SPEKTROSKOPI INFRAMERAH

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

                Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Pada abad pertengahan 19 kimiawan Jerman Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) dan fisikawan Jerman Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) berkerjasama mengembangkan spektrometer, mereka menemukan unsur yaitu rubidium dan cesium. Spektroskopi banyak berperan penting dalam penemuan gas mulia.

            Metode dengan bantuan spektrometer adalah spektroskopi. Spektometer terdiri dari sumber sinar, prisma, sel sampel, detektor dan pencatat. Fungsi prisma adalah untuk memisahkan sinar polimkromatis di sumber cahaya menjadi sinar monokromatis. Dalam spektrometer modern, sinar yang datang pada sampel diubah panjang gelombangnya secara kontinyu. Hasil percobaan diungkapkan dalam spektrum dengan absisnya menyatakan panjang gelombang (atau bilangan gelombang atau frekuensi) sinar datang dan ordinatnya menyatakan energi yang diserap sampel. Radiasi cahaya atau elektromagnet dapat dianggap menyerupai gelombang. Beberapa sifat fisika cahaya paling baik diterangkan dengan ciri gelombangnya, sedangkan sifat lain diterangkan dengan sifat partikel. Jadi cahaya dapat bersifat ganda. Diagram suatu gelombang yang ditandai dengan cirri yang penting dapat dilihat dalam gambar berikut :

λ = panjang gelombang, yaitu jarak yang ditempuh oleh gelombang selama satu siklus (Cycle), dengan satuan : satuan panjang/ siklus A = amplitude gelombang, yaitu perpindahan maksimum dari poros horizontal, satuan : satuan panjang T = periode, waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus sempurna, satuan : detik/ siklus Ʋ = frekuensi osilasi, jumlah siklus dalam tiap detik, satuan : siklus/detik atau Hertz.

1.2 Rumusan Masalah

            Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah:

a)      Apa pengertian spektroskopi Inframerah (IR)?

b)      Bagaimana instrument spektroskopi inframerah?

c)      Bagaimana aplikasi spektroskopi inframerah?

1.3 Tujuan

            Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui:

a)      pengertian spektroskopi Inframerah (IR)

b)      instrument spektroskopi inframerah

c)      aplikasi spektroskopi inframerah

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Teori Spektroskopi Infra Merah

 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. 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.

Transisi yang menghasilkan absorpsi Infra merah

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:

a)    Regangan Simetri, yaitu unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar.

b)   Regangan Asimetri, yaitu 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 :

a)    Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar

b)      Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar

c)      Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar

d)      Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar

Selain vibrasi peregangan, molekul juga mengalami vibrasi pelenturan yaitu rocking, scissoring, wagging dan twisting.

Presentasi Spektrum Inframerah

            Spektrum inframerah mungkin dipresentasikan dalam panjang gelombang linier axis dalam μm tetapi instrumen modern umumnya memprentasikan spektrum dalam 91 skala bilangan gelombang dengan perubahan dalam skala 2000 cm-1. Ini lebih baik karena pada umumnya spektrum akan lebih detil dibawah 2000 cm-1 daripada diatas 2000 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

·       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.

·       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.

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
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
C-N	Amina	1180-1360
-NO2	Nitro	1515-1560, 1345-1385

2.2 Instumentasi Spektrofotometer IR

            Spektrofotometer infra merah terdiri atas lima bagian utama, yaitu sumber radiasi,wadah sampel, monokromator, detektor dan rekorder.

Sumber radiasi

            Radiasi infra merah dihasilkan dari pemanassan suatu sumber radiasi dengan listrik sampai suhu antara 1500 -2000 K. Sumber radiasi yang biasa digunakan berupa NernstGlower, Globar dan kawat Nikhrom. Filamen Nernst dibuat dari campuran oksida zirkom (Zr) dan Yitrium (Y), yaitu ZrO2 dan Y2O3, atau campuran oksida thorium (TH) dan serium (Ce). Nernst Glower berupasilinder dengan diameter 1-2 mm dan panjang 20 mm. Pada ujung silinder dilapisi platinauntuk melewatkan arus listrik. Nernst Glower mempunyai radiasi maksimun pada panjang gelombang 1,4µm atau bilangan gelombang 7100 cm^-1. Globar merupakan sebatang silikon karbida(SiC) biasanya dengan diameter 5 mm dan panjang 50 mm. Radiasi maksimum Globar pada panjang gelombang 1,8-20µm atau bilangan gelombang 5500-5000 cm^-1.Kawat nikhrom merupakan campuran nikel (Ni) dan khrom (Cr). Kawat nikhrom ini berbentuk spiral dan mempunyai intensitas radiasi lebih rendah dari Nernst Glower danGlobar tetapi umurnya lebih panjang.

