BAB 1PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangSpektrum gelombang elektromagnetik dan transisi elektron adalah perpindahan elektron dari orbit yang satu ke orbit yang lain dengan memancarkan gelombang elektromagnetik. Ketika berpindah dari orbit yang luar ke orbit yang dalam, elektron akan memancarkan energy sebesar E=hf, dengan f adalah frekuensi gelombang yang dipancarkan. Jika elektron berpindah dari orbit yang lebih dalam ke orbit yang lebih luar, elektron akan menyerap energy sebesar hf.Energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya proses transisi elektron dari kulit yang lebih dalam ke kulit yang lebih luar harus lebih besar dari pada selisih tingkat energi dari lintasan asal dan lintasan tujuan.Proses ini disebut sebagai proses eksitasi.Proses transisi elektron tidak hanya terjadi pada lintasan-lintasan yang berurutan, mungkin saja terjadi transisi dari lintasan M ke lintasan K. Energi yang dipancarkan oleh transisi elektron dari lintasan M ke lintasan K lebih besar daripada transisi darilintasan L ke lintasan K. Tingkat energi lintasan dari setiap atom tidak sama.

1.2 TujuanTujuan dari pembuatan makalah ini adalah untuk menambah pengetahuan mahasiswa dan juga khalayak tentang elektron dari transisi, vibrasi dan rotasinya.

BAB IIISI

2.1 Tingkat Energi RotasiMolecular energy states arise from the rotation of the whole molecule, from the vibration of its atoms, and from changes in its electronic configuration:Keadaan energi molekular timbul dari rotasi seluruh molekul, dari getaran atom, dan dari perubahan konfigurasi elektronik: 1. Rotational states are separated by quite small energy intervals of the order of 10 -3 eV. Keadaan rotasi terjadi pada interval energi cukup kecil yaitu 10 -3 eV. This corresponds to the microwave spectrum (10 -4 -10 -2 m). Ini sesuai dengan spektrum gelombang mikro (10 -4 -10 -2 m). 2. Vibrational states are separated by energies of the order 10 -1 eV. Keadaan vibrasi ditimbulkan oleh energi dari urutan 10 -1 eV. The transitions correspond to the infrared region (10 -6 -10 -4 m). Gerak Transisi sesuai dengan daerah inframerah (10 -6 -10 -4 m). 3. Molecular electronic states have energies of the order of several eV'sGGGggjgjjs Gjkoiko Keadaan Elektronik molekul memiliki energi dari urutan beberapa eV ini. The transitions are in the visible and ultraviolet range. Transisi berada di kisaran ultravioet visibel.The rotational energy is given byEnergi rotasi :

Given thatmengingat,

where I is the moment of inertidimana I adalah momen inersia: , where , Di mana is the reduced mass and adalah massa berkurang dan is the inter-nuclei distance. adalah jarak antar inti. Given the fact that the orbital angular momentum is quantized, the energy is thereforeMengingat fakta bahwa momentum sudut orbital dikuantisasi, energi karena itu

withdengan . . The transition frequency is given Frekuensi transisi diberikan

and the selection for transition between rotational states is given bydan pilihan untuk transisi antara keadaan-keadaan rotasi diberikan oleh Tingkat Tingkat Energi RotasionalMolekul dwiatomik berotasi terhadap poros yang melalui pusat massanyaEnergi dari rotasi molekul seluruhnya berupa energi kinetic. Misalkan m1 dan m2 adalah massa masing masing atom yang bergerak dengan kelajuan v1 dan v2. Masing masing kecepatan linier tersebut ialah

dengan r1 ialah jarak dari atom m1 ke sumbu rotasi dan r2 adalah jarak adari atom m2 ke sumbu rotasi. Momentum angular rotasi terhadap porosnya ialah

Dengan I adalah momen inersiaEnergi rotasinya adalah

17

angular. Momentum angular ini merupakan variabel dinamis yaitu harganya terkuantisasi bergantung pada bilangan kuantum orbitalBila sumbu rotasinya melalui pusat massa molekul maka

Dan panjang ikatan (bond length) dapat dinyatakan dengan

Maka,

Momen inersia terhadap pusat massa menjadi

Dengan M adalah massa reduksi

2 Dengan demikian energi rotasional molekul diatomik menjadi

Tingkat energi rotasional ialah pada l =0, E= 0Tingkat energi eksitasi rotasi pertama pada Tingkat energi eksitasi rotasi kedua pada

