SPEKTROMETER RESONANSI MAGNETIK INTI (RMI)

Prinsip Kerja Spektrofotometri Resonansi Magnetik Inti

Metode spektrofotometri jenis ini didasarkan pada penyerapan energi oleh

partikel yang sedang berputar di dalam medan magnet yang kuat. Energi yang

dipakai dalam pengukuran dengan metode ini berada pada daerah gelombang

radio 75-0,5 m atau pada frekuensi 4-600 MHz, yang bergantung pada jenis inti

yang diukur.

Inti yang dapat diukur dengan NMR yaitu :

a. Bentuk bulat

b. Berputar

c. Bilangan kuantum spin = ½

d. Jumlah proton dan netron ganjil, contoh : 1H, 19F, 31P, 11B, 13C

Di dalam medan magnet, inti aktif NMR (misalnya 1H atau 13C)

menyerap pada frekuensi karakteristik suatu isotop. Frekuensi resonansi, energi

absorpsi dan intensitas sinyal berbanding lurus dengan kekuatan medan magnet.

Sebagai contoh, pada medan magnet 21 tesla, proton beresonansi pada 900 MHz.

nilai magnet 21 T dianggap setara dengan magnet 900 MHZ, meskipun inti yang

berbeda beresonansi pada frekuensi yang berbeda.

Inti yang sama beresonansi pada frekuensi audio pada medan magnet

bumi. Fenomena ini dimanfaatkan oleh spektrometer NMR medan bumi, yang

lebih murah dan mudah dibawa. Instrumen ini biasa digunakan untuk keperluan

kerja lapangan dan pengajaran.

Bagian Terpenting Spektrofotometer RMI

1. Magnet kutub utara dan selatan yang dapat diubah kekuatannya dalam

rentang kecil tertentu. Induksi medan magnet magnetic flux density

dinyatakan dalam standar internasional (SI), yang disimbolkan sebagai H0,

dengan satuan kekuatan dalam Tesla (T). Kekuatan medan magnet RMI harus

disesuaikan terhadap momen magnet inti proton atau Untuk spektrometer

RMI umum dipakai Ho = 2,35 T yang sesuai dengan frekuensi 100 MHz.

Ada tiga jenis magnet yang dipakai :

a. Magnet yang permanen,

b. Elektromagnet

c. Magnet superkonduksi

2. Pancaran frekuensi Radio (RF) dibuat tetap. Oleh sebab itu spektrum RMI

adalah merupakan grafik yang menunjukkan banyaknya energi yang

diabsorpsi oleh inti atom dirajah terhadap kuat medan magnet luar (Ho).

3. Tempat sampel merupakan tabung gelas yang diletakkan di antara dua magnet

utara dan selatan. Tabung gelas ini tempatnya dalam lilitan kumparan RF.

Tabung sampel ini bergasing vertikal, berkekuatan di atas 25 Hz dengan

memakai pemutar turbin udara.

Atom Hidrogen sebagai Magnet Kecil

Kompas jarum akan mengarah pada medan magnet bumi dengan arah

utara. Jika jarum kompas tersebut diputar dengan jari sehingga menunjukkan arah

selatan (arah yang berlawanan dengan medan magnet bumi). Posisi ini sangat

tidak stabil karena berlawanan dengan arah medan magnet bumi, dan jika

dibiarkan jarum akan segera kembali ke posisi semula yang lebih stabil.

Inti hidrogen juga mempunyai perilaku seperti magnet kecil dan inti-inti

hidrogen dapat juga diatur arahnya agar sesuai dengan arah medan magnet luar

atau berlawanan dengan arah medan magnet luar. Arah yang berlawanan dengan

medan adalah tak stabil (energinya tinggi). Ini memungkinkan untuk mengubah

arahnya dari yang lebih stabil ke kurang stabil dengan memberikan energi yang

sesuai.

