5 sampai dengan 4,5 mm; 4,5 sampai dengan 8,0 mm, dan 8,0 sampai dengan 14,5 mm.
Prisma yang terbuat dari kuasa digunakan untuk daerah infra merah dekat (0,8 sampai dengan 3,0 mm). Prisma yang paling umum digunakan adalah terbuat dari Kristal natrium klorida dengan daerah frekuensi 2000 sampai 670 cm-1 (atau 5 ? 15 mm). Contoh prisma lainnya adalah Kristal kalium bromide dan cesium bromide yang sesuai untuk daerah spectrum infra merah jauh yaitu pada kisaran 15 ? 40 mm.
Prisma yang terbuat dari kuasa digunakan untuk daerah infra merah dekat (0,8 sampai dengan 3,0 mm). Prisma yang paling umum digunakan adalah terbuat dari Kristal natrium klorida dengan daerah frekuensi 2000 sampai 670 cm-1 (atau 5 ? 15 mm). Contoh prisma lainnya adalah Kristal kalium bromide dan cesium bromide yang sesuai untuk daerah spectrum infra merah jauh yaitu pada kisaran 15 ? 40 mm.
4. Detektor
Setelah radiasi infra merah melewati monokhromator, kemudian berkas radiasi ini dipantulkan oleh cermin dan akhirnya ditangkap oleh detector. Detektor pada spectrometer infra merah merupakan alat ayang bisa mengukur atau mendeteksi energy radiasi akibat pengaruh panas. Berbeda dengan jenis detector lainnya (misalnya phototube), pengukuran radiasi infra merah lebih sulit karena intensitas radiasi rendah dan energy foton infra merah juga rendah. Akibatnya signal dari detector infra merah keecil sehingga dalam pengukurannya harus diperkuat.
Terdapat dua macam detector yaitu thermocouple dan bolometer. Detektor yang paling banyak digunakan dalam spektrofotometer infra merah adalah thermocouple. Detektor thermocouple merupakan alat yang mempunyai impedans tinggi.
Detektor thermocouple terdiri dari dua kawat halus yang terbuat dari logam seperti platina (Pt) dan perak (Ag) atau antimony (Sb) dan bismuth (Bi). Energi radiasi infra merah akan menyebabkan terjadinya pemanasan pada salah satu kawat dan panasnya ini sebanding dengan perbedaan gaya gerak listrik yang dihasilkan dari kedua kawat.
Bolometer merupakan semacam thermometer resistans yang terbuat dari kawat platina atau nikel. Dalam hal ini akibat pemanasan akan terjadi perubahan tahanan pada bolometer sehingga signal menjadi tidak seimbang. Signal yang tidak seimbang ini kemudian diperkuat sehingga dapat dicatat atau direkam.
5. Rekorder
Signal yang dihasilkan dari detector kemudian direkam sebagai spectrum infra merah yang berbentuk puncak-puncak serapan. Spektrum infra merah ini menunjukkan hubungan antara absorban dan frekuensi atau bilangan gelombang atau panjang gelombang.
Sebagai absis adalah frekuensi (cm-1) atau panjang gelombang (mm) atau bilangan gelombang (cm-1), dan sebagai ordinat adalah transmitan(%) atau absorban.
Cara Penanganan Cuplikan
Penanganan cuplikan tergantung pada wujud cuplikan gas, cair atau padatan.
Penanganan cuplikan tergantung pada wujud cuplikan gas, cair atau padatan.
a. Gas
Dimasukkan dalam sel gas, yang menghadap langsung ke sumber sinar IR. Wadah (sel gas) tidak menyerap sinar pada gelombang IR.
b. Cairan
Cairan diteteskan pada pelat NaCl berupa film tipis, dan bila larutannya berair harus cepat-cepat dikeringkan agar pelat NaCl tidak rusak. Namun untuk larutan berair biasanya digunakan pelat CsI dan CaF2. Pelarut organic yang umumnya digunakan adalah yang tidak mengandung gugus fungsi utama agar jangan mengganggu analisa seperti toluene, heksana, kloroform, dll.
c. Padatan
1. Metode mull atau pasta
Contoh dihaluskan terlebih dahulu lalu dicampur dengan 1 tetes nujol (paraffin cair), diletakkan diatas jendela NaCl atau KBr dari sel yang tersedia ,kemudian ditekan kedua jendela NaCl atau KBr tersebut hingga tidak ditemukan gelmbung udara. (Cara ini mudah dan cepat pengerjaannya serta dapat digunakan untuk contoh berupa cairan (tetapi tidak bisa untuk analisis kuantitatif, karena puncaknya tertutup oleh spektrum nujol terutama pada senyawa dengan gugus CH3 dan CH2)).