Apabila terjadi transisi dari tingkat energi rotasional tinggi ke tingkat energi rotasional dibawahnya maka molekul akan memancarkan energi sebesar

Sebaliknya apabila molekul menyerap foton dari luar maka molekul akan tereksitasi dari keadaan energi awal ke keadaan energi rotasi diatasnya.2.2 Transisi RotasiTransisi rotasi adalah perubahan mendadak dalam momentum sudut dalam fisika kuantum. Seperti semua sifat-sifat lainnya dari partikel kuantum, momentum sudut terkuantisasi, yang berarti dapat hanya nilai diskrit yang sama tertentu, yang sesuai dengan berbagai keadaan energi rotasi. Ketika partikel kehilangan momentum sudut, dikatakan telah dialihkan ke keadaan energi rotasi yang lebih rendah. Demikian juga, ketika sebuah partikel keuntungan momentum sudut, transisi rotasi positif dikatakan telah terjadi.Transisi rotasi penting dalam fisika karena garis spektrum yang unik yang dihasilkan. Karena ada keuntungan bersih atau kehilangan energi selama transisi, radiasi elektromagnetik dari frekuensi tertentu harus diserap atau dipancarkan. Ini membentuk garis spektrum pada frekuensi yang dapat dideteksi dengan spektrometer, seperti dalam spektroskopi rotasi atau spektroskopi Raman.2.3 Spektrum Rotasi Raman Spektroskopi Raman (/ rmn /; dinamai Sir CV Raman). Adalah teknik spektroskopi digunakan untuk mengamati mode frekuensi rendah getaran, rotasi, dan lainnya dalam suatu sistem [1] Hal ini bergantung pada hamburan inelastis, atau hamburan Raman, cahaya monokromatik , biasanya dari laser di kisaran ultraviolet terlihat, dekat inframerah, atau dekat. Lampu laser berinteraksi dengan getaran molekul, fonon atau Eksitasi lain dalam sistem, sehingga energi dari foton laser yang sedang bergeser ke atas atau bawah. Pergeseran energi memberikan informasi tentang mode getaran dalam hasil spektroskopi system.Infrared serupa, tetapi saling melengkapi, informasi. Spektroskopi Raman umumnya digunakan dalam kimia untuk memberikan sidik jari dimana molekul dapat diidentifikasi.Biasanya, sampel diterangi dengan sinar laser. Radiasi elektromagnetik dari titik diterangi dikumpulkan dengan lensa dan dikirim melalui monokromator. Radiasi tersebar elastis pada panjang gelombang yang sesuai dengan garis laser (Rayleigh hamburan) disaring, sedangkan sisanya dari cahaya yang dikumpulkan tersebar ke detektor dengan baik filter takik atau band pass filter.Hamburan Raman spontan biasanya sangat lemah, dan sebagai hasilnya kesulitan utama spektroskopi Raman memisahkan cahaya inelastic tersebar lemah dari sinar laser intens Rayleigh tersebar. Secara historis, Ramanspectrometers digunakan kisi-kisi hologram dan beberapa tahapan dispersi untuk mencapai tingkat tinggi laser penolakan. Di masa lalu, photomultipliers adalah detektor pilihan untuk dispersif setup Raman, yang mengakibatkan waktu akuisisi yang lama. Namun, instrumentasi modern yang hampir secara universal mempekerjakan kedudukan atau tepi filter untuk penolakan laser dan spektrograf baik transmissive aksial (AT), Czerny-Turner (CT) monokromator, atau FT (Fourier transform spektroskopi berbasis), dan detektor CCD.Ada beberapa jenis maju spektroskopi Raman, termasuk permukaan ditingkatkan Raman, resonansi Raman, ujung-ditingkatkan Raman, terpolarisasi Raman, dirangsang Raman (analog dengan emisi terstimulasi), transmisi Raman, spasial diimbangi Raman, dan hiper Raman.Landasan TeoriEfek Raman terjadi ketika radiasi elektromagnetik impinges pada molekul dan berinteraksi dengan kerapatan elektron terpolarisasi dan ikatan molekul dalam fase (padat, cair atau gas) dan lingkungan di mana molekul menemukan dirinya. Untuk efek Raman spontan, yang merupakan bentuk hamburan cahaya inelastis, foton (radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang tertentu) menggairahkan (berinteraksi dengan) molekul baik tanah negara rovibronic atau negara rovibronic bersemangat. Hal ini menyebabkan molekul berada dalam keadaan energi maya yang disebut untuk waktu singkat sebelum hasil foton inelastic tersebar. Menghasilkan foton inelastic tersebar yang "dipancarkan" / "tersebar" bisa menjadi salah satu dari yang lebih tinggi (anti-Stokes) atau lebih rendah (Stokes) energi daripada foton yang masuk. Dalam hamburan Raman negara rovibronic dihasilkan dari molekul adalah negara rotasi atau getaran yang berbeda dari yang di mana molekul awalnya, sebelum berinteraksi dengan foton yang masuk (radiasi elektromagnetik). Perbedaan energi antara negara rovibronic asli dan negara rovibronic dihasilkan ini menyebabkan pergeseran frekuensi foton yang dipancarkan jauh dari panjang gelombang eksitasi, yang disebut garis Rayleigh. Efek Raman adalah karena hamburan inelastik dan tidak harus bingung dengan emisi (fluoresensi atau fosfor) di mana molekul dalam keadaan elektronik tereksitasi memancarkan foton energi dan kembali ke keadaan elektronik dasar, dalam banyak kasus ke keadaan vibrationally gembira di tanah negara elektronik permukaan energi potensial.Jika keadaan getaran akhir molekul yang lebih energik daripada keadaan awal, foton inelastic tersebar akan bergeser ke frekuensi yang lebih rendah untuk energi total sistem untuk tetap seimbang. Pergeseran dalam frekuensi yang ditunjuk sebagai pergeseran Stokes. Jika keadaan getaran akhir kurang energik dibandingkan dengan keadaan awal, maka foton inelastic tersebar akan bergeser ke frekuensi yang lebih tinggi, dan ini ditunjuk sebagai pergeseran anti-Stokes. Raman hamburan adalah contoh dari hamburan inelastis karena energi dan momentum transfer antar foton dan molekul selama interaksi. Rayleigh hamburan adalah contoh dari hamburan elastis, energi hamburan Rayleigh yang tersebar adalah frekuensi yang sama (panjang gelombang) sebagai radiasi elektromagnetik yang masuk.Perubahan pada listrik dipol-listrik polarisabilitas molekul sehubungan dengan getaran berkoordinasi sesuai dengan keadaan rovibronic diperlukan untuk molekul untuk menunjukkan efek Raman. Intensitas hamburan Raman sebanding dengan dipol-dipol listrik perubahan polarisabilitas listrik. Spektrum Raman (Raman hamburan intensitas sebagai fungsi dari Stokes dan pergeseran anti-Stokes frekuensi) tergantung pada rovibronic (tingkat energi rotasi dan vibrasi dari keadaan elektronik dasar) menyatakan sampel. Ketergantungan ini pada dipol-dipol listrik listrik polarisabilitas turunan berbeda dari spektroskopi inframerah di mana interaksi antara molekul dan cahaya ditentukan oleh momen dipol listrik derivatif, yang disebut tensor kutub atom (APT); Fitur kontras ini memungkinkan seseorang untuk menganalisis transisi yang mungkin tidak IR aktif melalui spektroskopi Raman, sebagaimana dicontohkan oleh aturan saling pengecualian dalam molekul centrosymmetric. Band yang memiliki intensitas Raman besar dalam banyak kasus memiliki intensitas inframerah yang lemah dan sebaliknya. Untuk molekul yang sangat simetris, getaran tertentu mungkin baik inframerah dan Raman aktif (dalam pendekatan harmonik). Dalam contoh-contoh, seseorang dapat menggunakan techniquie inelastis hamburan neutron inkoheren untuk menentukan frekuensi getaran. Aturan seleksi untuk hamburan neutron koheren inelastis (IINS) berbeda dengan kedua hamburan inframerah dan Raman. Oleh karena itu tiga jenis spektroskopi vibrasi saling melengkapi, semua memberikan dalam teori frekuensi yang sama untuk Perpindahan getaran yang diberikan, namun intensitas relatif memberikan informasi yang berbeda karena jenis interaksi antara molekul dan radiasi elektromagnetik untuk spektroskopi inframerah dan Raman dan dengan balok neutron untuk IINS.