Energi yang dibutuhkan untuk mengubahnya tergantung pada kekuatan

medan magnet luar yang digunakan, tetapi biasanya dalam kisaran gelombang

radio – pada frekuansi antara 60 – 100 MHz. (frekuansi radio BBC 4 adalah

diantara 92-95 MHz). Hal ini memungkinkan untuk mendeteksi hubungan antara

gelombang radio pada frekuensi tertentu dengan perubahan orientasi proton

sebagai suatu puncak dalam grafik. Perubahan proton dari satu arah ke arah lain

oleh gelombang radio disebut dengan kondisi resonansi.

Ciri-ciri spektrum RMI

1. Puncak

Pada gambar terdapat dua puncak karena ada dua lingkungan hidrogen

yang berbeda – dalam gugus CH3 dan gugus COOH yang mengandung

oksigen. Mereka berada pada posisi yang berbeda dalam spektrum

karena membutuhkan medan magnet luar yang sedikit berbeda untuk

menyebabkannya beresonansi pada frekuensi radio tertentu.

Ukuran kedua puncak memberikan informasi yang penting, yaitu

banyaknya atom hidrogen dalam tiap-tiap lingkungan. Bukan tinggi

puncaknya tetapi perbandigan luas area di bawah puncak. Jika anda dapat

menghitung luas area di bawah puncak pada diagram di atas, anda akan

mendapatkan perbandingannya 3 (untuk puncak yang besar) dan 1 (untuk

yang kecil). Perbandingan 3:1 menunjukkan banyaknya atom hidrogen

dalam dua lingkungan yang berbeda – hal ini sesuai untuk CH3COOH.

2. Perlunya standar sebagai pembanding – TMS

TMS dipilih sebagai standar karena beberapa alasan, diantaranya:

TMS mempunyai 12 atom hidrogen yang semuanya memiliki

lingkungan kimia yang sama. Mereka terikat oleh atom yang sama

dengan cara yang sama sehingga tidak hanya menghasilkan puncak

tunggal tetapi juga puncak yang kuat (karena ada banyak atom

hidrogen).

Hidrogen pada senyawa ini lebih terlindungi dibandingkan pada

senyawa lain karena adanya elektron-elektron ikatan C-H. Ini artinya

inti hidrogen lebih terlindungi dari medan magnet luar, dan anda harus

meningkatkan medan magnet untuk membawa hidrogen ini kembali ke

kondisi resonansinya.

Pengaruh dari hal ini adalah TMS menghasilkan puncak yang ekstrim pada sisi

kanan dan puncak lain akan muncul di sebelah kirinya.

3. Pergeseran kimia

Skala horisontal ditunjukkan sebagai (ppm). dinamakan pergeseran

kimia/chemical shift dan dihitung dalam bagian per juta/parts per million –

ppm.

Suatu puncak dengan pergeseran kimia, misalnya 2.0 artinya atom-atom

hidrogen yang memunculkan puncak tersebut memerlukan medan magnet 2

juta lebih kecil dari medan yang dibutuhkan oleh TMS untuk menghasilkan

resonansi.

4. Pelarut untuk spektroskopi RMI

Spektrum RMI biasanya ditentukan dari larutan substansi yang akan

dianalisis. Untuk itu pelarut yang digunakan tidak boleh mengandung atom

hidrogen, karena adanya atom hidrogen pada pelarut akan mengganggu puncak-

puncak spektrum.

Ada dua cara untuk mencegah gangguan oleh pelarut. Pertama, dapat

menggunakan pelarut seperti tetraklorometana, CCl4, yang tidak mengandung

hidrogen, atau anda dapat menggunakan pelarut yang atom-atom hidrogennya

telah diganti dengan isotopnya, deuterium, sebagai contoh CDCl3 sebagai ganti

CHCl3. Semua spektrum RMI pada bagian ini menggunakan CDCl3 sebagai

pelarut. Atom-atom deuterium mempunyai sifat-sifat magnetik yang sedikit

berbeda dari hidrogen, sehingga mereka akan menghasilkan puncak pada area

spektrum yang berbeda.