2. Metode lempeng atau tablet KBr
Contoh digerus halus dan dicampur dengan serbuk KBr yang halus dengan perbandingan (1:100 mg). lalu dikempa hingga berbentuk tablet dengan alat khusus pada tekanan 7 ton selama 10 menit tanpa udara. (cara ini agak sulit dalam pembuatan lempengnya serta dibutuhkan waktu lama, tetapi keuntungannya yaitu KBR tidak ada pita serapannya pada daerah 4000-400 cm-1 hanya terkadang terluhat ada serapan pada 3448cm-1 dan 1639 cm-1 oleh kare3na pengaruh air oleh KBr dan keuntungan lainnya lempeng ini dapat digunakan dalam jangka lamaartinya pembacaan yang sama mampu diberikan walaupun sudah dibentuk sejak lama(selama ditempatkan pada kondisi yang sesuai).
3. Metode larutan
Contoh dilarutkan dengan pelarut nonpolar yang cocok, lalu diteteskan ke jendela NaCl atau KBr. (spektrum cara ini lebih baik ari cara KBr atau Mull. Cara ini dapat digunakan untuk pengukuran kuantitatif).kelemahannya : kebanyakan pelarut mempunyai pita serapan maksimum pada beberapa panjang gelombang. Pelarut yang biasa digunakan CCL4,CHCL3, CS2, aseton, dioksan dan tetrahidrofuran.
4. Metode film tipis
Contoh padat diletakkan diatas lempeng NaCl dan diteteskan pelarut yang cocok hingga larut lalu diratakan dengan lempeng NaCl lainnya, dibiarkan hingga contoh teruapkan dan diperolehlah lapisan tipis pada lempeng tersebut. contoh dilarutkan dahulu kemudian dengan pemanasan diatas penangas listrik. (cara ini haya untuk contoh yang tidak didegradasi dan cara ini baik untuk analisiskuantitatif).
Untuk menganalisis spektrum yang dihasilkan dari sepktroskopi inframerah, akan lebih mudah mengikuti langkah dalam menentukan masing-masing spektrum
1. Pertama lihat untuk ikatan karbonilC=O. Cari ikatan pada daerah 1820-1660 cm-1.
2. Jika ikatan C=O ada teliti lagi apakah termasuk dalam golongan asam, ester atau aldehid atau keton.
| ASAM | Cari indikasi bahwa ikatan O-H juga ada. Ikatan O-H mempunyai luas absobsi dekat 3300-2500 cm-1. Ini sebenarnya meliputi jangkauan ikatan C-H. Biasanya ada juga ikatan tunggal C-O dekat 1100-1300 cm-1. Cari pita karbonil dekat 1725-1700 cm-1. |
| ESTER | Cari absopsi C-O pada intensitas medium dekat 1300-1000 cm-1. Biasanya tidak ada pita O-H. |
| ALDEHYDE | Cari pita absopsi tipe aldehid C-H. Ada dua absorpsi yang lemah di sebelah kanan jngkauan ikatan C-H sekitar 2850 cm-1dan 1750cm-1 dan disebabkan oleh ikatan C-H merupakan bagian dari gugus fungsi aldehid (CHO). Cari pita karbonil sekitar 1740-1720 cm-1. |
| KETONE | Absobsi pita lemah CH aldehid akan tidak akan ada. Cari pita karbonil karbonil sekitar 1725-1702 cm-1. |