SejarahMeskipun hamburan inelastis cahaya diperkirakan oleh Adolf Smekal pada tahun 1923, [2] itu tidak sampai 1928 bahwa diamati dalam praktek. Efek Raman bernama setelah salah satu penemunya, ilmuwan India Sir CV Raman yang mengamati efek dengan cara sinar matahari (1928, bersama dengan KS Krishnan dan mandiri oleh Grigory Landsberg andLeonid Mandelstam) [1] Raman memenangkan Hadiah Nobel dalam. fisika pada tahun 1930 untuk penemuan ini dilakukan dengan menggunakan sinar matahari, band fotografi penyaring sempit untuk membuat cahaya monokromatik, dan "filter menyeberang" untuk memblokir cahaya monokromatik ini. Ia menemukan bahwa sejumlah kecil cahaya telah berubah frekuensi dan melewati "menyeberang" filter.Teori perintis sistematis efek Raman dikembangkan oleh fisikawan Cekoslowakia George Placzek antara tahun 1930 dan 1934. [3] merkuri busur menjadi sumber cahaya utama, pertama dengan deteksi fotografi dan kemudian dengan deteksi spektrofotometri.Dalam tahun-tahun berikutnya penemuannya, Raman spektroskopi digunakan untuk menyediakan katalog pertama frekuensi getaran molekul. Awalnya, langkah-langkah heroik yang diperlukan untuk mendapatkan spektrum Raman karena sensitivitas rendah dari teknik ini. Biasanya, sampel diadakan di tabung panjang dan diterangi sepanjang panjangnya dengan seberkas cahaya filteredmonochromatic yang dihasilkan oleh lampu pelepasan gas. Foton yang tersebar oleh sampel dikumpulkan melalui datar optik di ujung tabung. Untuk memaksimalkan sensitivitas, sampel sangat terkonsentrasi (1 M atau lebih) dan volume relatif besar (5 mL atau lebih) yang digunakan. Akibatnya, penggunaan spektroskopi Raman menyusut ketika spektrofotometer IR komersial menjadi tersedia di tahun 1940-an. Namun, munculnya laser pada tahun 1960 mengakibatkan disederhanakan instrumen spektroskopi Raman dan juga meningkatkan sensitivitas teknik. Ini telah menghidupkan kembali penggunaan spektroskopi Raman sebagai teknik analisis yang umum.Raman pergeseranPergeseran Raman biasanya dilaporkan dalam wavenumbers, yang memiliki unit panjang terbalik, karena nilai ini secara langsung berhubungan dengan energi. Dalam rangka untuk mengkonversi antara spektral panjang gelombang dan bilangan gelombang dari pergeseran spektrum Raman, rumus berikut dapat digunakan:

di mana pergeseran Raman dinyatakan dalam bilangan gelombang, 0 adalah panjang gelombang eksitasi, dan 1 adalah spektrum panjang gelombang Raman. Paling umum, unit dipilih untuk mengekspresikan bilangan gelombang dalam spektrum Raman sentimeter terbalik (cm-1). Karena panjang gelombang sering dinyatakan dalam satuan nanometer (nm), rumus di atas dapat skala untuk unit konversi ini secara eksplisit, memberikan