Wadah sampel 

            Wadah sampel sell tergantung dari jenis sampel. Untuk sampel berbentuk gas digunakan sel gas dengan 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.Wadah sampel untuk sampel berbentuk cairan umumnya mempunyai berkas radiasikurang dari 1 mm, biasanya dibuat dari lapisan tipis (film) diantara dua keping senyawa yangtranparan terhadap radiasi infra merah. Senyawa yang biasa digunakan adalah natrium klorida(NaCl), kalsium fluorida (CaF2), dan kalsium iodida (CaI2).Wadah sampel untuk padatan mempunyai panjang berka radiasi kurang dari 1 mm.Sampel berbentuk padatan ini dapat dibuat pelet, pasta atau lapis tipis.

Monokromator 

            Berkas radiasi dari sumber terbagi dua, sebagian melewati sampel dan sebagian lagi melewati blangko (reference). Setelah dua berkas tersebut bergabung kembali kemudian dilewatkan ke dalam monokromator. Pada pemilihan panjang gelombang infra merah dapatdigunakan filter, prisma atau grafting. Untuk tujuan analisis kuantitatif biasa digunakan filter sebagai contoh filter dengan panjang gelombang 9,0 µm untuk penentuan asetaldehida. Prisma yang terbuat dari kuarsa digunakan untuk daerah infra merah dekat (0,8-3µm).Prisma yang paling umum digunakan adalah terbuat dari kristal natrium klorida dengandaerah frekuensi 2000-670 cm-1(5-15µm). Contoh prisma lainnya kristal kalium bromidadan cesium bromida. Sebagian kristal tersebut dapat menyerap air, sehingga kristal ini harus benar-benar dijaga agar tidak kontak dengan air karena dapat meleleh atau menjadi buram/keruh. Selain itu air adalah senyawa yang dapat mengabsorpsi infra merah dengan kuat. Beberapa merek spektrofotometer infra merah menggunakan prisma atau lensa darikristal natrium klorida atau kalium bromida. Oleh karena itu monokromator harus dilindungidari kelembaban udara dan disekitanya harus selalu diberi bahan penyerap air misalnya silikagel.Umumnya grating memberikan hasil yang lebih baik daripada prisma. Biasanya gratingdibuat dari gelas atau plastik yang dilapisi dengan aluminium.

Detektor 

Setelah radiasi infra merah melewati monokromator kemudian berkas radiasi inidipantulkan oleh cermin-cermin dan akhirnya ditangkap oleh detektor. Detektor padaspektrofotometer infra merah merupakan alat yang bisa mengukur atau mendeteksi energiradiasi akibat pengaruh panas. Berbeda dengan detektor lainnya (misal phototube) pengukuran radiasi infra merah lebih sulit karena intensitas radiasi rendah dan energi fotoninfra merah juga rendah. Akibatnya signal dari detektor infra merah kecil sehingga dalam pengukurannya harus diperbesar.Terdapat dua macam detektor yaitu thermocouple dan bolometer. Detektor yang paling banyak digunakan adalah thermocouple. Thermocouple merupakanalat yang mempunyaiimpedans rendah dan seringkali dihubungkan denga preamplifier dengan impedans tinggi.Detektor thermocouple terdiri atas dua kawat halus terbuat dari logam seperti platina (Pt) dan perak (Ag) atau antimon (Sb) dan bismuth (Bi).Energi radiasi infra merah akan menyebabkan terjadinya pemanasan pada salah satukawat dan panasnya ini sebanding dengan perbedaan gaya gerak listrik (emf) yang dihasilkandari kedua kawat.

