PERCOBAAN P-7

SPEKTROFOTOMETER INFRAMERAH

I. TUJUAN

Menganalisis secara kualitatif spektrum yang diperoleh dari pengukuran

menggunakan spektrofotometer inframerah.

II. TEORI DASAR

Inti atom suatu senyawa yang terikat secara kovalen akan menyerap energi dan

bervibrasi atau berosilasi sesuai dengan jumlah energi yang diserap. Setiap komponen

senyawa tersebut akan menyerap energi yang berbeda sesuai dengan tipe ikatannya.

Spektrofotometer inframerah merupakan instrumen yang digunakan untuk mengukur

resapan radiasi inframerah pada berbagai panjang gelombang. Skema instrumen

spektrofotometer inframerah digambarkan sebagai berikut

Spektrofotometer inframerah ini biasa digunakan untuk mengkarakterisasi gugus

fungsi suatu senyawa atau dengan kata lain mengidentifikasi suatu senyawa yang

belum diketahui karena spektrum yang dihasilkan spesifik untuk senyawa tersebut.

Sampel yang akan diukur harus dibuat dalam fasa Nujol Mull atau fasa padat KBr.

Penyiapan fasa padat menjadi salah satu faktor penting dalam optimasi penggunaan

spektrofotometer IR karena hal ini berpengaruh pada hasil spektrum yang akan

diperoleh.

III. ALAT DAN BAHAN

ALAT BAHAN

Spektroskopi IR Asetanilida

Mortar KBr

Neraca Minyak nujol

Pompa vakum

Spatula

KBr die

IV. CARA KERJA

Spektoskopi IR yang akan digunakan untuk mengukur sampel dikalibrasi terlebih

dahulu dengan polistirene. Sebagai background digunakan udara.

Metode KBr

Sekitar 1 mg asam salisilat dimasukkan ke dalam mortar, ditambahkan sekitar

20 mg KBr kering. Keduanya digerus sampai homogen. Untuk menghasilkan

pellet, hasil gerusan yang sudah homogen diletakkan pada KBr die lalu dipress

dengan kekuatan sekitar 10 ton. Pellet yang sudah terbentuk ditempatkan pada

suatu plat dan siap untuk diukur menggunakan spektroskopi IR.

Metode Nujol mull

Sampel sebanyak ± 3-5 mg ditempatkan di atas mortar. Ke dalamnya

ditambahkan dua tetes minyak nujol. Keduanya digerus sampai terbentuk pasta.

Setelah itu, pasta ditempatkan di sel window (sampel harus bebas air agar sel

window tidak tergores. Sel window yang sudah diisi dengan pasta ditutup

dengan sel window yang lain dan ditempatkan di dalam plat sel window yang

kemudian dikunci dengan mur. Sel tersebut siap diukur menggunakan

spektroskopi IR.

Hasil spektrum yang diperoleh dianalisis secara kualitatif .

V. PEMBAHASAN

Pada percobaan ini dilakukan analisis terhadap suatu sampel senyawa

menggunakan spektrofotometer inframerah. Spektrofotometer ini menggunakan

sumber berupa inframerah sehingga disebut spektrofotometer inframerah. Pada

umumnya, spektrofotometer inframerah digunakan untuk menganalisis secara

kualitatif atau mengidentifikasi suatu senyawa-senyawa organik yang belum diketahui

karena spektrum yang dihasilkan spesifik untuk setiap senyawa. Analisis yang

dilakukan ini didasarkan pada gugus fungsi. Lain halnya dengan senyawa-senyawa

anorganik, biasanya tidak digunakan spektrofotometer IR karena yang dianalisis bukan

gugus fungsi. Pembacaan spektrum IR setiap senyawa dapat dilakukan dengan

beberapa teknik penyiapan fasa padatnya, antara lain teknik penyiapan fasa padat

Nujol Mull, KBr, film tipis, sel silinder gas. Untuk sampel padat dapat digunakan cara

Nujol Mull, KBr dan film tipis. Untuk sampel cairan biasanya langsung diteteskan

pada pelat KBr. Untuk sampel gas dilakukan dengan sel silinder gas.

Teknik penyiapan sampel fasa padat Nujol Mull dan KBr menjadi salah satu

faktor penting dalam optimasi penggunaan spektrofotometer IR. Dalam pembuatan

fasa padat Nujol Mull, sampel digerus sampai menjadi serbuk halus kemudian

dicampur dengan minyak nujol (minyak paraffin) dan diaduk sampai rata. Penggunaan

Nujol Mull dilakukan sesedikit mungkin agar adsorpsi yang dihasilkan tidak begitu

besar. Pada pembuatan fasa padat KBr, pencampuran sampel dan KBr harus homegen.

Oleh karena itu, sampel yang telah dicampur KBr harus digerus dan diaduk sampai

halus. Untuk sampel cairan, digunakan pelarut non polar, agar sel KBr tidak larut.