AplikasiSpektroskopi Raman umumnya digunakan dalam kimia, karena informasi vibrasi khusus untuk ikatan kimia dan simetri molekul. Oleh karena itu, ia menyediakan sidik jari dimana molekul dapat diidentifikasi. Misalnya, frekuensi getaran dari SiO, Si2O2, dan Si3O3 diidentifikasi dan ditetapkan berdasarkan koordinat analisis yang normal dengan menggunakan spektrum inframerah dan Raman. [4] Wilayah sidik jari molekul organik dalam (bilangan gelombang) berkisar 500-2000 cm -1. Cara lain bahwa teknik yang digunakan adalah untuk mempelajari perubahan ikatan kimia, seperti ketika substrat ditambahkan ke enzim.Analisis gas Raman memiliki banyak aplikasi praktis. Misalnya, mereka digunakan dalam pengobatan untuk real-time monitoring dari campuran gas anestesi dan pernapasan selama operasi.Dalam kimia solid state dan industri bio-farmasi, spektroskopi Raman dapat digunakan untuk tidak hanya mengidentifikasi (ID) bahan aktif farmasi (API), tetapi dalam kasus beberapa bentuk polimorfik, juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi bentuk polimorfik API. Misalnya ada 4 bentuk polimorfik yang berbeda dari API (aztreonam) di Cayston, obat dipasarkan oleh Gilead Sciences untuk cystic fibrosis [rujukan?]. Kedua spektroskopi inframerah dan Raman dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan mengkarakterisasi API yang digunakan dalam perumusan Cayston. Dalam formulasi bio-farmasi, seseorang harus menggunakan tidak hanya molekul yang benar, namun bentuk polimorfik benar, sebagai bentuk polimorfik yang berbeda memiliki sifat fisik yang berbeda, misalnya, kelarutan, titik leleh, dan Raman / spektrum inframerah.Dalam fisika solid-state, spektroskopi Raman spontan digunakan untuk, antara lain, mengkarakterisasi bahan, mengukur suhu, dan menemukan orientasi kristalografi sampel. Seperti molekul tunggal, bahan padat yang diberikan memiliki mode phonon karakteristik yang dapat membantu suatu percobaan mengidentifikasi itu. Selain itu, spektroskopi Raman dapat digunakan untuk mengamati Eksitasi frekuensi rendah lainnya yang padat, seperti plasmon, magnons, dan kesenjangan superkonduktor Eksitasi. Sinyal Raman spontan memberikan informasi tentang populasi mode phonon diberikan dalam rasio antara Stokes (downshifted) intensitas dan anti-Stokes (upshifted) intensitas.Raman hamburan oleh kristal anisotropik memberikan informasi tentang orientasi kristal. Polarisasi dari Raman tersebar cahaya sehubungan dengan kristal dan polarisasi sinar laser dapat digunakan untuk menemukan orientasi kristal, jika struktur kristal (untuk lebih spesifik, kelompok titik) diketahui.Spektroskopi Raman adalah dasar untuk Suhu Distributed Sensing (DTS) di sepanjang serat optik, yang menggunakan backscatter Raman-bergeser dari pulsa laser untuk menentukan suhu di sepanjang serat optik.Serat aktif Raman, seperti aramid dan karbon, memiliki mode getaran yang menunjukkan pergeseran frekuensi Raman stres diterapkan. Serat polypropylene juga menunjukkan pergeseran yang sama. Modus radial pernapasan adalah teknik yang umum digunakan untuk mengevaluasi diameter nanotube karbon. Dalam nanoteknologi, mikroskop Raman dapat digunakan untuk menganalisis kawat nano untuk lebih memahami komposisi struktur.Raman spektroskopi spasial offset (sors), yang kurang sensitif terhadap permukaan lapisan dari Raman konvensional, dapat digunakan untuk menemukan obat palsu tanpa membuka kemasannya, dan untuk pemantauan non-invasif jaringan biologis. [5] spektroskopi Raman dapat digunakan untuk menyelidiki komposisi kimia dari dokumen sejarah seperti thebook Kells dan berkontribusi terhadap pengetahuan tentang kondisi sosial dan ekonomi pada saat dokumen-dokumen yang dihasilkan. [6] Hal ini sangat membantu karena spektroskopi Raman menawarkan cara non-invasif untuk menentukan yang terbaik tentu pelestarian atau perawatan konservasi bahan tersebut.Beberapa proyek penelitian menunjukkan penggunaan spektroskopi Raman sebagai sarana untuk mendeteksi bahan peledak dengan menggunakan sinar laser dari jarak aman (Portendo, 2008, [7] TU Vienna, 2012 [8]).Spektroskopi Raman juga telah digunakan untuk mengkonfirmasi prediksi adanya fonon frekuensi rendah [9] protein dan DNA (lihat, misalnya, [10] [11] [12] [13]) sangat merangsang studi frekuensi rendah gerak kolektif dalam protein dan DNA dan fungsi biologis mereka. [14] [15]Raman molekul reporter dengan gugus olefin atau alkuna sedang dikembangkan untuk memungkinkan untuk pencitraan jaringan dengan antibodi SERS-label. [16]microspectroscopySpektroskopi Raman menawarkan beberapa keuntungan untuk analisis mikroskopis. Karena teknik hamburan, spesimen tidak perlu diperbaiki atau dipotong. Spektrum Raman dapat dikumpulkan dari volume yang sangat kecil (