4. Bagaimana anda menyusun materi pelatihan analisis kepada teknisi di laboratorium tentang metoda yang dipilih, yang meliputi: Teori dasar analisis dalam metoda yang dipilih Prinsip dasar cara kerja instrumen Mengartikan spektra yang diperoleh dari hasil pengamatanJawaban:Metode yang dipilih dalam analisis ini adalah Infrared Absorption Spectroscopy. Teori dasar analisis Infrared Absorption SpectroscopyInfrared spectroscopy adalah salah satu teknik analisis kimia yang sangat penting dalam bidang sains, satu keunggulan utama dari infrared spectroscopy adalah dapat mempelajari segala jenis sampel dalam segala keadaan. Baik cairan, larutan, pasta, serbuk, fiber, maupun gas semuanya dapat dianalisis dengan metode ini melalui teknik sampling yang tepat. Teknik IR dapat mengidentifikasi keberadaan senyawa organik murni dan senyawa non-organik, hal ini disebabkan semua spesi molekular menyerap radiasi infra merah kecuali pada beberapa homonuclear molekul seperti O2, N2, Cl2.IR adalah teknik yang didasari oleh vibrasi pada atom dari suatu molekul. Spektrum inframerah biasanya diperoleh dengan melewatkan radiasi inframerah melalui sebuah sampel dan menentukan fraksi radiasi yang diserap pada energi tertentu. Energi dimana terdapat puncak pada spektrum absorpsi berkorespodensi dengan frekuensi vibrasi dari molekul sampel sehingga dengan mengetahui spektrum inframerah dari suatu sampel, kita dapat mengidentifikasi sampel tersebut.Untuk suatu molekul agar dapat menunjukkan absorpsi inframerah harus memiliki suatu sifat khusus, yaitu harus terjadi perubahan dipol elektrik pada molekul selama vibrasi. Interaks dari radiasi inframerah dengan suatu sampel dapat dipahami sebagai perubahan dipol dalam molekul yang berkaitan dengan vibrasi dan rotasi.

Gambar ??. Perubahan dipol elektrik selama vibrasi

Definisi vibrasi pada molekul adalah pergerakan relatif antar atom pada suatu molekul sehingga panjang ikatan antar atom berubah dengan nilai frekuensi tertentu. Setiap molekul memiliki sejumlah mode vibrasi sesuai derajat kebebasan dan derajat rotasi yang dipengaruhi oleh jumlah atom penyusun molekul. Hal inilah yang akan dibaca pada data spektrum inframerah pada analisis IR sehingga dapat mengidentifikasi jenis molekul yang dianalisis. Prunsip kerja instrumen:Secara konvensional instrumen dispersif digunakan untuk memperoleh spektrum inframerah, namun seiring perkembangan teknologi ditemukan instrumen yang lebih mudah dan praktis untuk memperoleh spektrum inframerah. Fourier-transform Infrared Spectrometer (FTIR) saat ini menjadi instrumen yang umum digunakan untuk analisis IR dan mempermudah berlangsungnya analisis.Instrumen FTIR:Komponen dasar dari FTIR spektrometer ditunjukkan scara skematis pada gambar berikutGambar ??. Komponen dasar FTIR Spektrometer(Stuart, B., Modern Infrared Spectroscopy, ACOL Series, Wiley, Chichester, UK, 1996.)

Radiasi yang dipancarkan dari sumber cahaya dilewatkan melalui sebuah interferometer menuju sampel kemudian mencapai detektor. Selanjutnya amplifikasi sinyal mengeliminasi kontribusi frekuensi tinggi oleh filter, setelah itu data dikonversi menjadi bentuk digital oleh analog-digital konverter dan selanjutnya ditransfer ke komputer untuk dilakukan transformasi Fourier.a) Michelson InterferometersJenis interferometer yang paling umum digunakan untuk FTIR spektrometri adalah Michelson interferometer yang tersusun atas dua bidang cermin sejajar, dengan satu cermin yang dapat bergerak pada arah sejajar bidang. Bagian lainnya adalah beamsplitter yang merupakan sebuah lapisan semi-reflektor yang membagi dua bidang dari kedua cermin. Jika suatu radiasi monokromatik dengan panjang gelombang tertentu melalui beamsplitter ideal, 50% radiasi akan dipantulkan ke satu cermin dan 50% akan ditransmisikan ke cermin lainnya. Kedua sinar pantulan akan kembali ke beamsplitter dimana cahaya saling bergabung dan berinterferensi, selanjutnya 50% dari sinar yang dipantulkan cermin ditransmisikan melalui beamsplitter sedangkan 50% lainnya dipantulkan kembali ke arah sumber cahaya. Sinar yang muncul dari interferometer pada sudut 900 terhadap sinar input disebut sebagai sinar transmisi dan sinar inilah yang dideteksi pada FTIR spektrometri.