Pada pengukuran menggunakan spektrofotometer inframerah ini, digunakan

udara sebagai blanko (background) dan film polistiren sebagai standar untuk kalibrasi

spektrofotometer IR. Berdasarkan IUPAC, spektrum IR film polistriren seharusnya

memiliki beberapa puncak seperti yang tertera dibawah ini.

Untuk mempermudah, dapat dilihat puncak yang memiliki intensitas yang

paling besar terlebih dahulu yaitu pada bilangan gelombang 3027,1; 2924; 1495;

1454; 752; dan 698,9 (cm-1). Pada sampel film polistiren diperoleh puncak yang

intensitasnya paling besar (puncak tertinggi) antara lain 3022,45; 2931,80; 1492,90;

1450,47; 759,95; dan 694,37 (cm-1). Nilai puncak yang diperoleh tidak berbeda jauh

dari puncak standar polistiren. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa

spektrofotometer IR tersebut berada dalam kondisi baik dan sudah optimal.

Intepretasi spektrum IR film polistiren antara lain, pada 3000-2850 (cm-1)

terdapat puncak yang tajam akibat vibrasi uluran gugus alkana jenuh yaitu gugus –

CH2. Pada 3100-3000 (cm-1) terdapat vibrasi uluran dari gugus =C-H alkena atau

aromatik. Pada 1500-1400 (cm-1) terdapat vibrasi uluran –C=C- gugus aromatik. Pada

800-700 (cm-1) terdapat vibrasi tekukan –C=C- gugus aromatik. Daerah ini

merupakan finger print gugus aromatik.

Pada percobaan ini dianalisis spektrum KBr, Nujol Mull, dan asamsalisilat

baik dengan metode KBr maupun Nujoll Mull. Hal ini dilakukan untuk mengetahui

perbedaan dan efektivitas dari kedua metode. Sebagai referensi, struktur asam salisilat

diperlihatkan oleh gambar berikut

Untuk sampel asam salisilat-pelat KBr diperoleh data fasa padat KBr antara

lain, puncak tertinggi pada 759,95; 1247,94; 1442,75; 1658,78; 2856,58; 3008,95;

3236,55 (cm-1) . Sedangkan untuk asam salisilat-Nujol Mull diperoleh data puncak

tertinggi pada 758,02; 1454.33; 1658.75; 2922,16; 3234,62 (cm-1). Data grafik asam

salisilat fasa padat Nujol Mull sedikit lebih sederhana daripada asam salisilat fasa

padat KBr. Daerah 1500-1400 cm-1 terdapat vibrasi uluran –C=C- gugus aromatik.

Pada 800-700 cm-1 terdapat vibrasi tekukan –C=C- gugus aromatik. Daerah ini

merupakan finger print gugus aromatik. Vibrasi –C=O asam ada pada daerah 1725-

1700 cm-1. Karena karbonil dari asam, maka puncaknya melebar (boarding). Dari

pengamatan, puncak 1658.78 dan 1658.75 merupakan puncak karbonil asam. Daerah

1260-1050 cm-1 terdapat vibrasi uluran –C-O-. Daerah 3400-3000 cm-1 terdapat vibrasi

O-H dan bila berikatan dengan karbonil akan terjadi pelebaran puncak pada 3000-2500

cm-1. Intensitas puncak yang diperoleh dari fasa padat KBr lebih tinggi daripada fasa

padat Nujol Mull.

Dari analisis spektrum KBr dan nujol mull, diketahui bahwa spektrum KBr

tidak memberikan serapan (spektrum hampir lurus) sedangkan nujoll mull

memberikan serapan terutama di daerah 2292 cm-1. Dari analisis spektrum asam

salisilat menggunakan metode KBr dan Nujol Mull, dapat diketahui bahwa metode

KBr lebih efektif karena memberikan puncak yang lebih banyak dan tajam. Selain itu,

metode KBr memberikan cukup banyak keuntungan, antara lain batas dari interferensi

dengan pita absorpsi lain, penghamburan sinar lebih rendah, pengaturan distribusi dan

konsentrasi sampel lebih mudah dilakukan, sampel yang diperlukan dalam jumlah

sedikit, serta pelletnya dapat digunakan untuk keperluan pengukuran ulang.

Untuk sampel B, puncak yang tertinggi terdapat pada 653.87; 1041.56;

1645.28; 2931.80; 3365.78; dan 3385.07 cm-1. Daerah 1260-1050 cm-1 terdapat vibrasi

uluran –C-O-. Daerah 3400-3000 cm-1 terdapat vibrasi O-H. Daerah 3000-2800 cm-1

terdapat vibrasi uluran –CHsp3 . Adanya karbonil ditandai dengan puncak di daerah

1640-1820 cm-1.