Bolometer merupakan semacam termometer resistans terbuat dari kawat platina ataunikel. Dalam hal ini akibat pemanasan akan terjadi perubahan tahanan pada bolometer sehingga signal tidak seimbang. Signal yang tidak seimbang ini kemudian diperkuat sehinggadapat dicatat atau direkam. Saat ini bolometer jarang digunakan dalam spektrofotometer inframerah

Rekorder 

            Signal yang dihasilkan dari detektor kemudian direkam sebagai spektrum infra merahyang berbentuk puncak-puncak absorpsi. Spektrum infra merah ini menunjukkan hubunganantara absorpsidan frekuensi atau bilangan gelombang atau panjang gelombang. Sebagai absisadalah frekuensi (cm^-1) atau panjang gelombang (µm) atau bilangan gelombang (cm^-1) dansebagai ordinat adalah transmittans (%) atau absorbans.

Penangan cuplikan

            Untuk keperluan kualitatif atau penentuan struktur molekul maka sampel yang diukur harus berupa senyawa yang murni. Sedangkan untuk keperluan kuantiatif, sampel boleh berupa campuran asalkan daerah panjang gelombangyang menjadi pengamatan tidak terjadigangguan dari senyawa-senyawa lain yang terdapat dalam komponen campuran. Semua bentuk sampel (padat, cair dan gas) dapat dilakukan pengukuran dengan spektrometer inframerah, tetapi masing-masing perlu dilakukan penanganan khusus agar didapatkan spectrum infra merah yang baik.

Sampel gas

            Sampel berupa gas dapat dianalisis secara langsung, hanya perlu diperhatikan adanyauap air dalam sampel tersebut. Adanya uap air dapat memberikan pita-pita serapan yangtajam. Pengukuran sampel gas memerlukan tempat sampel khusus, biasanya berupa silinder dari bahan silika. Silinder ini mempunyai dua buah lubang untuk tempat keluar masuknyagas. Sebagai penutup lubang tersebut dapat digunakan lempengan kristal NaCl.

Sampel cair 

            Sampel cair dapat dianalisis dalam bentuk murninya atau dalam bentuk larutan. Sampelcairan murni dianalisis secara langsung dengan cara membuat lapisan tipis yang diletakkandiantara celah yang dibuat dari dua lempengan NaCl yang diletakkan berhimpitan. Teballapisan tipis ini adalah 0,01 mm atau kurang. Sampel cairan murni yang terlalu tebalmenyerap sangat kuat, sehingga menghasilkan spektrum yang tidak memuaskan. Cairan yang mudah menguap dianalisis dalam sel tertutup dengan lapisan tipis. Lempeng perak kloridaatau KRS-5 dapat digunakan untuk sampel yang melarutkan NaCl.Larutan ditangani di dalam sel yang tebalnya 0,01-1 mm. Untuk sel yang tersedia,diperlukan larutan 0,05-10% sebanyak 0,1-1 ml. Sebuah sel yang mengandung pelarut murnidiletakkan pada berkas acuan. Dengan begitu, spektrum yang diperoleh adalah milik zatterlarut, kecuali pada daerah-daerah tempat pelarut menyerap dengan kuat.Pelarut yang dipilih haruslah cukup bening di daerah yang diperlukan dan pula haruskering. CCl4 merupakan pelarut yang paling baik sebab sedikit mengabsorpsi infra merah,tetapi tidak semua zat dapat larut dalam CCl4. Beberapa jenis pelarut lainnya antara lainkloroform dan sikloheksana. Pasangan zat terlarut dan pelarut yang bereaksi tidak dapatdigunakan. Contohnya, CS2tidak dapat digunakan sebagai pelarut amina primer dansekunder.

Sampel padat 

            Sampel berbentuk padat dapat dianalisis dalam bentuk pelet, pasta atau lapisan tipis.Bentuk pelet dibuat dengan menggerus campuran sampel dengan kristal KBr (0,1-2,0% berdasarkan berat)) hingga halus dan homogen. Campuran ini kemudian ditekan dengan alat pembuat pelet sampai tekanan 10-20 Mpa (Mega Pascal = ton/inc2) sehingga terbentu suatu pelet. Pelet yang baik harus jernih/transparan dan tidak retak. Selain kristal KBr dapat jugadigunakan kristal KI, CsI atau CsBr.Pasta (mul l) dibuat dengan menggerus sampel dengan beberapa tetesmulling oil sehingga terbentuk pasta. Pasta ini kemudian dioleskan di antara dua lempeng kristal NaClagar didapatkan lapisan yang tipis dan rata. Nujol (CH3(CH2)8CH3; parafin) suatu minyak tanah yang bertitik didih tinggi lazim digunakan sebagaimulling agent . Yang perludiperhatikan adalah Nujol dapat mengabsorpsi infra merah sehingga spektrum yang tebentuk  berupa campuran antara sampel dan Nujol. Bila pita-pita hidrokarbon mengganggu spektrum,maka Fluorolube (suatu polimer yang terhalogenasi seluruhnya oleh F dan Cl) atauheksaklorobutadiena dapat digunakan. Baik penggunaan Nujol maupun Fluorolube memungkinkan pembuatan spektrum yang bebas dari pita-pita yang menumpuk, di seluruhdaerah 4000-250 cm-1. Untuk analisis kualitatif, teknik mull mudah dan cepat, tetapi untuk analisis kuantitatif harus menggunakan internal tandar. Sedangkan lapis tipis dibuat denganmeneteskan larutan dengan pelarut yang mudah menguap pada permukaan kepingan NaCl dan dibiarkan sampai menguap.