Gambar ??. Skema michelson interferometer pada FTIR(Stuart, B., Modern Infrared Spectroscopy, ACOL Series, Wiley, Chichester, UK, 1996.)

b) Sumber radiasiSumber radiasi akan memancarkan radiasi inframerah pada sampel untuk menggambarkan spektrum inframerah dari suatu senyawa. FTIR spektrometer menggunakan lampu globar atau Nernst untuk daerah tengah inframerah. Jika yang akan diperiksa adalah daerah inframerah yang jauh, maka digunakan lampu merkuri bertekanan tinggi, sementara untuk memeriksa daerah inframerah yang dekat digunakan lampu tungsten-halogen.

c) DetektorDetektor yang biasanya digunakan adalah alat pyroelectric yang digabungkan dengan Deuterium tryglycine sulfate (DTGS), untuk hasil yang lebih sensitif digunakan detektor merkuri kadmium telluride (MCT), namun penggunaannya harus dalam temperatur nitrogen cair. Untuk daerah inframerah yang jauh detektor germanium atau detektor indium-antimoni (suhu operasi pada temperatur helium cair) digunakan, sementara untuk daerah inframerah yang dekat biasanya digunakan detektor timbal sulfida fotokonduktor.

d) Analog-digital konverterBerfungsi untuk mengubah sinyal analog dari radiasi inframerah menjadi sinyal digital yang dapat ditangkap dan diolah dengan komputer

e) KomputerBerfungsi untuk menjalankan transformasi Fourier, menampilkan data spektrum inframerah dari suatu sampel dan melakukan proses pengolahan data.

Mengartikan spektrum hasil pengamatan:Pada spektroskopi inframerah, radiasi inframerah yang melalui sampel sebagian diserap oleh sampel dan sebagian lagi dilewatkan oleh sampel (ditransmisikan). Spektrum yang dihasilkan dari pengamatan menggambarkan serapan molekul dan transmisi. Setiap struktur molekul akan menghasilkan spektrum inframerah yang berbeda. Data spektrum inframerah yang umum digunakan biasanya berbentuk grafik dengan sumbu x sebagai nilai/ bilangan gelombang (wave number) dan transmisi sebagai sumbu y.Gambar ??. Contoh data spektrum inframerah hasil analisis(Stuart, B., Modern Infrared Spectroscopy, ACOL Series, Wiley, Chichester, UK, 1996.)

Puncak spektrum inframerah terdapat puncak yang mengarah ke bawah menunjukkan bahwa cahaya terserap pada nilai gelombang tersebut atau dapat diartikan sebagai frekuensi vibrasi dari molekul, karena suatu radiasi inframerah akan diserap jika nilai frekuensi radiasi sama dengan frekuensi vibrasi. Untuk mempermudah dalam mengartikan atau menginterpretasikan spektrum inframerah hasil analisis, maka biasanya dilakukan pembagian kelompok frekuensi menjadi daerah inframerah tengah (Mid-Infrared Region), daerah inframerah yang dekat (Near-Infrared Region), daerah inframerah yang jauh (Far-Infrared Region). Namun untuk analisis secara kualitatif biasanya analisis spektrum dilakukan pada daerah tengah (Mid Region)Daerah inframerah tengah (Mid-Infrared Region)Daerah tengah spektrum inframerah (4000-400 cm-1) dapat dibagi menjadi empat daerah dan frekuensi dari gugus fungsi dapat ditentukan oleh daerah dimana gugus tersebut berada. Pembagian daerah yaitu sebagai berikut: (4000-2500) cm-1 merupakan daerah peregangan X-H, (2500-2000) cm-1 merupakan daerah ikatan rangkap tiga, (2000-1500) cm-1 merupakan daerah ikatan rangkap dua, dan (1500-600) cm-1 merupakan daerah fingerprint.

Tabel ??. Daerah dan Gugus pada Spektrum InframerahDaerah peregangan X-H (4000-2500 cm-1)O-H3700-3600 cm-1

N-H3400-3300 cm-1

C-H (alifatik)3000-2850 cm-1

C-H (aromatik)3100-3000 cm-1

Daerah ikatan rangkap tiga (2500-2000 cm-1)CC2300-2050 cm-1

CN2300-2200 cm-1

Daerah ikatan rangkap dua (2000-1500 cm-1)C=C1650 cm-1

C=O1830-1650 cm-1

(Stuart, B., Modern Infrared Spectroscopy, ACOL Series, Wiley, Chichester, UK, 1996.)

Langkah-langkah IdentifikasiBiasanya strategi umum dalam menggunakan spektrum inframerah menengah untuk menentukan struktur molekul yaitu dimulai dari daerah dengan bilangan gelombang yang tinggi (>1500 cm-1) untuk menentukan gugus fungsi senyawa, selanjutnya baru dilakukan analisis pada daerah dengan bilangan gelombang yang rendah untuk memperoleh struktur yang lebih spesifik dari senyawa hingga diperoleh jenis senyawa yang dianalisis.

Referensi:Stuart, Barbara. Spectroscopy: Fundamentals and Application. WileyGunzler, H. and Gremlich, H.-U.2002. IR Spectroscopy: An Introduction, Wiley-VCH, Weinheim, Germany.Skoog, et al. 2013. Fundamentals of Analyrical Chemistry 9th Edition. New York: CengageUnderwood, A.L. 1980. Analisa Kimia Kuantitatif Edisi 4. Jakarta: ErlanggaHollas, J. M. 2002. Basic Atomic and Molecular Spectroscopy, Wiley, Chichester, UK.