Pengantar spektroskopi IRPengantar spektroskopi IR

Interaksi radio elektro magnetik & materiInteraksi radio elektro magnetik & materi

Radiasi Elektromagnetik Radiasi Elektromagnetik mempunyai spektrum pd mempunyai spektrum pd beberapa daerah yang beberapa daerah yang berbeda ini dapat berbeda ini dapat digunakan untuk untuk digunakan untuk untuk informasi kualitatif dan informasi kualitatif dan kuantitatifkuantitatif

Perbedaan jenis informasi Perbedaan jenis informasi

REGION PROCESS

X-ray UV/Visible Infrared Microwave Radio Frequency (nmr)

Bond-breaking Electronic Vibrational Rotational Nuclear and Electronic Spin

Spektrum IR Spektrum IR

Bila sinar IR dilewatkan melalui cuplikan Bila sinar IR dilewatkan melalui cuplikan senyawa organik, maka sejumlah frekuensi senyawa organik, maka sejumlah frekuensi diserap sedangkan frekuensi yg lain diserap sedangkan frekuensi yg lain diteruskan.diteruskan.

Molekul-molekul alkana rantai panjang Molekul-molekul alkana rantai panjang (parafin cair atau nujol) menunjukan pita (parafin cair atau nujol) menunjukan pita serapan pada daerah sekitar 3000 cmserapan pada daerah sekitar 3000 cm -1-1 dan dan 1400 cm1400 cm-1-1, sedangkan frekuensi lainnya , sedangkan frekuensi lainnya tidak berinteraksi dengan cuplikan dan tidak berinteraksi dengan cuplikan dan sebagai akibat semuanya di teruskan sebagai akibat semuanya di teruskan

Satuan-satuan Frekuensi, Panjang gelombang, dan bilangan gelombangSatuan-satuan Frekuensi, Panjang gelombang, dan bilangan gelombang

Kedudukan pita serapan dapat dinyatakan Kedudukan pita serapan dapat dinyatakan dalam satuan-satuan frekuensi ( detdalam satuan-satuan frekuensi ( det-1-1 atau atau Hz), atau panjang geombang, lambda Hz), atau panjang geombang, lambda (mikrometer µm) atau bilangan gelombang (mikrometer µm) atau bilangan gelombang (kebalikan cm, cm(kebalikan cm, cm-1-1))

Contoh : serapan rentang ikatan C-H Contoh : serapan rentang ikatan C-H muncul pada 9,3 x 10muncul pada 9,3 x 101313 detik detik-1-1= 9,3 x 10= 9,3 x 101313 Hz = 3,3 µm = 3000 cmHz = 3,3 µm = 3000 cm-1-1

Sebagian kimiawan menggunakan satuan Sebagian kimiawan menggunakan satuan bilangan gelombang (cm-1), dan bilangan gelombang (cm-1), dan meggunakan panjang gelombang (µm). meggunakan panjang gelombang (µm). Frekuensi yang sebenarnya justru tidak Frekuensi yang sebenarnya justru tidak digunakandigunakan

Teori serapan IR Teori serapan IR

Energy foton IR Kehilangan yang disebabkan eksitasi electronik Dapat menyebabkab eksitasi dan rotasi

Prinsip Muatan elektrik Molekul (dipole moment) berinteraksi dengan foton IR

Magnitude of dipole moment determined by charge separation of charge

Vibration or rotation causes varying separation

Perubahan Momen DipolPerubahan Momen Dipol

Molekul harus mempunyai perubahan moment dipol untuk dapat mengabsorpsi radiasi sinar IR

Absorption menyebabkan bertambahnya amplitudo vibrasi/ frekuensi rotasi

Molecules dengan momen dipol yg tetap (µ) merupakan senyawa yg tidak aktif IR HCl, CO, H2, N2, H2, N2, CO2CO2

Type Vibrasi MolekularType Vibrasi Molekular

Stretching Perubahan panjang ikatan Symetrik / asymetrik

bending Perubahan pada sudut

ikatan symmetric scissoring asymmetric wagging rocking twisting/torsion

Getaran Molecular Getaran Molecular

Molekul yang tersusun dengan banyak atom Molekul yang tersusun dengan banyak atom mempunyai sangat banyak frekuensi vibrasimempunyai sangat banyak frekuensi vibrasi

Untuk molekul non linier dengan n atom, Untuk molekul non linier dengan n atom, jumlah ragam vibrasi adalah (3n-6)jumlah ragam vibrasi adalah (3n-6)

Sehingga secara teoritis metana mempunyai Sehingga secara teoritis metana mempunyai 9, etana mempunyai 18 ragam vibrasi9, etana mempunyai 18 ragam vibrasi

Infrared SpectrometerInfrared Spectrometer

Instrumentasi IRInstrumentasi IR

Bagian pokok dari spektrometer IR adalah Bagian pokok dari spektrometer IR adalah sumber cahaya IR, monokromator dan sumber cahaya IR, monokromator dan detektor.detektor.