3. Jika tidak ada pita karbonil yang muncul dalam spektrum, cari pita O-H (alcohol).
| ALKOHOL | Cari the luas pita OH dekat 3600-3300 cm-1dan absorpsi pita C-O dekat 1300-1000 cm-1. |
4. Jika tidak ada pita karbonil dan pita O-H pada spektrum, teliti untuk ikatan rangkap, C=C dari aromatic atau alkena.
| ALKENA | Cari absopsi yang lemah dekat 1650cm-1 untuk ikatan rangkap. Akan ada jangkauan pita C-H dekat 3000cm-1. |
| AROMATIC | Cari ikatan rangkap C=C pada benzene yang muncul sebagai medium pengabsorpsi yang kuat dalam wilayah 1650-1450 cm-1. Jangkauan pita CH lebih lemah daripada dalam alkena.. |
5. Jika tidak ada satupun gugus sebelumnya yang dapat identifikasi kemungkinan itu adalah alkana.
| ALKANA | Absopsi utama akan diperoleh dari jangkauanC-H dekat 3000 cm-1. Spektrum akan lebih sederhana dengan pita lain dekat 1450 cm-1. |
6. Jika spektrum masih tetap tidak dapat ditentukan, kemungkinan itu adalah alkyl bromide.
| ALKYL BROMIDE | Cari jangkauan pita C-H dan spektrum relatif simple dengan absopsi di sebelah kanan dari 667 cm-1. |
Analisa Kuantitatif
Dalam penentuan analisis kuantitatif dengan infra merah digunakan hukum Beer. Kita dapat menghitung absorbtivitas molar ( ? ) pada panjang gelombang tertentu,dimana salah satu komponennya mengabsorbsi dengan kuat sedangkan komponen yang lain absorbsinya lemah atau bahkan tidak mengabsorbsi .
A = ?.bc
Adanya sinar hamburan pada suatu waktu membuat hukum Beer tidak dapat digunakan, terutama pada nilai absorbansi yang tinggi. Oleh karena itu digunakan metoda empiris. Metode base line yaitu untuk menyeleksi pita absorpsi yang dianalisis yang tidak jatuh kembali pada pita komponen yang dianalisis.
Energi dari foton inframerah dapat dihitung dengan menggunakan hubungan energi Planck
E = hn = h c/ ?
E = h c
h = 6.6 x 10-34 joule second
= Frekuensi foton
c = 3.0 x 108 meter/second
? = panjang gelombang cahaya
= = bilangan gelombang = cm-1
Daerah Spektrum Infra merah
Spektra yang akan diinterpretasikan harus memenuhi persyaratan berikut:
1. Resapan satu sama lainnya harus terpisah dan mempunyai intensitas yang memadai
2. Spektra harus berasal dari zat murni
3. Spektrofotometer harus dikalibrasi
4. Tehnik preparasi sampel harus nyata, selain itu posisi resapan, bentuk, dan tingkat intensitas sering membantu karna spesifik untuk gugus tertentu
Daerah peresapan infra merah dapat dibagi menjadi 3 bagian :
1. 4000-1300 cm-1 (2,5-7,7 ?m) : Functional group region (OH, NH, C=O)
2. 1300-909 cm-1 (7,7-11,0 ?m) : Finger print region, interaksi, vibrasi pada keseluruhan molekul
3. 909-650 cm-1 (11,0-15,4 ?m) : Aromatic region, out-of-plane C-H and ring bending absorption
a. Daerah Frekuensi Gugus Fungsional ?Terletak pada daerah radiasi 4000-1400 cm-1. Pita-pita absorpsi pada daerah ini utamanya disebabkan oleh vibrasi dua atom, sedangkan frekuensinya karakteristik terhadap massa atom yang berikatan dan konstanta gaya ikatan
b. Daerah Fingerprint ? Daerah yang terletak pada 1400-400 cm-1. Pita-pita absorpsi pada daerah ini berhubungan dengan vibrasi molekul secara keseluruhan. Setiap atom dalam molekul akan saling mempengaruhi sehingga dihasilkan pita-pita absorpsi yang khas untuk setiap molekul. Oleh karena itu, pita-pita pada daerah ini dapat dijadikan sarana identifikasi molekul yang tak terbantahkan.