Untuk sampel C, puncak yang tertinggi terdapat pada 700.16; 931.62;

1327.03; 1425.40; 1687.71; 2559.54; 3068.75 cm-1. Daerah 1260-1050 cm-1 terdapat

vibrasi uluran –C-O-. Daerah 3400-3000 cm-1 terdapat vibrasi O-H. Daerah 3000-

2800 cm-1 terdapat vibrasi uluran –CHsp3 . Daerah 1640-1820 cm-1 terdapat serapan

karbonil.

VI. KESIMPULAN

Dari hasil analisis secara kualitatif spektrum yang diperoleh dari pengukuran

menggunakan spektroskopi IR diketahui bahwa sampel B adalah

sedangkan sampel C adalah

VII. DAFTAR PUSTAKA

Fessenden, R dan Fessenden J. 1982. Kimia Organik Jilid 1. Edisi ke-3. Penerbit

Erlangga : Jakarta. Halaman 311-317.

http://orgchem.colorado.edu/hndbksupport/irtutor/IRtheory.pdf (diakses pada tanggal

21 Oktober 2010 pukul 15:01)

Metode spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang meliputi teknik serapan

(absorption), teknik emisi (emission), teknik fluoresensi (fluorescence). Komponen medan

listrik yang banyak berperan dalam spektroskopi umumnya hanya komponen medan listrik

seperti dalam fenomena transmisi, pemantulan, pembiasan, dan penyerapan. Penemuan

infra merah ditemukan pertama kali oleh William Herschel pada tahun 1800. Penelitian

selanjutnya diteruskan oleh Young, Beer, Lambert dan Julius melakukan berbagai

penelitian dengan menggunakan spektroskopi inframerah. Pada tahun 1892 Julius

menemukan dan membuktikan adanya hubungan antara struktur molekul dengan

inframerah dengan ditemukannya gugus metil dalam suatu molekul akan memberikan

serapan karakteristik yang tidak dipengaruhi oleh susunan molekulnya. Penyerapan

gelombang elektromagnetik dapat menyebabkan terjadinya eksitasi tingkat-tingkat energi

dalam molekul. Dapat berupa eksitasi elektronik, vibrasi, atau rotasi. Rumus yang

digunakan untuk menghitung besarnya energi yang diserap oleh ikatan pada gugus fungsi

adalah:

E = h.ν = h.C /λ = h.C / v

E = energi yang diserap

h = tetapan Planck = 6,626 x 10-34 Joule.det

v = frekuensi

C = kecepatan cahaya = 2,998 x 108 m/det

λ = panjang gelombang

ν = bilangan gelombang

Berdasarkan pembagian daerah panjang gelombang (Tabel 1), sinar inframerah dibagi atas

tiga daerah yaitu:

a. Daerah infra merah dekat

b. Daerah infra merah pertengahan

c. Daerah infra merah jauh

Tabel 1. Daerah panjang gelombang

Jenis Panjang gelombang Interaksi Bilangan gelombang

Sinar gamma < 10 nm Emisi Inti

sinar-X 0,01 - 100 A Ionisasi Atomik

Ultra ungu (UV) jauh 10-200 nm Transisi Elektronik

Ultra ungu (UV) dekat 200-400 nm Transisi Elektronik

sinar tampak (spektrum optik) 400-750 nm Transisi Elektronik 25.000 - 13.000 cm-1

Inframerah dekat 0,75 - 2,5 µm Interaksi Ikatan 13.000 - 4.000 cm-1

Inframerah pertengahan 2,5 - 50 µm Interaksi Ikatan 4.000 - 200 cm-1

Inframerah jauh 50 - 1.000 µm Interaksi Ikatan 200 - 10 cm-1

Gelombang mikro 0,1 - 100 cm serapan inti 10 - 0,01 cm-1

Gelombang radio 1 - 1.000 meter Serapan Inti

Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut di atas, daerah panjang gelombang

yang digunakan pada alat spektroskopi inframerah adalah pada daerah inframerah

pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 – 50 µm atau pada bilangan gelombang

4.000 – 200 cm-1 . Daerah tersebut adalah cocok untuk perubahan energi vibrasi dalam

molekul. Daerah inframerah yang jauh (400-10cm-1, berguna untuk molekul yang

mengandung atom berat, seperti senyawa anorganik tetapi lebih memerlukan teknik khusus

percobaan.

Metode Spektroskopi inframerah ini dapat digunakan untuk Metode ini banyak digunakan

karena:

a. Cepat dan relatif murah

b. Dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional dalam molekul (Tabel 2)

c. Spektrum inframerah yang dihasilkan oleh suatu senyawa adalah khas dan oleh

karena itu dapat menyajikan sebuah fingerprint (sidik jari) untuk senyawa tersebut.

Tabel 2. 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