Cahaya dari sumber yang dilewatkan Cahaya dari sumber yang dilewatkan melalui cuplikan dipecah menjadi melalui cuplikan dipecah menjadi frekuensi2x individual dalam frekuensi2x individual dalam monokromator dan intensitas relatif dari monokromator dan intensitas relatif dari frekuensi individu di ukur oleh detektorfrekuensi individu di ukur oleh detektor

Sumber IRSumber IR Sumber yang umum digunakan adalah Sumber yang umum digunakan adalah

merupakan batang yang dipanaskan oleh listrik merupakan batang yang dipanaskan oleh listrik yang berupa :yang berupa :

Nerst glower (campuran oksida dari Zr, Y, Er Nerst glower (campuran oksida dari Zr, Y, Er dsb)dsb)

Globar (Silikon karbida)Globar (Silikon karbida) Berbagai bahan keramikBerbagai bahan keramik

MonokromatorMonokromator Prisma dan grating kedua nya dapat digunakan Prisma dan grating kedua nya dapat digunakan Kebanyakan prisma yang digunakan adalah Kebanyakan prisma yang digunakan adalah

NaCl, hal ini disebabkan karena NaCl hanya NaCl, hal ini disebabkan karena NaCl hanya transparan di bawah 625cmtransparan di bawah 625cm-1-1..

Sedang halida logam lainnya harus digunakan Sedang halida logam lainnya harus digunakan pada pekerjaan dengan frekuensi yang rendahpada pekerjaan dengan frekuensi yang rendah

Grating dan prisma mempunyai peranan dalam Grating dan prisma mempunyai peranan dalam meresolusi spektra dan dapat di buat dari meresolusi spektra dan dapat di buat dari berbagai macam bahanberbagai macam bahan

Pada umumnya grating memberikan hasil Pada umumnya grating memberikan hasil yang lebih baik daripada prisma pada yang lebih baik daripada prisma pada frekuensi yang tinggi. frekuensi yang tinggi.

Kerugian NaCl adalah sifatnya yang Kerugian NaCl adalah sifatnya yang higroskopik hingga cermin-cermin harus di higroskopik hingga cermin-cermin harus di lindungi dari kondensasi uaplindungi dari kondensasi uap

DetektorDetektor Alat-alat yang modern kebanyakan memakai Alat-alat yang modern kebanyakan memakai

detektor Thermopile.detektor Thermopile. Dasar kerja dari thermopile adalah :Dasar kerja dari thermopile adalah :

Jika dua kawat logam berbeda dihubungkan antara Jika dua kawat logam berbeda dihubungkan antara ujung kepala dan ekor meyebabkan adanya arus ujung kepala dan ekor meyebabkan adanya arus yang mengalir dalam kawatyang mengalir dalam kawat

Dalam spektometer IR arus ini akan sebanding Dalam spektometer IR arus ini akan sebanding dengan intensitas radiasi yang jatuh pada dengan intensitas radiasi yang jatuh pada thermopile thermopile

Energi dipindah kan dari foton pada atom atau molekulEnergi dipindah kan dari foton pada atom atau molekul

Pada temperatur ruangan kebanyakan Pada temperatur ruangan kebanyakan molekul dalam dalam keadaan molekul dalam dalam keadaan elektronik dan vibrasi terendahelektronik dan vibrasi terendah

Radiasi IR dapat mengeksitasi tingkat getaran Radiasi IR dapat mengeksitasi tingkat getaran dan selanjut nya melepaskan energidan selanjut nya melepaskan energi

Prinsip IRPrinsip IR

Penyerapan energi pada berbagai frekuensi Penyerapan energi pada berbagai frekuensi Memplot nilai radiasi yang di trasmisikan Memplot nilai radiasi yang di trasmisikan

melalui sampel sebagai fungsi dari melalui sampel sebagai fungsi dari frekuensifrekuensi

Komponen mempunyai area “fingerprint” Komponen mempunyai area “fingerprint” sebagai daerah identitassebagai daerah identitas

Infrared SpectrometryInfrared Spectrometry

Digunakan khusunya untuk analisis Digunakan khusunya untuk analisis kualitatifkualitatif

Gugus FungsiGugus Fungsi

Cara kerjaCara kerja

Continuous beam of radiationContinuous beam of radiation Frekuensi menunjukan perbedaan serapanFrekuensi menunjukan perbedaan serapan Sinar masuk melaluui entrance slitSinar masuk melaluui entrance slit Molekul menyerap radiasi yang dapat Molekul menyerap radiasi yang dapat

mengeksitasi ikatan dalam molekulmengeksitasi ikatan dalam molekul

How Does It Work?How Does It Work?