Catatan : seri senyawa homolog seperti asam lemak rantai panjang biasanya mempunyai pita absorpsi yang hampir identik sehingga susah identifikasinya.
Standarisasi alat / kalibrasi alat :
Hidupkan power selama 15 menit.
1. Atur posisi pena / pencatat recorder pada posisi 4000 nm
2. Panjang gelombang ditempatkan pada posisi 4000 nm
3. Tempatkan sampel / kalibrasi pada tempatnya
4. Kecepatan kertas 12 menit setiap pekerjaan
5. Tekan tombol pena posisi 4000 nm
6. Tekan scanning
Tabel. Serapan Khas Beberapa Gugus fungsi
| Gugus | Jenis Senyawa | Daerah Serapan (cm-1) |
| C-H | alkana | 2850-2960, 1350-1470 |
| C-H | alkena | 3020-3080, 675-870 |
| C-H | aromatik | 3000-3100, 675-870 |
| C-H | alkuna | 3300 |
| C=C | Alkena | 1640-1680 |
| C=C | aromatik (cincin) | 1500-1600 |
| C-O | alkohol, eter, asam karboksilat, ester | 1080-1300 |
| C=O | aldehida, keton, asam karboksilat, ester | 1690-1760 |
| C-H | alkuna | 3300 |
| O-H | alkohol, fenol(monomer) | 3610-3640 |
| O-H | alkohol, fenol (ikatan H) | 2000-3600 (lebar) |
| O-H | asam karboksilat | 3000-3600 (lebar) |
| N-H | amina | 3310-3500 |
Spektrofotometer Infra Merah Transformasi
Pada dasarnya Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (disingkat FTIR) adalah sama dengan Spektrofotometer Infra Red dispersi, yang membedakannya adalah pengembangan pada sistim optiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati contoh. Dasar pemikiran dari Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red adalah dari persamaan gelombang yang dirumuskan oleh Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) seorang ahli matematika dari Perancis.
Dari deret Fourier tersebut intensitas gelombang dapat digambarkan sebagai daerah waktu atau daerah frekwensi.
Perubahan gambaran intensitas gelombang radiasi elektromagnetik dari daerah waktu ke daerah frekwensi atau sebaliknya disebut Transformasi Fourier.Selanjutnya pada sistim optik peralatan instrumen Fourier Transform Infra Red dipakai dasar daerah waktu yang non dispersif. Sebagai contoh aplikasi pemakaian gelombang radiasi elektromagnetik yang berdasarkan daerah waktu adalah interferometer yang dikemukakan oleh Albert Abraham Michelson (Jerman, 1831).
Cara keja spektrofotometer infra merah transformasi
Sistim optik Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red seperti pada gambar disamping ini dilengkapi dengan cermin yang bergerak tegak lurus dan cermin yang diam. Dengan demikian radiasi infra merah akan menimbulkan perbedaan jarak yang ditempuh menuju cermin yang bergerak ( M ) dan jarak cermin yang diam ( F ). Perbedaan jarak tempuh radiasi tersebut adalah 2 yang selanjutnya disebut sebagai retardasi ( ? ). Hubungan antara intensitas radiasi IR yang diterima detektor terhadap retardasi disebut sebagai interferogram. Sedangkan sistim optik dari Spektrofotometer Infra Red yang didasarkan atas bekerjanya interferometer disebut sebagai sistim optik Fourier Transform Infra Red.
Pada sistim optik Fourier Transform Infra Red digunakan radiasi LASER (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik.
Detektor yang digunakan dalam Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red adalah Tetra Glycerine Sulphate (disingkat TGS) atau Mercury Cadmium Telluride (disingkat MCT). Detektor MCT lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan detektor TGS, yaitu memberikan respon yang lebih baik pada frekwensi modulasi tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari radiasi infra merah.
Secara keseluruhan, analisis menggunakan Spektrofotometer ini memiliki dua kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu :
§ Dapat digunakan pada semua frekwensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada menggunakan cara sekuensial atau pemindaian.
§ Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri Fourier Transform Infra Red lebih besar daripada cara dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistim detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah.
reff : http://phsycologlove.blogspot.com/2015/02/spektrofotometer-infra-red.html
EmoticonEmoticon