Kalibrasi dan Standarisasi

            Kalibrasi spektrofotometer infra merah diperlukan untuk menyesuaikan antara skala panjang gelombang dan tranmittans dengan komponen-komponen lain di dalam alatspektrofotometer. Untuk mengkalibrasi skala panjang gelombang atau bilangan gelombangdapat digunakan kisi defraksi, tetapi cara ini sulit dilakukan kecuali oleh teknisi yang telah berpengalaman.Cara lain untuk mengkalibrasi ialah dengan menggunakan standar sekunder yaitu film polistirene. Spektrum dari polistirene digunakan sebagai pembanding terhadap spektrumsampel yang diukur oleh alat yang sama. Jika ada pergeseran-pergeseran pita serapan darispektrum sampel maka dapat dilakukan koreksi.Pada spektrofotometer infra merah yang single beam perlu diperiksa spektrum udara.Uap air dan CO₂ di udara dapat memberikan puncak-puncak serapan yang sangat tajam,sehingga dapat menimbulkan kesalahan interpretasi spektrum

3.3 Aplikasi Spektrometri Inframerah

Spektrofotometer infra merah dapat digunakan untuk beberapa hal berikut ini :

a.       Identfikasi gugus fungsional

b.      Dengan mempertimbangkan adanya informasi lain seperti titik lebur, titik didih, berat molekul dan refractive index maka dapat menentukan stuktur dan dapat mengidentifikasi senyawa

c.       Dengan menggunakan komputer, dapat mengidentifikasi senyawa bahkan campuran senyawa.

            Berikut ini contoh-contoh penerapan dari spektrofotometer IR untuk menentukan senyawa flavonoid yang terkandung pada Rimpang Temu Ireng (Curcuma aeruginosa Roxb.)

dari spectrum-spektrum tersebur menunjukkan keterangan dimana dalam analisis spektrum infra merah yang dilakukan tersebut spectra inframerah menunjukkan bahwa senyawa mempunyai gugus aromatis, C=O, - C-O dan paling sedikit satu gugus –CH3. Penggunaan  spektrofotometer IR itu digunakan untuk menentukan gugus fungsional dalam suatu senyawa tertentu.

BAB III

KESIMPULAN

Adapun kesimpulan dari makalah ini antara lain:

1)      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

2)      Spektrofotometer infra merah terdiri atas lima bagian utama, yaitu sumber radiasi,wadah sampel, monokromator, detektor dan rekorder.

3)      Spektrofotometer infra merah dapat digunakan untuk : (a) Identfikasi gugus fungsional; (b) Dengan mempertimbangkan adanya informasi lain seperti titik lebur, titik didih, berat molekul dan refractive index maka dapat menentukan stuktur dan dapat mengidentifikasi senyawa; (c) Dengan menggunakan komputer, dapat mengidentifikasi senyawa bahkan campuran senyawa.

DAFTAR PUSTAKA

Pavia, D. L., Lampman, G. M., Kriz, G.S., dan Vyvyan, J. R. 2009. Introduction to Spectroscopi. Sauders College: Philladelphia.

Santoni, A. 2009. ‘Elusidasi Struktur Senyawa Metabolit Sekunder Kulit Batang Surian (Toona sinensis) Meliaceae dan Uji Aktivitas Insektisida.’ Disertasi. Program Pascasarjana Universitas Andalas: Padang.

Sitorus, M. 2009. Spektroskopi Elusidasi Struktur Molekul Organik. Graha Ilmu: Yogyakarta.