Monokromator membagi radiasi menjadi Monokromator membagi radiasi menjadi spektrumspektrum

satu frequency melewati exit slitsatu frequency melewati exit slit radiation dilewatkan ke detectorradiation dilewatkan ke detector detector merubah energi menjadi sinyaldetector merubah energi menjadi sinyal Sinyal diperkuat dan dicatatSinyal diperkuat dan dicatat

Instrumentation Instrumentation

Optical double-beam instrumentsOptical double-beam instruments Radiation diteruskan langsung dengan Radiation diteruskan langsung dengan

menggunakan cermin menggunakan cermin sample beam and reference beamsample beam and reference beam chopperchopper diffraction gratingdiffraction grating

Double beamDouble beam

Instrumentation IIIInstrumentation III

Celah keluarCelah keluar detektordetektor

hasil spektrum adalah plot dari intensitas hasil spektrum adalah plot dari intensitas radiasi yang ditrasmisikan versus panjaneg radiasi yang ditrasmisikan versus panjaneg gelombanggelombang

Cara penanganan cuplikanCara penanganan cuplikan Cara penanganan cuplikan tergantung dari Cara penanganan cuplikan tergantung dari

pada jenis cuplikan yaitu apakah berbentuk pada jenis cuplikan yaitu apakah berbentuk gas, cairan atau padatangas, cairan atau padatan

Gaya-gaya intermolekul sangat berbeda yang Gaya-gaya intermolekul sangat berbeda yang melalui dari padatan ke cairan ke gas dan melalui dari padatan ke cairan ke gas dan spektrum IR biasanya akan menunjukan efek spektrum IR biasanya akan menunjukan efek dari perbedaan ini, dalam bentuk pergeseran dari perbedaan ini, dalam bentuk pergeseran frekuensi atau pita-pita tambahan, dsb)frekuensi atau pita-pita tambahan, dsb)

GasGas Cuplikan harus dimasukan ke dalam sel gas, sl Cuplikan harus dimasukan ke dalam sel gas, sl

ini menghadap langsung pada berkas sinar.ini menghadap langsung pada berkas sinar. Dalam bentuk yang dimodifikasi, cermin Dalam bentuk yang dimodifikasi, cermin

internal yg digunakan dapat memantulkan internal yg digunakan dapat memantulkan berkas sinar berulang kali melalui cuplikan berkas sinar berulang kali melalui cuplikan untuk menaikan sensitivitas.untuk menaikan sensitivitas.

Sejumlah kecil senyawa2x organik dapat di Sejumlah kecil senyawa2x organik dapat di tentukan dalam bentuk gas, bahkan dalam sel-tentukan dalam bentuk gas, bahkan dalam sel-sel yang dipanaskansel yang dipanaskan

CairanCairan Menempatkan cuplikan sebagai film yang tipis Menempatkan cuplikan sebagai film yang tipis

diantara dua lapisan NaCl yang transparan diantara dua lapisan NaCl yang transparan Karena digunakan NaCl maka setelah selesai Karena digunakan NaCl maka setelah selesai

harus di bersihkan dengan mencuci dengan harus di bersihkan dengan mencuci dengan pelarut seperti toluen, kloroform dan pelarut seperti toluen, kloroform dan sebagianyasebagianya

NaCl harus dijaga agar tetap kering dan di NaCl harus dijaga agar tetap kering dan di pegang ujung2x nyapegang ujung2x nya

Untuk spektra di bawah 250 cm-1 maka Untuk spektra di bawah 250 cm-1 maka diginakan Csl untuk cuplikan yang diginakan Csl untuk cuplikan yang mengandung air mengandung air

PadatanPadatan Wujud cuplikan padat bisa bermacam-macam Wujud cuplikan padat bisa bermacam-macam

diantara nya kristal, amorf, serbuk. Gel dan diantara nya kristal, amorf, serbuk. Gel dan lain-lainlain-lain

Ada 3 cara yg umum untuk mencatat spektra Ada 3 cara yg umum untuk mencatat spektra bentuk padatan : pelet KBr, Mull, dan lapisan bentuk padatan : pelet KBr, Mull, dan lapisan film/lapisan tipisfilm/lapisan tipis

Padatan juga dapat ditentukan dalam larutan Padatan juga dapat ditentukan dalam larutan tetapi spektra larutan mungkin memberikan tetapi spektra larutan mungkin memberikan kenampakan yang berbeda dari spektra bentuk kenampakan yang berbeda dari spektra bentuk padat, karena adanya perubahan gaya inter padat, karena adanya perubahan gaya inter molekulmolekul

Pelet KBr Pelet KBr Di buat dengan menumbuk cuplikan (0,1 – 2,0 Di buat dengan menumbuk cuplikan (0,1 – 2,0

% berat) dengan KBr kemudian ditekan hingga % berat) dengan KBr kemudian ditekan hingga diperoleh pelet.diperoleh pelet.

KBr harus kering dan akan baik bila KBr harus kering dan akan baik bila penumbukan dilakukan di bawah lampu IR penumbukan dilakukan di bawah lampu IR untuk mencegah terjadinya kondensasi uap dari untuk mencegah terjadinya kondensasi uap dari atmosfer yang akan memberikan serapan lebar atmosfer yang akan memberikan serapan lebar pada 3500cm-1pada 3500cm-1

Mull atau pastaMull atau pasta Di buat dengan mencapur cuplikan dengan Di buat dengan mencapur cuplikan dengan

setetes minyak : pasata kemudian dilapiskan di setetes minyak : pasata kemudian dilapiskan di antara dua keping NaCl yang transaparanantara dua keping NaCl yang transaparan

Bahan pasta harus transparan terhadap IRBahan pasta harus transparan terhadap IR Yang sering digunakan sebagai bahan pasta Yang sering digunakan sebagai bahan pasta

adalah parafin cair (Nujol)adalah parafin cair (Nujol)

Lapisan Tipis PadatanLapisan Tipis Padatan Dapat di lapiskan pada kepingan NaCl dengan Dapat di lapiskan pada kepingan NaCl dengan

cara meneteskan larutan dalam pelarut yang cara meneteskan larutan dalam pelarut yang mudah menguap pada permukaan kepingan mudah menguap pada permukaan kepingan NaCl dan dibiarkan hingga pelarut menguap.NaCl dan dibiarkan hingga pelarut menguap.

Polimer-polimer berbagai lilin atau bahan Polimer-polimer berbagai lilin atau bahan lemak sering memberikan hasil yang baiklemak sering memberikan hasil yang baik

Tetapi ada juga yang membentuk kristal yang Tetapi ada juga yang membentuk kristal yang tajam hingga tidak memberikan serapantajam hingga tidak memberikan serapan

Problems with IRProblems with IR

Tidak kuantitaifTidak kuantitaif resolution terbatasresolution terbatas tidak reproducibletidak reproducible sensitivitas terbatassensitivitas terbatas waktu analisis yang lamawaktu analisis yang lama hanya untug gugus fungsihanya untug gugus fungsi

LimitationsLimitations

Kebanyakn alat hanya Kebanyakn alat hanya dapat menggunakan 1 dapat menggunakan 1 panjang gelombang panjang gelombang pada satu waktupada satu waktu

Konsumsi waktuKonsumsi waktu A solution?A solution?

Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)

Pemecahannya !Pemecahannya !

FTIRFTIR

Menganalisis semua panjang gelombang Menganalisis semua panjang gelombang secara bersamaansecara bersamaan

signal di dikumpulkan untuk spketrum yang signal di dikumpulkan untuk spketrum yang lengkaplengkap

Dapat diselesaikan dengan cepatDapat diselesaikan dengan cepat Resolusi lebih baikResolusi lebih baik

Fourier Transform IRFourier Transform IR

Sederhana secara Sederhana secara mekanikmekanik

Cepat, sensitive, Cepat, sensitive, accurateaccurate

Kalibrasi Internal Kalibrasi Internal

New FTIR ApplicationsNew FTIR Applications

Quality control--speed, accuracyQuality control--speed, accuracyMicro, trace analysis--nanogram Micro, trace analysis--nanogram

levels, small sampleslevels, small samplesKinetic studies--millisecondsKinetic studies--millisecondsInternal reflectionInternal reflectionTelescopicTelescopic